Dnes budeme hovořit o věčnosti, samozřejmě ne o smrti, ale o vesmíru a energii. Jak citoval jeden pozoruhodný fyzik, lze všechny fyzikální rovnice zjednodušit, dokud nebude existovat jeden symbol U \u003d 0. (Energie je nula)
Je jasné, že zpočátku nebylo nic nulového, a pak vzniklo jakési kolísání fluktuací, které dalo vzniknout našemu vesmíru ... Takže toto mystické nic nevážilo hromadu tun nebo se zrychlilo na takovou rychlost, že jeho bodová stezka tvoří základ všech kvarků na světě. Tato myšlenka byla vyvolána zapleteným fotonem. Nějak informuje svůj pár o svém stavu. A tato rychlost je vyšší než rychlost světla, možná je okamžitá, prostě nemáme taková zařízení, abychom to napravili. Obecně je obtížné synchronizovat dva různé chronometry do jedné femtosekundy, bez ohledu na to, kdo co říká. Celkově se hmotnost všech vakuových bublin, pokud jsou nehybné, rovná nule, jejich energie se rovná nule, ale vše se začne měnit, jakmile se objeví zrychlení nebo oscilace kolem podmíněného středu, tedy množství odpočinku. Podívejte se na vzdálené galaxie, mnoho z nich se točí, jsou tu neutronové hvězdy, ještě úžasnější objekty. Jak se začali hýbat? Kvůli fúzi nejmenších cihel vesmíru vakuové články. Nejvíce přispívají ke všem známým interakcím. Pokud se v jednom bodě nespojí dvě, ale tři vakuové bubliny, objeví se foton. Jedná se o relativně stabilnější útvar, ale má pouze jednu rovinu otáčení, proto se pohybuje velmi rychle v obou směrech. Ale sloučením čtyř buněk získá elektron, ve kterém jsou již dvě osy otáčení. Samotná primární bublina má relativně velkou velikost o průměru 1,9 mm; je to jen obr v mikrosvětě. Ale po kombinaci s jiným se velikost čtyřikrát zmenší a energie naopak vzroste.
Něco podobného se stane, když je světlo stlačeno tím, že ho nutí procházet jemnější atomovou mřížkou, z červeného spektra se dá udělat zelená a pak modrá. Podle této analogie procházejí velké vakuové bubliny, které se blíží k Zemi z prostoru narážejícího na molekuly vzduchu, jako by sítem byly stlačeny a byly hustší a menší. A co je přimělo přiblížit se k naší planetě nebo co přitahuje? Nyní vyjádřím pobouřenou myšlenku, která se však zapíše do historie fyziky.
Podívejte se na velmi velkou vakuovou bublinu, je to v podstatě mikrovlnná trouba, aby ji propíchla a rozbila, bude to stačit na to, aby jí prošel foton, elektron, atomové jádro nebo jen teplo. Proto Slunce, které vyzařuje ze všech elektromagnetických vln nejvíce, vyvolává neustálý nedostatek bublin v jeho blízkosti a vytváří příliv nových z dálky. Vytvoří se velká oblast sníženého podtlaku. Je logické, že všechny planety musí určitě spadnout na naši hvězdu, a to by se stalo už dávno, nebýt jedné věci. Samotná hvězda se valí, sklon "sníženého tlaku ze středu galaxie. Dláždí si cestu pouze sám, vypaluje cestu před sebou vlastním elektromagnetickým polem. Země a další planety dělají totéž díky svým magnetickým polím. Navíc díky své vyšší hustotě mají čas získat velkou rychlost v Vesmír než Slunce. Jelikož se pohybuje téměř po přímce a stále kolem ní vypisujeme preclík. Vesmírné buňky propíchající sluneční soustavu pod jedním úhlem se stejně orientují jako kompas, naše elektromagnetická pole, což znamená, že nutí všechny planety zrychlovat jedním směrem společně se Sluncem. To je od severního magnetického pólu na jih a elektrické vedení vycházející z jihu je silnější, protože máme tvar vajíčka, jižní polokoule je zploštělá. (Vyzařuje více v procentech)
Je příliš brzy na vyvozování závěrů, ale gravitace bude muset být zcela přepracována jako mechanismus pohonu všech nebeských těles. Pokud v prostoru záříte silným laserem, bude mít dopředný tah ve směru paprsku, který je silnější, než ho reaktivní síla stáhne zpět. Protože bude intenzivněji praskat bubliny s fotony před sebou a vybíjet prostor.
Mimochodem, věnujte pozornost malým asteroidům, které mohou zrychlit až 60 km za sekundu, i když polovina z nich je naše vlastní zrychlení a dochází k přidání rychlostí. Nebeské kameny samy o sobě prakticky nevyzařují nic, což znamená, že jsou urychlovány výhradně na plavební dráze větrů elektromagnetických polí Slunce a planet. Ukazuje se, že celková rychlost éterického větru „30 km / s všude v naší galaxii.
Jak jsem to věděl? Velmi jednoduchý úkol, představte si, že máte auta, která jezdí různými rychlostmi, náhodně tam a zpět, někdy mezi nimi dochází ke kolizím častěji tangenciálně, méně často čelně, ale ty dosahují maximální síly. Kráčeli tedy k sobě přibližně stejnou rychlostí.
Epilog to znamená, že existuje také obrácená reakce na rozdělení vesmírných bublin a rozpínání vesmíru?
Ano, ale to je jiný příběh.
Průvodce nemožným, neuvěřitelným a úžasným.
V opuštěném podkroví poblíž Britského muzea:
Cornelius popadl prázdný list papíru, prošel ho válečkem a začal psát. Výchozím bodem jeho příběhu byl samotný Velký třesk, když se vesmír vydal na stále se rozšiřující cestu do budoucnosti. Po krátkém výbuchu inflace byl vesmír uvržen do řady fázových přechodů a vytvořil nadbytek hmoty nad antihmotou. Během této prvotní epochy vesmír neobsahoval vůbec žádné vesmírné struktury.
Po milionu let a mnoha hromádkách papíru se Cornelius dostal do éry hvězd - do doby, kdy se hvězdy aktivně rodí, žijí svůj životní cyklus a vyrábějí energii jadernými reakcemi. Tato jasná kapitola se uzavírá, když v galaxiích dojde plynný vodík, přestanou vytvářet hvězdy a pomalu mizí nejdelší červení trpaslíci.
Cornelius zadáním nonstop přináší svůj příběh do úpadku s hnědými trpaslíky, bílými trpaslíky, neutronovými hvězdami a černými dírami. Uprostřed této zmrzlé pouště se temná hmota pomalu shromažďuje uvnitř mrtvých hvězd a ničí se do záření, které pohání vesmír. Rozpad protonu vstupuje na scénu na konci této kapitoly, protože hmotná energie zdegenerovaných hvězdných zbytků pomalu uniká a život založený na uhlíku úplně vymírá.
Když unavený autor pokračuje ve své práci, jediné postavy v jeho vyprávění jsou černé díry. Ale černé díry nemohou žít věčně. Tyto tmavé objekty vyzařují světlo tak slabé jako nikdy předtím a vypařují se pomalým kvantově mechanickým procesem. Při absenci jiného zdroje energie je vesmír nucen spokojit se s tímto skromným množstvím světla. Po odpaření největších černých děr se přechodný soumrak éry černých děr vzdává pod náporem ještě hlubší temnoty.
Na začátku závěrečné kapitoly došel Cornelius papír, ale ne čas. Ve vesmíru již nejsou žádné hvězdné objekty, ale pouze zbytečné produkty, které zbyly z předchozích kosmických katastrof. V této chladné, temné a velmi vzdálené éře věčné temnoty se kosmická aktivita znatelně zpomaluje. Extrémně nízká úroveň energie odpovídá obrovskému časovému rozpětí. Po svém ohnivém mládí a plný energie středního věku se současný vesmír pomalu vkrádá do temnoty.
Jak vesmír stárne, jeho charakter se neustále mění. V každé fázi svého budoucího vývoje si vesmír udržuje úžasnou paletu složitých fyzikálních procesů a dalšího zajímavého chování. Naše biografie vesmíru, od jeho zrodu v explozi až po dlouhé a postupné sklouznutí do věčné temnoty, je založena na moderním chápání fyzikálních zákonů a zázraků astrofyziky. Vzhledem k rozsáhlosti a důkladnosti moderní vědy představuje tento příběh nejpravděpodobnější vizi budoucnosti, kterou můžeme sestavit.
Šíleně velká čísla
Když diskutujeme o širokém spektru exotického chování vesmíru, které je možné v budoucnu, čtenář by si mohl myslet, že se může stát cokoli. Ale není tomu tak. Navzdory množství fyzických možností ve skutečnosti dojde jen k malému zlomku teoreticky možných událostí.
Především zákony fyziky ukládají přísná omezení jakéhokoli povoleného chování. Je třeba dodržovat zákon zachování celkové energie. Zákon zachování elektrického náboje nesmí být porušován. Hlavním vůdčím konceptem je druhý zákon termodynamiky, který formálně stanoví, že celková entropie fyzického systému se musí zvýšit. Zhruba řečeno, tento zákon předpokládá, že systémy by se měly vyvinout do stavů narůstající poruchy. V praxi druhý zákon termodynamiky nutí teplo, aby se pohybovalo od horkých předmětů ke studeným, a ne naopak.
Ale ani v rámci procesů povolených zákony fyziky k mnoha událostem, které se v zásadě mohly stát, nikdy nedošlo. Jedním z běžných důvodů je, že prostě trvají příliš dlouho a nejdříve se odehrávají jiné procesy, které je předstihují. Proces studené fúze je dobrým příkladem tohoto trendu. Jak jsme již uvedli v souvislosti s jadernými reakcemi ve vnitřcích hvězd, nejstabilnějším ze všech možných jader je železné jádro. Mnoho menších jader, jako je vodík nebo hélium, by se vzdalo své energie, pokud by se mohly spojit do železného jádra. Na druhém konci periodické tabulky by se větší jádra, jako je uran, také vzdala své energie, pokud by je bylo možné rozdělit na části a z těchto částí tvořit železné jádro. Železo je nejnižší energetický stav, který mají jádra k dispozici. Jádra mají tendenci být ve formě železa, ale energetické bariéry brání tomu, aby se tato transformace ve většině podmínek snadno uskutečnila. Překonání těchto energetických bariér obecně vyžaduje buď vysoké teploty, nebo delší dobu.
Uvažujme o velkém kusu pevného materiálu, jako je skála nebo možná planeta. Struktura této pevné látky se nemění v důsledku běžných elektromagnetických sil, jako jsou síly zapojené do chemické vazby. Místo zachování původního jaderného složení se látka v zásadě mohla přeskupit, takže se všechna její atomová jádra změnila na železo. Aby k takové restrukturalizaci hmoty mohlo dojít, musí jádra překonat elektrické síly, které udržují tuto hmotu ve formě, ve které existuje, a elektrické odpudivé síly, s nimiž jádra na sebe působí. Tyto elektrické síly vytvářejí silnou energetickou bariéru, podobně jako ta na obr. 23. Kvůli této bariéře se jádra musí přeskupit kvantově mechanickým tunelováním (jakmile jádra proniknou bariérou, silná přitažlivost iniciuje fúzi). Naše hmota by tedy ukazovala jadernou aktivitu. Vzhledem k dostatku času by se celá skála nebo celá planeta změnila v čisté železo.
Jak dlouho by taková jaderná restrukturalizace trvala? Jaderná aktivita tohoto typu by přeměnila jádra kamene na železo asi za patnáct set kosmologických desetiletí. Pokud by tento jaderný proces proběhl, přebytečná energie by byla emitována do vesmíru, protože železná jádra odpovídají stavu s nižší energií. Tento proces studené fúze však nikdy nebude dokončen. Nikdy to ani opravdu nezačne. Všechny protony, které tvoří jádra, se rozpadnou na menší částice mnohem dříve, než se jádra přemění na železo. Dokonce i nejdelší možná životnost protonu je méně než dvě stě kosmologických dekád - mnohem kratší než obrovské množství času potřebné pro fúzi za studena. Jinými slovy, jádra se rozpadnou, než budou mít šanci proměnit se v železo.
Dalším fyzickým procesem, který trvá příliš dlouho, než aby byl považován za důležitý pro kosmologii, je tunelování zdegenerovaných hvězd do černých děr. Protože černé díry jsou nejnižší energetické stavy dostupné hvězdám, má zdegenerovaný bílý trpasličí objekt více energie než černá díra stejné hmotnosti. Pokud by se tedy bílý trpaslík mohl spontánně transformovat na černou díru, uvolnil by přebytečnou energii. Obvykle však taková transformace neprobíhá kvůli energetické bariéře vytvořené tlakem degenerovaného plynu, který podporuje existenci bílého trpaslíka.
Přes energetickou bariéru se bílý trpaslík mohl transformovat na černou díru pomocí kvantově mechanického tunelování. Kvůli principu nejistoty by všechny částice (10 57 nebo tak), které tvoří bílého trpaslíka, mohly být v tak malém prostoru, že by vytvořily černou díru. Tato náhodná událost však trvá extrémně dlouho - asi 1076 kosmologických dekád. Je nemožné přehánět skutečně obrovskou velikost 10 76 kosmologických dekád. Pokud si zapíšete toto nesmírně dlouhé časové období v letech, dostanete jeden s 10 76 nulami. Možná bychom ani nezačali psát toto číslo do knihy: mělo by to řádově jednu nulu pro každý proton ve viditelném moderním vesmíru, dát nebo vzít pár řádů. Není nutné říkat, že protony se rozpadnou a bílí trpaslíci zmizí dlouho předtím, než vesmír dosáhne 10 76. kosmologické dekády.
Co se vlastně děje v procesu dlouhodobé expanze?
I když je mnoho událostí prakticky nemožné, zůstává celá řada teoretických možností. Nejširší kategorie budoucího chování vesmíru jsou založeny na tom, zda je vesmír otevřený, plochý nebo uzavřený. Otevřený nebo plochý vesmír se bude navždy rozšiřovat, zatímco uzavřený vesmír po určité době, která závisí na počátečním stavu vesmíru, podstoupí opětovnou kontrakci. Když se však podíváme na spekulativnější možnosti, zjistíme, že budoucí vývoj vesmíru může být mnohem složitější, než toto jednoduché klasifikační schéma naznačuje.
Hlavním problémem je, že můžeme provádět měření, která mají fyzikální význam, a proto můžeme činit určité závěry pouze ve vztahu k místní oblasti vesmíru - části omezené moderním kosmologickým horizontem. Můžeme měřit celkovou hustotu vesmíru v této místní oblasti, která je asi dvacet miliard světelných let. Měření hustoty v tomto místním objemu však bohužel neurčují dlouhodobý osud vesmíru jako celku, protože náš vesmír může být mnohem větší.
Předpokládejme například, že bychom mohli měřit, že kosmologická hustota přesahuje hodnotu potřebnou k uzavření vesmíru. Dospěli bychom k experimentálnímu závěru, že v budoucnosti by měl náš vesmír podstoupit opětovnou kontrakci. Vesmír by byl jasně vyslán zrychlujícím se sledem přírodních katastrof vedoucích k velké kompresi, popsané v následující části. Ale to není všechno. Naše místní oblast vesmíru - část, kterou pozorujeme, je uzavřena v tomto imaginárním scénáři Armageddon - by mohla být vnořena do mnohem větší oblasti s mnohem nižší hustotou. V tomto případě by komprimaci zažila pouze určitá část celého vesmíru. Zbývající část pokrývající snad většinu vesmíru by se mohla nekonečně rozšiřovat.
Čtenář s námi může nesouhlasit a říci, že tato komplikace je málo užitečná: naše vlastní část vesmíru je stále předurčena k přežití opětovné kontrakce. Náš svět stále neunikne ničení a ničení. Tento záblesk velkého obrazu však dramaticky mění naši perspektivu. Pokud větší vesmír přežije jako celek, zničení naší místní oblasti není taková tragédie. Nepopřeme, že zničení jednoho města na Zemi, řekněme v důsledku zemětřesení, je hrozná událost, ale přesto to zdaleka není tak hrozné jako úplné zničení celé planety. Stejně tak ztráta jedné malé části celého vesmíru není tak zničující jako ztráta celého vesmíru. Složité fyzikální, chemické a biologické procesy se stále mohou odvíjet ve vzdálené budoucnosti, někde ve vesmíru. Zničení našeho místního vesmíru by mohlo být jen další katastrofou z celé řady astrofyzikálních katastrof, které pravděpodobně přinesou budoucnost: smrt našeho Slunce, konec života na Zemi, odpařování a rozptyl naší Galaxie, rozpad protonů a následně i zničení veškeré běžné hmoty. odpařování černých děr atd.
Přežití většího vesmíru poskytuje příležitost ke spáse: buď skutečné cestování na dlouhé vzdálenosti, nebo náhradní osvobození prostřednictvím přenosu informací prostřednictvím světelných signálů. Tato cesta k záchraně života může být obtížná nebo dokonce zakázaná: vše závisí na tom, jak je uzavřená oblast našeho místního časoprostoru kombinována s větší oblastí vesmíru. Skutečnost, že život může pokračovat jinde, však udržuje naději při životě.
Pokud bude naše místní oblast znovu komprimována, nemusí být dost času na to, aby se všechny astronomické události popsané v této knize vyskytly v naší části vesmíru. Nakonec se však tyto procesy budou stále vyskytovat na nějakém jiném místě ve vesmíru - daleko od nás. Kolik času máme, než bude místní část vesmíru znovu komprimována, závisí na hustotě místní části. Ačkoli moderní astronomická měření naznačují, že jeho hustota je tak nízká, že se naše místní část vesmíru vůbec nezhroutí, ve tmě může číhat další neviditelná hmota. Maximální možná povolená místní hustota je přibližně dvojnásobek hodnoty požadované pro uzavření místní části vesmíru. Ale i při této maximální hustotě nemůže vesmír začít kontraktovat, dokud neuplyne alespoň dvacet miliard let. Toto časové omezení by nám dalo zpoždění místní verze Velké komprese o dalších nejméně padesát miliard let.
Může také dojít k opačnému souboru okolností. Naše místní část vesmíru může vykazovat relativně nízkou hustotu, a proto splňuje podmínky pro věčný život. Tento místní kus časoprostoru však lze vnořit do mnohem větší oblasti s mnohem vyšší hustotou. V tomto případě, když se náš místní kosmologický horizont dostatečně zvětší, aby zahrnoval větší oblast s vyšší hustotou, náš místní vesmír se stane součástí většího vesmíru, který je předurčen k opětovné kontrakci.
Tento scénář destrukce vyžaduje, aby náš místní vesmír měl téměř plochou kosmologickou geometrii, protože teprve potom rychlost expanze neustále klesá. Téměř plochá geometrie umožňuje více a více regionům metamškálového vesmíru (celkový obraz vesmíru) ovlivňovat místní události. Tato velká okolní oblast musí být dostatečně hustá, aby nakonec přežila opětovnou kompresi. Musí žít dostatečně dlouho (tj. Nesmí se zhroutit příliš brzy), aby se náš kosmologický horizont rozšířil do požadovaného velkého rozsahu.
Pokud jsou tyto myšlenky realizovány ve vesmíru, pak náš místní vesmír není vůbec „stejný“ jako mnohem větší oblast vesmíru, která jej pohlcuje. Na dostatečně velkých vzdálenostech by tedy byl jasně porušen kosmologický princip: Vesmír by nebyl stejný v každém bodě vesmíru (homogenní) a ne nutně stejný ve všech směrech (izotropní). Takový potenciál vůbec nevyvrací naše použití kosmologického principu ke studiu historie minulosti (jako v teorii velkého třesku), protože vesmír je v naší lokální oblasti časoprostoru jasně homogenní a izotropní, jehož poloměr je v současné době asi deset miliard světla let. Případné odchylky od uniformity a izotropie se připisují velká velikost, což znamená, že se mohou objevit až v budoucnu.
Kupodivu můžeme uvalit omezení na povahu té větší oblasti vesmíru, která je v současné době mimo náš kosmologický horizont. Měření kosmického pozadí je extrémně rovnoměrné. Velké rozdíly v hustotě vesmíru však, i kdyby byly mimo kosmologický horizont, jistě způsobí pulzace v tomto jednotném záření na pozadí. Absence významných pulzací tedy naznačuje, že jakékoli očekávané poruchy hustoty musí být od nás velmi daleko. Pokud jsou však poruchy hustoty daleko, pak může naše místní oblast vesmíru žít dostatečně dlouho, než se s nimi setká. Nejbližší možný okamžik, kdy velké rozdíly v hustotě budou mít dopad na naši část vesmíru, přijde asi za sedmnáct kosmologických desetiletí. Ale s největší pravděpodobností k této události měnící se vesmír dojde mnohem později. Podle většiny verzí teorie inflačního vesmíru zůstane náš vesmír homogenní a téměř plochý po stovky i tisíce kosmologických dekád.
Velká komprese
Pokud je vesmír (nebo jeho část) uzavřen, pak gravitace zvítězí nad expanzí a začne nevyhnutelná kontrakce. Takový vesmír, který by zažil druhý kolaps, by ukončil svoji životní cestu v ohnivém rozuzlení známém jako Velká komprese... Mnoho z nepřátel, které označují časovou posloupnost zmenšujícího se vesmíru, poprvé zkoumal sir Martin Rees, nyní anglický astronom Royal. Když bude vesmír vržen do tohoto velkého finále, nebude existovat žádný nedostatek katastrof.
A ačkoli se vesmír pravděpodobně bude navždy rozšiřovat, jsme si více či méně jistí, že hustota vesmíru nepřesahuje dvojnásobek kritické hustoty. S vědomím této horní hranice můžeme argumentovat minimálně možný čas zbývající před rozpadem vesmíru ve Velké kompresi je asi padesát miliard let. Doomsday je stále velmi daleko od jakéhokoli lidského standardu času, takže nájemné by pravděpodobně mělo být i nadále placeno pravidelně.
Předpokládejme, že po dvaceti miliardách let poté, co vesmír dosáhl své maximální velikosti, skutečně prochází opětným stahováním. V té době bude vesmír asi dvakrát větší než dnes. Teplota záření pozadí bude asi 1,4 stupně Kelvin, což je poloviční teplota dnes. Poté, co se vesmír ochladil na tuto minimální teplotu, následný kolaps ji zahřeje, když se řítí směrem k Velké kompresi. Během této komprese budou zničeny všechny struktury vytvořené vesmírem: shluky, galaxie, hvězdy, planety a dokonce i samotné chemické prvky.
Asi dvacet miliard let po začátku opětovného smrštění se vesmír vrátí k velikosti a hustotě moderního vesmíru. A za uplynulých čtyřicet miliard let se vesmír pohybuje vpřed a má přibližně stejnou strukturu ve velkém měřítku. Hvězdy se stále rodí, vyvíjejí a umírají. Malé hvězdy, které šetří palivo, jako náš blízký soused Proxima Centauri, nemají dost času na to, aby podstoupily jakýkoli významný vývoj. Některé galaxie se srazí a sloučí se do svých rodičovských shluků, ale většina z nich zůstává do značné míry nezměněna. Změna dynamické struktury vyžaduje jedinou galaxii přes čtyřicet miliard let. Převrácením Hubbleova zákona expanze se některé galaxie posunou blíže k naší galaxii, místo aby se od ní vzdálily. Pouze tento zvědavý trend modrého posunu umožní astronomům nahlédnout do blížící se katastrofy.
Jednotlivé shluky galaxií, rozptýlené v obrovském prostoru a volně vázané v hrudkách a vláknech, zůstanou nedotčeny, dokud se vesmír nezmění na velikost pětkrát menší než dnes. V době tohoto hypotetického budoucího spojení se shluky galaxií sloučí. V dnešním vesmíru zabírají kupy galaxií jen asi jedno procento objemu. Jakmile se však vesmír zmenší na pětinu své současné velikosti, shluky vyplní prakticky celý prostor. Vesmír se tak stane jedním obrovským shlukem galaxií, ale samotné galaxie si v této době zachovají svou individualitu.
Jak kontrakce pokračuje, vesmír se velmi brzy stokrát zmenší, než je dnes. V této fázi bude průměrná hustota vesmíru rovná průměrné hustotě galaxie. Galaxie se budou navzájem překrývat a jednotlivé hvězdy již nebudou patřit k žádné konkrétní galaxii. Pak se celý vesmír promění v jednu obrovskou galaxii plnou hvězd. Teplota pozadí vesmíru, vytvořená kosmickým zářením, stoupá na 274 stupňů Kelvina a blíží se k bodu tání ledu. Vzhledem k rostoucí komprimaci událostí po této éře je mnohem pohodlnější pokračovat v příběhu z pozice opačného konce časové osy: zbývající čas do Velké komprese. Když teplota vesmíru dosáhne bodu tání ledu, má náš vesmír budoucí historii deset milionů let.
Až do této chvíle život na pozemských planetách pokračuje zcela nezávisle na vývoji vesmíru kolem něj. Ve skutečnosti bude teplo oblohy nakonec roztavit zmrazené objekty podobné Pluto, které se unášejí po obvodu každé sluneční soustavy a poskytují jednu poslední prchavou šanci, aby život ve vesmíru vzkvétal. Tato relativně krátká loni na jaře skončí s dalším vzestupem teploty pozadí. Se zmizením tekuté vody v celém vesmíru dochází k hromadnému zániku všech živých věcí víceméně současně. Oceány se vrou a noční obloha je jasnější než denní obloha, kterou dnes vidíme ze Země. Když zbude před konečnou kontrakcí jen šest milionů let, musí jakékoli formy přežívajícího života buď zůstat hluboko ve střevech planet, nebo vyvinout propracované a účinné chladicí mechanismy.
Po konečném zničení prvních shluků a poté samotných galaxií jsou další v řadě ohně hvězdy. Pokud by se nic jiného nestalo, hvězdy by se dříve či později střetly a navzájem zničily tváří v tvář pokračující a destruktivní kompresi. Takový krutý osud je však obejde, protože hvězdy se budou postupně zhroutit dlouho předtím, než bude vesmír dostatečně hustý, aby došlo ke srážkám hvězd. Když teplota nepřetržitě se hroutícího se záření pozadí překročí teplotu povrchu hvězdy, která se rovná čtyřem až šesti tisícům Kelvinů, může radiační pole výrazně změnit strukturu hvězd. A ačkoli jaderné reakce pokračují ve vnitřcích hvězd, jejich povrchy se pod vlivem velmi silného pole vnějšího záření vypařují. Záření pozadí je tedy hlavní příčinou ničení hvězd.
Když se hvězdy začnou odpařovat, vesmír je asi dva tisíckrát menší než dnes. V této turbulentní éře vypadá noční obloha stejně jasně jako povrch slunce. Je obtížné zanedbat stručnost zbývajícího času: nejsilnější záření spálí jakoukoli pochybnost, že do konce zůstává méně než milion let. Každý astronom, který má dost technologické vynalézavosti, aby přežil v této době, si může s pokorným údivem vzpomenout, že kypící kotel vesmíru, který pozorují - hvězdy zamrzlé na obloze tak jasné jako slunce - není nic jiného než návrat Olbersova paradoxu nekonečně starý a statický vesmír.
Jakákoli jádra hvězd nebo hnědých trpaslíků, která přežila do této doby odpařování, budou roztržena nejneznámějším způsobem. Když teplota okolního záření dosáhne deseti milionů stupňů Kelvina, což je srovnatelné se současným stavem centrálních oblastí hvězd, může se jakékoli zbývající jaderné palivo vznítit a vést k nejsilnějšímu a velkolepému výbuchu. Hvězdné předměty, které dokáží přežít vypařování, tak přispějí k celkové atmosféře konce světa a změní se v fantastické vodíkové bomby.
Planety ve zmenšujícím se vesmíru budou sdílet osud hvězd. Obří koule plynu, jako jsou Jupiter a Saturn, se mnohem snadněji vypařují než hvězdy a zanechávají za sebou jen centrální jádra, nerozeznatelná od pozemských planet. Jakákoli kapalná voda se už dávno vypařila z povrchů planet a velmi brzy bude následovat i její atmosféra. Zbývají pouze holé a neúrodné pustiny. Skalnaté povrchy se tají a vrstvy tekutý kámen postupně zhoustnout, případně pokrýt celou planetu. Gravitace zabraňuje umírajícím roztaveným zbytkům v tom, aby se rozpadly, a vytvářejí těžké silikátové atmosféry, které zase unikají do vesmíru. Odpařující planety, vrhající se do oslepujících plamenů, zmizí beze stopy.
Když planety opouští stádium, atomy mezihvězdného prostoru se začnou rozpadat na jejich jádra a elektrony. Záření pozadí se stává tak silné, že fotony (částice světla) přijímají dostatek energie k uvolnění elektronů. Výsledkem je, že za posledních několik set tisíc let atomy přestaly existovat a hmota se rozpadla na nabité částice. Záření pozadí silně interaguje s těmito nabitými částicemi, přičemž hmota a záření jsou úzce propojeny. Kosmické fotony na pozadí, které po rekombinaci po téměř šedesáti miliardách let nepřekážely, přistávají na povrchu jejich „dalšího“ rozptylu.
Rubikon je zkřížen, když se vesmír zmenší na desetitisícinu své skutečné velikosti. V této fázi hustota záření přesahuje hustotu hmoty - to byl případ až bezprostředně po Velkém třesku. Ve vesmíru začíná opět dominovat záření. Protože hmota a záření se chovají jinak, protože prošly kompresí, další komprese se mírně mění, jak vesmír prochází tímto přechodem. Zbývá už jen deset tisíc let.
Když zbývají jen tři minuty před konečnou kompresí, začnou se atomová jádra rozkládat. Tento úpadek pokračuje až do poslední sekundy, kdy jsou zničena všechna volná jádra. Tato éra antinukleosyntézy se velmi výrazně liší od násilné nukleosyntézy, ke které došlo v prvních několika minutách pravěké éry. V prvních několika minutách historie vesmíru se tvořily pouze nejlehčí prvky, hlavně vodík, hélium a trochu lithia. V posledních několika minutách byla ve vesmíru přítomna celá řada těžkých jader. Železná jádra drží nejsilnější vazby, takže jejich rozpad vyžaduje nejvíce energie na částici. Zmenšující se vesmír však vytváří stále vyšší teploty a energie: dříve nebo později v tomto šíleně destruktivním prostředí zemřou i železná jádra. V poslední vteřině života vesmíru v něm nezůstává ani jeden chemický prvek... Protony a neutrony se opět uvolní - jako v první vteřině historie vesmíru.
Pokud v této epochě zůstane alespoň nějaký život ve vesmíru, okamžik zničení jader se stane linií, díky které se nevrátí. Po této události ve vesmíru nezbude nic, co by se vzdáleně podobalo životu na Zemi založeném na uhlíku. Ve vesmíru nezůstane žádný uhlík. Každý organismus, který dokáže přežít rozklad jader, musí patřit skutečně exotickému druhu. Možná stvoření založená na silné interakci viděli poslední vteřinu života vesmíru.
Poslední vteřina je hodně podobná filmu Big Bang, který se zobrazuje dozadu. Po rozpadu jader, kdy je vesmír oddělen od smrti pouze o jednu mikrosekundu, se protony a neutrony samy rozpadnou a vesmír se změní v moře volných kvarků. Jak komprese pokračuje, vesmír se stává teplejším a hustším a zdá se, že se v něm mění fyzikální zákony. Když vesmír dosáhne teploty asi 10-15 stupňů Kelvina, slabá jaderná síla a elektromagnetická síla se spojí a vytvoří elektroslabou sílu. Tato událost je jakýmsi kosmologickým fázovým přechodem, který vágně připomíná přeměnu ledu na vodu. Jak se dostáváme k vyšším energiím, na konci času se vzdáváme přímých experimentálních důkazů, čímž se vyprávění, ať se nám to líbí nebo ne, stává spekulativnější. A přesto pokračujeme. Koneckonců, vesmír má stále 10-11 sekund historie.
Další důležitý přechod nastane, když je silná síla kombinována s elektroslabým. Tato událost se nazývala velké sjednocení, kombinuje tři ze čtyř základních přírodních sil: silná jaderná síla, slabá jaderná síla a elektromagnetická síla. Toto sjednocení se odehrává při neuvěřitelně vysoké teplotě 10 28 stupňů Kelvina, když má vesmír život pouze 10 - 37 sekund.
Poslední důležitou událostí, kterou můžeme oslavit v našem kalendáři, je sjednocení gravitace s ostatními třemi silami. Tato klíčová událost nastane, když kolabující vesmír dosáhne teploty asi 1032 stupňů Kelvina a před Velkou kompresí zbývá jen 10 - 43 sekund. Tato teplota nebo energie se obvykle nazývá hodnota Planck... Vědci bohužel nemají samostatnou fyzikální teorii pro energetickou škálu, kde jsou všechny čtyři základní přírodní síly spojeny do jednoho celku. Dojde-li k tomuto sjednocení čtyř sil v průběhu re-kontrakce, naše současné chápání fyzikálních zákonů ztrácí svou přiměřenost. Nevíme, co bude dál.
Doladíme náš vesmír
Když se podíváme na nemožné a neuvěřitelné události, pojďme se zabývat nejneobyčejnější událostí, která se stala - narozením života. Náš vesmír je docela pohodlné místo k životu, jak ho známe. Ve skutečnosti všechna čtyři astrofyzikální okna hrají důležitou roli v jejím vývoji. Planety, nejmenší okno v astronomii, jsou domovem života. Poskytují „Petriho misky“, ve kterých může vzniknout a vyvíjet se život. Význam hvězd je také jasný: jsou zdrojem energie potřebné pro biologickou evoluci. Druhou základní úlohou hvězd je to, že stejně jako alchymisté tvoří prvky těžší než helium: uhlík, kyslík, vápník a další jádra, která tvoří životní formy, které známe.
Galaxie jsou také nesmírně důležité, i když to není tak zřejmé. Bez soudržného vlivu galaxií by byly těžké prvky produkované hvězdami rozptýleny po celém vesmíru. Tyto těžké prvky jsou základními stavebními kameny, z nichž se vyrábějí planety a všechny formy života. Galaxie díky svým velkým masám a silné gravitační přitažlivosti udržují chemicky obohacený plyn zbylý po smrti hvězd před rozptylem. Následně je tento dříve zpracovaný plyn začleněn do budoucích generací hvězd, planet a lidí. Tím pádem, gravitační přitažlivost galaxie poskytují snadnou dostupnost těžkých prvků pro následující generace hvězd a pro formování skalnatých planet, jako je naše Země.
Pokud mluvíme o největších vzdálenostech, pak samotný vesmír musí mít nezbytné vlastnosti, aby umožnil vznik a rozvoj života. A i když nemáme vzdáleně nic podobného úplnému pochopení života a jeho vývoje, jeden základní požadavek je relativně jistý: trvá dlouho. Vznik člověka na naší planetě trval asi čtyři miliardy let a jsme připraveni se vsadit, že v každém případě musí pro vznik inteligentního života uplynout alespoň miliarda let. Vesmír jako celek tedy musí žít miliardy let, aby umožnil rozvoj života, alespoň v případě biologie, která se dokonce vágně podobá našemu.
Vlastnosti našeho vesmíru jako celku také umožňují vytvořit chemické prostředí příznivé pro rozvoj života. Ačkoli těžší prvky jako uhlík a kyslík jsou syntetizovány ve hvězdách, vodík je také důležitou součástí. Je součástí dvou ze tří vodních atomů, H20, důležité složky života na naší planetě. Při pohledu na obrovský soubor možných vesmírů a jejich možných vlastností jsme si všimli, že v důsledku prvotní nukleosyntézy může být veškerý vodík přeměněn na helium a ještě těžší prvky. Nebo by se vesmír mohl rozšířit tak rychle, že protony a elektrony by se nikdy nesetkaly, aby vytvořily atomy vodíku. Ať už je to jakkoli, vesmír by mohl skončit, aniž by vytvořil atomy vodíku, které tvoří molekuly vody, bez nichž by neexistoval žádný běžný život.
S přihlédnutím k těmto úvahám je zřejmé, že náš vesmír má skutečně nezbytné vlastnosti, které umožňují naší existenci. Podle daných fyzikálních zákonů, určovaných hodnotami fyzických konstant, hodnot základních sil a hmotností elementárních částic, náš vesmír přirozeně vytváří galaxie, hvězdy, planety a život. Pokud by fyzikální zákony měly poněkud odlišnou podobu, mohl by být náš vesmír zcela neobývatelný a astronomicky extrémně chudý.
Pojďme ilustrovat požadované jemné doladění našeho vesmíru v trochu podrobnějším detailu. Galaxie, jeden z astrofyzikálních objektů nezbytných pro život, se formují, když gravitace získá nadvládu nad expanzí vesmíru a vyvolá kolaps místních regionů. Pokud by gravitační síla byla mnohem slabší nebo by rychlost kosmologické expanze byla mnohem rychlejší, pak by v vesmíru nebyla jediná galaxie. Vesmír by se nadále rozptýlil, ale neobsahoval by ani jednu gravitačně vázanou strukturu, alespoň pro tento okamžik v historii vesmíru. Na druhou stranu, pokud by gravitační síla měla mnohem větší velikost nebo kdyby byla rychlost expanze vesmíru mnohem nižší, pak by se celý vesmír znovu zhroutil ve Velké kompresi dlouho před formováním galaxií. V našem moderním vesmíru by v žádném případě nebyl život. To znamená, že zajímavý případ vesmíru naplněného galaxiemi a dalšími strukturami ve velkém měřítku vyžaduje poměrně jemný kompromis mezi gravitační silou a rychlostí expanze. A náš vesmír provedl právě takový kompromis.
Pokud jde o hvězdy, zde je požadované doladění fyzikální teorie spojeno s ještě přísnějšími podmínkami. Fúzní reakce, které se odehrávají ve hvězdách, hrají při vývoji života dvě klíčové role: produkci energie a produkci těžkých prvků, jako je uhlík a kyslík. Aby hvězdy mohly hrát svou zamýšlenou roli, musí žít po dlouhou dobu, dosáhnout dostatečně vysokých centrálních teplot a být dostatečně hojné. Aby všechny tyto kousky skládačky zapadly na své místo, musí být vesmír vybaven širokou škálou zvláštních vlastností.
Jaderná fyzika je pravděpodobně nejjasnějším příkladem. Fúzní reakce a jaderná struktura závisí na velikosti silné interakce. Atomová jádra existují jako vázané struktury, protože silné interakce mohou držet protony blízko sebe, i když síla elektrického odporu pozitivně nabitých protonů má sklon roztrhávat jádro od sebe. Pokud by silná interakce byla o něco slabší, pak by těžká jádra prostě neexistovala. Potom by ve vesmíru nebyl žádný uhlík, a proto by neexistovaly žádné formy života založené na uhlíku. Na druhou stranu, pokud by silná jaderná síla byla ještě silnější, pak by se dva protony mohly spojit do dvojic zvaných diprotony. V tomto případě by silná interakce byla tak silná, že všechny protony ve vesmíru by se spojily do diprotonů nebo dokonce do větších jaderných struktur a nezbyl by žádný obyčejný vodík. Bez vodíku by ve vesmíru nebyla voda, a proto žádné formy života, které známe. Naštěstí pro nás má náš vesmír tu správnou míru silné interakce, která umožňuje vodík, vodu, uhlík a další základní složky života.
Podobně, pokud by slabá jaderná síla měla velmi odlišnou sílu, významně by to ovlivnilo hvězdný vývoj. Pokud by slabá interakce byla mnohem silnější, například ve srovnání se silnou interakcí, pak by jaderné reakce ve vnitřcích hvězd pokračovaly mnohem rychleji, díky čemuž by se výrazně snížila životnost hvězd. Název slabé interakce by také musel být změněn. V této věci má vesmír určité zpoždění kvůli rozsahu hvězdných hmot - malé hvězdy žijí déle a mohou být použity k řízení biologické evoluce namísto našeho Slunce. Tlak degenerovaného plynu (z kvantové mechaniky) však zabraňuje tomu, aby hvězdy spalovaly vodík, jakmile bude jejich hmota příliš malá. Tím by se vážně snížila i životnost nejdelších žijících hvězd. Jakmile maximální životnost hvězdy klesne pod hranici miliardy let, je vývoj života okamžitě ohrožen. Skutečná hodnota slabé interakce je milionkrát menší než silná, díky níž Slunce spaluje vodík pomalu a přirozeně, což je nutné pro vývoj života na Zemi.
Dále bychom měli zvážit planety - nejmenší astrofyzikální objekty nezbytné pro život. Tvorba planet vyžaduje z vesmíru výrobu těžkých prvků, a proto - stejná jaderná omezení, která již byla popsána výše. Kromě toho existence planet vyžaduje, aby teplota pozadí vesmíru byla dostatečně nízká, aby kondenzovala pevné látky. Kdyby byl náš vesmír jen šestkrát menší než je nyní, a proto by se tisícekrát tepleji, pak by se částice mezihvězdného prachu odpařily a jednoduše by neexistovaly žádné suroviny pro tvorbu skalnatých planet. V tomto horkém, hypotetickém vesmíru by i tvorba obřích planet byla velmi depresivní. Naštěstí je náš vesmír dostatečně chladný, aby umožnil tvorbu planet.
Dalším hlediskem je dlouhodobá stabilita sluneční soustavy od jejího vzniku. V naší dnešní Galaxii jsou interakce i konvergence hvězd vzácné a slabé kvůli velmi nízké hustotě hvězd. Pokud by naše Galaxie obsahovala stejný počet hvězd, ale byla by stokrát menší, zvýšená hustota hvězd by vedla k dostatečně vysoké pravděpodobnosti, že nějaká jiná hvězda vstoupí do naší sluneční soustavy, což by zničilo oběžné dráhy planet. Taková kosmická srážka by mohla změnit orbitu Země a učinit naši planetu neobyvatelnou nebo dokonce vyhodit Zemi ze sluneční soustavy. V každém případě by taková kataklyzma znamenala konec života. Naštěstí v naší Galaxii je odhadovaná doba, po které naše sluneční soustava zažije kolizi, která změní její průběh, mnohem delší než doba potřebná k rozvoji života.
Vidíme, že vesmír s dlouhou životností, který obsahuje galaxie, hvězdy a planety, vyžaduje poněkud zvláštní sadu hodnot základních konstant, které určují hodnoty hlavních sil. Toto nutné doladění tedy vyvolává základní otázku: proč má náš vesmír tyto specifické vlastnosti, které v konečném důsledku vedou k životu? Skutečnost, že fyzikální zákony jsou jen takové, že umožňují naší existenci, je skutečně pozoruhodnou náhodou. Vypadá to, jako by vesmír nějak věděl o našem nadcházejícím vzhledu. Samozřejmě, pokud by se podmínky nějak lišily, prostě bychom tu nebyli a nikdo by se nad touto otázkou neuvažoval. Otázka „Proč?“ z toho nikde nezmizí.
Pochopení proč fyzikální zákony jsou přesně tím, čím jsou, nás přivádí na hranici vývoje moderní vědy. Předběžná vysvětlení již byla předložena, ale otázka zůstává otevřená. Od dvacátého století věda poskytuje dobré pracovní porozumění co existují naše fyzikální zákony, můžeme doufat, že věda 21. století nám dá porozumění proč fyzické zákony jsou právě to. Jak již nyní uvidíme, začínají se objevovat některé náznaky v tomto směru.
Věčná složitost
Tato zdánlivá náhoda (že vesmír má přesně ty zvláštní vlastnosti, které umožňují vznik a vývoj života) se zdá mnohem méně báječná, pokud uznáme, že náš vesmír - oblast časoprostoru, se kterou jsme spojeni - je jen jedním z nespočetných jiné vesmíry. Jinými slovy, náš vesmír je jen malou částí multiverse - obrovský soubor vesmírů, z nichž každý má své vlastní verze fyzikálních zákonů. V tomto případě by celá sada vesmírů implementovala všechny možné varianty fyzikálních zákonů. Život se však bude vyvíjet pouze v těch soukromých vesmírech, které mají správnou verzi fyzikálních zákonů. Pak je zřejmé, že jsme náhodou žili ve vesmíru s vlastnostmi nezbytnými pro život.
Pojďme objasnit rozdíl mezi „jinými vesmíry“ a „ostatními částmi“ našeho vesmíru. Geometrie prostoročasu ve velkém měřítku může být velmi složitá. V současné době žijeme v homogenním díle vesmíru, jehož průměrná velikost je asi dvacet miliard světelných let. Tato oblast je součástí vesmíru, která na nás může mít v daném čase příčinný účinek. Jak se vesmír posouvá do budoucnosti, zvětší se prostor časoprostoru, který nás může ovlivnit. V tomto smyslu, jak stárneme, bude náš vesmír obsahovat více času a času. Mohou však existovat i jiné oblasti časoprostoru nikdy nebude v příčinném spojení s naší částí vesmíru, bez ohledu na to, jak dlouho budeme čekat a bez ohledu na to, jak starý náš vesmír stárne. Tyto další regiony rostou a vyvíjejí se zcela nezávisle na fyzických událostech, které se vyskytují v našem vesmíru. Takové oblasti patří k jiným vesmírům.
Jakmile připustíme možnost jiných vesmírů, vypadá soubor náhoda, který v našem vesmíru existuje, mnohem příjemnější. Ale dává tento koncept jiných vesmírů opravdu smysl? Je například možné přirozeně pojmout více vesmírů v teorii Velkého třesku nebo alespoň jeho rozumné rozšíření? Je ironií, že odpověď je důrazná ano.
Koncept představil Andrey Linde, přední ruský kosmolog v současné době na Stanfordu věčná inflace... Zhruba řečeno, tato teoretická myšlenka znamená, že nějaká oblast časoprostoru, která se nachází někde v multiverse, neustále prochází inflační expanzní fází. Podle tohoto scénáře časoprostorová pěna prostřednictvím mechanismu inflace nepřetržitě vytváří nové vesmíry (jak je uvedeno v první kapitole). Některé z těchto inflačních rozšiřujících se regionů se vyvíjejí do zajímavých vesmírů, jako je naše vlastní místní skvrna časoprostoru. Mají fyzikální zákony upravující tvorbu galaxií, hvězd a planet. V některých z těchto oblastí se může dokonce rozvinout inteligentní život.
Tato myšlenka má jak fyzický význam, tak významnou vnitřní přitažlivost. I když je náš vesmír, náš vlastní místní časoprostor, předurčen zemřít pomalou a bolestnou smrtí, vždy budou kolem sebe další vesmíry. Vždycky bude něco jiného. Pokud se na multiverse díváme z větší perspektivy a pokrývá celý soubor vesmírů, lze to považovat za skutečně věčné.
Tento obrázek kosmické evoluce elegantně obchází jednu z nejznepokojivějších otázek kosmologie dvacátého století: pokud vesmír začal ve Velkém třesku, který se stal právě před deseti miliardami let, co bylo před tím Velkým třeskem? Tato obtížná otázka „co bylo, když ještě nic nebylo“, slouží jako hranice mezi vědou a filozofií, mezi fyzikou a metafyzikou. Můžeme extrapolovat fyzický zákon zpět v čase do okamžiku, kdy byl vesmír jen 10–43 sekund, i když se blížíme k tomuto okamžiku, vzroste nejistota našich znalostí a dřívější éry jsou obecně moderním vědeckým metodám nepřístupné. Věda však nestojí a v této oblasti se již začíná objevovat určitý pokrok. V širším kontextu, který nabízí koncept vícesměrné a věčné inflace, můžeme skutečně formulovat odpověď: před Velkým třeskem existovala (a stále existuje!) Pěnivá oblast vysokoenergetického časoprostoru. Z této kosmické pěny asi před deseti miliardami let se zrodil náš vlastní vesmír, který se i dnes vyvíjí. Podobně i další vesmíry se rodí neustále a tento proces může pokračovat donekonečna. Je pravda, že tato odpověď zůstává trochu nejasná a možná poněkud neuspokojivá. Fyzika však již dosáhla bodu, kdy můžeme alespoň začít řešit tuto dlouhodobou otázku.
S konceptem multiverse dostáváme další úroveň Copernican revoluce. Stejně jako naše planeta nemá zvláštní místo v naší sluneční soustavě a naše sluneční soustava má ve vesmíru zvláštní postavení, tak náš vesmír nemá zvláštní místo v obrovské vesmírné směsi vesmírů, které tvoří multivesmír.
Darwinovský pohled na vesmír
Prostor našeho vesmíru se s věkem stává složitější. Na začátku, bezprostředně po Velkém třesku, byl náš vesmír velmi hladký a homogenní. Tyto počáteční podmínky byly nezbytné pro to, aby se vesmír vyvinul do své současné podoby. Jak se však vesmír vyvíjí v důsledku galaktických a hvězdných procesů, vytvářejí se černé díry, které pronikají prostorovým časem svými vnitřními singularitami. Černé díry tedy vytvářejí to, co by se mohlo považovat za díry v časoprostoru. V zásadě tyto singularity mohou také zajišťovat komunikaci s jinými vesmíry. Může se také stát, že nové vesmíry se zrodí v singularitě černé díry - vesmíry-děti, o nichž jsme hovořili v páté kapitole. V tomto případě může náš vesmír vytvořit nový vesmír spojený s naším prostřednictvím černé díry.
Pokud je tato linie uvažování vysledována ke svému logickému konci, je to extrémně zajímavý scénář vývoj vesmíru v multiverse. Pokud vesmíry mohou zrodit nové vesmíry, pak se ve fyzikální teorii mohou objevit pojmy dědičnosti, mutace a dokonce i přirozeného výběru. Tento koncept evoluce bránil Lee Smolin, fyzik, odborník na obecnou relativitu a kvantovou teorii pole.
Předpokládejme, že singularity uvnitř černých děr mohou vést k narození dalších vesmírů, jako je tomu v případě zrození nových vesmírů, o kterých jsme hovořili v předchozí kapitole. Jak se tyto další vesmíry vyvíjejí, obvykle ztrácí příčinnou souvislost s naším vlastním vesmírem. Tyto nové vesmíry však zůstávají spojeny s naším prostřednictvím jedinečnosti umístěné ve středu černé díry. - Nyní řekněme, že fyzikální zákony v těchto nových vesmírech jsou podobné fyzikálním zákonům v našem vesmíru, ale ne absolutně. V praxi toto tvrzení znamená, že fyzikální konstanty, základní síly a hmotnosti částic mají podobné, ale nikoli ekvivalentní hodnoty. Jinými slovy, nový vesmír zdědí soubor fyzických zákonů od mateřského vesmíru, ale tyto zákony se mohou mírně lišit, což je velmi podobné genovým mutacím během reprodukce flóry a fauny Země. V tomto kosmologickém prostředí bude růst a chování nového vesmíru připomínat, ale ne přesně, vývoj původního mateřského vesmíru. Tento obraz dědičnosti vesmírů je tedy zcela analogický obrazu biologických forem života.
Díky dědičnosti a mutacím získá tento ekosystém vesmírů vzrušující příležitost pro Darwinův evoluční systém. Z komologicko-darwinovského hlediska jsou vesmíry, které vytvářejí velké množství černých děr, „úspěšné“. Protože černé díry jsou výsledkem formování a smrti hvězd a galaxií, musí tyto úspěšné vesmíry obsahovat velké množství hvězd a galaxií. Kromě toho trvá dlouho, než se vytvoří černé díry. Formování galaxií v našem vesmíru trvá miliardu let; obrovské hvězdy žijí a umírají v kratších dobách milionů let. Aby bylo možné vytvořit velké množství hvězd a galaxií, musí mít každý úspěšný vesmír nejen nezbytné hodnoty fyzikálních konstant, ale musí být také relativně dlouho žitý. S hvězdami, galaxiemi a dlouhými životy může vesmír dobře umožnit vývoj života. Jinými slovy, úspěšné vesmíry mají automaticky téměř požadované vlastnosti pro vznik biologických forem života.
Evoluce komplexního souboru vesmírů jako celku probíhá podobně jako biologická evoluce na Zemi. Úspěšné vesmíry vytvářejí velké množství černých děr a rodí velké množství nových vesmírů. Tyto astronomické „děti“ dědí z mateřských vesmírů různé druhy fyzikální zákony s malými změnami. Tyto mutace, které vedou k vytvoření více černých děr, také vedou k produkci více „dětí“. Jak se tento ekosystém vesmírů vyvíjí, jsou nejběžnějšími vesmíry ty, které vytvářejí neuvěřitelný počet černých děr, hvězd a galaxií. Tyto stejné vesmíry mají nejvyšší šance na původ života. Náš vesmír má z jakéhokoli důvodu přesně takové vlastnosti, které mu umožňují žít dlouho a tvořit mnoho hvězd a galaxií: podle tohoto obrovského darwinovského schématu je náš vlastní vesmír úspěšný. Při pohledu z této větší perspektivy není náš vesmír ani neobvyklý ani jemný; je to spíše obyčejný, a proto očekávaný vesmír. I když tento obraz evoluce zůstává spekulativní a kontroverzní, poskytuje elegantní a přesvědčivé vysvětlení toho, proč má náš vesmír vlastnosti, které pozorujeme.
Posouvání hranice času
V biografii vesmíru, který leží před vámi, jsme sledovali vývoj vesmíru od jeho šumivého, jedinečného začátku, přes teplé a známé nebe moderní doby, přes podivné zamrzlé pouště, až po možnou konečnou smrt ve věčné temnotě. Když se pokusíme podívat hlouběji do temné propasti, naše prediktivní schopnosti jsou výrazně narušeny. V důsledku toho by naše hypotetické cesty časem vesmíru měly být dokončeny, nebo by se v nějakém budoucím věku měly stát přinejmenším hrozně neúplné. V této knize jsme vytvořili časovou osu zahrnující stovky kosmologických desetiletí. Někteří čtenáři budou nepochybně pociťovat, že jsme v našem příběhu zašli příliš daleko, zatímco jiní se mohou divit, jak bychom mohli zastavit v bodě, který je ve srovnání s věčností tak blízko samému začátku.
Jedna věc, kterou si můžeme být jisti. Na své cestě do temnoty budoucnosti vesmír ukazuje úžasnou kombinaci pomíjivosti a neměnnosti, vzájemně úzce propojené. A zatímco samotný vesmír obstojí v zkoušce času, v budoucnu nezůstane prakticky nic, co by se vzdáleně podobalo současnosti. Nejtrvalejší charakteristikou našeho neustále se vyvíjejícího vesmíru jsou změny. A tento univerzální proces nekončících změn vyžaduje rozšířenou kosmologickou perspektivu, jinými slovy úplnou změnu v našem pohledu na největší měřítka. Protože se vesmír neustále mění, musíme se pokusit porozumět současné kosmologické éře, současnému roku a dokonce i dnes. Každý okamžik rozvíjející se historie vesmíru představuje jedinečnou příležitost, šanci dosáhnout velikosti, dobrodružství, které je třeba žít. Podle Copernicova časového principu je každý budoucí věk plný nových možností.
Nestačí však pasivní prohlášení o nevyhnutelnosti událostí a „aniž by truchlili, ať se stane, co se má stát“. Pasáž často připisovaná Huxleyi říká, že “jestliže šest opic je umístěno za psacími stroji a dovoleno psát cokoli chtějí pro milióny roků, pak v průběhu času budou psát všechny knihy, které jsou v Britském muzeu.” Tyto imaginární opice jsou již dlouho uváděny jako příklad, kdykoli dojde k nejasné nebo neudržitelné myšlence, jako potvrzení neuvěřitelných událostí nebo dokonce k implicitnímu podceňování velkých úspěchů lidských rukou, s náznakem, že nejsou ničím jiným než šťastnou nehodou mezi velkými mnoho selhání. Koneckonců, pokud se něco může stát, určitě se to stane, že?
I naše chápání budoucího prostoru, který je stále ještě v plenkách, však ukazuje zjevnou absurditu tohoto úhlu pohledu. Jednoduchý výpočet naznačuje, že by náhodně vybraným opicím náhodou vytvořilo náhodně vybranou opici téměř půl milionu kosmologických desetiletí (mnohem více let, než je počet protonů ve vesmíru).
Vesmír byl napsán tak, aby zcela změnil svůj charakter, a více než jednou, než tyto stejné opice alespoň začnou dokončovat úkol, který jim byl přidělen. Za méně než sto let budou tyto opice umírat na stáří. Za pět miliard let bude Slunce přeměněné na rudého obra spálit Zemi as tím i všechny psací stroje. Po čtrnácti kosmologických desetiletích všechny hvězdy ve vesmíru vyhoří a opice již nebudou moci vidět klíče psacích strojů. Do dvacátého kosmologického desetiletí ztratí Galaxie svou integritu a opice budou mít velmi reálnou šanci, aby ji pohltila černá díra ve středu Galaxie. A dokonce i protony, které tvoří opice a jejich práci, jsou určeny k tomu, aby se rozpadly před uplynutím čtyřiceti kosmologických desetiletí: opět dlouho před jejich herkulovskou prací ani nejde dost daleko. Ale i kdyby opice dokázaly přežít tuto katastrofu a pokračovat ve své práci se slabým žárem vyzařovaným černými dírami, jejich úsilí by bylo zbytečné i ve stém kosmologickém desetiletí, když poslední černé díry opustily vesmír v explozi. Ale i kdyby opice přežily tuto katastrofu a přežily, řekněme, do sto a padesáté kosmologické dekády, dosáhly by pouze příležitosti čelit konečnému nebezpečí kosmologického fázového přechodu.
A i když ve sto padesáté kosmologické dekádě opice budou psací stroje a tištěné listy zničeny více než jednou, samotný čas samozřejmě nekončí. Zírali jsme do šeru budoucnosti a jsme více omezeni nedostatkem představivosti a možná nedostatkem fyzického porozumění než opravdu malým množstvím detailů. Nižší energetické hladiny a zdánlivý nedostatek aktivity, které čekají na vesmír, jsou více než vyváženy zvýšeným časem, který má. S optimismem se můžeme dívat na nejistou budoucnost. A přestože náš útulný svět má zmizet, v křídlech stále čeká obrovské množství zajímavých fyzických, astronomických, biologických a možná i intelektuálních událostí, protože náš vesmír pokračuje na své cestě do věčné temnoty.
Spacetime kapsle
V této biografii vesmíru jsme se několikrát setkali s možností vysílání signálů do jiných vesmírů. Pokud bychom například mohli vytvořit vesmír v laboratorním prostředí, mohl by se do něj vyslat šifrovaný signál, než ztratí kauzalitu s naším vlastním vesmírem. Ale kdybyste mohli poslat takovou zprávu, co byste do ní napsali?
Možná byste chtěli zachovat samotnou podstatu naší civilizace: umění, literaturu a vědu. Každý čtenář bude mít představu o tom, které části naší kultury by se měly tímto způsobem zachovat. I když by na to měl každý člověk svůj vlastní názor, chovali bychom se velmi špatně, pokud bychom nenavrhli alespoň nějaký návrh na archivaci některé části naší kultury. Jako příklad nabízíme zapouzdřenou verzi vědy, přesněji fyziku a astronomii. Některé z nejzákladnějších zpráv mohou zahrnovat:
Hmota je tvořena atomy, které jsou zase tvořeny menšími částicemi.
Na malých vzdálenostech vykazují částice vlnové vlastnosti.
Příroda je ovládána čtyřmi základními silami.
Vesmír je tvořen vyvíjejícím se vesmírným časem.
Náš vesmír obsahuje planety, hvězdy a galaxie.
Fyzické systémy se vyvíjejí do stavů s nižší energií a rostoucí poruchou.
Těchto šest bodů, jejichž univerzální role by nyní měla být jasná, lze považovat za poklady našich úspěchů ve fyzikálních vědách. Možná to jsou nejdůležitější fyzické pojmy, které naše civilizace dosud objevila. Pokud jsou však tyto pojmy poklady, pak je vědecká metoda bezpochyby jejich korunou. Pokud existuje vědecká metoda, pak s dostatkem času a úsilí se všechny tyto výsledky získají automaticky. Pokud by bylo možné přenést do jiného vesmíru jen jeden koncept představující intelektuální úspěchy naší kultury, pak nejvýznamnější zprávou by byla vědecká metoda.
ROZŠÍŘENÍ NEBO SMLOUVY UNIVERZIE?!
Odstranění galaxií od sebe je v současné době vysvětleno expanzí vesmíru, která začala díky tzv. „Velkému třesku“.
K analýze vzdálenosti galaxií od sebe používáme následující známé fyzikální vlastnosti a zákony:
1. Galaxie se točí kolem středu metagalaxy a činí jednu revoluci kolem středu metagalaxy za 100 bilionů let.
V důsledku toho je metagalaxy obrovským kroucením, ve kterém fungují zákony gravitační víry a klasické mechaniky (kapitola 3.4).
2. Protože Země zvyšuje svou hmotu, je možné předpokládat, že všechna ostatní nebeská tělesa nebo jejich systémy (galaxie), pod vlivem vlastní gravitace, také zvyšují svou hmotu v souladu se zákony uvedenými v kapitole 3.5. Pak, na základě vzorců ze stejné kapitoly, je zřejmé, že galaxie by se měly pohybovat ve spirále směrem ke středu metagalaxy, se zrychlením nepřímo úměrným vzdálenosti ke středu metagalaxy nebo se zvyšováním hmotnosti galaxií.
Radiální zrychlení galaxií, které se pohybují ve směru středu metagalaxy, způsobí, že se od sebe vzdálí, což bylo zaznamenáno Hubbleem a které je až dosud mylně klasifikováno jako expanze vesmíru.
Na základě výše uvedeného tedy dochází k závěru:
Vesmír se nerozšiřuje, naopak se točí nebo smršťuje.
Je pravděpodobné, že metagalaktická černá díra je umístěna ve středu metagalaxy, proto ji nelze pozorovat.
Když se galaxie točí kolem středu metagalaxy na nižší oběžné dráze, měla by být rychlost orbitálního pohybu těchto galaxií větší než rychlost galaxií pohybujících se na vyšší oběžné dráze. V tomto případě by se galaxie v určitých mega časových intervalech měly k sobě přibližovat.
Kromě toho se hvězdy se sklonem svých vlastních drah k galaktické gravitační torzi musí pohybovat pryč od středu galaxie (viz kap. 3.5). Tyto okolnosti nám vysvětlují přístup galaxie M31.
V počáteční fázi výskytu kosmického kroucení musí být ve stavu BH (viz kap. 3.1). Během tohoto období kosmický kroucení zvyšuje svou relativní hmotnost v maximální míře. V důsledku toho má velikost a vektor rychlosti této torze (BH) také maximální změny. To znamená, že černé díry mají charakter pohybu, který významně neodpovídá pohybu sousedních kosmických těl.
V současné době byl objeven BH, který se k nám blíží. Pohyb této BH je vysvětlen výše uvedenou závislostí.
Je třeba poznamenat rozpory hypotézy „velkého třesku“, které moderní věda z nějakého neznámého důvodu nebere v úvahu:
Podle 2. termodynamického zákona se systém (vesmír), ponechaný sám sobě (po explozi), mění v chaos a poruchu.
Ve skutečnosti je harmonie a pořádek pozorovaný ve vesmíru v rozporu s tímto zákonem,
Každá částice explodované látky s obrovskou silou musí mít pouze přímý a radiální směr svého vlastního pohybu.
Univerzální rotace ve vesmíru všech nebeských těles nebo jejich systémů kolem jejich středu nebo jiných těles, včetně metagalaxy, zcela vyvrací setrvačnou povahu pohybu kosmických objektů získanou explozí. V důsledku toho nemůže exploze být zdrojem pohybu všech vesmírných objektů.
- - Jak by se po „Velkém třesku“ mohly ve vesmíru vytvořit obrovské mezigalaktické dutiny?
- - podle obecně přijímaného Friedmanova modelu byla příčinou „velkého třesku“ stlačení vesmíru na velikost sluneční soustavy. V důsledku tohoto obrovského zhutnění vesmírné hmoty došlo k „Velkému třesku“.
Stoupenci myšlenky „velkého třesku“ mlčí o zjevné absurditě v této hypotéze - jak by se mohl nekonečný vesmír zmenšovat a zapadat do omezeného objemu rovnajícího se velikosti sluneční soustavy!?
Každý den se potýkáme s kompresí v té či oné formě. Když vymáčkneme vodu z houby, zabalíme kufr před cestou na dovolenou, pokusíme se naplnit veškeré prázdné místo potřebnými věcmi, komprimovat soubory před jejich odesláním e-mailem. Myšlenka odstranění „prázdného“ prostoru je velmi známá.
V kosmickém i atomovém měřítku vědci opakovaně potvrdili, že prázdnota zabírá většinu prostoru. A přesto je velmi překvapivé, jak pravdivé je toto tvrzení! Když Dr. Caleb A. Scharf z Columbia University (USA) napsal svou novou knihu „Zoomable Universe“, připustil, že ji plánuje použít pro nějaký dramatický efekt.
Co když můžeme nějakým způsobem shromáždit všechny hvězdy v Mléčné dráze a umístit je vedle sebe, jako jablka pevně zabalená ve velké krabici? Příroda přirozeně nikdy nedovolí lidem podmanit si gravitaci a hvězdy se pravděpodobně spojí do jedné kolosální černé díry. Ale jako myšlenkový experiment je to skvělý způsob, jak ilustrovat objem prostoru v galaxii.
Výsledek je šokující. Za předpokladu, že by v Mléčné dráze mohlo být asi 200 miliard hvězd a velkoryse předpokládáme, že všechny mají stejný průměr jako Slunce (což je nadhodnoceno, protože velká většina hvězd je méně masivních a menších rozměrů), mohli bychom je stále shromažďovat do krychle. jehož délka fasety odpovídá dvěma vzdálenostem od Neptunu ke Slunci.
"Ve vesmíru je obrovské množství prázdného prostoru." A to mě přivádí k další úrovni šílenství, “píše Dr. Scharf. Podle pozorovatelného vesmíru, definovaného kosmickým horizontem pohybu světla od Velkého třesku, současné odhady naznačují, že existuje mezi 200 miliardami a 2 biliony galaxií. Ačkoli toto velké množství zahrnuje všechny malé „protogalaxie“, které se nakonec sloučí do velkých galaxií.
Buď odvážný a vezměte co nejvíce z nich, a pak sbalte všechny hvězdy do všech těchto galaxií. Zatímco působivě velkorysý, řekněme, že jsou všechny velikosti Mléčné dráhy (i když většina z nich je ve skutečnosti mnohem menší než naše Galaxie). Dostáváme 2 bilióny metrů krychlových, jejichž okraje jsou 10 13 metrů. Umístěte tyto kostky do větší krychle a my jsme ponechali mega krychli o délce strany přibližně 10-17 metrů.
Docela velký, že? Ale ne v kosmickém měřítku. Průměr Mléčné dráhy je asi 10 21 metrů, takže 10 17 metrů krychle je stále jen 1/10 000 velikosti Galaxie. Ve skutečnosti je 10 17 metrů asi 10 světelných let!
To je samozřejmě jen trochu trik. Účinně však ukazuje, jak malý objem vesmíru ve skutečnosti zabíral hustá hmota ve srovnání s prázdnotou vesmíru, dokonale charakterizovaný Douglasem Adamsem: „Kosmos je velký. Opravdu skvělé. Jednoduše nebudete věřit, jak obrovský, obrovský, neuvěřitelně velký vesmír je. Tady je to, co máme na mysli: můžete si myslet, že nejbližší večeře je daleko, ale to neznamená nic do vesmíru. “ (Průvodce stopařem po galaxii).
Žijeme v podivné době, kdy spisovatelé a filmaři doslova pronikají fantaziemi o konci světa. Ve skutečnosti náš konec nebude jako filmový scénář se šťastným koncem: pokud je vesmír předurčen k zániku, lidé budou jednoduše smeteni jako zrno písku z pláže. Tento proces nebudeme moci zastavit. A s největší pravděpodobností nebudeme mít ani čas pochopit, co se děje.
10. Rozumné ničení
Před vynálezem jaderných zbraní by si nikdo nemyslel, že jedna bomba může zničit celé město. Po útoku na Hirošimu 6. srpna 1945 se však všechno změnilo. Je to poprvé, kdy se lidé setkali s technologií takové destruktivní síly. To vedlo ke vzniku pojmu „inteligentní destrukce“: jednoho dne člověk vytvoří nebo vymyslí něco, co zničí vesmír. Dobrou zprávou je, že všechny naše jaderné zásoby nebudou stačit k zničení Země. Ale kdo řekl, že jsme jedinými inteligentními bytostmi ve vesmíru? ...