Содержание
Три теории: как Вселенной придет конец
Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на
https://inosmi.ru/20180310/241646522.html
Когда Вселенной придет конец
Когда Вселенной придет конец
Когда Вселенной придет конец
Есть ли у нашей Вселенной конец, и если да, то какой? Сейчас имеются три основные теории космического Судного дня. По аналогии с известной теорией Большого… | 10.03.2018, ИноСМИ
2018-03-10T00:05
2018-03-10T00:05
2022-10-07T15:30
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn1.inosmi.ru/images/sharing/article/241646522.jpg?2416463691665145800
ИноСМИ
+7 495 645 66 01
ФГУП МИА «Россия сегодня»
2018
ИноСМИ
+7 495 645 66 01
ФГУП МИА «Россия сегодня»
Новости
ru-RU
https://inosmi.ru/docs/about/copyright.
html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
ИноСМИ
+7 495 645 66 01
ФГУП МИА «Россия сегодня»
ИноСМИ
+7 495 645 66 01
ФГУП МИА «Россия сегодня»
ИноСМИ
+7 495 645 66 01
ФГУП МИА «Россия сегодня»
наука, такой близкий космос
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ
Читать inosmi.ru в
Есть ли у нашей Вселенной конец, и если да, то какой? Сейчас имеются три основные теории космического Судного дня. По аналогии с известной теорией Большого взрыва эти гипотезы называют Большим столкновением, Большим разрывом и Большим замерзанием. Проще говоря, Вселенная может разорваться на части, сжаться до маленького шарика или превратиться в ледяной суп.
Юн Форслинг (Jon Forsling)
Есть ли у нашей Вселенной конец, и если да, то какой?
Вот три основные теории, которые ученые выдвигают относительно космического Судного дня.
«Может случиться так, что в конечном итоге от Вселенной останется лишь ледяной супчик», — говорит Маркус Янсон (Markus Janson), преподаватель Стокгольмского университета.
Вселенную обычно описывают как нечто бесконечное.
Но большинство ученых сегодня полагают, что космос на самом деле в один прекрасный день перестанет существовать: правда, они точно не знают, как именно.
© NASA / JPL-CaltechРисунок звезды, которая поглощена сверхмассивной черной дырой
© NASA / JPL-Caltech
«Для начала нужно, конечно, подчеркнуть, что никто не знает наверняка, что именно произойдет. Но сегодня большинство ученых все-таки сходятся в том, что Вселенная в ее нынешней форме так или иначе перестанет существовать», — говорит Маркус Янсон, преподаватель кафедры астрономии в Стокгольмском университете.
«Законы термодинамики говорят нам, что в нашей Вселенной постоянно нарастает хаос. Пригодные к использованию типы энергии все в большей степени превращаются в непригодные к использованию», — продолжает он.
Сегодня существует множество разных теорий, согласно которым наш космос — это лишь одна среди бесконечного множества вселенных, и у той Вселенной, которую мы сегодня знаем и можем наблюдать, имеются разные измерения.
Кроме того, существуют различные теории о том, как наш универсум может в один прекрасный день прекратить существование.
Самые распространенные теории можно кратко пересказать следующим образом.
Большое столкновение
Большинство из нас знают теорию под названием Большой взрыв (Big Bang) о резком начале расширения Вселенной, в результате которого появились время, пространство и материя примерно 13,8 миллиардов лет назад.
Большое столкновение — это, можно сказать, то же самое, что и Большой взрыв, только наоборот. Сейчас мы можем наблюдать, как космос расширяется, но, согласно этой теории, общие гравитационные силы Вселенной со временем постепенно затормозят это движение и снова начнут стягивать всю материю в одно место.
Наконец, Вселенная «сомнется» в одну маленькую и невероятно горячую точку.
«Долгое время эта теория считалась наиболее правдоподобной. Во Вселенной существует большое количество материи, и можно предположить, что ее части притягиваются друг к другу. Поэтому, даже если сейчас космос и расширяется, согласно этой теории, гравитация в конце концов остановит разбег, и Вселенная начнется сжиматься вновь», — рассказывает Маркус Янсон из Стокгольмского университета.
Но это, как считают некоторые, вовсе не обязательно означает, что Вселенная «закончится». Не исключено, что весь процесс просто повторится, и произойдет новый Большой взрыв. Другими словами, наша Вселенная обречена постоянно то расширяться, то сжиматься — словно бьющееся сердце.
«Несколько лет назад у этой теории было больше сторонников. А теперь мы обнаружили, что Вселенная не просто расширяется, но еще и ускоряется, причем ускоряется все сильнее и сильнее», — добавляет Маркус Янсон.
Большой разрыв
Эта версия — своего рода противоположность теории Большого столкновения. Исследователи полагают, что нынешнее ускоряющееся расширение Вселенной вызвано так называемой темной энергией, которая действует как противовес гравитации. Даже ведущие физики мира не могут объяснить, что представляет собой эта темная энергия или из чего она состоит. Но если попытаться выразить все простыми словами, то может оказаться, что окончательная судьба нашей Вселенной определяется именно борьбой между темной энергией и гравитацией.
Если в конечном итоге победит гравитация, то Вселенная, вероятно, схлопнется в соответствии с теорией «Большого столкновения». Но если темная энергия окажется мощнее, чем гравитация, то космос начнет расширяться все быстрее и быстрее.
В конце концов темная энергия станет настолько мощной, что сможет разорвать на части атомы, что в свою очередь приведет к так называемому Большому разрыву.
«Если Вселенная продолжит быстро расширяться, ускоряясь все сильнее, то, по этой теории, ускорение в конце концов станет настолько сильным, что даже атомы не смогут оставаться единым целым», — говорит Маркус Янсон из Стокгольмского университета.
Большое замерзание
Эту теорию называют еще Большой заморозкой. Согласно ей, расширение Вселенной продолжится все быстрее, а значит, расстояние между галактиками и небесными телами будет расти. Это, в свою очередь, приведет к тому, что тепловая энергия сегодняшней Вселенной будет равномерно распределяться по все большему пространству, и в конечном итоге Вселенная станет слишком холодной для того, чтоб порождать и поддерживать жизнь.
«Газ будет уже не таким плотным, так как станет все больше рассеиваться, а значит, новые звезды рождаться не будут. А без звезд ничто не согреет планеты», — объясняет Маркус Янсон из Стокгольмского университета.
В этой будущей Вселенной в конце концов исчезнут даже черные дыры, по теории о так называемом излучении Хокинга, из-за которого они постепенно теряют массу.
В конце концов у нас будет космос без планет, звезд, черных дыр — по большому счету, не останется вообще ничего.
«Этот сценарий не называет четкого момента, когда именно наш космос прекратит существование. Может быть так, что в конце концов просто останется что-то вроде огромной тарелки ледяного вселенского супа из редких неподвижных атомов», — говорит Маркус Янсон из Стокгольмского университета.
Так что же, Вселенная закончится, разорвавшись на части, превратившись в ледяной суп или сжавшись до маленького шарика?
Кто доживет, узнает.
Как умрёт Вселенная / Хабр
Вселенная — глобальный объект, который включает в себя время, космос и всё его содержимое: галактики, звёзды, планеты, их луны, все прочие тела, всю материю, всю энергию. Этот огромный и замечательный объект когда-то зародился. Как у всего хорошего, у Вселенной тоже есть свой конец. С прошлым и зарождением Вселенной учёные вроде как определились. А вот предсказания о конце Вселенной остаются набором теорий, которые выдают разный результат в зависимости от принимаемых значений нескольких постоянных.
Доминирующей теорией зарождения Вселенной в современной науке является Большой взрыв. Если экстраполировать видимое расширение Вселенной, 13,799 ± 0,021 миллиарда лет назад всё вещество находилось в одной точке нулевого размера с бесконечной плотностью и температурой. Затем началось расширение. Мало какие из последующих процессов находятся в пределах полного понимания современной физики.
За пикосекунды из кварк-глюонной плазмы зародились элементарные частицы. В дальнейшем из них образовались протоны и нейтроны, те в свою очередь дали ядра лёгких изотопов. Пока лишь ядра — до атомов веществу далеко.
Спустя 70 тысяч лет от начальной точки вещество начинает доминировать над излучением. Примерно с 380 тысяч лет после Большого взрыва электроны и ядра впервые образуют нейтральные атомы. Звёзд ещё не существует. Самые первые образуются с 550 миллионов лет после Большого взрыва. Звёзды собираются в галактики. Последних гравитационное взаимодействие формирует в скопления.
Согласно небулярной гипотезе, через ≈9 миллиардов лет после Большого взрыва (или ≈4,6 миллиардов лет назад) из одного газопылевого облака начало формироваться то, что позже станет Солнечной системой. Фрагмент облака сжался в шар по центру, окружающие его части тоже сжимались и вращались быстрее, формируя характерный диск. Из шара зажглась наша звезда, в холодных краях в сгущениях материи образовывались планеты.
В этом кратком описании нас интересует возможность предсказать, сколько Солнце ещё может просуществовать. Через 13,799 миллиардов лет после того, как всё началось, у нас есть голубая от океанов Земля, жизнь и бесплатная порнография по сетям передачи данных. Удобный нам порядок жизни будет существовать долго, но лишь по человеческим меркам.
Через 2,4 миллиарда лет от настоящего момента Млечный путь и Галактика Андромеды столкнутся. С Земли это наблюдать будет некому. Жизнь на нашей планете вымрет через примерно миллиард лет — Солнце будет давать слишком много тепла, и океаны просто испарятся.
Сама звезда просуществует долго.
Жизненный цикл Солнца.
Через миллиарды лет Солнце уже будет красным гигантом, давно израсходовавшим свои запасы водородного топлива. Оно расширится в примерно 250 раз. Некоторые исследования показывают, что до схлапывания в белый карлик Солнце всё же захватит Землю, поскольку орбита планеты опустится ниже. Впрочем, это неважно — через 7,6 миллиардов лет, когда это произойдёт, на нашей планете уже не будет ничего живого. Солнце будет светить ещё миллиарды лет, но куда тусклее. В конце концов оно превратится в чёрного карлика. Ещё через миллиарды лет гравитация других звёзд отберёт оставшиеся планеты. Солнечная система прекратит существование.
В ближайшие сотни миллионов лет о гибели Земли беспокоиться не нужно — в этот период Солнечная система устойчива. Выгорание топлива ближайшей звезды через миллиарды лет невозможно назвать даже проблемами. У современного человечества есть настоящие задачи, которые грозят значительным ухудшением качества жизни.
Их много: от перестающих работать антибиотиков из-за появления супербактерий до глобального изменения климата из-за выброса парниковых газов. Наконец, есть банальная опасность развязать термоядерную войну или уничтожить самих себя каким-либо ещё образом.
Возможно, наши потомки сдвинут орбиту Земли или вовсе переселятся с неё. Возможно, Земля переживёт этот процесс без лишней помощи. Но какие проблемы будут стоять перед постчеловечеством, которое покинет «колыбель цивилизации»? Что ожидает другие, внеземные формы жизни? Вопрос конечной судьбы Вселенной стоит на границе современной космологической науки.
Вселенная расширяется, галактики разбегаются друг от друга. Быть может, скорость расширения замедлится, дойдёт до нуля, а затем пойдёт в обратном направлении. Вселенная может начать сжиматься, постепенно схлопываясь в черные дыры. И эти чёрные дыры сольются в одну. Эта гипотеза носит название «Большое сжатие».
В законе Хаббла состояние расширения Вселенной определяется её плотностью.
Если плотность ниже критической, то Вселенная продолжит увеличиваться в размерах и остывать. Если плотность Вселенной выше, то гравитационная сила постепенно остановит разбегание и направит его вспять. Вселенная будет сжиматься.
Коллапс будет отличаться от изначального расширения. Огромные скопления галактик сблизятся, затем начнут сливаться целые галактики. В какой-то момент звёзды подойдут друг к другу настолько близко, что дойдёт до частых столкновений. Звёзды не смогут рассеивать вырабатываемое тепло и начнут взрываться, оставляя горячий неоднородный газ. Из-за растущей температуры его атомы распадутся на элементарные частицы, которые будут поглощены срастающимися чёрными дырами. Гипотеза не указывает, каков будет финал.
Существует ещё одна гипотеза-продолжение — Большой отскок. Простая формулировка гласит, что Вселенная испытывает циклы Больших взрывов и Больших сжатий. Возможно, и эта Вселенная возникла в результате распада предыдущей. Это означает, что мы живём в одну из точек бесконечного цикла сжатий и взрывов.
Впрочем, их нумерация не имеет смысла из-за прохождения точки сингулярности. Некоторые теории утверждают, что результатом Большого сжатия станет то же состояние, с которого всё началось. Произойдёт ещё один Большой Взрыв. Цикл будет бесконечно продолжаться.
Но последние экспериментальные наблюдения дальних сверхновых как объектов стандартной светимости и составление карты реликтового излучения показывают, что расширение не замедляется, а лишь ускоряется.
Большой разрыв предполагает, что когда-то в будущем вся материя Вселенной, звезды и галактики, субатомные частицы, само пространство и время будут разорваны скоростью расширения. Сценарий этой смерти гласит, что за 60 миллионов лет до финала распадётся Млечный путь, за три месяца расстроится работа Солнечной системы. За полчаса до Большого разрыва разрушится Земля (или похожая планета), за одну наносекунду начнут разрушаться атомы. Согласно гипотезе, всё это произойдёт лишь через 22 миллиарда лет, уже после угасания Солнца в белый карлик.
Однако наиболее популярной теорией остаётся постоянное расширение и следующая из этого Тепловая смерть.
За миллиарды лет звёзды выгорят. Из их останков родятся белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры. Через 150 миллиардов лет от текущего момента при том же ускорении разбегания галактик все галактики за пределами Местной группы выйдут за космологический горизонт. События в Местной группе никак не смогут влиять на события в удалённых галактиках, и наоборот. При наблюдении удалённой галактики время будет замедляться, а затем просто остановится. Другими словами, через 150 миллиардов лет наблюдатель в Местной группе никогда не увидит событий в удалённых галактиках. Более не будут возможны ни полёты к ним, ни какие-либо формы связи.
Через 800 миллиардов лет светимость Местной группы заметно снизится. Стареющие звёзды будут выдавать всё меньше света, красные карлики будут вымирать в белые. Через 2 триллиона лет от текущего момента из-за красного смещения удалённые галактики будет невозможно как-либо обнаружить: даже длина волн их гамма-лучей будет выше, чем размер наблюдаемой вселенной.
https://www.youtube.com/watch?v=Fi7ETJh5S48
Через 100 триллионов лет закончится формирование звёзд, в космосе будут тускло светить их остатки. После того, как потухнет последняя звезда, космос изредка будут озарять вспышки слияний двух белых карликов. Через 1015 лет планеты либо упадут на остатки своих бывших звёзд, либо уйдут к другим телам. Похожим образом через 1019—1020 лет объекты покинут галактики. Небольшая часть объектов упадёт в сверхмассивную чёрную дыру.
Дальнейшее развитие зависит от того, стабилен протон или нет. Некоторые эксперименты утверждают, что минимальный период полураспада протона составляет 1034 лет. Если это действительно так, через 1040 лет во Вселенной останутся почти лишь только лептоны и фотоны. Исчезнут остатки звёзд, останутся лишь чёрные дыры. Возможно, процесс гибели нуклонов займёт больше времени.
Через 10100 лет от текущего момента чёрные дыры испарятся излучением Хокинга.
Наконец, Вселенная будет почти полностью пуста. В ней будут летать фотоны, нейтрино, электроны и позитроны, изредка сталкиваясь.
Если протоны стабильны, то через 101500 холодным слиянием и квантовым туннелированием лёгкие ядра превратятся в атомы железа 56Fe. Элементы тяжелее этого изотопа распадутся с излучением альфа-частиц. Через 101026 лет квантовое туннелирование превратит большие объекты в чёрные дыры. Возможно, железные звёзды превратятся в нейтронные через 101076 лет от настоящего момента.
Есть вероятность, через 10101056 лет квантовые флуктуации зародят новый Большой взрыв. Хотя в этом вакууме может зародиться даже разумное существо: приблизительная оценка времени зарождения Больцмановского мозга — раз в 101050 лет.
Есть и другие, более экзотические гипотезы. К примеру, в 2010 году учёные предсказали, что через пять миллиардов лет время закончится.
Это событие трудно будет увидеть или как-то предсказать, его обещают внезапным. Пространство может кончиться из-за схлапывания ложного вакуума в истинный, в более энергетически низкое состояние, что, возможно, повлечёт полное разрушение объектов Вселенной.
Все эти гипотезы разработаны для текущих реалий простого уравнения состояния для тёмной энергии. Как и следует из имени, о тёмной энергии известно мало. Если верна инфляционная модель Вселенной, то в первые моменты после Большого взрыва существовали другие формы тёмной энергии. Возможно, уравнение состояния поменяется. Изменятся выводы, которые можно сделать из него. Трудно предсказать, что мы узнаем о тёмной энергии, если она получила развитие лишь в конце прошлого века.
Но во всех случаях гибель Вселенной — очень далёкое по меркам человечества явление. Если рассматривать её с масштаба продолжительности жизни одного человека, это слишком глобальное событие, чтобы о нём беспокоиться.
Время закончится через пять миллиардов лет, предсказывают физики
Наша Вселенная существует почти 14 миллиардов лет, и, по мнению большинства людей, Вселенная должна существовать еще миллиарды лет.
Но, согласно новой статье, существует одна теория происхождения Вселенной, которая предсказывает, что само время закончится всего через пять миллиардов лет — по совпадению, как раз в то время, когда нашему солнцу суждено умереть.
Предсказание исходит из теории вечной инфляции, согласно которой наша вселенная является частью мультивселенной. Эта обширная структура состоит из бесконечного числа вселенных, каждая из которых может породить бесконечное количество дочерних вселенных. (См.: «Новое доказательство того, что неизвестные «структуры» тянут нашу Вселенную».)
Проблема с мультивселенной заключается в том, что все, что может произойти, произойдет бесконечное количество раз, и это делает расчет вероятностей — например, вероятность того, что планеты размером с Землю распространены — кажется невозможным.
«Обычные представления о вероятности — когда вы говорите, что событие А происходит дважды, а событие Б — четыре раза, значит, событие Б в два раза более вероятно, — не работают, потому что вместо двух и четырех получается бесконечность, — сказал Кен.
Олум из Университета Тафтса в Массачусетсе, который не участвовал в исследовании.
И вычисление вероятностей в мультивселенной будет проблемой не только для космологов.
«Если бесконечно много наблюдателей во всей вселенной выигрывают в лотерею, то на каком основании можно утверждать, что выигрыш в лотерею маловероятен?» физик-теоретик Рафаэль Буссо из Калифорнийского университета в Беркли и его коллеги пишут в новом исследовании.
Физики обходят эту проблему, используя математический подход, называемый геометрическими отсечками, который включает в себя выбор конечной полосы мультивселенной и вычисление вероятностей на основе этой ограниченной выборки.
Но в новой статье, опубликованной в прошлом месяце на веб-сайте Корнельского университета arXiv.org, команда Буссо отмечает, что этот метод имеет непреднамеренное и до сих пор упускаемое из виду последствие.
«Вы не можете использовать [обрезки] как простые математические инструменты, которые не оставляют отпечатков», — сказал Буссо.
«То же самое отсечение, которое дало вам эти хорошие и, возможно, верные прогнозы, также предсказывает конец времени.
«Другими словами, если вы используете отсечение для вычисления вероятностей вечной инфляции, само отсечение» — и, следовательно, конец времени — «становится событием, которое может произойти» 9.0003
Вселенная — это один пузырь в кипящем котле
Несмотря на эту странную морщинку, Буссо и его коллеги считают, что вечная инфляция — это верная концепция. Большинство лежащих в основе теории научных предположений, таких как теории относительности Альберта Эйнштейна, «все кажутся безобидными, и трудно понять, что может их заменить», — сказал Буссо.
(См. «Подтверждение гравитации Эйнштейна в космическом масштабе».)
На самом деле, многие физики считают, что вечная инфляция является естественным продолжением теории инфляции, которая решила некоторые проблемы исходной теории большого взрыва.
Согласно ранним моделям Большого взрыва, группы материи, которые сейчас находятся на противоположных концах дальних уголков Вселенной, находятся слишком далеко друг от друга, чтобы когда-либо соприкасаться друг с другом.
Это означает, что ранняя Вселенная должна была быть комковатой.
Более того, с такой скоростью, с которой сейчас расширяется наша Вселенная, ее общая форма должна была со временем искривиться. Кроме того, в начальный момент творения Вселенная должна была быть заполнена тяжелыми стабильными частицами, называемыми магнитными монополями.
Но наблюдения за излучением, оставшимся после Большого взрыва, за последние несколько лет говорят об обратном: ранняя Вселенная была однородной, форма нынешней Вселенной плоская, а магнитные монополи никогда не наблюдались окончательно.
Стандартная теория инфляции объясняет все это, говоря, что Вселенная испытала период чрезвычайно быстрого расширения в первые несколько мгновений, в конечном итоге выровнявшись, чтобы создать плоскую, однородную Вселенную, которую мы видим сегодня.
Вечная инфляция — это следующий шаг в теории инфляции, который позволяет ученым избежать некоторых других сложных вопросов космологии, например, что существовало до нашей Вселенной (ответ: другие вселенные) и почему наша Вселенная обладает свойствами, приспособленными для жизни (ответ: все возможно).
(см. также «Каждая черная дыра содержит другую вселенную?»)
«Хотя у нас нет теории [объясняющей самые ранние моменты существования Вселенной], у нас есть довольно хорошие идеи о том, как будет выглядеть такая теория. как… и эти идеи, кажется, обязательно включают другие вселенные», — сказал Чарльз Лайнуивер, астрофизик из Австралийского национального университета, который не был членом исследовательской группы.
«Хорошей аналогией было бы то, что наши теории предсказывают кипящий котел с водой, а происхождение нашей Вселенной — это образование одного из пузырей на дне котла. Теория настоятельно предполагает существование других пузырей, потому что когда вы кипятите воду, вы никогда не получите только один пузырь».
Время подходит к концу?
Но вечная инфляция все еще не идеальна, как показывает проблема с вероятностями в мультивселенной.
Если вероятности должны работать в мультивселенной, должны быть фактические ограничения, которые приводят различные вселенные к своему концу, говорит руководитель исследования Буссо.
Согласно формулам, используемым для расчета порогов, Вселенная возрастом 13,7 миллиардов лет достигнет своего предела примерно через 5 миллиардов лет, заключает его команда.
Для большинства людей идея о том, что математический инструмент можно возвысить до реального события, может показаться странной, но в физике есть прецеденты для этого.
Например, Олум из Университета Тафтса сказал, что было время, когда многие физики сопротивлялись идее, что протоны — субатомные частицы с положительным зарядом — сами состоят из более мелких частиц, называемых кварками. (См. также: «Протон меньше мыслимого — может переписать законы физики».)
Математически кварки помогают объяснить так называемое сильное взаимодействие в ядре атома, а в реальном мире «странных частиц, обнаруженных в ускорителях.
«Люди говорили, что эта идея о том, что внутри протона есть частицы, которые никогда не смогут выбраться наружу и которые мы никогда не сможем увидеть по отдельности, безумна», — сказал Олум.
«Было долгое время, когда люди думали, что кварки — это просто полезный инструмент для вычислений, но на самом деле они не верили в них. Однако сегодня все верят, что кварки — это настоящие фундаментальные частицы».
Точно так же, если теоретики верят в вечную инфляцию, они либо должны верить в то, что отсечки не являются действительными методами вычисления вероятностей, либо что отсечки — это реальные события, которые предсказывают конец времени, говорят Буссо и его коллеги.
Как будет выглядеть отсечка в реальном мире и какую форму примет конец времени, пока неясно, говорит команда. Если это произойдет, то, вероятно, будет внезапным и неожиданным.
И даже если бы люди могли видеть приближающуюся отсечку, мы почти наверняка не наблюдали бы ее с Земли.
Ученые считают, что наше Солнце — ныне звезда среднего возраста, возраст которой составляет около 4,57 миллиардов лет, — достигнет конца своей жизни примерно через пять миллиардов лет. В этот момент у Солнца закончится топливо в его ядре, и оно начнет сбрасывать внешние слои газа, расширяясь, превращаясь в красного гиганта и, в конечном итоге, в планетарную туманность.
Точная судьба Земли во время этого события неясна, но мало кто из ученых станет утверждать, что жизнь на планете могла пережить смерть Солнца.
Конец Времени Неизбежен
Хотя Лайнуивер из Австралийского Национального Университета согласен с тем, что вычисление вероятностей в вечной мультивселенной проблематично, он не думает, что предсказание реального отсечения является решением.
«Я никогда ничего не исключаю полностью, но я не отношусь к этому очень серьезно», — сказал Лайнуивер. «Я собираюсь более серьезно отнестись к сомнению предположений [о вечной инфляции]».
Олум из Университета Тафтса также считает, что физики не должны считать конец времени неизбежным.
«Никто не знает, почему [вечная инфляция] должна быть неправильной, но никто точно не знает, почему время должно прийти к концу. Для меня эти вещи равны», — сказал он.
(Также см.: «Существование Вселенной может быть объяснено новым материалом».)
Помимо инфляции, в физике существует множество теорий того, как может закончиться космос.
Например, при «большом сжатии» Вселенная обратит свое текущее расширение вспять и сожмется в черную дыру.
Еще есть теория «тепловой смерти», согласно которой Вселенная расширяется вечно, пока не достигнет состояния теплового равновесия, в котором ничего не может произойти.
Еще одна идея называется большой разрыв, в котором ускоренное расширение Вселенной в конечном итоге разрывает всю материю, атом за атомом. (См. также «Эйнштейн и не только» в журнале National Geographic.)
Если теория вечной инфляции верна, то даже когда наша Вселенная перестанет существовать, большая мультивселенная продолжит свое существование.
Какой бы сценарий ни казался наиболее правдоподобным, «нет необходимости продавать свои акции, потому что через пять миллиардов лет Вселенной придет конец», — сказал Олум.
И «в любом случае, у нас есть много времени, чтобы сделать историю правильно.»
Как далеко край Вселенной?
Мы задаем преподавателю музея Джанин все ваши вопросы о том, как далеко находятся вещи, от Луны до края Вселенной, во время этого подкаста Pulsar, предоставленного вам #MOSatHome.
Мы задаем вопросы, присланные слушателями, поэтому, если у вас есть вопрос, который вы хотели бы задать эксперту, отправьте его нам по адресу [email protected].
ЭРИК: В Музее науки нас часто спрашивают, как далеко находятся объекты в космосе. Простой ответ: очень, очень далеко.
Сегодня на Пульсаре мы получим более точные ответы, начиная с самых близких вещей к нашей родной планете и заканчивая нашим выходом на край вселенной. И попутно мы узнаем: откуда мы знаем, как далеко находятся эти вещи?
Спасибо Facebook Boston за поддержку этого эпизода Pulsar. Я ваш хозяин, Эрик, а сегодня у меня в гостях Джанин из нашего отдела форумов. Джанин, большое спасибо, что отправились со мной в это путешествие по вселенной.
ДЖАНИН: Да, конечно, счастлив быть здесь.
ЭРИК: Итак, давайте начнем с самого близкого к нам природного объекта здесь, на Земле. Как далеко луна?
ДЖАНИН: Хорошо, тогда я буду использовать единицу измерения, с которой вы, вероятно, хорошо знакомы.
В среднем это около 238 855 миль, и я говорю в среднем, потому что расстояние меняется.
Луна не вращается вокруг Земли по идеальной окружности, но это нечто абстрактное, и для вас это ничего не значит, верно?
Итак, если бы Земля была размером с баскетбольный мяч, Луна была бы размером с теннисный мяч. Расстояние между ними примерно 23 фута 9 дюймов, что составляет около 30 земных, что для меня безумие.
ЭРИК: Это дальше, чем вы думаете.
ДЖАНИН: Это действительно так. Я всегда думаю, что все в космосе имеет больше места, чем мы ожидаем, поэтому даже наш ближайший сосед находится в 30 раз больше, чем мы.
ЭРИК: И это самое далекое место, которое мы когда-либо исследовали вместе с людьми, и нас часто спрашивают, сколько времени понадобилось этим людям, чтобы добраться до Луны?
ДЖАНИН: Аполлон-11, наши первые астронавты высаживаются на Луну. От взлета до посадки им потребовалось 102 часа 45 минут и 40 секунд, чтобы добраться до Луны.
Итак, это 4,25 дня, но они шли не по прямой, и это потому, что… ну, есть много причин, но в основном это потому, что это самый эффективный способ добраться туда.
Все, на что вы отправляетесь в космос, требует топлива, поэтому чем больше у вас топлива, чтобы лететь быстрее, тем больше вы будете весить, так что существует баланс мощности и эффективности, и вы всегда пытаетесь сделать его максимально легким.
Это был скорее круг вокруг Земли, затем пара кругов вокруг Луны, а затем приземление, а не прямой выстрел.
ЭРИК: Так что мы могли бы добраться туда немного быстрее, чем за четыре дня, но не намного быстрее.
ДЖАНИН: Да, я думаю, они говорят, что в среднем в ходе всех миссий нужно около трех дней, чтобы добраться с Земли до Луны.
ЭРИК: Итак, мы не отправляли астронавтов на Луну почти 50 лет. В последнее время они проводят время на Международной космической станции. Как далеко это от поверхности Земли?
ДЖАНИН: Так что на самом деле это намного ближе.
Это всего около 254 миль, и я пытался выяснить, какие города на Земле, по крайней мере, в США, находятся близко к этому расстоянию, и я понял, что это примерно расстояние, если вы должны были лететь из Лос-Анджелеса в Лас-Вегас.
ЭРИК: И следующий объект в нашем списке в центре Солнечной системы, Солнце. Как далеко это?
ДЖАНИН: Итак, Солнце — наша ближайшая звезда, и оно находится на расстоянии 92 миллионов миль, что безумие, и теперь мы начинаем достигать таких расстояний в космосе, что говорить о них в милях на самом деле ничего не значит.
На самом деле, среднее расстояние от Земли до Солнца — это единица, которую астрономы называли астрономической единицей, поэтому мы решили, что с точки зрения математики это намного проще вычислить, мы просто скажем, что расстояние от Земли до Солнца равно 1, и тогда вся наша математика может быть проще.
Если бы вы могли путешествовать со скоростью света, чего вы не можете, потому что вы состоите из массы, но если бы вы могли, это заняло бы 8,3 минуты.
Что меня поразило, так это то, что свету требуется восемь минут, чтобы путешествовать, и солнце может внезапно погаснуть, и мы не будем знать об этом в течение восьми минут.
ЭРИК: Потому что пройдет восемь минут, прежде чем свет перестанет появляться на Земле.
ДЖАНИН: Да, это безумие.
ЭРИК: Итак, прыгая прямо на край нашего района, нас часто спрашивают, насколько велика Солнечная система. Итак, как далеко находится край Солнечной системы? Есть ли у него хоть какое-то преимущество?
ДЖАНИН: Итак, трудно говорить о солнечной системе и о том, что значит быть частью солнечной системы. Мы говорим об этом, когда гравитация солнца больше не является доминирующим полюсом объекта.
Итак, все в космосе притягивает друг друга. Так работает гравитация. Так работает масса.
Мы рассматриваем предметы в Солнечной системе как предметы, которые больше всего притягиваются солнцем, и поэтому они находятся на краю облака Оорта, и если вернуться к той единице астрономической единицы, это примерно 100 000 астрономических единиц.
ЭРИК: Итак, начните с Земли, пройдите мимо Солнца, затем пройдите в 100 000 раз дальше, прежде чем покинуть солнечную систему.
ДЖАНИН: Да, разве это не бред?
ЭРИК: Так и есть. Это уже так далеко, и говоря об этом, когда мы упомянули внешнюю часть Солнечной системы, нас спрашивают о роботах, которых мы отправили вглубь космоса. Итак, как далеко от Земли находится самый дальний космический корабль, который мы запустили?
ДЖАНИН: Хорошо, вчера я посмотрела это. Так что теперь это немного дальше, но, поскольку мы говорим об астрономии, все в астрономии в любом случае имеет большой диапазон ошибок, так что это нормально. «Вояджер-1», запущенный в 1977 находится на расстоянии около 150 астрономических единиц от Земли.
ЭРИК: Так что это чертовски далеко, но это далеко не так, чтобы оставить позади эффект гравитации солнца. Итак, если оставить Солнечную систему позади, какая следующая ближайшая к нам звезда и как далеко она находится? И поскольку этот вопрос возникает часто, сколько времени понадобится ракете, чтобы добраться туда?
ДЖАНИН: Значит, ближайшая к нам звезда на самом деле является частью трехзвездной системы.
Ближайшая из этих трех звезд — Проксима Центавра, которая находится на расстоянии 4,22 световых года, поэтому, если бы вы могли путешествовать со скоростью света, вам потребовалось бы 4,22 года, чтобы добраться туда, но мы не можем путешествовать со скоростью со скоростью света, так сколько времени потребуется «Вояджеру-1», чтобы добраться туда? Это займет более 73 000 лет.
ЭРИК: Так что, используя современные ракетные технологии, мы просто не доберемся туда в ближайшее время.
ДЖАНИН: Нет. Нет, пространство, как я думаю, мы собираемся установить в этом подкасте, очень большое.
ЭРИК: Теперь, прежде чем мы продолжим наше путешествие, было бы неплохо задать вопрос, который мы получили от Софи. Она хотела знать, как мы измеряем расстояние до вещей во Вселенной, которые действительно находятся далеко.
Планеты довольно легко измерить, мы были на них всех, мы можем видеть их движение, как мы можем измерить расстояние до звезд и галактик?
ДЖАНИН: Да, астрономы на самом деле используют кучу разных инструментов, и мы называем это лестницей расстояний, хотя мне нравится думать об этом, как если бы у вас была куча критериев, и вы пытались связать их вместе, и это первый критерий действительно силен, а в конце он сгибается и не супер велик, потому что наша ошибка в знании того, что правильно и насколько точна вещь, увеличивается по мере того, как мы используем разные ступени на этой лестнице.
Но первый шаг, который вы можете использовать, называется параллаксом, и вы можете провести с ним эксперимент прямо сейчас, если хотите.
Вы можете держать палец перед лицом и закрыть левый глаз, а затем закрыть правый глаз и посмотреть, что происходит за ним. И вы заметите, что по отношению к вещам позади него он движется вперед просто потому, что между каждым глазом есть небольшое расстояние.
Итак, мы можем сделать это со звездами, но не с нашими глазами, потому что это слишком маленькое расстояние по сравнению с тем, как далеко находятся звезды.
ЭРИК: Да, кажется, звезды не слишком сильно двигаются, если просто выйти на улицу и подмигнуть им туда-сюда кучу раз.
ДЖАНИН: Да, так что на самом деле мы можем использовать Землю на ее орбите как своего рода мерцание, и поэтому, если мы пойдем и измерим в июне, а затем мы пойдем и измерим в декабре, теперь мы У нас разница в шесть месяцев, так что мы на полпути вокруг солнца.
Итак, у нас есть все это расстояние, равное 2 а.е., возвращаясь к этой астрономической единице, это самая длинная базовая линия, которую мы можем получить, находясь на Земле. И мы можем смотреть на звезды и видеть, как они меняются по отношению к вещам позади них, и таким образом мы можем получить прямое расстояние.
ЭРИК: Таким образом, параллакс кажется довольно хорошим для звезд, которые находятся довольно близко, но вы упомянули и другие методы. Так что же дальше?
ДЖАНИН: Да, следующим шагом будет то, что называется стандартной свечой, и на самом деле первая стандартная свеча была обнаружена недалеко от Музея науки Генриеттой Суонн Левитт в обсерватории Гарвардского колледжа еще в начале 1900-х годов.
Она там была компьютером. Если вас это вообще интересует, есть действительно хорошая книга под названием «Стеклянная вселенная», в которой рассказывается обо всех этих компьютерах, которые работали в обсерватории Гарвардского колледжа, включая Энни Джамп Кэннон, которая очень известна тем, что определяла яркость звезд, отношения об этом.
Генриетта Свон Левитт определила эту первую стандартную свечу. Итак, она работала в обсерватории Гарвардского колледжа, изучая фотопластинки с телескопов. Итак, эти телескопы делали все эти изображения, и им нужны были люди для обработки данных, что сейчас делают многие физические компьютеры, но люди делали тогда.
И она смотрела на определенный тип звезд, называемых переменными цефеидами, и поняла, что существует какая-то связь между тем, как быстро они тускнеют и становятся ярче, и их яркостью.
Эти переменные цефеид очень постоянны, поэтому у нее возникла идея, что, поскольку светимость и период одинаковы, возможно, их можно использовать для определения того, насколько далеко что-то находится.
Итак, стандартная идея свечи состоит в том, что свеча обладает известной нам внутренней яркостью. Мы можем определить это из-за какой-то физической связи или просто изучая физику в целом.
Эта звезда, если мы знаем о ней еще что-то, мы знаем, насколько она яркая, если вы стоите на определенном расстоянии от нее.
Итак, если мы знаем, насколько ярким он должен быть, и мы знаем, насколько ярким мы его наблюдаем, мы можем определить расстояние на основе этого, верно?
Если вы знаете, насколько ярко светит ваш фонарик, и знаете, насколько ярко вы его видите, вы можете вычислить, на каком расстоянии он находится.
ЭРИК: Итак, чем дальше что-то находится, тем тусклее оно кажется нам, и если мы знаем его истинную яркость, довольно легко вычислить, насколько далеко это должно быть, чтобы оно выглядело так, как мы его видим.
ДЖАНИН: Да, точно. Итак, они выяснили, что эти переменные цефеид можно использовать таким образом в качестве стандартной свечи. Хотя моя любимая стандартная свеча — это сверхновая типа 1А.
И все потому, что, когда я учился в колледже, я работал над проектом на SS Лебедь, который является очень хорошо известной катаклизмической переменной.
Что такое катаклизмическая переменная? Это красный гигант, и у него есть партнер звезда, двойная звезда-компаньон, называемая белым карликом, и на самом деле, большинство звезд в галактике находятся в кратных звездных системах, так что это довольно нормально найти двойную звездную систему.
Итак, в катаклизмической переменной у вас есть этот красный гигант и этот белый карлик, и белый карлик находится достаточно близко к красному гиганту, чтобы крадет массу у красного гиганта.
Он не знает, чему принадлежит эта масса, и он берет ее и превращается в этот диск, который вращается вокруг белого карлика, и есть точка, в которой в диске слишком много массы, он становится нестабильным, все падает на белого карлика и яркость белого карлика внезапно.
И поскольку мы знаем, какова эта масса, существует математическая физическая зависимость между массой этого диска.
Вы тогда знаете, как это ярко. У вас есть E, равное mc в квадрате, так что вы знаете, сколько массы превратится в энергию, и тогда вы можете вычислить, как далеко это находится.
ЭРИК: И это уводит нас еще дальше по лестнице расстояний, потому что эти объекты такие яркие, что мы можем видеть их очень далеко и можем измерять большие расстояния.
ДЖАНИН: Ага.
Да, и на самом деле именно так мы получили наше первое расстояние до галактики Андромеды от Эдвина Хаббла, о котором вы, возможно, слышали из-за определенного телескопа. Был человек, в честь которого это названо.
Итак, Эдвин Хаббл в 1924 году использовал переменные цефеиды, которые, как утверждала Генриетта Свон-Левитт, могли бы вычислить, как далеко находится туманность Андромеды, потому что в тот момент они не знали, что галактики есть галактики.
Но он использовал его, чтобы доказать, что он не находится внутри Млечного Пути, и его число составляло около 900 000 световых лет. Он использовал 12 цефеид, чтобы выяснить это. Сейчас мы думаем, что это примерно 2,537 миллиона световых лет, но.
ЭРИК: В общем, не так уж и плохо для телескопов 100-летней давности.
ДЖАНИН: Это астрономия, да? Так что это довольно близко.
ЭРИК: Хорошо, мы можем использовать эти методы для оценки расстояний до других галактик, составляющих Вселенную, и теперь мы в конце нашего путешествия.
Как далеко находится край Вселенной?
ДЖАНИН: Это сложнее. У Вселенной нет края, по крайней мере, того, о котором мы знаем, и людей, пытающихся выяснить это, на самом деле называют космологами.
Итак, есть люди, которые изучают, какова форма Вселенной, насколько она велика, как она образовалась и все такое. Но мы можем говорить о краю видимой вселенной или о том, как далеко назад во времени мы можем заглянуть.
Мы говорили об этом временном пределе и о том, сколько времени потребуется солнечному свету, чтобы добраться до земли, и о том, что мы не узнаем об этом в течение восьми минут. Ну, это относится ко всему, что мы видим в космосе, а это значит, что взгляд в космос — это, по сути, машина времени, верно?
Мы оглядываемся назад во времени, чем дальше мы уходим, потому что свету требуется время, чтобы дойти до нас.
Самая дальняя точка, которую мы можем видеть, находится на расстоянии около 46,5 миллиардов световых лет, что безумно, но это также означает, что вы можете заглянуть в прошлое и попытаться выяснить, как образовалась Вселенная, что, опять же, является тем, чем занимаются космологи.