Studiul viitorului universului este fundamental diferit de studiul trecutului. Trecutul și-a lăsat urme, iar când le descoperim, verificăm corectitudinea ideilor noastre. Imaginea viitorului este doar o extrapolare, o verificare directă este imposibilă aici. Cu toate acestea, astăzi fundamentul cunoașterii fizice și astrofizice este atât de puternic încât ne permite să avem suficientă încredere pentru a examina viitorul îndepărtat al universului.
Depinde, în primul rând, dacă se va extinde vreodată. Să analizăm mai întâi viitorul unui univers omogen, cu o densitate care nu depășește o valoare critică. Ce procese vor avea loc în acest univers nelimitat de expansiune?
Primul dintre astfel de procese este acum în îndoiala nimănui - stelele în viitor vor ieși. Soarele își va încheia evoluția activă în câteva miliarde de ani și va deveni un pitic alb, de dimensiunea Pământului, care se va răci treptat.
Stele mai masive decât soarele vor trăi și mai puțin și în funcție de masa se vor transforma eventual în stele neutronice cu un diametru de numai zeci de kilometri sau găuri negre.
În cele din urmă, o explozie catastrofică este posibilă la sfârșitul căii de viață a stelei, cu distrugerea completă. Deci, se pare că unele stele explodează, numite supernove.
Stelele sunt mai puțin masive decât Soarele, trăiesc mai mult, dar mai devreme sau mai târziu se transformă în pitici răciți.
În zilele noastre, există stele noi din mediul interstelar. Cu toate acestea, va veni momentul când rezervele necesare de energie și substanțe nucleare vor fi epuizate, noi stele nu se vor naște, iar cele vechi se vor transforma în corpuri reci sau găuri negre.
Era stea a evoluției universului se va sfârși în aproximativ 1014 de ani. Această perioadă este imensă, este de 10 mii de ori mai lungă decât timpul scurs de la începutul expansiunii universului până în prezent. Și acum despre soarta galaxiilor. Sistemele de stele - galaxiile - constau în sute de miliarde de stele. În centrele galaxiei, probabil, există găuri negre supermassive, evidențiate de procesele turbulente din nucleele galactice, observate de astrofiziciști. Pentru viitorul galaxiei este foarte importante evenimente rare în timpul nostru, atunci când nici o stea de interacțiunile gravitaționale cu alte stele devine o viteză mare, lăsând galaxia și se transformă într-un rătăcitor intergalactic. Stelele vor părăsi treptat galaxia, iar partea sa centrală se va micșora, devenind un cluster de stele foarte compact. Într-un astfel de grup, stelele se vor ciocni unul cu celălalt, transformându-se într-un gaz, iar acest gaz va cădea practic în gaura supermazică centrală, mărind masa. Și stelele vor fi distruse de forțele de maree, zboară prea aproape de această gaură neagră.
Etapa finală este o gaură neagră supermassivă care a absorbit rămășițele stelelor din partea centrală a galaxiei și împrăștierea a aproximativ 90% din toate stelele părților exterioare din spațiu. Procesul de distrugere a galaxiilor se va termina în circa 1019 de ani, toate stelele de această dată vor fi mult timp stinse și vor pierde dreptul de a fi numite stele.
Pentru procese ulterioare, instabilitatea materiei nucleare prezisă de fizica modernă este decisivă. Se înțelege că protonul, deși este o particulă foarte lungă, dar încă instabilă. Teoria "unei mari unificări", care prezice procese turbulente în epoca de la 10-34 secunde la 10
32 de secunde după începerea expansiunii universului, prezice necesitatea decolării protonului (precum și neutronul din nuclee complexe, care a fost de asemenea considerat stabil în aceste condiții). Durata medie a vieții sale este estimată la aproximativ 1032 de ani. Produsul final al dezintegrării protonilor este un pozitiv, radiație sub formă de foton, neutrino și, eventual, una sau mai multe perechi de electroni-pozitivi. Deși decăderea protonului nu a fost încă observată direct, puțini fizicieni se îndoiesc de inevitabilitatea unui astfel de proces.
Deci, aproximativ 1032 de ani substanța nucleară se va dezintegra complet. Chiar și stelele dispărute dispar din lume. Dar dezintegrarea materiei nucleare cu mult înainte de acest termen va începe să joace un rol important în evoluția universului. Pozitronii care rezultă din dezintegrarea nucleoni (un nume generic de protoni și neutroni) anihila cu electroni, transformându-se în fotoni, care, împreună cu fotonii care apar în substanța încălzită directă nucleon degradare. Numai neutrinii părăsesc liber steaua și iau aproximativ 30% din energia totală de degradare.
Procesul de dezintegrare va menține temperatura stelelor și planetelor moarte la un nivel scăzut, dar în mod semnificativ diferit față de zero absolută. Astfel, piticii albi, răciți timp de 1017 ani la o temperatură de 5 Kelvin, vor păstra această temperatură din cauza eliberării energiei în timpul descompunerii materiei în interiorul lor. Neutronul se răcește timp de 1019 ani la o temperatură de aproximativ 100 Kelvin, după care căderea materiei în ele va menține această temperatură.
După 1032 de ani, toată materia nucleară se va dezintegra complet, stelele și planetele se vor transforma în fotoni și neutrinos.
O soartă oarecum diferită pentru gazul împrăștiat în spațiu, care va rămâne după distrugerea galaxiilor (în masă, poate ajunge la aproximativ 1% din totalul materiei universului). De asemenea, substanța nucleară a acestui gaz se va descompune, desigur, în 1032 de ani. Totuși, în acest caz positronii care decurg din degradare sunt deja
nu se va anihila cu electroni - din cauza rarefacerii extreme a gazului, probabilitatea de a întâlni aceste particule este extrem de mică și, ca rezultat, se formează o plasmă plină de electroni-pozitroni.
Prin acest timp, adică 1032 de ani, în univers va încă găuri negre care decurg din vvezd masiv după dispariția lor, și găurile negre supermasive formate în centrele de galaxii (despre soarta lor, noi spunem un pic mai târziu).
Ce se va întâmpla în univers după dezintegrarea materiei nucleare?
În acea epocă îndepărtată din univers vor fi prezenți fotoni, neutrini, plasmă electron-positron și găuri negre. Cea mai mare parte a masei va fi concentrată în fotoni și neutri. Căci la aceste tipuri de materie, materia obișnuită se va schimba după decădere. Era radiației va începe. Adevărat, trebuie să ne amintim că această radiație este extrem de rece.
Odată cu expansiunea universului, densitatea masei de radiații va cădea rapid, deoarece atât densitatea numărului de particule cât și energia fiecărui cuantum (și, prin urmare, masa sa) scad, de asemenea. Spre deosebire de vindecare, densitatea medie a materiei obișnuite sub formă de plasmă de electroni-pozitroni și găuri negre scade doar datorită unei scăderi a concentrației lor în timpul expansiunii universului. Prin urmare, densitatea acestor tipuri de materie scade mai lent decât densitatea radiațiilor. Prin urmare, în momentul de 1033 de ani, densitatea materiei va fi deja determinată în principal de masa închisă în găurile negre. Va fi mult mai mult decât în plasma electron-positron. Dacă masa de repaus a neutrinului nu este zero, așa cum am discutat mai sus, o fracție semnificativă din masă a rămas și în neutrină. Epoca găurilor negre va înlocui epoca radiațiilor!
Dar găurile negre nu durează pentru totdeauna. În câmpul gravitațional din apropierea găurii negre apare, după cum știm, crearea particulelor; și pentru gaurile negre cu o masă de ordinul de mărime și mai mare, cuantele de radiație apar. Un astfel de proces duce la o descreștere în masa găurii negre, transformându-se treptat în fotoni, neutrini și gravitoni. Dar acest proces este extrem de lent. De exemplu, o gaură neagră, cu o masă de zece mase solare, se va evapora în 1069 de ani și o gaură neagră supermassivă, a cărei masă este de un miliard de ori mai mare, în 1096 de ani. Și totuși, treptat, toate găurile negre se vor transforma în radiații și vor deveni din nou masa dominantă din univers, din nou va veni și epoca radiațiilor. Cu toate acestea, această radiație este incomparabil mai rece decât radiația în epoca decăderii materiei. Datorită expansiunii densității de radiație universul, așa cum sa menționat deja, este în scădere mai rapidă, dar densitatea plasmei de electroni pozitroni, iar dupa 10.100 de ani va deveni dominant, iar această plasmă, cu excepția ei, în univers nu va fi aproape nimic.
La prima vedere, imaginea evoluției universului în viitorul îndepărtat pare a fi foarte pesimistă datorită decăderii treptate, degradării, dispersiei.
Până la vârsta universului 10.100 de ani, lumea va rămâne, practic, doar electroni și pozitroni sunt împrăștiate în spațiu cu densitatea vid terifiant: o particulă va reprezenta un volum de 10185 de volume pe tot universul vizibil astăzi. Înseamnă că în viitor toate procesele vor fi înghețate, nu vor exista mișcări active ale formelor fizice de materie, va fi imposibil să existe sisteme complexe, să nu mai vorbim de raționamente sub nici o formă?
Nu, o astfel de concluzie ar fi incorectă. Desigur, din punctul nostru de vedere, toate procesele din viitor vor fi extrem de lente, dar, de fapt, scara spațială va fi diferită. Reamintim că la începutul expansiunii universului, când temperatura era de aproximativ 1027 Kelvin, au existat procese de naștere a substanței, au existat reacții violente, durata cărora a fost estimată la 10
34 de secunde, iar scalele spațiale au fost de ordinul a 10-24 centimetri. Din punctul de vedere al unor asemenea scale și procese super-rapide, evenimentele de astăzi din univers, inclusiv viața noastră, sunt ceva incredibil de lent și extrem de întins în spațiu. Potrivit celebrului fizician american Dyson, în orice viitor îndepărtat poate fi forme complexe ale materiei în mișcare, și chiar viața inteligentă, deși în forme neobișnuite, și „pulsul vieții se va bate mai lent, dar nu se opresc niciodată.“
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: