Una dintre cele mai importante fapte, bine stabilit în astrofizică, faptul că evoluția universului și dezvoltarea acestuia în scopul de a atrage în loc vreodată înainte de a repeta procese, în medie, „scena“ neschimbat. Universul se extinde, cele mai mari unități structurale - clustere de galaxii - sunt îndepărtate una de alta, iar densitatea medie a materialului scade. acum 15 miliarde de ani, densitatea a fost neobișnuit de mare, nu a fost anumite corpuri cerești, iar întreaga chestiune a fost o plasmă fierbinte extinde foarte rapid.
astrofizică teoretică. reconstituit imagine din primele minute după începerea expansiunii, când plasma la o temperatură de miliard de grade a avut loc procese de sinteză a elementelor chimice ușoare. Faptul că imaginea este recreat precis, este acum, fără îndoială, unul dintre argumentele inevitabile „pentru“ - se observă acum relația dintre cantitatea de heliu și hidrogen. Uspekhi fizica particulelor elementare permit uite trecut, chiar mai fierbinte atunci când temperatura a ajuns la 10, 28 K, iar timpul de la începutul de expansiune a fost de 10 -35 secunde.
Noi studiem trecutul pentru a înțelege mai bine prezentul și viitorul, iar viitorul apropiat și îndepărtat al omenirii, viitorul minții depinde în mare măsură de natura viitorului, de soarta Pământului, soarele, galaxia, universul.
Studiul viitorului universului este fundamental diferită de studiul trecutului. Trecutul a lăsat urme, și să le detecteze, vom verifica corectitudinea punctelor lor de vedere. imaginea viitorului - este întotdeauna o extrapolare - verificarea directă nu este posibilă. Cu toate acestea, astăzi fundamentul cunoașterii fizice și astrofizice este atât de puternică încât permite suficientă încredere să ia în considerare viitorul îndepărtat al universului. Ea a dedicat o mulțime de muncă, și au format baza poveștii noastre.
În primul rând, desigur, se pune întrebarea: dacă va continua la nesfârșit expansiunea universului? Răspunsul este, în principiu, este simplu: în cazul în care densitatea materiei din univers este suficient de mare, gravitația opri în cele din urmă expansiunea sa, și va fi înlocuit cu contracția. În cazul în care densitatea este scăzută, atunci forța gravitațională nu este suficient pentru a opri expansiunea. Observațiile Astrophysical arată că densitatea medie a materiei vizibile din univers este de aproximativ 30 de ori mai mică decât valoarea critică (aproximativ 10 -29 g / cm3 la rata de expansiune modernă) care separă una dintr-o altă variantă a viitorului.
Să presupunem mai întâi primul exemplu de realizare - Universul se extinde la infinit. Ce procese au loc în univers infinit expansiune? Prima dintre aceste procese este acum nimeni nu la îndoială - stelele se vor stinge. Soarele se va încheia evoluția sa activă în vârstă de câteva miliarde de ani și se va transforma într-o pitică albă mărimea Pământului, care se va răci treptat în jos (a se vedea. Tab-ul de culoare). Stele mai masive decât Soarele va trăi chiar mai puțin n funcție de greutatea în cele din urmă deveni fie o stea neutronică, cu un diametru de doar zeci de kilometri, sau gauri negre - obiecte cu un câmp gravitațional atât de puternic încât nu lasa nici lumina. În cele din urmă, posibila explozie catastrofală la sfârșitul stea „calea de viață“, cu distrugerea completă. Stelele mai puțin masive decât Soarele, trăiesc mai mult, dar mai devreme sau mai târziu, ele se transformă în pitice răcite. În prezent, există noi stele din mediul interstelar (opinia academicianului V. A. Ambartsumyana, stele provin din corpurile superdens). Va veni un moment în care stocurile necesare de energie și de materiale nucleare vor fi epuizate, noi stele să se nască nu va fi, iar vechi va deveni un corp rece, sau găuri negre. epoca stelară a evoluției Universului se va încheia în 10 până la 14 ani. Acest termen este imens, este de 10 mii de ori mai mare decât timpul scurs de la începutul expansiunii universului până în prezent.
Și acum soarta galaxiilor. Sisteme stele - Galaxie - sunt formate din sute de miliarde de stele. În centrele de galaxii, probabil, există găuri negre supermasive, după cum reiese din procesele violente din jurul lor, observate de astrofizicieni. Pentru viitorul galaxiei este foarte importante evenimente rare în timpul nostru, atunci când nici o stea o rată mai mare ca urmare a interacțiunilor gravitaționale cu alte stele, și se transformă într-un rătăcitor intergalactic. Stelele vor părăsi treptat galaxiei și porțiunea centrală va micșora treptat. Pasul final - o supermasivă gaură neagră a înghițit rămășițele stele din partea centrală a galaxiei, și o dispersie de aproximativ 90 de procente din toate stelele din spațiu. Procesul de distrugere a galaxiilor este de peste aproximativ 10 de 19 ani, toate stelele de data aceasta pentru o lungă perioadă de timp du-te afară și pierde dreptul de a fi numit stele.
Pentru procesul de continuare determină o instabilitate a prezis de fizica modernă a materiei nucleare. Se înțelege că protonul, dar foarte lungă durată, dar încă particulă instabilă. Durata medie a vieții sale este estimată la aproximativ 10 32 de ani. Proton dezintegrarea produsului final - o emisie de pozitroni fotoni, neutrini, și, eventual, unul sau mai multe perechi de electroni pozitron pe. Deși cariilor de protoni nu a fost observat în mod direct, câțiva fizicieni îndoiesc de inevitabilitatea unui astfel de proces. Neutronii sunt prea instabile - ca parte a kernel-ului, ele cad ca un proton, și liber în mijloc de 15 minute într-un proton dezintegrarea, un electron și un antineutrino.
Deci, după aproximativ 10 ani, 32 (îl numesc în timp ce Tr) substanță nucleară cade complet în afară. Noraspad nucleară chestiune 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 scape liber steaua si transporta aproximativ 30 la sută din energia totală de degradare. Procesul de dezintegrare va menține temperatura de stele și planete moarte la nivelul, deși mai mic, dar încă în mod semnificativ diferit de zero absolut. De exemplu, pitice albe, răcit timp de 10 17 ani la o temperatură de 5 K, se va menține apoi această temperatură datorită eliberării energiei în dezintegrarea substanței în interiorul lor. stele neutronice se răcească timp de 10 19 la o temperatură de aproximativ 100 K, urmată de agentul de dezintegrare în acesta se va menține această temperatură (vezi graficul de jos pe fila de culoare ;. schimbare de masa M, raza R și temperatura T stelelor moarte in descompunerea materiei nucleare prezentată în comparativ cu parametrii lor inițiale M0. R0 și T0. stelele neutronice după reducerea M masa de aproximativ 10 ori mai mare, adică la M / M0
După 10 ani, 32 (Tr) toate materialele nucleare complet se destramă, stelele și planetele se transforma in fotoni si neutrino.
Mai multe soarta diferite în împrăștiate în spațiul de gaz, care rămâne după distrugerea galaxii (în greutate poate ajunge la aproximativ un procent din toată materia din univers). substanță nucleară a acestui gaz este, de asemenea, desigur, se va rupe prin ani tr. Cu toate acestea, în acest caz, pozitroni, care rezultă din dezintegrarea nu va mai anihila cu electroni - de la rarefierea extremă a particulelor de gaz care îndeplinesc probabilitatea este extrem de mic, iar rezultatul este o plasmă rară electroni pozitroni.
Prin acest timp (Tr) va găuri încă negre care rezultă din stele masive 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 cu universul după prăbușirea materialului nuclear? În ceea ce înapoi în univers sunt fotoni prezenți, neutrini, electroni cu plasmă Posi Throne și găuri negre. Cea mai mare parte a masei va fi concentrată în fotoni și neutrino - începe epoca de emisie.
Odată cu extinderea densității masei universului radiației (fotoni și neutrini) scade proporțional cu gradul IV de mărime (de exemplu, distanța medie dintre particule) au fost modificate, iar densitatea numărul de particule este invers proporțională cu volumul (mărimea cc) și energia fiecărui foton (și, prin urmare, masa sa ) este invers proporțională cu această dimensiune. Spre deosebire de radiatii densitatea medie a materiei numai datorită reducerii concentrației lor scade ca plasma electron-pozitron și găuri negre, care este proporțională cu cubul dimensiunii. Aceasta înseamnă că densitatea acestor tipuri de materie scade mai lent decât densitatea de radiații. Prin urmare, într-un timp de 10 de densitate Tr materiei este deja determinată în principal de masa conținută în găurile negre (este mult mai mult decât în plasma electron-pozitron). În locul epoca erei venirea luminii de găuri negre.
Dar chiar și găuri negre nu durează pentru totdeauna. Câmpul gravitațional în apropierea găurii negre se naște particule, găuri negre, cu o masă de ordine Stellar apar și mai Quanta de radiații. Acest proces conduce la o reducere a masei găurii negre, se transformă treptat la radiatii - in fotoni, neutrini) gravitonii. Dar acest proces este extrem de lent, de exemplu, o gaură neagră cu o masă de 10 mase solare să se evapore timp de 10 69 de ani, iar gaura neagra supermasiva a cărei masă este încă un miliard de ori mai mult - timp de 10 de 69 de ani. Cu toate acestea, transforma treptat într-o gaură neagră de radiații, și va deveni din nou masa dominantă în univers - din nou venit epoca de emisie. Cu toate acestea, datorită extinderii densității de radiație universului, așa cum sa menționat deja, acesta este în scădere densitate mai rapidă a plasmei electron-pozitron, iar dupa 10.100 de ani va deveni dominant această plasmă - cu excepția ei, în univers nu va fi aproape nimic.
La prima vedere, imaginea de evoluția universului în viitorul îndepărtat arată foarte pesimist. Aceasta este o imagine de dezintegrare treptată, degradarea, împrăștierea.
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 cade pe un volum de 10,185 volume întregului univers vizibil astăzi. Asta înseamnă că, în viitor, va îngheța toate procesele vor fi mișcările active ale formelor fizice ale materiei, nu poate fi existența oricărui sistem complex, și chiar și mai multă inteligență sub orice formă? Nu, o astfel de concluzie ar fi greșit. Desigur, toate procesele vor fi extrem de încetinit în viitor, cu punctul nostru de vedere actual, dar, de fapt, și scări spațiale vor fi diferite atunci. Să ne amintim că la începutul expansiunii universului, temperatura a fost, de exemplu, 28 K și 10 au avut loc procese de substanță naștere a curs o durată de reacție turbulentă a fost estimată la 10 -35, iar întinderea spațială de ordinul a 10 la 25 cm. In acest caz scara de curent în univers, inclusiv viața noastră, este ceva incredibil de lent, și extrem de întinsă în spațiu Conform celebrului fizician american Dyson, în orice viitor îndepărtat poate fi forme complexe ale materiei în mișcare, și chiar rezonabil Dna zn este valabil și pentru noi, în forme neobișnuite și „pulsul vieții se va bate mai lent, dar nu se opresc niciodată.“
Adăugați la acest lucru următoarele: în timp ce ne-am ocupat cu procesele care sunt derivate din legi fizice bine stabilite, dar în viitor orice condiții fizice care nu sunt disponibile pentru noi în experiment (temperatură ultra-scăzută, densitate scăzută, etc ...), și poate fi o manifestare a forțelor , apariția proceselor, este încă necunoscut pentru noi. Și aceste forțe și procese pot schimba radical situația.
Aici este una dintre aceste procese posibile - degradare de vid, transformarea ei în univers în expansiune la lucruri reale. In trecut, am menționat deja era de 10 -35 secunde după începerea expansiunii, - este posibil să fi dezintegrat vidul, provocând particulele și antiparticule de energii înalte. Această energie corespunde unei temperaturi de 10 K 28 și o densitate relativă este de 10 75 g / cm3. În vid modernă (care, în limbajul comun se numește deșertăciune), de asemenea, poate include o anumită densitate de energie. Dar dacă este, atunci foarte mică și corespunde densității masei de maximum 10 -28 g / cm3, și poate fi chiar substanțial mai mică. Găsiți o astfel de densitate, chiar și în observațiile astronomice, este extrem de dificil. Teoria crede probabil că densitatea de masă a vidului în viitorul îndepărtat, saltul va intra în particule și antiparticule reale, dând naștere unor noi procese fizice. Născut în această chestiune va fi, desigur, rare, dar încă mult mai dens decât restul timpului pentru a difuza datorită expansiunii universului chestii „nostru“. Această „fază de tranziție“ a vidului poate fi extrem de important pentru soarta universului. Deci, practic, această tranziție se poate opri expansiunea universului și schimba comprimarea acestuia. Este clar că, în acest caz, toate ne-a pictat o imagine a viitorului universului se va schimba radical.
Și încă o remarcă. Era despre viitor, având în vedere că toate clasele universului neutrinii sunt radiatii - sa presupus că aceste particule ca fotoni au masă, deoarece întotdeauna se deplaseze la viteza luminii, iar masa lor de repaus este zero. În fizica modernă, este considerat foarte probabil ca masa restului de neutrini, deși foarte mici, dar nu este zero.
Influența acestui fapt asupra soarta universului poate fi de două feluri. În cazul în care masa restul neutrini este foarte mic, să zicem, o sută de mii de ori mai mică decât masa de electroni, gravitatia generat de această particulă din Univers, este, de asemenea, foarte mic și nu are nici un efect asupra ratei de expansiune. Cu toate acestea, în viitorul îndepărtat neutrinii densitate de masă nu va cădea ca masa de densitate foton (care, ne amintim, este invers proporțională cu gradul al patrulea de mărime), iar densitatea masei particulelor convenționale (invers proporționale cu cubul mărimii) și plasma electron-pozitron este aditiv constant mic neutrinii (și antineutrinii) având o masă de repaus. Dacă se dovedește că restul neutrino masă apropiată de cea a prezis posibila limita superioară (aproximativ 0,00005 masa de electroni), greutatea totală a tuturor particulelor din univers obține extrem de mare, iar densitatea medie a materialului depășește un critic (10 -29 g / cm3) și în viitor gravitatea neutrini va opri expansiunea universului. Se poate întâmpla mai devreme decât rupe toate materialele nucleare, și chiar înainte de turn off. toate stelele. Apoi, din nou în univers viitor așteaptă faza sverhburnymi Foarte cald cu procesele fizice.
După cum puteți vedea, în orice scenariu posibil, evoluția universului viitorul său este interesant, interesant și divers. Dar, desigur, o schimbare majoră în univers (în comparație cu starea sa actuală), în toate cazurile, poate începe un timp foarte lung, nu numai în viața de zi cu zi, dar, de asemenea, scara astronomice, cel puțin prin zeci, poate mii de miliarde de ani. Acest lucru este de multe ori mai mare decât vârsta actuală a universului vizibil de către noi, care nu este mai mult de 10-15 miliarde de ani de la începutul expansiunii.