Главная Астрономия Бесконечное пространство: Астрономы предлагают 4 сценария смерти Вселенной

Астрономы предлагают 4 сценария смерти Вселенной

Огромные просторы Вселенной - то, что многим людям трудно осознать. Представить себе космос в сочетании с огромным количеством времени, которое прошло и еще пройдет, почти непреодолимо.

Как понимаются эти категории? Почти сразу же сталкиваешься с некоторыми довольно сложными вопросами: как может существовать бесконечное пространство? Как возникла Вселенная? И, что еще важнее: чем все закончится?

Хотя конец Вселенной, какой мы ее знаем, все еще неясен, существуют четыре теории, призванные приблизить нас к пониманию неизбежности: тепловая смерть, Большой взрыв, Большой разрыв и вакуумный распад.

Путь к пониманию судьбы Вселенной начинается с Альберта Эйнштейна. Создатель теории относительности полагал, что гравитация работает против общепринятой идеи статичной Вселенной, которая была широко принята в его время.

Он думал, что сила гравитации заставляет материальный мир сужаться. Однако эксперименты и наблюдения не подтвердили эту точку зрения.

Поэтому он пришел к выводу, что должна существовать какая-то отталкивающая сила, противодействующая космологической постоянной. Однако в 1929 году Эдвин Хаббл вывел закономерность, согласно которому скорость разбегающихся галактик, видимое через красное смещение, прямо пропорционально расстоянию между ними.

Тепловая смерть вселенной

С точки зрения общей теории относительности, глобальные космические процессы сводятся к расширению ткани пространства-времени. То есть Вселенная постоянно расширяется. А значит все разговоры о космологической постоянной - бессмысленны.

Но если Вселенная расширяется, то наступит момент, когда расширение закончится.

Пока что галактики все больше удаляются друг от друга. Но по мере «растяжения» времени, - в сторону бесконечности, - окружающий мир начнет остывать. Звезды сгорят, а "ингредиенты", необходимые для образования новых светил, рассеются до такой степени, что звездообразование прекращается.

Все огни померкнут, и ночное небо потемнеет (и дневное, если уж на то пошло). Во Вселенной больше не будет жизни, нечему  будет возникать, поскольку она приблизится к "минимальной температуре и максимальной энтропии".

Вот тогда и наступит реальное стационарное состояние - тотальное состояние низкой, рассеянной энергии. Угасшие системы не получат дополнительной энергии даже для производства механической работы. И, согласно второму закону термодинамики, наступит тепловая смерть.

Но такой сценарий - не единственный способ гибели расширяющейся Вселенной. Давайте перенесемся в 1998 год, когда телескоп Хаббл обнаружил, что юная материя ускорялась медленнее.

Вывод был сделан на основе данных, полученных благодаря наблюдению за яркостью далеких и старых (новых -?) сверхновых.

Итак, в настоящее время Вселенная расширяется с большей скоростью. Хорошо... но как? Если гравитация притягивает, то что заставляет вещи отталкиваться? И как вещи отталкиваются все быстрее и быстрее?

Ученые пошли по примитивному пути и выдумали новую сущность - темную энергию. Считается, что она составляет около 70% массы (или объема, энергии, информации? - Альтернативная наука) Вселенной.

Согласно теории, она является неотъемлемым свойством пустого пространства. Иначе говоря, Эйнштейн был прав и на этот раз.

Но… темная энергия не поддается прямому наблюдению. Математика, доказывающая ее существование, только предполагает, что по мере расширения пространства появляется все больше пустот, которые заполнятся галактиками.

Пока что — математически, а не физически - ТЭ накапливается в этих огромных пространствах, заставляя Вселенную расширяться все быстрее и быстрее.

Большой разрыв. Пока не погаснут все звезды

Математическая эквилибристика предполагает, что если плотность темной энергии станет достаточно большой, то ускорение будет продолжаться до тех пор, пока звездные системы, планеты и атомы не будут ею разорваны. Включая ткань пространства-времени. Описанное явление получило название «Большой разрыв».

Но есть и другое предсказание - совершенно противоположное. Якобы Большой разрыв произойдет, если гравитация остановит расширение и вся материя опять «схлопнется» в одну точку.

Галактики, сталкиваясь, уничтожат планеты и звезды. Подобное сжатие приведет к экстремальной плотности и температурам.

И тут появляется еще одна математическая сущность - темная материя, о которой мы nj;t ничего не знаем, но в существовании которой мы верим безраздельно. Достаточно ведь сказать, что мы не наблюдаем ее непосредственно, мы якобы видим следствия ее существования; мы у-верены в ее бытийственности, потому что наши расчеты и математические модели некомпетентны. И эту некомпетентность, то есть неспособность определить массу астрономического объекта и рассчитать его гравитацию, мы трактуем как трансцендентную силу, удерживающую вместе все галактики.

 

Единственная связь между ТМ и ТЭ заключается в том, что мы не наблюдаем оба «явления». Зато, теоретически, когда вся материя схлопывается в одну точку, она мгновенно взрывается и расширяется, воссоздавая космос.

Таким образом, Большой взрыв — это лишь эпизод в бесконечном цикле экстремального расширения и сжатия. Большой скачок, таким образом, не обрекает Вселенную на абсолютную гибель.

Четвертое и последнее предсказание конца Вселенной - так называемый вакуумный распад.

Первое, что вам нужно знать об этом сценарии, - вакуум в данном контексте означает не пустое пространство, а, скорее, состояние наименьшей потенциальной энергии.

Для начала рассмотрим поле Хиггса (еще одна математическая модель, ставшая физической реальностью). Это энергетическое поле, которое отвечает за придание массы нашей Вселенной.

Что происходит, когда частица взаимодействует с полем? Она приобретает массу, но взамен теряет способность двигаться со скоростью света. (как она двигалась без массы, которая в квантовом мире сама является энергией? но это такое, неважно).

Основная идея, связанная с вакуумным распадом, заключается в том, что поле Хиггса, как считается, находится в стабильном состоянии потенциальной энергии, но это не самое стабильное состояние.

Графическое представление энергетических состояний поля Хиггса

Как видно на рисунке, поле Хиггса может находиться в провале (справа), который является минимумом, но не самым низким. Оно обладает большей потенциальной энергией, чем его левая «половинка».

Чем ниже потенциальная энергия, тем более стабильным и, следовательно, более благоприятным является состояние.

Итак, поле Хиггса стремиться к потенциальному равновесию. Но как его достичь? Либо через событие экстраординарной энергетичности, либо через квантовый туннель.

Последнее может произойти по принципу неопределенности Гейзенберга; частица бозона Хиггса спонтанно перемещается из одного углубления и попадает в другое. В результате создается "пузырь" более благоприятного энергетического состояния. Хотя существует вероятность того, что он схлопнется обратно, есть и другая вероятность, что он также может расширяться.

Вакуумный распад. Как умрет наша Вселенная

Так будет продолжаться до тех пор, пока материя-вакуум не достигнет скорости света. При таком изменении энергетического состояния правила Вселенной, законы физики и даже химии будут полностью переписаны.

Взаимодействия между полями и частицами станут неузнаваемыми. По мере расширения вакуумного пузыря он будет аннигилировать все на своем пути. Мы просто перестанем существовать.

Хотя все четыре сценария предполагают совершенно разные физические процессы, есть и общая тема: смерть неизбежна.

Да, все описанное - лишь предположения, но по мере научного прогресса и получения новых знаний, они становятся все более ощутимыми.

Проблема лишь в фальсификации теорий. Но тут возникает философский вопрос: как можно проверить непроверяемую, особенно экспериментально, теорию?