Конец вселенной: Конец Вселенной: где он, разные теории |

Содержание

Конец Вселенной: где он, разные теории

Есть ли конец у Вселенной? Или нет? В научном мире существует множество гипотез и мнений на этот счёт. Согласно свежей теории российских ученых, во Вселенной с границами нет и темной энергии. Но что тогда находится за космосом и как может выглядеть край конца Вселенной при таких условиях?

Кирилл Панов

NASA

Долгое время считалось, что космическое пространство заполнено обычной материей — звездами, планетами, астероидами, кометами и сильно разреженным межгалактическим газом. Однако, в таком случае, открытое в XX веке, ускоренное расширение противоречит закону гравитации, согласно которому тела притягиваются друг к другу. Гравитационные силы бы замедляли расширение Вселенной, но никак не ускоряли бы его.

Тогда возникла гипотеза, что Вселенная по большей части заполнена не обычной материей, а некой «темной энергией», которая обладает особыми свойствами. Считается что она имеет отрицательное давление. Однако, никто не знает, что это такое и как работает, но, согласно одной из теорий, 70% Вселенной состоит именно из этой темной энергии.

Несмотря на то, что о её наличии ведутся споры, некоторые теории конца Вселенной прямо или косвенно затрагивают идею существования такой материи.

Мы предлагаем для ознакомления как противоположные в этом вопросе, так и совсем не затрагивающие его научные теории, стремящиеся как можно рациональнее ответить на вопрос: имеет ли наша Вселенная конец или нет?

Вселенная не без конца, но будет расширяться

Согласно гипотезе, выдвинутой учеными Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта, расположенного в Калининграде, у Вселенной есть границы, но при этом в ней отсутствует та самая темная энергия, о которой говорилось выше. Однако данная теория, хоть и «сдерживает» в определённых рамках весь космос, так и не даёт точного ответа как же выглядит конец Вселенной, при условии её продолжающегося расширения.

«Тот факт, что наша Вселенная расширяется, был открыт почти сто лет назад, но как именно это происходит, ученые осознали только в 90-х годах прошлого века, когда появились мощные телескопы (в том числе орбитальные) и началась эра точной космологии. В ходе наблюдений и анализа полученных данных выяснилось, что Вселенная не просто расширяется, но расширяется с ускорением, которое началось через три-четыре миллиарда лет после рождения Вселенной», — говорится в научном материале. Отечественные специалисты убеждены, что именно ускорение расширения и есть маркер, по которому можно понять наличие предела Вселенной.

Их гипотеза построена на том, что вместо темной энергии во Вселенной действует эффект, аналогичный эффекту Казимира, если представить, что у Вселенной есть конец, возможные границы в виде некоего подобия стенок. Вот на эти стенки и распространяется эффект.

Эффект Казимира — это взаимное притяжение проводящих незаряженных тел (например близко расположенных друг к другу пластин) под действием квантовых флуктуаций в вакууме. Грубо говоря, речь идет о колебаниях вакуума вследствие рождения и исчезновения в нем виртуальных частиц. Чем ближе находятся тела, тем активнее подавляется рождение частиц между ними. В результате давление между телами становится меньше, чем давление на них извне, где рождение фотонов ничем не ограничено. Так происходит притяжение.

Подобный эффект, как считают ученые из Калининграда, наблюдается и во Вселенной — между ее границами, с обратной стороны которых описанное давление частиц отсутствует. Давление же на границы с нашей стороны, то есть изнутри, и заставляет Вселенную расширяться с ускорением.

Мыльный пузырь, который может лопнуть

Довольно близкую к балтийским учёным концепцию предлагает их коллега из Калифорнийского университета – Андреас Альбрехт. Он также считает что конец у Вселенной существует, несмотря на её продолжающее расширение. Впрочем, Альбрехт относится к тому крылу учёных, склонных думать, что расширение в конечном итоге остановится. Кроме этого, в своих работах, он высказывает мнение о том, что достигнув максимума, конечная Вселенная будет немногим больше видимого нами сейчас пространства. В числовом эквиваленте это лишь 20% от нынешнего состояния. Да и от гипотетической тёмной энергии, зарубежный специалист в собственных умозаключениях не отказывается.

Для доступности своей теории он предлагает изобразить Вселенную как мыльный пузырь, который всегда имеет конечные размеры. Однако будучи учёным, Альбрехт не осмеливается называть где находится конец вселенной и что дальше за его границами, справедливо оперируя нехваткой данных.

Волновая теория конца вселенной

Обвинять Альбрехта в отсутствии данных сложно. Это объясняется таким свойством космоса, как реликтовое излучение, образовавшееся с самыми первыми атомами, согласно теории Большого Взрыва. Оно не даёт учёным изучать дальние галактики и их звёзды, являясь естественным барьером в их освоении и возможностью заглянуть за край конца Вселенной, если он конечно есть.

Но вместе с тем реликтовое излучение позволяет специалистам рассмотреть волновой спектр космоса. Исследования в этой области навели учёных на гипотезу о том, что если Вселенная действительно бесконечна, то в ней должны находится волны самых разнообразных длин. Тем не менее, за девять лет своей работы, аппарат WMAP, запущенный НАСА, как раз для исследования реликтового излучения, не обнаружил сколь-нибудь крупных волн. Выяснилось, что космическое пространство имеет узкий спектр волн, а значит, конец Вселенной существует.

Пока, правда, астрофизикам не удалось определить точную форму и границы Вселенной. Однако исследовать это могут помочь всё те же волны в космосе, а точнее их вибрации. Благодаря их различным типам, возникающим в пространстве, можно определить что находится в конце Вселенной, какой она формы и какие границы имеет. Остаётся только подождать, ведь подобные исследования зачастую длятся годами.

5 вариантов того, как может исчезнуть наша Вселенная

Все когда-то заканчивается и ученые считают, что смерть нашей Вселенной может наступить даже раньше, чем мы думаем.

Большое замерзание

Одна из теорий смерти Вселенной, которая называется Большое замерзание предполагает, что темная энергия будет вечно способствовать расширению Вселенной. Но в конце концов ее ждет медленная смерть, которая растянется на период времени, которые даже сложно вообразить. Согласно теории, это количество лет можно представить в виде единицы, за которой идут 100 нулей.

В течение нескольких триллионов лет звезды и галактики начнут исчезать, так они придут к концу своего эволюционного развития. Газ и пыль в результате расширения Вселенной станут настолько разреженными, что они перестанут формировать облака звездообразования и соответственно новые звезды появляться не будут.

Примерно через 100 триллионов лет в космосе останутся только белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Через количество лет, которое можно представить, как единицу с 43 нулями, в космосе останутся только черные дыры. И уже через количество лет, которые можно представить, как единицу, за которой идут 100 нулей, исчезнут и черные дыры.

После этого во Вселенной никогда ничего не будет происходить и ничего больше не появится. Наступит полный мрак и холод.

Большой разрыв

Еще одна теория под названием Большой разрыв гласит, что смерть Вселенной наступит гораздо раньше. Согласно этой теории, темная энергия не просто будет расширять Вселенную, а в конечном итоге, разорвет на части саму материю.

Теория Большого разрыва говорит о том, что расширение Вселенной приведет к тому, что в определенный момент времени начнут распадаться гравитационные и электромагнитные связи между звездами и галактиками.

Фото: New Atlas

Скопления галактик начнут распадаться, потом это случится с галактиками и звезды отправятся в свободное плавание по космосу. Еще позже от звезд сбегут их планеты. Разрушительные события, во время которых будут уничтожены все звезды и планеты приведут к тому, что материя будет разорвана на части и в конце концов исчезнет сама ткань пространства-времени.

Согласно этой теории, смерть Вселенной наступит через 22 млрд лет. Но самое интересное, что смертельная развязка наступит всего через несколько месяцев, как исчезнет Солнечная система. А сама Земля разрушиться всего за полчаса до Большого разрыва, который закончится исчезновением всех атомов.

Большое сжатие

Когда обсуждаются вероятные сценарии смерти Вселенной, то многие ученые склоняются к первым двум вариантам. Но есть теория, которая называется Большое сжатие, которая гласит, что Вселенная может снова вернуться в изначальное состояние, то есть сожмется до невероятно малого размера.

Согласно этой теории, гравитационные силы станут преобладать над силами расширения Вселенной, и она начнет сжиматься. Сначала будут сливаться воедино скопления галактик, потом сами галактики, и после этого все звезды. И все это время температура во Вселенной будет повышаться, пока оставшиеся звезды не станут настолько горячими, что просто испарятся.

Фото: NBC News

В последние несколько минут жизни Вселенной в ней станет настолько горячо, что атомы распадаться на части и их затянут в себя черные дыры, которые заполнят почти все оставшееся пространство. А конце вся материя сожмется в маленькую точку, которой она и была до Большого взрыва.

Приверженцы это й теории считают, что подобные события начнутся уже через несколько миллиардов лет. Но некоторые утверждают, что подобный процесс сжатия начнется уже через 100 млн лет. В любом случае весь процесс превращения огромного пространства в ничто займет примерно 1 млрд лет.

Большой отскок

Еще одна теория очень похожа на предыдущую гипотезу. Единственное, что теория, которая называется Большой отскок говорит о том, что если даже смерть Вселенной наступит в виде полного сжатия до очень маленького состояния, это будет еще не конец.

Ученые считают, что в этом случае произойдет новый Большой взрыв и Вселенная снова начнет расширяться, наполняясь всеми ее составляющими объектами. Но, согласно этой теории, смерть Вселенной и ее возрождение будут бесконечной чередой событий.

Фото: New Atlas

Большой хлопок

Последняя теория может быть самой тревожной из всего списка, так как смерть Вселенной может наступить буквально в любой момент. Эта теория называется гипотезой о распаде ложного вакуума или Большой хлопок.

Согласно законам физики, любая система пытается стать стабильной. Для этого она переходит из состояния с высокой энергией в состояние с более низкой энергией, пока не стабилизируется в самом минимальном из возможных энергетических состояний. Для квантовых полей это их вакуумное состояние.

Считается, что все известные квантовые поля находятся в стабильных вакуумных состояниях, кроме одного — поля Хиггса. Кажется, что оно находится в состоянии ложного вакуума, а это означает, что в настоящее время оно кажется стабильным, но, по прогнозам, не находится в состоянии с самой минимальной энергией.

Соответственно в любую секунду поле Хиггса может внезапно перейти в состояние с более низкой энергией и таким образом это уничтожит огромную часть Вселенной, а может и ее всю целиком.

В таком случае одна маленькая точка в космосе, которая перейдет в состояние с более низкой энергией, приведет к появлению разрушающей вакуум волне, которая будет двигаться со скоростью света и уничтожать все на своем пути. Люди на Земле даже не смогут этого увидеть заранее до того момента, пока эта волна не врежется в нашу планету.

Ученые считают, что при одном из вариантов развития последующих событий Землю и все живое не будут уничтожены, но им придется жить в условиях абсолютно других законов физики. Но в худшем случае вся материя будет уничтожена.

Некоторые ученые считают, что подобное развитие событий практически невозможно, другие говорят, что такое может произойти через миллиарды лет, а третьи утверждают, что мы уже живем в условиях новой физики и это уже случилось. В то же время поле Хиггса может быть более стабильным, чем мы предполагаем и такая смерть Вселенной невозможна.

Расширение Вселенной может закончиться на удивление скоро, говорят космологи

Для космологов происхождение Вселенной ясно. Они могут видеть, что галактики удаляются друг от друга с ускорением, и когда они воспроизводят это движение в обратном порядке, Вселенная сжимается до одного события. Это говорит о том, что все началось около 14 миллиардов лет назад в событии, которое мы сейчас называем Большим взрывом.

В отличие от этого космологам не так ясно, чем все это закончится. Одна из возможностей заключается в том, что расширение Вселенной будет продолжать ускоряться, движимое таинственной силой, называемой темной энергией. В этом случае расширение будет бесконечным и навсегда.

Но другой вариант заключается в том, что со временем роль темной энергии будет уменьшаться, что приведет к остановке ускоренного расширения и плавному переходу в медленное сжатие. Эта возможность четко согласуется с идеей о том, что Вселенная постоянно расширяется и сжимается в непрерывном цикле.

Эта вторая возможность поднимает интересный вопрос: когда все это может произойти?

Раньше, чем мы думаем

Теперь Космин Андрей из Принстонского университета и пара его коллег исследовали этот вопрос, используя теоретические модели, которые согласуются с текущими наблюдениями. И они говорят, что это может начаться раньше, чем мы думаем, возможно, в масштабах времени, измеряемых миллионами, а не миллиардами лет.

Андрей и его коллеги начинают с рассмотрения того, как свойства темной энергии могут измениться, оставаясь при этом совместимыми со Вселенной, которую астрономы наблюдают в настоящее время. Затем они рассчитывают минимальное время, прежде чем эти переходы могут начаться.

Результаты представляют интерес для чтения. Андрей и его коллеги говорят, что минимальное время до окончания ускорения «поразительно мало, космологически говоря». «На самом деле их можно сравнить с геологическими шкалами времени», — говорят они.

В одном из сценариев говорят, что минимальное время, оставшееся до конца расширения, примерно равно периоду существования жизни на Земле. Это 3 или 4 миллиарда лет.

Шкала времени динозавров

В другом сценарии они подсчитали, что «интервал времени, оставшийся до окончания ускорения, меньше времени, прошедшего с тех пор, как астероид Чиксулуб положил конец динозаврам». Это всего 65 миллионов лет — мгновение ока по космологическим меркам.

Однако для астрономов есть плохие новости. Даже если расширение так скоро закончится, астрономы вряд ли увидят доказательства этого. «Любопытно, что мы не смогли обнаружить надвигающиеся драматические космические события, учитывая наилучшие доступные сегодня наблюдения», — говорят Андрей и его коллеги.

Это потому, что все доказательства исходят от удаленных объектов, которые излучали свет много миллиардов лет назад, таких как сверхновые звезды, и космического микроволнового фона, который является эхом самого Большого взрыва.

Эти объекты не будут показывать признаки этого изменения в течение долгого времени, хотя авторы предполагают, что могут быть другие способы поиска его.

Андрей и заканчиваются обсуждением того, почему конец экспансии должен произойти именно сейчас, в то самое время, когда жизнь появилась, чтобы засвидетельствовать это. В ответ они указывают, что в циклической Вселенной, которая попеременно расширяется и сжимается, в каждом цикле есть лишь короткое время, когда созреют условия для возникновения жизни. И это примерно сейчас.

Все это приводит к ошеломляющему выводу: «конец расширения может произойти на удивление скоро», — говорят они. Хотя причин терять сон пока нет.

Ссылка: Конец расширения: arxiv.org/abs/2201.07704

Четыре пути, по которым может закончиться наша Вселенная, согласно науке

Существуют сотни известных космических событий, которые могут уничтожить жизнь на нашей планете. Солнечные вспышки высокой энергии, катаклизмы, гамма-всплески, близлежащая сверхновая и так далее и тому подобное. Тем не менее, шансы на то, что Земля пострадает от глобальной катастрофы, заканчивающейся жизнью, на самом деле довольно невелики.

Но мы знаем, что грядет . По данным астрономов, светимость Солнца увеличивается примерно на 6% каждый миллиард лет. Хотя 6 % могут показаться 90 042 90 043 не такими уж большими, этого достаточно, чтобы сделать нашу планету непригодной для жизни в том виде, в каком мы ее знаем, через 1,1 миллиарда лет.

Конец всего остального, однако, предсказать немного сложнее, но это не остановило ученых от спекуляций и теоретизирования.

Примечательно, что окончательная судьба Вселенной зависит от трех вещей: общей формы Вселенной, ее плотности и количества существующей темной энергии. Первые два сценария основаны на том, что Вселенная существует в «плоской» или «открытой» системе (системе с отрицательным искривлением, похожей на поверхность седла).

Большой разрыв

Наша Вселенная расширяется. Это происходит из-за таинственной формы энергии, известной как «темная энергия». Мы не знаем, что это такое, но с каждым годом эта темная энергия увеличивает скорость расширения.

Одна из теорий нашего конечного конца основана на предположении, что это расширение будет продолжаться бесконечно — до тех пор, пока галактики, звезды, планеты и материя (даже субатомные строительные блоки, из которых состоит вся материя) больше не смогут держаться вместе. В этот момент они разрываются.

Эта теория называется (сюрприз!) Большим разрывом.

Произойдет ли это на самом деле, зависит от критической плотности (граничного значения между открытыми моделями, которые расширяются навсегда, и закрытыми моделями, которые повторно схлопываются),

Согласно Роберту Колдуэллу, физику-теоретику из Дартмутского колледжа, если Большой разрыв победит Несмотря на все апокалиптические сценарии, изложенные в этой статье, это событие произойдет примерно через 22 миллиарда лет, когда Солнце уже перешло из звезды главной последовательности в красного гиганта (в результате испепелив Землю), а затем в белый карлик.

Если Земля уцелеет (спойлер: нет), планета взорвется примерно за 30 минут до финала.

Большая заморозка

Другим популярным сценарием конца Вселенной, основанным на расшифровке истинной природы темной энергии, является Большая заморозка (также называемая Тепловая смерть или Большой холод).

В этом сценарии Вселенная продолжает расширяться с постоянно увеличивающейся скоростью. Когда это происходит, тепло рассеивается по всему пространству, а галактики, звезды и планеты отдаляются все дальше и дальше друг от друга. В очень отдаленном будущем разумные цивилизации будут смотреть в небо и думать, что они одни. Все будет так далеко, что свет далеких звезд и галактик никогда не сможет их достичь.

В конце концов, планеты, звезды и галактики будут разнесены так далеко друг от друга, что звезды в конечном итоге потеряют доступ к сырью, необходимому для звездообразования. Таким образом, свет неизбежно погаснет навсегда.

Становится все холоднее и холоднее, пока температура во всей Вселенной не достигнет абсолютного нуля. При абсолютном нуле все движения останавливаются. Ничто не может существовать в таком месте, так как там буквально нет энергии. Вообще. В любом месте.

Это точка, в которой Вселенная достигнет состояния максимальной энтропии. Вместо огненных колыбелей галактики станут гробами, наполненными остатками мертвых звезд.

Многие ученые (астрономы и физики) считают, что это один из наиболее вероятных сценариев.

Большое сжатие

Большое сжатие считается прямым следствием Большого взрыва. В этой модели расширение вселенной не продолжается вечно.

По прошествии неопределенного времени (возможно, триллионов лет), если бы средней плотности Вселенной было достаточно, чтобы остановить расширение, Вселенная начала бы процесс коллапса сама по себе. В конце концов, все существующее вещество и частицы будут стянуты вместе в сверхплотное состояние (возможно, даже в сингулярность, подобную черной дыре).

Такое событие могло уже произойти раньше. Некоторые ученые предполагают, что Вселенная, которую мы видим, является результатом циклического повторения Большого Взрыва, когда произошло первое космологическое событие после коллапса предыдущей Вселенной. Это то, что называется конформной циклической космологией.

В отличие от первых двух сценариев, эта модель основана на «замкнутости» геометрии Вселенной (подобной поверхности сферы). Подобное событие было бы подобно одному дыханию: Вселенная «выдохнула бы» Большой Взрыв и «вдохнула бы» Большой Сжатие.

Это также может произойти, если мы увидим изменение текущего эффекта расширения темной энергии.

Подобно этой теории (и Большому Взрыву) есть Большой Отскок. Здесь предлагается своего рода симметрия: Вселенная находится в непрерывном цикле расширения, а затем схлопывания самой себя. По сути, мы могли бы быть одной из многих итераций Вселенной. Возможно, еще более жуткой является мысль о том, что, возможно, каждый раз, когда Вселенная перезагружается, она разыгрывается одним и тем же образом. Возможно, вы 9версии googleplex, существовавшие ранее.

В конце концов, вселенная может быть похожа на мифического феникса: его смерть на самом деле является огненным возрождением.

The Big Slurp

Эта теория всплыла на поверхность всего несколько лет назад, после того как стало известно об истинной природе бозона Хиггса, частицы, которая играет роль в придании массы элементарным частицам.

Нажмите, чтобы просмотреть полную инфографику

В этой модели, если частица бозона Хиггса имеет определенную массу, это может указывать на то, что вакуум нашей Вселенной может быть нестабильным по своей природе, возможно, существующим в постоянном «метастабильном» состоянии — что-то это обсуждалось много раз ранее.