Jak skończy się wszechświat? „Nie z hukiem, ale z kwileniem” - napisał amerykański poeta T.S. Eliot w sprawie końca świata. Ale jeśli chcesz bardziej konkretnej odpowiedzi, przekonasz się, że fizycy spędzili niezliczone godziny, zastanawiając się nad tym pytaniem i starannie dopasowali najbardziej prawdopodobne hipotezy do kilku kategorii.
„W podręcznikach i na zajęciach z kosmologii dowiadujemy się, że wszechświat ma trzy podstawowe perspektywy” - powiedział Robert Caldwell, kosmolog z Dartmouth University w Hanover, New Hampshire.
W jednym ze scenariuszy kosmos mógł się rozszerzać na zawsze, a cała materia ostatecznie rozpadłaby się w energię w tak zwanej „śmierci na upał” - powiedział Caldwell. Alternatywnie grawitacja może spowodować, że wszechświat ponownie się zapadnie, tworząc odwrotny Wielki Wybuch, zwany Wielkim Chrupnięciem (wyjaśnimy to później). Lub istnieje możliwość, że ciemna energia spowoduje, że ekspansja wszechświata przyspieszy coraz szybciej, przekształcając się w niekontrolowany proces znany jako Big Rip.
Zanim omówimy koniec wszechświata, przejdźmy do jego narodzin. Nasze obecne rozumienie jest takie, że czas i przestrzeń zaczęły się podczas Wielkiego Wybuchu, kiedy subatomowy, bardzo gorący i bardzo gęsty punkt eksplodował na zewnątrz. Gdy rzeczy wystarczająco ostygły, cząstki zaczęły tworzyć większe struktury, takie jak galaktyki, gwiazdy i całe życie na Ziemi. Obecnie żyjemy około 13 miliardów lat po rozpoczęciu wszechświata, ale biorąc pod uwagę różne scenariusze jego upadku, nie jest jasne, jak długo wszechświat będzie trwał.
W pierwszym scenariuszu - wszechświat wygina się z powodu śmierci cieplnej - wszystkie gwiazdy w kosmosie spalą paliwo, a większość z nich pozostawi po sobie gęste pozostałości zwane białymi karłami i gwiazdami neutronowymi. Największe gwiazdy zapadną się w czarne dziury. Podczas gdy te bestie nie są tak wygłodniałe, jak się je często przedstawia, mając wystarczająco dużo czasu, ich potężne przyciąganie grawitacyjne wciągnęłoby większość materii w ich pochłaniające wszystko paszcze.
„Wtedy mogłoby się zdarzyć coś spektakularnego” - powiedział Caldwell Live Science.
Uważa się, że czarne dziury wydzielają specjalny rodzaj emisji zwany promieniowaniem Hawkinga, nazwany tak od zmarłego fizyka Stephena Hawkinga, który pierwszy postulował teorię. Promieniowanie to faktycznie okrada każdą czarną dziurę z odrobiny masy, powodując, że dziura powoli odparowuje. Według Kevina Pimbbleta, astrofizyka z University of Hull w Wielkiej Brytanii, po 10 do 100 latach (liczba 1, po której następuje 100 zer), wszystkie czarne dziury rozproszą się, pozostawiając po sobie tylko obojętną energię.
Natomiast pod Wielkim Chrupnięciem przyciąganie grawitacyjne gwiazd i galaktyk pewnego dnia zacznie ponownie przyciągać cały wszechświat. Proces przebiegałby trochę jak wsteczny Wielki Wybuch, z gromadami galaktycznymi rozpadającymi się i łączącymi, a następnie gwiazdy i planety stapiałyby się ze sobą, a na koniec wszystko we wszechświecie utworzyło by gęstą plamę o nieskończenie małym rozmiarze.
Taki wynik zapewnia kosmiczną symetrię. „Jest schludnie i czysto” - powiedział Caldwell. „To tak, jakbyś wyruszył na biwak; niczego nie zostawiaj”.
Ostatnia podstawowa możliwość końca wszechświata jest znana jako Big Rip. W tym scenariuszu ciemna energia - tajemnicza substancja działająca w przeciwieństwie do grawitacji - rozdziela wszystko kawałek po kawałku. Ekspansja kosmosu przyspiesza, aż odległe galaktyki odejdą od nas tak szybko, że ich światło nie będzie już widoczne. Gdy ekspansja przyspiesza, coraz bliższe obiekty zaczynają znikać za czymś, co Caldwell opisał jako „ścianę ciemności”.
„Galaktyki rozpadają się, układ słoneczny rozpada się, pozwól swojej wyobraźni szaleć” - powiedział. „Planety, a potem ostatecznie atomy, a potem sam wszechświat”.
Który „koniec” nastąpi?
Ponieważ właściwości ciemnej energii nie są jeszcze dobrze poznane, badacze nie wiedzą, który z tych scenariuszy zwycięży. Caldwell powiedział, że ma nadzieję, że rozwijające się obserwatoria, takie jak Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) NASA, lub wkrótce powstały Large Synoptic Survey Telescope (LSST), pomogą wyjaśnić zachowanie ciemnej energii, być może zapewniając lepsze zrozumienie koniec wszechświata.
Istnieją inne egzotyczne perspektywy na to, jak kosmos może kopnąć wiadro. Zgodnie ze znanymi prawami fizyki możliwe jest, że bozon Higgsa - cząstka odpowiedzialna za nadanie wszystkim znanym cząsteczkom ich masy - może kiedyś zniszczyć wszystko. Kiedy odkryto go w 2012 r., Stwierdzono, że Higgs ma masę około 126 razy większą niż proton. Ale teoretycznie możliwa jest zmiana tej masy. To dlatego, że wszechświat może nie być teraz w najniższej możliwej konfiguracji energetycznej. Cały kosmos może znajdować się w tak zwanej niestabilnej fałszywej próżni, w przeciwieństwie do prawdziwej próżni. Gdyby Higgowie w jakiś sposób rozpadły się na niższą masę, wówczas wszechświat wpadłby w stan prawdziwej próżni o niższej energii.
Gdyby Higgowie nagle przerzucili się na niższą masę i inne właściwości, to podobnie wpłynęłoby na wszystko inne we wszechświecie. Elektrony mogą już nie być w stanie krążyć wokół protonów, co uniemożliwi atomom. Podobnie fotony mogą wytwarzać masę, co oznacza, że słońce może wydawać się deszczem. Nie wiadomo, czy jakieś żywe stworzenia przeżyją taki stan.
„Sklasyfikowałbym to jako katastrofę środowiskową fizyki cząstek” - powiedział Caldwell. „Nie powoduje bezpośrednio rozpadu wszechświata - sprawia, że jest to kiepskie miejsce do życia”.
