Čo sa stane, keď sa vesmír zrúti?

Čo sa stane, keď sa vesmír zrúti?

Nasleduje úryvok z Koniec všetkého (astrofyzikálne povedané) od Katie Mack.

Získajte Knihu

Koniec všetkého (astrofyzikálne povedané)



Kúpiť

Keď sa galaxie približujú k sebe a častejšie sa spájajú, galaxie na oblohe vybuchnú modrým svetlom nových hviezd a medzigalaktický plyn pretrhnú obrovské prúdy častíc a žiarenia. Spolu s týmito novými hviezdami sa môžu zrodiť nové planéty a možno niektoré budú mať čas na rozvoj života, hoci desivá frekvencia supernov v tomto chaotickom, kolabujúcom vesmíre by mohla nové planéty ožiariť čisto. Násilnosť gravitačných interakcií medzi galaxiami a medzi centrálnymi supermasívnymi čiernymi dierami bude narastať, vyhadzovať hviezdy z ich vlastných galaxií, aby skončili uviaznuté v gravitácii iných. Ale aj v tomto bode budú kolízie jednotlivých hviezd zriedkavé a zostanú tak až do veľmi neskorého konca hry. K ničeniu hviezd dochádza prostredníctvom iného procesu, ktorý tiež s veľkou definitívnosťou zabezpečuje zničenie akéhokoľvek planetárneho života, ktorý by mohol ešte pretrvávať.

Tu je postup.

Rozpínanie vesmíru tak, ako k nemu dnes dochádza, prináša viac než len roztiahnutie svetla vzdialených galaxií. Naťahuje a riedi aj dosvit samotného Veľkého tresku. Jedným z najsilnejších dôkazov o veľkom tresku je skutočnosť, že môžemevlastne vidieť, jednoducho pohľadom dostatočne ďaleko. Konkrétne to, čo vidíme, je slabá žiara, prichádzajúca zo všetkých smerov, svetla produkovaného v detstve vesmíru. Táto slabá žiara je v skutočnosti priamym pohľadom na časti vesmíru, ktoré sú tak vzdialené, že z našej perspektívy sú stálev plameňoch– stále zažívajú horúce rané štádium existencie vesmíru, keď každá časť vesmíru bola horúca a hustá a nepriehľadná vírením plazmy, ako vnútro hviezdy. Svetlo z toho dlho vyhoreného ohňa k nám putovalo celý ten čas a práve teraz dorazilo z dostatočne vzdialených miest.

Dôvod, prečo to zažívame ako nízkoenergetické, difúzne pozadie (kozmické mikrovlnné pozadie), je ten, že expanzia vesmíru sa natiahla a oddelila jednotlivé fotóny do tej miery, že sú teraz len mierne statické. A skutočnosť, že sa prejavujú ako mikrovlny, je spôsobená extrémnym červeným posunom. Expanzia vesmíru dokáže veľa, vrátane zahriatia nepredstaviteľného pekla a jeho rozriedenia a natiahnutia, až kým z neho nebude len slabý mikrovlnný bzukot, ktorý môžeme zažiť len ako malý statický šum na staromódnom analógovom televízore.

Ak sa expanzia vesmíru obráti, táto difúzia žiarenia sa zmení tiež. Zrazu sa kozmické mikrovlnné pozadie, ten neškodný nízkoenergetický bzukot, zmení na modrý posun, všade rýchlo narastá energia a intenzita a smeruje k veľmi nepríjemným úrovniam.

Ale to stále nie je to, čo zabíja hviezdy.

Ukazuje sa, že existuje niečo, čo môže vytvoriť viac vysokoenergetického žiarenia, než koncentrovať dosvit zo samotného horiaceho vesmíru. Ako sa vesmír časom vyvíjal, vzal to, čo bolo na úplnom začiatku kozmu, pomerne jednotnú hromadu plynu a plazmy a použil gravitáciu na zhromaždenie tohto plynu do hviezd a čiernych dier (a iných menších vecí, ako sú planéty a ľudí, ale pre účely tejto diskusie ich môžeme ignorovať). Tieto hviezdy žiaria miliardy rokov a vysielajú svoje žiarenie do prázdna, aby sa rozptýlili, ale nezmizli. Dokonca aj čierne diery mali šancu zažiariť a produkovať röntgenové lúče, keď sa hmota, ktorá do nich padá, zahrieva a vytvára vysokoenergetické častice. Žiarenie produkované hviezdami a čiernymi dierami je ešte horúcejšie ako posledné fázy Veľkého tresku, a keď sa vesmír znova zrúti, všetka táto energia sa tiež skondenzuje. Takže skôr ako pekne symetrický proces expanzie a ochladzovania, po ktorom nasleduje koalescencia a zahrievanie, kolaps je v skutočnosti oveľa horší. Ak vás niekedy požiadajú, aby ste si vybrali medzi náhodným bodom vo vesmíre tesne po Veľkom tresku alebo tesne pred Veľkou krízou, vyberte si prvú možnosť. (Aby som citoval legendárneho D:Reama, „veci môžu byť len lepšie.“) Zhromaždené žiarenie z hviezd a vysokoenergetických častíc, keď sa náhle skondenzuje a zrútením sa zmení na ešte vyššie energie, bude také intenzívne, že začne zapáliť povrchy hviezd dlho predtým, než sa samotné hviezdy zrazia. Jadrové výbuchy sa predierajú hviezdnou atmosférou, trhajú hviezdy a napĺňajú priestor horúcou plazmou.

Zaujímavou otázkou nie je „Prežije niečo? ale 'Môže sa rúcajúci sa vesmír vrátiť späť a začať odznova?'

V tejto chvíli sú veci naozaj veľmi zlé. Žiadna planéta, ktorá prežila tak dlho, by nemohla existovať nespálená, keď samotné hviezdy explodujú svetlom pozadia. Odtiaľ je intenzita žiarenia vesmíru taká vysoká, že ju možno porovnať s centrálnymi oblasťami aktívnych galaktických jadier, miestami, kde vysokoenergetické častice a gama lúče vystreľujú od supermasívnych čiernych dier s takou silou, že vytvárajú výtrysky. žiarenie dlhé tisíc svetelných rokov. Čo sa stane s hmotou v takom prostredí, keď sa zredukuje na čiastočky, ktoré sú súčasťou, je neisté. Zrútený vesmír v posledných fázach dosiahne hustoty a teploty nad rámec toho, čo dokážeme vyrobiť v laboratóriu alebo opísať známymi teóriami častíc. Zaujímavou otázkou nie je „Prežije niečo? (pretože v tomto bode je úplne jasné, že odpoveď na to je jasné nie), ale „Môže sa rúcajúci sa vesmír vrátiť späť a začať odznova?

Cyklické vesmíry, ktoré idú od Bang po Crunch a navždy späť, majú určitú príťažlivosť vo svojej usporiadanosti. Skôr ako začiatok z ničoho a katastrofický, konečný koniec, cyklistický vesmír môže v zásade poskakovať v čase ľubovoľne ďaleko v každom smere, s nekonečnou recykláciou a bez odpadu.

Samozrejme, ako všetko vo vesmíre, aj tento sa ukazuje byť podstatne komplikovanejší. Na základe Einsteinovej teórie gravitácie, všeobecnej teórie relativity, má každý vesmír s dostatočným množstvom hmoty stanovenú trajektóriu. Začína singularitou (nekonečne hustý stav časopriestoru) a končí singularitou. Vo všeobecnej relativite však v skutočnosti neexistuje mechanizmus na prechod z koncovej singularity na počiatočnú. A existuje dôvod domnievať sa, že žiadna z našich fyzikálnych teórií, vrátane všeobecnej relativity, nemôže opísať podmienky čohokoľvek blízkeho tomuto druhu hustoty. Vieme celkom dobre, ako funguje gravitácia vo veľkých mierkach a pre relatívne (ha!) slabé gravitačné polia, ale netušíme, ako to funguje na extrémne malých mierkach. A druhy intenzity poľa, s ktorými sa stretnete, keď sa celý pozorovateľný vesmír zrúti do subatomárnej bodky, sú nevyčísliteľné. Môžeme si byť celkom istí, že pre túto konkrétnu situáciu by sa kvantová mechanika mala stať dôležitou a urobiť niečo, aby veci pokazila, ale úprimne nevieme čo.

Ďalším problémom skákajúceho vesmíru Crunch-Bang je otázka, čo sa dostane cez odraz. Prežije niečo z jedného cyklu do druhého? Asymetria, ktorú som spomenul medzi rozpínajúcim sa mladým vesmírom a kolabujúcim starým vesmírom, z hľadiska radiačného poľa, je tu v skutočnosti potenciálne veľmi problematická, pretože znamená, že vesmír je (v presnom, fyzikálne významnom zmysle) s každým cyklom chaotický. To robí cyklický vesmír menej príťažlivým z hľadiska niektorých veľmi dôležitých fyzikálnych princípov, o ktorých budeme diskutovať v neskorších kapitolách, a určite je ťažšie zapadnúť do peknej úhľadnej ekológie zníženia, opätovného použitia a recyklácie.


Vyňatéod Koniec všetkého od Katie Mack. Copyright © 2020 od Katie Mack. Vyňaté so súhlasom Scribnera, odtlačok Simon & Schuster, Inc.