Смерть вселенной: как закончится существование нашего мира |

Содержание

Тепловая смерть Вселенной

Второй закон (начало) термодинамики говорит о том, что внутренняя энергия тепла (теплота) не может самостоятельно переходить от менее нагретого объекта к более нагретому объекту.

Содержание:

1 Появление теории в 19 веке
2 Развитие теории в 20 веке
3 Аргументы против гипотезы “тепловой смерти“ Вселенной
4 Современное представление о “тепловой смерти“ Вселенной
5 Эпоха черных дыр

Появление теории в 19 веке

Рудольф Клаузис

В результате Второго закона термодинамики любая физическая система, не обменивающаяся энергией с другими системами, стремится к самому вероятному состоянию равновесия — к состоянию с наибольшей энтропией (величина характеризующая степень неупорядоченности и теплового состояния физической системы). Этот закон впервые был описан Сади Карно в 1824 году. Как следствие этого, уже в 1852 году Уильям Кельвин предложил гипотезу о грядущей в будущем “тепловой смерти Земли“ в ходе процесса остывания нашей планеты до безжизненного состояния. В 1865 году Рудольф Клаузиус распространил эту гипотезу уже на всю Вселенную.

В 1872 году австрийский физик Людвиг Больцман попытался количественно оценить энтропию с помощью формулы S = k * ln W (где, S — энтропия, k — константа Больцмана, W — количество микросостояний, реализующих макросостояние. Микросостояние — это состояние отдельной составляющей системы, а макросостояние — состояние системы в целом.

Наглядно об энтропии

В настоящее время энтропия видимой части нашей Вселенной оценивается примерно в 1088 или 10 октовигинтиллионов. Это значение примерно соответствует числу фотонов в нашей Вселенной, для сравнения число фотонов во Вселенной примерно в миллиард раз превышает число барионов (обычных элементарных частей состоящих из нескольких кварков – протонов, нейтронов, и т.д.).

Развитие теории в 20 веке

Открытие расширения Вселенной в 20 веке укрепило гипотезу будущей “тепловой смерти Вселенной“. Астрономические наблюдения наиболее удаленных частей наблюдаемой Вселенной показали, что наша Вселенная на масштабе в несколько сотен мегапарсек имеет неупорядоченный ячеистый вид, в котором сверхскопления галактик чередуются с огромными пустотами (войдами).

Крупномасштабная структура Вселенной

Ещё большим свидетельством справедливости гипотезы стало открытие реликтового излучения – теплового излучения Вселенной, возникшего во время рекомбинации (соединения протонов и электронов в атомы) первичного водорода, которое случилось через 379 тысяч лет. Процесс рекомбинации происходит при температурах в 3 тысячи Кельвинов, в то же время текущая температура реликтового излучения, определенная по его максимуму составляет только 2.7 Кельвинов. Изучение реликтового излучения показало, что оно является изотропным (однородным) для любого направления на небе на уровне в 99.999%.

Наглядная модель Вселенной

Астрономические наблюдения позволяют построить т.н. диаграмму Мадо («Madau-diagram»), которая показывает зависимость темпа звездообразования в зависимости от возраста Вселенной.

Изучение статистики квазаров (ядер активных галактик) позволяет независимо оценить темп звездообразования. Обзор 2DF, проведенный в 1997-2002 году на австралийском телескопе ААТ изучил около 10 тысяч квазаров на площади неба в 1. 5 тысяч квадратных градусов в областях обоих галактических полюсов.

Другим доказательством верности теории будущей “тепловой смерти Вселенной“ стали исследования ядерной физики, которые показали, что энергия связи нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре растет по мере увеличения их числа в ядре большинства химических элементов.

Следствием этой зависимости стало то, что термоядерные реакции слияния с участием более легких химических элементов (к примеру, водорода и гелия) приводят к выделению значительно большего количества энергии в недрах звезд, чем термоядерные реакции с участием более тяжелых химических элементов. Кроме того теоретические исследования в конце 20 века предположили, что и черные дыры не являются вечными, а постепенно испаряются под действием “излучения Хокинга“ (гипотетическое излучение черных дыр, которое преимущественно состоит из фотонов).

Аргументы против гипотезы “тепловой смерти“ Вселенной

Иллюстрация теории Большого разрыва Вселенной

Сомнения в справедливости гипотезы неизбежной “тепловой смерти Вселенной” в будущем можно разделить на несколько моментов (см. иллюстрацию теории Большого разрыва Вселенной).

Существует неопределенность в прогнозировании будущих изменений объема нашей Вселенной. Существует как теория Большого разрыва Вселенной (ускоренного расширения Вселенной до бесконечности), так и теория Большого сжатия Вселенной (в будущем Вселенная начнет сжиматься). Неопределенность между этими вариантами вызвана недавними открытиями загадочной темной материи и энергии.

Иллюстрация теории бесконечного цикла сжатия и расширения Вселенной

Существует неопределенностью в вопросе количества существующих Вселенных, и возможности связи между ними. С одной стороны фотометрический парадокс (парадокс Шезо — Ольберса) темного неба говорит о конечности размера и возраста нашей Вселенной, а так же об отсутствии её связи с другими Вселенными.

Слабое современное понимание влияния темной материи и энергии на эволюцию Вселенной

С другой стороны из принципа заурядности (принципа Коперника) следует, что наша Вселенная не уникальна, и должно существовать бесконечное множество других Вселенных с другим набором физических констант. Кроме того современная физика допускает существование пространственно-временных туннелей (кротовых нор) между разными Вселенными.

При охлаждении обычного вещества (переходе его в твердое состояние) его энтропия не увеличивается, а наоборот уменьшается:

Энтропия на примере воды

Ключевыми моментами теории “тепловой смерти” Вселенной является возможность распада протона и существование “излучения Хокинга“, но эти гипотетические явления пока не доказаны экспериментально.

Информационный парадокс

Существует большая неопределенность в вопросе влияния жизни и разума на динамику энтропии Вселенной. В вопросе влияния неразумных жизненных форм на энтропию Вселенной мало сомнений, что жизнь уменьшает энтропию. В качестве доказательств этого можно привести факты более сложной природы живых организмов по сравнению с любыми неорганическими химическими веществами. Поверхность нашей планеты за счет биосферы выглядит куда более разнообразной по сравнению с “мертвой“ поверхностью Луны, Марса или Венеры. Кроме того простейшие живые организмы замечены в деятельности по обогащению земной атмосферы кислородом (биогенный кислород), а так же генерированию богатых месторождений полезных ископаемых (биогенез).

Сравнение поверхности Венеры, Земли, Луны, Марса и Титана (слева направо)

В то же время остаётся без ответа вопрос о том, увеличивает или уменьшает энтропию Вселенной разумная жизнь (то есть человек)? С одной стороны человеческий мозг является наиболее сложной формой из известных среди живых организмов, как и то, что научно-технический прогресс позволил людям достичь невиданных высот в познании и конструирование, в том числе в синтезировании химических элементов и элементарных частиц, которых не наблюдается в природе. Современная человеческая цивилизация способна предотвращать крупные природные катастрофы (лесные пожары, наводнения, массовые эпидемии и т.д.) и в шаге от возможности предотвращения катастроф планетарного масштаба (падения небольших астероидов и комет).

Ночная фотография поверхности Земли из космоса

С другой стороны человеческая цивилизация выделяется и “энтропийными“ тенденциями. Растет разрушительная мощь оружейных арсеналов вместе с увеличением числа опасных химических и ядерных производств, горная промышленность всего за десятилетия способна опустошить месторождения полезных ископаемых, которые накапливались на планете многие сотни миллионов лет. Развитие сельского хозяйства привело к обезлесению большей части поверхности нашей планеты, а так же способствует деградации почв и опутыванию. Браконьерство, выбросы парниковых газов (возможное окисление океана) и т.д. быстро сокращают биоразнобразие нашей планеты, в связи, с чем экологи причисляют нынешнее время к новому массовому вымиранию. Кроме того в последние десятилетия отмечено сильное снижение рождаемости и в наиболее развитых странах, не исключено что эта демографическая ситуация стала следствием запредельного усложнения быта человеческой цивилизации.

Тепловая смерть Земли

В связи со всеми этими тенденциями, ближайшее будущее человеческой цивилизации представляет собой огромное количество возможных вариантов: начиная от эпической картины космической колонизации всей галактики вместе со строительством сфер Дайсона, расцветом искусственного интеллекта и установлением контакта с внеземными цивилизациями вплоть до отката в вечное средневековье на планете с подорванными минеральными и биологическими ресурсами. Парадокс Ферми (Великое молчание Вселенной) добавляет ещё больше неопределенности в вопросе влияния жизни и разума на динамику энтропии Вселенной, так как существует огромный диапазон для его объяснения: от огромной редкости биосфер и разумных цивилизаций во Вселенной до гипотезы, что наша Земля представляет собой некий “заповедник“ или “матрицу“ в мире разумных сверхцивилизаций.

Современное представление о “тепловой смерти“ Вселенной

В настоящее время физики рассматривают следующую последовательность эволюции Вселенной в будущем при условии её дальнейшего расширения с текущей скоростью:

1-100 триллионов (1012) лет – завершение процессов образования звезд во Вселенной и угасание даже самых поздних красных карликов. После этого момента во Вселенной останутся только звездные остатки: черные дыры, нейтронные звезды и белые карлики.
1 квадратиллионов (1015) лет – все планеты покинут свои орбиты вокруг звезд в связи с гравитационными возмущениями от близких пролетов других звезд.
10-100 квинтиллионов (1018) лет – все планеты, коричневые карлики и звездные остатки покинут свои галактики по причине постоянных гравитационных возмущений друг от друга.
100 квинтиллионов (1018) лет – приблизительное время падения Земли на Солнце по причине излучения гравитационных волн, в случае если бы Земля пережила стадию красного гиганта и осталась бы на своей орбите.
2 анвигинтиллиона (1066) лет – приблизительное время полного испарения черной дыры массой с Солнце.
17 септдециллиардов (10105) лет – приблизительное время полного испарения черной дыры массой в 10 триллионов масс Солнца. Это время окончания эпохи черных дыр.

В дальнейшем будущее Вселенной распадается на два возможных варианта в зависимости от того является ли протон стабильной элементарной частицей или нет:

А) Протон является нестабильной элементарной частицей;
А1) 10 дециллионов (1033) лет – наименьшее возможное время полураспада протона согласно экспериментам ядерных физиков на Земле;
А2) 2 ундециллиона (1036) лет – наименьшее возможное время распада всех протонов во Вселенной;
А3) 100 додециллионов (1039) лет – наибольшее возможное время полураспада протона, которое следует из гипотезы, что Большой взрыв объясняется инфляционными космологическими теориями, и что распад протона вызван тем же процессом, который ответственен за преобладание барионов над антибарионами в ранней Вселенной;
А4) 30 тредециллионов (1041) лет – максимальное возможное время распада всех барионов во Вселенной. После этого времени должна начаться эпоха черных дыр, так как они останутся единственными существующими небесными объектами во Вселенной;
А5) 17 септдециллиардов (10105) лет – примерное время полного испарения даже наиболее массивных черных дыр. Это время окончания эпохи черных дыр, и наступления эпохи вечной тьмы, в которой все объекты Вселенной распались до субатомных частиц и замедлились до наименьшего энергетического уровня.

Иллюстрация сценария будущего Вселенной где протон является нестабильной элементарной частицей

Б) Протон стабильная элементарная частица;

Б1) 100 вигинтиллионов (1063) лет – время, за которое все тела в твердой форме даже при абсолютном нуле превратятся в “жидкообразное” состоянии, вызванное эффектом квантового туннелирования – миграцией в другие части кристаллической решетки;

Б2) 101500 лет – появление гипотетических железных звезд по причине процессов холодного нуклеосинтеза, идущего путём квантового туннелирования, в ходе которого легкие ядра преобразуются в наиболее стабильный изотоп – Fe56 (по другим сведениям самым стабильным изотопом является никель-62, который обладает наиболее высокой энергией связи. ). Одновременно тяжелые ядра также превращаются в железо по причине радиоактивного распада;

Черные дыры

Б3) 10 в 1026 – 10 в 1076 лет – оценка диапазона времени в течение которого все вещество во Вселенной аккрецирует в черные дыры.

Эпоха черных дыр

Кадр из клипа группы Комплексные числа “Неизбежность”

И в заключение можно отметить предположение, что после 10 в 10120 лет все вещество во Вселенной достигнет минимального энергетического состояния. То есть это и будет гипотетическое наступление “тепловой смерти“ Вселенной. Кроме того у математиков существует понятие времени возврата Пуанкаре.

Это понятие означает вероятность того, что рано или поздно любая часть системы вернется в свое первоначальное состояние. Хорошей иллюстрацией этого понятия является вариант, когда в сосуде, разделенном на две части перегородкой, в одной из частей находится некий газ. Если убрать перегородку, то все равно рано или поздно наступит время, когда все молекулы газа окажутся в исходной половине сосуда. Для нашей Вселенной время возврата Пуанкаре оценивается фантастически большой величиной.

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 21392

Запись опубликована: 04.12.2017
Автор: Борислав Славолюбов

Мы все умрём. Тепловая смерть Вселенной

https://ria.ru/20200328/1569279853.html

Мы все умрём. Тепловая смерть Вселенной

Мы все умрём. Тепловая смерть Вселенной — РИА Новости, 28.03.2020

Мы все умрём. Тепловая смерть Вселенной

По законам физики, любые тела и системы стремятся к энтропии – состоянию покоя, прекращению обмена энергией и распаду. Это правило работает на любом масштабе – в том числе и всекосмическом. Гипотеза о конце всего сущего от энтропии называется «теорией тепловой смерти Вселенной». Насколько она точна – и, что важнее, неизбежна?

2020-03-28T12:00

2020-03-28T12:03

мы все умрём. но это не точно

вселенная

айзек азимов

космос

подкаст

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/03/1c/1569280070_3:0:638:357_1920x0_80_0_0_cdc927303b619ea8f9aac447e8cc46e4.png

Мы все умрём. Тепловая смерть Вселенной

audio/mpeg

Мы все умрём. Тепловая смерть Вселенной

audio/mpeg

«Рано или поздно всё равно всё кончится… Однажды энергия сойдёт на нет. Энтропия достигнет максимума, и это сохранится вечно», — так писатель-фантаст Айзек Азимов объяснял конец Вселенной в рассказе «Последний вопрос». Но для нас этот вопрос стал первым среди многих: а правда ли, что энтропия необратима? Сколько времени осталось до того, как Вселенная перестанет существовать? Может, тепловая смерть Вселенной так и не наступит? Какие есть другие теории о конце всего сущего?Обо всем этом и не только мы спросили двух лекторов Московского Планетария: кандидата физико-математических наук Алексея Осокина и астрофизика, блогера и автора научно-популярного паблика «Зона Звёзд» Дмитрия Трушина.Партнер эпизода — Московский Планетарий. В марте Московский Планетарий приостановил свою работу, как и многие другие культурные учреждения Москвы, и подготовил специальную подборку, чтобы космос стал еще ближе. Впервые состоялся запуск онлайн-трансляций лекций цикла «Трибуна ученого» и «Звездные уроки». Трансляции лекций и виртуальные экскурсии Московского Планетария рассчитаны на аудиторию разных возрастов.Мы говорили на похожие темы в других эпизодах этого подкаста — например, про чёрные дыры или про исчезновение Луны.Слушайте подкасты РИА Новости и подписывайтесь на них в мобильных приложениях: для iPhone — iTunes, для Android — Google Podcasts. С любым устройством вы можете использовать Яндекс.Музыка, Castbox и SoundStream. Скачайте выбранное приложение и наберите в строке поиска «РИА Новости» или название подкаста. Как и где бесплатно подписаться на подкасты__________Эпизод подготовил Игорь КривицкийЭксперты подкаста Дмитрий Трушин, Алескей ОсокинМонтаж Андрея ТемноваСпрашивайте нас, предлагайте нам, спорьте с нами: [email protected]Подписывайтесь на наш канал в инстаграме @ria_podcasts

космос

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

4. 7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e4/03/1c/1569280070_83:0:559:357_1920x0_80_0_0_8025ce88a373ea930c4962868a9419e5.png

1920

true

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

4.7

internet-group@rian. ru

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

вселенная, айзек азимов, космос, подкаст, аудио

Мы все умрём. Но это не точно, Вселенная, Айзек Азимов, Космос, Подкаст

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 10^10²⁶ лет квантовое туннелирование превратит большие объекты в чёрные дыры. Возможно, железные звёзды превратятся в нейтронные через 10^10⁷⁶ лет от настоящего момента.

Есть вероятность, через 10^{10^10⁵⁶} лет квантовые флуктуации зародят новый Большой взрыв. Хотя в этом вакууме может зародиться даже разумное существо: приблизительная оценка времени зарождения Больцмановского мозга — раз в 10^10⁵⁰ 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.

Сможет ли наука пережить гибель Вселенной?

Вера не является верой, если она основана на доказательствах, поэтому неправильно говорить, что я верю в человеческий прогресс. В отличие от Бога прогресс объективно реален, доказуемый факт, как и эволюция. Человечество стало богаче, здоровее, свободнее, миролюбивее и умнее. Мы знаем больше, чем наши предки, и мы постоянно учимся. Эти тенденции, должен признать любой разумный человек, представляют собой прогресс. Вопрос в том, как долго может продолжаться этот прогресс?

Позвольте мне вернуться на минутку. Недавно я согласился с мегаэкспертом Стивеном Пинкером в том, что за последние два столетия мы достигли материального, морального и интеллектуального прогресса, что должно дать нам надежду на то, что мы сможем достичь еще большего. Я ожидал и получил отпор. Пессимисты утверждают, что наш прогресс окажется эфемерным; что мы неизбежно поддадимся собственной гадости и глупости и погубим себя.

Может быть, а может и нет. Просто ради аргумента скажем, что в течение следующего столетия или двух мы решим наши самые большие проблемы, включая тиранию, несправедливость, бедность, пандемии, изменение климата и войны. Допустим, мы создаем мир, в котором можем делать практически все, что захотим. Многие будут гнаться за удовольствиями, находя все более захватывающие способы развлечься. Другие могут искать духовного просветления или посвятить себя художественному самовыражению.

Независимо от того, чем займутся наши потомки, некоторые из них обязательно продолжат исследовать вселенную и все, что в ней есть, включая нас. Как долго может продолжаться поиск знаний? Не так давно я утверждал 25 лет назад в этом месяце в The End of Science , , в котором утверждается, что физика элементарных частиц, космология, неврология и другие области натыкаются на фундаментальные ограничения. Я все еще думаю, что я прав, но могу ошибаться. Ниже я описываю взгляды трех физиков — Фримена Дайсона, Роджера Пенроуза и Дэвида Дойча, — которые считают, что поиск знаний может продолжаться очень-очень долго и, возможно, вечно, даже перед лицом тепловой смерти Вселенной.

Если вы размышляете о нашем долгосрочном космическом будущем, вам придется столкнуться со вторым законом термодинамики, самым удручающим научным пониманием природы. Он утверждает, что закрытые системы, не получающие энергии из внешнего источника, со временем становятся более беспорядочными. Это эвфемизм для скучного. Второй закон подразумевает, что Вселенная неизбежно впадет в стадию тепловой смерти, при которой все и везде имеет одинаковую температуру, близкую к абсолютному нулю, и ничего не происходит.

Открытие в конце 1990-х, что Вселенная расширяется с ускорением, означает, что мы приближаемся к тепловой смерти, также известной как большой холод, с возрастающей скоростью. Нехорошо. Поскольку Вселенная продолжает раздуваться, звезды, в том числе наше собственное Солнце (после того, как оно сначала стало красным гигантом и испепелило Землю), и даже черные дыры в конечном итоге будут излучать всю свою энергию, и Вселенная навсегда погрузится во тьму. Космологи подсчитали, что мы достигнем этого космического тупика — в котором само время останавливается, как указывает писатель-физик Джордж Массер — через один гугол лет. Гугол — это 10 в сотой степени.

Да, это долго. (Напротив, ожидается, что Солнце станет красным гигантом и испепелит нашу планету всего за пять миллиардов лет, или пять раз по 10 в девятой степени). бессмысленный, бесконечно малый обратный водоворот во вселенной, подобной цунами, скользящей к вечной ночи. Все наши поиски знаний будут напрасны, потому что все, чему мы научились, будет забыто, когда вселенная погрузится в полное, необратимое безрассудство.

РАЗУМНОЕ ГАЗОВОЕ ОБЛАКО ФРИМЕНА ДАЙСОНА

Обеспокоенные перспективой космического забвения, ученые придумали, как мы можем избежать этого. Пионером таких рассуждений был Фриман Дайсон, который умер в прошлом году в возрасте 96 лет. Дайсон был спровоцирован на размышления о долгосрочной судьбе Вселенной в конце 1970-х печально известным замечанием физика Стивена Вайнберга о том, что «чем больше Вселенная кажется понятно, тем более это кажется бессмысленным».

В 19В статье 79 «Время без конца: физика и биология в открытой вселенной» Дайсон утверждает, что у Вселенной есть смысл, цель, пока в ней есть разум. Он предполагает, что через вечность наши потомки могут заселить другие звездные системы и галактики, возможно, после того, как сбросят свои тела из плоти и крови и превратятся в облака разумного газа. Дайсон приводит математические аргументы в пользу того, что эти существа могут за счет разумного сохранения энергии поддерживать ресурсы, необходимые для выживания, мышления и общения в вечно расширяющемся космосе.

Нашим потомкам всегда будет о чем подумать, настаивает Дайсон. Он воодушевлен доказательством Курта Гёделя 1931 года о том, что любая система математических аксиом является «неполной», что ставит вопросы, на которые нельзя ответить с помощью этих аксиом. Теорема Гёделя о неполноте подразумевает, что и математика, и физическая реальность будут ставить перед нами «неисчерпаемые» задачи. Дайсон утверждает, что «независимо от того, как далеко мы зайдем в будущее, всегда будут происходить новые вещи, поступать новая информация, новые миры для исследования, постоянно расширяющаяся область жизни, сознания и памяти».

После того, как я упомянул статью Дайсона в колонке 2018 года, он написал мне по электронной почте, чтобы указать, что его статья «устарела, потому что она предполагала линейно расширяющуюся Вселенную, что космологи считали правильным в 1979 году. Теперь у нас есть убедительные доказательства того, что Вселенная ускоряется, и это имеет большое значение для будущего жизни и разума». Дайсон отказался «дальнейших рассуждений» о нашей судьбе в ускоряющемся космосе, «пока данные наблюдений не станут более ясными».

ВЕЧНЫЙ ЦИКЛИЧЕСКИЙ КОСМОС РОДЖЕРА ПЕНРОУЗА

Роджер Пенроуз, получивший в прошлом году Нобелевскую премию, продолжил проект Дайсона по воображению нашего космического будущего. В 2005 году Пенроуз «депрессировал себя», «думая о пустой трате времени, которая простирается впереди Вселенной согласно последним космологическим наблюдениям, которые предполагают постоянно ускоряющееся расширение», согласно статье в Physics World . Пенроуз задавался вопросом: «Кому тогда будет скучно от этой явно подавляющей возможной скуки?»

Пенроуз преодолел свой страх, изобретя новую модель Вселенной, конформную циклическую космологию, которую он изложил в своей книге 2010 года Cycles of Time . Теория утверждает, что наш все более пустой космос в конечном итоге создаст сингулярность, разрыв в пространстве-времени, подобный Большому взрыву. Таким образом, расширяющаяся вселенная может порождать новые вселенные, одну за другой, до бесконечности.

Более того, согласно Пенроузу и его коллеге, каждая новая вселенная может передавать свою накопленную информацию следующей в виде космического микроволнового излучения, оставшегося после большого взрыва. Это означает, что микроволновое излучение, пронизывающее нашу вселенную, может содержать сообщения из предыдущих вселенных. Точно так же накопленные нами знания могут быть переданы обитателям будущих вселенных. Ведь мы не такие уж ничтожные!

Более того, в начале своей карьеры Пенроуз сделал математическое открытие, подтверждающее утверждение Дайсона о том, что Вселенная никогда не перестанет нас удивлять. Пенроуз показал, что класс многоугольников, который теперь называется плиткой Пенроуза, может комбинироваться, образуя апериодические узоры, которые никогда не повторяются. Подобно теореме о неполноте Гёделя и игре «Жизнь» — клеточному автомату, изобретенному математиком Джоном Конвеем, плитки Пенроуза предполагают, что даже вселенная, основанная на простых правилах, может порождать бесконечную и непредсказуемую сложность. Природа всегда будет ставить перед нами новые загадки, если мы будем держать ухо востро.

ДЭВИД ДОЙЧ И НАЧАЛО БЕСКОНЕЧНОСТИ

Дэвид Дойч открывает свою книгу 2011 года Начало Бесконечности вопросом: «Прогресс должен прийти к концу — либо в катастрофе, либо в каком-то виде завершения — или он безграничен ?» Книга Дойча — это один длинный аргумент в пользу неограниченности. (См. мой обзор книги Дойча здесь и мои беседы с ним здесь и здесь.)

Дойч утверждает, что весь наш прогресс — моральный, политический, технологический, медицинский, художественный, научный — проистекает из наших попыток найти «хорошие объяснения». Всегда будет что объяснять, говорит Дойч, потому что наше знание реальности всегда будет неполным. Таким образом, Дойч отклоняет мое требование в Конец Науки что наука, возможно, больше не даст более глубокого понимания природы, как эволюция, квантовая механика и Большой взрыв. Открытие ускорения космоса, утверждает Дойч, противоречит моему тезису.

Кроме того, он предполагает, что наши потомки могут использовать темную энергию, которая, как считается, подпитывает это космическое ускорение, чтобы «творение знаний» могло «продолжаться вечно». Тепловая смерть? Без проблем. Дойч не любит любое человеческое будущее, отдающее окончательным характером. Таким образом, он отвергает возможность утопии настолько совершенной, что у нас больше нет проблем, которые нужно решать. В 2018 году он сказал мне, что «мир никогда не станет совершенным, даже если все, что мы сегодня считаем проблематичным, будет устранено. Мы всегда будем в начале бесконечности. Никогда не удовлетворен».

Дойч — непреклонный сторонник гипотезы многих миров, которая пытается объяснить, почему, когда мы наблюдаем за электроном, мы видим только одну из многих возможных траекторий, представленных волновой функцией электрона. Гипотеза многих миров утверждает, что все возможности, воплощенные в волновой функции, реализуются в других вселенных. Когда я брал у него интервью в 2018 году, Дойч сравнил свидетельства существования альтернативных реальностей со свидетельствами существования динозавров. Другие вселенные «реальны», сказал он, «смиритесь с этим».

Недавно я попросил Дойча спросить, не думает ли он, что наши потомки смогут прыгать в другие вселенные, чтобы продолжить поиски знаний. В своем ответе Дойч показал, что его оптимизм, как и у Дайсона и Пенроуза, сдерживается трезвомыслящим скептицизмом. По словам Дойча, прыжок через вселенную возможен при определенных «экзотических и весьма спекулятивных сценариях».

«Но будущим поколениям может показаться немного смешным, — добавил он, — что мы размышляем о событиях, которые произойдут через 100 с лишним миллиардов лет, когда наши теории фундаментальной космологии все еще меняются в масштабе десятилетий. Это немного похоже на то, как кто-то в 1400 году размышлял о будущем приручении огнедышащих драконов для производства стали, потому что на их картах предположительно было написано «здесь будут драконы» в неизведанных регионах».

Да, пророчества Дайсона, Пенроуза и Дойча противоречат моему утверждению о том, что наука конечна. Но мы также разделяем убеждения, а именно, что мы никогда полностью не разгадаем загадку реальности, и что поиск знаний больше, чем любое другое занятие, делает наше существование осмысленным. Более того, чем старше я становлюсь, тем больше моя надежда на то, что наука бесконечна, перевешивает мой страх, что это не так. Наверное, я все-таки верю в прогресс.

Это обзорно-аналитическая статья.

Дополнительная литература :

Конец науки (обновленное издание 2015 г.)

Был ли я неправ насчет «Конца науки»?

Бесконечна ли наука?

Напутствие от Стивена Пинкера

Будет ли Вселенная помнить нас после того, как мы уйдем?

Представление Дэвида Дойча о бесконечном понимании иллюзорно?

Я признаюсь, что передумал о Конец науки в недавнем чате в подкасте «Веселый Свагмен».

Я также рассказываю о пределах знаний в своей онлайн-книге Проблемы разума и тела и в моей новой книге Внимание: секс, смерть и наука .

ОБ АВТОРАХ

Джон Хорган руководит Центром научных публикаций при Технологическом институте Стивенса. Его книги включают «Конец науки», «Конец войны» и «Проблемы разума и тела», , доступные бесплатно на сайте mindbodyproblems.com. Много лет он вел популярный блог Cross Check for 9.0003 Научный американец.

Судьба Вселенной — тепловая смерть, Большой Разрыв или космическое сознание?

Кевин Пимблет, The Conversation

Черные дыры — это все, что останется перед тем, как Вселенная войдет в тепловую смерть. Но на этом история не заканчивается… Предоставлено: NASA/ESA/wikimedia.

Собирая воедино все больше подсказок, космологи приближаются к пониманию будущего и окончательной судьбы Вселенной. Боюсь, новости нехорошие. Звездообразование прекратится, и черные дыры возьмут верх, пока в конце концов не испарятся в небытие. На горизонте может быть даже «Большой разрыв». Но для тех, кто не против подождать еще 10 ^{10 ⁵⁰} лет или около того, все может начать улучшаться, поскольку может произойти ряд странных событий.

Но прежде чем рассматривать случайные события в очень далеком будущем, давайте начнем с того, что мы знаем о прошлом и настоящем.

Прошлое

Причина, по которой мы можем исследовать эволюцию Вселенной в прошлом, заключается в том, что в некоторых отношениях астрономия аналогична археологии. Явно: чем дальше мы вглядываемся от нашей родной планеты, тем дальше во времени мы заглядываем во Вселенную. И когда мы заглянем далеко назад во времени, мы заметим, что галактики расположены ближе друг к другу, чем сейчас. Хотя это всего лишь одно доказательство из многих, это наблюдение — в сочетании с общей теорией относительности Эйнштейна — означает, что Вселенная началась с Большого взрыва и с тех пор расширяется.

Настоящее

В конце прошлого века одной из самых актуальных проблем современной космологии было измерение скорости замедления Вселенной. Учитывая количество массы, наблюдаемой в космосе, считалось, что этого может быть достаточно, чтобы вызвать возможное сокращение расширения.

Примечательно, что две независимые группы ученых обнаружили прямо противоположное. Вселенная не замедлялась в своем расширении, она ускорялась. Это глубокое открытие привело к Нобелевской премии по физике в 2011 году. Однако понимание его последствий остается сложной задачей.

Один из способов представить ускоряющуюся Вселенную состоит в том, что должен существовать какой-то материал (или поле), пронизывающий Вселенную и создающий отрицательное давление (или отталкивающую гравитацию). Мы называем это темной энергией.

Это может показаться немного надуманным, но были проведены независимые эксперименты, подтверждающие ускорение Вселенной и существование темной энергии. С 2006 года я участвовал в WiggleZ Dark Energy Survey — научном эксперименте, чтобы независимо подтвердить ускорение. Мы не только обнаружили, что ускорение происходит, но и представили убедительные доказательства того, что причиной этого является темная энергия. Мы заметили, что темная энергия задерживает рост массивных сверхскоплений галактик.

Скорость роста сверхскоплений, таких как Дева, является убедительным доказательством существования темной энергии. Авторы и права: Эндрю З. Колвин/wikimedia, CC BY-SA.

Поэтому мы предположили, что темная энергия реальна. Если концепция темной энергии и ее отталкивающей гравитационной силы кажется вам слишком странной, то в качестве альтернативы следует рассмотреть возможность модификации нашей теории гравитации. Этого можно было бы достичь таким же образом, как теория относительности продвинула ньютоновскую гравитацию. В любом случае, нам нужна новая физика, чтобы объяснить это.

Будущее

Прежде чем обратиться к очень далекому будущему, я упомяну еще одно актуальное исследование: GAMA. Используя этот обзор, мы обнаружили, что Вселенная медленно «умирает». Иными словами, эпоха пика звездообразования далеко позади, а Вселенная уже угасает.

Более «ближайшее» будущее можно предсказать с некоторой уверенностью. Через пять миллиардов лет Солнце войдет в фазу красного гиганта. Удручает то, что не более чем через два миллиарда лет после этого он поглотит Землю.

После этого становится важным относительная сила темной энергии и то, как она может меняться с течением времени. Чем сильнее и быстрее отталкивающая сила темной энергии, тем больше вероятность того, что Вселенная испытает Большой Разрыв. Скажем прямо: Большой Разрыв — это то, что происходит, когда отталкивающая сила темной энергии способна преодолеть гравитацию (и все остальное). Тела, которые связаны гравитацией (например, наше местное сверхскопление, наша собственная галактика Млечный Путь, наша Солнечная система и, в конце концов, мы сами) разрываются на части, и все, что остается, — это (вероятно) одинокие участки вакуума.

Данные опроса WiggleZ и других экспериментов не исключают Большого Разрыва, но отодвигают его на исключительно далекое будущее (если вообще отодвигают).

Более насущной проблемой является тепловая смерть Вселенной. Поскольку Вселенная продолжает расширяться, мы больше не сможем наблюдать галактики за пределами нашей локальной группы (через 100 миллионов лет). Затем звездообразование прекратится примерно через 1-100 триллионов лет, поскольку запасы необходимого газа будут исчерпаны. Хотя вокруг будет несколько звезд, у них закончится топливо примерно через 120 триллионов лет. Все, что осталось на тот момент, — это звездные остатки: черные дыры, нейтронные звезды, белые карлики — главные примеры. Сто квинтиллионов (10 ²⁰ ) лет спустя большинство этих объектов будут поглощены сверхмассивными черными дырами в сердце галактик.

Таким образом, вселенная будет становиться все темнее и тише, пока ничего не произойдет. Что произойдет дальше, будет зависеть от того, насколько быстро распадается материя во Вселенной. Считается, что протоны, из которых вместе с нейтронами и электронами состоят атомы, спонтанно распадаются на субатомные частицы, если достаточно долго ждать. Подсчитано, что время исчезновения всей обычной материи составляет 10 ⁴⁰ года спустя. Кроме того, останутся только черные дыры. И даже они испарятся через какие-то 10 90 122 100 90 124 лет.

В этот момент Вселенная станет почти вакуумом. Частицы, которые остаются, такие как электроны и легкие частицы (фотоны), затем находятся очень далеко друг от друга из-за расширения Вселенной и редко — если вообще — взаимодействуют. Это и есть настоящая смерть Вселенной, получившая название «тепловая смерть».

Идея исходит из второго закона термодинамики, который гласит, что энтропия — мера «беспорядка» или количества способов организации системы — всегда возрастает. Любая система, включая вселенную, в конце концов придет в состояние максимального беспорядка — точно так же, как кубик сахара всегда растворяется в чашке чая, но ему требуется безумно много времени, чтобы случайным образом вернуться к упорядоченной структуре кубика. Когда вся энергия в космосе равномерно распределена, больше нет тепла или свободной энергии для подпитки процессов, которые потребляют энергию, таких как жизнь.

Мозги Больцмана и новые Большие Взрывы

Все вышеперечисленное выглядит очень мрачно, если не сказать больше. Поэтому я закончу эту статью на весьма спекулятивной, возможно, неправильной, совершенно непроверяемой, но более позитивной ноте.

Согласно странным правилам квантовой механики, случайные вещи могут появляться из вакуума. И это не просто математическая причуда: существование частиц, внезапно возникающих, а затем снова исчезающих, постоянно наблюдается в экспериментах по физике элементарных частиц. Однако нет никаких причин, по которым так называемые «квантовые флуктуации» не могли бы породить целый атом.

Было даже предположение, что в этом контексте мог быть создан «мозг», получивший название «мозг Больцмана». Сроки появления такой штуки? Ну, это было рассчитано как 10 ^{10 ⁵⁰} лет.

И новый Большой взрыв? Это может произойти через 10 ^{10 ^{10 ⁵⁶}} лет.

Узнать больше

Темная сторона космологии

Источник:
Разговор

Эта история опубликована с разрешения The Conversation (под лицензией Creative Commons-Attribution/Без производных).

Цитата :
Судьба Вселенной — тепловая смерть, Большой Разрыв или космическое сознание? (2015, 4 сентября)
получено 14 октября 2022 г.
с https://phys.org/news/2015-09-fate-universeheat-death-big-rip.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Тепловая смерть Вселенной — журнал NU Sci Magazine

Без рубрики / Автор
Научный персонал НУ

/ 31 января 2020 г. 16 сентября 2020 г.

Леденящее душу пророчество: тепловая смерть Вселенной

Аннабель Мазерс, Гражданское строительство, 2022 г.

Источник: НАСА

Существует множество теорий о том, как может закончиться Вселенная, и ни один из сценариев не является особенно теплым и нечетким. Чтобы построить эти теории, эксперты экспериментально применяют законы физики, чтобы предсказать поведение объектов и сущностей на невообразимых просторах космоса. В частности, противоречивое предсказание всеобщей тепловой смерти опирается в первую очередь на второй закон термодинамики, который, по мнению некоторых экспертов, приведет к окончательному преобразованию всей жизни и материи — «всего существования» — в тепловую энергию.

Основное внимание во втором законе уделяется энтропии, или мере беспорядка в физической системе. Короче говоря, закон гласит, что общая энтропия в замкнутой системе всегда должна увеличиваться до некоторой необратимой степени. Системы всегда стремятся быть в более неупорядоченном состоянии, поэтому общая энтропия Вселенной демонстрирует непрерывный положительный рост. С точки зрения энергии тепловая энергия более неупорядочена, чем механическая энергия, связанная с выполнением работы по производству тепла. Таким образом, результат распределения энергии в системе, связанной с работой, всегда благоприятствует выделению тепла; всегда будет больше результирующей тепловой энергии, чем может быть преобразовано обратно в механическую энергию. Мало-помалу все рабочие процессы и формы энергии необратимо преобразуются в более неупорядоченное состояние в виде тепла, и все благодаря этой систематической тенденции к увеличению энтропии.

Неизвестно, достигнет ли температура Вселенной абсолютного нуля или просто будет ниже общей температуры, чем текущий диапазон температур, но идея всеобщего охлаждения остается неизменной.

Такая смерть от тепла означает, что в конце концов во Вселенной может не остаться свободной энергии, пригодной для термодинамических процессов или работы. Другими словами, вся энергия может стать тепловой энергией во Вселенной, движущейся к тепловому равновесию. По определению, тепло – это передача энергии, для которой требуются участки или объекты с разной энергетической ценностью. Без передачи энергии тепловое равновесие в конечном итоге приведет к потере тепла, что еще больше снизит способность к термодинамической деятельности, которая способствует существованию большей части биологической жизни и материи. При достижении максимальной энтропии Вселенная больше не может совершать ни работу, ни физические процессы, требующие переноса энергии. По иронии судьбы, равновесие означает, что общая температура Вселенной асимптотически приближается к температуре, близкой к абсолютному нулю, что дало тепловой смерти второе название — Большое замораживание. Неизвестно, достигнет ли температура Вселенной абсолютного нуля или просто будет ниже общей температуры, чем нынешний диапазон температур, но идея всеобщего охлаждения остается неизменной.

Эти явления основаны на теории бесконечного расширения Вселенной. Однако количество энтропии во Вселенной напрямую не зависит от этого расширения. Вместо этого расширяющаяся природа Вселенной означает, что Вселенная не может преждевременно схлопнуться в себя из-за гравитационного притяжения, тем самым обеспечивая достаточно времени для относительно медленного преобразования всей энергии в тепловую энергию. В течение этого периода времени звезды могут исчезнуть, черные дыры проявятся, а затем все исчезнут, а атомы распадутся, не оставив ничего, кроме вакуума с несколькими сильно разделенными фотонами и электронами.

Различные теории относительно конца Вселенной и известной жизни существуют в форме Большого сжатия, Большого разрыва и Большого изменения, среди прочего.

Следует отметить, что некоторые ученые отказываются предполагать, что сами законы физики, которые якобы обеспечивают тепловую смерть, бесспорно применимы ко всей вселенной, особенно с учетом количества неизвестных и физически сбивающих с толку аспектов глубокого космоса. Можно ли считать Вселенную замкнутой термодинамической системой и как именно работа, совершаемая гравитационными системами, влияет на энтропию, остается под вопросом. Кроме того, существуют различные теории относительно конца вселенной и известной жизни, среди прочего, в форме Большого сжатия, Большого разрыва и Большого изменения.

Одна общая черта всех этих сценариев заключается в том, что временной интервал, в течение которого они происходят, и, следовательно, время, пока Вселенная не станет термодинамическим цирком, относительно огромен. Звездное топливо может не истощиться еще в течение следующих 120 триллионов лет, временной промежуток ничтожно мал на 100 дудециллионов (1040) лет, пока субатомные частицы не распадутся. Наконец, что не менее важно, черные дыры могут испариться через 100 дуотригинтиллионов (10 100) лет. Ученые понимают, что это щедрое количество времени оставляет место для дальнейших спекуляций и непредвиденных нюансов универсальной физики. Тем не менее, для тех, кто на Земле приближается к зимнему сезону, может быть, по крайней мере, немного утешительно предположить, что во Вселенной фактически увеличивается количество тепловой энергии в настоящее время.