Тепловая смерть Вселенной

Вспомним для начала, в чем заключается суть второго начала термодинамики: при протекании необратимых процессов в замкнутой системе энтропия системы возрастает. Для сравнения: в незамкнутых системах энтропия может как возрастать, так и убывать, а также оставаться без изменения.

Вернемся к нашей Вселенной. Вселенная, по мнению Клаузиуса, является, бесспорно, замкнутой системой, так как она не обменивается энергией с другими системами (ведь не существует никакой другой Вселенной вне нашей?). Как замкнутая система Вселенная стремится к равновесному состоянию – состоянию с максимумом энтропии. Таким образом, все происходящие во Вселенной процессы должны рано или поздно затухнуть, прекратиться.

Вселенная затолкнёт нас в чёрную дыру, и мы этого даже не заметим

Исследуя нашу Вселенную ученые столкнулись с фактами, которые свидетельствуют в пользу того, что она не всегда расширялась. Кроме того, исследователи считают, что в недалеком будущем Вселенная может начать сжиматься и человечество этого даже не заметит. Такой подход позволит избежать тепловой смерти, однако возникают другие проблемы.

Об этом говорится в материале Naked Science.

Тепловая смерть Вселенной — что это такое?

С позиции современной науки есть две ключевых проблемы Вселенной. Первая — это темная материя — она ​​составляет 85% массы и является своеобразным «клеем», который скрепляет материю галактик. Вторая — это темная энергия — она ​​составляет основную часть энергии Вселенной и является силой, которая способствует ее расширению.

И если существование темной материи устраивает всех, поскольку это важный элемент Вселенной, который позволяет галактикам и звездам существовать, то темная энергия уже далеко не такая желанная вещь.

Если она действительно существует — это значит, что наша Вселенная бесконечно расширяется и рано или поздно достигнет тепловой смерти.

Тепловая смерть — это пиковый момент расширения Вселенной, при котором все остынет до несовместимых со сложной жизнью температур, а плотность материи станет настолько ничтожной, что не позволит существовать чему-либо.

Вечное расширение Вселенной и тепловая смерть как кульминация существования всего — ужасный конец. Звезды погаснут, а новые не образуются. Все стабильно быстро остынет, и эта поистине ужасная картина будет длиться вечно.

Темная энергия продолжит расширять Вселенную, но наблюдать за этим будет уже некому.

В чем заключается проблема темной материи и темной энергии

Понимание этих двух явлений в современной науке однозначно оставляет желать лучшего. Особенно учитывая последние годы исследований в этих направлениях, кажется, что эти проблемы не поддаются решению.

Например, попытки объяснить темную материю характеристиками неизвестной частицы (WIMP) в последние годы явно провалились, а подходящей альтернативы пока нет. Некоторые физики даже предлагают подгонять законы притяжения под наблюдение так, чтобы темную материю вообще исключить.

Насчет темной энергии, то здесь дела тоже не лучше. Ранее ученые считали, что темная энергия — константа, которая «давит» на Вселенную и способствует ее расширению во все стороны с одинаковой силой в любой точке. Однако наблюдения с двух телескопов «Планка» и «Хаббла» показали разные результаты.

Первый гласит, что скорость расширения Вселенной по измерению реликтового излучения — только 67,66 ± 0,42 километров в секунду на мегапарсек пространства (мегапарсек равен 3,26 миллиона световых лет). Второй, наблюдая за отдалением близких к Земле объектов, показывает, что Вселенная расширяется совсем с другой скоростью — 74,03 ± 1,42 километров в секунду на мегапарсек.

В то же время ситуация с темной материей далеко не безвыходная.

В последние годы гравитационная обсерватория LIGO обнаружила неожиданно много скоплений черных дыр звездных масс — так называют черные дыры массой до сотни солнечных. Эти слияния могут происходить с наблюдаемой LIGO частотой, только если таких черных дыр просто огромное количество, гораздо больше, чем ожидали до запуска LIGO.

Теория цикличности Вселенной

В новой работе ученые пытаются ответить на важные вопросы. Они отмечают, что в черные дыры могут превратиться не все звезды, а лишь одна из тысяч. Между тем, приблизительное количество звезд во Вселенной — всего 100 секстиллионов (сто миллиардов триллионов). Одна тысячная от их количества — всего 100 квинтильонов (сто миллиардов миллиардов).

Стоит отметить, что это в тысячу раз меньше, чем необходимо, чтобы черные дыры тех масс, что обнаруживает LIGO, могли отвечать за темную материю. Очевидно, нужен какой-то неожиданный источник подобных черных дыр. Исследователи предлагают на роль такого источника идею Вселенной-феникса.

Согласно этой теории, Вселенная прошла уже множество циклов сжатия и расширения — причем наш цикл не первый и даже не сотый. Он лишь один из множества таких, которые были до него и будут после.

В первой фазе каждого цикла наша Вселенная расширяется — как это происходит сейчас. Во второй фазе она постепенно начнет сжиматься.

Образование черной дыры колоссальных размеров

По мере сжатия расстояния между черными дырами постоянно уменьшаются.

В финальной фазе цикла сжатия диаметр Вселенной достигает не ста миллиардов световых лет, как сейчас, а всего десять световых лет. При таком сжатии концентрация и энергия фотонов реликтового излучения поднимает температуру Вселенной с 3 кельвинов до десяти миллиардов кельвинов. При такой температуре все атомы тяжелых элементов, наработанные во всех звездах Вселенной, распадаются — их просто разрушают гамма-фотоны реликтового излучения.

Однако черные дыры, в отличие от атомов тяжелых элементов, практически невозможно уничтожить: в черную дыру частицы могут падать, но не вырываться наружу.

Поэтому во Вселенной в момент ее последнего сжатия до десятка световых лет из крупных объектов остаются только они и часть нейтронных звезд.

И тут начинается самое интересное.

На относительно небольшом пространстве в десяток световых лет близкими соседями оказываются миллиарды триллионов черных дыр. Из-за малой дистанции частота их слияния резко возрастает. В результате значительная часть массы в такой сжатой Вселенной начинает превращаться в гравиволны. Если все черные дыры слить друг с другом, их количество уменьшится вдвое, а общая масса Вселенной — как минимум на 5%. Остальные черные дыры могут сливаться друг с другом и дальше — и тогда масса Вселенной уменьшится на 5% в каждом цикле.

В конечном итоге она может уменьшиться на порядки.

Концом света может стать падение в гигантскую черную дыру

Ключевая особенность работы заключается в том, что она предполагает наличие где-то во Вселенной огромной черной дыры. Гораздо более массивной, чем любая из уже открытых сверхмассивных черных дыр. Она должна быть настолько большой, что в конце поглотит всю Вселенную, включая, конечно же, Землю и каждого из нас.

Надо понимать, что речь не идет о какой-то катастрофе. Падение в черную дыру грозит спагеттификацией и смертью, только если дыра маленькая — звездных масс. Попадание в сверхмассивную черную дыру не грозит нам спагеттификацией. Ведь она такая большая, что разница действия приливных сил на вашу голову и ноги будет незначительной — и «превращать в спагетти» падающего в нее человека она не будет.

Скорее всего, попадание в такой объект для большинства из нас пройдет не только безболезненно, но и незаметно.

Только астрономы заметят, что сначала — миллиарды лет подряд — красное смещение в далеких галактиках будет постепенно исчезать. Это будет означать приближение границы Главной черной дыры. Затем оно вдруг изменится на голубой — Вселенная вместо расширения начнет сжиматься. Собственно, это и будет главным признаком того, что нас поглотила черная дыра.

К сожалению, это не означает, что земная цивилизация в результате этого процесса выживет. Да, сжатие Вселенной займет, скорее всего, миллиарды лет. Обратное сжатие может занять еще 20-39 миллиардов лет.

Но конец в любом случае наступит. Сначала ночное небо станет таким горячим, что на поверхностях всех планет погибнет любая жизнь. Затем горячей (сто миллиардов градусов) станет вообще вся Вселенная, которая стремительно уменьшается. В любом случае, человечество вряд ли застанет эти события.