Смерть нашей Вселенной

Научные учебники сегодня говорят нам, что Вселенная расширяется, но замедляется. Они также говорят нам, что наша Вселенная в основном состоит из атомов. И то и другое — ошибочно. Вселенная на самом деле состоит на 68% из темной энергии и на 27% из темной материи. Ни то, ни другое мы не понимаем. Все мы и вся нормальная материя, которую мы видим вокруг нас, — также известная как барионная материя, — составляет менее 5% нашей Вселенной.

Именно эта огромная часть темной энергии, по мнению ученых, станет смертью нашей Вселенной в том, что известно как «Тепловая смерть» или «Большое замерзание». Но прежде чем мы перейдем к этой теории, есть две другие теории о том, как наша Вселенная придет к своему концу.

Большое сжатие и Большой отскок

В то время как Теория Тепловой смерти полагается на наши текущие оценки темной энергии и на предпосылку, что она будет продолжать расти, Теория Большого сжатия (Big Crunch) предполагает, что гравитация может когда-нибудь стать доминирующей силой, если наши оценки ошибочны. Уменьшение темной энергии во Вселенной приведет к замедлению темпов ее расширения и, в конечном итоге, остановке. Большие космические тела, такие как галактики, сольются вместе, создавая все меньшую и все более горячую Вселенную.

Насколько горячую? За 100 000 лет до Большого сжатия фоновое излучение пространства было бы горячее, чем поверхность звезд, по сути, превращая саму Вселенную в один гигантский огненный шар, поскольку она продолжала бы уменьшаться в размерах. За несколько минут до того, как наступит конец, ядра атомов будут разорваны в клочья. Массивные черные дыры поглотили бы всё, в конечном итоге сливаясь в одну сверхмассивную черную дыру, которая содержала бы всю массу Вселенной. Она поглотила бы даже себя, рухнув в сингулярность.

Аспект Большого отскока (Big Bounce) в этой теории — это похоже на то, что наша Вселенная проходит через циклы расширения и сжатия, и она в конечном итоге отскочит назад, чтобы произошёл еще один Большой взрыв (Big Bang) и ещё одна быстро расширяющаяся Вселенная, подобная нашей. Из всех возможных судеб нашей Вселенной возможность «Большого отскока» является одним из наиболее оптимистичных сценариев.

Большой разрыв

Противоположной предыдущим теориям является Теория Большого разрыва (Big Rip). Большое сжатие собиралось объединить всю материю и вызвать возможный коллапс. По Теории Большого разрыва материя продолжала бы расширяться и ускоряться так быстро, что гравитация больше не могла бы ее компенсировать.

Сначала начали бы разрываться только большие структуры, такие как галактики, потому, что силы, которые удерживают эти объекты вместе, более восприимчивы к темной энергии. В конце концов черные дыры, планеты и звезды будут разделяться, так как пространство начнет расширяться быстрее, чем скорость света.

Хотя считается, что темная энергия, какой мы её знаем, недостаточно сильна, чтобы преодолеть ядерные силы, которые удерживают атомы вместе, исследования указывают на одну пугающую возможность. Темная энергия будет увеличиваться и становиться сильнее, пока не сможет преодолеть все силы Вселенной, включая электромагнетизм (свет) и силы ядерного взаимодействия. Всё будет измельчено на отдельные компоненты до тех пор, пока Вселенная не превратится в одиночные атомы, путешествующие в огромном, темном и пустом пространстве, неспособные взаимодействовать друг с другом. Тогда эти атомы тоже исчезнут.

Вид космического пространства с Земли при таком расширении выглядел бы очень пустынным. Все близлежащие галактики были бы слишком далекими для нас, и ночное небо было бы абсолютно черным, за исключением нескольких близлежащих звезд.

Тепловая смерть

Третий и наиболее вероятный сценарий конца нашей Вселенной происходит в виде тепловой смерти, снова приписываемой таинственной темной энергии.

Темная энергия — космологическая константа нашей Вселенной. Она расширяется по мере увеличения объема пространства, чтобы поддерживать постоянную плотность энергии, и по мере расширения она управляет большей частью нашей Вселенной и ускоряет эту скорость расширения. То есть, чем больше темной энергии, тем холоднее становится и быстрее растет наша Вселенная. В настоящее время скорость расширения известна как постоянная Хаббла — 70 км в секунду на один мегапарсек (парсек = 3,3 световых лет).

Во время Тепловой смерти Вселенная продолжала бы расширяться навсегда, поскольку материя была бы преобразована в излучение, что привело бы к остановке всей деятельности во Вселенной после истечения огромного количества времени. Это объясняется вторым законом термодинамики: энтропией. Энтропия — это тенденция к неупорядоченности Вселенной. Это естественная склонность всего к хаосу.

Статистически, Вселенной легче стремиться к неорганизованному состоянию, поскольку существует лишь несколько ограниченных возможностей для организации. Вот почему, например, холодный стакан воды будет постепенно нагреваться до комнатной температуры, более равномерно рассеивая тепло, а не удерживая его в организованном, более прохладном состоянии внутри стакана.

Этот закон приведет к тому, что материя в постоянно растущей Вселенной будет равномерно распределяться по огромному пространству, пока все газовые облака, необходимые для образования звезд, просто не смогут больше существовать. Вселенная выглядела бы очень темной. Солнце и все другие звезды умрут, оставив только черные дыры, которые сами растворятся из-за излучения Хокинга (субатомные частицы, испускаемые черными дырами, которые в в результате этого истощают свою энергию и распадаются). После того, как черные дыры умрут будет только разбавленная смесь фотонов и легких частиц, хотя они также будут распадаться со временем.

Все в этот момент прекратилось и умерло, оставив очень тихую и очень пустую вселенную.

Однако есть надежда. Квантовое туннелирование (когда частица движется через барьер, который она обычно не может преодолеть) может привести к снижению энтропии через много-много лет, что приведет к новому Большому взрыву.

Наши прогнозы конца Вселенной были бы наиболее точными, если бы мы могли точно выяснить, что такое темная энергия. На данный момент лучшее, что мы можем сделать, это догадываться, пока у нас не будет лучшего понимания. У нас есть около 10⁴⁰ лет, прежде чем вся барионная материя во Вселенной исчезнет в жаркой смерти. Это дает нам достаточное количество времени для изучения, понимания и, возможно, нахождения способа выжить.