Величезні простори Всесвіту - те, що багатьом людям важко усвідомити. Уявити собі космос у поєднанні з величезною кількістю часу, що минув і ще мине, майже непереборно.
Як розуміються ці категорії? Майже відразу ж стикаєшся з деякими доволі складними питаннями: як може існувати нескінченний простір? Як виник Всесвіт? І, що ще важливіше: чим усе закінчиться?
Хоча кінець Всесвіту, яким ми його знаємо, все ще неясний, існують чотири теорії, покликані наблизити нас до розуміння неминучості: теплова смерть, Великий вибух, Великий розрив і вакуумний розпад.
Шлях до розуміння долі Всесвіту починається з Альберта Ейнштейна. Творець теорії відносності вважав, що гравітація працює проти загальноприйнятої ідеї статичного Всесвіту, яка була широко прийнята в його час.
Він думав, що сила гравітації змушує матеріальний світ звужуватися. Однак експерименти та спостереження не підтвердили цю точку зору.
Тому він дійшов висновку, що має існувати якась відштовхувальна сила, що протидіє космологічній постійній. Однак у 1929 році Едвін Габбл вивів закономірність, згідно з якою швидкість галактик, що розбігаються, видима через червоний зсув, прямо пропорційна відстані між ними.
З точки зору загальної теорії відносності, глобальні космічні процеси зводяться до розширення тканини простору-часу. Тобто Всесвіт постійно розширюється. А отже, всі розмови про космологічну постійну - безглузді.
Але якщо Всесвіт розширюється, то настане момент, коли розширення закінчиться.
Поки що галактики все більше віддаляються одна від одної. Але в міру "розтягування" часу, - у бік нескінченності, - навколишній світ почне остигати. Зірки згорять, а "інгредієнти", необхідні для утворення нових світил, розсіються до такої міри, що зореутворення припиняється.
Усі вогні померкнуть, і нічне небо потемніє (і денне, якщо вже на те пішло). У Всесвіті більше не буде життя, нічому буде виникати, оскільки він наблизиться до "мінімальної температури і максимальної ентропії".
Ось тоді й настане реальний стаціонарний стан - тотальний стан низької, розсіяної енергії. Згаслі системи не отримають додаткової енергії навіть для виробництва механічної роботи. І, згідно з другим законом термодинаміки, настане теплова смерть.
Але такий сценарій - не єдиний спосіб загибелі Всесвіту, що розширюється. Давайте перенесемося в 1998 рік, коли телескоп Хаббл виявив, що юна матерія прискорювалася повільніше.
Висновок було зроблено на основі даних, отриманих завдяки спостереженню за яскравістю далеких і старих (нових -?) наднових.
Отже, нині Всесвіт розширюється з більшою швидкістю. Добре... але як? Якщо гравітація притягує, то що змушує речі відштовхуватися? І як речі відштовхуються все швидше і швидше?
Учені пішли примітивним шляхом і вигадали нову сутність - темну енергію. Вважається, що вона становить близько 70% маси (чи об'єму, енергії, інформації? - Альтернативна наука) Всесвіту.
Згідно з теорією, вона є невід'ємною властивістю порожнього простору. Інакше кажучи, Ейнштейн мав рацію і цього разу.
Але... темна енергія не піддається прямому спостереженню. Математика, яка доводить її існування, тільки припускає, що в міру розширення простору з'являється все більше порожнеч, які заповняться галактиками.
Поки що - математично, а не фізично - ТЕ накопичується в цих величезних просторах, змушуючи Всесвіт розширюватися все швидше і швидше.
Математична еквілібристика припускає, що якщо щільність темної енергії стане досить великою, то прискорення триватиме доти, доки зоряні системи, планети й атоми не будуть нею розірвані. Включаючи тканину простору-часу. Описане явище отримало назву "Великий розрив".
Але є й інше передбачення - абсолютно протилежне. Нібито Великий розрив відбудеться, якщо гравітація зупинить розширення і вся матерія знову "схлопнеться" в одну точку.
Галактики, стикаючись, знищать планети і зірки. Подібне стиснення призведе до екстремальної щільності і температур.
І тут з'являється ще одна математична сутність - темна матерія, про яку ми nj;t нічого не знаємо, але в існування якої ми віримо безроздільно. Адже досить сказати, що ми не спостерігаємо її безпосередньо, ми нібито бачимо наслідки її існування; ми віримо в її буттєвість, бо наші розрахунки і математичні моделі некомпетентні. І цю некомпетентність, тобто нездатність визначити масу астрономічного об'єкта і розрахувати його гравітацію, ми трактуємо як трансцендентну силу, що утримує разом усі галактики.
Єдиний зв'язок між ТМ і ТЕ полягає в тому, що ми не спостерігаємо обидва "явища". Натомість, теоретично, коли вся матерія схлопується в одну точку, вона миттєво вибухає і розширюється, відтворюючи космос.
Таким чином, Великий вибух - це лише епізод у нескінченному циклі екстремального розширення і стиснення. Великий стрибок, таким чином, не прирікає Всесвіт на абсолютну загибель.
Четверте й останнє передбачення кінця Всесвіту - так званий вакуумний розпад.
Перше, що вам потрібно знати про цей сценарій, - вакуум у цьому контексті означає не порожній простір, а, скоріше, стан найменшої потенційної енергії.
Для початку розглянемо поле Гіггса (ще одна математична модель, що стала фізичною реальністю). Це енергетичне поле, яке відповідає за надання маси нашому Всесвіту.
Що відбувається, коли частинка взаємодіє з полем? Вона набуває маси, але натомість втрачає здатність рухатися зі швидкістю світла. (як вона рухалася без маси, яка в квантовому світі сама є енергією? але це таке, неважливо).
Основна ідея, пов'язана з вакуумним розпадом, полягає в тому, що поле Хіггса, як вважається, перебуває у стабільному стані потенційної енергії, але це не найстабільніший стан.
Як видно на малюнку, поле Гіггса може перебувати в провалі (праворуч), який є мінімумом, але не найнижчим. Воно має більшу потенційну енергію, ніж його ліва "половинка".
Що нижча потенційна енергія, то стабільнішим і, отже, сприятливішим є стан.
Отже, поле Хіггса прагне до потенційної рівноваги. Але як її досягти? Або через подію екстраординарної енергетичності, або через квантовий тунель.
Останнє може статися за принципом невизначеності Гейзенберга; частинка бозона Гіггса спонтанно переміщається з одного заглиблення і потрапляє в інше. У результаті створюється "бульбашка" більш сприятливого енергетичного стану. Хоча існує ймовірність того, що він схлопнеться назад, є й інша ймовірність, що він також може розширюватися.
Так триватиме доти, доки матерія-вакуум не досягне швидкості світла. За такої зміни енергетичного стану правила Всесвіту, закони фізики і навіть хімії будуть повністю переписані.
Взаємодії між полями і частинками стануть невпізнанними. У міру розширення вакуумної бульбашки вона буде анігілювати все на своєму шляху. Ми просто перестанемо існувати.
Хоча всі чотири сценарії припускають абсолютно різні фізичні процеси, є і загальна тема: смерть неминуча.
Так, усе описане - лише припущення, але в міру наукового прогресу і отримання нових знань, вони стають дедалі відчутнішими.
Проблема лише у фальсифікації теорій. Але тут виникає філософське питання: як можна перевірити неперевірену, особливо експериментально, теорію?
