Наша Вселенная медленно умирает, и процесс этого увядания, хоть и медленный, все же может быть замечен современными средствами наблюдений. К такому выводу пришла международная группа астрономов, впервые в мире измерившая энерговыделение 200 тыс. галактик с небывалой точностью.
Ученые из Международного центра радиоастрономических исследований при Университете Западной Австралии (ICRAR) использовали семь мощнейших телескопов мира, чтобы исследовать галактики в 21 диапазоне длин волн, от ультрафиолетового до инфракрасного.
Изначально наблюдения проводились на англо-австралийском телескопе в Новом Южном Уэльсе, затем к работе присоединились две орбитальные обсерватории NASA и Европейского космического агентства.
«Мы использовали столько телескопов, сколько смогли получить, чтобы измерить энерговыделение более 200 тыс. галактик в максимально широком спектре длин волн», — пояснил профессор ICRAR Саймон Драйвер, накануне доложивший о результатах работы на генеральной ассамблее Международного астрономического союза, которая проходит в эти дни на Гавайских островах.
Работа по исследованию 200 тыс. галактик велась в рамках международного проекта Galaxy and Mass Assembly. Этот всеволновой проект призван дать ответы на космологические вопросы, а также изучить процессы формирования и эволюции галактик при помощи нескольких наземных и космических телескопов. Самыми известными среди них являются телескопы VLT, а также космические Herschel и Galex.
По словам Драйвера, целью работы астрономов было построение карты и моделирование всего энерговыделения внутри определенного объема Вселенной.
Согласно современным представлениям, вся энергия, которой обладает Вселенная, была создана в момент Большого взрыва, и часть ее сосредоточена сегодня в массе вещества. Известно, что звезды светят за счет термоядерного превращения этой массы в энергию — процесса, описываемого известным уравнением Эйнштейна E = mc 2 .
«Хотя большая часть энергии, наблюдаемой вокруг, была создана после Большого взрыва, дополнительная энергия постоянно выделяется в звездах по мере того, как в них сливаются такие элементы, как водород и гелий, — пояснил Драйвер. — Эта заново выделяемая энергия либо поглощается космической пылью, либо проходит через родительскую галактику, либо вырывается в межгалактическое пространство и распространяется, пока не встретит на своем пути другую звезду, планету или, что бывает очень редко, зеркало телескопа».
Анализ полученных данных показал, что энерговыделение галактик в наши дни составляет лишь половину темпов, что были 2 млрд лет назад, то есть Вселенная медленно умирает, говорят астрономы.
Примечательно, что в оригинале статьи , принятой к публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, слово «смерть» или «умирает» не встречается ни разу, подобный художественный прием был сделан в релизе для привлечения внимания.
«Мы выяснили, что в настоящее время Вселенная производит 1,5 * 10 35 ватт на кубический парсек в сравнении с 2,5 * 10 35 ватт 2,3 млрд лет назад», — утверждается в статье.
Об угасании Вселенной ученые говорят с конца 1990-х годов, однако лишь последняя работа доказала, что этот процесс происходит во всех длинах волн, от ультрафиолета до инфракрасного диапазона. «С этого момента Вселенная будет угасать, впадая в старость, которая длится вечно. Вселенная рухнула на диван, натянула плед и готова задремать вечным сном», — сказал профессор Драйвер.
После своего открытия ученые намерены расширить свои исследования, чтобы картировать энерговыделение на протяжении всей истории Вселенной. Для этого они используют новейшие, вступающие в строй телескопы, в том числе радиоинтерферометр Square Kilometre Array, ввод которого в эксплуатацию запланирован на следующее десятилетие в Южной Африке.
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.
Рождение и жизнь
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.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 .
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.
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 10 15 лет планеты либо упадут на остатки своих бывших звёзд, либо уйдут к другим телам. Похожим образом через 10 19 -10 20 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 10 34 лет. Если это действительно так, через 10 40 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 10 100 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 10 1500 холодным слиянием и квантовым туннелированием лёгкие ядра превратятся в атомы железа 56 Fe. Элементы тяжелее этого изотопа распадутся с излучением альфа-частиц. Через 10 10 26 лет квантовое туннелирование превратит большие объекты в чёрные дыры. Возможно, железные звёзды превратятся в нейтронные через 10 10 76 лет от настоящего момента.
Есть вероятность, через 10 10 10 56 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 10 50 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.
На днях завершилось одно из самых масштабных астрофизических исследований последних лет, которое позволило ученым построить модели, описывающие как и когда умрет Вселенная.
В ходе исследования были собраны фотографии 220 000 галактик, находящихся на удалении до 2 млрд световых лет от нас. Анализ каждого объекта проводился на 21 различных диапазонах света: от ультрафиолетового (короткая длина волны) до дальнего инфракрасного (большая длина волны), что потребовало подключения большого количества различных наземных телескопов и орбитальных обсерваторий. Результаты были оглашены на съезде Международного астрономического союза, который проходил в Гонолулу.
Важнейший вывод, который можно сделать из собранных данных указывает на то, что Вселенная уже пережила пик своей активности - момент, в котором совокупное излучение всех звезд и галактик было максимальным - и теперь медленно затухает. Так за последние 2,3 млрд лет общая средняя интенсивность излучения звезд снизилась в 2 раза.
Как и когда умрет Вселенная?
Естественно, достоверного ответа на столь сложный вопрос никто не знает, хотя бы потому, что мы не до конца понимаем законы по которым она развивается. Кроме того, у нас до сих пор нет полной и единой физической теории, так называемой теории всего, которая в том числе должна объяснить как возникла Вселенная и что будет с ней дальше. В этом контексте текущие расчеты астрофизиков будут справедливы в том случае, если Вселенная продолжит развиваться по тому же сценарию, что и последние 13,8 млрд лет, расширяясь подобно пузырю с постоянно возрастающей скоростью.
Еще многие триллионы лет во Вселенной будет свет и она будет сохранять похожий на нынешний вид, но каждый ее участок со временем будет становиться темнее за счет умирающих звезд и удаляющихся друг от друга галактик. Первыми исчезнут самые яркие и самые крупные голубые звезды, за ними бело-голубые, белые... и так до тех пор, пока полностью не прекратят свое существование красные карлики через 100 триллионов (единица с 12 нулями) лет. Настанет эпоха тьмы. Останутся только черные дыры, нейтронные звезды, белые и субзвездные коричневые карлики, холодные планеты, погруженные во мрак.
Локальное скопление галактик в созвездии Льва. Сейчас Вселенная выглядит примерно одинаково во всех направлениях и практически на любом удалении от наблюдателя (если не считать участки ранней Вселенной). Со временем сохраниться только ее однородность, а вот количество звезд, галактик и соответственно света будет постоянно снижаться, пока не наступит эра абсолютного мрака.
Спустя 1 квадриллион (единица 15 нулями) лет исчезнут планеты. Через 10 квадриллионов лет последние нейтронные звезды и карлики будут поглощены черными дырами. Последние просуществуют невообразимо долго, но все же и черные дыры полностью испаряться в результате излучения Хокинга через 10 99 лет, крайне медленно теряя частицы с края горизонта событий.
Во Вселенной не останется ничего кроме одиноких элементарных частиц: электронов, позитронов, фотонов... Что будет дальше? - Вопрос куда более сложный!
Работа ученых, как и другие новости астрофизики , была опубликована в издании Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Команда ученых из Университета Вандербильта представила новую математическую модель, которая позволяет подсчитать время до гибели Вселенной, а также узнать, как она погибнет. Как стало известно сайт, ученые попытались примирить классическое определение вязкости по законам термодинамики с общей теорией относительности Энштейна, и в результате поняли, как погибнет Вселенная.
Профессор математики, Марсело Дисконзи (Marcelo Disconzi) вывел фундаментально новую математическую формулировку проблемы вместе с профессорами физики Томасом Кепхартом (Thomas Kephart) и Робертом Шеррером (Robert Scherrer). Выводы их работы опубликованы в журнале Physical Review D.
По словам ученых, если их подход окажется верным, Вселенная погибнет через 22 миллиарда лет от Большого разрыва. Это значит, что вся материя разорвется, поскольку расширение Вселенной достигнет невероятно больших скоростей. Через 21 миллиард лет начнут распадаться скопления галактик. Следом, за 60 миллионов лет до Большого разрыва, распадется наша галактика Млечного пути. За 3 месяца до конца света начнет распадаться Солнечная система, а за 30 минут до конца — распадется и наша Земля. В последнюю секунду начнут распадаться даже атомы, поскольку самые прочные связи сильного взаимодействия ослабнут настолько, что будут разрушены.
В конце 20 века выяснилось, что Вселенная расширяется с ускорением. Объяснить это с помощью известных законов физики невозможно, поэтому ученым пришлось ввести понятие темной энергии. Все теории, основанные на этом понятии, вынуждены принимать в расчет понятие объемной вязкости, рассматривая пространство как жидкость, двигающуюся со скоростью, близкую к скорости света. В космологии вязкость определяется как отношение давления темной энергии к ее плотности.
«Возможно, хоть и маловероятно, что вязкость влияет на ускорение расширения Вселенной, которое связывают с темной энергией. Более вероятно, что в большей степени, причины тому более прозаические. Но в результате, вязкость может оказывать важное влияние на свойства темной энергии », — объяснил профессор математики, Марсело Дисконзи (Marcelo Disconzi).
По данным сайт, понятие вязкости является безразмерным. Другими словами, ученые оценивают лишь три фундаментальных сценария, в котором вязкость может быть меньше единицы, равна единице и больше единицы. В новой работе был рассмотрен случай, при котором космологическая вязкость приняли за -1,5. При этом ученые отметили, что их подход подразумевает естественное развитие ситуации, в которой этот показатель станет меньше единицы. В ближайшем будущем теорию планируется проверить с помощью численных методов на суперкомпьютерах.
Мир застынет в одном мгновении, и мы застынем вместе с ним – воцарится вечность
С развитием науки, дискуссии о конце света не только не закончились, но и разгорелись с новой силой. Физики не перестают обсуждать всевозможные сценарии конца Вселенной: ждет ли нас Большое Сжатие, тепловая смерть, остановка времени, или же конца вообще не будет?
Наш мир превратится в туман
Большинство астрофизиков сходятся на том, что наша Вселенная родилась в результате Большого Взрыва. До этого вся материя была сосредоточена в единой сингулярности, точки с бесконечной плотностью посреди великого Ничто. Что именно послужило причиной Большого Взрыва, наука ответить пока не в состоянии.
Большое Сжатие (или Большой Хлопок) представляет полную противоположность Большому Взрыву. Разлетающаяся во все стороны материя, в конце концов, из-за сил гравитации должна замедлить свое движение, остановиться, а затем начать сжиматься. Процесс сжатия будет продолжаться до тех пор, пока вся Вселенная – планеты, звезды, галактики, черные дыры, частицы – не соединится вновь воедино в бесконечно плотную точку, и все вернется на круги своя.
У многих физиков, однако, эта теория вызывает скепсис, поскольку, как было установлено сравнительно недавно, Вселенная продолжает расширяться, причем постоянно ускоряясь, так что о замедлении материи пока не может идти и речи. И согласно другой теории – тепловой смерти – сил притяжения недостаточно, чтобы остановить разлет материи, поэтому Вселенная будет продолжать расширяться, расстояние между галактиками будет увеличиваться.
Согласно законам термодинамики, в любой замкнутой системе энтропия возрастает, тепло распределяется равномерно. Если экстраполировать этот принцип на Вселенную, можно прийти к выводу, что вся материя, в конце концов, должна равномерно распределиться в пространстве в виде холодного темного тумана из элементарных частиц. Все звезды, в конечном итоге, погаснут, одна за другой, и энергии, чтобы зажечь новые, взять будет уже неоткуда. Всё, что останется от Вселенной, – это материя в состоянии теплового равновесия из элементарных частиц, движущихся по случайным траекториям.
Когда остановится время
Если и есть на свете что-то неизменное, так это, конечно, время. Есть ли Вселенная или нет ее, время будет продолжать идти вперед. А иначе, как различить одно мгновение от другого? Но что произойдет, если время вдруг застынет? Одно мгновение перестанет отличаться от следующего. Останется лишь один-единственный миг – отныне и навсегда. Предположим, что мы живем во Вселенной, чье существование длится бесконечно долго. Если это так, значит, все, что может когда-нибудь произойти, рано или поздно произойдет со 100-процентной вероятностью.
Примерно то же самое случится, если кто-то из нас будет жить вечно. Все, что может произойти в его жизни, рано или поздно произойдет. Например, если можно стать пожизненным инвалидом, вечный человек рано или поздно им станет. Поскольку такое противоречит многим вычислениям (например, касательно темной материи), ученым пришлось выдвинуть теорию, что само время не бесконечно и, рано или поздно, должно остановиться. Если такое вдруг произойдет, никто из нас этого не заметит. Мир застынет в одном мгновении, и мы застынем вместе с ним, прекратятся наши мысленные процессы. Остановившееся время будет длиться вечно, обеспечив каждому из нас псевдобесконечную жизнь, которую мы не сможем прожить, застыв в одном мгновении, как мухи в янтаре.
Конец света отменяется!
Если попытаться просчитать вероятности в мультивселенной (мир, состоящий из бесчисленного числа вселенных), мы наткнемся на ту же проблему, что и у Вселенной с бесконечно долгим временем существования: все, что может произойти, рано или поздно произойдет. Чтобы обойти эту проблему, ученые решили рассчитать вероятности для мультивселенной, имеющей определенные временные границы.
Но такая модель может функционировать лишь в случае, если такие границы существуют на самом деле, и ничто не может распространяться за ее пределы. А если это так, то, согласно физическим законам, Вселенная в течение ближайших 3,7 миллиардов лет перешагнет временной барьер и прекратит свое существование.
По одной из теорий мультивселенной, вселенные могут постоянно порождаться, а затем вновь уничтожаться, причем по самым различным сценариям, включая Большое Сжатие, тепловую смерть и т. д. Но это не имеет особого значения: наша Вселенная – лишь один из бесчисленного количества миров. Уничтожение одного из них не означает конца света; постоянно будут рождаться свежие, причем, согласно расчетам, количество новых вселенных будет превышать число погибших, так что конца света не будет. По крайней мере, в теории. Фото:
Крупномасштабная структура Вселенной. С сайта ru.wikipedia.org
