Ένας οδηγός για το αδύνατο, το απίστευτο και το θαυματουργό.

Σε μια εγκαταλελειμμένη σοφίτα κοντά στο Βρετανικό Μουσείο:

Ο Κορνήλιος άρπαξε ένα λευκό φύλλο χαρτιού, το πέρασε από τον κύλινδρο και άρχισε να πληκτρολογεί. Το σημείο εκκίνησης της ιστορίας του ήταν η ίδια η Μεγάλη Έκρηξη, καθώς το διάστημα ξεκίνησε για το διαρκώς διευρυνόμενο ταξίδι του στο μέλλον. Μετά από μια σύντομη έκρηξη πληθωρισμού, το σύμπαν ρίχτηκε σε μια σειρά από μεταπτώσεις φάσης και σχημάτισε μια περίσσεια ύλης σε σχέση με την αντιύλη. Κατά τη διάρκεια αυτής της αρχέγονης εποχής, το Σύμπαν δεν περιείχε καθόλου κοσμικές δομές.

Μετά από ένα εκατομμύριο χρόνια και πολλές δέσμες χαρτιού, ο Κορνήλιος έφτασε στην εποχή των άστρων - μια εποχή που τα αστέρια γεννιούνται ενεργά, ζουν τους κύκλους της ζωής τους και παράγουν ενέργεια μέσω πυρηνικών αντιδράσεων. Αυτό το φωτεινό κεφάλαιο κλείνει όταν οι γαλαξίες τελειώνουν από αέριο υδρογόνου, παύουν να σχηματίζουν αστέρια και σιγά-σιγά εξαφανίζονται οι μακροβιότεροι κόκκινοι νάνοι.

Πληκτρολογώντας ασταμάτητα, ο Κορνήλιος φέρνει την ιστορία του σε αποσύνθεση, με καφέ νάνους, λευκούς νάνους, αστέρια νετρονίων και μαύρες τρύπες. Στη μέση αυτής της παγωμένης ερήμου, η σκοτεινή ύλη συλλέγεται αργά μέσα σε νεκρά αστέρια και εκμηδενίζεται σε ακτινοβολία που τροφοδοτεί το διάστημα. Η αποσύνθεση του πρωτονίου μπαίνει στη σκηνή στο τέλος αυτού του κεφαλαίου καθώς η μάζα-ενέργεια των εκφυλισμένων αστρικών υπολειμμάτων διαφεύγει αργά και η ζωή με βάση τον άνθρακα εξαφανίζεται εντελώς.

Όταν ο κουρασμένος συγγραφέας συνεχίζει το έργο του, οι μόνοι ήρωες της αφήγησής του είναι οι μαύρες τρύπες. Αλλά και οι μαύρες τρύπες δεν μπορούν να ζήσουν για πάντα. Εκπέμποντας φως τόσο αχνό όσο ποτέ, αυτά τα σκοτεινά αντικείμενα εξατμίζονται σε μια αργή κβαντομηχανική διαδικασία. Ελλείψει άλλης πηγής ενέργειας, το σύμπαν αναγκάζεται να είναι ικανοποιημένο με αυτή την πενιχρή ποσότητα φωτός. Μετά την εξάτμιση των μεγαλύτερων μαύρων τρυπών, το μεταβατικό λυκόφως της εποχής των μαύρων τρυπών παραδίδεται κάτω από την επίθεση ακόμη βαθύτερης μαύρης τρύπας.

Στην αρχή του τελευταίου κεφαλαίου, ο Κορνήλιος τελειώνει το χαρτί, αλλά όχι ο χρόνος. Δεν υπάρχουν πια αστρικά αντικείμενα στο Σύμπαν, αλλά μόνο άχρηστα προϊόντα που έχουν απομείνει από προηγούμενες κοσμικές καταστροφές. Σε αυτήν την κρύα, σκοτεινή και πολύ μακρινή εποχή του αιώνιου σκότους, η κοσμική δραστηριότητα επιβραδύνεται αισθητά. Τα εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα ενέργειας συνάδουν με τεράστια χρονικά διαστήματα. Μετά τη φλογερή του νιότη και γεμάτο ενέργεια της μέσης ηλικίας, το παρόν σύμπαν σέρνεται αργά στο σκοτάδι.

Καθώς το σύμπαν γερνά, ο χαρακτήρας του αλλάζει συνεχώς. Σε κάθε στάδιο της μελλοντικής του εξέλιξης, το Σύμπαν διατηρεί μια εκπληκτική ποικιλία σύνθετων φυσικών διεργασιών και άλλη ενδιαφέρουσα συμπεριφορά. Η βιογραφία μας για το Σύμπαν, από τη γέννησή του σε μια έκρηξη έως μια μακρά και σταδιακή ολίσθηση στο αιώνιο σκοτάδι, βασίζεται στη σύγχρονη κατανόηση των νόμων της φυσικής και των θαυμάτων της αστροφυσικής. Χάρη στην απεραντοσύνη και την πληρότητα της σύγχρονης επιστήμης, αυτή η αφήγηση αντιπροσωπεύει το πιο πιθανό όραμα για το μέλλον που μπορούμε να συνθέσουμε.

Τρελά μεγάλοι αριθμοί

Όταν συζητάμε για το τεράστιο εύρος της εξωτικής συμπεριφοράς του σύμπαντος που είναι δυνατό στο μέλλον, ο αναγνώστης μπορεί να σκεφτεί ότι όλα μπορούν να συμβούν. Αλλά αυτό δεν ισχύει. Παρά την αφθονία των φυσικών δυνατοτήτων, μόνο ένα μικρό κλάσμα των θεωρητικά πιθανών γεγονότων θα συμβεί στην πραγματικότητα.

Πρώτα απ 'όλα, οι νόμοι της φυσικής επιβάλλουν αυστηρούς περιορισμούς σε κάθε επιτρεπόμενη συμπεριφορά. Πρέπει να τηρείται ο νόμος της διατήρησης της συνολικής ενέργειας. Δεν πρέπει να παραβιάζεται ο νόμος διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου. Η κύρια κατευθυντήρια ιδέα είναι ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής, ο οποίος δηλώνει επίσημα ότι η συνολική εντροπία ενός φυσικού συστήματος πρέπει να αυξάνεται. Σε γενικές γραμμές, αυτός ο νόμος προτείνει ότι τα συστήματα πρέπει να εξελιχθούν σε καταστάσεις αυξανόμενης αταξίας. Στην πράξη, ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής αναγκάζει τη θερμότητα να μετακινηθεί από θερμά αντικείμενα σε ψυχρά αντικείμενα και όχι το αντίστροφο.

Αλλά ακόμη και μέσα στο πλαίσιο των διαδικασιών που επιτρέπουν οι νόμοι της φυσικής, πολλά γεγονότα που θα μπορούσαν να συμβούν κατ' αρχήν δεν συμβαίνουν ποτέ στην πραγματικότητα. Ένας κοινός λόγος είναι ότι απλά διαρκούν πάρα πολύ και προηγούνται άλλες διαδικασίες, οι οποίες βρίσκονται μπροστά τους. Η διαδικασία ψυχρής σύντηξης είναι ένα καλό παράδειγμα αυτής της τάσης. Όπως έχουμε ήδη σημειώσει σε σχέση με τις πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό των άστρων, ο πιο σταθερός από όλους τους πιθανούς πυρήνες είναι ο πυρήνας του σιδήρου. Πολλοί μικρότεροι πυρήνες όπως το υδρογόνο ή το ήλιο θα εγκατέλειπαν την ενέργειά τους εάν μπορούσαν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν έναν πυρήνα σιδήρου. Στο άλλο άκρο του περιοδικού πίνακα, μεγαλύτεροι πυρήνες όπως το ουράνιο θα έδιναν επίσης την ενέργειά τους εάν μπορούσαν να χωριστούν σε μέρη και από αυτά τα μέρη να σχηματίσουν έναν πυρήνα σιδήρου. Ο σίδηρος είναι η χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση που είναι διαθέσιμη στους πυρήνες. Οι πυρήνες τείνουν να παραμένουν με τη μορφή σιδήρου, αλλά τα ενεργειακά εμπόδια εμποδίζουν αυτόν τον μετασχηματισμό να συμβεί εύκολα στις περισσότερες συνθήκες. Η υπέρβαση αυτών των ενεργειακών φραγμών απαιτεί συνήθως είτε υψηλές θερμοκρασίες είτε εκτεταμένες χρονικές περιόδους.

Σκεφτείτε ένα μεγάλο κομμάτι στερεού, όπως έναν βράχο ή ίσως έναν πλανήτη. Η δομή αυτού του στερεού δεν αλλάζει λόγω συνηθισμένων ηλεκτρομαγνητικών δυνάμεων, όπως αυτές που εμπλέκονται σε χημικούς δεσμούς. Αντί να διατηρήσει την αρχική της πυρηνική σύνθεση, η ύλη, κατ' αρχήν, θα μπορούσε να ανασυνταχθεί έτσι ώστε όλοι οι ατομικοί πυρήνες της να μετατραπούν σε σίδηρο. Για να συμβεί μια τέτοια αναδιάρθρωση της ύλης, οι πυρήνες πρέπει να υπερνικήσουν τις ηλεκτρικές δυνάμεις που συγκρατούν αυτή την ύλη στη μορφή με την οποία υπάρχει, και τις ηλεκτρικές απωθητικές δυνάμεις με τις οποίες οι πυρήνες δρουν ο ένας στον άλλο. Αυτές οι ηλεκτρικές δυνάμεις δημιουργούν ένα ισχυρό ενεργειακό φράγμα, όπως αυτό που φαίνεται στο Σχ. 23. Λόγω αυτού του φραγμού, οι πυρήνες πρέπει να ανασυγκροτηθούν μέσω της κβαντομηχανικής σήραγγας (μόλις οι πυρήνες διαπεράσουν το φράγμα, μια ισχυρή έλξη ξεκινά τη σύντηξη). Έτσι, το κομμάτι της ύλης μας θα έδειχνε πυρηνική δραστηριότητα. Με αρκετό χρόνο, ολόκληρος ο βράχος ή ολόκληρος ο πλανήτης θα μετατραπεί σε καθαρό σίδηρο.

Πόσο καιρό θα διαρκούσε μια τέτοια πυρηνική αναδιάρθρωση; Η πυρηνική δραστηριότητα αυτού του τύπου θα μετατρέψει τους πυρήνες των πετρωμάτων σε σίδηρο σε περίπου χίλιες πεντακόσιες κοσμολογικές δεκαετίες. Εάν γινόταν αυτή η πυρηνική διαδικασία, η περίσσεια ενέργειας θα εκπέμπονταν στο διάστημα, επειδή οι πυρήνες σιδήρου αντιστοιχούν σε μια κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία ψυχρής σύντηξης δεν θα ολοκληρωθεί ποτέ. Ποτέ δεν θα ξεκινήσει καν πραγματικά. Όλα τα πρωτόνια που αποτελούν τους πυρήνες θα διασπαστούν σε μικρότερα σωματίδια πολύ νωρίτερα από τη μετατροπή των πυρήνων σε σίδηρο. Ακόμη και η μεγαλύτερη δυνατή διάρκεια ζωής ενός πρωτονίου είναι λιγότερο από διακόσιες κοσμολογικές δεκαετίες - πολύ μικρότερη από τον τεράστιο χρόνο που απαιτείται για την ψυχρή σύντηξη. Με άλλα λόγια, οι πυρήνες θα διαλυθούν πριν προλάβουν να μετατραπούν σε σίδηρο.

Μια άλλη φυσική διαδικασία που παίρνει πολύ χρόνο για να θεωρηθεί σημαντική για την κοσμολογία είναι η διάνοιξη των εκφυλισμένων αστεριών σε μαύρες τρύπες. Επειδή οι μαύρες τρύπες είναι οι χαμηλότερες ενεργειακές καταστάσεις που είναι διαθέσιμες στα αστέρια, ένα εκφυλισμένο αντικείμενο που μοιάζει με λευκό νάνο έχει περισσότερη ενέργεια από μια μαύρη τρύπα της ίδιας μάζας. Έτσι, εάν ένας λευκός νάνος μπορούσε να μετατραπεί αυθόρμητα σε μαύρη τρύπα, θα απελευθέρωσε την περίσσεια ενέργειας. Συνήθως, όμως, ένας τέτοιος μετασχηματισμός δεν συμβαίνει λόγω του ενεργειακού φραγμού που δημιουργείται από την πίεση του εκφυλισμένου αερίου που υποστηρίζει την ύπαρξη του λευκού νάνου.

Παρά το ενεργειακό φράγμα, ένας λευκός νάνος θα μπορούσε να μετατραπεί σε μαύρη τρύπα μέσω της κβαντικής μηχανικής σήραγγας. Λόγω της αρχής της αβεβαιότητας, όλα τα σωματίδια (10 57 περίπου) που συνθέτουν έναν λευκό νάνο θα μπορούσαν να βρίσκονται μέσα σε ένα τόσο μικρό χώρο που θα σχημάτιζαν μια μαύρη τρύπα. Ωστόσο, αυτό το τυχαίο γεγονός διαρκεί εξαιρετικά μεγάλο χρονικό διάστημα - της τάξης των 1076 κοσμολογικών δεκαετιών. Είναι αδύνατο να υπερβάλλουμε το πραγματικά τεράστιο μέγεθος των 10 76 κοσμολογικών δεκαετιών. Εάν γράψετε αυτό το εξαιρετικά μεγάλο χρονικό διάστημα σε χρόνια, θα λάβετε ένα με 10 76 μηδενικά. Ίσως να μην αρχίσουμε καν να γράφουμε αυτόν τον αριθμό στο βιβλίο: θα είχε την τάξη του ενός μηδέν για κάθε πρωτόνιο στο ορατό σύγχρονο Σύμπαν, συν ή πλην μερικές τάξεις μεγέθους. Περιττό να πούμε ότι τα πρωτόνια θα διασπαστούν και οι λευκοί νάνοι θα εξαφανιστούν πολύ πριν το σύμπαν φτάσει στην 1076η κοσμολογική δεκαετία.

Τι συμβαίνει στην πραγματικότητα στη μακροπρόθεσμη διαδικασία επέκτασης;

Ενώ πολλά γεγονότα είναι ουσιαστικά αδύνατα, παραμένει ένα ευρύ φάσμα θεωρητικών δυνατοτήτων. Οι ευρύτερες κατηγορίες μελλοντικής συμπεριφοράς του σύμπαντος βασίζονται στο αν το σύμπαν είναι ανοιχτό, επίπεδο ή κλειστό. Ένα ανοιχτό ή επίπεδο σύμπαν θα διαστέλλεται για πάντα, ενώ ένα κλειστό σύμπαν θα υποστεί εκ νέου συστολή μετά από ορισμένο χρόνο, ο οποίος εξαρτάται από την αρχική κατάσταση του σύμπαντος. Εξετάζοντας όμως πιο εικασιακές πιθανότητες, διαπιστώνουμε ότι η μελλοντική εξέλιξη του σύμπαντος μπορεί να είναι πολύ πιο περίπλοκη από ό,τι υποδηλώνει αυτό το απλό σχήμα ταξινόμησης.

Το κύριο πρόβλημα είναι ότι μπορούμε να κάνουμε μετρήσεις που έχουν φυσικό νόημα και, επομένως, να βγάλουμε ορισμένα συμπεράσματα μόνο σε σχέση με την τοπική περιοχή του Σύμπαντος - το τμήμα που περιορίζεται από τον σύγχρονο κοσμολογικό ορίζοντα. Μπορούμε να μετρήσουμε τη συνολική πυκνότητα του σύμπαντος σε αυτήν την τοπική περιοχή, η οποία είναι περίπου είκοσι δισεκατομμύρια έτη φωτός σε διάμετρο. Αλλά οι μετρήσεις πυκνότητας μέσα σε αυτόν τον τοπικό όγκο, δυστυχώς, δεν καθορίζουν τη μακροπρόθεσμη μοίρα του Σύμπαντος στο σύνολό του, αφού το Σύμπαν μας μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερο.

Ας υποθέσουμε, για παράδειγμα, ότι μπορέσαμε να μετρήσουμε ότι η κοσμολογική πυκνότητα υπερβαίνει την τιμή που απαιτείται για να κλείσει το σύμπαν. Θα καταλήξαμε στο πειραματικό συμπέρασμα ότι στο μέλλον το σύμπαν μας θα πρέπει να υποστεί εκ νέου συστολή. Το σύμπαν θα σταλούσε σαφώς μέσω μιας επιταχυνόμενης ακολουθίας φυσικών καταστροφών που θα οδηγούσαν στη Μεγάλη Συμπίεση, που περιγράφεται στην επόμενη ενότητα. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό. Η τοπική μας περιοχή του Σύμπαντος - το τμήμα που παρατηρούμε περικλείεται σε αυτό το φανταστικό σενάριο Αρμαγεδδώνα - θα μπορούσε να είναι φωλιασμένη σε μια πολύ μεγαλύτερη περιοχή πολύ χαμηλότερης πυκνότητας. Σε αυτή την περίπτωση, μόνο ένα ορισμένο μέρος ολόκληρου του Σύμπαντος θα βιώσει συμπίεση. Το υπόλοιπο τμήμα, που καλύπτει, ίσως, το μεγαλύτερο μέρος του Σύμπαντος, θα μπορούσε να συνεχίσει να επεκτείνεται άπειρα.

Ο αναγνώστης μπορεί να διαφωνήσει μαζί μας και να πει ότι αυτή η περιπλοκή είναι ελάχιστη χρήσιμη: το δικό μας μέρος του σύμπαντος εξακολουθεί να είναι προορισμένο να επιβιώσει από την επανασύσπαση. Ο κόσμος μας δεν θα ξεφύγει ακόμα από την καταστροφή και την καταστροφή. Ωστόσο, αυτή η ματιά της μεγάλης εικόνας αλλάζει δραματικά την προοπτική μας. Εάν το μεγαλύτερο σύμπαν επιβιώσει στο σύνολό του, ο θάνατος της περιοχής μας δεν είναι τόσο τραγωδία. Δεν θα αρνηθούμε ότι η καταστροφή μιας πόλης στη Γη, ας πούμε, λόγω σεισμού, είναι ένα τρομερό γεγονός, αλλά και πάλι απέχει πολύ από το να είναι τόσο τρομερό όσο η πλήρης καταστροφή ολόκληρου του πλανήτη. Ομοίως, η απώλεια ενός μικρού μέρους ολόκληρου του σύμπαντος δεν είναι τόσο καταστροφική όσο η απώλεια ολόκληρου του σύμπαντος. Πολύπλοκες φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες μπορούν ακόμα να ξεδιπλωθούν στο μακρινό μέλλον, κάπου στο Σύμπαν. Η καταστροφή του τοπικού μας Σύμπαντος θα μπορούσε να είναι απλώς άλλη μια καταστροφή από μια ολόκληρη σειρά αστροφυσικών καταστροφών, οι οποίες, ίσως, θα φέρουν το μέλλον: τον θάνατο του Ήλιου μας, το τέλος της ζωής στη Γη, την εξάτμιση και τη διασπορά του Γαλαξία μας, διάσπαση πρωτονίων και, κατά συνέπεια, καταστροφή όλης της συνηθισμένης ύλης, εξάτμιση μαύρων οπών κ.λπ.

Η επιβίωση του μεγαλύτερου Σύμπαντος παρέχει μια ευκαιρία για σωτηρία: είτε πραγματικό ταξίδι σε μεγάλες αποστάσεις, είτε μια υποκατάστατη απελευθέρωση μέσω της μετάδοσης πληροφοριών μέσω φωτεινών σημάτων. Αυτή η σωτήρια διαδρομή μπορεί να αποδειχθεί δύσκολη ή ακόμα και απαγορευμένη: όλα εξαρτώνται από το πώς η κλειστή περιοχή του τοπικού μας χωροχρόνου συνδυάζεται με μια μεγαλύτερη περιοχή του Σύμπαντος. Ωστόσο, το γεγονός ότι η ζωή μπορεί να συνεχιστεί αλλού κρατά την ελπίδα ζωντανή.

Εάν η περιοχή μας συμπιεστεί εκ νέου, μπορεί να μην υπάρχει αρκετός χρόνος για να συμβούν όλα τα αστρονομικά γεγονότα που περιγράφονται σε αυτό το βιβλίο στο δικό μας μέρος του Σύμπαντος. Ωστόσο, στο τέλος, αυτές οι διαδικασίες θα εξακολουθήσουν να συμβαίνουν σε κάποιο άλλο μέρος στο Σύμπαν - μακριά από εμάς. Το πόσο καιρό έχουμε μέχρι να ξανασυμπιεστεί το τοπικό τμήμα του Σύμπαντος εξαρτάται από την πυκνότητα του τοπικού τμήματος. Αν και οι σύγχρονες αστρονομικές μετρήσεις δείχνουν ότι η πυκνότητά του είναι τόσο χαμηλή που το τοπικό μας τμήμα του σύμπαντος δεν θα καταρρεύσει καθόλου, επιπλέον αόρατη ύλη μπορεί να κρύβεται στο σκοτάδι. Η μέγιστη δυνατή επιτρεπόμενη τοπική πυκνότητα είναι περίπου διπλάσια από την τιμή που απαιτείται για να κλείσει το τοπικό τμήμα του Σύμπαντος. Αλλά ακόμα και με αυτή τη μέγιστη πυκνότητα, το σύμπαν δεν μπορεί να αρχίσει να συστέλλεται μέχρι να περάσουν τουλάχιστον είκοσι δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτός ο χρονικός περιορισμός θα μας έδινε μια καθυστέρηση της τοπικής έκδοσης της Μεγάλης Συμπίεσης για τουλάχιστον άλλα πενήντα δισεκατομμύρια χρόνια.

Μπορεί επίσης να προκύψει ένα αντίθετο σύνολο περιστάσεων. Το τοπικό μας τμήμα του σύμπαντος μπορεί να επιδείξει σχετικά χαμηλή πυκνότητα και, ως εκ τούτου, να πληροί τις προϋποθέσεις για αιώνια ζωή. Ωστόσο, αυτό το τοπικό κομμάτι χωροχρόνου μπορεί να τοποθετηθεί σε μια πολύ μεγαλύτερη περιοχή πολύ μεγαλύτερης πυκνότητας. Σε αυτήν την περίπτωση, όταν ο τοπικός μας κοσμολογικός ορίζοντας γίνει αρκετά μεγάλος ώστε να περιλαμβάνει μια μεγαλύτερη περιοχή υψηλότερης πυκνότητας, το τοπικό μας σύμπαν θα γίνει μέρος ενός μεγαλύτερου σύμπαντος που προορίζεται να υποστεί επανασύσπαση.

Αυτό το σενάριο καταστροφής απαιτεί το τοπικό μας σύμπαν να έχει μια σχεδόν επίπεδη κοσμολογική γεωμετρία, γιατί μόνο τότε ο ρυθμός διαστολής συνεχίζει να μειώνεται σταθερά. Η σχεδόν επίπεδη γεωμετρία επιτρέπει σε όλο και περισσότερες περιοχές του σύμπαντος μετακλιμάκωσης (η μεγάλη εικόνα του σύμπαντος) να επηρεάζουν τα τοπικά γεγονότα. Αυτή η μεγάλη γύρω περιοχή πρέπει απλώς να είναι αρκετά πυκνή για να επιβιώσει τελικά από την επανασύσπαση. Πρέπει να ζήσει αρκετά (δηλαδή να μην καταρρεύσει πολύ νωρίς) ώστε ο κοσμολογικός μας ορίζοντας να επεκταθεί στην απαιτούμενη μεγάλη κλίμακα.

Εάν αυτές οι ιδέες πραγματοποιηθούν στο διάστημα, τότε το τοπικό μας σύμπαν δεν είναι καθόλου «το ίδιο» με την πολύ μεγαλύτερη περιοχή του Σύμπαντος που το καταπίνει. Έτσι, σε αρκετά μεγάλες αποστάσεις, η κοσμολογική αρχή θα παραβιαζόταν σαφώς: το Σύμπαν δεν θα ήταν το ίδιο σε κάθε σημείο του χώρου (ομογενές) και όχι απαραίτητα το ίδιο σε όλες τις κατευθύνσεις (ισότροπο). Ένα τέτοιο δυναμικό δεν αναιρεί καθόλου τη χρήση της κοσμολογικής αρχής για τη μελέτη της ιστορίας του παρελθόντος (όπως στη θεωρία του Big Bang), καθώς το Σύμπαν είναι σαφώς ομοιογενές και ισότροπο στην τοπική μας περιοχή χωροχρόνου, την ακτίνα του που σήμερα είναι περίπου δέκα δισεκατομμύρια έτη φωτός. Τυχόν πιθανές αποκλίσεις από την ομοιογένεια και την ισοτροπία είναι μεγάλες, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να εμφανιστούν μόνο στο μέλλον.

Κατά ειρωνικό τρόπο, μπορούμε να επιβάλουμε περιορισμούς στη φύση αυτής της ευρύτερης περιοχής του Σύμπαντος που βρίσκεται επί του παρόντος έξω από τον κοσμολογικό μας ορίζοντα. Η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μετράται ότι είναι εξαιρετικά ομοιόμορφη. Ωστόσο, μεγάλες διαφορές στην πυκνότητα του Σύμπαντος, ακόμα κι αν ήταν έξω από τον κοσμολογικό ορίζοντα, σίγουρα θα προκαλούσαν παλμούς σε αυτή την ομοιόμορφη ακτινοβολία υποβάθρου. Έτσι, η απουσία σημαντικών παλμών υποδηλώνει ότι τυχόν αναμενόμενες σημαντικές διαταραχές πυκνότητας πρέπει να είναι πολύ μακριά από εμάς. Αλλά αν οι διαταραχές μεγάλης πυκνότητας είναι μακριά, τότε η τοπική μας περιοχή του Σύμπαντος μπορεί να ζήσει αρκετά πριν τις συναντήσει. Η πιο πρώιμη δυνατή στιγμή που οι μεγάλες διαφορές στην πυκνότητα θα έχουν αντίκτυπο στο δικό μας μέρος του σύμπαντος θα έρθει σε περίπου δεκαεπτά κοσμολογικές δεκαετίες. Αλλά, πιθανότατα, αυτό το γεγονός που αλλάζει το σύμπαν θα συμβεί πολύ αργότερα. Σύμφωνα με τις περισσότερες εκδοχές της θεωρίας ενός πληθωριστικού Σύμπαντος, το Σύμπαν μας θα παραμείνει ομοιογενές και σχεδόν επίπεδο για εκατοντάδες και ακόμη και χιλιάδες κοσμολογικές δεκαετίες.

Μεγάλη συμπίεση

Εάν το Σύμπαν (ή μέρος του) είναι κλειστό, τότε η βαρύτητα θα θριαμβεύσει έναντι της διαστολής και θα αρχίσει η αναπόφευκτη συστολή. Ένα τέτοιο Σύμπαν, βιώνοντας μια δεύτερη κατάρρευση, θα τελείωνε την πορεία της ζωής του στο πύρινο διάλειμμα γνωστό ως Μεγάλη συμπίεση... Οι πολλές αντιξοότητες που σηματοδοτούν τη χρονική ακολουθία ενός σύμπαντος που συρρικνώνεται εξετάστηκαν για πρώτη φορά από τον Sir Martin Rees, τώρα Βασιλικό αστρονόμο της Αγγλίας. Όταν το σύμπαν ριχτεί σε αυτό το μεγάλο φινάλε, δεν θα λείπουν οι καταστροφές.

Και παρόλο που το σύμπαν είναι πιθανό να διαστέλλεται για πάντα, είμαστε λίγο πολύ βέβαιοι ότι η πυκνότητα του σύμπαντος δεν υπερβαίνει το διπλάσιο της κρίσιμης πυκνότητας. Γνωρίζοντας αυτό το ανώτερο όριο, μπορούμε να το υποστηρίξουμε ελάχισταο πιθανός χρόνος που απομένει πριν από την κατάρρευση του Σύμπαντος στη Μεγάλη Συμπίεση είναι περίπου πενήντα δισεκατομμύρια χρόνια. Το Doomsday είναι ακόμα πολύ μακριά από οποιοδήποτε ανθρώπινο πρότυπο χρόνου, επομένως το ενοίκιο θα πρέπει πιθανώς να συνεχίσει να καταβάλλεται τακτικά.

Ας υποθέσουμε ότι είκοσι δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, έχοντας φτάσει στο μέγιστο μέγεθός του, το Σύμπαν υφίσταται πράγματι επανασύσπαση. Εκείνη την εποχή, το σύμπαν θα είναι περίπου διπλάσιο από αυτό που είναι σήμερα. Η θερμοκρασία ακτινοβολίας υποβάθρου θα είναι περίπου 1,4 βαθμοί Κέλβιν, το ήμισυ της θερμοκρασίας σήμερα. Αφού το σύμπαν κρυώσει σε αυτήν την ελάχιστη θερμοκρασία, η επακόλουθη κατάρρευση θα το θερμάνει καθώς ορμάει προς τη Μεγάλη Συμπίεση. Στην πορεία, στη διαδικασία αυτής της συμπίεσης, όλες οι δομές που δημιουργούνται από το Σύμπαν θα καταστραφούν: σμήνη, γαλαξίες, αστέρια, πλανήτες και ακόμη και τα ίδια τα χημικά στοιχεία.

Περίπου είκοσι δισεκατομμύρια χρόνια μετά την έναρξη της εκ νέου συστολής, το σύμπαν θα επιστρέψει στο μέγεθος και την πυκνότητα του σύγχρονου σύμπαντος. Και στα ενδιάμεσα σαράντα δισεκατομμύρια χρόνια, το Σύμπαν προχωρά μπροστά, έχοντας περίπου το ίδιο είδος δομής μεγάλης κλίμακας. Τα αστέρια συνεχίζουν να γεννιούνται, να εξελίσσονται και να πεθαίνουν. Τα μικρά αστέρια που εξοικονομούν καύσιμα, όπως ο κοντινός μας γείτονας Proxima Centauri, δεν έχουν αρκετό χρόνο για να υποστούν κάποια σημαντική εξέλιξη. Μερικοί γαλαξίες συγκρούονται και συγχωνεύονται στα μητρικά τους σμήνη, αλλά οι περισσότεροι από αυτούς παραμένουν σε μεγάλο βαθμό αμετάβλητοι. Ένας μεμονωμένος γαλαξίας χρειάζεται περισσότερα από σαράντα δισεκατομμύρια χρόνια για να αλλάξει τη δυναμική του δομή. Αντιστρέφοντας τον νόμο της διαστολής Hubble, ορισμένοι γαλαξίες θα πλησιάσουν τον γαλαξία μας αντί να απομακρυνθούν από αυτόν. Είναι μόνο αυτή η περίεργη τάση που αλλάζει το μπλε που θα επιτρέψει στους αστρονόμους να ρίξουν μια ματιά στην επικείμενη καταστροφή.

Μεμονωμένα σμήνη γαλαξιών, διασκορπισμένα σε απέραντο χώρο και χαλαρά δεμένα σε σβώλους και νήματα, θα παραμείνουν ανέπαφα έως ότου το Σύμπαν συρρικνωθεί σε μέγεθος πέντε φορές μικρότερο από αυτό που είναι σήμερα. Σε αυτή την υποθετική μελλοντική σύνοδο, τα σμήνη γαλαξιών συγχωνεύονται. Στο σημερινό σύμπαν, τα σμήνη γαλαξιών καταλαμβάνουν μόνο περίπου το ένα τοις εκατό του όγκου. Ωστόσο, μόλις το σύμπαν συρρικνωθεί στο ένα πέμπτο του σημερινού του μεγέθους, τα σμήνη γεμίζουν σχεδόν όλο το διάστημα. Έτσι, το Σύμπαν θα γίνει ένα γιγάντιο σμήνος γαλαξιών, αλλά οι ίδιοι οι γαλαξίες σε αυτήν την εποχή, ωστόσο, θα διατηρήσουν την ατομικότητά τους.

Καθώς η συστολή συνεχίζεται, το σύμπαν πολύ σύντομα θα γίνει εκατό φορές μικρότερο από ό,τι είναι σήμερα. Σε αυτό το στάδιο, η μέση πυκνότητα του Σύμπαντος θα είναι ίση με τη μέση πυκνότητα του γαλαξία. Οι γαλαξίες θα επικαλύπτονται μεταξύ τους και τα μεμονωμένα αστέρια δεν θα ανήκουν πλέον σε κανέναν συγκεκριμένο γαλαξία. Τότε ολόκληρο το Σύμπαν θα μετατραπεί σε έναν γιγάντιο γαλαξία γεμάτο αστέρια. Η θερμοκρασία υποβάθρου του σύμπαντος, που δημιουργήθηκε από την κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, ανεβαίνει στους 274 βαθμούς Κέλβιν, πλησιάζοντας το σημείο τήξης των πάγων. Λόγω της αυξανόμενης συμπίεσης των γεγονότων μετά από αυτήν την εποχή, είναι πολύ πιο βολικό να συνεχίσετε την ιστορία από τη θέση του αντίθετου άκρου της γραμμής χρόνου: ο χρόνος που απομένει μέχρι τη Μεγάλη Συμπίεση. Όταν η θερμοκρασία του σύμπαντος φτάσει στο σημείο τήξης των πάγων, το σύμπαν μας έχει δέκα εκατομμύρια χρόνια μελλοντικής ιστορίας.

Μέχρι αυτή τη στιγμή, η ζωή στους επίγειους πλανήτες συνεχίζεται εντελώς ανεξάρτητα από την εξέλιξη του σύμπαντος γύρω του. Στην πραγματικότητα, η ζεστασιά του ουρανού θα λιώσει τελικά τα παγωμένα αντικείμενα που μοιάζουν με τον Πλούτωνα που παρασύρονται γύρω από την περιφέρεια κάθε ηλιακού συστήματος και παρέχουν μια τελευταία φευγαλέα ευκαιρία για να ανθίσει η ζωή στο σύμπαν. Αυτή η σχετικά σύντομη περασμένη άνοιξη θα τελειώσει καθώς η θερμοκρασία του περιβάλλοντος αυξάνεται περαιτέρω. Με την εξαφάνιση του υγρού νερού σε όλο το Σύμπαν, λίγο πολύ ταυτόχρονα υπάρχει μαζική εξαφάνιση όλων των ζωντανών όντων. Οι ωκεανοί βράζουν και ο νυχτερινός ουρανός είναι πιο φωτεινός από τον ουρανό της ημέρας που βλέπουμε από τη Γη σήμερα. Με μόλις έξι εκατομμύρια χρόνια να απομένουν πριν από την τελική συστολή, όποιες μορφές ζωής επιβιώνουν πρέπει είτε να παραμείνουν βαθιά στα έγκατα των πλανητών είτε να αναπτύξουν εξελιγμένους και αποτελεσματικούς μηχανισμούς ψύξης.

Μετά την τελική καταστροφή πρώτα των σμηνών, και μετά των ίδιων των γαλαξιών, οι επόμενοι στη γραμμή του πυρός είναι τα αστέρια. Αν δεν είχε συμβεί τίποτα άλλο, τα αστέρια αργά ή γρήγορα θα συγκρούονταν και θα καταστρέφονταν το ένα το άλλο ενόψει της συνεχιζόμενης και ολοκληρωτικά καταστροφικής συμπίεσης. Ωστόσο, μια τέτοια σκληρή μοίρα θα τους παρακάμψει, επειδή τα αστέρια θα καταρρεύσουν με πιο σταδιακό τρόπο πολύ πριν το σύμπαν γίνει αρκετά πυκνό για να συμβούν αστρικές συγκρούσεις. Όταν η θερμοκρασία της συνεχώς συστελλόμενης ακτινοβολίας υποβάθρου υπερβαίνει τη θερμοκρασία της επιφάνειας ενός άστρου, η οποία είναι μεταξύ τεσσάρων και έξι χιλιάδων Kelvin, το πεδίο ακτινοβολίας μπορεί να αλλάξει σημαντικά τη δομή των αστεριών. Και παρόλο που οι πυρηνικές αντιδράσεις συνεχίζονται στο εσωτερικό των άστρων, οι επιφάνειές τους εξατμίζονται υπό την επίδραση ενός πολύ ισχυρού εξωτερικού πεδίου ακτινοβολίας. Έτσι, η ακτινοβολία υποβάθρου είναι η κύρια αιτία της καταστροφής των άστρων.

Όταν τα αστέρια αρχίζουν να εξατμίζονται, το σύμπαν είναι περίπου δύο χιλιάδες φορές μικρότερο από ό,τι είναι σήμερα. Σε αυτήν την ταραγμένη εποχή, ο νυχτερινός ουρανός φαίνεται τόσο φωτεινός όσο η επιφάνεια του ήλιου. Η συντομία του χρόνου που απομένει είναι δύσκολο να παραμεληθεί: η ισχυρότερη ακτινοβολία εξαλείφει κάθε αμφιβολία ότι μένουν λιγότερο από ένα εκατομμύριο χρόνια μέχρι το τέλος. Οποιοσδήποτε αστρονόμος έχει αρκετή τεχνολογική εφευρετικότητα για να επιβιώσει σε αυτήν την εποχή μπορεί να θυμηθεί με ταπεινή έκπληξη ότι το καζάνι του Σύμπαντος που βράζει - αστέρια παγωμένα σε έναν ουρανό τόσο φωτεινό όσο ο Ήλιος - δεν είναι τίποτα άλλο από την επιστροφή του παραδόξου του Olbers. απείρως παλιό και στατικό σύμπαν.

Τυχόν πυρήνες αστεριών ή καφέ νάνοι που επέζησαν σε αυτήν την εποχή της εξάτμισης θα κομματιαστούν με τον πιο ασυνήθιστο τρόπο. Όταν η θερμοκρασία της ακτινοβολίας υποβάθρου φτάσει τα δέκα εκατομμύρια βαθμούς Kelvin, η οποία είναι συγκρίσιμη με την τρέχουσα κατάσταση των κεντρικών περιοχών των αστεριών, οποιοδήποτε πυρηνικό καύσιμο που απομένει μπορεί να αναφλεγεί και να οδηγήσει στην ισχυρότερη και πιο θεαματική έκρηξη. Έτσι, αστρικά αντικείμενα που καταφέρνουν να επιβιώσουν από την εξάτμιση θα συμβάλουν στη γενική ατμόσφαιρα του τέλους του κόσμου, μετατρέποντας σε φανταστικές βόμβες υδρογόνου.

Πλανήτες σε ένα σύμπαν που συρρικνώνεται θα μοιραστούν τη μοίρα των αστεριών. Γιγαντιαίες μπάλες αερίου, όπως ο Δίας και ο Κρόνος, εξατμίζονται πολύ πιο εύκολα από τα αστέρια και αφήνουν πίσω τους μόνο κεντρικούς πυρήνες, που δεν διακρίνονται από τους επίγειους πλανήτες. Κάθε υγρό νερό έχει εξατμιστεί εδώ και πολύ καιρό από τις επιφάνειες των πλανητών και πολύ σύντομα θα ακολουθήσουν το παράδειγμά του και οι ατμόσφαιρές τους. Απομένουν μόνο γυμνές και άγονες ερημιές. Οι βραχώδεις επιφάνειες λιώνουν και τα στρώματα υγρών πετρωμάτων σταδιακά πυκνώνουν, καταπίνοντας τελικά ολόκληρο τον πλανήτη. Η βαρύτητα εμποδίζει τα ετοιμοθάνατα λιωμένα υπολείμματα να μην πετάξουν και δημιουργούν βαριές πυριτικές ατμόσφαιρες, οι οποίες, με τη σειρά τους, διαφεύγουν στο διάστημα. Πλανήτες που εξατμίζονται, βυθίζονται σε εκτυφλωτικές φλόγες, εξαφανίζονται χωρίς ίχνος.

Όταν οι πλανήτες εγκαταλείπουν το στάδιο, τα άτομα του διαστρικού χώρου αρχίζουν να αποσυντίθενται στους πυρήνες και τα ηλεκτρόνια που τους αποτελούν. Η ακτινοβολία του υποβάθρου γίνεται τόσο ισχυρή που τα φωτόνια (σωματίδια φωτός) λαμβάνουν αρκετή ενέργεια για να απελευθερώσουν ηλεκτρόνια. Ως αποτέλεσμα, τα τελευταία αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια, τα άτομα έχουν πάψει να υπάρχουν και η ύλη αποσυντίθεται σε φορτισμένα σωματίδια. Η ακτινοβολία υποβάθρου αλληλεπιδρά έντονα με αυτά τα φορτισμένα σωματίδια, οπότε η ύλη και η ακτινοβολία είναι στενά αλληλένδετες. Τα φωτόνια του κοσμικού υποβάθρου, που έχουν ταξιδέψει ανεμπόδιστα για σχεδόν εξήντα δισεκατομμύρια χρόνια από τον ανασυνδυασμό, προσγειώνονται στην επιφάνεια της «επόμενης» σκέδασής τους.

Ο Ρουβίκωνας διασταυρώνεται όταν το σύμπαν συρρικνώνεται στο ένα δέκατο χιλιοστό του πραγματικού του μεγέθους. Σε αυτό το στάδιο, η πυκνότητα της ακτινοβολίας υπερβαίνει την πυκνότητα της ύλης - αυτό συνέβη μόνο αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Στο Σύμπαν, η ακτινοβολία αρχίζει να κυριαρχεί ξανά. Επειδή η ύλη και η ακτινοβολία συμπεριφέρονται διαφορετικά επειδή έχουν υποστεί συμπίεση, η περαιτέρω συμπίεση αλλάζει ελαφρώς καθώς το σύμπαν υφίσταται αυτή τη μετάβαση. Απομένουν μόνο δέκα χιλιάδες χρόνια.

Όταν απομένουν μόνο τρία λεπτά πριν από την τελική συμπίεση, οι ατομικοί πυρήνες αρχίζουν να αποσυντίθενται. Αυτή η διάσπαση συνεχίζεται μέχρι το τελευταίο δευτερόλεπτο, με το οποίο καταστρέφονται όλοι οι ελεύθεροι πυρήνες. Αυτή η εποχή αντιπυρηνοσύνθεσης διαφέρει πολύ σημαντικά από τη βίαιη πυρηνοσύνθεση που συνέβη στα πρώτα λεπτά της αρχέγονης εποχής. Στα πρώτα λεπτά της ιστορίας του διαστήματος σχηματίστηκαν μόνο τα ελαφρύτερα στοιχεία, κυρίως υδρογόνο, ήλιο και λίγο λίθιο. Τα τελευταία λεπτά, μια μεγάλη ποικιλία βαρέων πυρήνων έχει παρουσιαστεί στο διάστημα. Οι πυρήνες σιδήρου συγκρατούν τους ισχυρότερους δεσμούς, επομένως η αποσύνθεσή τους απαιτεί την περισσότερη ενέργεια ανά σωματίδιο. Ωστόσο, το Σύμπαν που συρρικνώνεται δημιουργεί όλο και υψηλότερες θερμοκρασίες και ενέργειες: αργά ή γρήγορα, ακόμη και πυρήνες σιδήρου θα πεθάνουν σε αυτό το τρελά καταστροφικό περιβάλλον. Στο τελευταίο δευτερόλεπτο της ζωής του Σύμπαντος, δεν μένει ούτε ένα χημικό στοιχείο σε αυτό. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια γίνονται ξανά ελεύθερα - όπως στο πρώτο δευτερόλεπτο της ιστορίας του διαστήματος.

Εάν σε αυτήν την εποχή υπάρχει τουλάχιστον κάποια ζωή στο Σύμπαν, η στιγμή της καταστροφής των πυρήνων γίνεται η γραμμή λόγω της οποίας δεν επιστρέφουν. Μετά από αυτό το γεγονός, δεν θα μείνει τίποτα στο σύμπαν που να μοιάζει έστω και από απόσταση με τη ζωή με βάση τον άνθρακα στη Γη. Δεν θα μείνει άνθρακας στο σύμπαν. Οποιοσδήποτε οργανισμός καταφέρει να επιβιώσει από την αποσύνθεση των πυρήνων πρέπει να ανήκει σε ένα πραγματικά εξωτικό είδος. Ίσως πλάσματα που βασίζονται σε ισχυρή αλληλεπίδραση θα μπορούσαν να δουν το τελευταίο δευτερόλεπτο της ζωής του Σύμπαντος.

Το τελευταίο δευτερόλεπτο μοιάζει πολύ με την ταινία Big Bang που προβάλλεται ανάποδα. Μετά τη διάσπαση των πυρήνων, όταν μόνο ένα μικροδευτερόλεπτο χωρίζει το Σύμπαν από τον θάνατο, τα ίδια τα πρωτόνια και τα νετρόνια διασπώνται και το Σύμπαν μετατρέπεται σε μια θάλασσα από ελεύθερα κουάρκ. Καθώς η συμπίεση συνεχίζεται, το σύμπαν γίνεται θερμότερο και πυκνότερο και οι νόμοι της φυσικής φαίνεται να αλλάζουν σε αυτό. Όταν το σύμπαν φτάσει σε θερμοκρασία περίπου 10-15 βαθμών Κέλβιν, η ασθενής πυρηνική δύναμη και η ηλεκτρομαγνητική δύναμη συνδυάζονται για να σχηματίσουν την ηλεκτροαδύναμη δύναμη. Αυτό το γεγονός είναι ένα είδος κοσμολογικής μετάβασης φάσης, που θυμίζει αόριστα τη μετατροπή του πάγου σε νερό. Καθώς πλησιάζουμε σε υψηλότερες ενέργειες, κοντά στο τέλος του χρόνου, απομακρυνόμαστε από άμεσες πειραματικές αποδείξεις, όπου η αφήγηση, είτε μας αρέσει είτε όχι, γίνεται πιο εικαστική. Κι όμως συνεχίζουμε. Εξάλλου, το σύμπαν έχει ακόμα 10-11 δευτερόλεπτα ιστορίας.

Η επόμενη σημαντική μετάβαση συμβαίνει όταν η ισχυρή δύναμη συνδυάζεται με την ηλεκτροαδύναμη. Αυτή η εκδήλωση κάλεσε μεγάλη ενοποίηση, συνδυάζει τρεις από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης: ισχυρή πυρηνική δύναμη, ασθενή πυρηνική δύναμη και ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Αυτή η ενοποίηση λαμβάνει χώρα σε μια απίστευτα υψηλή θερμοκρασία 10 28 βαθμών Κέλβιν, όταν το σύμπαν έχει μόνο 10 -37 δευτερόλεπτα για να ζήσει.

Το τελευταίο σημαντικό γεγονός που μπορούμε να γιορτάσουμε στο ημερολόγιό μας είναι η ενοποίηση της βαρύτητας με τις άλλες τρεις δυνάμεις. Αυτό το κομβικό γεγονός συμβαίνει όταν το σύμπαν που συστέλλεται φτάσει σε θερμοκρασία περίπου 1032 βαθμών Κέλβιν και απομένουν μόνο 10 -43 δευτερόλεπτα πριν από τη Μεγάλη Συμπίεση. Αυτή η θερμοκρασία ή ενέργεια αναφέρεται συνήθως ως την τιμή Planck... Δυστυχώς, οι επιστήμονες δεν έχουν μια αυτοσυνεπή φυσική θεωρία για μια τέτοια κλίμακα ενεργειών, όπου και οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης συνδυάζονται σε ένα σύνολο. Όταν αυτή η ενοποίηση των τεσσάρων δυνάμεων συμβαίνει κατά τη διάρκεια της επανασύσπασης, η τρέχουσα κατανόησή μας για τους νόμους της φυσικής χάνει τη σημασία της. Τι θα συμβεί στη συνέχεια - δεν ξέρουμε.

Τελειοποίηση του σύμπαντος μας

Έχοντας εξετάσει τα αδύνατα και απίστευτα γεγονότα, ας σταθούμε στο πιο εκπληκτικό γεγονός που συνέβη - τη γέννηση της ζωής. Το Σύμπαν μας είναι ένα αρκετά άνετο μέρος για να ζήσουμε, όπως το ξέρουμε. Μάλιστα και τα τέσσερα αστροφυσικά παράθυρα παίζουν σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξή του. Οι πλανήτες, το μικρότερο παράθυρο στην αστρονομία, είναι το σπίτι της ζωής. Παρέχουν "πιάτα Petri" στα οποία μπορεί να προκύψει και να εξελιχθεί η ζωή. Η σημασία των αστεριών είναι επίσης σαφής: είναι η πηγή της ενέργειας που απαιτείται για τη βιολογική εξέλιξη. Ο δεύτερος θεμελιώδης ρόλος των αστεριών είναι ότι, όπως οι αλχημιστές, σχηματίζουν στοιχεία βαρύτερα από το ήλιο: άνθρακα, οξυγόνο, ασβέστιο και άλλους πυρήνες που αποτελούν τις μορφές ζωής που γνωρίζουμε.

Οι γαλαξίες είναι επίσης εξαιρετικά σημαντικοί, αν και αυτό δεν είναι τόσο προφανές. Χωρίς τη συνεκτική επιρροή των γαλαξιών, τα βαριά στοιχεία που παράγονται από τα αστέρια θα διασκορπίζονταν σε ολόκληρο το σύμπαν. Αυτά τα βαριά στοιχεία είναι τα βασικά δομικά στοιχεία που αποτελούν τόσο τους πλανήτες όσο και όλες τις μορφές ζωής. Οι γαλαξίες, με τις μεγάλες μάζες τους και την ισχυρή βαρυτική τους έλξη, κρατούν το χημικά εμπλουτισμένο αέριο που έχει απομείνει μετά το θάνατο των άστρων από τη διασπορά. Στη συνέχεια, αυτό το προηγουμένως επεξεργασμένο αέριο ενσωματώνεται στις μελλοντικές γενιές αστεριών, πλανητών και ανθρώπων. Έτσι, η βαρυτική έλξη των γαλαξιών διασφαλίζει ότι τα βαριά στοιχεία είναι εύκολα προσβάσιμα για τις επόμενες γενιές άστρων και για το σχηματισμό βραχωδών πλανητών όπως η Γη μας.

Αν μιλάμε για τις μεγαλύτερες αποστάσεις, τότε το ίδιο το Σύμπαν πρέπει να έχει τις απαραίτητες ιδιότητες για να επιτρέψει την εμφάνιση και την ανάπτυξη της ζωής. Και ενώ δεν έχουμε τίποτα που να μοιάζει με την πλήρη κατανόηση της ζωής και της εξέλιξής της, μια βασική απαίτηση είναι σχετικά σίγουρη: χρειάζεται πολύς χρόνος. Η εμφάνιση του ανθρώπου διήρκεσε περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια στον πλανήτη μας και είμαστε έτοιμοι να στοιχηματίσουμε ότι, σε κάθε περίπτωση, για την εμφάνιση της ευφυούς ζωής, πρέπει να περάσουν τουλάχιστον ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Έτσι, το σύμπαν στο σύνολό του πρέπει να ζήσει δισεκατομμύρια χρόνια για να επιτρέψει την ανάπτυξη της ζωής, τουλάχιστον στην περίπτωση μιας βιολογίας που έστω και αόριστα μοιάζει με τη δική μας.

Οι ιδιότητες του σύμπαντός μας στο σύνολό του καθιστούν επίσης δυνατή την παροχή ενός χημικού περιβάλλοντος που ευνοεί την ανάπτυξη της ζωής. Αν και βαρύτερα στοιχεία όπως ο άνθρακας και το οξυγόνο συντίθενται στα αστέρια, το υδρογόνο είναι επίσης ένα ζωτικό συστατικό. Αποτελεί μέρος δύο από τα τρία άτομα νερού, το H 2 O, ένα σημαντικό συστατικό της ζωής στον πλανήτη μας. Εξετάζοντας το τεράστιο σύνολο των πιθανών συμπάντων και τις πιθανές ιδιότητές τους, παρατηρούμε ότι ως αποτέλεσμα της αρχέγονης πυρηνοσύνθεσης, όλο το υδρογόνο θα μπορούσε να μετατραπεί σε ήλιο και ακόμη βαρύτερα στοιχεία. Ή το σύμπαν θα μπορούσε να είχε επεκταθεί τόσο γρήγορα που τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια δεν θα είχαν συναντηθεί ποτέ για να σχηματίσουν άτομα υδρογόνου. Όπως και να έχει, το Σύμπαν θα μπορούσε να είχε τελειώσει χωρίς να δημιουργηθούν τα άτομα υδρογόνου που αποτελούν τα μόρια του νερού, χωρίς τα οποία δεν θα υπήρχε συνηθισμένη ζωή.

Λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις σκέψεις, γίνεται σαφές ότι το Σύμπαν μας έχει πραγματικά τα απαραίτητα χαρακτηριστικά για να επιτρέψει την ύπαρξή μας. Σύμφωνα με τους δεδομένους νόμους της φυσικής, που καθορίζονται από τις τιμές των φυσικών σταθερών, τις τιμές των θεμελιωδών δυνάμεων και τις μάζες των στοιχειωδών σωματιδίων, το Σύμπαν μας δημιουργεί φυσικά γαλαξίες, αστέρια, πλανήτες και ζωή. Εάν οι φυσικοί νόμοι είχαν μια ελαφρώς διαφορετική μορφή, το σύμπαν μας θα μπορούσε να είναι εντελώς ακατοίκητο και εξαιρετικά φτωχό αστρονομικά.

Ας επεξηγήσουμε την απαιτούμενη λεπτομέρεια του Σύμπαντος μας με λίγο περισσότερες λεπτομέρειες. Οι γαλαξίες, ένα από τα αστροφυσικά αντικείμενα που είναι απαραίτητα για τη ζωή, σχηματίζονται όταν η βαρύτητα κερδίζει το πάνω χέρι έναντι της διαστολής του σύμπαντος και προκαλεί την κατάρρευση τοπικών περιοχών. Εάν η δύναμη της βαρύτητας ήταν πολύ πιο αδύναμη ή ο ρυθμός της κοσμολογικής διαστολής ήταν πολύ πιο γρήγορος, τότε μέχρι τώρα δεν θα υπήρχε ούτε ένας γαλαξίας στο διάστημα. Το σύμπαν θα συνέχιζε να διασκορπίζεται, αλλά δεν θα περιέχει ούτε μια βαρυτικά δεσμευμένη δομή, τουλάχιστον για αυτή τη στιγμή στην ιστορία του σύμπαντος. Από την άλλη πλευρά, εάν η δύναμη της βαρύτητας είχε πολύ μεγαλύτερο μέγεθος ή ο ρυθμός διαστολής του Κόσμου ήταν πολύ χαμηλότερος, τότε ολόκληρο το Σύμπαν θα κατέρρεε ξανά στη Μεγάλη Συμπίεση πολύ πριν από το σχηματισμό των γαλαξιών. Σε κάθε περίπτωση, δεν θα υπήρχε ζωή στο σύγχρονο Σύμπαν μας. Αυτό σημαίνει ότι η ενδιαφέρουσα περίπτωση ενός Σύμπαντος γεμάτου με γαλαξίες και άλλες δομές μεγάλης κλίμακας απαιτεί έναν μάλλον λεπτό συμβιβασμό μεταξύ της δύναμης της βαρύτητας και του ρυθμού διαστολής. Και το σύμπαν μας έχει εφαρμόσει ακριβώς έναν τέτοιο συμβιβασμό.

Όσο για τα αστέρια, εδώ η απαιτούμενη λεπτομέρεια της φυσικής θεωρίας συνδέεται με ακόμη πιο αυστηρές συνθήκες. Οι αντιδράσεις σύντηξης στα αστέρια παίζουν δύο βασικούς ρόλους για την εξέλιξη της ζωής: την παραγωγή ενέργειας και την παραγωγή βαρέων στοιχείων όπως ο άνθρακας και το οξυγόνο. Για να παίξουν τα αστέρια τον ρόλο που προορίζονται, πρέπει να ζήσουν για μεγάλο χρονικό διάστημα, να φτάσουν σε αρκετά υψηλές κεντρικές θερμοκρασίες και να είναι αρκετά άφθονα. Για να μπουν στη θέση τους όλα αυτά τα κομμάτια του παζλ, το σύμπαν πρέπει να είναι προικισμένο με ένα ευρύ φάσμα ειδικών ιδιοτήτων.

Η πυρηνική φυσική είναι ίσως το πιο ξεκάθαρο παράδειγμα. Οι αντιδράσεις σύντηξης και η πυρηνική δομή εξαρτώνται από το μέγεθος της ισχυρής αλληλεπίδρασης. Οι ατομικοί πυρήνες υπάρχουν ως δεσμευμένες δομές επειδή οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις είναι ικανές να κρατούν τα πρωτόνια κοντά το ένα στο άλλο, παρόλο που η δύναμη ηλεκτρικής απώθησης θετικά φορτισμένων πρωτονίων τείνει να σχίσει τον πυρήνα. Εάν η ισχυρή αλληλεπίδραση ήταν ελαφρώς πιο αδύναμη, τότε απλά δεν θα υπήρχαν βαρείς πυρήνες. Τότε δεν θα υπήρχε άνθρακας στο σύμπαν, και επομένως δεν θα υπήρχαν μορφές ζωής με βάση τον άνθρακα. Από την άλλη πλευρά, εάν η ισχυρή πυρηνική δύναμη ήταν ακόμη ισχυρότερη, τότε δύο πρωτόνια θα μπορούσαν να συνδυαστούν σε ζεύγη που ονομάζονται διπρωτόνια. Σε αυτή την περίπτωση, η ισχυρή αλληλεπίδραση θα ήταν τόσο ισχυρή που όλα τα πρωτόνια στο Σύμπαν θα συνδυάζονταν σε διπρωτόνια ή ακόμα και μεγαλύτερες πυρηνικές δομές και δεν θα έμενε συνηθισμένο υδρογόνο. Ελλείψει υδρογόνου, δεν θα υπήρχε νερό στο Σύμπαν, και επομένως δεν θα ήταν γνωστές σε εμάς μορφές ζωής. Ευτυχώς για εμάς, το σύμπαν μας έχει ακριβώς τη σωστή ποσότητα ισχυρής αλληλεπίδρασης που επιτρέπει το υδρογόνο, το νερό, τον άνθρακα και άλλα βασικά συστατικά της ζωής.

Ομοίως, εάν η ασθενής πυρηνική δύναμη είχε εντελώς διαφορετική δύναμη, θα επηρέαζε σημαντικά την αστρική εξέλιξη. Εάν η ασθενής αλληλεπίδραση ήταν πολύ ισχυρότερη, για παράδειγμα, σε σύγκριση με την ισχυρή αλληλεπίδραση, τότε οι πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό των άστρων θα προχωρούσαν με πολύ υψηλότερους ρυθμούς, λόγω των οποίων η διάρκεια ζωής των αστεριών θα μειωνόταν σημαντικά. Το όνομα της αδύναμης αλληλεπίδρασης θα πρέπει επίσης να αλλάξει. Σε αυτό το θέμα, το σύμπαν έχει κάποια καθυστέρηση λόγω του εύρους των αστρικών μαζών - τα μικρά αστέρια ζουν περισσότερο και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο της βιολογικής εξέλιξης αντί του ήλιου μας. Ωστόσο, η πίεση του εκφυλισμένου αερίου (από την κβαντομηχανική) εμποδίζει τα αστέρια να κάψουν υδρογόνο όταν η μάζα τους γίνει πολύ μικρή. Έτσι, ακόμη και η διάρκεια ζωής των αστεριών με τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής θα μειωνόταν σοβαρά. Μόλις η μέγιστη διάρκεια ζωής ενός αστεριού πέσει κάτω από το όριο των δισεκατομμυρίων ετών, η ανάπτυξη της ζωής απειλείται αμέσως. Η πραγματική αξία της ασθενούς αλληλεπίδρασης είναι εκατομμύρια φορές μικρότερη από την ισχυρή, λόγω της οποίας ο Ήλιος καίει το υδρογόνο του αργά και φυσικά, το οποίο απαιτείται για την εξέλιξη της ζωής στη Γη.

Στη συνέχεια, θα πρέπει να εξετάσουμε τους πλανήτες - τα μικρότερα αστροφυσικά αντικείμενα που είναι απαραίτητα για τη ζωή. Ο σχηματισμός πλανητών απαιτεί από το Σύμπαν την παραγωγή βαρέων στοιχείων και, κατά συνέπεια, τους ίδιους πυρηνικούς περιορισμούς που έχουν ήδη περιγραφεί παραπάνω. Επιπλέον, η ύπαρξη πλανητών απαιτεί η θερμοκρασία υποβάθρου του σύμπαντος να είναι αρκετά χαμηλή για συμπύκνωση στερεών. Εάν το Σύμπαν μας ήταν μόνο έξι φορές μικρότερο από ό,τι είναι τώρα, και, επομένως, χίλιες φορές θερμότερο, τότε τα σωματίδια της διαστρικής σκόνης θα εξατμίζονταν και απλά δεν θα υπήρχαν πρώτες ύλες για το σχηματισμό βραχωδών πλανητών. Σε αυτό το καυτό, υποθετικό σύμπαν, ακόμη και ο σχηματισμός γιγάντιων πλανητών θα ήταν εξαιρετικά καταθλιπτικός. Ευτυχώς, το σύμπαν μας είναι αρκετά δροσερό ώστε να επιτρέπει το σχηματισμό πλανητών.

Ένα άλλο θέμα είναι η μακροπρόθεσμη σταθερότητα του ηλιακού συστήματος από την έναρξή του. Στον σύγχρονο Γαλαξία μας, τόσο οι αλληλεπιδράσεις όσο και η σύγκλιση των άστρων είναι σπάνιες και αδύναμες λόγω της πολύ χαμηλής πυκνότητας των αστεριών. Εάν ο Γαλαξίας μας περιείχε τον ίδιο αριθμό άστρων, αλλά ήταν εκατό φορές μικρότερος, η αυξημένη πυκνότητα των αστεριών θα οδηγούσε σε αρκετά μεγάλη πιθανότητα κάποιου άλλου αστέρα να εισέλθει στο ηλιακό μας σύστημα, το οποίο θα κατέστρεφε τις τροχιές των πλανητών. Μια τέτοια κοσμική σύγκρουση θα μπορούσε να αλλάξει την τροχιά της Γης και να καταστήσει τον πλανήτη μας ακατοίκητο ή ακόμα και να πετάξει τη Γη έξω από το ηλιακό σύστημα. Σε κάθε περίπτωση, ένας τέτοιος κατακλυσμός θα σήμαινε το τέλος της ζωής. Ευτυχώς, στον Γαλαξία μας, ο εκτιμώμενος χρόνος μετά τον οποίο το ηλιακό μας σύστημα θα αντιμετωπίσει μια σύγκρουση που αλλάζει την πορεία του είναι πολύ μεγαλύτερος από τον χρόνο που χρειάζεται για να αναπτυχθεί η ζωή.

Βλέπουμε ότι το μακρόβιο Σύμπαν, το οποίο περιέχει γαλαξίες, αστέρια και πλανήτες, απαιτεί ένα μάλλον ειδικό σύνολο τιμών των θεμελιωδών σταθερών που καθορίζουν τις τιμές των κύριων δυνάμεων. Έτσι, αυτό το απαιτούμενο tweak εγείρει ένα βασικό ερώτημα: γιατί το σύμπαν μας έχει αυτές τις συγκεκριμένες ιδιότητες που τελικά γεννούν ζωή;Εξάλλου, το γεγονός ότι οι νόμοι της φυσικής είναι ακριβώς τέτοιοι που επιτρέπουν την ύπαρξή μας είναι πραγματικά μια αξιοσημείωτη σύμπτωση. Φαίνεται ότι το Σύμπαν κατά κάποιο τρόπο γνώριζε για την επερχόμενη εμφάνισή μας. Φυσικά, αν οι συνθήκες είχαν εξελιχθεί κάπως διαφορετικά, απλώς δεν θα ήμασταν εδώ και δεν θα υπήρχε κανείς να συλλογιστεί αυτό το θέμα. Ωστόσο, το ερώτημα "Γιατί;" από αυτό δεν εξαφανίζεται πουθενά.

Κατανοώντας αυτό Γιατίοι φυσικοί νόμοι είναι ακριβώς αυτό που είναι, μας φέρνει στα όρια της ανάπτυξης της σύγχρονης επιστήμης. Έχουν ήδη δοθεί προκαταρκτικές εξηγήσεις, αλλά το ερώτημα παραμένει ανοιχτό. Από τον εικοστό αιώνα η επιστήμη έχει παράσχει μια καλή κατανόηση του τιυπάρχουν οι νόμοι της φυσικής μας, μπορούμε να ελπίζουμε ότι η επιστήμη του εικοστού πρώτου αιώνα θα μας δώσει να κατανοήσουμε Γιατίοι φυσικοί νόμοι έχουν ακριβώς μια τέτοια μορφή. Κάποιες υποδείξεις προς αυτή την κατεύθυνση έχουν ήδη αρχίσει να εμφανίζονται, όπως θα δούμε τώρα.

Αιώνια πολυπλοκότητα

Αυτή η φαινομενική σύμπτωση (ότι το Σύμπαν έχει ακριβώς αυτές τις ειδικές ιδιότητες που επιτρέπουν την προέλευση και την εξέλιξη της ζωής) φαίνεται πολύ λιγότερο θαυμάσια αν δεχθούμε ότι το Σύμπαν μας -η περιοχή του χωροχρόνου με την οποία είμαστε συνδεδεμένοι- είναι μόνο ένα από τα αμέτρητα άλλα σύμπαντα. Με άλλα λόγια, το σύμπαν μας είναι μόνο ένα μικρό μέρος πολυσύμπαν- ένα τεράστιο σύνολο συμπάντων, καθένα από τα οποία έχει τις δικές του εκδοχές των νόμων της φυσικής. Σε αυτή την περίπτωση, ολόκληρο το σύνολο των συμπάντων θα εφαρμόσει όλες τις πολλές πιθανές παραλλαγές των νόμων της φυσικής. Η ζωή, ωστόσο, θα αναπτυχθεί μόνο σε εκείνα τα ιδιωτικά σύμπαντα που έχουν τη σωστή εκδοχή των φυσικών νόμων. Τότε γίνεται φανερό το γεγονός ότι έτυχε να ζούμε στο Σύμπαν με τις απαραίτητες για τη ζωή ιδιότητες.

Ας ξεκαθαρίσουμε τη διαφορά μεταξύ «άλλα σύμπαντα» και «άλλα μέρη» του σύμπαντος μας. Η μεγάλης κλίμακας γεωμετρία του χωροχρόνου μπορεί να είναι πολύ περίπλοκη. Αυτή τη στιγμή ζούμε σε ένα ομοιογενές κομμάτι του σύμπαντος, η διάμετρος του οποίου είναι περίπου είκοσι δισεκατομμύρια έτη φωτός. Αυτή η περιοχή είναι ένα μέρος του χώρου που μπορεί να έχει μια αιτιακή επίδραση σε εμάς σε μια δεδομένη στιγμή. Καθώς το σύμπαν κινείται προς το μέλλον, η περιοχή του χωροχρόνου που μπορεί να μας επηρεάσει θα αυξάνεται. Με αυτή την έννοια, καθώς γερνάμε, το Σύμπαν μας θα περιέχει περισσότερο χωροχρόνο. Ωστόσο, μπορεί να υπάρχουν και άλλες περιοχές του χωροχρόνου που ποτέδεν θα είναι σε αιτιακή σχέση με το δικό μας μέρος του Σύμπαντος, όσο καιρό κι αν περιμένουμε και όσο παλιό κι αν γίνει το Σύμπαν μας. Αυτές οι άλλες περιοχές αναπτύσσονται και εξελίσσονται εντελώς ανεξάρτητα από τα φυσικά γεγονότα που συμβαίνουν στο σύμπαν μας. Τέτοιες περιοχές ανήκουν σε άλλα σύμπαντα.

Μόλις παραδεχτούμε την πιθανότητα άλλων συμπάντων, το σύνολο των συμπτώσεων που υπάρχει στο σύμπαν μας φαίνεται πολύ πιο ευχάριστο. Αλλά έχει πραγματικά αυτό το νόημα αυτή η έννοια των άλλων συμπάντων; Είναι δυνατόν να τοποθετηθούν φυσικά πολλαπλά σύμπαντα στη θεωρία του Big Bang, για παράδειγμα, ή τουλάχιστον στις λογικές προεκτάσεις της; Κατά ειρωνικό τρόπο, η απάντηση είναι ένα κατηγορηματικό ναι.

Ο Αντρέι Λίντε, ένας διαπρεπής Ρώσος κοσμολόγος επί του παρόντος στο Στάνφορντ, εισήγαγε την ιδέα αιώνιος πληθωρισμός... Σε γενικές γραμμές, αυτή η θεωρητική ιδέα σημαίνει ότι ανά πάσα στιγμή κάποια περιοχή του χωροχρόνου, που βρίσκεται κάπου στο πολυσύμπαν, διέρχεται μια πληθωριστική φάση επέκτασης. Σύμφωνα με αυτό το σενάριο, ο χωροχρόνος αφρός, μέσω του μηχανισμού του πληθωρισμού, γεννά συνεχώς νέα σύμπαντα (όπως συζητήθηκε στο πρώτο κεφάλαιο). Μερικές από αυτές τις πληθωριστικές επεκτεινόμενες περιοχές εξελίσσονται σε ενδιαφέροντα σύμπαντα όπως το δικό μας τοπικό κομμάτι χωροχρόνου. Έχουν φυσικούς νόμους που διέπουν το σχηματισμό γαλαξιών, αστεριών και πλανητών. Σε ορισμένους από αυτούς τους τομείς, μπορεί ακόμη και να αναπτυχθεί ευφυής ζωή.

Αυτή η ιδέα έχει τόσο φυσικό νόημα όσο και σημαντική εγγενή έλξη. Ακόμα κι αν το σύμπαν μας, η δική μας τοπική περιοχή χωροχρόνου, προορίζεται να πεθάνει με αργό και επώδυνο θάνατο, θα υπάρχουν πάντα άλλα σύμπαντα τριγύρω. Πάντα θα υπάρχει κάτι άλλο. Εάν το πολυσύμπαν το δούμε από μια ευρύτερη προοπτική, που καλύπτει ολόκληρο το σύνολο των συμπάντων, τότε μπορεί να θεωρηθεί πραγματικά αιώνιο.

Αυτή η εικόνα της κοσμικής εξέλιξης παρακάμπτει με χάρη ένα από τα πιο ενοχλητικά ερωτήματα στην κοσμολογία του εικοστού αιώνα: αν το σύμπαν ξεκίνησε σε μια Μεγάλη Έκρηξη που συνέβη μόλις πριν από δέκα δισεκατομμύρια χρόνια, τι ήταν πριν από αυτή τη Μεγάλη Έκρηξη;Αυτό το δύσκολο ερώτημα του «τι ήταν όταν δεν υπήρχε τίποτα ακόμα» χρησιμεύει ως το σύνορο μεταξύ επιστήμης και φιλοσοφίας, μεταξύ φυσικής και μεταφυσικής. Μπορούμε να επεκτείνουμε τον φυσικό νόμο πίσω στο χρόνο στη στιγμή που το σύμπαν ήταν μόλις 10 -43 δευτερόλεπτα, αν και όσο πλησιάζουμε αυτή τη στιγμή, η αβεβαιότητα της γνώσης μας θα μεγαλώνει και οι προηγούμενες εποχές είναι γενικά απρόσιτες για τις σύγχρονες επιστημονικές μεθόδους. Ωστόσο, η επιστήμη δεν στέκεται ακίνητη, και κάποια πρόοδος αρχίζει ήδη να εμφανίζεται σε αυτόν τον τομέα. Μέσα στο ευρύτερο πλαίσιο που παρέχει η έννοια του πολυσύμπαν και του αιώνιου πληθωρισμού, μπορούμε πράγματι να διατυπώσουμε την απάντηση: πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, υπήρχε (και εξακολουθεί να υπάρχει!) μια αφρώδης περιοχή χωροχρόνου υψηλής ενέργειας. Από αυτόν τον κοσμικό αφρό πριν από περίπου δέκα δισεκατομμύρια χρόνια γεννήθηκε το δικό μας Σύμπαν, το οποίο συνεχίζει να εξελίσσεται σήμερα. Ομοίως, άλλα σύμπαντα συνεχίζουν να γεννιούνται συνεχώς, και αυτή η διαδικασία μπορεί να συνεχιστεί επ 'αόριστον. Είναι αλήθεια ότι αυτή η απάντηση παραμένει λίγο ασαφής και ίσως κάπως μη ικανοποιητική. Ωστόσο, η φυσική έχει ήδη φτάσει στο σημείο όπου μπορούμε τουλάχιστον να αρχίσουμε να αντιμετωπίζουμε αυτό το μακροχρόνιο ερώτημα.

Με την έννοια του πολυσύμπαντος, έχουμε το επόμενο επίπεδο της επανάστασης του Κοπέρνικου. Όπως ο πλανήτης μας δεν έχει ιδιαίτερη θέση στο ηλιακό μας σύστημα και το ηλιακό μας σύστημα έχει ειδική θέση στο σύμπαν, έτσι και το σύμπαν μας δεν έχει ιδιαίτερη θέση στο γιγάντιο κοσμικό μείγμα συμπάντων που συνθέτουν το πολυσύμπαν.

Δαρβινική άποψη για τα σύμπαντα

Ο χωροχρόνος του σύμπαντός μας γίνεται πιο περίπλοκος όσο γερνάει. Στην αρχή, αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν μας ήταν πολύ ομαλό και ομοιογενές. Αυτές οι αρχικές συνθήκες ήταν απαραίτητες για να εξελιχθεί το σύμπαν στη σημερινή του μορφή. Ωστόσο, καθώς το Σύμπαν εξελίσσεται ως αποτέλεσμα γαλαξιακών και αστρικών διεργασιών, σχηματίζονται μαύρες τρύπες, που διαπερνούν τον χωροχρόνο με τις εσωτερικές τους ιδιομορφίες. Έτσι, οι μαύρες τρύπες δημιουργούν αυτό που θα μπορούσε να θεωρηθεί ως τρύπες στον χωροχρόνο. Κατ' αρχήν, αυτές οι μοναδικότητες μπορούν επίσης να παρέχουν επικοινωνία με άλλα σύμπαντα. Μπορεί επίσης να συμβεί στη μοναδικότητα της μαύρης τρύπας να γεννηθούν νέα σύμπαντα - τα σύμπαντα-παιδιά, για τα οποία μιλήσαμε στο πέμπτο κεφάλαιο. Σε αυτή την περίπτωση, το σύμπαν μας μπορεί να δημιουργήσει ένα νέο σύμπαν που συνδέεται με το δικό μας μέσω μιας μαύρης τρύπας.

Εάν αυτή η αλυσίδα συλλογισμών ακολουθηθεί μέχρι το λογικό της τέλος, προκύπτει ένα εξαιρετικά ενδιαφέρον σενάριο για την εξέλιξη των συμπάντων στο πολυσύμπαν. Εάν τα σύμπαντα μπορούν να γεννήσουν νέα σύμπαντα, τότε οι έννοιες της κληρονομικότητας, της μετάλλαξης, ακόμη και της φυσικής επιλογής μπορούν να εμφανιστούν στη φυσική θεωρία. Αυτή η έννοια της εξέλιξης υπερασπίστηκε ο Lee Smolin, ένας φυσικός, ειδικός στη γενική σχετικότητα και την κβαντική θεωρία πεδίου.

Ας υποθέσουμε ότι οι μοναδικότητες μέσα στις μαύρες τρύπες μπορούν να γεννήσουν άλλα σύμπαντα, όπως συμβαίνει με τη γέννηση νέων συμπάντων, για τα οποία μιλήσαμε στο προηγούμενο κεφάλαιο. Καθώς αυτά τα άλλα σύμπαντα εξελίσσονται, συνήθως χάνουν την αιτιότητα με το δικό μας σύμπαν. Ωστόσο, αυτά τα νέα σύμπαντα παραμένουν συνδεδεμένα με το δικό μας μέσω μιας μοναδικότητας που βρίσκεται στο κέντρο της μαύρης τρύπας. - Τώρα ας πούμε ότι οι νόμοι της φυσικής σε αυτά τα νέα σύμπαντα είναι παρόμοιοι με τους νόμους της φυσικής στο σύμπαν μας, αλλά όχι απολύτως. Στην πράξη, αυτή η δήλωση σημαίνει ότι οι φυσικές σταθερές, οι τιμές των θεμελιωδών δυνάμεων και οι μάζες των σωματιδίων έχουν παρόμοιες, αλλά όχι ισοδύναμες τιμές. Με άλλα λόγια, το νέο σύμπαν κληρονομεί ένα σύνολο φυσικών νόμων από το μητρικό σύμπαν, αλλά αυτοί οι νόμοι μπορεί να διαφέρουν ελαφρώς, κάτι που μοιάζει πολύ με γονιδιακές μεταλλάξεις κατά την αναπαραγωγή της χλωρίδας και της πανίδας της Γης. Σε αυτό το κοσμολογικό περιβάλλον, η ανάπτυξη και η συμπεριφορά του νέου σύμπαντος θα μοιάζει, αλλά όχι ακριβώς, με την εξέλιξη του αρχικού μητρικού σύμπαντος. Έτσι, αυτή η εικόνα της κληρονομικότητας των συμπάντων είναι εντελώς ανάλογη με την εικόνα των βιολογικών μορφών ζωής.

Με την κληρονομικότητα και τη μετάλλαξη, αυτό το οικοσύστημα συμπάντων κερδίζει μια συναρπαστική ευκαιρία για το εξελικτικό σχήμα του Δαρβίνου. Από κομολογική-δαρβινική σκοπιά, τα σύμπαντα που δημιουργούν μεγάλους αριθμούς μαύρων τρυπών είναι «επιτυχημένα». Δεδομένου ότι οι μαύρες τρύπες είναι το αποτέλεσμα του σχηματισμού και του θανάτου άστρων και γαλαξιών, αυτά τα επιτυχημένα σύμπαντα πρέπει να περιέχουν μεγάλους αριθμούς αστέρων και γαλαξιών. Επιπλέον, χρειάζεται πολύς χρόνος για να σχηματιστούν μαύρες τρύπες. Οι γαλαξίες στο Σύμπαν μας χρειάζονται ένα δισεκατομμύριο χρόνια για να σχηματιστούν. τα τεράστια αστέρια ζουν και πεθαίνουν σε μικρότερους χρόνους εκατομμυρίων ετών. Για να επιτραπεί ο σχηματισμός ενός μεγάλου αριθμού αστεριών και γαλαξιών, κάθε επιτυχημένο σύμπαν πρέπει όχι μόνο να έχει τις απαραίτητες τιμές των φυσικών σταθερών, αλλά και να έχει σχετικά μεγάλη διάρκεια ζωής. Με αστέρια, γαλαξίες και μεγάλη διάρκεια ζωής, το σύμπαν μπορεί κάλλιστα να επιτρέψει στη ζωή να εξελιχθεί. Με άλλα λόγια, τα επιτυχημένα σύμπαντα έχουν αυτόματα σχεδόν τα απαραίτητα χαρακτηριστικά για την ανάδυση βιολογικών μορφών ζωής.

Η εξέλιξη ενός σύνθετου συνόλου συμπάντων στο σύνολό του προχωρά με παρόμοιο τρόπο με τη βιολογική εξέλιξη στη Γη. Τα επιτυχημένα σύμπαντα δημιουργούν μεγάλους αριθμούς μαύρων τρυπών και γεννούν μεγάλους αριθμούς νέων συμπάντων. Αυτά τα αστρονομικά «μωρά» κληρονομούν από τα μητρικά σύμπαντα διαφόρων ειδών φυσικούς νόμους, με μικρές τροποποιήσεις. Εκείνες οι μεταλλάξεις που οδηγούν στο σχηματισμό ακόμη περισσότερων μαύρων τρυπών οδηγούν στην παραγωγή περισσότερων «παιδιών». Καθώς αυτό το οικοσύστημα των συμπάντων εξελίσσεται, τα πιο κοινά σύμπαντα είναι αυτά που σχηματίζουν απίστευτο αριθμό μαύρων τρυπών, αστεριών και γαλαξιών. Αυτά τα ίδια σύμπαντα έχουν τις μεγαλύτερες πιθανότητες για την προέλευση της ζωής. Το σύμπαν μας, για οποιονδήποτε λόγο, έχει ακριβώς τα χαρακτηριστικά που του επιτρέπουν να ζήσει πολύ και να σχηματίσει πολλά αστέρια και γαλαξίες: σύμφωνα με αυτό το τεράστιο δαρβινικό σχέδιο, το δικό μας σύμπαν είναι επιτυχημένο. Όταν το δούμε από αυτή τη διευρυμένη προοπτική, το σύμπαν μας δεν είναι ούτε ασυνήθιστο ούτε καλά συντονισμένο. είναι, μάλλον, ένα συνηθισμένο, και επομένως αναμενόμενο, σύμπαν. Ενώ αυτή η εικόνα της εξέλιξης παραμένει εικαστική και αμφιλεγόμενη, παρέχει μια κομψή και συναρπαστική εξήγηση του γιατί το σύμπαν μας έχει τις ιδιότητες που παρατηρούμε.

Σπρώχνοντας τα όρια του χρόνου

Στη βιογραφία του διαστήματος που έχετε μπροστά σας, έχουμε παρακολουθήσει την ανάπτυξη του Σύμπαντος από την αστραφτερή, μοναδική αρχή του, μέσα από τον ζεστό και οικείο ουρανό της εποχής μας, μέσα από παράξενες παγωμένες ερήμους, μέχρι τον πιθανό τελικό θάνατο στο αιώνιο σκοτάδι. Όταν προσπαθούμε να κοιτάξουμε ακόμα πιο βαθιά στη σκοτεινή άβυσσο, οι προγνωστικές μας ικανότητες μειώνονται σημαντικά. Κατά συνέπεια, τα υποθετικά μας ταξίδια στον χωροχρόνο πρέπει να ολοκληρωθούν, ή τουλάχιστον να γίνουν τρομερά ελλιπή σε κάποια μελλοντική ηλικία. Σε αυτό το βιβλίο, έχουμε δημιουργήσει ένα χρονοδιάγραμμα που εκτείνεται σε εκατοντάδες κοσμολογικές δεκαετίες. Μερικοί αναγνώστες θα αισθανθούν αναμφίβολα ότι έχουμε προχωρήσει τόσο μακριά στην ιστορία μας με υπερβολική αυτοπεποίθηση, ενώ άλλοι μπορεί να αναρωτιούνται πώς θα μπορούσαμε να σταματήσουμε σε ένα σημείο που, σε σύγκριση με την αιωνιότητα, είναι τόσο κοντά στην αρχή.

Για ένα πράγμα μπορούμε να είμαστε σίγουροι. Στο δρόμο του προς το σκοτάδι του μέλλοντος, το Σύμπαν παρουσιάζει έναν υπέροχο συνδυασμό παροδικότητας και αμετάβλητου, στενά συνυφασμένα μεταξύ τους. Και ενώ το ίδιο το σύμπαν θα αντέξει στη δοκιμασία του χρόνου, δεν θα μείνει ουσιαστικά τίποτα στο μέλλον που να μοιάζει έστω και ελάχιστα με το παρόν. Το πιο διαρκές χαρακτηριστικό του διαρκώς εξελισσόμενου σύμπαντος μας είναι η αλλαγή. Και αυτή η καθολική διαδικασία συνεχιζόμενης αλλαγής απαιτεί μια διευρυμένη κοσμολογική προοπτική, με άλλα λόγια, μια πλήρη αλλαγή στην άποψή μας για τις μεγαλύτερες κλίμακες. Δεδομένου ότι το σύμπαν αλλάζει συνεχώς, πρέπει να προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε την τρέχουσα κοσμολογική εποχή, το τρέχον έτος, ακόμη και σήμερα. Κάθε στιγμή της εξελισσόμενης ιστορίας του διαστήματος παρουσιάζει μια μοναδική ευκαιρία, μια ευκαιρία να επιτύχετε το μεγαλείο, μια περιπέτεια που πρέπει να ζήσετε. Σύμφωνα με την αρχή του χρόνου του Κοπέρνικου, κάθε μελλοντική εποχή είναι γεμάτη με νέες δυνατότητες.

Ωστόσο, δεν αρκεί να κάνουμε μια παθητική δήλωση για το αναπόφευκτο των γεγονότων και «χωρίς να θρηνήσουμε, ας γίνει αυτό που πρέπει να συμβεί». Ένα απόσπασμα που συχνά αποδίδεται στον Χάξλεϋ αναφέρει ότι «αν βάλουν έξι πίθηκους πίσω από γραφομηχανές και αφεθούν να πληκτρολογήσουν ό,τι θέλουν για εκατομμύρια χρόνια, τότε με τον καιρό θα γράψουν όλα τα βιβλία που βρίσκονται στο Βρετανικό Μουσείο». Αυτοί οι φανταστικοί πίθηκοι αναφέρονται εδώ και πολύ καιρό ως παράδειγμα κάθε φορά που πρόκειται για μια ασαφή ή αβάσιμη σκέψη, ως επιβεβαίωση απίστευτων γεγονότων ή ακόμα και για μια σιωπηρή υποτίμηση των μεγάλων επιτευγμάτων των ανθρώπινων χεριών, με έναν υπαινιγμό ότι δεν είναι τίποτα άλλο από ένα ευτυχισμένο ατύχημα ανάμεσα στους μεγάλους.πολλές αποτυχίες. Άλλωστε, αν κάτι μπορεί να συμβεί, σίγουρα θα συμβεί, σωστά;

Ωστόσο, ακόμη και η κατανόησή μας για τον μελλοντικό χώρο, που είναι ακόμη στα σπάργανα, αποκαλύπτει τον προφανή παραλογισμό αυτής της άποψης. Ένας απλός υπολογισμός υποδηλώνει ότι θα χρειαστούν σχεδόν μισό εκατομμύριο κοσμολογικές δεκαετίες (πολλά περισσότερα χρόνια από τον αριθμό των πρωτονίων στο σύμπαν) για να δημιουργήσουν τυχαία πίθηκοι μόνο ένα βιβλίο κατά λάθος.

Το σύμπαν είναι γραμμένο για να αλλάξει εντελώς τον χαρακτήρα του, και περισσότερες από μία φορές, πριν τουλάχιστον αυτοί οι ίδιοι πίθηκοι αρχίσουν να ολοκληρώνουν την εργασία που τους έχει ανατεθεί. Σε λιγότερο από εκατό χρόνια, αυτοί οι πίθηκοι θα πεθάνουν από μεγάλη ηλικία. Σε πέντε δισεκατομμύρια χρόνια, ο Ήλιος, μεταμορφωμένος σε κόκκινο γίγαντα, θα κάψει τη Γη και μαζί του όλες τις γραφομηχανές. Μετά από δεκατέσσερις κοσμολογικές δεκαετίες στο Σύμπαν, όλα τα αστέρια θα καούν και οι πίθηκοι δεν θα μπορούν πλέον να δουν τα κλειδιά των γραφομηχανών. Μέχρι την εικοστή κοσμολογική δεκαετία, ο Γαλαξίας θα χάσει την ακεραιότητά του και οι πίθηκοι θα έχουν μια πολύ πραγματική ευκαιρία να καταποθούν από μια μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία. Και ακόμη και τα πρωτόνια που αποτελούν τους πιθήκους και το έργο τους προορίζονται να διαλυθούν πριν από την εκπνοή σαράντα κοσμολογικών δεκαετιών: και πάλι, πολύ πριν ο Ηράκλειος κόπος τους δεν φτάσει καν αρκετά μακριά. Αλλά ακόμα κι αν οι πίθηκοι μπορούσαν να επιβιώσουν από αυτήν την καταστροφή και να συνεχίσουν το έργο τους με την αμυδρή λάμψη που εκπέμπουν οι μαύρες τρύπες, οι προσπάθειές τους θα ήταν μάταιες στην εκατοστή κοσμολογική δεκαετία, όταν οι τελευταίες μαύρες τρύπες έφυγαν από το σύμπαν σε μια έκρηξη. Αλλά ακόμα κι αν οι πίθηκοι επιζούσαν από αυτή την καταστροφή και επιζούσαν, ας πούμε, μέχρι την εκατονταπεντηκοστή κοσμολογική δεκαετία, θα είχαν μόνο την ευκαιρία να αντιμετωπίσουν τον απόλυτο κίνδυνο της μετάβασης της κοσμολογικής φάσης.

Και παρόλο που μέχρι την εκατονταπεντηκοστή κοσμολογική δεκαετία του πιθήκου, οι γραφομηχανές και τα τυπωμένα φύλλα θα καταστραφούν περισσότερες από μία φορές, ο ίδιος ο χρόνος, φυσικά, δεν θα τελειώσει. Καθώς κοιτάζουμε το σκοτάδι του μέλλοντος, περιοριζόμαστε περισσότερο από έλλειψη φαντασίας και ίσως από ανεπάρκεια φυσικής κατανόησης παρά από ένα πολύ μικρό σύνολο λεπτομερειών. Τα χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας και η φαινομενική έλλειψη δραστηριότητας που περιμένουν το σύμπαν αντισταθμίζονται περισσότερο από τον αυξημένο χρόνο που έχει. Μπορούμε να κοιτάξουμε ένα αβέβαιο μέλλον με αισιοδοξία. Και παρόλο που ο φιλόξενος κόσμος μας είναι προορισμένος να εξαφανιστεί, ένας τεράστιος αριθμός ενδιαφέροντων φυσικών, αστρονομικών, βιολογικών και, ίσως, ακόμη και πνευματικών γεγονότων εξακολουθούν να περιμένουν στα φτερά, καθώς το Σύμπαν μας συνεχίζει την πορεία του προς το αιώνιο σκοτάδι.

Κάψουλα χωροχρόνου

Αρκετές φορές σε όλη αυτή τη βιογραφία του σύμπαντος, έχουμε συναντήσει τη δυνατότητα αποστολής σημάτων σε άλλα σύμπαντα. Αν μπορούσαμε, για παράδειγμα, να δημιουργήσουμε ένα σύμπαν σε εργαστηριακό περιβάλλον, ένα κρυπτογραφημένο σήμα θα μπορούσε να μεταδοθεί σε αυτό πριν χάσει την αιτιότητα με το δικό μας σύμπαν. Αλλά αν μπορούσατε να στείλετε ένα τέτοιο μήνυμα, τι θα γράφατε σε αυτό;

Ίσως θα θέλατε να διατηρήσετε την ίδια την ουσία του πολιτισμού μας: την τέχνη, τη λογοτεχνία και την επιστήμη. Κάθε αναγνώστης θα έχει κάποια ιδέα για το ποια στοιχεία του πολιτισμού μας πρέπει να διατηρηθούν με αυτόν τον τρόπο. Ενώ κάθε άτομο θα είχε τη δική του γνώμη για αυτό, θα είχαμε συμπεριφερθεί πολύ ανέντιμα αν δεν είχαμε κάνει τουλάχιστον κάποια πρόταση για την αρχειοθέτηση κάποιου μέρους της κουλτούρας μας. Ως παράδειγμα, προτείνουμε την ενθυλακωμένη εκδοχή της επιστήμης, ή μάλλον της φυσικής και της αστρονομίας. Μερικά από τα πιο βασικά μηνύματα μπορεί να περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

Η ύλη αποτελείται από άτομα, τα οποία με τη σειρά τους αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια.

Σε μικρές αποστάσεις, τα σωματίδια παρουσιάζουν τις ιδιότητες ενός κύματος.

Η φύση διέπεται από τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις.

Το σύμπαν αποτελείται από εξελισσόμενο χωροχρόνο.

Το Σύμπαν μας περιέχει πλανήτες, αστέρια και γαλαξίες.

Τα φυσικά συστήματα εξελίσσονται σε καταστάσεις χαμηλότερης ενέργειας και αυξανόμενης διαταραχής.

Αυτά τα έξι σημεία, ο παγκόσμιος ρόλος των οποίων θα πρέπει να είναι ξεκάθαρος αυτή τη στιγμή, μπορούν να θεωρηθούν οι θησαυροί των επιτευγμάτων μας στις φυσικές επιστήμες. Ίσως αυτές είναι οι πιο σημαντικές φυσικές έννοιες που έχει ανακαλύψει ο πολιτισμός μας μέχρι σήμερα. Αν όμως αυτές οι έννοιες είναι θησαυροί, τότε η επιστημονική μέθοδος αναμφίβολα θα πρέπει να θεωρείται η κορωνίδα τους. Εάν υπάρχει επιστημονική μέθοδος, τότε με αρκετό χρόνο και προσπάθεια, όλα αυτά τα αποτελέσματα λαμβάνονται αυτόματα. Εάν ήταν δυνατό να μεταδοθεί σε ένα άλλο σύμπαν μόνο μια έννοια που αντιπροσωπεύει τα πνευματικά επιτεύγματα του πολιτισμού μας, τότε το πιο ικανοποιητικό μήνυμα θα ήταν η επιστημονική μέθοδος.

Βρισκόμαστε αντιμέτωποι με τη συμπίεση με τη μια ή την άλλη μορφή σε καθημερινή βάση. Όταν στύβουμε νερό από ένα σφουγγάρι, ετοιμάζουμε μια βαλίτσα πριν πάμε διακοπές, προσπαθώντας να γεμίσουμε όλο τον κενό χώρο με τα απαραίτητα, συμπιέζουμε αρχεία πριν τα στείλουμε με e-mail. Η ιδέα της αφαίρεσης του "κενού" χώρου είναι πολύ γνωστή.

Τόσο σε κοσμική όσο και σε ατομική κλίμακα, οι επιστήμονες έχουν επανειλημμένα επιβεβαιώσει ότι το κενό καταλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του χώρου. Ωστόσο, είναι εξαιρετικά εκπληκτικό το πόσο αληθινή είναι αυτή η δήλωση! Όταν ο Δρ Caleb A. Scharf από το Πανεπιστήμιο της Κολούμπια (ΗΠΑ) έγραψε το νέο του βιβλίο "Zoomable Universe", ομολογουμένως σχεδίαζε να το χρησιμοποιήσει για κάποιου είδους δραματικό αποτέλεσμα.

Τι θα συμβεί αν καταφέρουμε να μαζέψουμε με κάποιο τρόπο όλα τα αστέρια στον Γαλαξία μας και να τα τοποθετήσουμε το ένα δίπλα στο άλλο, σαν μήλα σφιχτά συσκευασμένα σε ένα μεγάλο κουτί; Φυσικά, η φύση δεν θα επιτρέψει ποτέ στους ανθρώπους να υποτάξουν τη βαρύτητα και τα αστέρια είναι πιθανό να συγχωνευθούν σε μια κολοσσιαία μαύρη τρύπα. Αλλά ως πείραμα σκέψης, είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να απεικονίσετε τον όγκο του διαστήματος στον γαλαξία.

Το αποτέλεσμα είναι συγκλονιστικό. Υποθέτοντας ότι μπορεί να υπάρχουν περίπου 200 δισεκατομμύρια αστέρια στον Γαλαξία μας, και γενναιόδωρα υποθέτουμε ότι έχουν όλα την ίδια διάμετρο με τον Ήλιο (το οποίο είναι υπερεκτιμημένο, καθώς η συντριπτική πλειονότητα των αστεριών είναι μικρότερης μάζας και μικρότερου μεγέθους), θα μπορούσαμε ακόμα μαζέψτε τα σε έναν κύβο, το μήκος των όψεων του οποίου αντιστοιχεί σε δύο αποστάσεις από τον Ποσειδώνα στον Ήλιο.

«Υπάρχει τεράστια ποσότητα κενού χώρου στο διάστημα. Και αυτό με φέρνει στο επόμενο επίπεδο παραφροσύνης», γράφει ο Δρ Σαρφ. Σύμφωνα με το παρατηρήσιμο σύμπαν, που ορίζεται από τον κοσμικό ορίζοντα της κίνησης του φωτός από τη Μεγάλη Έκρηξη, οι τρέχουσες εκτιμήσεις υποδηλώνουν ότι υπάρχουν μεταξύ 200 δισεκατομμυρίων και 2 τρισεκατομμυρίων γαλαξιών. Αν και αυτός ο μεγάλος αριθμός περιλαμβάνει όλους τους μικρούς «πρωτογαλαξίες» που τελικά θα συγχωνευθούν σε μεγάλους γαλαξίες.

Ας είμαστε τολμηροί και ας πάρουμε όσο το δυνατόν περισσότερα από αυτά, και μετά ας συσκευάσουμε όλα τα αστέρια σε όλους αυτούς τους γαλαξίες. Αν και είναι εντυπωσιακά γενναιόδωροι, ας πούμε ότι έχουν όλα το μέγεθος του Γαλαξία μας (αν και τα περισσότερα είναι στην πραγματικότητα πολύ μικρότερα από τον Γαλαξία μας). Παίρνουμε 2 τρισεκατομμύρια κυβικά μέτρα, οι άκρες των οποίων θα είναι 10 13 μέτρα. Τοποθετήστε αυτούς τους κύβους σε ένα μεγαλύτερο κύβο και μας μένει ένας μέγα κύβος με μήκος πλευράς περίπου 10-17 μέτρα.

Αρκετά μεγάλο, σωστά; Όχι όμως σε κοσμική κλίμακα. Η διάμετρος του Γαλαξία είναι περίπου 10 21 μέτρα, επομένως ένας κύβος 10 17 μέτρων εξακολουθεί να έχει μόνο το 1 / 10.000 το μέγεθος του Γαλαξία. Στην πραγματικότητα, 10 17 μέτρα είναι περίπου 10 έτη φωτός!

Φυσικά, αυτό είναι απλώς ένα μικρό τέχνασμα. Αλλά δείχνει αποτελεσματικά πόσο μικρός είναι ο όγκος του Σύμπαντος που καταλαμβάνεται στην πραγματικότητα από την πυκνή ύλη, σε σύγκριση με το κενό του χώρου, που χαρακτηρίζεται τέλεια από τον Ντάγκλας Άνταμς: «Το σύμπαν είναι μεγάλο. Πραγματικα τελεια. Απλώς δεν θα πιστεύετε πόσο απέραντος, τεράστιος, απίστευτα μεγάλος είναι ο κόσμος. Να τι εννοούμε: μπορεί να νομίζετε ότι είναι πολύ μακριά μέχρι το πλησιέστερο εστιατόριο, αλλά αυτό δεν σημαίνει τίποτα για το διάστημα». (The Hitchhiker's Guide to the Galaxy).

Αυτή η κοινή βαρυτική έλξη όλης της ύλης του θα σταματήσει τελικά τη διαστολή του Σύμπαντος και θα προκαλέσει τη συστολή του. Λόγω της αύξησης της εντροπίας, το σχέδιο συμπίεσης θα είναι πολύ διαφορετικό από τη χρονικά αντίστροφη επέκταση. Ενώ το πρώιμο σύμπαν ήταν πολύ ομοιογενές, το σύμπαν που καταρρέει θα χωριστεί σε ξεχωριστές απομονωμένες ομάδες. Τελικά, όλη η ύλη καταρρέει σε μαύρες τρύπες, οι οποίες στη συνέχεια θα αναπτυχθούν μαζί, δημιουργώντας μια ενιαία μαύρη τρύπα - τη μοναδικότητα της Μεγάλης Συμπίεσης.

Τα πιο πρόσφατα πειραματικά στοιχεία (δηλαδή: η παρατήρηση μακρινών σουπερνόβα ως αντικειμένων τυπικής φωτεινότητας (για περισσότερες λεπτομέρειες βλ. Κλίμακα απόστασης στην αστρονομία), καθώς και μια ενδελεχής μελέτη της ακτινοβολίας λειψάνων) οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η διαστολή του Σύμπαντος είναι δεν επιβραδύνεται από τη βαρύτητα, αλλά, αντίθετα, επιταχύνεται. Ωστόσο, λόγω της άγνωστης φύσης της σκοτεινής ενέργειας, είναι ακόμα πιθανό μια μέρα η επιτάχυνση να αλλάξει πρόσημο και να προκαλέσει συμπίεση.

δείτε επίσης

• Μεγάλη αναπήδηση
• Ταλαντούμενο Σύμπαν

Σημειώσεις (επεξεργασία)

Ίδρυμα Wikimedia. 2010.

• Μεγάλη ληστεία τρένου
• Μεγάλο Νησί

Δείτε τι είναι το "Big Compression" σε άλλα λεξικά:

Φράκταλ συμπίεση- Εικόνα τριγώνου Sierpinski που ορίζεται από τρεις συγγενικούς μετασχηματισμούς Η συμπίεση εικόνας φράκταλ είναι ένας αλγόριθμος συμπίεσης εικόνας με απώλειες που βασίζεται στη χρήση επαναλαμβανόμενων συστημάτων συναρτήσεων (IFS, συνήθως ... ... Wikipedia

Το μέλλον του σύμπαντος- Το σενάριο της Μεγάλης Συμπίεσης Το μέλλον του Σύμπαντος είναι ένα ερώτημα που εξετάζεται στο πλαίσιο της φυσικής κοσμολογίας. Διάφορες επιστημονικές θεωρίες προέβλεψαν πολλές πιθανές επιλογές για το μέλλον, μεταξύ των οποίων υπάρχουν απόψεις τόσο για την καταστροφή όσο και για ... ... Wikipedia

Αρμαγεδδών- Αυτός ο όρος έχει άλλες έννοιες, βλέπε Αρμαγεδδών (έννοιες). Ερείπια στην κορυφή του Megiddo Armageddon (αρχαία ελληνικά ... Wikipedia

Μελλοντικός- Αυτός ο όρος έχει άλλες έννοιες, βλέπε Μέλλον (έννοιες). Antonio Sant'Elia Urban σχέδιο σε φουτουριστικό στυλ Το μέλλον είναι μέρος της γραμμής ... Wikipedia

Το μέλλον- Το μέλλον είναι το μέρος του χρονοδιαγράμματος, που αποτελείται από γεγονότα που δεν έχουν συμβεί ακόμη, αλλά θα συμβούν. Λόγω του γεγονότος ότι τα γεγονότα χαρακτηρίζονται από χρόνο και τόπο, το μέλλον καταλαμβάνει την περιοχή του χωροχρονικού συνεχούς. Περιεχόμενα 1 ... ... Wikipedia

Κυκλικό μοντέλο (κοσμολογία)- Το κυκλικό μοντέλο (στην κοσμολογία) είναι μια από τις κοσμολογικές υποθέσεις. Σε αυτό το μοντέλο, το Σύμπαν, έχοντας προκύψει από τη μοναδικότητα της Μεγάλης Έκρηξης, περνά από μια περίοδο διαστολής, μετά την οποία η βαρυτική αλληλεπίδραση σταματά τη διαστολή και ... ... Wikipedia

Ragnarok- Ράγκναροκ. Σχέδιο του Johannes Gerts Ragnarök (Ragnarok, Γερμανικά Ragnarök ... Wikipedia

Η αποκάλυψη του Ευαγγελιστή Ιωάννη- Το αίτημα "Apocalypse" ανακατευθύνεται εδώ. δείτε επίσης άλλες έννοιες. Το όραμα του Ευαγγελιστή Ιωάννη. Μικρογραφία από το "Πολυτελές Βιβλίο Ωρών του Δούκα του Μπέρι" ... Wikipedia

Εσχατολογία- (από τα ελληνικά. Επίσης ... Wikipedia

Μεγάλο διάλειμμα- Καταστροφή του γαλαξία σύμφωνα με την υπόθεση του Big Rip. Το Big Rip είναι μια κοσμολογική υπόθεση για την τύχη του Σύμπαντος που προβλέπει την κατάρρευση (ρήξη) όλης της ύλης σε ένα πεπερασμένο χρόνο. Η εγκυρότητα αυτής της υπόθεσης είναι ισχυρή ... ... Wikipedia

Βιβλία

• ΔΥΝΑΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙ. Εγχειρίδιο για λογισμικό ανοιχτού κώδικα Αγορά για 863 UAH (μόνο Ουκρανία)
• ΔΥΝΑΜΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙ. Εγχειρίδιο για το ακαδημαϊκό πτυχίο, Atapin V.G .. Το εγχειρίδιο αποκαλύπτει τα βασικά θέματα του κλάδου Αντίσταση υλικών: τάση και συμπίεση, στρέψη, κάμψη, κατάσταση τάσης-παραμόρφωσης, σύνθετη αντίσταση, ...

ΔΙΑΣΤΑΣΗ Ή ΣΥΣΚΛΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ ;!

Η απομάκρυνση των γαλαξιών ο ένας από τον άλλο εξηγείται επί του παρόντος από τη διαστολή του Σύμπαντος, η οποία ξεκίνησε χάρη στη λεγόμενη «Μεγάλη Έκρηξη».

Για να αναλύσουμε την απόσταση των γαλαξιών μεταξύ τους, χρησιμοποιούμε τις ακόλουθες γνωστές φυσικές ιδιότητες και νόμους:

1. Οι γαλαξίες περιστρέφονται γύρω από το κέντρο του μεταγαλαξία, κάνοντας μια περιστροφή γύρω από το κέντρο του μεταγαλαξία σε 100 τρισεκατομμύρια χρόνια.

Κατά συνέπεια, ο μεταγαλαξίας είναι μια γιγάντια στρέψη στην οποία λειτουργούν οι νόμοι της βαρύτητας της δίνης και της κλασικής μηχανικής (Κεφ. 3.4).

2. Εφόσον η Γη αυξάνει τη μάζα της, επιτρέπεται να υποθέσουμε ότι όλα τα άλλα ουράνια σώματα ή τα συστήματά τους (γαλαξίες), υπό την επίδραση της δικής τους βαρύτητας, αυξάνουν επίσης τη μάζα τους, σύμφωνα με τους νόμους που παρουσιάζονται στο κεφάλαιο 3.5. Στη συνέχεια, με βάση τους τύπους του ίδιου κεφαλαίου, είναι προφανές ότι οι γαλαξίες πρέπει να κινούνται σπειροειδώς, προς το κέντρο του μεταγαλαξία, με επιτάχυνση αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση από το κέντρο του μεταγαλαξία ή την αύξηση της μάζας των γαλαξιών. .

Η ακτινική επιτάχυνση των γαλαξιών που κινούνται προς το κέντρο του μεταγαλαξία τους αναγκάζει να απομακρύνονται ο ένας από τον άλλον, κάτι που καταγράφηκε από το Hubble και το οποίο, μέχρι τώρα, εσφαλμένα ταξινομείται ως διαστολή του Σύμπαντος.

Με βάση λοιπόν τα παραπάνω προκύπτει το εξής συμπέρασμα:

Το σύμπαν δεν διαστέλλεται, αντίθετα, σπειροειδώς ή συστέλλεται.

Είναι πιθανό ότι η Μαύρη Τρύπα του μεταγαλαξία βρίσκεται στο κέντρο του μεταγαλαξία, επομένως είναι αδύνατο να την παρατηρήσουμε.

Όταν οι γαλαξίες περιστρέφονται γύρω από το κέντρο ενός μεταγαλαξία σε χαμηλότερη τροχιά, η ταχύτητα της τροχιακής κίνησης αυτών των γαλαξιών θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από αυτή των γαλαξιών που κινούνται σε υψηλότερη τροχιά. Σε αυτή την περίπτωση, οι γαλαξίες, σε ορισμένα μεγάλα χρονικά διαστήματα, θα πρέπει να πλησιάζουν ο ένας τον άλλον.

Επιπλέον, αστέρια με κλίσεις της δικής τους τροχιάς προς τον γαλαξιακό, βαρυτική στρέψη θα πρέπει να απομακρύνονται από το κέντρο του γαλαξία (βλ. Κεφ. 3.5). Αυτές οι συνθήκες εξηγούν την προσέγγιση του γαλαξία M31 σε εμάς.

Στο αρχικό στάδιο της εμφάνισης της κοσμικής στρέψης, θα πρέπει να βρίσκεται στην κατάσταση ΒΗ (βλ. Κεφ. 3.1). Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η κοσμική στρέψη αυξάνει τη σχετική μάζα της στο μέγιστο βαθμό. Κατά συνέπεια, το μέγεθος και το διάνυσμα της ταχύτητας αυτής της στρέψης (ΒΗ) έχουν επίσης μέγιστες αλλαγές. Δηλαδή, οι Μαύρες Τρύπες έχουν χαρακτήρα κίνησης που δεν αντιστοιχεί σημαντικά στην κίνηση των γειτονικών κοσμικών σωμάτων.

Προς το παρόν, έχει ανακαλυφθεί ένα BH που μας πλησιάζει. Η κίνηση αυτού του BH εξηγείται από την παραπάνω εξάρτηση.

Πρέπει να σημειωθούν οι αντιφάσεις της υπόθεσης της «Μεγάλης Έκρηξης», οι οποίες για κάποιο άγνωστο λόγο δεν λαμβάνονται υπόψη από τη σύγχρονη επιστήμη:

Σύμφωνα με τον 2ο νόμο της θερμοδυναμικής, το σύστημα (σύμπαν), που αφήνεται στον εαυτό του (μετά την έκρηξη) μετατρέπεται σε χάος και αταξία.

Στην πραγματικότητα, η αρμονία και η τάξη που παρατηρείται στο Σύμπαν είναι αντίθετη με αυτόν τον νόμο,

Κάθε σωματίδιο μιας ουσίας που έχει εκραγεί με τρομερή δύναμη πρέπει να έχει μόνο μια ευθύγραμμη και ακτινική διεύθυνση δικής του κίνησης.

Η καθολική περιστροφή στο εξωτερικό διάστημα όλων των ουράνιων σωμάτων ή των συστημάτων τους γύρω από το κέντρο τους ή άλλα σώματα, συμπεριλαμβανομένου του μεταγαλαξία, αντικρούει εντελώς την αδρανειακή φύση της κίνησης των διαστημικών αντικειμένων που προέρχονται από την έκρηξη. Κατά συνέπεια, μια έκρηξη δεν μπορεί να είναι η πηγή κίνησης για όλα τα διαστημικά αντικείμενα.

• - Πώς θα μπορούσαν να σχηματιστούν τεράστια διαγαλαξιακά κενά στο διάστημα μετά τη «Μεγάλη Έκρηξη»;!
• - σύμφωνα με το γενικά αποδεκτό μοντέλο του Friedman, η αιτία της «Μεγάλης Έκρηξης» ήταν η συμπίεση του Σύμπαντος στο μέγεθος του ηλιακού συστήματος. Ως αποτέλεσμα αυτής της υπερ-γίγαντας συμπίεσης της κοσμικής ύλης, έγινε η «Μεγάλη Έκρηξη».

Οι οπαδοί της ιδέας του "Big Bang" σιωπούν για τον προφανή παραλογισμό σε αυτήν την υπόθεση - πώς θα μπορούσε το άπειρο Σύμπαν να συρρικνωθεί και να χωρέσει σε έναν περιορισμένο όγκο ίσο με το μέγεθος του ηλιακού συστήματος!;

Η πιο αξιοσημείωτη θεωρία είναι για το πώς ξεκίνησε το Σύμπαν του Big Bang, όπου όλη η ύλη υπήρχε αρχικά ως μοναδικότητα, ένα απείρως πυκνό σημείο στο μικροσκοπικό διάστημα. Τότε κάτι την έκανε να εκραγεί. Η ύλη επεκτάθηκε με απίστευτο ρυθμό και τελικά σχημάτισε το σύμπαν που βλέπουμε σήμερα.

Το Big Squeeze είναι, όπως ίσως μαντέψατε, το αντίθετο του Big Bang. Όλα όσα διασκορπίστηκαν γύρω από τις άκρες του Σύμπαντος θα συμπιεστούν υπό την επίδραση της βαρύτητας. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η βαρύτητα θα επιβραδύνει την επέκταση που προκαλεί η Μεγάλη Έκρηξη και τελικά όλα θα επιστρέψουν σε ένα σημείο.

1. Αναπόφευκτος θερμικός θάνατος του Σύμπαντος.

Σκεφτείτε τον θερμικό θάνατο ως το ακριβώς αντίθετο από το Big Squeeze. Σε αυτή την περίπτωση, η βαρύτητα δεν είναι αρκετά ισχυρή για να ξεπεράσει τη διαστολή, καθώς το σύμπαν απλώς οδεύει προς την εκθετική διαστολή. Οι γαλαξίες απομακρύνονται σαν δυστυχισμένοι εραστές, και η νύχτα που περικλείει τα πάντα ανάμεσά τους μεγαλώνει όλο και περισσότερο.

Το σύμπαν υπακούει στους ίδιους κανόνες όπως κάθε θερμοδυναμικό σύστημα, γεγονός που θα μας οδηγήσει τελικά στο γεγονός ότι η θερμότητα κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο το σύμπαν. Τέλος, ολόκληρο το σύμπαν θα σβήσει.

1. Θερμικός θάνατος από μαύρες τρύπες.

Σύμφωνα με τη δημοφιλή θεωρία, το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στο σύμπαν περιστρέφεται γύρω από τις μαύρες τρύπες. Απλώς κοιτάξτε τους γαλαξίες που περιέχουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο κέντρο τους. Το μεγαλύτερο μέρος της θεωρίας της μαύρης τρύπας περιλαμβάνει την κατάποση άστρων ή ακόμα και ολόκληρων γαλαξιών καθώς εισέρχονται στον ορίζοντα γεγονότων της τρύπας.

Τελικά, αυτές οι μαύρες τρύπες θα καταναλώσουν το μεγαλύτερο μέρος της ύλης και θα παραμείνουμε στο σκοτεινό σύμπαν.

1. Τέλος χρόνου.

Αν κάτι είναι αιώνιο, τότε είναι σίγουρα η ώρα. Είτε υπάρχει σύμπαν είτε όχι, ο χρόνος περνάει. Διαφορετικά, δεν θα υπήρχε τρόπος να ξεχωρίσεις τη μια στιγμή από την άλλη. Τι γίνεται όμως αν ο χρόνος χαθεί και απλώς μείνεις ακίνητος; Κι αν δεν υπάρχουν άλλες στιγμές; Ακριβώς την ίδια στιγμή στο χρόνο. Για πάντα.

Ας υποθέσουμε ότι ζούμε σε ένα σύμπαν στο οποίο ο χρόνος δεν τελειώνει ποτέ. Με άπειρο χρόνο, οτιδήποτε μπορεί να συμβεί είναι 100% πιθανό να συμβεί. Το παράδοξο θα συμβεί αν έχεις αιώνια ζωή. Ζεις έναν άπειρο χρόνο, οπότε οτιδήποτε μπορεί να συμβεί είναι εγγυημένο ότι θα συμβεί (και θα συμβεί άπειρες φορές). Η διακοπή του χρόνου μπορεί επίσης να συμβεί.

1. Μεγάλη Σύγκρουση.

Η Μεγάλη Σύγκρουση είναι παρόμοια με τη Μεγάλη Συμπίεση, αλλά πολύ πιο αισιόδοξη. Φανταστείτε το ίδιο σενάριο: Η βαρύτητα επιβραδύνει τη διαστολή του σύμπαντος και όλα συστέλλονται σε ένα σημείο. Σε αυτή τη θεωρία, η δύναμη αυτής της ταχείας συστολής είναι αρκετή για να ξεκινήσει μια άλλη Μεγάλη Έκρηξη και το σύμπαν αρχίζει ξανά.

Στους φυσικούς δεν αρέσει αυτή η εξήγηση, γι' αυτό ορισμένοι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι το σύμπαν μπορεί να μην επιστρέψει στη μοναδικότητα. Αντίθετα, θα πιέζεται πολύ δυνατά και στη συνέχεια θα σπρώχνεται με δύναμη παρόμοια με αυτή που σπρώχνει την μπάλα μακριά όταν τη χτυπάτε στο πάτωμα.

1. Ο Μεγάλος Διχασμός.

Ανεξάρτητα από το πώς τελειώνει ο κόσμος, οι επιστήμονες δεν αισθάνονται ακόμη την ανάγκη να χρησιμοποιήσουν τη (χονδρικά υποτιμημένη) λέξη "μεγάλο" για να τον περιγράψουν. Σε αυτή τη θεωρία, η αόρατη δύναμη ονομάζεται «σκοτεινή ενέργεια», προκαλεί την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος, την οποία παρατηρούμε. Τελικά, οι ταχύτητες θα αυξηθούν τόσο πολύ που η ύλη αρχίζει να σπάει σε μικρά σωματίδια. Αλλά υπάρχει και μια θετική πλευρά σε αυτή τη θεωρία, τουλάχιστον το Big Rip θα πρέπει να περιμένει άλλα 16 δισεκατομμύρια χρόνια.

1. Επίδραση μετασταθερότητας κενού.

Αυτή η θεωρία βασίζεται στην ιδέα ότι το υπάρχον σύμπαν βρίσκεται σε μια εξαιρετικά ασταθή κατάσταση. Αν κοιτάξετε τις τιμές των κβαντικών σωματιδίων στη φυσική, τότε μπορείτε να υποθέσετε ότι το σύμπαν μας βρίσκεται στο χείλος της σταθερότητας.

Μερικοί επιστήμονες εικάζουν ότι δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, το σύμπαν θα βρίσκεται στο χείλος της κατάρρευσης. Όταν συμβεί αυτό, σε κάποιο σημείο στο σύμπαν, θα εμφανιστεί μια φούσκα. Σκεφτείτε το ως ένα εναλλακτικό σύμπαν. Αυτή η φούσκα θα επεκταθεί προς όλες τις κατευθύνσεις με την ταχύτητα του φωτός και θα καταστρέψει ό,τι αγγίζει. Τελικά, αυτή η φούσκα θα καταστρέψει τα πάντα στο σύμπαν.

1. Προσωρινό Φράγμα.

Επειδή οι νόμοι της φυσικής δεν έχουν νόημα σε ένα άπειρο πολυσύμπαν, ο μόνος τρόπος για να κατανοήσουμε αυτό το μοντέλο είναι να υποθέσουμε ότι υπάρχει ένα πραγματικό όριο, ένα φυσικό όριο του σύμπαντος, και τίποτα δεν μπορεί να πάει πέρα ​​από αυτό. Και σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής, στα επόμενα 3,7 δισεκατομμύρια χρόνια, θα περάσουμε το φράγμα του χρόνου και το σύμπαν θα τελειώσει για εμάς.

1. Αυτό δεν θα συμβεί (γιατί ζούμε σε ένα πολυσύμπαν).

Σύμφωνα με το σενάριο του πολυσύμπαντος, με άπειρα σύμπαντα, αυτά τα σύμπαντα μπορούν να προκύψουν μέσα ή έξω από τα υπάρχοντα. Μπορούν να προκύψουν από Big Bangs, να καταστραφούν από Big Compressions ή Gaps, αλλά αυτό δεν έχει σημασία, αφού πάντα θα υπάρχουν περισσότερα νέα Σύμπαντα από τα κατεστραμμένα.

1. Αιώνιο Σύμπαν.

Αχ, η πανάρχαια ιδέα ότι το σύμπαν ήταν πάντα και πάντα θα υπάρχει. Αυτή είναι μια από τις πρώτες έννοιες που έχουν δημιουργήσει οι άνθρωποι για τη φύση του σύμπαντος, αλλά υπάρχει ένας νέος γύρος σε αυτή τη θεωρία, που ακούγεται λίγο πιο ενδιαφέρον, καλά, σοβαρά.

Αντί για τη μοναδικότητα και τη Μεγάλη Έκρηξη, που σηματοδότησε την αρχή του ίδιου του χρόνου, ο χρόνος μπορεί να υπήρχε νωρίτερα. Σε αυτό το μοντέλο, το σύμπαν είναι κυκλικό και θα συνεχίσει να διαστέλλεται και να συστέλλεται για πάντα.

Στα επόμενα 20 χρόνια, θα είμαστε πιο σίγουροι για να πούμε ποια από αυτές τις θεωρίες είναι πιο συνεπής με την πραγματικότητα. Και ίσως θα βρούμε την απάντηση στο ερώτημα πώς ξεκίνησε το Σύμπαν μας και πώς θα τελειώσει.