Сценарии будущего вселенной кратко

Будущее Вселенной – один из основных вопросов космологии, ответ на который зависит, в первую очередь, от таких характеристик и свойств Вселенной как ее масса, энергия, средняя плотность, а также скорость расширения.

Что мы знаем о Вселенной?

Для начала следует определить само понятие «Вселенная», которое имеет место быть как в астрономии, так и философии. В области астрономии наблюдаемую область Вселенной называют Метагалактикой или просто астрономической Вселенной. Однако, с теоретической точки зрения, которая учитывается большинством моделей и сценариев развития Вселенной, она представляет собой колоссальную систему, выходящую за пределы возможного наблюдения.

Одним из важнейших свойств Вселенной, которое было открыто относительно недавно – это практически однородное и изотропное расширение, которое также оказалось ускоренным. В зависимости от продолжительности этого расширения история Вселенной может принять один из двух предполагаемых сценариев.

В первом случае расширение будет продолжаться до бесконечности, вместе с этим средняя плотность вещества во Вселенной будет стремительно падать, приближаясь к нулю. Коротко говоря, вся начнется с распада скоплений галактик, а закончится делением протона на кварки.

Второй сценарий учитывает постулаты общей теории относительности (ОТО), которая гласит о том, что при значительном росте плотности вещества искривляется пространство-время. Если расширение все же начнет замедляться, то вероятнее всего в какой-то момент оно обернется сжатием. Тогда Вселенная начнет сжиматься, а средняя плотность ее вещества – стремительно расти. При таком ходе событий, согласно ОТО, пространство-время будет постепенно искривляться до тех пор, пока Вселенная не замкнется сама на себе, вроде поверхности обычной сферы, но с большим количеством измерений, чем мы привыкли себе представлять.

Космологические эпохи Вселенной

В попытках предсказать дальнейшую судьбу астрономической Вселенной, ученые разделили ее существование на следующие этапы:

1. Эпоха звезд (10⁶ – 10¹⁴ лет Вселенной). Эпоха, в которую мы живем, и которая отличается активным формированием и рождением звезд. Эпоха звезд будет длиться до того момента, пока не будут исчерпаны все запасы межзвездного газа. К тому времени красные карлики, небольшие и относительно холодные звезды (2000 – 3000 К), окончательно потухнут, переработав все внутреннее топливо. Солнце же, примерно через 5 млрд. лет (около 19 х 10⁹ лет Вселенной) обернется красным гигантом, сбросив с себя верхние слои, которые вероятно поглотят Меркурий и Венеру. Если Землю не постигнет та же участь, то наша планета станет раскаленной и покроется лавой. Спустя еще 2 млрд. лет Солнце оставит после себя лишь белого карлика, а Млечный Путь начнет сливаться с галактикой Андромеда, в результате чего образуется новая единая галактика.
2. Эпоха распада (10¹⁵ – 10³⁹ лет). Временной отрезок жизни Вселенной, к началу которого топливо большинства звезд будет переработано, и они перейдут к последнему этапу своей эволюции, существованию в виде белых карликов, нейтронных звезд или черных дыр, в зависимости от изначальных характеристик тела. Термоядерные реакции будут иметь место лишь в недрах коричневых карликов, которых в космическом пространстве останется незначительное количество. Постепенно галактики одного и того же скопления сольются воедино.

   

   Конец эпохи распада в представлении художника. Пространство без звезд выглядит пугающе.

3. Эпоха черных дыр (10⁴⁰ – 10¹⁰⁰ лет). До начала этой эпохи подавляющая часть космических тел распадется на элементарные частицы, которые и станут основными представителями вещества во Вселенной. Из числа массивных объектов останется лишь малое число нейтронных звезд, а также черные дыры. Если все предыдущие эпохи они накапливали на своей поверхности вещество, то теперь останется лишь процесс излучения накопленного вещества в виде различных элементарных частиц, по большей части – фотонов (излучение Грибова-Хокинга). В результате длительного излучения частиц черная дыра постепенно теряет массу. По этой причине в некоторый момент сил гравитации становится недостаточно, чтобы удержать черную дыру как единое тело, и она взрывается, высвобождая колоссальную энергию в виде испускаемых частиц. Другим типом излучения черной дыры являются гравитационные волны, которые формируются как результат столкновения двух массивных объектов. В результате взаимного притяжения черных дыр образуются их скопления и сверхскопления. Примечательно, что по этой причине может образоваться одна гигантская черная дыра, которая либо будет существовать до конца жизни Вселенной, либо ее температура и плотность достигнут Планковского предела и она вспыхнет новым Большим Взрывом, дав начало новой Вселенной.
4. Эпоха вечной тьмы ( > 10¹⁰¹ лет). Всевозможные источники энергии уже исчерпали себя и в космическом пространстве остались лишь их остаточные продукты, вроде длинноволнового излучения фотонов, нейтрино, кварков, а также позитронов и электронов. Последние изредка и на короткое время (до 143 нс) будут образовывать систему в виде экзотического атома – позитрония. Однако, в конце концов все элементарные частицы настигнет полная аннигиляция. При этом температура Вселенной упадет до максимально близкого значения к абсолютному нулю.

Будущее Вселенной

Несмотря на то, что вещество Вселенной постепенно аннигилирует, само пространство может эволюционировать по четырем гипотетическим сценариям:

1. Если со временем расширение Вселенной замедлится, а после — обернется в сжатие, то конечным этапом ее жизни станет Большое сжатие. В результате чего все вещество коллапсирует и вернется в изначальное свое состояние – сингулярность.
2. Иной сценарий — средняя плотность вещества Вселенной точно определена и является таковой, что расширение постепенно замедляется.
3. Наиболее вероятная, в силу современных результатов наблюдений, модель. Подразумевает равномерное расширение Вселенной, по инерции.
4. Стремительный рост скорости расширения Вселенной, который приведет наш мир к так называемому Большому разрыву.

Бу́дущее Вселе́нной — вопрос, рассматриваемый в рамках физической космологии. Различными научными теориями предсказано множество возможных вариантов будущего, среди которых есть мнения как об уничтожении, так и о бесконечной жизни Вселенной.

После того как теория о создании Вселенной посредством Большого взрыва и её последующем быстром расширении была принята большинством учёных, будущее Вселенной стало вопросом космологии, рассматриваемым с разных точек зрения в зависимости от физических свойств Вселенной: её массы и энергии, средней плотности и скорости расширения.

Сценарии дальнейшей эволюции[]

Вселенная и в наши дни продолжает свою эволюцию, так как эволюционируют её части. Время этой эволюции для каждого типа объектов разнится более, чем на порядок. И когда жизнь объектов одного типа заканчивается, то у других всё только начинается. Это позволяет разбить эволюцию Вселенной на эпохи

Однако конечный вид эволюционной цепи зависит от скорости и ускорения расширения: при равномерной или почти равномерной скорости расширения будут пройдены все этапы эволюции и будут исчерпаны все запасы энергии. Этот вариант развития называется тепловой смертью.

Если скорость будет всё нарастать, то, начиная с определённого момента, сила, расширяющая Вселенную, сначала превысит гравитационные силы, удерживающие галактики в скоплениях. За ними распадутся галактики и звёздные скопления. И, наконец, последними распадутся наиболее тесно связанные звёздные системы. Спустя некоторое время, электромагнитные силы не смогут удерживать от распада планеты и более мелкие объекты. Мир вновь будет существовать в виде отдельных атомов. На следующем этапе распадутся и отдельные атомы. Что последует за этим, точно сказать невозможно: на этом этапе перестает работать современная физика.

Вышеописанный сценарий — это сценарий Большого разрыва. Существует и противоположный сценарий — Большое сжатие. Если расширение Вселенной замедляется, то в будущем оно прекратится и начнётся сжатие. Эволюция и облик Вселенной будут определяться космологическими эпохами до того момента, пока её радиус не станет в пять раз меньше современного. Тогда все скопления во Вселенной образуют единое мегаскопление, однако галактики не потеряют свою индивидуальность: в них всё также будет происходить рождение звёзд, будут вспыхивать сверхновые и, возможно, будет развиваться биологическая жизнь. Всему этому придёт конец, когда Вселенная ужмётся ещё в 20 раз и станет в 100 раз меньше, чем сейчас; в тот момент Вселенная будет представлять собой одну огромную галактику.

Температура реликтового фона достигнет 274К и на планетах земного типа начнёт таять лёд. Дальнейшее сжатие приведёт к тому, что излучение реликтового фона затмит даже центральное светило планетарной системы, выжигая на планетах последние ростки жизни. А вскоре после этого испарятся или будут разорваны на куски сами звёзды и планеты. Состояние Вселенной будет похоже на то, что было в первые моменты её зарождения. Дальнейшие события будут напоминать те, что происходили в начале, но промотанные в обратном порядке: атомы распадаются на атомные ядра и электроны, начинает доминировать излучение, потом начинают распадаться атомные ядра на протоны и нейтроны, затем распадаются и сами протоны и нейтроны на отдельные кварки, происходит великое объединение. В этот момент, как и в момент Большого взрыва, перестают работать известные нам законы физики и дальнейшую судьбу Вселенной предсказать невозможно.

Космологические эпохи[]

Введем понятие космологической декады (η) как десятичный показатель степени возраста Вселенной в годах:

лет

Эпоха звёзд (6<η<14)[]

Нынешняя эпоха, эпоха активного рождения звёзд, закончится ровно в тот момент, когда галактики исчерпают все запасы межзвёздного газа; в это же время закончат свой путь и маломассивные звёзды — красные карлики,— полностью исчерпав свои источники горения.

Гораздо раньше потухнет Солнце. Но сначала оно превратится в красного гиганта, поглотив Меркурий и, вероятно, Венеру. Земля же, если не разделит их судьбу, раскалится настолько, что будет представлять собой сплошной сгусток лавы.

Эпоха распада (15<η<39)[]

Если в предыдущей стадии основные объекты Вселенной — звёзды, подобные нашему Солнцу, то в эпоху распада — белые и коричневые карлики, и совсем немного нейтронных звёзд и чёрных дыр. Обычных звёзд нет вообще, они все дошли до конечного этапа своей эволюции: белые карлики, нейтронные звёзды, чёрные дыры.

Если в прошлой стадии горение водорода было самым распространённым процессом, то в эту эпоху его место в коричневых карликах, да и идет оно гораздо медленнее. Ныне главенствуют процессы аннигиляции тёмной материи и распад протонов.

Галактики также сильно отличаются от нынешних: все звёзды уже неоднократно сталкивались друг с другом. Да и размер галактик значительно больше: все галактики, входящие в состав локального скопления, слились в одну.

Эпоха чёрных дыр (40<η<100)[]

На этом этапе фактически всё вещество представляет собой море элементарных частиц. И лишь в некоторых уголках Вселенной продолжают жить нейтронные звёзды. На первый план выходят чёрные дыры.

За предыдущие декады они аккрецировали на себя вещество. В эту эпоху они только излучают. Основных механизмов тут два: столкновение двух чёрных дыр и последующее слияние высвобождают значительную гравитационную энергию, образуются гравитационные волны. Вторым механизмом является Излучение Хокинга: благодаря своей квантовой природе, некоторым фотонам удаётся пробираться за горизонт событий. Вместе с фотоном чёрная дыра теряет и массу, а потеря массы ведет к ещё большему потоку фотонов. В какой-то момент гравитация больше не может удерживать фотоны света под горизонтом событий, и чёрная дыра взрывается, выкидывая последние остатки фотонов.

Однако возможен и другой сценарий. Чёрные дыры могут образовывать свои скопления и сверхскопления, и точно также они будут сливаться. В итоге образуется гигантская чёрная дыра, которая будет жить фактически вечно. Возможно, под действием гравитации она разогреется до Планковской температуры и достигнет Планковской плотности и станет причиной очередного Большого взрыва, дав начало новой Вселенной.

Эпоха вечной тьмы (η>101)[]

Это время уже без каких-либо источников энергии. Сохранились только остаточные продукты всех процессов, происходящих в прошлых декадах: фотоны с огромной длиной волны, нейтрино, электроны и позитроны. Температура стремительно приближается к абсолютному нулю. Время от времени позитроны и электроны образуют неустойчивые атомы позитрония, долгосрочная судьба их — полная аннигиляция.

Будущее Вселенной – один из основных вопросов космологии, ответ на который зависит, в первую очередь, от таких характеристик и свойств Вселенной как ее масса, энергия, средняя плотность, а также скорость расширения.

Что мы знаем о Вселенной?

Для начала следует определить само понятие «Вселенная», которое имеет место быть как в астрономии, так и философии. В области астрономии наблюдаемую область Вселенной называют Метагалактикой или просто астрономической Вселенной. Однако, с теоретической точки зрения, которая учитывается большинством моделей и сценариев развития Вселенной, она представляет собой колоссальную систему, выходящую за пределы возможного наблюдения.

Одним из важнейших свойств Вселенной, которое было открыто относительно недавно – это практически однородное и изотропное расширение, которое также оказалось ускоренным. В зависимости от продолжительности этого расширения история Вселенной может принять один из двух предполагаемых сценариев.

Возможные сценарии развития нашего мира

В первом случае расширение будет продолжаться до бесконечности, вместе с этим средняя плотность вещества во Вселенной будет стремительно падать, приближаясь к нулю. Коротко говоря, вся начнется с распада скоплений галактик, а закончится делением протона на кварки.

Трансформации пространства

Второй сценарий учитывает постулаты общей теории относительности (ОТО), которая гласит о том, что при значительном росте плотности вещества искривляется пространство-время. Если расширение все же начнет замедляться, то вероятнее всего в какой-то момент оно обернется сжатием. Тогда Вселенная начнет сжиматься, а средняя плотность ее вещества – стремительно расти. При таком ходе событий, согласно ОТО, пространство-время будет постепенно искривляться до тех пор, пока Вселенная не замкнется сама на себе, вроде поверхности обычной сферы, но с большим количеством измерений, чем мы привыкли себе представлять.

Космологические эпохи Вселенной

В попытках предсказать дальнейшую судьбу астрономической Вселенной, ученые разделили ее существование на следующие этапы:

1. Эпоха звезд (106 – 1014 лет Вселенной). Эпоха, в которую мы живем, и которая отличается активным формированием и рождением звезд. Эпоха звезд будет длиться до того момента, пока не будут исчерпаны все запасы межзвездного газа. К тому времени красные карлики, небольшие и относительно холодные звезды (2000 – 3000 К), окончательно потухнут, переработав все внутреннее топливо. Солнце же, примерно через 5 млрд. лет (около 19 х 109 лет Вселенной) обернется красным гигантом, сбросив с себя верхние слои, которые вероятно поглотят Меркурий и Венеру. Если Землю не постигнет та же участь, то наша планета станет раскаленной и покроется лавой. Спустя еще 2 млрд. лет Солнце оставит после себя лишь белого карлика, а Млечный Путь начнет сливаться с галактикой Андромеда, в результате чего образуется новая единая галактика.
2. Эпоха распада (1015 – 1039 лет). Временной отрезок жизни Вселенной, к началу которого топливо большинства звезд будет переработано, и они перейдут к последнему этапу своей эволюции, существованию в виде белых карликов, нейтронных звезд или черных дыр, в зависимости от изначальных характеристик тела. Термоядерные реакции будут иметь место лишь в недрах коричневых карликов, которых в космическом пространстве останется незначительное количество. Постепенно галактики одного и того же скопления сольются воедино.

   Конец эпохи распада в представлении художника. Пространство без звезд выглядит пугающе.

3. Эпоха черных дыр (1040 – 10100 лет). До начала этой эпохи подавляющая часть космических тел распадется на элементарные частицы, которые и станут основными представителями вещества во Вселенной. Из числа массивных объектов останется лишь малое число нейтронных звезд, а также черные дыры. Если все предыдущие эпохи они накапливали на своей поверхности вещество, то теперь останется лишь процесс излучения накопленного вещества в виде различных элементарных частиц, по большей части – фотонов (излучение Грибова-Хокинга). В результате длительного излучения частиц черная дыра постепенно теряет массу. По этой причине в некоторый момент сил гравитации становится недостаточно, чтобы удержать черную дыру как единое тело, и она взрывается, высвобождая колоссальную энергию в виде испускаемых частиц. Другим типом излучения черной дыры являются гравитационные волны, которые формируются как результат столкновения двух массивных объектов. В результате взаимного притяжения черных дыр образуются их скопления и сверхскопления. Примечательно, что по этой причине может образоваться одна гигантская черная дыра, которая либо будет существовать до конца жизни Вселенной, либо ее температура и плотность достигнут Планковского предела и она вспыхнет новым Большим Взрывом, дав начало новой Вселенной.
4. Эпоха вечной тьмы ( > 10101 лет). Всевозможные источники энергии уже исчерпали себя и в космическом пространстве остались лишь их остаточные продукты, вроде длинноволнового излучения фотонов, нейтрино, кварков, а также позитронов и электронов. Последние изредка и на короткое время (до 143 нс) будут образовывать систему в виде экзотического атома – позитрония. Однако, в конце концов все элементарные частицы настигнет полная аннигиляция. При этом температура Вселенной упадет до максимально близкого значения к абсолютному нулю.

Для того, чтобы получить позитроний сегодня, ученым нужна массивная сложная аппаратура. Но в конце он будет единственным, что может существовать.

Будущее Вселенной

Несмотря на то, что вещество Вселенной постепенно аннигилирует, само пространство может эволюционировать по четырем гипотетическим сценариям:

1. Если со временем расширение Вселенной замедлится, а после — обернется в сжатие, то конечным этапом ее жизни станет Большое сжатие. В результате чего все вещество коллапсирует и вернется в изначальное свое состояние – сингулярность.
2. Иной сценарий — средняя плотность вещества Вселенной точно определена и является таковой, что расширение постепенно замедляется.
3. Наиболее вероятная, в силу современных результатов наблюдений, модель. Подразумевает равномерное расширение Вселенной, по инерции.
4. Стремительный рост скорости расширения Вселенной, который приведет наш мир к так называемому Большому разрыву.

Источник

9План урока:

Современная космология

Вселенная Фридмана

«Красное смещение» и закон Хаббла

Что такое теория Большого Взрыва

Что называют реликтовым излучением

Будущее Вселенной

Современная космология

Космологией называется раздел астрономии, который занимается изучением происхождения и развития Вселенной в целом. С научной точки зрения, Вселенная является системой, обладающей особыми свойствами.

Еще в древности человечество задавалось вопросами о происхождении Вселенной. Но тогда весь процесс мироздания объяснялся деятельностью богов. Со временем, когда влияние церкви на человека уменьшилось, ученые постарались объяснить эволюцию Вселенной с помощью физических и химических законов. Существенный прорыв в изучении космического пространства произошел после изобретения телескопа. Тогда астрономы узнали, что численность звезд на небе исчисляется многочисленными миллионами. В середине XIX века с помощью прибора определили расстояние до ближайших звезд.

Немного позже создали шкалу измерений расстояний до более отдаленных космических объектов. В ее основу легли наблюдения за особым типом переменных звезд – цефеид и измерения красного смещения спектров астрономических тел. Благодаря анализу спектральных смещений было установлено, что Вселенная расширяется, то есть промежутки между скоплениями галактик постоянно увеличиваются.

Активное развитие современная космология получила в ХХ веке. В это время Эйнштейн выдвигает несколько теорий относительно Вселенной, которые в дальнейшем он смог доказать на примере уравнения гравитационного поля. Все исследования ученого, так или иначе, были связаны с общей теорией относительности. Эйнштейн рассматривал Вселенную как однородное, стационарное и изотропное пространство. Другими словами она имела определенные границы и положительную кривизну. На этом развитие основ современной космологии не закончилось. 

Александр Фридман в 1922 г выдвинул мнение, что расширение Вселенной происходит из начальной сингулярности.

Предположение Фридмана было подтверждено после открытия Эдвином Хабблом космологического красного смещения. Это привело к возникновению теории Большого Взрыва, актуальность которой сохраняется и сегодня. Все вышеперечисленные открытия и представления составляют основу современной космологии.

Кроме этого современной научной космологии удалось установить приблизительный возраст Вселенной. По мнению специалистов, он составляет 13,8 миллиардов лет.

Вселенная Фридмана

Фридман допускал, что Вселенная имеет совершенно одинаковый вид во всех направлениях и данное условие характерно для всех ее точек. Исходя из этого и учитывая общую теорию относительности, ученый дал понять, что не стоит ожидать от Вселенной стационарности.

Если посмотреть на небосвод, можно увидеть светящуюся полосу – нашу Галактику Млечный путь. Сфокусировав свой взгляд на более отдаленных галактических системах, видно, что в разных частях космического пространства их число будет примерно одинаковым. Исходя из этого, можно говорить об относительной однородности Вселенной.

Модель Вселенной Фридмана была одной из самых удачных. Кроме того, она соответствовала наблюдениям Хаббла. Однако в западных странах о ней услышали только в 1935 г, после того, как подобные модели были разработаны Говардом Робертсоном и Артуром Уокером. Несмотря на то, что Вселенная Фридмана имела только одну модель, на ее основе можно построить еще три других:

• расширение Вселенной по Фридману настолько медленное, что силы притяжения между галактическими пространствами еще сильнее замедляют его, а со временем вообще останавливают. После этого галактики устремляются навстречу друг к другу, то есть запускается процесс сжатия космического пространства.Расширяющая Вселенная Фридмана достигает определенного максимума, а потом начинает снова возвращаться в начальную точку;
• вторая космологическая модель Вселенной Фридмана гласит, что расширение космического пространства происходит с незначительной скоростью. Ее хватает лишь для того, чтобы не начался обратный процесс сжатия. В данном предположении расширение начинается с начальной точки, но при этом оно всегда растет. Скорость процесса замедляется, но никогда не останавливается;
• расширение космического пространства происходит с огромной скоростью. Она настолько велика, что гравитационные силы никогда не смогут остановить данный процесс, разве что только слегка замедлить его. Разделение галактик начинается также с определенного нулевого расстояния.

Источник

Анализируя все вышесказанное, можно сделать вывод: модель Фридмана рассказывает, что Вселенная не бесконечна в космическом пространстве, но само пространство безгранично. В результате сильных гравитационных сил, пространство искривляется и замыкается, то есть напоминает чем-то сферическую форму Земного шара. Если человек путешествует по поверхности планеты в одном и том же направлении, он никогда не встретит препятствие, которое не смог бы преодолеть, кроме того, он никогда не упадет «с края Земли». Рано или поздно он просто вернется в точку, с которой начинал свое путешествие. Примерно такое же пространство изображено в модели нестационарной Вселенной Фридмана.

«Красное смещение» и закон Хаббла

Одним из самых важных научных открытий Хаббла является природа синего и красного гравитационного смещения. С их помощью ученым удается распознать, приближается или удаляется от нас то или иное космическое тело.

Источник

В 1929 г Эдвин Хаббл с помощью 100-дюймового телескопа проводил измерение спектральных свойств галактических систем Гершеля и отметил интересный факт. С одной стороны галактики имели много общего с Млечным путем, вот только спектры их самых ярких звезд имели существенные отличия от спектров звезд из нашей Галактики. Все они были сдвинуты в более длинноволновую сторону спектра, то есть в красную. Данное явление Хаббл назвал эффект красного смещения. Ученый заметил, что в пределах одного галактического пространства, красное смещение звезд было более менее одинаковым, а вот с другими галактиками оно имело существенные отличия.

Он выделил закономерность:

Проще говоря: чем дальше расположена наблюдаемая галактика, тем эффект красного смещения будет больше. Так был сформирован закон Хаббла, который изображается формулой:

Постоянная Хаббла представляет собой коэффициент, который входит в состав закона Хаббла. С его помощью связали расстояние до определенной галактической системы или квазара со скоростью их удаления. Измеряется в км/с на мегапарсек (Мпк).Со временем значение постоянной Хаббла регулярно меняется, смысл слова «постоянная» заключается в том, что в определенный момент времени величина Н во всех точках Вселенной будет одинаковой. Изменения связаны с использованием разных методик расчета и с изобретением более новых исследовательских аппаратов. В данный момент значение постоянной 70,1 (км/с)/Мпк.

Согласно закону Хаббла ученым удалось вычислить теоретический возраст Вселенной. Для этого они оценивали величину красного смещения для самых отдаленных объектов Вселенной, зная, что в самом начале все было сжато в единую точку. Самое интересное, что хаббловский возраст Вселенной практически равен тому возрасту, который был рассчитан по космологической модели Фридмана – 13,8 млрд. лет.

Эффект красного смещения во Вселенной объясняется ее постоянным расширением. Представьте ситуацию, если человек неподвижно стоит в определенном месте, то постепенно звук, пролетающего над ним самолета, будет ослабевать и менять тон, в зависимости от увеличения расстояния.

Примерно такой же эффект происходит и с красным смещением, но его масштабы куда больше. Чем дальше находится заезда от наблюдателя, тем заметней будет изменение частоты света, исходящего от нее. Во время наблюдения красное смещение представляет собой сдвиг спектральных линий в звездном излучении в красную область спектра.

В космологии еще есть понятие синего смещения, которое представляет собой полную противоположность красному. Если происходит сдвиг спектральных линий в сторону синей области, то это означает, что галактика приближается к нам с определенной скоростью.

Источник

Что такое Большой Взрыв

На сегодняшний день происхождение Вселенной является одной из главнейших загадок человечества. Ученые постоянно пытаются найти и выяснить, что же находится за пределами нашего мира. Развитие технологического процесса позволило найти ответы на многие вопросы, но о том, как зародилась Вселенная практически ничего не известно. За время развития космологии было выдвинуто множество теорий. Одни из них были сразу же опровергнуты, в то время как другие имели какую-то правдивость и логичность.

Одной из теорий, имеющих право на существование и продолжения, считается теория Большого Взрыва.  Данный термин появился в 1949 г благодаря Ф. Хойлу. Считалось, что до Большого Взрыва все, что сейчас существует во Вселенной, находилось совершенно в другом состоянии – было сконцентрировано в одной точке.После Взрыва следовало несколько стадий развития, в ходе которых пространство заполнялось различными частичками, элементами, объектами и структурами.

Источник

Как же эволюционировала Вселенная  в теории Большого Взрыва:

• Эпоха сингулярности – считается, что до того, как Вселенная стала такой, какой ее знает человечество, вещество в ней имело практически бесконечные величины плотности и температуры, но при этом само оно стремилось к нулю. Это сложнейший вопрос современной космологии, так как выяснить, что же было до момента Большого Взрыва практически невозможно. В теории у одного вещества не может одновременно быть бесконечная плотность и бесконечная температура. Именно поэтому, сингулярность Вселенной не соответствует физическим законам. Некоторые ученые предполагали, что сингулярности вообще никогда не было. Другие отмечали, что Вселенная образовалась из абсолютного вакуума, то есть из «ничего» за счет колебаний системы. Бытовало также мнение, что благодаря Большому взрыву возникла «Метагалактика», которая представляла собой своеобразный пузырь в веществе более высокой плотности.
• Планковая эпоха – после того как произошла масштабная космическая катастрофа, первичное вещество начало расширяться и охлаждаться. Причем, чтобы сформировались различные структуры в пространстве, одновременный взрыв должен был быть во всех местах. В период от 0 до 10^-43 секунды параметры температуры, плотности и энергии вещества соответствовали постоянным Планка (6,626 070 15⋅10⁻³⁴ Дж/с). Произошло зарождение частиц, что стало началом эволюции Вселенной.
• Эпоха великого объединения длилась в период с 10^-43 до 10^-35 секунды. За это время начинают образоваться гравитационные силы, которые в дальнейшем способствовали формированию звезд и планет. Первичная материя уже не однородно плотная, но говорить о каких-либо физико-химических параметрах еще слишком рано.
• Эпоха инфляции – ее период с 10^-35 до 10^-32 секунды после Большого Взрыва. Для нее характерно ускоренное расширение Вселенной. Это привело к перераспределению первичного вещества.
• Электрослабая эпоха – заняла промежуток с 10^-32 до 10^-12 секунды. Зарождаются элементарные частицы – хиггсовский бозон, Z-, W-частички. Довселенское вещество в своем первоначальном виде перестает существовать.
• Кварковая эпоха – с 10^-12 до 10^-6 секунды. Вещество во Вселенной начинает представлять собой совокупность безмассовых и бесструктурных фундаментальных частичек. В этой эпохе четыре фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое) уже существуют по отдельности.
• Андронная эпоха – из элементарных частичек формируются андроны – это частицы, у которых есть сильное ядерное взаимодействие. С них сформировались нуклоны, которые в свою очередь образуют атомные ядра, нейтроны и протоны. Данная эпоха длилась не более 100 секунд после Взрыва.
• Лептонная эпоха – ее протяженность 3 минуты. За время данного этапа эволюции Вселенной сформировались лептоны и их подвид – нейтрино, которые также играют одну из важнейших ролей в последующем мироздании.
• Протонная эпоха — длилась 300 тыс. лет. За это время вещество перераспределяется. Оно занимает доминирующую позицию над излучением, что приводит к уменьшению скорости расширения Вселенной. В конце периода происходит передвижение тепловых фотонов.
• Темные века – продолжительность 500 млн. лет. По всему пространству Вселенной распространяется водородно-гелиевая масса и реликтовое тепловое излучение. Еще нет ни одного знакомого человечеству космического объекта.
• Реионизация – эпоха длилась 300 млн. лет. В результате гравитационных сил водород и гелий начинают сжиматься, зарождаются процессы термоядерного синтеза. Образовались самые первые звезды. Они начали формировать скопления – галактики. В центральной части таких галактических пространств возникали квазары – мощнейшие источники излучения и гравитации.
• Эра вещества – это один из самых интересных этапов в процессе эволюции Вселенной. Звезды начинают вокруг себя формировать протопланетные диски, что привело к образованию планетных систем. В этот период возникает и наша Солнечная система со всеми планетами.

Что называют реликтовым излучением

В космологии под реликтовым излучением понимают – космическое микроволновое фоновое излучение. Данное понятие ввел русский астрофизик И.С. Шкловский. Простым языком, реликтовое излучение – это слабое свечение, которое заполняет все пространство Вселенной, попадая при этом на Земной шар и другие объекты космоса. Это то, что осталось от процесса «строительства Вселенной», с того момента, как она начала только зарождаться. Излучение течет в пространстве, в течение последних 13,5 млрд. лет, напоминая чем-то тепло от камина, огонь в котором уже давно погас.

По сути, реликтовое излучение – это электромагнитные волны, которые растеклись по космическому пространству. Ученые предполагают, что оно образовалось примерно 380 тыс. лет после Большого Взрыва. Есть мнение, что реликтовое излучение способно объяснить образование первых звезд и галактик.

Увидеть излучение невооруженным глазом человек не может. Для его изучения используют специальные радиотелескопы. На сегодняшний день известно, что температура реликтового излучения на 2,725 градусов выше абсолютного нуля, следовательно, оно очень холодное. Несмотря на то, что плотность энергии реликтового излучения всего 0,25 эВ/см³, оно заполняет все космическое пространство. Его главное свойство однородность, что позволяет ученым интерпретировать его как остаточное явление после Большого Взрыва. Если бы человеческие органы могли воспринимать микроволны, то небо для нас сияло равномерным приятным светом.

В современной космологии открытие реликтового излучения имеет важное значение. Благодаря свету, распространение которого происходит с конечной скоростью, исследователи могут наблюдать за самыми далекими космическими телами и структурами, то есть заглядывать в прошлое Вселенной. Многие звезды, которые видны человеку невооруженным глазом, находятся на расстоянии 10-100  световых лет. Именно столько времени необходимо свету, чтобы добраться до Земного шара. То есть, наблюдая за звездным небом, человек видит его таким, каким оно было как раз 10-100 световых лет назад. Астрономы активно изучают ближайшую к нам галактику – Андромеду, но при этом в настоящем времени они видят ее такой, какой она была 2,5 млрд. лет назад. Благодаря физическим свойствам реликтового излучения человечество способно шагнуть в далекое прошлое и «увидеть», какой именно была Вселенная после Большого Взрыва.

Будущее Вселенной

Вопрос о том, что ждет Вселенную в будущем, является одним из самых популярных среди ученых-космологов. Одно из важнейших свойств Вселенной – это ее ускоренное расширение. Исходя из этого, в дальнейшем развитии космического пространства может быть два сценария:

• расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно, что приведет к снижению средней плотности вещества, которая рано или поздно приблизится к нулю. Простыми словами, в начале начнут распадаться галактические скопления, а в конце протоны поделятся на кварки;
• рано или поздно расширение Вселенной замедлится и запустится обратный процесс – сжатие. В результате произойдет коллапс и все космическое вещество вернется в свое первоначальное состояние – сингулярность.

Есть еще одно предположение, что в результате стремительного роста скорости расширения Вселенной, произойдет Большой разрыв – данный процесс подразумевает разрыв абсолютно всех существующих космических структур и даже мельчайших атомов.

Исследование Вселенной – процесс интересный и увлекательный. Ежедневно ученые пытаются объяснить новые явления и процессы, строят математические и космические модели структур и объектов, ищут ответы на самые таинственные загадки. Все эти знания позволяют узнать прошлое мироздания и предсказать его возможное будущее.

Возможные сценарии эволюции Вселенной. 

Любопытно знать
не только далекое прошлое Вселенной,
но и ее далекое будущее. Тем более что
это будущее не менее поразительно, чем
ее прошлое. Теоретическое моделирование
будущего Вселенной существенно
различается в «открытых» и «закрытых»
ее моделях.

«Закрытые»
модели предполагают, что в будущем
расширение Вселенной сменится ее
сжатием. Исходя из общей массы Вселенной
10⁵²
т можно предположить, что примерно через
30 млрд лет она начнет сжиматься и через
50 млрд лет вновь вернется в сингулярное
состояние. Полный цикл расширения и
сжатия Вселенной составляет примерно
100 млрд лет. Таким образом, Вселенная
может быть представлена как грандиозная
закрытая система, испытавшая множество
эволюционных циклов. При переходе от
одного цикла к другому некоторые общие
параметры Вселенной (Метагалактики)
могут изменяться. Например, могут
изменяться фундаментальные физические
константы.

Совершенно
иначе предстает будущее Вселенной в
«открытых» космологических моделях,
которые, По сути, представляют собой
сценарии «тепловой смерти» Вселенной.
В соответствии с ними уже через 10¹⁴
лет многие звезды остынут, что достаточно
быстро (через 10¹⁵
лет) приведет к тому, что планеты начнут
отрываться от своих звезд, а звезды
покидать свои галактики. Примерно через
10¹⁹
лет большая часть звезд покинут свои
галактики и постепенно превратятся в
«черные карлики»; центральные области
галактик коллапсируют, образуя «черные
дыры» и тем самым прекращают свое
существование.

Дальнейшая
эволюция будущей Вселенной не вполне
ясна. Если обнаружится, что протон
действительно нестабилен и распадается
через 10³²
лет на у-квант
и нейтрино, то Вселенная и будет
представлять собой совокупность
нейтрино, квантов света с убывающей
энергией и черных дыр. Самые массивные
черные дыры испарятся за 10⁹⁶
лет и через 10¹⁰⁰
лет во Вселенной останется лишь
электронно-позитронная плазма ничтожной
плотности.

Иначе
разворачивается возможный сценарий
будущего Вселенной в том случае, если
протон стабилен. Тогда примерно через
10⁶⁵
лет любое твердое вещество превратится
даже при абсолютном нуле в жидкость.
Все оставшиеся черные карлики станут
жидкими каплями. А через 10¹⁵⁰⁰
лет любое вещество станет радиоактивным,
и все жидкие капли (т.е. бывшие звезды)
станут железными. От грандиозной и
разнообразнейшей Вселенной останутся
только жидкие холодные железные капли!

Что
же дальше? Пройдет невообразимое число
лет, которое можно выразить числом 10¹⁰,
пока такие железные капли не превратятся
в «черные дыры». Эти, уже последние,
«черные дыры» за относительно небольшой
промежуток времени 10⁶⁷
лет испарятся, превратив Вселенную в
поток сверхдлинноволновых квантов и
электронно-позитронную плазму. Такое
состояние — окончательная «смерть»
Вселенной.

11.8. Жизнь и разум во Вселенной: проблема внеземных цивилизаций

11.8.1. Понятие внеземных цивилизаций. Вопрос об их возможной распространенности

В последние
десятилетия в массовом сознании
отмечается наплыв очередной волны
мистицизма. На этом фоне широкое
распространение получило обсуждение
вопроса о внеземных цивилизациях, их
поисках и контактах с ними. Увлечение
поисками НЛО и страстное ожидание
пришельцев из внеземных цивилизаций
стали чуть ли не повальными. Подчас это
увлечение приобретает явные черты
массового психоза — почти ежемесячно
в средствах массовой информации (в том
числе и достаточно серьезных) появляется
«информация» об инопланетянах, контактах
с ними и даже об умыкании ими землян
прямо в центрах многомиллионных городов.
Ширятся слухи о начатой операторами
НЛО эвакуации землян в просторы
Вселенной… Нет числа сообщениям о
найденных доказательствах посещения
Земли представителями высокоразвитых
разумных цивилизаций в прошлом…

Занимается ли
вопросом о внеземных цивилизациях
современная наука? И если занимается,
то как она его решает? Прежде всего
следует отметить, что вопрос о внеземных
цивилизациях имеет свою научную
постановку, которая существенно
отличается от его трактовок массовым,
обыденным, вненаучным сознанием.
Современная наука трактует внеземные
цивилизации как общества разумных
существ, которые могут возникать и
существовать вне Земли (на других
планетах, космических телах, в иных
Вселенных, средах и др.).

С позиций современной
науки предположение о возможности
существования внеземных цивилизаций
имеет объективные основания: представление
о материальном единстве мира; о развитии,
эволюции материи как всеобщем ее
свойстве; данные естествознания о
закономерном, естественном характере
происхождения и эволюции жизни, а также
происхождения и эволюции человека на
Земле; астрономические данные о том,
что Солнце — типичная, рядовая звезда
нашей Галактики и нет оснований для его
выделения среди множества других
подобных звезд; в то же время астрономия
исходит из того, что в Космосе существует
большое разнообразие физических условий,
что может привести в принципе к
возникновению самых разнообразных форм
высокоорганизованной материи.

Оценка возможной
распространенности внеземных (космических)
цивилизаций в нашей Галактике
осуществляется по формуле Дрейка:

N=R
• f
• n
• k
• d
• q
• L.

где
N
— число внеземных цивилизаций в
Галактике; R
— скорость образования звезд в Галактике,
усредненная по всему времени ее
существования (число звезд в год); f
— доля звезд,
обладающих планетными системами; n
— среднее число планет, входящих в
планетные системы и экологически
пригодных для жизни; k
— доля планет, на которых действительно
возникла жизнь; d—
доля планет, на которых после возникновения
жизни развились ее разумные формы; q
— доля планет, на которых разумная жизнь
достигала фазы, обеспечивающей возможность
связи с другими мирами, цивилизациями;
L
— средняя продолжительность существования
таких внеземных (космических, технических)
цивилизаций.

За
исключением первой величины (R),
которая относится к астрофизике и может
быть подсчитана более или менее точно
(около 10 звезд в год), все остальные
величины являются весьма и весьма
неопределенными, поэтому они определяются
компетентными учеными на основе
экспертных оценок, которые, разумеется,
носят субъективных характер.

Вот как, например,
оценивается вероятность возникновения
жизни. Ясно, что далеко не на всякой
планете может возникнуть жизнь. Для
возникновения жизни (посредством
естественного отбора) необходим сложный
комплекс условий.

Во-первых,
значительные интервалы времени; поэтому
жизнь может возникнуть только вокруг
старых звезд. Причем старых звезд не
первого, а второго поколения, поскольку
только рядом с ними могут быть остатки
тяжелых элементов, оставшиеся после
взрывов сверхновых звезд первого
поколения.

Во-вторых,
на планете должны быть соответствующие
температурные условия: слишком высокая
или слишком низкая температуры исключают
появление жизни.

В-третьих,
масса планеты не должна быть слишком
маленькой. Ведь в этом случае планета
быстро теряет свою атмосферу, которая
попросту испаряется («диссипация»). Чем
легче газ, тем быстрее он уходит за
пределы планеты. С другой стороны, масса
планеты не должна быть очень большой,
чтобы не удерживать свою первоначальную
атмосферу (из водорода и гелия), не
препятствовать изменению ее состава и
появлению вторичной атмосферы.

В-четвертых,
наличие жидкой оболочки на ее поверхности.
Ведь первичные формы жизни скорее всего
возникли в воде.

И наконец, в — п я
т ы х, на планете должны быть условия
для возникновения сложных молекулярных
соединений, на основе которых могут
протекать разнообразные химические
процессы.

В
результате учета всех этих условий
оказывается, что лишь у 1—2% всех звезд
в Галактике могут быть планетные системы
с явлениями жизни. Иначе говоря, при
самых оптимальных оценках около 1 млрд
звезд могут иметь планетные системы,
на которых в принципе возможна жизнь
*. В целом остается большой и неопределенность
в оценке общей величины N:
от 10⁹
цивилизаций в Галактике до одной
цивилизации в нескольких соседних
галактиках.

* Что касается
Солнечной системы, то современная
астрономия пришла к выводу о невозможности
существования высокоразвитой жизни на
других планетах. Лишь на Марсе, по-видимому,
могут быть простейшие формы жизни.

Как один из
аргументов в пользу того, что внеземные
цивилизации — явление очень редкое,
выдвигается отсутствие видимых проявлений
их активности. Но это утверждение тоже
недостаточно строгое. Оно определяется
во многом уровнем развития нашей
цивилизации, в том числе и совершенством
средств астрономических наблюдений.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Именно начиная с Большого Взрыва мы получаем возможность описать нашу Вселенную как полную материи и излучения и подключить известные законы физики, объясняющие современную форму космоса. Но Вселенная продолжает расширяться. Появляются новые звезды, космос эволюционирует. Каким будет его конец? Давайте спросим у науки.

Какой конец у Вселенной

Долгое время ученые, изучавшие структуру и эволюцию Вселенной, рассматривали три возможности, основанные на простой физики общей теории относительности и контексте расширения Вселенной. С одной стороны, гравитация активно собирает все вместе; это притягивающая сила, управляемая материей и энергией во всех их формах, присутствующих во Вселенной. С другой стороны, есть начальная скорость расширения, которое разделяет все на части.

Большой Взрыв стал выстрелом, после которого началась грандиознейшая гонка всех времен: между гравитацией и расширением вселенной. Кто в итоге победит? Ответ на этот вопрос определит судьбу нашего мира.

Мы думали, что у Вселенной такие варианты:

• Вселенная схлопнется в процессе Большого Сжатия. Расширение начнется быстро и большое количество материи и излучения разорвется на части. Если материи и энергии будет более чем достаточно, Вселенная расширится до определенного максимального размера, расширение обратит сжатие и Вселенная снова схлопнется.
• Вселенная будет расширяться вечно и приведет к Большому Замерзанию. Все начнется так же, как и выше, но в этот раз количества вещества и энергии будет недостаточно, чтобы противостоять расширению. Вселенная будет расширяться вечно, поскольку скорость расширения будет продолжать падать, но никогда не достигнет нуля.
• Расширение Вселенной асимптотически стремится к нулю. Представьте себе пограничную ситуацию между двумя приведенными выше примерами. Одним протоном больше — и мы схлопываемся; одним меньше — расширяемся бесконечно. В этом критическом случае Вселенная расширяется вечно, но с наименьшей возможной скоростью.

Чтобы узнать, какой вариант правильный, нам нужно было просто измерить, с какой скорость расширяется Вселенная и как скорость расширения менялась со временем. Остальное дело физики.

Это была одна из величайших задач современной астрофизики. Измерьте скорость, с которой расширялась Вселенная, и узнаете, как меняется ткань пространства сегодня. Измерьте, как изменилась скорость расширения со временем, и узнаете, как ткань пространства менялась в прошлом.

Объедините две эти части информации и то, как изменилась скорость расширения и какой она была, позволит вам определить, из чего состоит Вселенная и в каких пропорциях.

Насколько нам известно, основываясь на этих измерениях, мы определили, что Вселенная состоит на 0,01% из излучения, 0,1% — нейтрино, 4,9% — обычная материя, 27% — темная материя, 68% — темная энергия. Этот квест, который для некоторых начался еще в 1920-х годах получил неожиданный ответ в конце 1990-х.

Вам будет интересно: Может ли темная материя быть старше Большого взрыва?

Итак, если темная энергия доминирует в расширении Вселенной, что это значит для нашей судьбы? Все зависит от того, как — или если — темная энергия будет развиваться со временем. Вот пять вариантов.

Темная энергия — это космологическая постоянная, преобладающая в расширении. Это опция по умолчанию, учитывающая наши лучшие данные. В то время как материя становится менее плотной по мере расширения Вселенной, разбавляется по мере расширения объема, темная энергия представляет собой ненулевое количество энергии, присущее ткани самого пространства. По мере расширения Вселенной плотность темной энергии остается постоянной, что приводит к тому, что расширение всегда сохраняет положительное значение.

Это приводит к экспоненциально расширяющейся Вселенной и в конечном итоге растолкает все, что не является частью нашей локальной группы. Уже 97% видимой Вселенной становится недоступным в таких условиях.

Темная энергия динамична и становится мощнее со временем. Темная энергия, по всей видимости, является новой формой энергии, которая присуща самому пространству, из чего следует, что она имеет постоянную плотность энергии. Но она также может меняться со временем. Один из возможных способов изменения заключается в том, что она постепенно усиливается, что приведет к ускорению скорости расширения Вселенной.

Удаленные объекты не только будут удаляться от нас, но и делать это все быстрее и быстрее. Хуже того, объекты, которые сейчас связаны гравитационно — вроде скоплений галактик, отдельных галактик, солнечных систем и даже атомов — однажды развяжутся вследствие укрепления темной энергии. В последние моменты существования Вселенной субатомные частицы и сама ткань пространства-времени разорвутся на части. Эта судьба — Большой Разрыв — наш второй вариант.

Темная энергия динамична и ослабевает со временем. Как еще может измениться темная энергия? Вместо того, чтобы укрепляться, она может ослабнуть. Конечно, скорость расширения согласуется с постоянным количеством энергии, принадлежащей самому пространству, но эта плотность энергии также может снижаться.

Если она ослабеет до нуля, все придет к одной из выше описанных возможностей: Большому Замерзанию. Вселенная будет расширяться, но без достаточного количества материи и других форм энергии, которые помогут ей заново схлопнуться.

Если распад станет отрицательным, это может привести к другой возможности: Большому Сжатию. Вселенная заполнится энергией, присущей пространству, которая внезапно поменяет знаки и приведет пространство к сжатию. Такой вариант тоже возможен.

Темная энергия перейдет в другую форму энергии, омолаживающую Вселенную. Если темная энергия не распадается, а остается постоянной или даже усиливается, возникает еще одна возможность. Эта энергия, присущая ткани пространства, может не всегда оставаться в такой форме. Вместо этого она может превращаться в материю и излучение, подобные тому, что были, когда закончилась космическая инфляция и начался Большой Взрыв.

Если темная энергия останется постоянной до этой точки, она создаст очень, очень холодную и рассеянную версию раскаленного Большого Взрыва, в которой сами себя смогут создавать только нейтрино и фотоны. Но если сила темной энергии будет возрастать, это может привести к состоянию, подобному инфляции, за которым последует новый, действительно раскаленный Большой Взрыв. Это самый простой способ омолодить Вселенную с заданными параметрами.

Темная энергия связана с нулевой энергией квантового вакуума и будет распадаться, разрушая нашу Вселенную. Это самая разрушительная возможность из всех. Что, если темная энергия не является истинной величиной пустого пространства в конфигурациях с самой низкой энергией, а является результатом симметрий на ранних этапах Вселенной, когда они оказались в конфигурации с ложным минимумом?

Если это так, должен быть способ создать квантовый туннель в состояние с более низкой энергией, изменив законы физики и уничтожив все связанные состояния (то есть частицы) квантовых полей сегодня. Если квантовый вакуум нестабилен в этом смысле, то, где бы этот распад ни произошел, результатом будет разрушение всего во Вселенной посредством пузыря, распространяющегося на скорости света. Если такой сигнал достигнет нас, нам тоже придет конец.

Хотя мы не знаем, какая из этих возможностей будет верной для нашей Вселенной, данные просто неистово голосуют в пользу первого варианта: темная энергия действительно является постоянной величиной. Прямо сейчас, наши наблюдения того, как развивалась Вселенная — особенно благодаря космическому микроволновому фоновому излучению и крупномасштабной структуре Вселенной — накладывают жесткие ограничения на то, как много места для маневра остается у темной энергии, чтобы измениться.

И пока у нас не будет новой правды о Вселенной, мы будем придерживаться этой. А если вы не согласны, приглашаем поделиться в нашем чате в Телеграме.

Что мы знаем о прошлом? Довольно много — сегодня ученые могут рассказать вам о том, что происходило во Вселенной после Большого взрыва до миллисекунд, как образовались галактики, звезды, планеты и мы. Но ведь у всего есть конец — правда? Когда-нибудь не станет человечества, возможно, мы сами убьем себя либо нас убьют супербактерии… Ну а если ни того, ни другого не случится, тогда мы стопроцентно погибнем от нашего творца — крайне маленькой, пока еще дружелюбной звезды Солнце. Случится это ориентировочно через 4,5 миллиарда лет, тогда звезда увеличится до масштабов красного гиганта и поглотит все ближайшие планеты с твердой поверхностью — Меркурий, Венеру, Землю и Марс.

Однако все живое умрет куда раньше: примерно через миллиард лет. Ученые, исследуя уровень светимости и теплового излучения Солнца, заметили, что его температура постоянно растет. Каждый 1 миллиард лет это значение увеличивается на 10%. Такого отклонения от нынешней нормы хватит для того, чтобы испарились все реки, моря и океаны на Земле, сделав её горячей, безжизненной и огромной пустынной планетой. Примерно в таком состоянии сейчас находится Марс. Кстати о Марсе.

Многие организмы и животные будут вынуждены мигрировать к полюсам, где температура будет ниже, но и это не будет спасением. Выжить смогут лишь немногие бактерии и подземные формы жизни.

Через 1 миллиард лет наша планета пострадает не только от засухи и глобального изменения климата, вызванного повышением температура и солнечной радиации, но еще и от того, что Земля сместится в так называемую «зону необитаемости». То есть на такое расстояние, при котором ничего живое, в нашем понимании, существовать не сможет. По крайней мере, человечество уж точно. А вот Марс, наоборот, к тому времени будет находится в диапазоне от 49 до 70 астрономических единиц, при котором мы смогли бы вполне комфортно на нем жить. Поэтому исследовать Красную планету и искать способы пермещения на неё важно. Но, к сожалению, жизнь на Марсе сможет существовать тоже отнюдь недолго. Когда-нибудь и на нем станет слишком жарко, поэтому важно искать способы покинуть Солнечную систему и переместиться на другую планету, чтобы продолжить свой род. Случится это или нет — покажет только время. В любом случае, мне кажется, что ничего лучше Земли мы не найдем. И стоит позаботиться о комфортном пребывании и продолжении нашего рода здесь — на нашей родной синей планете.

Даже если мы и сможем найти достойную замену нашей Земле, где мы полноценно обустроимся, привычная структура Вселенной когда-то исчезнет. Но откуда мы это знаем? Как мы можем узнать то, что случится через несколько миллиардов или триллионов лет? Почти так же, как мы узнаем погоду. Да, возможно, не самое удачное сравнение, но тем не менее. Для того, чтобы узнать, что будет завтра за окном, метеорологи по всему миру запускают в небо зонды, которые собирают информацию о температуре, направлении ветра, влажности, давлении. Спутники создают карту облаков.

После, собранные данные анализируются. Когда этих данных много, и мы знаем, какая погода сейчас, например в Санкт-Петербурге, мы может сопоставить эту информацию с данными движения ветра и спрогнозировать, что дождевое облако принесет непогоду в Москву. Со Вселенной все так же, только используемые технологии в разы масштабнее. С помощью радиотелескопов мы можем наблюдать за звездами, галактиками и даже черным дырами. Совсем недавно проект телескопа горизонта событий смог запечатлеть тень черной дыры в радиодиапазоне. Это я все к тому, что качество наших наблюдений за космосом стало удивительным и со всеми полученными данными мы в силах работать. Зная практически все о жизненном цикле звезд, гравитации и черных дырах, ученые в силах, пускай не стопроцентно, но предсказать, что станет с нашей Вселенной потом — спустя миллиарды лет. Всего выдвинуто четыре основные теории, о всех них мы сегодня с вами поговорим.

Тепловая смерть Вселенной

Наше пространство, время и материя когда-то находились в бесконечно маленькой точке — сингулярности. В этом состоянии все привычные нам законы физики еще не работали. Однако уже в момент 0,00000001 секунды после Большого взрыва пространство начало расширяться, и скорость этого расширения с годами только росла и продолжает расти. Откуда ученые это выяснили? Опять же — из наблюдений за галактиками. Если исследовать любую отдаленную от нас галактику в течение некоторого времени, то можно увидеть так называемый эффект красного смещения — это когда световые волны меняют свою длину и переходят в красный спектр. Об этом я рассказывал в одном из прошлых материалов. Так вот — кроме красного смещения меняется и интенсивность излучения, её визуальные размеры. Если галактика находится на большом расстоянии, скажем, в двух мегапарсеках, то скорость удаления будет в два раза больше. Если в трех, то в три раза и так далее.

Что заставляет пространство расширяться? Ученые называют это тёмной энергией. Темная энергия — это гипотетический вид энергии, который оказывает антигравитационное воздействие на пространство. Пока мы точно не знаем, что это. Практическое открытие тёмной энергии позволит нам узнать лучше, что будет в будущем, а также понять механику пространства и то, почему Вселенная расширяется.

Если теория верна, а наблюдения не врут, то Вселенная продолжит экспоненциально расширяться, постоянно увеличивая скорость. Температура пространства будет падать, звезды продолжат тратить свои энергетические запасы, постепенно эволюционируя в красных гигантов. За миллиарды лет все небесные светила выгорят. Вселенная будет состоять из белых карликов, нейтронных звезд и чёрных дыр. Спустя 150 миллиардов лет скорость расширения Вселенной будет удалять с такой скоростью галактики друг от друга, что они будут недоступны для наблюдения. Все секреты космоса станут слишком хорошо спрятаны.

Если в то время еще будет существовать разумная жизнь, и у них будет хорошо развитая наука, то вполне вероятно, что они будут считать, что их галактика единственная во всей Вселенной. Никакие формы связи, исследования или уж тем более гипотетические путешествия к другим галактикам станут перманентно невозможными. Через триллион лет звезды перестанут рождаться, похожие на белые крупицы они будут исчезать с ночного неба одна за другой. Солнце к тому моменту, как и миллиарды других звезд, будет находиться в состоянии белого карлика. Спустя триллион лет из галактических систем звезды будут постепенно отправляться в пустое, холодное и загадочное темное пространство. Часть из них упадет непременно в сверхмассивную черную дыру. Последние белые карлики, будут сжигать последние запасы топлива, когда оно иссякнет, белые карлики станут черными карликами — безжизненными, абсолютно черными, сверхплотными звездами. Спустя 100 триллионов лет пространство Вселенной будет изредко освещаться исполняющими свой последний, предсмертный танец белыми карликами и нейтронными звездами. К этому времени расширение Вселенной сотрет все улики Большого взрыва. Космология станет бесполезной. Узнать о нашем прошлом станет невозможно, никакого реликтового излучения, о котором я рассказывал в материале «Как появилось всё», больше не будет.

Самыми яркими объектами во Вселенной к тому времени станут аккреционные диски черных дыр — будущих властительниц Вселенной. Время неумолимо продолжает идти, скорость расширения Вселенной больше не даст возможности никакому излучению галактик как-то достигать друг друга. Звезды сжигают свои последние запасы энергии. Эпоха звездного света подходит к концу, в пространстве не остается практически никаких светящихся объектов, Вселенная постепенно превращается в кладбище бесконечного числа жизней и историй. Планеты начинают покидать свои орбиты и уходят за пределы своих родных звездных систем. Через секстиллион (число с 21 нулем) лет, теоретически, может начаться процесс распада атомов на протоны, а потом и распад самих протонов. Это значит, что вся материя в пространстве будет постепенно исчезать, последние планеты, черные и коричневые карлики станут горстями песка в пучине бесконечной Вселенной. Все это, конечно, повторюсь, в теории, пока мы не знаем точно, могут ли протоны распадаться и сколько на это им нужно времени. Если все-таки такое окажется возможным, то у Вселенной времени наверняка хватит и на это. В будущем, результаты исследования протонов помогут нам лучше понять нашу судьбу. Когда протоны распадутся, в пространстве останутся лишь черные дыры и бесконечное число блуждающих в пространстве фотонов, интенсивность которых с каждой секундой будет ослабевать все больше и больше.

Эра черных дыр

Наступает новая эра — «Эра черных дыр». Глобальные события во Вселенной теперь будут измеряться отрезками не в сотни тысяч лет, как сейчас, а триллионами, квадриллионами, дециллионами лет. Черные дыры будут притягиваться друг к другу, образуются новые галактики с сверхмассивными черными дырами в центре, вокруг которых, подобно звездам, в нынешних галактиках будут вращаться черные дыры поменьше. Со временем все они будут сталкиваться и поглощать друг друга. При объединении черные дыры будут распространять гравитационные волны по всему пространству, подобно волнам на воде, которые появляются, когда бросаешь камень. Шанс возникновения жизни в эту эпоху равняется практически абсолютному нулю. Черные дыры, несмотря на свою власть, мощь и бесконечную энергию, тоже не смогут существовать вечно, спустя сотни дециллионов лет черные дыры начнут испаряться. По крайней мере так это предсказывает теория «Излучения Хокинга». Этот гипотетический процесс впервые описал на основе квантовой механики один из самых величайших ученых современности Стивен Хокинг, собственно, и название теории в его честь. Но, как будут испаряться черные дыры? Что они будут при этом излучать? Излучать они будут энергию. Никаких привычных материальных частиц вы не увидете, ведь ничто физическое не может покинуть черную дыру — однако квантовые энергетические частицы, в теории, могут это сделать. При этом процессе черные дыры будут становиться постепенно все меньше, меньше и меньше. В конечном счете они исчезнут. Когда это случится, пространство нашей Вселенной будет пустым, на просторах еще можно будет встретить последние квантовые частицы, доживающие свои последние триллионы лет жизни.

Когда они исчезнут, начнется «Эпоха вечной тьмы». Никакие события происходить во Вселенной больше не будут. Время, в нашем понимании, больше не имеет смысла. Если темная энергия все-таки есть, и она никак не изменит свои свойства, то пространство так и продолжит расширяться вечно, при этом никаких звезд, планет, черных дыр, даже самых простейших субатомных частиц больше здесь не будет. Температура со временем приблизится к абсолютному нулю. Единственной энергией в пространстве станет темная энергия, которую нам еще предстоит познать.

Большой разрыв

Однако есть еще два варианта будущего нашей Вселенной — если темная энергия есть, и она никак не изменит своей плотности, нашу Вселенную будет ждать судьба вечно расширяющегося, пустого, холодного, темного и безжизненного пространства. Если темной энергии станет больше, и её мощность увеличится, случится «Большой разрыв». Согласно этой теории из-за увеличившейся скорости расширения вся материя в пространстве — звезды, планеты, живые организмы, атомы и субатомные частицы — будут разорваны. Предполагается, что до этого осталось не так уж долго — примерно 20 миллиардов лет. Если все-таки это случится, то за 60 миллионов лет до наступления полной ликвидации всей материи расстроится структура галактик, а перед самим Большим разрывом на кусочки разрушатся планеты, а финалом станет распад атомов и субатомных частиц.

Большое сжатие

Может быть все кардинально по-другому — темная энергия со временем будет ослабевать, тогда будет постепенно уменьшаться и скорость расширения пространства. Гравитация уже не будет так слаженно удерживать галактики рядом друг с другом. Огромная сеть, включающая в себя триллионы звезд и квинтиллионы планет будет постепенно сжиматься. Звезды начнут коллапсировать в черные дыры, засасывая в себя всю окружающую материю. В итоге эти черные дыры сольются в одну. Этой гипотетической ультрамассивной черной дырой постепенно будет поглощена вся наша Вселенная. Эта теория называется «Большим сжатием».

Заключение

На самом деле гипотез о будущем нашей Вселенной значительно больше — ученые даже предполагают, что через каких-то жалких 5 миллиардов лет время просто возьмет и закончится. Если люди тогда еще будут жить, то они никак не ощутят этого. Никакого эффектного замедления времени, подобно таковому в фильме «Матрица» не случится. Само событие непосредственно предсказать или как-то увидеть невозможно. Если это произойдет, то ученые обещают, что случится это внезапно. Нашей цивилизации только предстоит разобраться в нашем будущем и прошлом. О первом мы и вовсе ничего точно не знаем. Словно наблюдатели самого большого эксперимента Шредингера. Пускай для нас эти события непостижимы — ведь не то что целый квадриллион, нам миллион лет довольно сложно представить — это кажется целой вечностью. Однако поиск ответов на эти вопросы заставляет нас двигаться вперед, развивать науку и технику, лучше понимать свойства Вселенной как явления и лучше осознавать ценность жизни. Ведь жизнь, которую нам дала природа, является крошечным мгновением между огненным рождением Вселенной и её ледяной смертью.

Спасибо большое за внимание!

До скорых встреч.