راهنمای غیرممکن، باورنکردنی و شگفت انگیز.

در یک اتاق زیر شیروانی متروکه، نه چندان دور از موزه بریتانیا:

کورنلیوس یک تکه کاغذ خالی گرفت، آن را از طریق غلتک وارد کرد و شروع به تایپ کرد. نقطه شروع داستان او خود انفجار بزرگ بود، زمانی که کیهان سفر همیشه در حال گسترش خود را به آینده آغاز کرد. پس از یک طغیان کوتاه تورم، کیهان به یک سری انتقال فاز پرتاب شد و ماده اضافی بر ضد ماده تشکیل داد. در این دوره اولیه، جهان اصلاً دارای هیچ ساختار کیهانی نبود.

پس از یک میلیون سال و تعداد زیادی کاغذ، کورنلیوس به سن ستارگان رسیده بود - زمانی که ستارگان به طور فعال متولد می شدند، چرخه زندگی خود را ادامه می دادند و از طریق واکنش های هسته ای انرژی تولید می کردند. این فصل درخشان زمانی بسته می‌شود که کهکشان‌ها گاز هیدروژن تمام می‌کنند، تشکیل ستاره متوقف می‌شود و طولانی‌ترین کوتوله‌های قرمز به آرامی محو می‌شوند.

کورنلیوس که بی وقفه تایپ می کند، داستان خود را با کوتوله های قهوه ای، کوتوله های سفید، ستاره های نوترونی و سیاه چاله هایش به دوران زوال می برد. در میان این زمین بایر یخ زده، ماده تاریک به آرامی درون ستارگان مرده جمع می‌شود و به تشعشعاتی تبدیل می‌شود که کیهان را نیرو می‌دهد. پوسیدگی پروتون در پایان این فصل مطرح می شود، زیرا انرژی جرمی بقایای منحط ستاره ها به آرامی تخلیه می شود و حیات مبتنی بر کربن به طور کامل از بین می رود.

وقتی نویسنده خسته به کار خود ادامه می دهد، تنها قهرمانان داستان او سیاهچاله ها هستند. اما سیاهچاله ها نمی توانند برای همیشه زنده بمانند. این اجسام تاریک با ساطع نور ضعیف‌تر از همیشه، از طریق فرآیند مکانیکی کوانتومی کند تبخیر می‌شوند. در غیاب منبع دیگری از انرژی، کیهان مجبور است به این مقدار ناچیز نور بسنده کند. پس از تبخیر بزرگترین سیاهچاله ها، گرگ و میش انتقالی عصر سیاهچاله تسلیم هجوم تاریکی حتی عمیق تر می شود.

در ابتدای فصل آخر، کاغذ کورنلیوس تمام می شود، اما زمان آن نه. دیگر هیچ اجرام ستاره ای در کیهان وجود ندارد، بلکه فقط محصولات بی فایده باقی مانده از بلایای کیهانی قبلی وجود دارد. در این دوران سرد، تاریک و بسیار دور از تاریکی ابدی، فعالیت فضایی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. سطوح انرژی بسیار پایین مربوط به دوره های زمانی بسیار زیاد است. پس از جوانی آتشین و میانسالی پر جنب و جوش، جهان کنونی به آرامی در تاریکی فرو می رود.

با پیر شدن جهان، شخصیت آن دائماً در حال تغییر است. در هر مرحله از تکامل آینده، جهان از انواع شگفت انگیز فرآیندهای فیزیکی پیچیده و سایر رفتارهای جالب پشتیبانی می کند. بیوگرافی ما از کیهان، از تولدش در یک انفجار تا لغزش طولانی و تدریجی آن به تاریکی ابدی، بر اساس درک مدرن از قوانین فیزیک و شگفتی های اخترفیزیک است. به لطف وسعت و دقت علم مدرن، این روایت معقول‌ترین چشم‌اندازی را که می‌توانیم از آینده بسازیم، نشان می‌دهد.

وقتی در مورد طیف وسیعی از رفتارهای عجیب و غریب جهان که در آینده امکان پذیر است بحث می کنیم، خواننده ممکن است فکر کند که هر چیزی ممکن است رخ دهد. اما این درست نیست. علیرغم فراوانی امکانات فیزیکی، تنها بخش کوچکی از رویدادهای احتمالی تئوری در واقع رخ خواهد داد.

اول از همه، قوانین فیزیک محدودیت های سختی را برای هر رفتار مجاز اعمال می کنند. قانون بقای انرژی کل باید رعایت شود. قانون پایستگی بار الکتریکی نباید نقض شود. مفهوم اصلی راهنما قانون دوم ترمودینامیک است که به طور رسمی بیان می کند که کل آنتروپی یک سیستم فیزیکی باید افزایش یابد. به طور کلی، این قانون پیشنهاد می کند که سیستم ها باید به حالت های بی نظمی فزاینده تبدیل شوند. در عمل، قانون دوم ترمودینامیک، گرما را مجبور می کند که از اجسام گرم به سرد جریان یابد، نه برعکس.

اما حتی در چارچوب فرآیندهایی که قوانین فیزیک مجاز می‌دانند، بسیاری از رویدادهایی که اصولاً ممکن است اتفاق بیفتند، هرگز واقعاً اتفاق نمی‌افتند. یکی از دلایل رایج این است که آنها به سادگی بیش از حد طول می کشند و فرآیندهای دیگر ابتدا اتفاق می افتد و آنها را تا حد زیادی شکست می دهد. یک مثال خوب از این روند، فرآیند همجوشی سرد است. همانطور که قبلاً در رابطه با واکنش های هسته ای در درون ستارگان اشاره کردیم، پایدارترین هسته های ممکن هسته آهن است. بسیاری از هسته های کوچکتر مانند هیدروژن یا هلیوم اگر بتوانند در یک هسته آهن ترکیب شوند، انرژی خود را از دست می دهند. در انتهای دیگر جدول تناوبی، هسته‌های بزرگ‌تری مانند اورانیوم نیز اگر به قطعات تقسیم شوند، انرژی خود را از دست می‌دهند و از این قسمت‌ها می‌توانند یک هسته آهن تشکیل دهند. آهن پایین ترین حالت انرژی موجود برای هسته است. هسته ها تمایل دارند به شکل آهن باقی بمانند، اما موانع انرژی مانع از این می شود که این تبدیل به راحتی در اکثر شرایط اتفاق بیفتد. غلبه بر این موانع انرژی معمولاً به دماهای بالا یا دوره های زمانی طولانی نیاز دارد.

یک قطعه بزرگ از ماده جامد، مانند یک سنگ یا شاید یک سیاره را در نظر بگیرید. ساختار این جامد توسط نیروهای الکترومغناطیسی معمولی، مانند نیروهای دخیل در پیوندهای شیمیایی، تغییر نمی کند. این ماده به جای حفظ ترکیب هسته ای اولیه خود، در اصل می تواند خود را به گونه ای تنظیم کند که تمام هسته های اتمی آن به آهن تبدیل شود. برای اینکه چنین ساختار مجددی در ماده رخ دهد، هسته ها باید بر نیروهای الکتریکی که این ماده را به شکلی که در آن وجود دارد، و نیروهای دافعه الکتریکی که هسته ها بر روی یکدیگر عمل می کنند، غلبه کنند. این نیروهای الکتریکی یک مانع انرژی قوی ایجاد می کنند، بسیار شبیه به مانع نشان داده شده در شکل. 23. به دلیل این مانع، هسته ها باید خود را از طریق تونل سازی مکانیکی کوانتومی دوباره مرتب کنند (هنگامی که هسته ها به مانع نفوذ کنند، جاذبه قوی شروع به همجوشی می کند). بنابراین، قطعه ماده ما فعالیت هسته ای را نشان می دهد. با توجه به زمان کافی، کل سنگ یا کل سیاره به آهن خالص تبدیل می شود.

چنین بازسازی هسته ای چقدر طول می کشد؟ فعالیت هسته ای از این نوع هسته های سنگ را در حدود هزار و پانصد دهه کیهان شناسی به آهن تبدیل می کند. اگر این فرآیند هسته ای اتفاق بیفتد، انرژی اضافی در فضا آزاد می شود زیرا هسته های آهن با حالت انرژی پایین تری مطابقت دارند. با این حال، این فرآیند همجوشی سرد هرگز کامل نخواهد شد. حتی واقعاً هرگز شروع نخواهد شد. تمام پروتون‌هایی که هسته‌ها را می‌سازند مدت‌ها قبل از تبدیل هسته‌ها به آهن به ذرات کوچک‌تر تجزیه می‌شوند. حتی طولانی‌ترین عمر ممکن یک پروتون کمتر از دویست دهه کیهان‌شناسی است - بسیار کوتاه‌تر از مدت زمان عظیمی که برای همجوشی سرد لازم است. به عبارت دیگر، هسته ها قبل از اینکه فرصتی برای تبدیل شدن به آهن داشته باشند، از بین می روند.

یکی دیگر از فرآیندهای فیزیکی که برای کیهان شناسی مهم تلقی می شود بسیار طول می کشد، تونل زدن ستارگان منحط به سیاهچاله ها است. از آنجایی که سیاهچاله ها کم انرژی ترین حالت های موجود برای ستاره ها هستند، جسمی منحط مانند کوتوله سفید انرژی بیشتری نسبت به سیاهچاله ای با همان جرم دارد. بنابراین، اگر یک کوتوله سفید بتواند خود به خود به یک سیاهچاله تبدیل شود، انرژی اضافی آزاد می کند. با این حال، چنین تبدیلی معمولاً به دلیل سد انرژی ایجاد شده توسط فشار گاز منحط که از وجود کوتوله سفید پشتیبانی می کند، رخ نمی دهد.

با وجود سد انرژی، یک کوتوله سفید می تواند از طریق تونل سازی مکانیکی کوانتومی به سیاهچاله تبدیل شود. به دلیل اصل عدم قطعیت، تمام ذرات (10 57 یا بیشتر) که یک کوتوله سفید را تشکیل می دهند، می توانند در فضای کوچکی قرار بگیرند که سیاهچاله را تشکیل دهند. با این حال، این رویداد تصادفی به زمان بسیار طولانی نیاز دارد - حدود 10 76 دهه کیهان شناسی. اغراق در اندازه واقعاً عظیم 1076 دهه کیهان شناسی غیرممکن است. اگر این بازه زمانی بسیار طولانی را در سال بنویسیم، واحدی با 10 76 صفر به دست می‌آید. ما حتی ممکن است شروع به نوشتن این عدد در یک کتاب نکنیم: برای هر پروتون در جهان مرئی مدرن، مرتبه یک صفر خواهد بود، چند مرتبه قدر می دهد یا می گیرد. نیازی به گفتن نیست که پروتون ها پوسیده می شوند و کوتوله های سفید مدت ها قبل از رسیدن جهان به دهه 10 76 کیهان شناسی ناپدید می شوند.

اگرچه بسیاری از رویدادها عملاً غیرممکن هستند، طیف وسیعی از احتمالات نظری باقی مانده است. گسترده‌ترین دسته‌بندی‌های رفتار آینده کیهان براساس باز، مسطح یا بسته بودن جهان است. یک جهان باز یا مسطح برای همیشه منبسط می شود، در حالی که جهان بسته پس از مدت زمان معینی که به وضعیت اولیه کیهان بستگی دارد، دوباره انقباض را تجربه می کند. با این حال، وقتی احتمالات گمانه‌زنی بیشتری را در نظر می‌گیریم، متوجه می‌شویم که تکامل آینده جهان ممکن است بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی باشد که این طرح طبقه‌بندی ساده نشان می‌دهد.

مشکل اصلی این است که ما می‌توانیم اندازه‌گیری‌های فیزیکی معنادار انجام دهیم و بنابراین، فقط در رابطه با منطقه محلی کیهان - بخشی که توسط افق کیهانی مدرن محدود شده است، نتیجه‌گیری کنیم. ما می‌توانیم چگالی کل کیهان را در این منطقه محلی، که قطر آن حدود بیست میلیارد سال نوری است، اندازه‌گیری کنیم. اما متأسفانه اندازه‌گیری‌های چگالی در این حجم محلی، سرنوشت درازمدت کیهان را به‌عنوان یک کل تعیین نمی‌کند، زیرا جهان ما می‌تواند بسیار بزرگ‌تر باشد.

به عنوان مثال، فرض کنید که ما توانستیم اندازه گیری کنیم که چگالی کیهانی از مقدار لازم برای بسته شدن جهان بیشتر است. ما به این نتیجه تجربی می رسیم که در آینده جهان ما باید فشرده سازی مجدد را تجربه کند. جهان به وضوح از طریق یک توالی فزاینده از بلایای طبیعی منتهی به بحران بزرگ که در بخش بعدی توضیح داده می شود، فرستاده می شود. اما این همه ماجرا نیست. منطقه محلی ما از کیهان - بخشی که مشاهده می کنیم در این سناریوی آرماگدون خیالی قفل شده است - می تواند در یک منطقه بسیار بزرگتر با چگالی بسیار کمتر قرار گیرد. در این صورت، تنها بخش معینی از کل جهان از فشرده سازی جان سالم به در می برد. بخش باقیمانده، که شاید بیشتر کیهان را پوشش دهد، می تواند به طور نامحدود به گسترش خود ادامه دهد.

خواننده ممکن است با ما مخالف باشد و بگوید که چنین عارضه ای فایده چندانی ندارد: قسمت خودمان از جهان هنوز هم برای زنده ماندن از فشرده سازی مجدد قرار دارد. جهان ما هنوز از نابودی و مرگ فرار نخواهد کرد. با این حال این نگاه اجمالی به تصویر بزرگ به طور قابل توجهی دیدگاه ما را تغییر می دهد. اگر جهان بزرگتر به عنوان یک کل زنده بماند، مرگ منطقه محلی ما چنین تراژدی نیست. ما انکار نخواهیم کرد که تخریب یک شهر روی زمین، مثلاً در اثر زلزله، یک رویداد وحشتناک است، اما هنوز هم تقریباً به اندازه نابودی کامل کل سیاره وحشتناک نیست. به همین ترتیب، از دست دادن یک بخش کوچک از کل جهان به اندازه از دست دادن کل جهان ویرانگر نیست. فرآیندهای پیچیده فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ممکن است هنوز در آینده‌ای دور، جایی در کیهان، آشکار شوند. نابودی کیهان محلی ما فقط یک فاجعه دیگر در یک سری از بلایای اخترفیزیکی است که آینده ممکن است به همراه داشته باشد: مرگ خورشید ما، پایان زندگی روی زمین، تبخیر و پراکندگی کهکشان ما، فروپاشی پروتون ها، و در نتیجه نابودی تمام مواد معمولی، تبخیر سیاهچاله ها و غیره.

بقای کیهان بزرگتر فرصت فرار را فراهم می کند: یا سفر واقعی در مسافت طولانی یا یک فرار جایگزین از طریق انتقال اطلاعات از طریق سیگنال های نور. این راه فرار ممکن است دشوار یا حتی ممنوع باشد: همه چیز بستگی به این دارد که چگونه ناحیه بسته فضا-زمان محلی ما در منطقه بزرگتر کیهان قرار می گیرد. با این حال، این واقعیت که زندگی می تواند در جای دیگری ادامه پیدا کند، به امید امکان تداوم می دهد.

اگر منطقه محلی ما دوباره فرو بریزد، ممکن است زمان کافی برای رخ دادن تمام رویدادهای نجومی که در این کتاب توضیح داده شده در قسمت ما از کیهان وجود نداشته باشد. با این حال، در نهایت، این فرآیندها همچنان در مکان دیگری در کیهان - دور از ما - رخ خواهند داد. اینکه چقدر زمان داریم تا بخش محلی کیهان دوباره فشرده شود به چگالی بخش محلی بستگی دارد. اگرچه اندازه گیری های نجومی مدرن نشان می دهد که چگالی آن به قدری کم است که جهان محلی ما به هیچ وجه فرو نمی ریزد، ممکن است ماده نادیده دیگری در کمین تاریکی وجود داشته باشد. حداکثر مقدار مجاز مجاز چگالی محلی تقریباً دو برابر مقدار مورد نیاز برای بسته شدن بخش محلی کیهان است. اما حتی در این حداکثر چگالی، جهان نمی تواند شروع به انقباض کند تا حداقل بیست میلیارد سال سپری شود. این محدودیت زمانی حداقل پنجاه میلیارد سال دیگر برای نسخه محلی Big Crunch به ما تاخیر می‌دهد.

مجموعه شرایط معکوس نیز ممکن است ایجاد شود. بخش محلی ما از کیهان ممکن است چگالی نسبتاً کمی داشته باشد و بنابراین واجد شرایط زندگی ابدی باشد. با این حال، این بخش محلی از فضازمان می تواند در یک منطقه بسیار بزرگتر با چگالی بسیار بالاتر قرار گیرد. در این حالت، زمانی که افق کیهانی محلی ما به اندازه‌ای بزرگ می‌شود که منطقه بزرگ‌تری با چگالی بالاتر را شامل می‌شود، جهان محلی ما بخشی از یک جهان بزرگ‌تر خواهد شد که قرار است دوباره فروپاشی را تجربه کند.

این سناریوی فروپاشی مستلزم آن است که جهان محلی ما یک هندسه کیهانی تقریباً مسطح داشته باشد، زیرا تنها در این صورت است که نرخ انبساط به طور پیوسته به کاهش خود ادامه خواهد داد. هندسه تقریباً مسطح اجازه می دهد تا مناطق بزرگتر و بزرگتری از جهان فرامقیاس (تصویر بزرگ جهان) بر رویدادهای محلی تأثیر بگذارد. این منطقه بزرگ اطراف به سادگی باید به اندازه کافی متراکم باشد تا در نهایت از فشرده سازی مجدد جان سالم به در ببرد. باید آنقدر زنده بماند (یعنی خیلی زود فرو نریزد) تا افق کیهانی ما به مقیاس بزرگ مورد نیاز رشد کند.

اگر این ایده‌ها در فضا محقق شوند، پس جهان محلی ما به هیچ وجه «یکسان» با منطقه بسیار بزرگ‌تری از کیهان نیست که آن را جذب می‌کند. بنابراین، در فواصل به اندازه کافی بزرگ، اصل کیهان شناختی به وضوح نقض می شود: جهان در هر نقطه از فضا یکسان نخواهد بود (همگن) و لزوماً در همه جهات یکسان نخواهد بود (ایزوتروپیک). این پتانسیل به هیچ وجه استفاده ما از اصل کیهان شناختی برای مطالعه تاریخ گذشته را نفی نمی کند (مانند نظریه انفجار بزرگ)، زیرا جهان به وضوح در منطقه محلی ما از فضا-زمان، که شعاع آن است، همگن و همسانگرد است. در حال حاضر حدود ده میلیارد سال نوری است. هر گونه انحراف بالقوه از همگنی و همسانگردی مربوط به اندازه های بزرگ است، به این معنی که آنها فقط در آینده می توانند ظاهر شوند.

از قضا، می‌توانیم محدودیت‌هایی را برای ماهیت آن منطقه بزرگ‌تر از کیهان که در حال حاضر فراتر از افق کیهانی ما است، قرار دهیم. تابش پس زمینه کیهانی بسیار یکنواخت اندازه گیری شده است. با این حال، تفاوت‌های بزرگ در چگالی کیهان، حتی اگر فراتر از افق کیهانی باشد، قطعاً باعث ایجاد تپش‌هایی در این تابش یکنواخت پس‌زمینه می‌شود. بنابراین فقدان ضربان قابل توجه نشان می دهد که هر گونه اختلال چگالی قابل توجهی باید بسیار دور از ما باشد. اما اگر اختلالات چگالی بزرگ دور باشند، منطقه محلی ما از کیهان ممکن است قبل از مواجهه با آنها به اندازه کافی زنده بماند. اولین زمان ممکن برای تأثیرگذاری تفاوت های بزرگ در چگالی بر بخش ما از کیهان تقریباً هفده دهه کیهان شناسی خواهد بود. اما، به احتمال زیاد، این رویداد تغییر دهنده جهان بسیار دیرتر رخ خواهد داد. طبق اکثر نسخه‌های نظریه جهان تورمی، جهان ما برای صدها و حتی هزاران دهه کیهان‌شناسی همگن و تقریباً مسطح خواهد ماند.

اگر جهان (یا بخشی از آن) بسته باشد، گرانش بر انبساط پیروز می شود و فشرده سازی اجتناب ناپذیر آغاز می شود. چنین کیهانی، در معرض فروپاشی مکرر، زندگی خود را در یک فروپاشی آتشین به پایان می رساند. فشار بزرگ. بسیاری از فراز و نشیب‌هایی که توالی زمانی جهان در حال انقباض را مشخص می‌کنند، برای اولین بار توسط سر مارتین ریس، اخترشناس سلطنتی انگلستان، مشاهده شد. هنگامی که جهان به این فینال بزرگ رانده شود، فاجعه کم نخواهد بود.

و اگرچه به احتمال زیاد جهان برای همیشه منبسط خواهد شد، ما کم و بیش مطمئن هستیم که چگالی جهان از دو برابر چگالی بحرانی تجاوز نمی کند. با دانستن این حد بالا، می توانیم بیان کنیم حداقلزمان احتمالی باقی مانده تا فروپاشی کیهان در بحران بزرگ حدود پنجاه میلیارد سال است. روز داوری با توجه به معیارهای زمانی بشری هنوز بسیار دور است، بنابراین احتمالاً ارزش ادامه دادن اجاره بها را دارد.

فرض کنید پس از بیست میلیارد سال، پس از رسیدن به حداکثر اندازه خود، جهان در واقع فشرده سازی مجدد را تجربه می کند. در آن زمان، جهان تقریباً دو برابر بزرگتر از امروز خواهد بود. دمای تابش پس زمینه حدود 1.4 درجه کلوین خواهد بود: نیمی از دمای امروز. هنگامی که کیهان به این حداقل درجه حرارت سرد می شود، فروپاشی بعدی آن را گرم می کند زیرا به سمت بیگ کرانچ می رود. در طول مسیر، در طول فرآیند این فشرده سازی، تمام ساختارهای ایجاد شده توسط کیهان از بین خواهند رفت: خوشه ها، کهکشان ها، ستارگان، سیارات و حتی خود عناصر شیمیایی.

تقریباً بیست میلیارد سال پس از شروع فشرده سازی مجدد، جهان به اندازه و چگالی جهان کنونی بازخواهد گشت. و در فاصله چهل میلیارد سال، جهان تقریباً با همان ساختار بزرگ مقیاس به جلو حرکت می کند. ستاره ها به تولد، تکامل و مرگ ادامه می دهند. ستارگان کوچک و کم مصرف مانند همسایه نزدیک ما پروکسیما قنطورس زمان کافی برای دستخوش هر گونه تکامل قابل توجهی ندارند. برخی کهکشان‌ها در خوشه‌های مادر خود با هم برخورد می‌کنند و ادغام می‌شوند، اما اکثر آنها تقریباً بدون تغییر زنده می‌مانند. یک کهکشان بسیار بیش از چهل میلیارد سال طول می کشد تا ساختار دینامیکی خود را تغییر دهد. با معکوس کردن قانون انبساط هابل، برخی کهکشان ها به جای دور شدن از کهکشان شروع به نزدیک شدن به کهکشان ما خواهند کرد. و تنها این تمایل کنجکاو برای تغییر به قسمت آبی طیف به اخترشناسان اجازه می دهد تا نگاهی اجمالی به فاجعه قریب الوقوع داشته باشند.

خوشه‌های کهکشانی منفرد، که در فضای وسیع پراکنده شده‌اند و به صورت توده‌ها و رشته‌هایی به هم متصل شده‌اند، دست نخورده باقی می‌مانند تا زمانی که کیهان به اندازه پنج برابر کوچک‌تر از امروز کوچک‌تر شود. در زمان این پیوند فرضی آینده، خوشه هایی از کهکشان ها ادغام می شوند. در جهان امروزی، خوشه های کهکشانی تنها حدود یک درصد از حجم را اشغال می کنند. با این حال، هنگامی که جهان به یک پنجم اندازه فعلی خود کوچک می شود، خوشه ها تقریباً تمام فضا را پر می کنند. بنابراین، جهان به یک خوشه غول پیکر از کهکشان ها تبدیل خواهد شد، اما خود کهکشان ها در این دوره، فردیت خود را حفظ خواهند کرد.

با ادامه انقباض، جهان خیلی زود صد برابر کوچکتر از امروز می شود. در این مرحله، چگالی متوسط ​​کیهان برابر با چگالی متوسط ​​کهکشان خواهد بود. کهکشان ها روی یکدیگر همپوشانی خواهند داشت و ستارگان منفرد دیگر به کهکشان خاصی تعلق نخواهند داشت. سپس کل جهان به یک کهکشان غول پیکر پر از ستاره تبدیل می شود. دمای پس‌زمینه کیهان که توسط تشعشعات پس‌زمینه کیهانی ایجاد می‌شود، به 274 درجه کلوین می‌رسد و به نقطه ذوب یخ نزدیک می‌شود. با توجه به فشردگی فزاینده وقایع پس از این دوران، ادامه داستان از منظر نقطه مقابل خط زمانی بسیار راحت تر است: زمان باقی مانده قبل از Big Crunch. وقتی دمای کیهان به نقطه ذوب یخ می رسد، جهان ما ده میلیون سال از تاریخ آینده باقی می ماند.

تا این لحظه، زندگی در سیارات زمینی کاملا مستقل از تکامل کیهانی در اطراف ما ادامه دارد. در واقع، گرمای آسمان در نهایت اجسام یخ زده ای مانند پلوتون را که در اطراف هر منظومه شمسی در حال حرکت هستند ذوب می کند و آخرین فرصت زودگذر را برای شکوفایی حیات در جهان فراهم می کند. این بهار نسبتا کوتاه گذشته با ادامه افزایش دمای تشعشعات پس زمینه به پایان خواهد رسید. با ناپدید شدن آب مایع در سراسر کیهان، انقراض دسته جمعی همه حیات کم و بیش به طور همزمان رخ می دهد. اقیانوس ها در حال جوشیدن هستند و آسمان شب از آسمان روز که امروز از زمین می بینیم روشن تر می شود. در حالی که تنها شش میلیون سال تا فشرده سازی نهایی باقی مانده است، هر گونه حیات باقی مانده باید یا در اعماق سیارات باقی بماند یا مکانیسم های خنک کننده پیچیده و کارآمدی ایجاد کند.

پس از نابودی نهایی ابتدا خوشه‌ها و سپس خود کهکشان‌ها، ستاره‌ها در خط آتش قرار دارند. اگر اتفاق دیگری نمی افتاد، ستارگان دیر یا زود با هم برخورد می کردند و در مواجهه با فشردگی دائمی و ویرانگر همدیگر را نابود می کردند. با این حال، چنین سرنوشت بی‌رحمانه‌ای آنها را دور خواهد زد، زیرا ستارگان مدت‌ها قبل از اینکه کیهان به اندازه کافی متراکم شود تا برخوردهای ستاره‌ای رخ دهد، به شیوه‌ای تدریجی‌تر فرو می‌ریزند. هنگامی که دمای تابش پس زمینه پیوسته در حال انقباض از دمای سطح ستاره که بین چهار تا شش هزار درجه کلوین است بیشتر شود، میدان تابش می تواند ساختار ستاره ها را به طور قابل توجهی تغییر دهد. و اگرچه واکنش های هسته ای در اعماق ستارگان ادامه دارد، سطوح آنها تحت تأثیر یک میدان تابشی بسیار قوی خارجی تبخیر می شود. بنابراین دلیل اصلی نابودی ستارگان تابش پس زمینه است.

وقتی ستاره ها شروع به تبخیر می کنند، اندازه کیهان حدود دو هزار برابر کوچکتر از امروز است. در طول این دوره آشفته، آسمان شب به روشنی سطح خورشید به نظر می رسد. کوتاهی زمان باقی مانده دشوار است که نادیده گرفته شود: قوی ترین تشعشع هر شکی را که کمتر از یک میلیون سال تا پایان باقی مانده است را از بین می برد. هر منجمی که دانش فنی کافی برای زندگی برای دیدن این دوران داشته باشد، شاید با تعجب به یاد بیاورد که دیگ جوشان کیهان که مشاهده می کنند - ستارگان یخ زده در آسمانی به روشنی خورشید - چیزی کمتر از بازگشت پارادوکس اولبرز در مورد کیهان بی نهایت قدیمی و ساکن

هر هسته ستاره ای یا کوتوله قهوه ای که از این دوران تبخیر جان سالم به در ببرد، به بی تشریفاتی تکه تکه می شود. هنگامی که دمای تابش پس زمینه به ده میلیون درجه کلوین می رسد، که قابل مقایسه با وضعیت فعلی مناطق مرکزی ستارگان است، هر سوخت هسته ای باقی مانده می تواند مشتعل شود و منجر به انفجاری قدرتمند و تماشایی شود. بنابراین، اجرام ستاره ای که می توانند از تبخیر جان سالم به در ببرند، به جو کلی پایان جهان کمک می کنند و به بمب های هیدروژنی خارق العاده تبدیل می شوند.

سیارات در جهان در حال کوچک شدن سرنوشت ستارگان را به اشتراک خواهند گذاشت. گوی های غول پیکر گازی، مانند مشتری و زحل، بسیار سبک تر از ستارگان تبخیر می شوند و تنها هسته های مرکزی باقی می مانند که از سیارات زمینی قابل تشخیص نیستند. هر آب مایع مدت‌هاست که از سطوح سیارات تبخیر شده است و به زودی جو آنها نیز به همین منوال خواهد رفت. تنها چیزی که باقی می ماند زمین بایر و بایر است. سطوح صخره ای ذوب می شوند و لایه های سنگ مایع به تدریج ضخیم می شوند و در نهایت کل سیاره را در بر می گیرند. گرانش از پرواز بقایای مذاب در حال مرگ جلوگیری می کند و جو سیلیکات سنگینی ایجاد می کند که به نوبه خود به فضای بیرونی جریان می یابد. سیارات در حال تبخیر، که در شعله ای کورکننده فرو می روند، بدون هیچ اثری ناپدید می شوند.

با خروج سیارات از صحنه، اتم های فضای بین ستاره ای شروع به تجزیه شدن به هسته و الکترون های تشکیل دهنده خود می کنند. تابش پس‌زمینه آنقدر قوی می‌شود که فوتون‌ها (ذرات نور) انرژی کافی برای آزاد کردن الکترون به دست می‌آورند. در نتیجه، در طول چند صد هزار سال گذشته، اتم ها وجود ندارند و ماده به ذرات باردار تجزیه می شود. تابش پس زمینه به شدت با این ذرات باردار برهمکنش می کند و باعث می شود ماده و تشعشع به شدت در هم تنیده شوند. فوتون‌های پس‌زمینه کیهانی، که نزدیک به شصت میلیارد سال از زمان بازترکیب بدون مانع حرکت کرده‌اند، به سطح پراکندگی «بعدی» خود می‌رسند.

روبیکون زمانی عبور می کند که کیهان به یک ده هزارم اندازه فعلی خود کوچک می شود. در این مرحله، چگالی تابش از چگالی ماده فراتر می رود - این فقط بلافاصله پس از انفجار بزرگ بود. تابش دوباره شروع به تسلط بر جهان می کند. از آنجایی که ماده و تشعشع رفتار متفاوتی دارند زیرا تحت فشار قرار گرفته‌اند، فشرده‌سازی بیشتر زمانی که کیهان از این گذار عبور می‌کند کمی تغییر می‌کند. فقط ده هزار سال باقی مانده است.

هنگامی که تنها سه دقیقه به فشرده سازی نهایی باقی می ماند، هسته های اتم شروع به متلاشی شدن می کنند. این فروپاشی تا آخرین ثانیه ادامه می یابد که توسط آن تمام هسته های آزاد از بین می روند. این دوران ضد نوکلئوسنتز به طور قابل توجهی با نوکلئوسنتز سریعی که در چند دقیقه اول دوران اولیه رخ داد، متفاوت است. در چند دقیقه اول تاریخ کیهانی، تنها سبک ترین عناصر، عمدتاً هیدروژن، هلیوم و کمی لیتیوم تشکیل شدند. در چند دقیقه گذشته، طیف گسترده ای از هسته های سنگین در فضا حضور دارند. هسته‌های آهن قوی‌ترین پیوندها را نگه می‌دارند، بنابراین تجزیه آنها به بیشترین انرژی برای هر ذره نیاز دارد. با این حال، جهان در حال انقباض، دماها و انرژی‌های بالاتری ایجاد می‌کند: دیر یا زود، حتی هسته‌های آهن نیز در این محیط دیوانه‌کننده مخرب خواهند مرد. در آخرین ثانیه از عمر کیهان، حتی یک عنصر شیمیایی در آن باقی نمی ماند. پروتون‌ها و نوترون‌ها دوباره آزاد می‌شوند - درست مانند ثانیه اول تاریخ کیهانی.

اگر در این دوره حداقل عمری در جهان باقی بماند، لحظه نابودی هسته ها به نقطه ای تبدیل می شود که به دلیل آن باز نمی گردند. پس از این رویداد، چیزی در جهان باقی نخواهد ماند که حتی از راه دور شبیه حیات زمینی مبتنی بر کربن باشد. هیچ کربنی در جهان باقی نخواهد ماند. هر موجود زنده ای که بتواند از فروپاشی هسته ای جان سالم به در ببرد باید متعلق به یک گونه واقعاً عجیب و غریب باشد. شاید موجودات مبتنی بر تعامل قوی بتوانند آخرین ثانیه از زندگی کیهان را ببینند.

ثانیه آخر بسیار شبیه فیلم بیگ بنگ است که به عقب پخش می شود. پس از فروپاشی هسته ها، زمانی که تنها یک میکروثانیه جهان را از نابودی جدا می کند، خود پروتون ها و نوترون ها تجزیه می شوند و جهان به دریایی از کوارک های آزاد تبدیل می شود. با ادامه فشرده سازی، جهان داغ تر و متراکم تر می شود و به نظر می رسد قوانین فیزیک در آن تغییر می کنند. هنگامی که جهان به دمای حدود 10 15 درجه کلوین می رسد، نیروی هسته ای ضعیف و نیروی الکترومغناطیسی با هم ترکیب می شوند و نیروی الکتروضعیف را تشکیل می دهند. این رویداد نوعی انتقال فاز کیهانی است که به طور مبهمی یادآور تبدیل یخ به آب است. با نزدیک شدن به انرژی‌های بالاتر، نزدیک شدن به پایان زمان، از شواهد تجربی مستقیم فاصله می‌گیریم و باعث می‌شویم که روایت، چه بخواهیم چه نخواهیم، ​​حدس‌آمیزتر شود. و با این حال ادامه می دهیم. به هر حال، جهان هنوز 10-11 ثانیه از تاریخ باقی مانده است.

انتقال مهم بعدی زمانی رخ می دهد که نیروی قوی با نیروی الکتریکی ضعیف ترکیب شود. این رویداد نامیده می شود اتحاد بزرگ، سه نیروی از چهار نیروی اساسی طبیعت را ترکیب می کند: نیروی هسته ای قوی، نیروی هسته ای ضعیف و نیروی الکترومغناطیسی. این اتحاد در دمای فوق‌العاده بالای 10 و 28 درجه کلوین رخ می‌دهد، زمانی که جهان تنها 10 تا 37 ثانیه از حیات باقی مانده است.

آخرین رویداد مهمی که می توانیم در تقویم خود علامت گذاری کنیم، اتحاد گرانش با سه نیروی دیگر است. این رویداد کلیدی زمانی رخ می‌دهد که جهان در حال فروپاشی به دمایی در حدود 10 32 درجه کلوین می‌رسد و بحران بزرگ تنها 10 تا 43 ثانیه با آن فاصله دارد. این دما یا انرژی معمولا نامیده می شود قدر پلانک. متأسفانه، دانشمندان یک نظریه فیزیکی خودسازگار برای این مقیاس انرژی، که در آن هر چهار نیروی بنیادی طبیعت در یک ترکیب شده اند، ندارند. هنگامی که این وحدت چهار نیرو در طول فشرده سازی مجدد اتفاق می افتد، درک مدرن ما از قوانین فیزیک کفایت خود را از دست می دهد. نمی دانیم در ادامه چه اتفاقی خواهد افتاد.

با نگاهی به رویدادهای غیرممکن و باورنکردنی، اجازه دهید در مورد خارق العاده ترین رویدادی که رخ داده است - منشاء زندگی صحبت کنیم. جهان ما مکانی بسیار راحت برای زندگی است که ما می شناسیم. در واقع هر چهار پنجره اخترفیزیکی نقش مهمی در توسعه آن دارند. سیارات، کوچکترین پنجره نجوم، زندگی را با خانه فراهم می کنند. آنها "ظروف پتری" را فراهم می کنند که در آن زندگی می تواند بوجود بیاید و تکامل یابد. اهمیت ستارگان نیز آشکار است: آنها منبع انرژی لازم برای تکامل بیولوژیکی هستند. دومین نقش اساسی ستارگان این است که مانند کیمیاگران، عناصر سنگین‌تر از هلیوم را تشکیل می‌دهند: کربن، اکسیژن، کلسیم و دیگر هسته‌هایی که اشکال حیاتی را که ما می‌شناسیم تشکیل می‌دهند.

کهکشان ها نیز بسیار مهم هستند، اگرچه این چندان واضح نیست. بدون تأثیر منسجم کهکشان ها، عناصر سنگین تولید شده توسط ستارگان در سراسر جهان پراکنده می شوند. این عناصر سنگین، بلوک های ساختمانی ضروری هستند که هم سیارات و هم تمام اشکال حیات را تشکیل می دهند. کهکشان ها با جرم زیاد و جاذبه گرانشی قوی خود، گاز غنی شده شیمیایی باقی مانده پس از مرگ ستارگان را از پرواز دور نگه می دارند. این گاز که قبلاً پردازش شده بود، متعاقباً در نسل‌های آینده ستارگان، سیارات و مردم گنجانده می‌شود. بنابراین، جاذبه گرانشی کهکشان ها دسترسی آسان عناصر سنگین را برای نسل های بعدی ستارگان و برای تشکیل سیارات سنگی مانند زمین تضمین می کند.

اگر در مورد بیشترین فاصله ها صحبت کنیم، خود جهان باید دارای ویژگی های لازم برای ظهور و توسعه حیات باشد. و در حالی که ما چیزی شبیه به درک کامل از زندگی و تکامل آن نداریم، یک نیاز اساسی نسبتاً قطعی است: زمان زیادی می برد. ظهور انسان در سیاره ما حدود چهار میلیارد سال طول کشید و ما حاضریم شرط ببندیم که در هر صورت حداقل یک میلیارد سال باید بگذرد تا حیات هوشمند پیدا شود. بنابراین، جهان به عنوان یک کل باید میلیاردها سال زنده بماند تا امکان توسعه حیات را فراهم کند، حداقل در مورد زیست شناسی که حتی به طور مبهم شبیه ماست.

خصوصیات جهان ما به عنوان یک کل همچنین این امکان را فراهم می کند که یک محیط شیمیایی مساعد برای توسعه حیات فراهم کند. اگرچه عناصر سنگین‌تری مانند کربن و اکسیژن در ستارگان سنتز می‌شوند، هیدروژن نیز یک جزء حیاتی است. این بخشی از دو اتم از سه اتم آب، H 2 O، جزء مهم حیات در سیاره ما است. با نگاهی به مجموعه عظیم جهان های ممکن و خواص احتمالی آنها، متوجه می شویم که در نتیجه سنتز هسته اولیه، تمام هیدروژن می تواند به هلیوم و حتی عناصر سنگین تر تبدیل شود. یا جهان می توانست آنقدر سریع منبسط شود که پروتون ها و الکترون ها هرگز برای تشکیل اتم های هیدروژن به هم نرسیدند. به هر حال، جهان می تواند بدون ایجاد اتم های هیدروژنی که مولکول های آب را تشکیل می دهند، به پایان برسد، که بدون آن هیچ زندگی عادی وجود نخواهد داشت.

با در نظر گرفتن این ملاحظات، روشن می شود که جهان ما در واقع دارای ویژگی های لازم برای اجازه وجود ما است. با توجه به قوانین فیزیک، تعیین شده توسط مقادیر ثابت های فیزیکی، قدر نیروهای بنیادی و جرم ذرات بنیادی، جهان ما به طور طبیعی کهکشان ها، ستاره ها، سیارات و زندگی را ایجاد می کند. اگر قوانین فیزیکی کمی متفاوت بود، جهان ما می توانست کاملاً غیرقابل سکونت و از نظر نجومی بسیار فقیر باشد.

اجازه دهید تنظیم دقیق مورد نیاز جهان خود را با کمی جزئیات بیشتر نشان دهیم. کهکشان ها، یکی از اجرام اخترفیزیکی لازم برای حیات، زمانی تشکیل می شوند که گرانش بر انبساط کیهان غلبه کند و فشردگی مناطق محلی را تحریک کند. اگر نیروی گرانش بسیار ضعیف‌تر یا سرعت انبساط کیهانی بسیار سریع‌تر بود، تا به حال حتی یک کهکشان در فضا وجود نداشت. جهان به پراکندگی ادامه خواهد داد، اما حداقل در این مقطع از تاریخ کیهانی، دارای یک ساختار محدود گرانشی واحد نخواهد بود. از سوی دیگر، اگر نیروی گرانش بسیار بیشتر بود یا سرعت انبساط فضا بسیار کمتر بود، در آن صورت کل کیهان مدت ها قبل از شروع شکل گیری کهکشان ها در بحران بزرگ دوباره فرو می ریخت. در هر صورت، در جهان مدرن ما زندگی وجود نخواهد داشت. این بدان معنی است که مورد جالب جهان پر از کهکشان ها و دیگر ساختارهای بزرگ مقیاس، مستلزم سازش نسبتاً ظریفی بین قدرت گرانش و سرعت انبساط است. و جهان ما دقیقاً چنین سازشی را درک کرده است.

در مورد ستارگان، تنظیم دقیق مورد نیاز نظریه فیزیکی با شرایط سخت تری همراه است. واکنش‌های همجوشی که در ستارگان رخ می‌دهند دو نقش کلیدی برای تکامل حیات دارند: تولید انرژی و تولید عناصر سنگین مانند کربن و اکسیژن. برای اینکه ستارگان نقش مورد نظر خود را ایفا کنند، باید برای مدت طولانی زندگی کنند، به دمای مرکزی به اندازه کافی بالا برسند و به اندازه کافی مشترک باشند. برای اینکه همه این قطعات پازل در جای خود قرار گیرند، جهان باید دارای طیف گسترده ای از خواص ویژه باشد.

احتمالا واضح ترین مثال را می توان فیزیک هسته ای ارائه کرد. واکنش های همجوشی و ساختار هسته ای به قدرت نیروی قوی بستگی دارد. هسته‌های اتمی به‌عنوان ساختارهای پیوندی وجود دارند، زیرا نیروی قوی قادر است پروتون‌ها را نزدیک یکدیگر نگه دارد، حتی اگر نیروی دافعه الکتریکی پروتون‌های با بار مثبت، هسته را از هم جدا کند. اگر برهمکنش قوی فقط کمی ضعیف تر بود، به سادگی هیچ هسته سنگینی وجود نداشت. در این صورت هیچ کربنی در کیهان وجود نخواهد داشت و بنابراین هیچ گونه حیاتی که بر پایه کربن باشد وجود نخواهد داشت. از سوی دیگر، اگر نیروی هسته ای قوی حتی قوی تر بود، آنگاه این دو پروتون می توانستند به صورت جفت هایی به نام دی پروتون ترکیب شوند. در این حالت، برهمکنش قوی آنقدر قوی خواهد بود که تمام پروتون‌های کیهان به دی پروتون‌ها یا حتی ساختارهای هسته‌ای بزرگ‌تر تبدیل می‌شوند و به سادگی هیچ هیدروژن معمولی باقی نمی‌ماند. بدون هیدروژن، هیچ آبی در کیهان وجود نخواهد داشت، و بنابراین هیچ گونه حیاتی که ما آنها را می شناسیم، وجود نخواهد داشت. خوشبختانه برای ما، جهان ما به اندازه کافی نیروی قوی برای اجازه دادن به هیدروژن، آب، کربن و سایر مواد ضروری برای زندگی دارد.

به همین ترتیب، اگر نیروی هسته ای ضعیف قدرت کاملاً متفاوتی داشت، تأثیر قابل توجهی بر تکامل ستاره ها خواهد داشت. اگر فعل و انفعال ضعیف، به عنوان مثال، در مقایسه با برهم کنش قوی، بسیار قوی تر بود، واکنش های هسته ای در فضای داخلی ستارگان با سرعت بسیار بالاتری انجام می شد و به همین دلیل طول عمر ستارگان به میزان قابل توجهی کاهش می یافت. همچنین باید نام تعامل ضعیف را تغییر دهیم. کیهان به دلیل گستره توده‌های ستاره‌ای، در این زمینه آزادی عمل دارد - ستارگان کوچک طولانی‌تر عمر می‌کنند و می‌توان از آنها برای کنترل تکامل بیولوژیکی به جای خورشید استفاده کرد. با این حال، فشار گاز منحط (از مکانیک کوانتومی) از سوختن هیدروژن ستارگان پس از کوچک شدن جرم آنها جلوگیری می کند. بنابراین، حتی طول عمر طولانی ترین ستاره ها به طور جدی کاهش می یابد. به محض اینکه حداکثر طول عمر یک ستاره به زیر مرز میلیارد سال برسد، توسعه حیات فوراً به خطر می افتد. ارزش واقعی نیروی ضعیف میلیون ها بار کوچکتر از نیروی قوی است و به خورشید اجازه می دهد تا هیدروژن خود را به آرامی و به آسانی بسوزاند که برای تکامل حیات روی زمین لازم است.

در مرحله بعد باید سیارات را در نظر بگیریم - کوچکترین اجرام اخترفیزیکی لازم برای زندگی. تشکیل سیارات مستلزم تولید عناصر سنگین و در نتیجه همان محدودیت های هسته ای است که قبلاً در بالا توضیح داده شد. علاوه بر این، وجود سیارات مستلزم آن است که دمای پس زمینه جهان به اندازه کافی پایین باشد تا جامدات متراکم شوند. اگر جهان ما تنها شش برابر کوچکتر از آنچه اکنون است، و در نتیجه هزار بار داغتر بود، ذرات غبار بین ستاره ای تبخیر می شدند و به سادگی هیچ ماده خام برای تشکیل سیارات سنگی وجود نداشت. در این جهان فرضی داغ، حتی شکل گیری سیارات غول پیکر به شدت سرکوب می شود. خوشبختانه، جهان ما به اندازه کافی خنک است که اجازه تشکیل سیاره را می دهد.

ملاحظات دیگر پایداری طولانی مدت منظومه شمسی بلافاصله پس از شکل گیری آن است. در کهکشان مدرن ما، هم فعل و انفعالات و هم برخورد ستارگان به دلیل چگالی بسیار کم ستارگان، نادر و ضعیف هستند. اگر کهکشان ما دارای همان تعداد ستاره بود، اما صد برابر کوچکتر بود، افزایش چگالی ستارگان به احتمال نسبتاً بالایی منجر می شد که ستاره دیگری وارد منظومه شمسی ما شود و مدار سیارات را از بین ببرد. چنین برخورد کیهانی می تواند مدار زمین را تغییر دهد و سیاره ما را غیرقابل سکونت کند یا حتی زمین را از منظومه شمسی به بیرون پرتاب کند. در هر صورت، چنین فاجعه ای به معنای پایان زندگی است. خوشبختانه، در کهکشان ما، زمان تخمینی برای زنده ماندن منظومه شمسی از یک برخورد تغییر مسیر بسیار بیشتر از زمانی است که طول می کشد تا حیات تکامل یابد.

ما می بینیم که یک جهان با عمر طولانی، که شامل کهکشان ها، ستاره ها و سیارات است، به مجموعه نسبتا خاصی از مقادیر ثابت اساسی نیاز دارد که مقادیر نیروهای اساسی را تعیین می کند. بنابراین این تنظیم دقیق مورد نیاز یک سوال اساسی را ایجاد می کند: چرا جهان ما دقیقاً دارای این ویژگی های خاص است که در نهایت باعث ایجاد حیات می شود؟به هر حال، این واقعیت که قوانین فیزیکی دقیقاً به گونه ای هستند که وجود ما را مجاز می کنند، واقعاً تصادفی قابل توجه است. به نظر می رسد که جهان به نوعی می دانست که ما داریم می آییم. البته اگر شرایط به گونه ای دیگر رقم می خورد، ما به سادگی اینجا نبودیم و کسی نبود که به این موضوع فکر کند. با این حال، سوال "چرا؟" این هیچ جا از بین نمی رود

درک آن چراقوانین فیزیکی دقیقاً همانطور که هستند، ما را به مرز توسعه علم مدرن می رساند. توضیحات اولیه قبلاً ارائه شده است، اما این سوال همچنان باز است. از قرن بیستم علم درک خوبی از این موضوع ارائه کرده است چیقوانین فیزیک ما وجود دارد، می توانیم امیدوار باشیم که علم قرن بیست و یکم به ما درکی از چراقوانین فیزیکی دقیقاً این شکل را دارند. برخی از نکات در این جهت در حال حاضر شروع به ظاهر شدن کرده اند، همانطور که اکنون خواهیم دید.

اگر بپذیریم که جهان ما - منطقه ای از فضا-زمان که با آن در ارتباط هستیم - فقط یکی از بی شماری های دیگر است، این تصادف ظاهری (که جهان دقیقاً دارای آن ویژگی های خاصی است که به منشأ و تکامل حیات اجازه می دهد) بسیار کمتر معجزه آسا به نظر می رسد. جهان ها به عبارت دیگر، جهان ما تنها بخش کوچکی است چندجهانی- مجموعه عظیمی از جهان ها، که هر کدام نسخه های خاص خود را از قوانین فیزیک دارند. در این صورت، مجموعه کامل کیهان‌ها تمام نسخه‌های ممکن قوانین فیزیک را درک خواهند کرد. با این حال، زندگی فقط در آن جهان‌های خاصی توسعه می‌یابد که نسخه مطلوب قوانین فیزیکی را دارند. سپس این واقعیت که ما اتفاقاً در کیهانی زندگی می کنیم با ویژگی های لازم برای زندگی آشکار می شود.

بیایید تفاوت بین "جهان های دیگر" و "بخش های دیگر" جهان خود را روشن کنیم. هندسه فضازمان در مقیاس بزرگ می تواند بسیار پیچیده باشد. ما در حال حاضر در یک قطعه همگن از کیهان زندگی می کنیم که اندازه قطر آن حدود بیست میلیارد سال نوری است. این ناحیه نمایانگر بخشی از فضا است که می تواند در یک زمان معین اثر علّی بر ما داشته باشد. همانطور که کیهان به سمت آینده حرکت می کند، منطقه ای از فضا-زمان که می تواند بر ما تأثیر بگذارد افزایش می یابد. از این نظر، با افزایش سن جهان، فضا-زمان بیشتری را در خود جای خواهد داد. با این حال، ممکن است مناطق دیگری از فضا-زمان وجود داشته باشد که هرگزهر چقدر هم که منتظر بمانیم و هر چقدر هم که کیهان ما پیر شود، خود را در یک ارتباط علّی با بخش ما از جهان نخواهند یافت. این مناطق دیگر کاملاً مستقل از رویدادهای فیزیکی که در جهان ما رخ می دهد رشد و تکامل می یابند. چنین مناطقی متعلق به جهان های دیگر است.

وقتی امکان وجود جهان های دیگر را بپذیریم، مجموعه تصادفاتی که در جهان خود داریم بسیار خوشایندتر به نظر می رسند. اما آیا این مفهوم از جهان های دیگر واقعاً تا این حد معنا دارد؟ آیا می توان به طور طبیعی جهان های متعدد را در چارچوب نظریه بیگ بنگ، مثلاً، یا حداقل بسط های معقول آن را جای داد؟ با کمال تعجب، پاسخ کاملاً مثبت است.

آندری لینده، کیهان شناس برجسته روسی که در حال حاضر در استنفورد است، این مفهوم را معرفی کرد تورم ابدی. به طور کلی، این ایده نظری به این معنی است که در همه زمان‌ها، ناحیه‌ای از فضا-زمان، که در جایی در چندجهانی قرار دارد، در حال تجربه فاز انبساط تورمی است. طبق این سناریو، کف فضا-زمان، از طریق مکانیسم تورم، به طور پیوسته جهان های جدیدی را به وجود می آورد (همانطور که قبلاً در فصل اول بحث شد). برخی از این مناطق تورمی در حال گسترش به جهان های جالبی مانند بخش محلی خودمان از فضازمان تبدیل خواهند شد. آنها قوانین فیزیکی دارند که بر شکل گیری کهکشان ها، ستاره ها و سیارات حاکم است. برخی از این مناطق حتی ممکن است زندگی هوشمند را توسعه دهند.

این ایده هم معنای فیزیکی و هم جذابیت درونی قابل توجهی دارد. حتی اگر جهان ما، منطقه محلی خودمان در فضازمان، به مرگی آهسته و دردناک بمیرد، همیشه جهان های دیگری در اطراف وجود خواهند داشت. همیشه چیز دیگری وجود خواهد داشت. اگر چندجهانی از منظری بزرگتر نگریسته شود، که کل مجموعه کیهان ها را در بر می گیرد، آنگاه می توان آن را واقعاً ابدی در نظر گرفت.

این تصویر از تکامل کیهانی، یکی از آزاردهنده‌ترین پرسش‌هایی را که در کیهان‌شناسی قرن بیستم مطرح شده، کنار می‌زند: اگر جهان در یک مهبانگ که فقط ده میلیارد سال پیش رخ داد آغاز شد، قبل از آن انفجار بزرگ چه اتفاقی افتاده است؟این پرسش دشوار «چه چیزی بود وقتی هنوز هیچ چیز وجود نداشت» به عنوان مرز بین علم و فلسفه، بین فیزیک و متافیزیک عمل می کند. ما می‌توانیم قانون فیزیکی را در زمان‌های گذشته به زمانی تعمیم دهیم که کیهان تنها 10 تا 43 ثانیه سن داشته است، اگرچه با نزدیک شدن به این نقطه، عدم قطعیت دانش ما افزایش می‌یابد، و دوره‌های قبلی عموماً برای روش‌های علمی مدرن غیرقابل دسترس هستند. با این حال، علم ثابت نمی ماند و پیشرفت هایی در این زمینه شروع شده است. در چارچوب وسیع‌تری که مفهوم چندجهانی و تورم ابدی ارائه می‌کند، ما واقعاً می‌توانیم پاسخ را فرموله کنیم: قبل از انفجار بزرگ، منطقه‌ای کف آلود از فضازمان پرانرژی وجود داشت (و هنوز هم وجود دارد). از این کف کیهانی، حدود ده میلیارد سال پیش، کیهان خود ما متولد شد، که امروزه به تکامل خود ادامه می دهد. به همین ترتیب، جهان های دیگر به تولد ادامه می دهند، و این روند می تواند بی پایان ادامه یابد. مسلماً این پاسخ کمی مبهم و شاید کمی رضایت بخش باقی می ماند. با این وجود، فیزیک قبلاً به نقطه‌ای رسیده است که حداقل می‌توانیم به این سؤال دیرینه بپردازیم.

با مفهوم چندجهانی، به سطح بعدی انقلاب کوپرنیک می رسیم. همانطور که سیاره ما در منظومه شمسی ما جایگاه ویژه ای ندارد و منظومه شمسی ما جایگاه ویژه ای در کیهان ندارد، جهان ما نیز جایگاه ویژه ای در مخلوط غول پیکر کیهانی جهان ها ندارد. .

فضا-زمان جهان ما با افزایش سن پیچیده تر می شود. در همان آغاز، درست پس از انفجار بزرگ، جهان ما بسیار صاف و همگن بود. چنین شرایط اولیه برای تکامل جهان به شکل مدرن آن ضروری بود. با این حال، با تکامل کیهان، در نتیجه فرآیندهای کهکشانی و ستاره‌ای، سیاه‌چاله‌ها تشکیل می‌شوند که با تکینگی‌های درونی خود در فضا-زمان نفوذ می‌کنند. بنابراین، سیاهچاله‌ها چیزی را ایجاد می‌کنند که می‌توان آن را چاله‌ای در فضازمان در نظر گرفت. در اصل، این تکینگی ها می توانند ارتباطی با جهان های دیگر نیز ایجاد کنند. همچنین ممکن است اتفاق بیفتد که در تکینگی یک سیاهچاله جهان های جدیدی متولد شوند - جهان های کودک که در فصل پنجم در مورد آنها صحبت کردیم. در این صورت، جهان ما می تواند جهان جدیدی را به دنیا بیاورد که از طریق یک سیاهچاله به جهان ما متصل است.

اگر این زنجیره استدلال تا پایان منطقی خود دنبال شود، سناریوی بسیار جالبی برای تکامل جهان‌ها در چندجهانی به وجود می‌آید. اگر جهان‌ها بتوانند جهان‌های جدیدی را به دنیا بیاورند، ممکن است مفاهیم وراثت، جهش، و حتی انتخاب طبیعی در نظریه فیزیکی ظاهر شوند. این مفهوم از تکامل توسط لی اسمولین، فیزیکدان و متخصص در نسبیت عام و نظریه میدان کوانتومی دفاع شد.

فرض کنید که تکینگی ها در داخل سیاهچاله ها می توانند جهان های دیگری را به دنیا بیاورند، همانطور که در مورد تولد جهان های جدید که در فصل قبل به آن پرداختیم، چنین است. همانطور که این جهان های دیگر تکامل می یابند، آنها معمولاً ارتباط علی خود را با جهان خودمان از دست می دهند. با این حال، این جهان های جدید از طریق یک تکینگی که در مرکز سیاهچاله قرار دارد به جهان ما متصل می مانند. - حالا بیایید بگوییم که قوانین فیزیک در این جهان های جدید مشابه قوانین فیزیک در جهان ما هستند، اما نه به طور مطلق. در عمل، این عبارت به این معنی است که ثابت های فیزیکی، مقادیر نیروی بنیادی و جرم ذرات دارای مقادیر مشابه، اما نه معادل هستند. به عبارت دیگر، جهان جدید مجموعه ای از قوانین فیزیکی را از جهان مادر به ارث می برد، اما این قوانین ممکن است کمی متفاوت باشند، که بسیار شبیه به جهش ژن ها در هنگام تولید مثل گیاهان و جانوران زمین است. در این موقعیت کیهانی، رشد و رفتار جهان جدید شبیه به تکامل جهان مادر اصلی خواهد بود، اما نه دقیقاً. بنابراین، این تصویر از وراثت جهان ها کاملاً مشابه تصویر اشکال حیات بیولوژیکی است.

با وراثت و جهش، این اکوسیستم جهان ها امکان شگفت انگیز طرح تکاملی داروین را به خود می گیرد. از دیدگاه کمولوژیک-داروینی، جهان های "موفق" آنهایی هستند که تعداد زیادی سیاهچاله ایجاد می کنند. از آنجایی که سیاهچاله ها از شکل گیری و مرگ ستارگان و کهکشان ها به وجود می آیند، این جهان های موفق باید دارای تعداد زیادی ستاره و کهکشان باشند. علاوه بر این، تشکیل سیاهچاله ها زمان زیادی می برد. کهکشان ها در جهان ما در طی یک دوره حدود یک میلیارد سال شکل می گیرند. ستارگان پرجرم در مدت زمان کوتاه تری زندگی می کنند و می میرند که در میلیون ها سال اندازه گیری می شود. برای اجازه دادن به تشکیل تعداد زیادی از ستاره ها و کهکشان ها، هر جهان موفقی نه تنها باید مقادیر صحیح ثابت های فیزیکی را داشته باشد، بلکه باید عمر نسبتاً طولانی نیز داشته باشد. با وجود ستارگان، کهکشان ها و عمر طولانی، جهان ممکن است به خوبی اجازه توسعه حیات را بدهد. به عبارت دیگر، جهان‌های موفق به‌طور خودکار تقریباً ویژگی‌های مناسبی برای پیدایش اشکال حیات بیولوژیکی دارند.

تکامل مجموعه پیچیده کیهان ها به عنوان یک کل مشابه تکامل بیولوژیکی روی زمین است. جهان های موفق تعداد زیادی سیاهچاله ایجاد می کنند و تعداد زیادی از جهان های جدید را به وجود می آورند. این "نوزادان" نجومی انواع مختلفی از قوانین فیزیکی را با تغییرات جزئی از جهان مادر خود به ارث می برند. آن جهش‌هایی که منجر به تشکیل سیاه‌چاله‌های بیشتر می‌شوند، منجر به تولید «فرزندان» بیشتر نیز می‌شوند. با تکامل این اکوسیستم جهان‌ها، رایج‌ترین جهان‌هایی هستند که تعداد باورنکردنی سیاه‌چاله‌ها، ستاره‌ها و کهکشان‌ها را تشکیل می‌دهند. همین کیهان ها بیشترین شانس زندگی را دارند. جهان ما، به هر دلیلی، فقط ویژگی هایی دارد که عمر طولانی داشته باشد و ستاره ها و کهکشان های زیادی را تشکیل دهد: طبق این طرح وسیع داروینی، جهان خودمان موفق است. از این منظر بزرگتر، جهان ما نه غیر معمول است و نه به خوبی تنظیم شده است. بلکه یک جهان معمولی و در نتیجه مورد انتظار است. اگرچه این تصویر از تکامل همچنان حدسی و بحث برانگیز است، اما توضیحی زیبا و قانع کننده برای اینکه چرا جهان ما دارای ویژگی هایی است که مشاهده می کنیم ارائه می دهد.

در زندگی‌نامه کیهان پیش روی شما، توسعه جهان را از آغاز درخشان و منحصربه‌فرد آن، از طریق آسمان‌های گرم و آشنا دوران مدرن، از میان بیابان‌های یخ‌زده عجیب تا مرگ نهایی آن در تاریکی ابدی دنبال کرده‌ایم. همانطور که ما سعی می کنیم حتی عمیق تر به ورطه تاریک نگاه کنیم، توانایی های پیش بینی ما به طور قابل توجهی بدتر می شود. در نتیجه، سفرهای فرضی ما در زمان کیهانی باید در برخی از دوره‌های آینده تکمیل شود، یا حداقل به طرز وحشتناکی ناقص شود. در این کتاب ما یک مقیاس زمانی ایجاد کرده ایم که صدها دهه کیهان شناسی را در بر می گیرد. برخی از خوانندگان بدون شک احساس خواهند کرد که ما روایت خود را با اطمینان بیش از حد پیش برده ایم، در حالی که برخی دیگر ممکن است تعجب کنند که چگونه می توانستیم در نقطه ای متوقف شویم که در مقایسه با ابدیت، به همان آغاز بسیار نزدیک است.

یک چیز می توانیم مطمئن باشیم. کیهان در سفر خود به تاریکی آینده، ترکیبی قابل توجه از گذرا و تغییر ناپذیری را به نمایش می گذارد که به شدت در هم تنیده شده اند. و اگرچه خود کیهان در آزمون زمان مقاومت خواهد کرد، اما در آینده عملاً چیزی باقی نخواهد ماند که حتی از راه دور به زمان حال شبیه باشد. پایدارترین ویژگی جهان همیشه در حال تکامل ما تغییر است. و این روند جهانی تغییر مداوم مستلزم یک دیدگاه کیهانی گسترده است، به عبارت دیگر، یک تغییر کامل در دیدگاه ما از بزرگترین مقیاس ها. از آنجایی که جهان دائماً در حال تغییر است، ما باید سعی کنیم دوران کیهان‌شناسی کنونی، سال جاری و حتی امروز را درک کنیم. هر لحظه در تاریخ آشکار فضا، فرصتی منحصر به فرد، فرصتی برای دستیابی به عظمت، ماجرایی برای زندگی کردن را ارائه می دهد. طبق اصل زمان کوپرنیک، هر دوره آینده مملو از احتمالات جدید است.

با این حال، اظهار منفعلانه در مورد اجتناب ناپذیر بودن حوادث کافی نیست و "بدون عزا، بگذار آنچه باید اتفاق بیفتد." قسمتی که اغلب به هاکسلی نسبت داده می‌شود می‌گوید: «اگر شش میمون را در ماشین‌های تحریر بگذاری و بگذاری هرچه می‌خواهند برای میلیون‌ها سال تایپ کنند، در نهایت همه کتاب‌های موزه بریتانیا را خواهند نوشت.» این میمون‌های خیالی مدت‌هاست که هر زمان که درباره یک فکر مبهم یا غیرقابل دفاع صحبت می‌شود، به عنوان تأییدی بر رویدادهای باورنکردنی یا حتی برای کم‌اهمیت تلویحی دستاوردهای بزرگ دست‌های بشر، به عنوان مثال نام برده می‌شوند، با این تلقین که آنها چیزی بیش از یک حادثه مبارک در میان نیستند. شکست های بزرگ به هر حال، اگر اتفاقی بیفتد، مطمئناً اتفاق خواهد افتاد، درست است؟

با این حال، حتی درک ما از آینده فضا که هنوز در مراحل ابتدایی است، پوچی آشکار این دیدگاه را آشکار می کند. یک محاسبه ساده نشان می‌دهد که تقریباً نیم میلیون دهه کیهان‌شناسی (سال‌های بسیار بیشتر از تعداد پروتون‌های کیهان) طول می‌کشد تا میمون‌هایی که به‌طور تصادفی انتخاب شده‌اند فقط یک کتاب بسازند.

مقدر است که جهان به طور کامل شخصیت خود را تغییر دهد، و بیش از یک بار، قبل از اینکه همین میمون ها حتی شروع به انجام وظیفه ای کنند که به آنها محول شده است. در کمتر از صد سال، این میمون ها از پیری خواهند مرد. در پنج میلیارد سال، خورشید که به یک غول سرخ تبدیل شده است، زمین و با آن تمام ماشین‌های تحریر را خواهد سوزاند. در چهارده دهه کیهان شناسی، تمام ستارگان کیهان سوخته و میمون ها دیگر قادر به دیدن کلید ماشین تحریر نخواهند بود. تا دهه بیستم کیهان شناسی، کهکشان یکپارچگی خود را از دست خواهد داد و میمون ها شانس بسیار واقعی برای بلعیده شدن توسط سیاهچاله در مرکز کهکشان خواهند داشت. و حتی پروتون‌هایی که میمون‌ها و کارشان را می‌سازند، پیش از انقضای چهل دهه کیهان‌شناختی از بین می‌روند: باز هم، مدت‌ها قبل از اینکه کار هرکولی آن‌ها حتی به اندازه‌ی کافی پیش رفته باشد. اما حتی اگر میمون‌ها می‌توانستند از این فاجعه جان سالم به در ببرند و به کار خود در درخشش ضعیفی که از سیاهچاله‌ها ساطع می‌شود ادامه دهند، تلاش‌های آنها در صدمین دهه کیهان‌شناسی، زمانی که آخرین سیاه‌چاله‌ها در یک انفجار جهان را ترک می‌کنند، بی‌نتیجه می‌ماند. اما حتی اگر میمون‌ها از این فاجعه جان سالم به در می‌بردند و مثلاً تا یکصد و پنجاهمین دهه کیهان‌شناسی زندگی می‌کردند، فقط به این فرصت دست می‌یافتند که با خطر شدید انتقال فاز کیهانی روبرو شوند.

و اگرچه تا صد و پنجاهمین دهه کیهان‌شناسی، میمون‌ها، ماشین‌های تحریر و ورق‌های چاپی بیش از یک‌بار از بین خواهند رفت، البته خود زمان به پایان نخواهد رسید. همانطور که به تاریکی آینده خیره می شویم، بیشتر به دلیل کمبود تخیل و شاید نارسایی درک فیزیکی محدود می شویم تا مجموعه ای واقعاً پراکنده از جزئیات. سطوح انرژی پایین تر و به نظر فقدان فعالیتی که در انتظار کیهان است، بیش از آن با افزایش زمان در دسترس آن جبران می شود. ما می توانیم با خوش بینی به آینده ای مبهم نگاه کنیم. و اگرچه جهان دنج ما قرار است ناپدید شود، تعداد زیادی از رویدادهای جالب فیزیکی، نجومی، بیولوژیکی و شاید حتی فکری هنوز در بال در انتظار هستند زیرا جهان ما به سفر خود به سمت تاریکی ابدی ادامه می دهد.

چندین بار در طول این تاریخ کیهان با امکان ارسال سیگنال به جهان های دیگر مواجه شده ایم. به عنوان مثال، اگر بتوانیم یک جهان را در یک محیط آزمایشگاهی ایجاد کنیم، یک سیگنال رمزگذاری شده می تواند قبل از از دست دادن ارتباط علی با جهان خودمان به آن مخابره شود. اما اگر بتوانید چنین پیامی بفرستید، در آن چه می‌نویسید؟

احتمالاً می خواهید جوهر تمدن ما را حفظ کنید: هنر، ادبیات و علم. هر خواننده ای در مورد اینکه چه بخش هایی از فرهنگ ما باید در این راه حفظ شود، ایده ای خواهد داشت. در حالی که هر کس نظر خود را در مورد این موضوع خواهد داشت، اما اگر حداقل پیشنهادی برای بایگانی بخشی از فرهنگ خود ندهیم، بسیار غیر وجدان عمل می کنیم. به عنوان مثال، ما یک نسخه محصور شده از علم، یا دقیق تر، فیزیک و نجوم را ارائه می دهیم. از جمله اساسی ترین پیام ها ممکن است موارد زیر باشد:

ماده از اتم ها تشکیل شده است که به نوبه خود از ذرات کوچکتری تشکیل شده اند.

در فواصل کوتاه، ذرات خواص موجی از خود نشان می دهند.

طبیعت توسط چهار نیروی اساسی اداره می شود.

جهان از فضا-زمان در حال تکامل تشکیل شده است.

جهان ما شامل سیارات، ستاره ها و کهکشان ها است.

سیستم های فیزیکی به حالت های کم انرژی و افزایش بی نظمی تبدیل می شوند.

این شش نکته که نقش جهانی آنها باید تا کنون مشخص باشد را می توان گنجینه دستاوردهای ما در علوم فیزیکی دانست. شاید اینها مهمترین مفاهیم فیزیکی باشند که تمدن ما تا به امروز کشف کرده است. اما اگر این مفاهیم گنجینه هستند، قطعاً تاج گذاری آنها باید روش علمی باشد. اگر روش علمی وجود داشته باشد، با توجه به زمان و تلاش کافی، همه این نتایج به طور خودکار به دست می آیند. اگر بتوان تنها یک مفهوم را که نشان دهنده دستاوردهای فکری فرهنگ ماست به جهان دیگری منتقل کرد، ارزشمندترین پیام روش علمی بود.

, فشار بزرگ- یکی از سناریوهای احتمالی برای آینده کیهان، که در آن انبساط کیهان در طول زمان به فشرده سازی تغییر می کند و جهان فرو می ریزد و در نهایت به یک تکینگی فرو می ریزد.

مرور

اگر کیهان در فضا محدود باشد، و سرعت انبساط از سرعت فرار تجاوز نکند، آنگاه جاذبه گرانشی ترکیبی تمام ماده آن در نهایت انبساط کیهان را متوقف کرده و باعث انقباض آن خواهد شد. به دلیل افزایش آنتروپی، الگوی فشرده سازی با انبساط معکوس زمان بسیار متفاوت خواهد بود. در حالی که جهان اولیه بسیار همگن بود، جهان در حال کوچک شدن به گروه‌های مجزا و منزوی تقسیم می‌شود. در نهایت، همه مواد به سیاهچاله ها فرو می ریزند، که سپس به هم می پیوندند و منجر به یک سیاهچاله می شود - تکینگی Big Crunch.

شواهد تجربی اخیر (یعنی مشاهدات دوردست

برجسته ترین نظریه در مورد چگونگی آغاز جهان بیگ بنگ است، جایی که همه مواد ابتدا به عنوان یک تکینگی وجود داشتند، یک نقطه بی نهایت متراکم در یک فضای کوچک. سپس چیزی باعث شد که او منفجر شود. ماده با سرعتی باورنکردنی منبسط شد و در نهایت کیهانی را که امروز می بینیم تشکیل داد.

همان طور که حدس زده اید بیگ کرانچ مخالف بیگ بنگ است. هر چیزی که به لبه های کیهان پراکنده شده است تحت تأثیر گرانش فشرده می شود. بر اساس این نظریه، گرانش انبساط ناشی از انفجار بزرگ را کاهش می دهد و در نهایت همه چیز به همان نقطه باز می گردد.

1. مرگ گرمایی اجتناب ناپذیر کیهان.

مرگ گرمایی را دقیقاً برعکس Big Crunch در نظر بگیرید. در این مورد، گرانش به اندازه کافی قوی نیست که بر انبساط غلبه کند، زیرا جهان به سادگی در مسیر انبساط تصاعدی است. کهکشان ها مانند عاشقان ستارگان از یکدیگر دور می شوند و شب فراگیر بین آنها گسترده تر و گسترده تر می شود.

جهان از قوانینی مشابه هر سیستم ترمودینامیکی پیروی می کند، که در نهایت ما را به توزیع یکنواخت گرما در سراسر جهان هدایت می کند. سرانجام، کل جهان تاریک خواهد شد.

1. مرگ گرمایی ناشی از سیاهچاله ها

بر اساس یک نظریه رایج، بیشتر ماده در جهان حول سیاهچاله ها می چرخد. فقط به کهکشان هایی نگاه کنید که سیاهچاله های بسیار پرجرم در مرکز خود دارند. بسیاری از نظریه سیاه چاله شامل مصرف ستاره ها یا حتی کل کهکشان ها به هنگام سقوط در افق رویداد این چاله است.

در نهایت، این سیاهچاله ها بیشتر مواد را مصرف خواهند کرد و ما در یک جهان تاریک رها خواهیم شد.

1. اتمام وقت.

اگر چیزی ابدی است، پس قطعا زمان است. چه جهان هستی باشد چه نباشد، زمان همچنان می گذرد. در غیر این صورت، هیچ راهی برای تشخیص یک لحظه از لحظه دیگر وجود نخواهد داشت. اما اگر زمان از دست برود و فقط ثابت بماند چه؟ اگر دیگر لحظه ای نباشد چه؟ درست در همان لحظه در زمان. برای همیشه.

فرض کنید ما در جهانی زندگی می کنیم که زمان در آن هرگز به پایان نمی رسد. با زمان بی نهایت، هر چیزی که می تواند اتفاق بیفتد، 100 درصد احتمال دارد اتفاق بیفتد. اگر زندگی ابدی داشته باشید، تناقض رخ خواهد داد. شما به طور نامحدود زندگی می کنید، بنابراین هر چیزی که می توان تضمین کرد اتفاق می افتد (و بی نهایت بار اتفاق خواهد افتاد). توقف زمان نیز می تواند اتفاق بیفتد.

1. برخورد بزرگ

Big Crash شبیه Big Crunch است، اما بسیار خوش بینانه تر. همین سناریو را تصور کنید: گرانش انبساط کیهان را کند می کند و همه چیز به یک نقطه منقبض می شود. در این نظریه، نیروی این انقباض سریع برای شروع یک انفجار بزرگ دیگر کافی است و جهان دوباره شروع می شود.

فیزیکدانان این توضیح را نمی پسندند، بنابراین برخی از دانشمندان استدلال می کنند که شاید جهان تا آخر راه به سمت تکینگی برنگردد. درعوض، خیلی محکم فشرده می‌شود و وقتی توپ را روی زمین می‌زنید، با نیرویی شبیه به نیروی توپ به عقب رانده می‌شود.

1. بیگ ریپ.

صرف نظر از اینکه جهان چگونه به پایان می رسد، دانشمندان هنوز نیازی به استفاده از کلمه (به طرز وحشتناکی کم گفته) "بزرگ" برای توصیف آن احساس نمی کنند. در این نظریه، نیرویی نامرئی به نام «انرژی تاریک» باعث شتاب انبساط کیهان می شود که همان چیزی است که ما مشاهده می کنیم. در نهایت، سرعت آنقدر افزایش می یابد که ماده شروع به شکستن به ذرات کوچک می کند. اما جنبه روشنی برای این نظریه وجود دارد.

1. اثر فراپایداری خلاء.

این نظریه به این ایده بستگی دارد که جهان موجود در وضعیت بسیار ناپایدار قرار دارد. اگر به مقادیر ذرات فیزیک کوانتومی نگاه کنید، می توانید این فرض را داشته باشید که جهان ما در آستانه ثبات است.

برخی از دانشمندان معتقدند که میلیاردها سال بعد، کیهان در آستانه نابودی خواهد بود. وقتی این اتفاق می افتد، در نقطه ای از جهان، یک حباب ظاهر می شود. به آن به عنوان یک جهان جایگزین فکر کنید. این حباب با سرعت نور در همه جهات منبسط می شود و هر چیزی را که لمس می کند از بین می برد. در نهایت، این حباب همه چیز در جهان را نابود خواهد کرد.

1. سد موقت

از آنجایی که قوانین فیزیک در یک چندجهانی بی نهایت معنا ندارند، تنها راه برای درک این مدل این است که فرض کنیم اگر چیزی یک مرز واقعی وجود دارد، یک مرز فیزیکی برای جهان هستی، و هیچ چیز نمی تواند فراتر رود. و طبق قوانین فیزیک، در 3.7 میلیارد سال آینده، از سد زمانی عبور خواهیم کرد و جهان برای ما به پایان خواهد رسید.

1. این اتفاق نخواهد افتاد (زیرا ما در چندجهانی زندگی می کنیم).

در سناریوی چندجهانی، با جهان‌های بی‌نهایت، این جهان‌ها می‌توانند در جهان‌های موجود یا خارج شوند. آنها می توانند از بیگ بنگ ها بوجود بیایند، توسط بیگ کرانچ ها یا پارگی ها نابود شوند، اما این مهم نیست، زیرا همیشه جهان های جدید بیشتر از جهان های نابود شده وجود خواهند داشت.

1. جهان ابدی.

آه، این ایده قدیمی که جهان همیشه بوده و همیشه خواهد بود. این یکی از اولین مفاهیمی است که مردم درباره ماهیت جهان ایجاد کردند، اما یک پیچ جدید در این نظریه وجود دارد که کمی جالب تر به نظر می رسد، خوب، جدی.

به جای یک تکینگی و بیگ بنگ که خود زمان را آغاز کرد، زمان می توانست قبلا وجود داشته باشد. در این مدل، جهان چرخه ای است و برای همیشه به انبساط و انقباض ادامه خواهد داد.

در 20 سال آینده، ما می توانیم با اطمینان بیشتری بگوییم که کدام یک از این تئوری ها با واقعیت مطابقت دارد. و شاید پاسخ این سوال را پیدا کنیم که جهان ما چگونه آغاز شد و چگونه پایان خواهد یافت.

فرض کنید ما در جهانی زندگی می کنیم که هرگز به پایان نمی رسد. با زمان بی نهایت، هر چیزی که می تواند اتفاق بیفتد با احتمال 100٪ اتفاق می افتد (طبق نظریه پوانکاره). اگر تا ابد زندگی کنید همین پارادوکس اتفاق خواهد افتاد. شما بی نهایت زندگی می کنید، بنابراین هر رویدادی تضمین شده است (و بی نهایت بار اتفاق خواهد افتاد). بنابراین، اگر برای همیشه زندگی کنید، 100 درصد احتمال دارد که در زمان منجمد شوید. از آنجایی که این فرض بسیاری از محاسباتی را که سعی در پیش بینی پایان جهان ما داشتند، مخدوش کرده است، دانشمندان چیز دیگری را پیشنهاد کرده اند: خود زمان باید روزی متوقف شود.

فرض کنید برای تجربه آن زنده خواهید بود (میلیاردها سال پس از پایان زمین)، اما نمی توانید بفهمید که مشکلی پیش آمده است. زمان به سادگی متوقف خواهد شد و همه چیز مانند یک عکس، مانند یک بازیگر، برای همیشه یخ خواهد زد. اما این برای همیشه اتفاق نخواهد افتاد، زیرا زمان به سادگی جلو نمی رود. فقط یک لحظه در زمان خواهد بود. شما هرگز نمیمیرید و پیر نمیشوید. این نوعی شبه جاودانگی است، اما شما هرگز آن را نخواهید فهمید.

پرش بزرگ

Big Rebound شبیه به Big Squeeze است، اما بسیار خوش بینانه تر است. همین سناریو را تصور کنید: گرانش انبساط کیهان را کند می کند و همه چیز را در یک نقطه متراکم می کند. بر اساس این نظریه، این فشرده سازی ممکن است برای ایجاد یک انفجار دیگر کافی باشد و جهان دوباره آغاز شود. هیچ چیز نابود نمی شود، اما دوباره توزیع می شود.

فیزیکدانان این توضیح را دوست ندارند، بنابراین برخی از دانشمندان بر این باورند که جهان به سادگی به حالت تکینگی بازنخواهد گشت. بلکه به این حالت بسیار نزدیک می شود و پرش می کند، درست همانطور که یک توپ از زمین می پرد. Big Bounce از این نظر بسیار شبیه به بیگ بنگ است و از نظر تئوری می تواند جهان جدیدی را به وجود آورد. در این چرخه نوسانی، جهان ما ممکن است اولین جهان در سری یا چهار صدمین باشد. هیچ کس از این موضوع خبر نخواهد داشت.

بیگ ریپ

صرف نظر از اینکه همه چیز دقیقا چگونه به پایان می رسد، دانشمندان باید از کلمه "بزرگ" برای توصیف آن پایان استفاده کنند. بر اساس این نظریه، نیرویی نامرئی به نام انرژی تاریک، انبساط جهان قابل مشاهده را تسریع می کند. در نهایت، انبساط چنان شتاب خواهد گرفت، مانند Enterprise در ضریب تابش نه، که جهان چاره‌ای جز انفجار در نیستی نخواهد داشت.

ترسناک‌ترین بخش این نظریه این است که در حالی که بیشتر این سناریوها پس از سوختن ستاره‌ها اتفاق می‌افتند، طبق برآوردهای اولیه انتظار می‌رود که شکاف بزرگ 16 میلیارد سال آینده اتفاق بیفتد. در این مرحله، جهان، سیارات و از لحاظ نظری حیات همچنان وجود خواهند داشت. این فاجعه می تواند او را زنده زنده بسوزاند، او را از هر چیزی که وجود دارد دور کند و شیرهای کیهانی را که بین جهان ها زندگی می کنند تغذیه کند. معلوم نیست چه اتفاقی خواهد افتاد. اما این مرگ به وضوح بی رحمانه تر از مرگ حرارتی آهسته است.

رویداد فراپایداری خلاء

این نظریه به این ایده بستگی دارد که جهان در یک وضعیت اساساً ناپایدار وجود دارد. اگر به معانی ذرات کوانتومی نگاه کنید، درک اینکه چرا برخی معتقدند جهان ما در لبه ثبات است، سخت نیست. برخی از دانشمندان پیشنهاد می کنند که میلیاردها سال بعد جهان به سادگی از این لبه سقوط خواهد کرد. هنگامی که این اتفاق می افتد، در نقطه ای از زمان یک حباب در جهان ظاهر می شود. این حباب با سرعت نور در همه جهات منبسط می شود و هر چیزی را که لمس می کند نابود می کند. در نهایت این حباب همه چیز در جهان را نابود خواهد کرد.

اما نگران نباشید: جهان هنوز آنجا خواهد بود. قوانین فیزیک متفاوت خواهد بود و شاید زندگی نیز متفاوت باشد. اما چیزی در جهان وجود نخواهد داشت که ما نتوانیم آن را درک کنیم.

مانع زمانی

اگر بخواهیم احتمالات را در چندجهانی (که در آن تعداد بی نهایت جهان وجود دارد) محاسبه کنیم، به مسئله ای که در بالا گفته شد برمی گردیم: هر چیزی می تواند با احتمال 100 درصد اتفاق بیفتد. برای دور زدن این مشکل، دانشمندان به سادگی تکه ای از جهان را می گیرند و احتمالات آن را محاسبه می کنند. کار می کند، اما مرزهایی که آنها ترسیم می کنند، ناگزیر این منطقه را از بقیه جهان جدا می کند.

از آنجایی که قوانین فیزیک در یک جهان نامتناهی معنا ندارند، تنها نتیجه ای که می توان گرفت این است که یک مرز فیزیکی وجود دارد، مرزی که نمی توان فراتر از آن رفت. و به گفته فیزیکدانان، در 3.7 میلیارد سال آینده ما از این سد زمانی عبور خواهیم کرد و جهان برای ما به پایان خواهد رسید. اگرچه این احتمال بسیار بیشتر است که ما به سادگی نتوانیم این اصل را با اصطلاحات فیزیکی خود درک و توصیف کنیم.

این اتفاق نمی افتد (از آنجایی که ما در یک چندجهانی زندگی می کنیم)

در یک سناریوی چندجهانی با تعداد نامتناهی جهان، این جهان‌ها می‌توانند حتی در زمان وجود ما پدید آیند. آنها حتی می توانند با انفجار بزرگ شروع به ظهور کنند. یک جهان با یک کرانچ بزرگ، دیگری با مرگ گرما، دیگری با یک شکاف بزرگ و غیره به پایان می رسد. اما این مهم نیست: در چندجهانی، جهان ما تنها یکی از بسیاری از جهان های دیگر است. و حتی اگر جهان ما مانند یک رنگین کمان در خلاء بین جهان ها فرو بریزد، "جهان" بزرگتر باقی خواهد ماند. و چون جهان و هستی و حیات دیگری در آن وجود خواهد داشت، هیچ چیز ما را تهدید نمی کند.

تعداد جهان های جدید همیشه از تعداد جهان های قدیمی بیشتر خواهد بود، بنابراین از نظر تئوری تعداد جهان ها در حال افزایش است.

جهان ابدی

برای مدت طولانی اعتقاد بر این بود که جهان هستی، هست و همیشه خواهد بود. این یکی از اولین مفاهیمی است که مردم در مورد ماهیت جهان ایجاد کردند، اما اخیراً این نظریه انگیزه جدیدی دریافت کرده است که قبلاً به طور جدی از دیدگاه فیزیک پشتیبانی شده است.

بنابراین، شمارش معکوس زمان با تکینگی بیگ بنگ آغاز نشد (زمان بی نهایت قبل از آن) و تکینگی و انفجار ناشی از آن می توانست نتیجه برخورد دو بران (ساختارهای فضا-زمان) باشد. سطح وجودی بالاتر). در این مدل، جهان چرخشی است و برای همیشه به انبساط و انقباض ادامه خواهد داد.

به هر حال، ما می توانیم در 20 سال آینده به این موضوع پی ببریم - ما کسی را داریم که فضا را در جستجوی الگوهای پس زمینه مایکروویو کاوش کرده است که چیزی در مورد منشاء کیهان به ما می گوید. این یک فرآیند طولانی است، اما به ما دانشی در مورد چگونگی آغاز جهان ما می دهد، و شاید به ما بگوید که چگونه پایان خواهد یافت.

با این حال، معادلات نسبیت امکان دیگری را نیز فراهم می کند: فشرده سازی. آیا این مهم است که جهان در حال انبساط است و منقبض نمی شود؟

بیایید تصور کنیم که ما جهان در حال کوچک شدن است. چه چیزی در تصویر دنیای اطراف ما تغییر خواهد کرد؟

برای پاسخ به این سوال، باید پاسخ یک سوال دیگر را بدانید: چرا شب تاریک است؟ با نام پارادوکس فتومتریک در تاریخ نجوم ثبت شد. ماهیت این پارادوکس به شرح زیر است.

اگر کیهان در همه جا پراکنده باشد که به طور متوسط ​​تقریباً همان مقدار نور از خود ساطع می کنند، بدون در نظر گرفتن اینکه آیا آنها در یک کهکشان گروه بندی می شوند یا نه، آنها کل کره آسمان را با قرص های خود می پوشانند. به هر حال، کیهان از میلیاردها ستاره تشکیل شده است، و هر کجا که نگاه خود را هدایت کنیم، تقریباً دیر یا زود با ستاره ای روبرو خواهد شد.

به عبارت دیگر، هر بخش از آسمان پرستاره باید مانند بخشی از قرص خورشید بدرخشد، زیرا در چنین شرایطی روشنایی سطح ظاهری به فاصله بستگی ندارد. یک جریان نور خیره‌کننده و داغ از آسمان بر روی ما می‌بارید که مطابق با دمایی در حدود 6 هزار درجه است، تقریباً 200000 برابر بیشتر از نور خورشید. در همین حال، آسمان شب سیاه و سرد است. موضوع چیه؟

تنها در تئوری انبساط جهان، پارادوکس فتومتریک به طور خودکار حذف می شود. همانطور که کهکشان ها از هم دور می شوند، طیف های آنها یک جابجایی قرمز از خطوط طیفی را نشان می دهد. در نتیجه فرکانس و در نتیجه انرژی هر فوتون کاهش می یابد. به هر حال، جابجایی قرمز تغییر در تابش الکترومغناطیسی ستارگان کهکشان به سمت امواج بلندتر است. و هر چه طول موج بیشتر باشد، تابش انرژی کمتری با خود حمل می کند و هر چه کهکشان دورتر باشد، انرژی هر فوتونی که به سمت ما می آید تضعیف می شود.

علاوه بر این، افزایش مداوم فاصله بین زمین و کهکشان در حال عقب نشینی منجر به این واقعیت می شود که هر فوتون بعدی مجبور می شود مسیر کمی طولانی تر از قبلی را بپوشاند. به همین دلیل فوتون‌ها کمتر از مقداری که از منبع ساطع می‌شوند به گیرنده می‌رسند. در نتیجه تعداد فوتون هایی که در واحد زمان می رسند کاهش می یابد. این همچنین منجر به کاهش مقدار انرژی دریافتی در واحد زمان می شود. به همین دلیل است که آسمان شب سیاه می ماند.

بنابراین، اگر تصور کنیم که کیهان در حال فشرده شدن است و این فشردگی میلیاردها سال طول می کشد، روشنایی آسمان ضعیف نمی شود، بلکه برعکس، افزایش می یابد. در همان زمان، جریان نور خیره‌کننده و داغی بر روی ما می‌بارید که مربوط به دمای بسیار بالا است.

در چنین شرایطی، احتمالاً حیات نمی توانست روی زمین وجود داشته باشد. این بدان معنی است که تصادفی نیست که ما در جهان در حال گسترش زندگی می کنیم.