Будущее Вселенной

Будущее Вселенной – один из основных вопросов космологии, ответ на который зависит, в первую очередь, от таких характеристик и свойств Вселенной как ее масса, энергия, средняя плотность, а также скорость расширения.

Что мы знаем о Вселенной?

Для начала следует определить само понятие «Вселенная», которое имеет место быть как в астрономии, так и философии. В области астрономии наблюдаемую область Вселенной называют Метагалактикой или просто астрономической Вселенной. Однако, с теоретической точки зрения, которая учитывается большинством моделей и сценариев развития Вселенной, она представляет собой колоссальную систему, выходящую за пределы возможного наблюдения.

Одним из важнейших свойств Вселенной, которое было открыто относительно недавно – это практически однородное и изотропное расширение, которое также оказалось ускоренным. В зависимости от продолжительности этого расширения история Вселенной может принять один из двух предполагаемых сценариев.

В первом случае расширение будет продолжаться до бесконечности, вместе с этим средняя плотность вещества во Вселенной будет стремительно падать, приближаясь к нулю. Коротко говоря, вся начнется с распада скоплений галактик, а закончится делением протона на кварки.

Второй сценарий учитывает постулаты общей теории относительности (ОТО), которая гласит о том, что при значительном росте плотности вещества искривляется пространство-время. Если расширение все же начнет замедляться, то вероятнее всего в какой-то момент оно обернется сжатием. Тогда Вселенная начнет сжиматься, а средняя плотность ее вещества – стремительно расти. При таком ходе событий, согласно ОТО, пространство-время будет постепенно искривляться до тех пор, пока Вселенная не замкнется сама на себе, вроде поверхности обычной сферы, но с большим количеством измерений, чем мы привыкли себе представлять.

Космологические эпохи Вселенной

В попытках предсказать дальнейшую судьбу астрономической Вселенной, ученые разделили ее существование на следующие этапы:

1. Эпоха звезд (10⁶ – 10¹⁴ лет Вселенной). Эпоха, в которую мы живем, и которая отличается активным формированием и рождением звезд. Эпоха звезд будет длиться до того момента, пока не будут исчерпаны все запасы межзвездного газа. К тому времени красные карлики, небольшие и относительно холодные звезды (2000 – 3000 К), окончательно потухнут, переработав все внутреннее топливо. Солнце же, примерно через 5 млрд. лет (около 19 х 10⁹ лет Вселенной) обернется красным гигантом, сбросив с себя верхние слои, которые вероятно поглотят Меркурий и Венеру. Если Землю не постигнет та же участь, то наша планета станет раскаленной и покроется лавой. Спустя еще 2 млрд. лет Солнце оставит после себя лишь белого карлика, а Млечный Путь начнет сливаться с галактикой Андромеда, в результате чего образуется новая единая галактика.
2. Эпоха распада (10¹⁵ – 10³⁹ лет). Временной отрезок жизни Вселенной, к началу которого топливо большинства звезд будет переработано, и они перейдут к последнему этапу своей эволюции, существованию в виде белых карликов, нейтронных звезд или черных дыр, в зависимости от изначальных характеристик тела. Термоядерные реакции будут иметь место лишь в недрах коричневых карликов, которых в космическом пространстве останется незначительное количество. Постепенно галактики одного и того же скопления сольются воедино.
   

   Конец эпохи распада в представлении художника. Пространство без звезд выглядит пугающе.

3. Эпоха черных дыр (10⁴⁰ – 10¹⁰⁰ лет). До начала этой эпохи подавляющая часть космических тел распадется на элементарные частицы, которые и станут основными представителями вещества во Вселенной. Из числа массивных объектов останется лишь малое число нейтронных звезд, а также черные дыры. Если все предыдущие эпохи они накапливали на своей поверхности вещество, то теперь останется лишь процесс излучения накопленного вещества в виде различных элементарных частиц, по большей части – фотонов (излучение Грибова-Хокинга). В результате длительного излучения частиц черная дыра постепенно теряет массу. По этой причине в некоторый момент сил гравитации становится недостаточно, чтобы удержать черную дыру как единое тело, и она взрывается, высвобождая колоссальную энергию в виде испускаемых частиц. Другим типом излучения черной дыры являются гравитационные волны, которые формируются как результат столкновения двух массивных объектов. В результате взаимного притяжения черных дыр образуются их скопления и сверхскопления. Примечательно, что по этой причине может образоваться одна гигантская черная дыра, которая либо будет существовать до конца жизни Вселенной, либо ее температура и плотность достигнут Планковского предела и она вспыхнет новым Большим Взрывом, дав начало новой Вселенной.
4. Эпоха вечной тьмы ( > 10¹⁰¹ лет). Всевозможные источники энергии уже исчерпали себя и в космическом пространстве остались лишь их остаточные продукты, вроде длинноволнового излучения фотонов, нейтрино, кварков, а также позитронов и электронов. Последние изредка и на короткое время (до 143 нс) будут образовывать систему в виде экзотического атома – позитрония. Однако, в конце концов все элементарные частицы настигнет полная аннигиляция. При этом температура Вселенной упадет до максимально близкого значения к абсолютному нулю.

Будущее Вселенной

Несмотря на то, что вещество Вселенной постепенно аннигилирует, само пространство может эволюционировать по четырем гипотетическим сценариям:

1. Если со временем расширение Вселенной замедлится, а после — обернется в сжатие, то конечным этапом ее жизни станет Большое сжатие. В результате чего все вещество коллапсирует и вернется в изначальное свое состояние – сингулярность.
2. Иной сценарий — средняя плотность вещества Вселенной точно определена и является таковой, что расширение постепенно замедляется.
3. Наиболее вероятная, в силу современных результатов наблюдений, модель. Подразумевает равномерное расширение Вселенной, по инерции.
4. Стремительный рост скорости расширения Вселенной, который приведет наш мир к так называемому Большому разрыву.