Tagi


Archiwa


Zaprzyjaźnione


/ 8

Artykuły

Scenariusze końca wszechświata

2nd Sie '12

poprzednim artykule starałem się opisać zagrożenia przed którymi, przynajmniej hipotetycznie, ludzkość może zdołać umknąć. Tym razem daruję sobie ocenę niebezpieczeństwa i prawdopodobieństwo jego wystąpienia. Nie ważne, która z poniższych teorii okaże się prawdziwa, i tak przed żadną nie ma drogi ucieczki. Przedstawiam prawdziwe kosmiczne katastrofy – scenariusze śmierci całego znanego nam wszechświata.

Naszym obo­wiąz­kiem jest, by prze­trwać i roz­kwitać, winni jesteśmy nie tylko sobie, lecz również całemu kosmo­sowi, sta­ro­żyt­nemu i bez­kre­snemu, z którego wyra­stamy.
– Carl Sagan

Wojny w ciemności 

To co wydaje nam się wielkie i naj­waż­niejsze – galak­tyki, gwiazdy, gazy i planety – jest tylko nie­wielkim dodat­kiem do jeszcze nie­znanej strony kosmosu. Jed­no­cze­śnie, aby rozważać jego losy, jesteśmy zmuszeni do zga­dy­wania i prze­wi­dy­wania skutków impli­ko­wa­nych przez ciągle badane skład­niki, o których nie wiemy niemal nic.

W latach 60. XX wieku, świetny astronom, Vera Rubin, dzieliła swój cenny czas między opiekę nad czwórką dzieci a badaniem rotacji galaktyk. Niezbyt pory­wa­jąca dys­cy­plina. Wszystko w kosmosie się kręci: księżyce wokół planet, planety wokół gwiazd, a całe układy dryfują dookoła masyw­nych centrów galaktyk. Jakież było zdzi­wienie Rubin, kiedy okazało się, iż jednak nie wszystko jest do bólu prze­wi­dy­walne, a galak­tyki zacho­wują się w inny sposób niż powinny! Oto problem. Gdy obser­wu­jemy planety Układu Sło­necz­nego, to zgodnie z mecha­niką kla­syczną, zauwa­żamy, iż poru­szają się one z różną pręd­ko­ścią. Merkury położony naj­bliżej Gwiazdy Dziennej okrąża ją naj­szyb­ciej (87 dni, około 50 km/s), ziemski rok, jak wiadomo, trwa 365 dni (około 30 km/s), a naj­dalszy Neptun dla prze­bycia swojej orbity potrze­buje aż 164 lat (około 5 km/s). To typowe i Vera Rubin na pewno spo­dzie­wała się ana­lo­gicz­nych wniosków pły­ną­cych z badań galaktyk. Okazało się jednak, że prędkość obiektów na pery­fe­riach galaktyk i w ich środkach są bardzo zbliżone. W uprosz­czeniu można powie­dzieć, że gwiazdy zacho­wują się jakby nakle­jone na jakąś wielką winylową płytę, obra­ca­jącą się swoim tempem. Inaczej mówiąc, do wyja­śnienia tego fenomenu bra­ko­wało masy, z której owa płyta byłaby zbu­do­wana. Wielkiej ilości nie­wi­docznej materii, kil­ku­krotnie prze­wyż­sza­jącej masę wszyst­kich gwiazd i gazów – ciemnej materii. Czym jest ciemna materia? Ze względu na jej naturę wiemy bardzo niewiele – nie odbija światła, jest masywna i tworzy szkielet dla widzial­nego wszech­świata. Jedną z hipotez jest połą­czenie idei ciemnej materii z teorią super­sy­me­trii (SUSY). W wielkim skrócie, ozna­czy­łoby to, iż nie­wi­doczna strona kosmosu zbu­do­wana jest z poszu­ki­wa­nych przez teo­re­tyków cząstek, zwanych super­part­ne­rami. Są one niczym innym niż ciężkimi odbi­ciami znanych nam cząstek o sym­pa­tycz­nych nazwach jak fotina, gluina i skwarki. (Roz­wi­nięcie tematu SUSY: Kosmiczna symfonia: Wszech­świat to symetria.)

Wkrótce potem nauka przeżyła kolejne trzę­sienie. Jeszcze nie ukształ­to­wały się usys­te­ma­ty­zo­wane modele doty­czące ciemnej materii, a naukowcy zauwa­żyli, że nawet ona wszyst­kiego nie wyjaśnia. Siła gra­wi­tacji, zwłaszcza przy zało­żeniu ist­nienia wielkiej masy nie­wi­docznej materii, powinna powo­dować spo­wol­nienie eks­pansji kosmosu. Tym­czasem, obser­wacje pro­wa­dzone na super­no­wych kom­pletnie zbiły z tropu astro­nomów. Wszech­świat roz­szerza się coraz szybciej! Werdykt był oczy­wisty: Od zarania do teraz na całą materię działa nie­wi­dzialna siła odpy­cha­jąca: ciemna energia. Obie tajem­nicze sub­stancje, ciemna materia i ciemna energia, stanowią jakieś 96% bilansu materii-energii uni­wersum. Nie podobna snuć teorii na temat przy­szłości wszech­świata nie uwzględ­niając jego, powiedzmy szczerze, głównego skład­nika. Od czasu tych odkryć nauka jest zgodna: Dzieje kosmosu to fizyczne prze­cią­ganie liny między ciemną materią a ciemną energią. Co nam przy­niesie wygrana którejś ze stron?

Wielki skurcz

wielki skurczNa lekcjach fizyki w szkole, często porów­nuje się wszech­świat, do nadmu­chi­wa­nego balonu z nama­lo­wa­nymi na jego powierzchni kropkami sym­bo­li­zu­ją­cymi ciała nie­bie­skie. To całkiem wygodna metafora. Kosmos rze­czy­wi­ście ciągle rośnie nadmu­chi­wany przez ciemną energię, a leżące odpo­wiednio daleko struk­tury oddalają się od siebie nawzajem. To uzmy­sławia jak potężny musiał być Wielki Wybuch. Nasuwa się tu pod­sta­wowe pytanie: Czy taki stan rzeczy może trwać wiecznie? Nawet intu­icyjnie odczu­wamy, iż to mało praw­do­po­dobne. Kiedy kopniemy do góry piłkę, to będzie ona najpierw przy­śpie­szała, następnie stop­niowo zwal­niała, aż w końcu się zatrzyma i zacznie spadać na ziemię. Musie­li­byśmy wystrzelić piłkę ze znacznie większą energią, nadając jej prędkość ponad 11 km/s, aby miała szansę uwolnić się z więzów ziem­skiej gra­wi­tacji i wylecieć w prze­strzeń kosmiczną. Podobnie jest z kosmosem. Zależnie od jego wła­ści­wości i sił w nim dzia­ła­ją­cych, można się spo­dziewać ciągłej inflacji bądź… Wiel­kiego kolapsu.

Rozważmy drugi sce­na­riusz, w którym wszech­świat nigdy nie osiągnie pręd­kości kry­tycznej. Dojdzie na pewno do momentu w którym, podobnie jak nasza pierwsza piłka, prze­strzeń wyhamuje, następnie zatrzyma i zacznie się kurczyć aż nastąpi kolaps. Proces ten będzie z początku powolny, ale sys­te­ma­tycznie nabierze przy­śpie­szenia – tak jak obecnie przy­śpiesza inflacja. Z meta­fo­rycz­nego balonu zejdzie powie­trze i zapadnie się. Przy­czyną takiego stanu rzeczy jest wszech­obecna gra­wi­tacja. Można rzec, że czarna materia pokona ciemną energię. Najpierw bliskie sobie galak­tyki będą się zderzać i łączyć w większe skupiska gwiazd. Ich gigan­tyczna masa, coraz bardziej napi­na­jąca płótno cza­so­prze­strzeni, spo­wo­duje dry­fo­wanie ku sobie. W centrach wielkich galaktyk królować będą czarne dziury, jeszcze masyw­niejsze od dzi­siej­szych super­ma­syw­nych czarnych dziur. Gdy wszystkie ciała nie­bie­skie znajdą się w jednej, olbrzy­miej aglo­me­racji gwiezdnej, proces przy­śpieszy, tem­pe­ra­tura wzrośnie, aż gwiazdy i planety zaczną się ze sobą spajać. Na tym etapie już nie powinno istnieć żadne życie. Dojdzie do rozpadu czą­ste­czek, atomów, a nawet protonów i neu­tronów. Utworzy się zupa naj­bar­dziej ele­men­tar­nych cząstek, jak kwarki i elek­trony, poru­sza­ją­cych się zbyt szybko aby mogły odtwo­rzyć wiązania. W końcu załamią się prawa fizyki, które powrócą do stanu pier­wot­nego: oddzia­ły­wania silne, słabe, elek­tro­ma­gne­tyzm i gra­wi­tacja zuni­fi­kują się w jedno. Wrócimy do punktu wyjścia. Oso­bli­wości.

Zaskoczę nie­któ­rych tezą, że to całkiem opty­mi­styczny obraz przy­szłości. Mamy tu do czy­nienia z… Kosmicznym recy­klin­giem? To chyba trafne okre­ślenie. Zgodnie z zasadą koniec końców i tak rodzi początek, można się spo­dziewać, że finalna oso­bli­wość znów utworzy kosmos. Kolejny raz dojdzie do inflacji wszech­świata, a w nim roz­kwitnie życie. Jeżeli rze­czy­wi­ście prze­strzeń wokół nas ciągle pulsuje, zapa­dając się i znów roz­ra­stając, to wysoce praw­do­po­dobne, że nawet my sami jesteśmy wła­ści­cie­lami cząstek z jakich zbu­do­wane były inne istoty, żyjące przed ostatnim wielkim skurczem. Idea o tyle przy­jazna, że przy odro­binie szczę­ścia nigdy nie nastąpi praw­dziwy koniec. Jedynym minusem jest to, iż ewo­lu­ujące miliardy lat istoty rozumne, nie mają żadnych szans na poznanie swoich poprzed­ników, a i same są skazane na zapo­mnienie.

Wielkie rozerwanie

wielkie rozdarcieNastępna kata­strofa, choć ciężko w to uwierzyć, jest jeszcze bardziej złowroga. Nadmu­chi­wany balon, sym­bo­li­zu­jący kosmos po prostu pęknie, roz­szar­pany przez ciemną energię. To skom­pli­ko­wane zjawisko. Zarówno przy­czyny jak i efekty są trudne do wyja­śnienia. Zwo­len­nicy teorii wiel­kiego roze­rwania uważają, że ciemna energia ma tzw. fan­to­mowy cha­rakter. Egzo­tyczną cechą sub­stancji fan­to­mowej jest jej bardzo duże ujemne ciśnienie. Wyjaśnia to tempo eks­pansji wszech­świata i na pierwszy rzut oka nie wygląda źle. Jednak jeżeli rze­czy­wi­ście mamy do czy­nienia z energią fan­to­mową, to kosmos nigdy nie prze­stanie się roz­sze­rzać. Mało tego, inflacja z każdą chwilą będzie przy­śpie­szać i to w nie­skoń­czo­ność. Zgodnie z tym pomysłem, czeka nas eks­tre­malny, nieco futu­ry­styczny finał.

Pierwszy etap wiel­kiego roz­darcia to odda­lanie się od siebie wielkich struktur, takich jak grupy galaktyk. Nie różni się od tego co przeżywa obecnie obser­wo­wany przez nas wszech­świat. Czym dany obiekt dalej się znajduje, tym szybciej przed nami „ucieka” – to zauważył już Edwin Hubble. Po miliar­dach lat galak­tyki będą położone od siebie tak daleko, że ustaną jakie­kol­wiek oddzia­ły­wania między nimi. Bez gra­wi­tacji ciemna energia bez­pro­ble­mowo rozpędzi je do pręd­kości pod­świetl­nych. Zaczną się dziać rzeczy prze­dziwne: same galak­tyki roz­kruszą się, a poje­dyncze ciała nie­bie­skie zaczną mknąć w stronę ciem­ności, z dala od siebie. W końcu nawet gwiazdy i planety ulegną destrukcji, roz­pa­dając się na coraz mniejsze części. Dege­ne­racji ulegną pozo­stałe, obok gra­wi­tacji, siły – oddzia­ły­wanie słabe, silne oraz elek­tro­ma­gne­tyzm. W końcu same molekuły i atomy szlag trafi. Powstanie nie­ty­powa oso­bli­wość (oso­bli­wość z defi­nicji ma być nie­ty­powa, ale ta jest naj­bar­dziej nie­ty­powa wśród nie­ty­po­wych), w której odle­głości i pręd­kości będą ciągle dążyć do nie­skoń­czo­nych wartości. Żeby było smutniej, śmier­telne skutki wiel­kiego roz­darcia, mogą mieć miejsce już za około 20 miliardów lat. To wcale nie tak dużo w stosunku do wieku wszech­świata, liczą­cego sobie obecnie 13,7 miliardów lat. Nie pozo­stanie po nas nic. Każda sub­a­to­mowa cząstka budująca nasze ciała będzie samotna, oddalona o lata świetlne od kolejnej poje­dyn­czej cząstki.

Wielki chłód

wielki chlodSpójrzcie w bez­chmurną noc na roz­gwież­dżone niebo. Przez wzgląd na domi­nu­jące na nim świe­tliste kule gazowe, obecne stadium rozwoju kosmosu zwykło się nazywać erą gwiaz­dową. Ostatni sce­na­riusz śmierci wszech­świata, bez­pow­rotnie pozbawi nas tego widoku, kończąc z hege­monią gwiazd i obiektów im pochod­nych. Wszystko co sym­pa­tycznie żarzy się na nie­bo­skłonie zgaśnie, podobnie jak pozo­sta­wiona sama sobie świeczka. To proste do wyobra­żenia. Załóżmy, że nigdy nie nastanie wielkie roze­rwanie, ani wielki kolaps. Kosmos w nie­po­ha­mo­wany sposób będzie rósł przez całą wiecz­ność. Żadnych nowych źródeł materii ani energii – tylko obecnie ist­nie­jące galak­tyki i gazy skąpane w stale eks­pan­du­jącej prze­strzeni.

Ewolucja gwiazdy trwa sporo czasu zanim dojdzie do jej śmierci. Bardziej masywne gwiazdy eks­plo­dują jako super­nowe, pozo­sta­wiając po sobie potwory, w formie super­gę­stych gwiazd neu­tro­no­wych bądź czarnych dziur. Mniejsze, jak nasze Słońce, skończą jako małe, sto­sun­kowo słabo świecące białe karły. W centrach wielkich obłoków gazowych nadal będą się tworzyć młode gwiazdy, ale i one w końcu dokonają swego żywota. Gdyby do tego czasu zachował się jakiś człowiek, nie widziałby na nocnym niebie niemal nic. Stygnący karzeł w centrum Układu Sło­necz­nego nie oświetli powierzchni Ziemi lepiej niż Księżyc, nato­miast zgliszcza innych gwiazd nie będą w ogóle widoczne na tle ciemnego bezkresu. Nastanie mrok. Co gorsza, gdy wyczerpią się galak­tyczne aku­mu­la­torki, tem­pe­ra­tura wszech­świata zbliży się do zera abso­lut­nego. Osta­tecznie dojdzie do momentu, w którym nawet eme­ry­to­wane formy – karły, pulsary i magne­tary – wyemi­tują całą posia­daną energię. Roz­pocznie się era czarnych dziur, gdyż to one pozo­staną ostat­nimi blado pro­mie­niu­ją­cymi obiek­tami we wszech­świecie. A i to nie jest pewne, gdyż paro­wanie oso­bli­wości, wyni­ka­jące z prac Stephena Hawkinga, to do dziś tylko nie­udo­wod­niona teoria. Epi­lo­giem, nastę­pu­jącym po wyci­szeniu czarnych dziur jest era ciemna, cze­ka­jąca na nas za mniej więcej 10^100 lat. (Dla uzmy­sło­wienia tej wiel­kości podam, że owa liczba zwana googolem, jest większa niż ilość wszyst­kich atomów w kosmosie). Fizycy zwracają uwagę, iż na skutki wiel­kiego chłodu wskazuje druga zasada ter­mo­dy­na­miki, sta­no­wiąca że entropia (chaos) zamknię­tego układu nie­ustannie wzrasta. Jedna z inter­pre­tacji owej zasady dowodzi, iż wraz z utratą energii cała materia ulegnie powolnej dege­ne­racji. Być może po odpo­wiednio długim czasie protony i neutrony rozpadną się, a jedyne co pozo­stanie to mizerne pro­mie­nio­wanie. Po znanym nam wszech­świecie, pełnym wyso­ko­ener­ge­tycz­nych wybuchów, dżetów, zde­rza­ją­cych się galaktyk i pul­su­ją­cych gwiazd neu­tro­no­wych, pozo­stanie wielki chłód, nie­prze­nik­niona ciemność i posępna pustka.

Wielu znawców tematu bez wahania wybra­łoby właśnie taką przy­szłość. Pierw­szym powodem jest sub­tel­ność takiej śmierci. Więk­szość z nas wolałoby umrzeć ze starości w ciepłym łóżku, niż roze­rwani na strzępy bądź spaleni. Dlaczego nie miałby tak skończyć cały wszech­świat? Prze­strzeń się oziębi, a meta­bo­lizm będący w tym przy­padku wszel­kimi pro­ce­sami fizycz­nymi zaniknie. Szcze­gólnym pro­blemem dla prób zacho­wania życia, jest dążenie natury do osią­gnięcia jak naj­niż­szego stanu ener­ge­tycz­nego. Gdy w całym uni­wersum zapanuje tem­pe­ra­tura bliska −273 °C, zaniknie moż­li­wość prze­twa­rzania infor­macji. Transfer cząstek jest nie­moż­liwy, bowiem te zastygną w bezruchu. Nawet naj­prostszy fizyczny znak, w formie zmiany jednego układu w drugi, staje się nie­osią­galny, bowiem energia w każdym miejscu jest iden­tyczna. W takim świecie nie może się rozwinąć, ani nawet istnieć stwo­rzona już świa­do­mość. Drugim powodem, odczu­wania mniej­szego strachu przed sce­na­riu­szem wiel­kiego chłodu, wydaje się czas. Objawy śmierci cieplnej wszech­świata dadzą się we znaki żywym istotom nie wcze­śniej niż za bilion lat. Wtedy to, galak­tyki wyraźnie ściem­nieją, roz­świe­tlane poje­dyn­czymi, małymi gwiaz­dami, mogącymi palić się znacznie dłużej niż ich większe rodzeń­stwo. Fantaści przy­go­to­wali całe plany, opi­su­jące jak inte­li­gentne istoty poradzą sobie w takim oto­czeniu. W ruch pójdzie inży­nieria gene­tyczna, która dosto­suje orga­nizmy żywe do oszczęd­nego dys­po­no­wania energią. Po jakimś czasie i to nie wystarczy, a inte­li­gencja opuści nie­do­sko­nałe ciała orga­niczne, aby prze­siąść się do sztucz­nych – nie potrze­bu­ją­cych światła, odpor­nych na choroby i pro­mie­nio­wania. Po kolej­nych eonach, gdy mróz znacznie utrudni przepływ danych, inte­li­gencja prze­niesie się na jeszcze bardziej nie­ty­powe nośniki. W końcu pomy­ślenie jednego zdania zajmować będzie całe wieki. Nim kom­pu­te­rowa świa­do­mość się obejrzy, nastąpi jej cał­ko­wita hiber­nacja i to będzie praw­dziwy koniec.

Po co to wszystko?

Czy koniec świata ma jakiś cel? To jedno z tych nie­zno­śnych pytań, na które nigdy nie będzie ścisłej i jed­no­znacznej odpo­wiedzi. Szymon Hołownia twierdzi, że Bóg zmieni nie­do­sko­nały świat w rze­czy­wi­stość dosko­nałą, osądzi i zamknie historię, wskrzesi nasze ciała. Ludzie nie podzielą przecież losu dino­zaurów. Dla Chrze­ści­ja­nina koniec świata to naprawdę początek. Oby. Moim skromnym zdaniem koniec wszech­świata, podobnie jak jego początek, nie ma jakiegoś celu. Dlatego znik­niemy, a tylko prawa fizyki lub istota wyższa zade­cy­dują czy wszystko zacznie się od nowa.

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.

  • http://www.blogger.com/profile/11083891526243219482 Trymus

    Ave! Mam nadzieję, że i na historię znajdzie się tu odrobinę miejsca.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Być może, ale cudów nie obiecuję. Czym bardziej zajmuję się historią z „przymusu” tym mniej chce mi się o niej pisać. BTW. Czy Trymheim funk­cjo­nuje?

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11083891526243219482 Trymus

      Szkoda, bo w przy­padku nauk ścisłych jestem skazany na bierne czytanie (ale i to obiecuję). Trymheim upadł wraz z upadkiem chęci do popu­la­ry­zo­wania historii… 

      W każdym razie gorąco Ci kibicuję!!!

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.blogger.com/profile/13549223305459472135 Ewa Niedź­wiedź

    Nie wiem, czy nie za stary post wybrałam na komen­to­wanie, ale nie zaszkodzi zapytać, tym bardziej, że chętnie poznam odpo­wiedź.
    Z tego co prze­czy­tałam, wnio­skuję, że według teorii Wiel­kiego Skurczu wiemy, co było przed Wielkim Wybuchem (mia­no­wicie koniec „poprzed­niego” wszech­świata). Czy ta teoria tłumaczy więc, co powoduje roz­po­częcie nowego „cyklu”? W końcu musi być jakiś bodziec (chociaż z tym wszech­światem to nigdy nic nie wiadomo…).

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Ja się nie spo­tkałem z wyja­śnie­niem tego procesy, a przy­najm­niej nie pamiętam abym o takim słyszał. Nie dam sobie jednak uciąć ręki czy jakaś poważna teoria na ten temat nie powstała. Jeśli jesteś docie­kliwa, powinnaś zajrzeć koniecznie do prac Rogera Penrose’a – to za jego sprawą pul­sa­cyjny model wszech­świata przeżywa właśnie renesans. Jeśli ktoś ma coś do powie­dzenia w tej materii, to na pewno on.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Pingback: 7 faktów, które boimy się zaakceptować cz.1 | Kwantowo.pl()

  • Sta­ni­sław Mił­kowski

    Dodam jeszcze jeden możliwy sce­na­riusz końca, moim zdaniem naj­bar­dziej nie­po­ko­jący i zło­wieszczy. Jeśli realizm lokalny nie istnieje a wszech­świat to jedynie kwantowa fluk­tu­acja praw­do­po­do­bień­stwa, fluk­tu­acja ta może się w całości i w jednej chwili załamać. Wszech­świat może nagle przestać istnieć, ewen­tu­alnie zmienić się w coś zupełnie innego, gdzie nie tylko życie ale nawet stałe fizyczne i budowa materii będą inne. Taki koniec może nastąpić nawet w chwili, gdy czytasz ten tekst.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Pingback: Czy wszechświat czeka śmierć cieplna? |()