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10 bizzarre realtà della vita alla fine dell'universo
Il nostro universo sta per morire, non ci sono dubbi. Uno dei modelli più accettati della fine dell'universo è l'espansione eterna e l'eventuale morte per entropia. Mentre l'universo continua ad espandersi, l'entropia aumenta finché tutto ciò che sappiamo non c'è più. Ma come appare la vita quando si avvicina la fine? Questa domanda ha dato origine a idee affascinanti sull'universo e sulla vita stessa.
10 Nessuna stella visibile dalla terra
Tra 150 miliardi di anni, il cielo notturno dalla Terra apparirà molto diverso. Mentre l'universo corre alla sua morte di calore, lo spazio stesso inizierà ad espandersi più velocemente della velocità della luce. Molti di noi sono consapevoli dell'idea che la velocità della luce è un limite rigido alla velocità di un oggetto nell'universo. Tuttavia, ciò si applica solo agli oggetti che si trovano nello spazio, non al tessuto dello spazio-tempo stesso. Questo è un concetto difficile per avvolgere le nostre menti, ma il tessuto dello spazio-tempo si sta già espandendo più velocemente della luce. E nel lontano futuro, avrà strane implicazioni.
Mentre lo spazio stesso si espande più velocemente della luce, esiste un orizzonte cosmologico. Qualsiasi oggetto oltre l'orizzonte ci richiederebbe di avere la capacità di osservare e registrare rilevando particelle che viaggiano più velocemente della luce. Ma nessuna di queste particelle esiste. Una volta che gli oggetti oltrepassano il nostro orizzonte cosmologico, sono inaccessibili per noi. Qualsiasi tentativo di contatto o interazione con galassie lontane oltre l'orizzonte ci impone di avere una tecnologia in grado di viaggiare più velocemente dell'espansione dello spazio stesso. In questo momento, solo pochi oggetti sono al di fuori del nostro orizzonte cosmologico. Ma mentre l'energia oscura accelera l'espansione, tutto cadrà oltre questo limite di osservazione.
Cosa significa questo per la Terra? Immagina di guardare il cielo notturno in 150 miliardi di anni. Le uniche cose visibili saranno alcune stelle sparse che si trovano all'interno dell'orizzonte cosmologico. Alla fine, anche quelli andranno via. Il cielo notturno diventerà completamente vuoto. Un astronomo in futuro non avrà alcuna prova che ci sia qualche altro oggetto nell'universo. Tutte le stelle e le galassie che vediamo ora saranno completamente al di fuori della portata del telescopio. Per quanto possiamo vedere, il nostro sistema solare sarebbe l'unica cosa rimasta nel nostro universo.
9 Our Sun diventa una Black Dwarf
In questo momento, il nostro universo ha molti diversi tipi di stelle. Le stelle nane rosse - stelle fredde che emettono luce rossa - sono tra le più comuni di queste. Anche le nane bianche legate semanticamente riempiono l'universo. Questi sono resti stellari di stelle morte, fatti di materia degenerata, che sono tenuti insieme dagli effetti quantici. Attualmente, gli astronomi considerano le nane bianche avere una durata di vita essenzialmente infinita. L'universo non è abbastanza vecchio per essere estinto. Ma dato abbastanza tempo, anche loro moriranno e diventeranno stelle esotiche chiamate nane nere.
Il nostro sole è su quella strada. Nel lontano futuro, il nostro Sole espellerà i suoi strati esterni e si trasformerà in una stella nana bianca, rimanendo in quello stato per miliardi di anni. Quando l'universo si calmerà, la nana bianca che era il nostro Sole inizierà a rinfrescarsi. Dopo 10 anni, si raffredderà fino a quando la sua temperatura non sarà uguale alla radiazione a microonde di fondo, solo pochi gradi Kelvin sopra lo zero assoluto.
Quando ciò accadrà, sarà una nana nera. Poiché questo tipo di stella è così freddo, è invisibile all'occhio umano. Quindi, chiunque cerchi di trovare il Sole che ci dava la vita troverà impossibile vedere con i sistemi ottici. Invece, dovranno fare affidamento sul rilevamento dei suoi effetti gravitazionali. La maggior parte delle stelle che vediamo nel cielo notturno diventeranno nane nere, ma sapere che il nostro caldo sole si tramuterà in un residuo stellare scuro e freddo è un po 'più personale.
8 stelle strane
Quando il nostro Sole diventerà una nana nera, l'evoluzione stellare sarà finita. Non si formeranno nuove stelle. Invece, l'universo si riempirà di resti freddi delle stelle. Ciò consentirà all'universo di iniziare a sviluppare alcune strane stelle che sono molto diverse da ciò che sappiamo.
Uno è la stella congelata. Mentre le stelle dell'universo bruciano attraverso il loro combustibile nucleare, aumenteranno la loro metallicità. In astronomia, questa è la misura degli elementi di una stella che sono più pesanti dell'elio, in pratica tutti gli elementi del litio in poi. Man mano che la metallicità delle stelle aumenta, diventeranno più fredde perché elementi più pesanti emettono meno energia dalla fusione. Alla fine, le stelle diventeranno così fredde che avranno una temperatura di 273 Kelvin, il punto di congelamento dell'acqua.
Saltando in avanti per il lontano futuro, emergerà una stella ancora più strana. Circa 10 anni nel futuro, l'entropia avrà avuto la sua strada e l'universo sarà essenzialmente morto. In questo tempo freddo, gli effetti quantici domineranno l'universo.
Il tunneling quantico inizierà quindi a consentire la fusione degli elementi leggeri in una forma di ferro instabile. Questo decadrà in un isotopo più stabile, emettendo una debole quantità di energia. Queste cosiddette stelle di ferro saranno l'unica forma di stella possibile in quel momento. Tuttavia, si verificano solo in modelli in cui gli astronomi non credono che i protoni si decomporrano, quindi non sono un'idea mainstream.
7 Tutti i decadimenti dei nucleotidi
Avanti veloce da 10 anni dopo il Big Bang a 10 anni. Se la razza umana non è morta, non sopravviveremo sicuramente a quest'era. Come accennato in precedenza, gli astronomi sostengono costantemente se il decadimento del protone si verificherà alla fine dell'universo. Per i nostri scopi, seguiremo questo modello.
I nucleoni sono il nome dato alle particelle - protoni e neutroni - all'interno di un nucleo atomico. Si sa che i neutroni liberi decadono con un'emivita di circa 10 minuti. Ma i protoni sono incredibilmente stabili. Nessuno ha osservato prove della loro decadenza. Questo cambierà alla fine dell'universo.
I fisici hanno proposto che un protone abbia un'emivita di 10 anni. Non li abbiamo osservati decadere semplicemente perché l'universo non è abbastanza vecchio. Entrando nell'Era Degenerata (10 anni a 10), i protoni inizieranno finalmente a decadere in positroni e pioni. Entro la fine dell'Era Degenerata, tutti i protoni e i neutroni nell'universo saranno spariti.
Questo ha implicazioni ovvie per la vita nell'universo. Supponendo che la razza umana sia sopravvissuta al cambiamento del Sole e sia migrata verso parti più vitali dell'universo, questo è il punto in cui le leggi della fisica dettano la morte della razza umana. I nostri corpi e tutti gli oggetti interstellari sono fatti di nucleoni. Quando questi decadono, tutta la vita come la conosciamo finirà perché gli stessi atomi nel nostro corpo non possono esistere. La vita non può sopravvivere oltre questo punto e l'universo si tufferà nell'era dei buchi neri.
6 buchi neri dominano l'universo
Quando i nucleoni sono spariti, i buchi neri domineranno l'universo da 10 anni dopo il Big Bang a 10 anni. A questo punto, stiamo parlando di tempi così lunghi che è impossibile per la nostra mente avvolgerli. Ma per un periodo più lungo di quanto l'universo sia esistito finora, le uniche strutture di cui parlare saranno buchi neri.
Con i nucleoni scomparsi, le particelle subatomiche principali saranno leptoni come elettroni e positroni. Questi sono ciò che alimenterà i buchi neri. Mentre consumano la materia rimanente nell'universo, i buchi neri irradieranno le particelle da sole, che riempiranno l'universo di fotoni e ipotetici gravitoni. Tuttavia, come ha dimostrato Steven Hawking, anche i buchi neri stanno per finire.
Secondo Hawking, i buchi neri evaporano a causa della loro radiazione. Mentre continuano a irradiare, perdono massa sotto forma di energia. Questo processo richiede molto tempo, motivo per cui sembra così estraneo a noi. Ci vogliono 10 anni prima che i buchi neri evaporino completamente, quindi questo processo non si è verificato durante la vita del nostro universo. Ma alla fine, anche i buchi neri andranno via. I loro unici resti saranno una varietà di particelle senza massa e alcuni leptoni sparsi che interagiranno man mano che cominceranno a perdere lentamente la loro energia.
5 Un nuovo tipo di forme di atomo
Dopo che il nostro universo si è trasformato in alcune particelle subatomiche sparse, sembra che non ci sarà più molto di cui parlare. Ma la vita può emergere in questo posto molto improbabile.
Per anni, i ricercatori di particelle hanno parlato del positronio, un legame simile a un atomo di un positrone e di un elettrone. Queste due particelle hanno cariche opposte l'una dall'altra. (Il positrone è l'antiparticella dell'elettrone.) Ciò significa che saranno elettromagneticamente attratti mentre tentano di muoversi l'uno verso l'altro. Quando una coppia di queste particelle inizia a interagire, potrebbero sviluppare orbite rudimentali e comportarsi come gli atomi che conosciamo.
Poiché il positronio è raro, non esiste un modello completo di "chimica" del positronio. Ma alcune cose interessanti provengono da questi "atomi". In primo luogo, possono esistere con orbite estremamente grandi, misurando distanze interstellari. Finché le due particelle interagiscono, possono formare una coppia indipendentemente dalle distanze.
Durante l'era Black Hole, alcuni di questi "atomi" avranno diametri che coprono una distanza maggiore rispetto al nostro attuale universo osservabile. Essendo fatti di leptoni, gli atomi di positronio sopravvivono al decadimento del protone e durano fino all'era del buco nero. In realtà, i buchi neri creeranno gli atomi di positronio attraverso le radiazioni. Anche loro decadranno con un tempo sufficiente, con la coppia di elettroni positroni che si avvicina sempre di più alla reciproca annientamento. Ma prima di ciò, l'universo può produrre la vita in un modo che non abbiamo mai visto.
4 Tutto accade molto lentamente, compreso il pensiero
Mentre l'Era dei Buchi Neri giunge alla fine e anche questi giganti stellari scompaiono nell'oscurità, nel nostro universo resteranno solo poche cose, principalmente particelle subatomiche diffuse e gli atomi di positronio rimanenti. Una volta che questo accade, tutto nell'universo si verificherà estremamente lentamente, con ogni azione duraturi eoni. Secondo alcuni fisici teorici, principalmente Freeman Dyson, la vita potrebbe ricorrere nel nostro universo durante questo periodo.
Data l'immensa quantità di tempo, l'evoluzione organica potrebbe iniziare a svilupparsi tra il positronio. Gli esseri che emergono sarebbero molto diversi da qualsiasi cosa abbiamo visto. Ad esempio, sarebbero enormi, misurando distanze interstellari. Dal momento che nell'universo non rimarrà molto, avranno tutto lo spazio che potrebbero desiderare. Ma poiché queste forme di vita saranno così grandi, penseranno a ritmi esponenzialmente più lenti di noi. In effetti, la formazione di singoli pensieri per queste creature potrebbe richiedere trilioni di anni.
Questo ci sembra pazzesco, ma dal momento che queste creature esisteranno su enormi scale temporali, il pensiero sembrerebbe istantaneo per loro. Se queste creature si fossero evolute durante la liquidazione dell'universo, non ci sarebbe stato modo di pensare di pensare più velocemente, più di quanto tu possa pensare di pensare più velocemente di quanto tu non abbia già fatto. Per gli esseri alla fine dell'universo, il "pensiero spontaneo" sarà su enormi scale temporali ma solo secondo noi. Tutte queste creature crederanno che stanno pensando istantaneamente. Questi esseri esisteranno per un'enorme quantità di tempo, osservando l'universo avvolgersi attorno a loro. Anche ancora, alla fine crolleranno.
3 No More 'Macro-Fisica'
A questo punto, l'universo avrà raggiunto uno stato di entropia quasi massimo, il che significa che sarà solo un campo di energia uniforme e poche particelle subatomiche. Questo avverrà dopo l'Era del Buco Nero, espandendosi in profondità nel tempo trascorso 10 anni nel futuro.A questo punto, lo spazio si sarà espanso così tanto e l'energia oscura sarà così potente che nemmeno i buchi neri non esisteranno più e l'universo non avrà più alcun oggetto stellare.
È difficile immaginare un universo come questo. L'espansione sarà stata così pronunciata da questo punto che le stelle come le conosciamo non si formeranno più perché le particelle subatomiche che formano la materia saranno state spinte così distanti l'una dall'altra che non saranno in grado di interagire senza viaggiare più velocemente della luce . Tutto ciò che esisterà sono alcune particelle vaganti che galleggeranno attorno al cosmo vuoto, non essendo nemmeno in grado di interagire per formare atomi di positronio.
Ciò significa che la fisica come la conosciamo sarà finita. Gli unici modelli fisici che verranno applicati saranno la meccanica quantistica. Gli effetti quantici si verificano su vaste distanze interstellari e su enormi intervalli di tempo, qualcosa che è completamente opposto al modo in cui vediamo l'universo ora. Alla fine, la temperatura generale dell'universo scenderà allo zero assoluto, il che significa che non ci sarà energia che può convertirsi in lavoro. In alcuni modelli, l'espansione dello spazio continuerà ad accelerare e alla fine lacererà lo spazio-tempo. A quel punto, il nostro universo cesserà di esistere.
2 Ci potrebbe essere una via d'uscita
Finora, il nostro viaggio verso la fine dell'universo è stato una serie crescente di eventi cupi e deprimenti. Ma i fisici non sono niente se non ottimisti e hanno proposto modi per la razza umana di sopravvivere alla fine dei tempi e persino di ricominciare il nostro universo.
La più grande possibilità per sfuggire al nostro universo di massima entropia è usare i buchi neri prima che il decadimento del protone renda la vita impossibile. I buchi neri sono ancora enormi misteri e teorici come Steven Hawking hanno proposto di utilizzare questi enormi oggetti per raggiungere nuovi universi.
La teoria moderna suggerisce che gli universi di bolle generano costantemente il nostro, formando universi completamente nuovi con la materia e la possibilità di vita. Hawking crede che i buchi neri possano contenere i passaggi a questi nuovi universi. C'è solo un problema. Una volta superato il confine di un buco nero, non puoi tornare indietro. Questa è un'idea ben nota in fisica. Quindi se la razza umana decidesse di viaggiare in un buco nero, sarebbe un viaggio di sola andata.
In primo luogo, dovrebbero trovare un buco nero sufficientemente massiccio e rotante per sopravvivere al viaggio attraverso l'orizzonte degli eventi. (Contrariamente alla credenza popolare, i buchi neri massicci sono in realtà più sicuri da percorrere.) Quindi i futuri viaggiatori dello spazio dovrebbero sperare che il viaggio li lasci in un pezzo solo, ma non potrebbero mai comunicare con i loro amici dall'altra parte del buco nero per dire loro che ce l'hanno fatta Ogni viaggio diventerebbe un atto di fede.
Ma c'è un modo per assicurarsi che un nuovo universo ci stia aspettando dall'altra parte. Secondo Alan Guth, un nuovo universo bambino avrebbe bisogno solo di 10 fotoni, 10 elettroni, 10 positroni, 10 neutrini, 10 antineutrini, 10 protoni e 10 neutroni per iniziare. Questo può sembrare molto, ma si aggiunge solo a poche once di materiale.
Quindi i futuri esseri umani potrebbero produrre un falso vuoto, che è un'area dello spazio che ha il potenziale per l'espansione, creata da un campo gravitazionale superstrong. Nel lontano futuro, gli umani potrebbero acquisire la tecnologia per creare un falso vuoto e iniziare il proprio universo. Poiché l'inflazione iniziale dell'universo si verifica per una frazione di secondo, il nuovo universo si espanderebbe quasi istantaneamente, creando una nuova casa per la razza umana in cui vivere. Un salto veloce attraverso un wormhole e avremmo trovato un universo sicuro per continuare la nostra gara.
1 Tunneling quantistico casuale può ricominciare tutto da capo
Ma per quanto riguarda l'universo che ci lasciamo alle spalle? Dopo un'enorme quantità di tempo, avrebbe finalmente raggiunto la massima entropia, diventando completamente inabitabile. Tuttavia, anche in questo universo morto, c'è la possibilità che la vita si ripresenti. I ricercatori della meccanica quantistica conoscono un effetto quantico chiamato tunneling quantico. Questo è quando una particella subatomica è in grado di raggiungere uno stato di energia che non è classicamente possibile.
Nella meccanica classica, ad esempio, una palla non può iniziare a rotolare su una collina spontaneamente. Questo è uno stato di energia proibito. Le particelle subatomiche hanno anche stati di energia proibiti nella meccanica classica, ma la meccanica quantistica gira tutto sulla sua testa. A volte le particelle possono "scavare" in questi stati energetici.
Questo processo si verifica già nelle stelle. Ma quando applicato alla fine dell'universo, si presenta una strana possibilità. Le particelle nella meccanica statistica classica non possono passare da uno stato di entropia superiore a uno inferiore. Ma con il tunneling quantico, possono e vogliono. I fisici Sean Carroll e Jennifer Chen hanno proposto l'idea che, dato un tempo sufficiente, il tunneling quantico potrebbe diminuire spontaneamente l'entropia nell'universo morto, causando un nuovo Big Bang e l'inizio dell'universo. Non trattenere il respiro aspettandolo. Una diminuzione spontanea dell'entropia richiederebbe 10 anni per accadere.
Un'altra teoria potrebbe darci la speranza per un nuovo universo, quello proveniente dalla matematica. Nel 1890, Henri Poincare pubblicò il suo teorema di ricorrenza che afferma che data una quantità di tempo estremamente lunga, tutti i sistemi ritornano in uno stato molto vicino a quello iniziale. Questo può essere applicato alla termodinamica, dove fluttuazioni termiche casuali nell'universo ad alta entropia fanno sì che esso ritorni ad uno stato iniziale, ricominciando da capo. Dopo un po 'di tempo, il nostro universo potrebbe formarsi di nuovo e gli esseri futuri che vivono in esso non avrebbero la minima idea che provenissero dall'universo che conosciamo.