Dele:
10 Bizarre realiteter i livet på slutten av universet
Vårt univers kommer til å dø, uten tvil om det. En av de mest aksepterte modellene til universets ende er evig utvidelse og eventuell død av entropi. Når universet fortsetter å vokse, øker entropien til alt vi vet er borte. Men hvordan ser livet ut som slutten nærmer seg? Det spørsmålet har gitt opphav til fascinerende ideer om universet og livet selv.
10 Ingen stjerner synlig fra jorden
I 150 milliarder år vil nattehimmelen fra jorda se veldig annerledes ut. Når universet løper til sin varmedød, vil rommet selv begynne å utvide seg raskere enn lysets hastighet. Mange av oss er klar over ideen om at lyshastighet er en vanskelig grense for et objekts fart i universet. Det gjelder imidlertid bare for gjenstander som er i rommet, ikke selve romtiden. Dette er et vanskelig konsept for å bryte våre sinn rundt, men stoffet i romtiden utvider allerede raskere enn lys. Og i lang fremtid vil det ha merkelige implikasjoner.
Som selve rommet ekspanderer raskere enn lys, eksisterer en kosmologisk horisont. Ethvert objekt forbi horisonten vil kreve at vi har evnen til å observere og registrere ved å oppdage partikler som går raskere enn lys. Men ingen slik partikkel eksisterer. Når objekter går utover vår kosmologiske horisont, er de utilgjengelige for oss. Ethvert forsøk på å kontakte eller interagere med fjerne galakser forbi horisonten krever at vi har teknologi som er i stand til å reise raskere enn utvidelsen av rommet selv. Akkurat nå er bare noen få objekter utenfor vår kosmologiske horisont. Men som mørk energi akselererer ekspansjonen, vil alt falle utover denne observasjonsgrensen.
Hva betyr det for jorda? Tenk deg å se på nattehimmelen på 150 milliarder år. Det eneste som er synlig, vil være noen spredte stjerner som ligger innenfor den kosmologiske horisonten. Til slutt vil selv de gå bort. Natthimmelen vil gå helt tom. En astronom i fremtiden vil ikke ha noe bevis for at det er noe annet objekt i universet. Alle stjernene og galakser vi ser nå, vil være helt ute av teleskop rekkevidde. For alt vi kunne se, ville vårt solsystem være det eneste som er igjen i vårt univers.
9 Vår sønn blir en svart dverg
Akkurat nå har vårt univers mange forskjellige typer stjerner. Røde dverger-kule stjerner som gir rødt lys - er blant de vanligste av disse. Semantisk relaterte hvite dverger fyller også universet. Disse er stjernens rester av døde stjerner, laget av degenerert materie, som holdes sammen av kvanteffekter. For tiden vurderer astronomer hvite dverger å ha i det vesentlige uendelige livsspenninger. Universet er bare ikke gammelt nok til at de har dødd ut. Men gitt nok tid, selv de vil dø og bli eksotiske stjerner kalt svarte dverger.
Vår Sol er på den veien. I den fjerne fremtid vil vår Sun skille ut sine ytre lag og bli en hvit dvergstjerne, som bor i denne tilstanden i milliarder år. Som universet vinder ned, vil den hvite dverg som var vår Sol, begynne å kjøle seg ned. Etter 10 år vil det avkjøle til temperaturen er lik bakgrunnen mikrobølgestråling, bare noen få grader Kelvin over absolutt null.
Når det skjer, blir det en svart dverg. Som denne typen stjerne er så kald, er den usynlig for det menneskelige øye. Således, alle som prøver å finne Solen som pleide å gi oss liv, vil finne det umulig å se med optiske systemer. I stedet må de stole på å oppdage dens gravitasjonseffekter. De fleste stjerner som vi ser i nattehimmelen, vil bli svarte dverger, men å vite at vår varme Sol vil forvandle seg til en mørk og kald stellarrest, er litt mer personlig.
8 rare stjerner
Når vår sønn blir en svart dverg, vil stjernens evolusjon være over. Ingen nye stjerner vil danne seg. I stedet vil universet fylle opp med kalde rester av stjernene. Det vil tillate universet å begynne å utvikle noen merkelige stjerner som er ganske forskjellige fra det vi vet.
Den ene er den frosne stjernen. Som stjernene i universet brenner gjennom kjernekraften, vil de øke deres metallicitet. I astronomi er dette målet til elementer i en stjerne som er tyngre enn helium-i utgangspunktet alle elementene fra litium på. Når metalliteten av stjernene øker, blir de kaldere fordi tyngre elementer gir mindre energi fra fusjon. Til slutt blir stjernene så kalde at de vil ha en temperatur på 273 Kelvin, frysepunktet for vann.
Hoppe frem til den fjerne verden, en jevn skjærestjerne vil dukke opp. Ca 10 år i fremtiden vil entropi ha hatt sin vei og universet vil være i det vesentlige død. I denne kalde tiden vil kvanteffekter regere universet.
Kvantum tunneling vil da begynne å tillate at lette elementer smelter inn i en ustabil form av jern. Dette vil da falle til en mer stabil isotop, og gir svake mengder energi. Disse såkalte jernstjernene vil være den eneste stjernen som er mulig på den tiden. Imidlertid skjer de bare i modeller hvor astronomer ikke tror at protoner vil forfall, så de er ikke en vanlig ide.
7 Alle Nucleons Decay
Raskt fremover fra 10 år etter Big Bang til 10 år. Hvis menneskeheten ikke er død da, vil vi absolutt ikke overleve denne tiden. Som nevnt ovenfor argumenterer astronomer hele tiden for om protonforfall vil skje i slutten av universet. For vårt formål vil vi følge denne modellen.
Nucleons er navnet gitt til partiklene-protoner og nøytroner - inne i en atomkjerne. Frie neutroner er kjent for å forfalle med en halveringstid på ca. 10 minutter. Men protoner er utrolig stabile. Ingen har observert bevis for at de forfall. Det vil forandre seg på slutten av universet.
Fysikere har foreslått at en proton har en halveringstid på 10 år. Vi har ikke observert dem forfall bare fordi universet ikke er gammelt nok. Når man går inn i Degenerate Era (10 år til 10), vil protoner endelig begynne å forfallne seg i positrons og pioner. Ved slutten av Degenerate Era vil alle protoner og nøytroner i universet være borte.
Dette har åpenbare implikasjoner for livet i universet. Forutsatt at menneskeheten har overlevd Solen som endrer seg og har migrert til flere livsfremmende deler av universet, er dette punktet hvor fysikkloven dikterer menneskets død. Kroppene våre og alle interstellære gjenstander er laget av nukleon. Når de forfall, vil alt liv som vi vet det ende fordi selve atomer i kroppen vår ikke kan eksistere. Livet kan ikke overleve forbi dette punktet, og universet vil stupe inn i tiden med sorte hull.
6 Black Holes dominate The Universe
Når nukleonene er borte, vil de svarte hullene til slutt dominere universet fra 10 år etter Big Bang til 10 år. På dette punktet snakker vi om tider så lenge at det er umulig for våre sinn å vikle rundt dem. Men for en periode lenger enn universet har eksistert så langt, er de eneste strukturer som skal snakke om, sorte hull.
Med nukleoner borte, vil de viktigste subatomiske partiklene være leptoner som elektroner og positroner. Dette er hva som skal brenne de svarte hullene. Når de forbruker gjenværende saken i universet, vil svart hull utstråle partikler alene, som vil fylle universet med fotoner og hypotetiske gravitoner. Men som Steven Hawking viste seg, vil selv svarte hull slutte.
Ifølge Hawking fordamper sorte hull på grunn av deres stråling. Når de fortsetter å utstråle, mister de masse i form av energi. Denne prosessen tar lang tid, og derfor virker det så fremmed for oss. Det tar 10 år for svarte hull å fordampe helt, så denne prosessen har ikke skjedd i løpet av universets levetid. Men til slutt vil selv de svarte hullene gå bort. Deres eneste rester vil være en rekke massløse partikler og noen spredte leptoner som vil samhandle når de sakte begynner å miste sin energi.
5 En ny type atomformularer
Etter at universet vårt har blitt til noen spredte subatomære partikler, ser det ut til at det ikke vil være mye å snakke om lenger. Men livet kan komme opp i dette mest usannsynlige steder.
I mange år har partikkelforskere snakket om positronium, en atomlignende binding av positron og elektron. Disse to partiklene har motsatte ladninger av hverandre. (Positronen er antipartikkel av elektronen.) Det betyr at de vil bli elektromagnetisk tiltrukket da de forsøker å bevege seg mot hverandre. Når et par av disse partiklene begynner å samhandle, kan de utvikle rudimentære baner og oppføre seg som atomene som vi kjenner.
Siden positronium er sjeldent, er det ikke en fullstendig modell av positronium "kjemi." Men noen få interessante ting kommer fra disse ulike "atomer". Først kan de eksistere med ekstremt store baner, som spenner over interstellare avstander. Så lenge de to partiklene samhandler, kan de danne et par uavhengig av avstandene.
Under Black Hole Era vil noen av disse atomene ha diametre som strekker seg over en avstand som er større enn vårt nåværende observerbare univers. Som de er laget av leptoner, vil positroniumatomer overleve protonforfallet og vare gjennom Black Hole Era. Faktisk vil de svarte hullene skape positroniumatomer gjennom stråling. Selv de vil forfalle gitt nok tid, med positron-elektronparet spiralere nærmere og nærmere felles forintetgjørelse. Men før det kan universet produsere liv på en måte som vi aldri har sett.
4 Alt skjer ekstremt sakte, inkludert tanke
Som Black Hole Era kommer til slutt, og selv disse stjernene kjemper forsvinner i svarte, vil det bare være noen få ting igjen i vårt univers, hovedsakelig diffuse subatomiske partikler og de resterende positroniumatomer. Når dette skjer, skjer alt i universet ekstremt sakte, med hver handling som varer evige. Ifølge noen teoretiske fysikere, hovedsakelig Freeman Dyson, kan livet komme tilbake i vårt univers i løpet av denne tiden.
Gitt den enorme mengden tid, kan organisk evolusjon begynne å utvikle seg blant positronium. Vesene som dukker opp, vil være veldig ulikt alt vi har sett. For eksempel ville de være store, spenner over interstellare avstander. Siden det ikke vil være mye igjen i universet, vil de ha all den plassen de kunne ønske seg. Men fordi disse livsformer vil være så store, vil de tenke på priser eksponentielt langsommere enn vi gjør. Faktisk kan danner enkelt tanker for disse skapningene ta trillioner av år.
Det virker gal for oss, men siden disse skapningene vil eksistere på store tidsskalaer, synes det å være øyeblikkelig for dem. Hvis disse skapningene utviklet seg under universets vikling, ville det ikke være noen måte at de kunne vurdere å tenke raskere, lenger enn du kan tenke seg å tenke raskere enn du allerede gjør. For vesener på slutten av universet vil "spontan tanke" være på store tidsskalaer, men bare i henhold til oss. Alle disse skapningene vil tro at de tenker øyeblikkelig. Disse vesener vil eksistere i store mengder tid, og se på universet som kommer ned rundt dem. Likevel vil de til slutt kollapse.
3 Ingen Mer 'Makro-Fysikk'
Ved dette punktet vil universet ha nådd en nesten maksimal entropi-tilstand, noe som betyr at det bare vil være et ensartet felt av energi og noen få subatomære partikler. Dette vil være etter Black Hole Era, utvide dypt inn i tiden over 10 år i fremtiden.På dette tidspunktet vil plassen ha blitt utvidet så mye, og mørk energi vil være så kraftig at det ikke lenger vil eksistere svarte hull, og universet vil ikke lenger ha noen massive stjernelegemer.
Det er vanskelig å forestille seg et univers som dette. Ekspansjonen vil ha vært så uttalt ved dette punktet at stjerner som vi kjenner dem ikke lenger vil danne fordi de subatomære partiklene som danner materie, vil bli presset så langt unna hverandre at de ikke vil kunne samhandle uten å reise raskere enn lys . Alt som vil eksistere er noen svarte partikler som vil flyte rundt den tomme kosmos, ikke engang i stand til å samhandle for å danne positroniumatomer.
Dette betyr at fysikk som vi vet, vil være over. De eneste fysiske modellene som gjelder vil være kvantemekanikk. Kvanteffekter vil oppstå over store interstellare avstander og over store tidsrammer, noe som er helt motsatt av måten vi ser universet nå. Til slutt vil den totale temperaturen til universet falle til absolutt null, noe som betyr at det ikke blir energi som kan konvertere til arbeid. I noen modeller vil ekspansjonen av rom fortsatt akselerere, til slutt rive mellomrom-tid fra hverandre. På det tidspunkt vil vårt univers slutte å eksistere.
2 Det kan være en vei ut
Hittil har vår reise til universets ende vært en økende serie av dyster og deprimerende hendelser. Men fysikere er ingenting hvis ikke optimistiske og har foreslått måter for menneskeheten å overleve i slutten av tiden og til og med starte universet igjen.
Den største muligheten for å rømme vårt maksimale entropiunivers er å bruke svarte hull før protonforfallet gjør livet umulig. Svarte hull er fortsatt store mysterier, og teoretikere som Steven Hawking har foreslått å bruke disse massive gjenstandene for å komme til nye universer.
Moderne teori tyder på at bobleuniversene hele tiden vårer vår egen, danner helt nye universer med materie og mulighet for livet. Hawking mener at svarte hull kan inneholde passasjer til disse nye universene. Det er bare ett problem. Når du har passert grensen til et svart hull, kan du ikke få det tilbake. Dette er en kjent ide i fysikk. Så hvis menneskeheten bestemte seg for å reise inn i et svart hull, ville det være en enveiskjøring.
Først må de finne et tilstrekkelig massivt, spinnende svart hull for å overleve turen gjennom hendelseshorisonten. (I motsetning til populær tro er massive sorte hull faktisk tryggere å reise gjennom.) Da vil fremtidige romreisere måtte håpe at turen forlater dem i ett stykke, men de kunne aldri kommunisere med sine venner på den andre siden av det svarte hulet å fortelle dem at de gjorde det. Hver tur ville bli et sprang av troen.
Men det er en måte å sørge for at et nytt univers venter på oss på den andre siden. Ifølge Alan Guth ville et nytt babyunivers bare trenge 10 fotoner, 10 elektroner, 10 positroner, 10 nøytriner, 10 antineutriner, 10 protoner og 10 nøytroner å starte. Det kan virke som mye, men det legger bare opp til et par gram materiale.
Da kunne fremtidige mennesker produsere et falskt vakuum - som er et område med plass som har potensial for ekspansjon - skapt av et superstrengt gravitasjonsfelt. På langt sikt kan mennesker tilegne seg teknologien for å skape et falskt vakuum og starte sitt eget univers. Siden den første oppblåsingen av universet skjer over en brøkdel av et sekund, vil det nye universet ekspandere nesten umiddelbart, og skape et nytt hjem for at menneskeheten skal leve i. En rask hopp gjennom et ormhull, og vi vil finne et trygt univers for å fortsette vårt løp
1 Random Quantum Tunneling kan starte det hele igjen
Men hva med universet legger vi igjen? Over en stor mengde tid vil det endelig nå maksimal entropi, bli helt ubeboelig. Men selv i dette døde univers er det en sjanse for at livet skal komme seg igjen. Forskere av kvantemekanikk vet om en kvanteffekt som kalles kvante tunneling. Dette er når en subatomisk partikkel er i stand til å oppnå en energistatus som ikke er klassisk mulig.
I klassisk mekanikk, for eksempel, kan en ball ikke begynne å rulle opp en bakke spontant. Det er en forbudt energistat. Subatomære partikler har også forbudt energiland i klassisk mekanikk, men kvantemekanikk gjør det alt på hodet. Noen ganger kan partikler "tunnel" til disse energilatene.
Denne prosessen skjer allerede i stjerner. Men når det blir brukt på universets ende, kommer en merkelig mulighet opp. Partikler i klassisk statistisk mekanikk kan ikke gå fra en høyere entropi til en lavere. Men med quantum tunneling, kan de og vil. Fysikere Sean Carroll og Jennifer Chen har foreslått ideen om at gitt nok tid, kan quantum tunneling spontant redusere entropi i det døde universet, forårsaker at en ny storang oppstår og starter universet igjen. Ikke hold pusten og vent på det. En spontan entropi reduksjon ville ta 10 år å skje.
En annen teori kan gi oss håp om et nytt univers - dette kommer fra matematikk. I 1890 publiserte Henri Poincare sin tilbakemeldingsteori som sier at gitt en ekstremt lang tid, går alle systemer tilbake til en tilstand som ligger svært nær den første. Dette kan gjelde for termodynamikk, hvor tilfeldige termiske fluktuasjoner i høyt entropiuniverset forårsaker at det går tilbake til en opprinnelig tilstand, og starter ting igjen. Etter tidernes evner kunne vårt univers formes igjen og fremtidige vesener som bor i det ville ikke ha noen anelse om at de kom fra universet som vi kjenner.