Радует, что в ближайшие 20 млрд. лет Вселенная практически не изменится. У разумной жизни достаточно времени, чтобы детально разобраться во всех сценариях возможной эволюции Космоса. А, может быть, и повлиять на неё.
Судьба планет, вращающихся вокруг звёзд типа Солнца, трагична. Через несколько миллиардов лет многие из них сгорят в пламени раздувшихся красных гигантов, а выжившие будут выброшены из своих систем в межзвёздное пространство.
Через 150 млрд. лет Млечный Путь останется практически единственным звёздным скоплением в «нашей» части космоса. При помощи астрономических инструментов можно будет наблюдать лишь тусклый свет нескольких тысяч близлежащих галактик, ещё спустя некоторое время их число сократится до 36. Остальные «сегодняшние» 100 миллиардов галактик «исчезнут» за пределы видимого нами горизонта Вселенной.
Космос станет весьма пустынным местом. Забавно, но астрофизики будущего вряд ли поймут, что Вселенная расширяется. Местная группа из 36 галактик не будет «разбегаться», потому что внутри неё более мощной окажется сила притяжения – гравитация. Со стороны эта Вселенная будет казаться стационарной и вечной. Но это лишь видимость.
А что произойдёт в будущем, удалённом от нас даже по космологическим меркам?
Для ответа на этот вопрос, нужно понимать, что судьба Вселенной принципиально зависит от средней плотности материи в ней.
Если она больше критической, то расширение галактик будет постепенно замедляться, затем вообще остановится и сменится всё более ускоряющимся сжатием.
Звёзды станут сходиться всё ближе. В конце концов они образуют сверхплотный горячий огненный шар, как в ранней Вселенной.
В процессе сжатия будет безвозвратно разрушена вся материя: галактики, звёзды, планеты и все химические элементы. Фаза сжатия и нагрева неизбежно вернёт наш мир к исходной точке сингулярности.
Итак, если силы гравитации возобладают над силами расширения, произойдёт неизбежный коллапс Вселенной, который будет происходить по такому сценарию.
Сжатие начнётся примерно через 50 млрд. лет, считая от наших дней. К тому времени космос остынет до 1.4 градусов Кельвина, размер Вселенной будет примерно в два раза больше теперешнего.
Через 20 млрд. лет после начала сжатия, Вселенная вернётся к современному состоянию. Только все, окружающие Млечный Путь галактики, станут не удаляться, а приближаться к нему.
Типичный наблюдатель на условной Земле не заметит никаких катастрофических изменений до тех пор, пока будущая Вселенная не станет размером в 20% от существующей. В эту эпоху начнётся слияние скоплений галактик.
Через некоторое время Вселенная по сути станет одним гигантским сверхскоплением звёздных систем, однако, галактики всё ещё будут оставаться пространственно независимыми друг от друга. Однако, за достаточно короткий, с космологической точки зрения, промежуток времени все оставшиеся звёзды сольются в единую гигантскую галактику. Вселенная станет в сто раз меньше, чем сейчас.
Температура фонового космического излучения достигнет 0° C. До глобальной катастрофы в этот момент останется всего 10 млн. лет.
Общее потепление космоса в последний раз вдохнёт жизнь в погибающий мир. В космосе будет очень тепло и комфортно. Не останется ледяных холодных планет. Везде будет жидкая вода и общие очень благоприятные условия для жизни. Последний расцвет закончится через 4 млн. лет.
Тогда температура космического фонового излучения повысится настолько, что жизнь сможет сохраниться лишь под поверхностью планет. Ночью станет ярче, чем днём.
Ещё через 3 млн. лет всё небо превратится в сплошное Солнце. В этот момент времени начнут разрушаться звёзды. Причём не из-за сжатия и взаимного столкновения, а как раз из-за возросшей температуры космического фонового излучения.
Дело в том, что изменится внутреннее строение звёзд. Их поверхности испаряться под давлением внешней высокой температуры. Это последний период, когда может уцелеть хоть какая-то подповерхностная жизнь.
Планеты начнут исчезать одновременно со звёздами. Учитывая разницу в их размерах, полное испарение планет произойдёт значительно раньше.
За 300 тыс. лет до Большого сжатия начнётся распад атомов на ядра и электроны. Плотность излучения превысит плотность вещества. До коллапса останется 10 тыс. лет.
За три минуты до катастрофы начнётся распад атомных ядер. Дольше всех будут «сопротивляться» наиболее прочные ядра железа. Но и они разрушатся за несколько секунд до конца. Останутся только свободные нейтроны и протоны. Наконец, они также распадутся на кварки. До момента Большого сжатия останется меньше секунды.
Законы физики перестанут действовать, фундаментальные взаимодействия объединятся, Вселенная сожмётся в точку сингулярности. Наш мир навсегда исчезнет.
Радует, что описанный сценарий – возможный, но наиболее маловероятный вариант эволюции Вселенной.
Современные научные данные говорят о том, что гравитация слишком слабая сила, чтобы остановить расширение галактик. Это означает, что плотность Вселенной меньше или почти равна известному в теории критическому значению. Следовательно, в космологической перспективе она будет расширяться, а не сжиматься.
И вот здесь принципиально важно другое знание – будет ли Вселенная расширяться вечно? И если будет, то как: всё быстрее и быстрее, либо наоборот с замедлением.
Ускоряющееся расширение Вселенной началось 5 млрд. лет назад. До этого времени оно замедлялось за счёт гравитационного сопротивления обычной и тёмной материи. Но как будет в будущем?
Мы совершенно ничего не знаем о свойствах тёмной энергии. Возможно, она неустойчива, следовательно, рано или поздно начнёт распадаться. Тогда Вселенная не будет вечно расширяться с ускорением.
Кроме того, мы до сих пор не уверены, распадаются ли протоны, из которых состоит всё обычное вещество. Время распада протона на более мелкие частицы в нашем понимании практически бесконечно. Современная физика предполагает, что он распадается на позитрон и нейтральный пион, который в дальнейшем распадается на фотоны. В любом случае, какой бы сценарий распада протона не сработал, в таком раскладе рано или поздно Вселенная полностью лишится привычной нам материи. Это будет совершенно другой мир.
Попробуем заглянуть в то сверхотдалённое будущее.
Через 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 лет.
В космосе останутся лишь очень тусклые звёзды. В ускоряющейся Вселенной все галактики, кроме нашего Сверхскопления, неизбежно удалятся за горизонт событий. Они станут невидимыми для нас навсегда, потому что их относительная скорость превысит скорость света. Это не противоречит теории относительности Эйнштейна, так как со всё возрастающей сверхсветовой скоростью будут удаляться не астрономические объекты, а расширяться само пространство.
За пределом горизонта событий невозможны никакие коммуникации. Наблюдатель в нашем Сверхскоплении галактик однажды обнаружит, что вся остальная Вселенная навечно исчезла вдали. Если, конечно, такой наблюдатель сохранится в какой-либо форме.
Мы знаем, что на конечном этапе своего существования звезда превращается в белый карлик. Энергия распадающихся внутри белого карлика протонов, пополняет его энергетические запасы. Но эта энергия мизерна.
Светимость белого карлика соответствует свечению нескольких электрических лампочек. Длина волны этого излучения равна нескольким сантиметрам. Глаз человека не способен уловить её. Будущая Вселенная будет очень тёмным миром.
Во внешнем уровне атмосферы белого карлика происходят очень интересные процессы. Этот поверхностный слой нагревается и всё время подпитывается энергией изнутри тлеющей звезды. Температура постоянная и составляет примерно 63 градуса Кельвина, то есть, как у жидкого азота. В атмосфере содержится много химических элементов, в том числе кислород и углерод. Следовательно, созданы все условия для химических реакций, есть стабильный и мощный источник энергии и огромное количество времени.
Возникновение в такой среде интересной химии очень вероятно. А в единственно известном нам примере, на Земле, интересная химия в итоге привела к биологической эволюции. Как бы фантастично это ни звучало, есть вполне обоснованные сценарии появления в будущем сложной жизни прямо внутри звёзд.
Свой жизненный цикл белый карлик завершает в виде ледяного шара из чистого водорода размером с астероид. Когда протоны окончательно распадутся, это приведёт к полному испарению звезды и превращению её в излучение.
Помимо белых карликов, часть вещества остывающей Вселенной будет сосредоточена в коричневых карликах. Их будет немного, однако примерно один раз в несколько сот миллиардов лет мёртвые звезды такого типа будут сталкиваться между собой. Некоторые из этих астрономических катастроф будущего могут привести к примечательным результатам.
