Koniec všetkého Ako zomiera vesmír Watson

Všetko je pominuteľné - vrátane vesmíru. Obrázok: Pinterest

Ako zomiera vesmír?

Daniel Huber

Uč sa viac"

Čínska ponorka s posádkou sa ponára do najnižšieho bodu na Zemi

Dnes je deň detí! Áno, ale nie vo Švajčiarsku (tu to ešte len príde)

Bitcoin je späť na rekordnom kurze. Je to však iné ako v roku 2017

Výcvikový tábor pre podnikateľov: Teraz prichádza rýchle bankrot bankrotu

Mikroplasty nájdené v zóne smrti: Mount Everest aka skládka odpadu

Priatelia na celý život - 22 obrázkov a gifov, ktoré dokazujú dôležitosť tých najlepších ...

Najčítanejšie

„Švajčiarsko potrebuje dôkladnejšiu stratégiu“ - expert WHO kritizuje politiku koróny

Egypt má problém so sexuálnym násilím - odpor však pomaly rastie

37 ďalších tweetov, ktoré dokonale popisujú našu chúlostivú situáciu s koronavírusmi

Hviezdy stoja na nočnej oblohe chladné a vzdialené. Kto k nim vzhliadne, môže tušiť dotyk večnosti. Ale aj oni sú prchaví - a s nimi čas a priestor. Od Einsteinovej všeobecnej teórie relativity vieme, že vesmír vzniká a prechádza. Ako k tomu prišlo - alebo presnejšie: ako sa to vyvinulo bezprostredne po Veľkom tresku - popisujú teórie veľkého tresku.

Ako vesmír prejde, je oveľa menej jasné - odpoveď závisí okrem iného od tvaru vesmíru a vplyvu určitých hypotetických faktorov, ako je takzvaná temná energia, na chod vecí.

Nevieme, aká budúcnosť čaká vesmír. Obrázok: ESA/Hubble

Guľa, sedlo alebo list papiera?

Najskôr sa obráťme na tvar vesmíru. Náš štvorrozmerný vesmír má tri priestorové rozmery. Je ľahké si predstaviť všetky možné tvary v tomto trojrozmernom priestore - ale nie samotný tvar tohto priestoru. Dá sa to dosiahnuť iba pomocou analógií. Geometria priestoru závisí od jeho obsahu: všeobecná teória relativity hovorí, že priestor je možné zakriviť hmotou. Hustota vesmíru tak určuje jeho tvar - a jeho budúcnosť.

Hmotnosť krivky priestoru. Obrázok: Shutterstock

Globálne zakrivenie priestoru môže byť kladné, záporné alebo nulové. V posledných dvoch prípadoch sa hovorí o otvorenom vesmíre s pozitívnym zakrivením uzavretého.

kladné zakrivenie: Priemerná hustota hmoty vo vesmíre je väčšia * ako kritická hustota (približne 3 atómy vodíka na m 3). Vesmír je uzavretý; je konečný, ale neobmedzený. Ako analógiu si predstavte povrch gule, ktorá je nekonečná, ale nie nekonečná. Pozitívne ohnutý priestor je opísaný s eliptickou geometriou, v ktorej je súčet uhlov trojuholníka väčší ako 180 °.
záporné zakrivenie: Priemerná hustota hmoty je menšia * ako kritická hustota. Vesmír je otvorený; je nekonečný a neobmedzený. Ako obdobu môže slúžiť povrch sedla. Negatívne zakrivený priestor je opísaný s hyperbolickou geometriou, v ktorej je súčet uhlov trojuholníka menší ako 180 °.
žiadne zakrivenie: Stredná hustota hmoty sa rovná kritickej hustote. Vesmír je otvorený; je nekonečný a neobmedzený. Možnou analógiou pre „plochý“ vesmír je list papiera. Nezakrivený vesmír je opísaný s euklidovskou geometriou, v ktorej je súčet uhlov trojuholníka presne 180 °.
Analýza žiarenia kozmického pozadia naznačuje, že existuje vysoká pravdepodobnosť, že náš vesmír je plochý.

Geometria vesmíru: pozitívny, negatívny a nezakrivený vesmír (zhora nadol). Obrázok: Wikimedia

Duel síl: Gravitácia verzus temná energia

Ak chcete porozumieť budúcnosti, pohľad do minulosti je často výhodou. To platí aj pre vesmír. Hneď po Veľkom tresku pred 13,8 miliardami rokov, keď vznikol čas a priestor, sa mladý vesmír rozšíril neuveriteľne rýchlo. Počas malej infúzie sa vesmír rozpínal rýchlejšie ako svetlo. Potom sa expanzia výrazne spomalila, neskôr sa však opäť zvýšila. Aj dnes sa vesmír rozširuje a rozširuje sa čoraz rýchlejšie asi 7,5 miliardy rokov po Veľkom tresku.

Okamžite po Veľkom tresku sa vesmír rozpínal obrovskou rýchlosťou (symbol). Obrázok: Shutterstock

Expanzia vesmíru sa však mala skutočne spomaliť. Na vysvetlenie zrýchlenia expanzie používajú astrofyzici takzvanú temnú energiu. Toto je hypotetická forma energie, ktorá ešte nebola priamo experimentálne dokázaná a o ktorej vlastnostiach sa špekuluje. Je tma, pretože sa necíti elektromagnetickým žiarením.

Tajomná temná energia, ktorá oddeľuje vesmír od seba ako kozmický odpor, je nepriateľom gravitácie, ktorá sa snaží zjednotiť všetky masy. Tmavá energia sa zvyšuje, čím viac sa miestnosť rozširuje, pretože jej energetická hustota - energia na objem miestnosti - zostáva konštantná. Súčasný vesmír pozostáva z 68,3 percenta tmavej energie - viditeľná, známa hmota tvorí iba 4,9 percenta, zvyšok (26,8%) tvorí tmavá hmota.

Temná energia tvorí leví podiel na zložení vesmíru (obrázok so symbolom). Obrázok: Shutterstock

Pretože astrofyzici sú v súčasnosti z veľkej časti v tme, pokiaľ ide o temnú energiu, nemôžu robiť nijaké konečné vyhlásenia o budúcnosti vesmíru. V závislosti od toho, či má temná energia alebo gravitácia navrch, sa bude expanzia vesmíru naďalej zrýchľovať, zostať rovnaká alebo spomaliť - môže sa dokonca obrátiť a zmeniť sa na kontrakciu.

Ani neveríte, aká zvláštna hmota sa vznáša vo vesmíre

Z toho vychádzajú momentálne najpravdepodobnejšie teórie o smrti vesmíru:

„Veľký krízový stav“

Ak sa temná energia v určitom okamihu opäť zoslabne a zvíťazí gravitácia, žijeme v uzavretom, konečnom vesmíre, ktorý je pozitívne zakrivený. V tomto prípade je energetická hustota hmoty dostatočná na zastavenie a zvrátenie rozpínania priestoru. Astrofyzici nazývajú tento scenár, analogicky s „Veľkým treskom“, „Veľkou krízou“.

Kontrakcia spôsobuje, že sa vesmír opäť zmenšuje, spočiatku pomaly, potom čoraz rýchlejšie. Je hustejšie a horúcejšie, až kým sa všetka hmota nestlačí na veľmi malý priestor ako v kozmickom stroji na vyžehlenie. Tlak vybuchne atómy a potom dokonca atómové jadrá na subatomárne častice. Vznikajú čierne diery, ktoré sa spájajú do jednej čiernej diery.

Vo Veľkej kríze sa vesmír opäť zmršťuje, až sa zrúti v neexpanznom bode. Grafika: Wikimedia

Pri konečnom zrútení, ktoré nastane asi o 100 miliárd rokov odteraz, sa hmota, čas a priestor nakoniec zrútia do nekonečne malého bodu - akéhosi obráteného veľkého tresku. Rovnako ako v tomto prípade, aj v prípade Veľkej krízy ide o takzvanú singularitu - situáciu, v ktorej sú hustota a priestorové zakrivenie nekonečne veľké, a preto ich nemožno matematicky ani fyzicky opísať. Scenár Big Crunch sa v súčasnosti považuje za dosť nepravdepodobný.

„Big Bounce“

Symetria scenára veľkej krízy vedie k myšlienke, že po kontrakcii môže nasledovať ďalšie rozšírenie - pre každú veľkú krízu teda nový veľký tresk. Tento scenár, nazvaný „Veľké odskočenie“, vytvára cyklický alebo oscilujúci vesmír. Nastáva však problém singularity, ktorá stojí mimo časopriestoru a bráni tak tomu, aby bolo vôbec možné „pred“.

Niektorí zástancovia teórie veľkého odrazu obchádzajú tento problém predpokladom, že by sa hmota, čas a priestor stlačili do malého bodu pri rozpade vesmíru predchodcu, čo však nie je nijako nerozšírené. Než dôjde k singularite, kvantové efekty zabezpečia, aby sa gravitácia zmenila z atraktívnej na odpudivú silu - kontrakcia sa zmení na expanziu.

Schematické znázornenie veľkého odrazu. Obrázok: Factslegend.org

Iní astrofyzici, ktorí tiež uprednostňujú scenár veľkého odrazu, však problém singularity riešia inak: Považujú náš štvorrozmerný vesmír za súčasť trojrozmerného meta-vesmíru. Ak sa extrémne rozšírila, zvyšuje sa pravdepodobnosť jej kolízie s iným štvorrozmerným priestorom. Oba splynú a budú sa zmenšovať a zmenšovať vďaka obrovským gravitačným silám, až kým nedôjde k odrazu a nový vesmír sa opäť roztiahne. Po biliónoch rokov je opäť tak veľká, že je pravdepodobné, že dôjde k ďalšej zrážke.

Rovnako ako scenár veľkej krízy, ani veľký odraz nie je v súčasnosti medzi astrofyzikmi veľmi populárny, pretože sa považuje za nepravdepodobné, že je expanzia vesmíru reverzibilná.

„Veľké zmrazenie“

Scenár „Big Freeze“, tiež známy ako „Big Chill“ alebo „Big Whimper“, sa považuje za najpravdepodobnejší osud vesmíru. Je podstatne menej efektný ako Big Crunch a je založený na skutočnosti, že priestor sa naďalej rozširuje a už sa nezmierňuje.

Stáva sa to v dvoch prípadoch: Otvorený, negatívne zakrivený vesmír by sa rozšíril aj bez temnej energie, iba mierne spomalený gravitáciou. Ak sa pridá tmavá energia, expanzia sa zrýchľuje. Otvorený, plochý vesmír sa tiež rozpína navždy bez temnej hmoty, ale rozpínanie sa kontinuálne spomaľuje a smeruje k nule. S tmavou hmotou však expanzia najskôr slabne, ale potom opäť zrýchľuje.

Dôsledky neustáleho rozširovania sú nepríjemné: vzdialenosť medzi hviezdami a galaxiami sa zväčšuje a vesmír sa ochladzuje. Po miliardách rokov už nie je dostatok plynu na vytvorenie nových hviezd; existujúcim hviezdam dôjde palivo a zhasnú. Pri pohľade zo Zeme by jedna hviezda za druhou zmizla z nočnej oblohy. Po asi sto biliónoch rokov sú tu iba vyhorené slnká, studené planéty bez života a čierne diery.

Obrázok symbolu nie je veľmi presný: vesmír by bol vo Veľkom zmrazení temný. Obrázok: Pinterest

Je možné, že sa potom protóny tiež rozpadnú a všetka hmota sa prevedie na žiarenie; iba čierne diery mohli chvíľu zostať - vždy ďalej od seba v stále sa rozširujúcom priestore. Nakoniec sa tiež odparia v dôsledku pôsobenia Hawkingovho žiarenia. Za 10 200 rokov zostane len pustý, prázdny vesmír s miernym množstvom žiarenia, ktorého teplota je len extrémne mierne nad absolútnou nulou.

„Veľký rip“

Keď temná energia nadobudne bizarnú formu fantómovej energie, stane sa taká silná, že akcelerácia expanzie rastie bez obmedzenia. Potom úplne premôže vplyv štyroch základných síl fyziky - gravitácia, elektromagnetizmus, slabá a silná interakcia - a výsledkom je „Veľký rip“.