11 удивительных вещей, которые произойдут до конца существования вселенной.

Часть 1.

Ничто не вечно. И наша вселенная, конечно, тоже умрет. Поговаривают, ее ждет вечное расширение и, в конце концов, смерть от энтропии. Вселенная увеличивается, и энтропия растет и будет расти, пока все, что нам дорого, не умрет. Но это сантименты, а мы люди ученые, поэтому нам интересно, как будет выглядеть конец вселенной? Чем он будет сопровождаться? Не, ну любопытно же.

На ночном небе не останется звезд.

Через 150 миллиардов лет ночное небо на земле будет выглядеть совсем иначе. Пока вселенная стремится к своей тепловой смерти, пространство расширяется быстрее скорости света. Мы знаем, что скорость света является жестким ограничителем скорости всех объектов во вселенной. Но это применяется только к объектам, которые находятся в пространстве, а не самой ткани пространства - времени. Это трудно понять на лету, но ткань пространства - времени уже расширяется быстрее скорости света. И в будущем это повлечет за собой странные последствия.

Поскольку само пространство расширяется быстрее света, существует космологический горизонт. Любой объект, который уходит за этот горизонт, потребует от нас способности наблюдать и записывать данные о нем с помощью частиц, путешествующих быстрее света. Но таких частиц не существует. Как только объекты уходят за космологический горизонт, они становятся недоступными для нас. Любая попытка контакта или взаимодействия с далекими галактиками за этим горизонтом потребует от нас технологий, способных двигаться быстрее расширения самого пространства. Пока лишь несколько объектов находятся за пределами нашего космологического горизонта. Но поскольку темная энергия ускоряет расширение, все в конечном итоге окажется за пределами досягаемости наших глаз.

Что это означает для земли? Представьте, что смотрите в ночное небо через 150 миллиардов лет. Единственное, что будет видно, это несколько звездочек, которые остались в пределах космологического горизонта. В конце концов, уйдут и они. Ночное небо будет полностью чистым, как табула раса. Астрономы будущего не смогут доказать, что во вселенной есть какой-нибудь другой объект. Все звезды и галактики, которые мы видим сейчас, исчезнут. Для нас во всей вселенной останется только солнечная система. Правда, земля вряд ли доживет до этого, но об этом ниже.

Жизнь после смерти солнца не исчезнет.

Всем известно, что звезды не вечны. Их срок жизни начинается вместе с их образованием, продолжается всю фазу главной последовательности (на которую приходится большая часть жизни звезды) и заканчивается со смертью звезды. В большинстве случаев звезды раздуваются в несколько сотен раз больше своего обычного размера, заканчивая фазу главной последовательности, а вместе с этим поглощают любые планеты, которые оказываются близко к ним.

Тем не менее для планет, которые вращаются вокруг звезды на больших расстояниях (за пределами "Линии Промерзания" системы), эти новые условия могут фактически стать достаточно теплыми, чтобы поддерживать жизнь. Согласно недавнему исследованию, проведенному в институте карла сагана при корнелльском университете, эта ситуация у некоторых звездных систем может продолжаться миллиарды лет и привести к появлению совершенно новых форм внеземной жизни.

Примерно через 5, 4 миллиарда лет наше солнце выйдет из фазы главной последовательности. Исчерпав водородное топливо в ядре, пепел инертного гелия, который там соберется, станет нестабильным и коллапсирует под действием собственного же веса. Это приведет к тому, что ядро нагреется и станет плотнее, что, в свою очередь, приведет к увеличению солнца в размерах - звезда войдет в фазу "Ветви Красных Гигантов".

Этот период начнется, когда наше солнце станет субгигантом и будет медленно увеличиваться вдвое в течение около полутора миллиардов лет. Следующие полмиллиарда лет оно будет расширяться быстрее, пока не превысит свой текущий размер в 200 раз и не станет в несколько тысяч раз ярче. Потом оно официально станет красным гигантом и его диаметр составит приблизительно 2 а. е. - солнце выйдет за пределы текущей орбиты марса.

Очевидно, земля не переживет появление красного гиганта в солнечной системе, как и Меркурий, Венера или марс. Но за "Линией Промерзания", где достаточно холодно, чтобы летучие соединения - вода, аммиак, метан, диоксид углерода и окись углерода - оставались в замороженном состоянии, останутся газовые гиганты, ледяные гиганты и карликовые планеты. И начнется тотальная оттепель.

Короче говоря, когда звезда расширяется, ее "Обитаемая Зона" будет делать то же самое, охватывая орбиты Юпитера и Сатурна. Когда это произойдет, ранее нежилое место - вроде спутников Юпитера и Сатурна - может внезапно стать жилым. То же самое справедливо и для многих других звезд во вселенной, которым суждено стать красными гигантами по мере взросления и умирания.

Когда же наше солнце дойдет до красной фазы ветви гигантов, ему останется всего 120 миллионов лет активной жизни. Этого времени недостаточно, чтобы появились и развились новые формы жизни, способные стать воистину сложными (вроде людей и других видов млекопитающих. Но согласно недавно опубликованному в The Astrophysical Journal исследованию, некоторые планеты возле других красных гигантов в нашей вселенной могут оставаться обитаемыми гораздо дольше - до девяти миллиардов лет или больше в некоторых случаях.

Чтобы вы понимали, девять миллиардов лет - это в два раза больше текущего возраста земли. Предполагая, что интересующие нас миры будут располагать нужным составом элементов, у них будет достаточно времени, чтобы дать начало новым сложным формам жизни. Ведущий автор исследования, профессор Лиза кальтеннегер, также является директором института карла сагана. Она не понаслышке знает, как искать жизнь во вселенной:

"Когда звезда стареет и становится ярче, обитаемая зона движется наружу, и вы по сути наблюдаете вторую жизнь планетарной системы. В настоящее время объекты во внешних регионах заморожены в нашей солнечной системе, как Европа и энцелад - спутники Юпитера и Сатурна. После того как наше желтое солнце расширится достаточно, чтобы стать красным гигантом и превратит землю в выжженную пустыню, в нашей солнечной системе все еще будут регионы - и в других системах также - где жизнь могла бы процветать".

Когда звезда расширяется, она теряет массу и выталкивает ее наружу в виде солнечного ветра. Планеты, которые вращаются близко к звезде, либо имеют низкую гравитацию на поверхности, могут потерять атмосферу. С другой стороны, планеты с достаточной массой (или расположенные на безопасном расстоянии) могут эту атмосферу сохранить. В контексте нашей солнечной системы это означает, что через несколько миллиардов лет миры вроде Европы и энцелада (которые и без того могут иметь жизнь, скрывающуюся под ледяными панцирями) могут стать раем для жизни.

Наше солнце станет черным карликом.

На данный момент наша вселенная много различных типов звезд имеет. Красные карлики - холодные звезды, испускающие красный свет - являются одними из самых распространенных. Также во вселенной много белых карликов. Это звездные останки мертвых звезд, состоящие из вырожденного вещества, удерживаемого вместе с помощью квантовых эффектов. В настоящее время астрономы считают, что белые карлики имеют практически бесконечную продолжительность жизни. Но по прошествии определенного времени даже они умрут и станут экзотическими звездами: черными карликами.

Такая судьба и наше солнце ожидает. В далеком будущем наше солнце выбросит свои внешние слои и превратится в белую карликовую звезду, которой будет оставаться миллиарды лет. Но однажды даже белые карлики начнут остывать. Спустя 10100 лет они остынут до температуры, равной температуре микроволнового фонового излучения, несколько градусов выше абсолютного нуля.

Когда это произойдет, наше светило станет черным карликом. Поскольку этот тип звезды настолько холодный, человеческому глазу он будет невидим. Для любого, кто попытается найти солнце, которое подарило нам жизнь, это будет невозможно сделать с помощью оптических систем. Ему придется искать его по гравитационным эффектам. Большинство звезд, которые мы видим в ночном небе, станут черными карликами (еще одна причина, почему ночное небо станет чистым. Но за наше теплое солнце особенно обидно.

Странные звезды.

К тому времени, когда наше солнце станет черным карликом, звездная эволюция уже завершится. Новые звезды рождаться не будут. Вместо этого вселенную наводнят холодные останки звезд. И это позволит вселенной начать создавать странные звезды, которые существенно отличаются от известного нам.

Одна из таких - морозная или холодная звезда. Когда звезды во вселенной выжигают свое ядерное топливо, они увеличивают свою металличность. В астрономии это мера элементов в звезде, которые тяжелее гелия - практически все элементы, начиная литием. По мере увеличения металличности звезды, они становятся холоднее, поскольку более тяжелые элементы выдают меньше энергии в процессе синтеза. Наконец, звезды станут такими холодными, что будут иметь температуру в 0 градусов, точка замерзания воды.

В случае если заглянуть еще дальше в будущее, там будет еще более странная звезда. Примерно через 101500 лет в будущем энтропия возьмет свое, и вселенная будет по сути мертвой. В эти холодные времена управлять вселенной будут квантовые эффекты.

Квантовое туннелирование позволит легким элементам синтезироваться в нестабильную форму железа. Оно, в свою очередь, будет распадаться на более стабильный изотоп, испуская слабое количество энергии. Эти железные звезды будут единственной формой звезд, возможных в это время. Но они встречаются только в моделях, в которых астрономы не верят в распад протона, так что эта идея не самая популярная.

Все нуклоны распадутся.

Перемотаем с точки в 1015 лет после большого взрыва до точки в 1034 лет. В том случае, если человеческая раса к тому моменту не будет мертва, эту - то эпоху мы уж точно не переживем. Как уже было сказано выше, астрономы постоянно спорят о том, распадется ли протон к концу времен. Допустим, да.

Нуклоны - это частицы в ядре атома, протоны и нейтроны. Свободные нейтроны, как известно, распадаются с периодом полураспада в 10 минут. Но протоны невероятно стабильные. Никто не видел воочию распада протона. Но ближе к концу вселенной все изменится.

Физики предполагают, что период полураспада протона составляет 1037 лет. Мы не наблюдали этого распада, поскольку вселенная еще недостаточно стара. В эпоху распада (1034 - 1040 лет) протоны наконец начнут распадаться на позитроны и пионы. К концу эпохи распада все протоны и нейтроны во вселенной закончатся.

Очевидно, у жизни во вселенной начнутся проблемы. Таким образом, если предположить, что человеческая раса пережила изменение солнца и мигрировала в более дружелюбные части вселенной, в определенный момент уже законы физики начнут диктовать смерть человеческой расы. Наши тела и все межзвездные объекты из нуклонов состоят. Когда они распадутся, любая жизнь закончится, поскольку сами атомы прекратят существование. Жизнь не сможет продолжить существование в таких условиях (и в такой форме) и вселенная погрузится в эпоху черных дыр.

Черные дыры вселенную наводнят.

Когда нуклоны исчезнут, черные дыры войдут в права и будут править вселенной от 1040 года после большого взрыва до 10100 года. С этого момента мы начинаем рассуждать о временах настолько долгих, что понять их нашим умишком совершенно невозможно. Спустя время, намного превышающее современный возраст вселенной, единственными структурами останутся черные дыры.

Когда нуклоны уйдут, главными субатомными частицами станут Лептоны - электроны и позитроны. Они будут подпитывать черные дыры. Поглощая остатки вещества во вселенной, черные дыры будут сами излучать частицы, которые будут наполнять вселенную фотонами и гипотетическими гравитонами. Но и черным дырам суждено умереть, как решил Стивен хокинг.

По мнению хокинга, черные дыры испаряются из-за своего излучения. Излучая они массу в форме энергии теряют. Этот процесс занимает много времени, поэтому мы о нем практически ничего не знаем. Чтобы черная дыра полностью испарилась, должно пройти 1060 лет, поэтому этот процесс еще не протекал до конца на веку нашей вселенной. Но, как мы уже сказали, в конце концов умрут и черные дыры. От них останутся лишь безмассовые частицы и несколько разрозненных Лептонов, которые будут лениво взаимодействовать и терять свою энергию.