Dela med sig:
10 Bizarre verkligheter i livet i slutet av universum
Vårt universum kommer att dö, utan tvekan om det. En av de mest accepterade modellerna i universums slut är evig expansion och eventuell död av entropi. När universum fortsätter att expandera, ökar entropin tills allt vi vet är borta. Men hur ser livet ut som slutet närmar sig? Den frågan har givit upphov till fascinerande idéer om universum och livet själv.
10 Inga stjärnor synliga från jorden
På 150 miljarder år kommer natthimlen från jorden att se väldigt annorlunda ut. När universum rasar till sin värmdöd, börjar rymden själv att expandera snabbare än ljusets hastighet. Många av oss är medvetna om tanken att ljushastighet är en hård gräns för ett objekts hastighet i universum. Det gäller emellertid bara objekt som finns i rymden, inte själva rymdtidens vävnad. Det här är ett svårt koncept att bryta upp våra sinnen runt, men rymdtidens tyger expanderar redan snabbare än ljuset. Och i den långa framtiden kommer det att få konstiga konsekvenser.
Eftersom rymden själv expanderar snabbare än ljus, existerar en kosmologisk horisont. Varje objekt över horisonten skulle kräva att vi har möjlighet att observera och spela in genom att detektera partiklar som går snabbare än ljus. Men ingen sådan partikel existerar. När objekten passerar bortom vår kosmologiska horisont, är de otillgängliga för oss. Varje försök att kontakta eller interagera med avlägsna galaxer förbi horisonten kräver att vi har tekniken som är kapabel att resa snabbare än utvidgningen av rymden själv. Just nu är det bara några få objekt utanför vår kosmologiska horisont. Men som mörk energi accelererar utvidgningen kommer allt att falla utöver denna observationsgräns.
Vad betyder det för jorden? Tänk dig att titta på natthimlen på 150 miljarder år. De enda saker som är synliga kommer att vara några spridda stjärnor som ligger inom den kosmologiska horisonten. Så småningom kommer även de att gå iväg. Natthimmelen blir helt tom. En astronom i framtiden kommer inte att ha något bevis för att det finns något annat objekt i universum. Alla stjärnor och galaxer vi ser nu kommer att vara helt borta från teleskopräcke. För allt vi kunde se skulle vårt solsystem vara det enda som finns kvar i vårt universum.
9 Vår Sun blir en svart dvärg
Just nu har vårt universum många olika typer av stjärnor. Röda dvärgar-kalla stjärnor som avger rött ljus - är bland de vanligaste av dessa. Semantiskt relaterade vita dvärgar fyller också universum. Dessa är stjärnrester av döda stjärnor, gjorda av degenererad materia, som hålls ihop av kvanteffekter. För närvarande anser astronomer vita dvärgar att ha väsentligen oändliga livslängder. Universum är inte tillräckligt gammalt för att de ska ha dött ut. Men givet tillräckligt med tid, även de kommer att dö och bli exotiska stjärnor som heter svarta dvärgar.
Vår Sun ligger på den vägen. I den avlägsna framtiden kommer vår Sun att skaka ut sina yttre skikt och bli en vit dvärgstjärna, som bor i det här tillståndet i miljarder år. När universum blåser ner, börjar den vita dvärgen som var vår Sun svalna. Efter 10 år kommer det att svalna tills dess temperatur är lika med bakgrunden mikrovågsstrålning, bara några grader Kelvin över absolut noll.
När det händer blir det en svart dvärg. Eftersom denna typ av stjärna är så kall, är den osynlig för det mänskliga ögat. Således försöker någon att hitta solen som brukade ge oss livet det omöjligt att se med optiska system. I stället måste de förlita sig på att upptäcka dess gravitationseffekter. De flesta stjärnor som vi ser i natthimlen blir svarta dvärgar, men vet att vår varma sol kommer att förvandlas till en mörk och kall stellarrest är lite mer personlig.
8 konstiga stjärnor
När vår Sun blir en svart dvärg, kommer stjärnutvecklingen att vara över. Inga nya stjärnor kommer att bildas. I stället fyller universum med kalla återstoder av stjärnorna. Det gör att universum kan börja utveckla några udda stjärnor som är helt annorlunda än vad vi vet.
En är den frusna stjärnan. När universumens stjärnor brinner genom sitt kärnbränsle, kommer de att öka sin metallicitet. I astronomi är detta måttet på element i en stjärna som är tyngre än helium-i grunden alla element från litium på. När stjärnornas metallicitet ökar kommer de att bli kallare eftersom tyngre element ger mindre energi från fusion. Så småningom blir stjärnorna så kalla att de kommer att ha en temperatur på 273 Kelvin, fryspunkten för vatten.
Hoppa framåt i den avlägsna framtiden kommer en jämnare stjärna att dyka upp. Ungefär 10 år i framtiden kommer entropi att ha haft sin väg och universum kommer att vara väsentligen dött. Under denna kalla tid kommer kvanteffekter att regera universum.
Kvanttunnling kommer sedan att tillåta att lätta element smälter i en instabil form av järn. Detta kommer då att förfallna till en mer stabil isotop, vilket ger svaga mängder energi. Dessa så kallade järnstjärnor blir den enda stjärnformen som är möjlig under den tiden. Men de förekommer bara i modeller där astronomer inte tror att protoner kommer att förfallna, så de är inte en vanlig idé.
7 Alla Nucleons Decay
Snabbspolning från 10 år efter Big Bang till 10 år. Om mänskligheten inte är död då kommer vi säkert inte att överleva den här eran. Som nämnts ovan stryker astronomer ständigt om huruvida protonförfall kommer att inträffa vid universums slut. För våra ändamål följer vi denna modell.
Nukleoner är namnet som ges till partiklarna-protoner och neutroner - inuti en atomkärna. Fria neutroner är kända att förfallna med en halveringstid på ca 10 minuter. Men protoner är otroligt stabila. Ingen har observerat bevis för att de förfallna. Det kommer att förändras i slutet av universum.
Fysiker har föreslagit att en proton har en halveringstid på 10 år. Vi har inte observerat dem förfallna helt enkelt för att universum inte är tillräckligt gammalt. När man går in i Degenerate Era (10 år till 10), kommer protoner äntligen att börja förfallna i positrons och pioner. Vid slutet av Degenerate Era kommer alla protoner och neutroner i universum att vara borta.
Detta har uppenbara konsekvenser för livet i universum. Om man antar att mänskligheten har överlevt solens förändring och har migrerat till mer livsfrämjande delar av universum, så är det här punktet där fysikens lag dikterar mänsklighetens död. Våra kroppar och alla interstellära föremål är gjorda av nukleoner. När de förfallna, kommer allt liv som vi vet det att sluta eftersom själva atomen i vår kropp inte kan existera. Livet kan inte överleva förbi denna punkt, och universum kommer att dyka in i tiden med svarta hål.
6 Svarta hål dominerar universum
När nukleoner är borta kommer de svarta hålen äntligen att dominera universum från 10 år efter Big Bang till 10 år. Vid det här tillfället talar vi om tider så länge att det är omöjligt för våra sinnen att slingra runt dem. Men för en längre period än universum har funnits hittills kommer de enda strukturerna att tala om att vara svarta hål.
Med nukleoner borta kommer de huvudsakliga subatomiska partiklarna att vara leptoner som elektroner och positroner. Det här är vad som kommer att bränna de svarta hålen. När de förbrukar återstående materia i universum kommer de svarta hålen att utstråla partiklar på egen hand, vilket kommer att fylla på universum med foton och hypotetiska gravitoner. Men som Steven Hawking visade sig, kommer även svarta hål att sluta.
Enligt Hawking försvinner svarta hål på grund av sin strålning. När de fortsätter att stråla, förlorar de massa i form av energi. Denna process tar lång tid, varför det verkar så främmande för oss. Det tar 10 år att svarta hål förångas helt, så den här processen har inte skett under universums livstid. Men så småningom kommer även de svarta hålen att gå bort. Deras enda rester kommer att vara en mängd masslösa partiklar och några spridda leptoner som kommer att interagera när de långsamt börjar förlora sin energi.
5 En ny typ av atomformar
Efter att vårt universum har förvandlats till några utspridda subatomiska partiklar, verkar det som om det inte kommer att vara mycket att prata om längre. Men livet kan dyka upp i dessa mest osannolika platser.
I åratal har partikelforskare pratat om positronium, en atomliknande bindning av en positron och elektron. Dessa två partiklar har motsatta laddningar av varandra. (Positronen är elektronens antipartikel). Det betyder att de kommer att bli elektromagnetiskt attraherade när de försöker flytta mot varandra. När ett par av dessa partiklar börjar interagera, kan de utveckla rudimentära banor och beter sig som de atomer som vi vet.
Eftersom positronium är sällsynt finns det inte en fullständig modell av positronium "kemi." Men några intressanta saker kommer från dessa udda "atomer". För det första kan de existera med extremt stora banor, som sträcker sig över interstellära avstånd. Så länge de två partiklarna samverkar kan de bilda ett par oavsett avstånden.
Under Black Hole Era, kommer några av dessa "atomer" ha diametrar som sträcker sig längre än vårt nuvarande observerbara universum. Eftersom de är gjorda av leptoner, kommer positroniumatomer att överleva protonförfallet och genomgå Black Hole Era. Faktum är att de svarta hålen kommer att skapa positroniumatomerna genom strålning. Även de kommer att förfallna ges tillräckligt med tid, med positron-elektronparet som spirer närmare och närmare ömsesidig förintelse. Men före det kan universum producera liv på ett sätt som vi aldrig har sett.
4 Allt händer extremt långsamt, inklusive tanken
När Black Hole Era kommer till ett slut och försvinner de här stjärniga jättarna i svärdet, kommer det bara att finnas några saker kvar i vårt universum, främst diffusa subatomiska partiklar och de återstående positroniumatomerna. När detta inträffar kommer allt i universum att ske extremt långsamt, med varje handling som håller på att föras. Enligt vissa teoretiska fysiker, främst Freeman Dyson, kan livet återkomma i vårt universum under denna tid.
Med tanke på den enorma tiden kan organisk utveckling börja utvecklas bland positronium. Väsnen som kommer fram skulle vara väldigt till skillnad från vad vi sett. De skulle till exempel vara enorma och sträcker sig mellan interstellära avstånd. Eftersom det inte kommer mycket kvar i universum kommer de att ha allt utrymme de kan önska. Men eftersom dessa livsformer kommer att vara så stora, kommer de att tänka på satser exponentiellt långsammare än vi gör. Faktum är att bildandet av enstaka tankar för dessa varelser kan ta trillioner år.
Det verkar galet för oss, men eftersom dessa varelser kommer att existera på stora tidsskalor, tycks tanke vara omedelbart för dem. Om dessa varelser utvecklades under universals lindning, skulle det inte vara möjligt att tänka sig snabbare än du kan tänka dig att tänka snabbare än du redan gör. För varelser i slutet av universum kommer "spontan tanke" att vara på stora tidsskalor men bara enligt oss. Alla dessa varelser kommer att tro att de tänker omedelbart. Dessa varelser kommer att existera under stora mängder av tid och titta på universum som ligger runt dem. Ännu ändå kommer de till slut att kollapsa.
3 Ingen mer "Makro-fysik"
Vid denna tidpunkt kommer universum att ha nått ett nästan maximalt entropi tillstånd, vilket innebär att det bara kommer att vara ett enhetligt energifält och några subatomära partiklar. Detta kommer att vara efter Black Hole Era, expanderar djupt i tiden över 10 år i framtiden.Vid denna tidpunkt kommer rymden att ha expanderat så mycket och mörk energi kommer att vara så kraftfull att även svarta hål inte längre existerar och universum kommer inte längre att ha några massiva stjärnämnen.
Det är svårt att föreställa sig ett universum som detta. Expansionen kommer att ha varit så uttalad vid denna punkt att stjärnor som vi känner dem inte kommer att bildas eftersom de subatomära partiklarna som bildar materia kommer att ha skjutits så långt ifrån varandra att de inte kommer att kunna interagera utan att resa snabbare än ljus . Allt som kommer att existera är några fångna partiklar som kommer att flyta runt den tomma kosmos, inte ens kunna interagera för att bilda positroniumatomer.
Det betyder att fysiken som vi vet kommer att vara över. De enda fysiska modellerna kommer att vara kvantmekanik. Kvanteffekter kommer att inträffa över stora interstellära avstånd och över enorma tidsramar, något som är helt motsatt av hur vi ser universum nu. Så småningom kommer universumets totala temperatur att falla till absolut noll, vilket innebär att det inte kommer att finnas någon energi som kan omvandlas till arbete. I vissa modeller accelererar expansionen av rymden fortfarande, så småningom sönder rymdtid. Vid det tillfället upphör vårt universum att existera.
2 Det kan vara ett sätt ut
Hittills har vår resa till universums slut varit en ökande serie av dyster och deprimerande händelser. Men fysiker är ingenting om inte optimistiska och har föreslagit sätt för mänskligheten att överleva slutet av tiden och till och med börja vårt universum igen.
Den största möjligheten att fly från vårt maximala entropiuniversum är att använda svarta hål innan protonförfall gör livet omöjligt. Svarta hål är fortfarande stora mysterier, och teoretiker som Steven Hawking har föreslagit att använda dessa massiva objekt för att komma till nya universum.
Modern teori föreslår att bubbeluniverser hela tiden vårdar sig själva och bildar helt nya universum med materia och möjlighet till liv. Hawking tror att svarta hål kan innehålla passagerna till dessa nya universum. Det finns bara ett problem. När du har passerat gränsen för ett svart hål kan du inte göra det tillbaka. Detta är en välkänd idé i fysiken. Så om mänskligheten bestämde sig för att resa in i ett svart hål, skulle det vara en envägsresa.
Först måste de hitta ett tillräckligt massivt, spinnande svart hål för att överleva resan genom händelsehorisonten. (I motsats till populär tro är massiva svarta hål faktiskt säkrare att resa genom.) Sedan skulle framtida rymdresenärer hoppas att resan lämnar dem i ett stycke, men de kunde aldrig kommunicera med sina vänner på andra sidan det svarta hålet att berätta för dem att de gjorde det. Varje resa skulle bli ett hopp om troen.
Men det finns ett sätt att se till att ett nytt universum väntar på oss på andra sidan. Enligt Alan Guth skulle ett nytt bebisunivers bara behöva 10 foton, 10 elektroner, 10 positroner, 10 neutrinor, 10 antineutrinor, 10 protoner och 10 neutroner att börja. Det kan tyckas som mycket, men det lägger bara upp till några gram material.
Då kunde framtida människor producera ett falskt dammsugare - vilket är ett utrymme som har potential för expansion - skapad av ett supersträngt gravitationsfält. Under lång tid kan människor förvärva tekniken för att skapa ett falskt vakuum och starta sitt eget universum. Sedan universums initiala inflation händer över en bråkdel av en sekund, skulle det nya universet expandera nästan omedelbart och skapa ett nytt hem för mänskligheten att leva i. En snabb hop genom ett maskhål och vi skulle hitta ett säkert universum för att fortsätta vår ras.
1 Slumpmässig Quantum Tunneling kan börja om allt igen
Men hur är det med universum vi lämnar bakom? Under en stor tid skulle det äntligen nå maximal entropi, bli helt obeboelig. Men även i detta döda universum finns det en chans att livet återkommer. Forskare av kvantmekanik känner till en kvant effekt som kallas kvanttunnling. Detta är när en subatomär partikel kan uppnå ett energistat som inte är klassiskt möjligt.
I klassisk mekanik kan exempelvis en boll inte spontant rulla upp en kulle. Det är ett förbjudet energiläge. Subatomära partiklar har också förbjudna energiländer i klassisk mekanik, men kvantmekaniken vänder allt på huvudet. Ibland kan partiklar "tunnel" till dessa energiländer.
Denna process sker redan i stjärnor. Men när den tillämpas på universumets slut kommer en udda möjlighet upp. Partiklar i klassisk statistisk mekanik kan inte gå från en högre entropi till en lägre. Men med kvanttunnling kan och kan de. Fysiker Sean Carroll och Jennifer Chen har föreslagit tanken att kvanttunnling spontant skulle kunna minska entropin i det döda universum och orsaka en ny stor bang att uppstå och börja universum igen. Håll inte andan och vänta på det. En spontan entropi minskning skulle ta 10 år att förekomma.
En annan teori kan ge oss hopp om ett nytt universum - den här kommer från matematik. År 1890 publicerade Henri Poincare sin återkommande teorem som säger att i mycket lång tid kommer alla system tillbaka till ett tillstånd som ligger mycket nära deras ursprungliga. Detta kan gälla för termodynamik, där slumpmässiga termiska fluktuationer i hög entropi universum gör att det återgår till ett initialt tillstånd, börjar saker om igen. Efter tidens år kunde vårt universum bilda sig igen och framtida varelser som bor i det hade ingen aning om att de kom från universum som vi vet.