Evrenimiz nasıl sona erecek? Evren maksimum entropi durumundayken son tersine çevrilebilir mi?
Yüzyıllardır, evrenimizle ilgili en büyük soru felsefi bir soruydu. Nereliyiz? Buraya nasıl geldik? Ve gelecekteki yönümüz nedir? Hepsi şairlerin ve ilahiyatçıların sorularıdır; bilimin evrenin en büyük gizemlerine hiçbir cevabı yoktur. Geçtiğimiz yüz yılda tüm bunlar değişti ve evreni neyin oluşturduğunu ve nasıl oluştuğunu biliyoruz. Büyük Patlama'nın nedenini biliyoruz ve bunu açıklamak için bulunduğu ortam için sağlam bir fiziksel teori sağlıyoruz.
Efsane: Bilinen evrende iki trilyondan fazla galaksi var ve her galaksi ortalama olarak yüz milyarlarca yıldız içeriyor ve gelecekte sayısız yıldız doğacak. Ancak, tüm bunlar bir gün bitecek, evet, hepsi bu. Resim: NASA, ESA, J. Jee (California Üniversitesi, Davis), J. Hughes (Rutgers Üniversitesi), F. Menanteau (Rutgers Üniversitesi ve Illinois Üniversitesi, Urbana-Champaign), C. Sifon (Leiden Gözlemevi), R Mandelbum (Carnegie Mellon Üniversitesi), L. Barrientos (Universidad Catolica de Chile) ve K. Ng (California Üniversitesi, Davis)
Artık karanlık enerjinin ve evrenin hızlanmasının ve genişlemesinin evrenin nihai kaderini belirlediğini biliyoruz. Ama o an geldiğinde ne olacak? Evrenimiz maksimum entropi noktasına ne zaman ulaşacak? Uzak gelecekte, evrenimizde başka hangi olasılıklar var? Bu sorunu çözmek için, saati geleceğe doğru iterken bugün bulunduğumuz yerden başlayalım ve sonra insanların onları anladığı fizik yasaları altında neler olduğunu görelim!
Başlık: Bu, uzak evrenin tarihindeki en büyük görüntüdür.Hepsi Hubble Uzay Teleskobu sayesinde, yalnızca 1/320 milyon gökyüzü olan bir alanda 5.500 tanımlanabilir galaksi keşfedildi. Uzayın sürekli genişlemesi nedeniyle, buradan en uzak yüzlerce yere ışık hızında bile ulaşılamaz. Resim: NASA, ESA, H. Teplitz ve M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona Eyalet Üniversitesi) ve Z. Levay (STScI)
Gözlemlenebilir evren, her yönden 46 milyar ışıkyılı boyunca aydınlatabileceğimiz bir alanı kaplayan yaklaşık 2 trilyon galaksi ile doludur. Yaklaşık 14 milyar yıllık kozmik evrimden sonra hemen hemen her galaksi, kayalık gezegenler, organik moleküller ve yeni yıldızlar oluşturan yaşamın temel taşlarını oluşturabilen çok sayıda ağır elementle doludur. Samanyolu yaklaşık 400 milyar yıldız içeriyor ve yerel süper galaksi grubuna bağlı. Galaksi kümeleri ve galaksi kümeleri arasında karanlık enerji, uzay yapısının genişlemesine hükmeder: uzayın içsel enerjisi. Ancak, zaman geçtikçe, evrenle birleşen her şey yavaş yavaş yok olacaktır.
Başlık: Samanyolu ve Andromeda Galaksisinin birleşmesini ve bu süreçte gökyüzü ile Dünya arasındaki farkı gösteren bir dizi simüle edilmiş görüntü. Bu birleşme, büyük yıldız oluşumunun eşlik ettiği önümüzdeki 4 milyar yıl içinde gerçekleşecek ve kırmızı ölü, gazsız bir eliptik galaksi ile sonuçlanacak: Milkdromeda. Resim: NASA; Z. Levay ve R. van der Marel, STScI; T.Hallas; ve A. Mellinger
Birincisi, yeni oluşan yıldızlar için gerekli olan gazdır. Kütleçekimsel etkileşimler meydana geldikçe, gaz bulutları ister galaksilerde ister birbiriyle bağlantılı olmayan galaksiler arasında bulutsulara dönüşecek ve yeni yıldızlar oluşacak. En büyük yıldız oluşum bölgesi, tüm galaksinin boyutu olabilir: bir yıldız patlaması galaksi. Samanyolu Andromeda ile birleştiğinde, bu önümüzdeki 4 milyar yıl içinde başımıza gelecek. Birleşmeden sonra geriye kalan, çok sayıda yeni yıldız içeren, ancak neredeyse hiç gaz içermeyen devasa bir eliptik galaksi olacaktır. Şu anki yıldız oluşumu, yaklaşık 1-11 milyar yıl önce evrenin zirvesine ulaştı ve o zamandan beri düşüyor. Evrene yeni yıldızlar, gezegenler ve yaşam fırsatları getiren ara sıra gaz bulutları veya yıldız kalıntıları olsa da, bugün bile bu ciddi bir düşüş.
Efsane: Resimde, yerel üstkümemiz de dahil olmak üzere çeşitli galaksi ve galaksi grupları görebilirsiniz - tümü bağımsızdır, ancak aralarındaki boşluk genişlemektedir. Resim: Andrew Z. Colvin / Wikimedia Commons
Her galaksi, tıpkı yerel üstkümemizdeki yaklaşık 60 galaksi veya Başak Üstkümesi'ndeki yaklaşık 1000 galaksi gibi, bağlı bir yapının parçasıdır, birleşmeye devam edecekler. Milyonlarca ışıkyıllık bir alanda yerçekimi, evrenin genişlemesini başarılı bir şekilde aştı. Bununla birlikte, yaklaşık 6 milyar yıl önce, karanlık enerji, evrenin genişleme oranına egemen oldu. Dönüşüm gerçekleştiğinde hiçbir yapı yerçekimine bağlı değildir ve diğer yapılardan uzaklaşır. Bu üstkümedeki galaksiler birleşmeye ve sonunda büyük bir galakside birleşmeye devam edecek, diğer galaksiler ise daha hızlı bir şekilde yok olacak. Bir ila iki yüz milyar yıl sonra, Milkdromeda tüm evrenimizdeki görünür tek galaksi olacak
Efsane: En uzun ömürlü yıldızlar en düşük kütleye, en kırmızı renge sahiptir ve trilyonlarca yıl boyunca yanacaktır. Ancak yeterli zaman varsa, onlar da siyaha dönecektir, çünkü evrende mevcut yıldızları besleyecek ve yeni yıldızlar yaratacak yakıt tükenmiştir. Resim: Wikimedia Commons kullanıcısı Fsgregs
Ancak yıldızın kendisi uzun süre yanmaya devam edecek. Evren 13.82 milyar yaşında, ancak günümüzün en uzun ömürlü yıldızları, düşük kütleli kırmızı cüceler, yakıtlarını çok yavaş bir şekilde yakmaya devam edecekler: belki 100 trilyon yıldan fazla. Daha sonra soğuyacak ve küçülecek, beyaz bir cüce olacak ve sonunda koyulaşacak Bu süreç petafloplar (10 ^ 15) yıla çıkabilir. Öyle olsa bile, evrende hala yeni flaşlar, işaret fişekleri ve diğer ışıklandırma fırsatları olacak. Kahverengi cücelerin kendileri başarısız yıldızlardır, sonunda çarpışacaklar ve birbirleriyle birleşecekler ve bu sınırı aşarlarsa yeni yıldızlar ortaya çıkacak. Bir nötron yıldızının veya beyaz cüce yıldızın birleşmesi, kısa bir enerji patlaması üretecektir. Karanlık bir kozmik arka plana karşı, Samanyolu kalıntılarında ara sıra yeni ışık kaynakları görünmeye devam edecek.
Efsane: Yerçekimi dalgaları nedeniyle kahverengi cücenin ayrılma ve birleşme sahnesinin uzun süredir sistemden ayrıldığını gördük. Ancak, kırmızı yıldızların çarpışmasının mavi ayrı yıldızlar oluşturması gibi, kahverengi cücelerin çarpışması da kırmızı cüceler üretebilir. Yeterince uzun bir süre içinde, bu "noktalar" tüm evreni aydınlatan tek ışık kaynağı haline gelebilir. Resim: Melvyn B. Davies, Nature 462, 991-992 (2009)
Ancak yaklaşık 10 ^ 17 yıl sonra (evrenin modern boyutunun yaklaşık bir milyon katı) bir şey galaksinin kendisini çürümeye zorlamaya başladı. Kara delikler, nötron yıldızları, kara cüceler, meteor asteroitler, kuyruklu yıldızlar ve gezegenler de dahil olmak üzere galakside uçan cesetler, yerçekimi eylemi altında etkileşime girmeye başlar. Yeterince zaman verildiğinde, iki nesne rastgele birbirine yaklaşacaktır. Bunu galaksilerin içinde yaptıklarında, genellikle olan şeylerden biri galaksiye daha yakından bağlıyken, diğerinin yerçekimi tarafından "tekmeler" olması, muhtemelen galaksiler arası uzayın derinliklerine doğru itilmesidir. . Çoğu yıldız kalıntısı bu şekilde galaksiden fırlatılacak, ancak bunların küçük bir kısmı ( < % 1) başka biriyle çarpışacak ve birleşerek kısa bir flaşla sonuçlanacaktır.
Açıklama: Daha eski yıldızlar ve hatta yıldız kalıntıları bir araya geldiğinde, mavi saçılan yıldızlar resimde daire içine alınacaktır. Son yıldız yandıktan sonra aynı süreç kısa ömürlü olmasına rağmen evrene ışık getirebilir. Resim: NASA, ESA, W. Clarkson (Indiana Üniversitesi ve UCLA) ve K. Sahu (STScl)
Evren yaklaşık 10 ^ 23 yaşında olduğunda, bu süreç çok tamamlanmış olmalı. Galakside hangi kararlı nesneler var olursa olsun, bunlar sadece birkaç güneş sistemi kalıntısı ve kara delik olabilir ve şimdi yörüngelerinin kütleçekimsel olarak bozulmaya başladığını göreceklerdir. Bugün kara delikleri ve nötron yıldızı ikili dosyalarını harekete geçiren süreç, sonunda tüm yörünge hareketlerinin bozulmasına neden olacaktır. Güneşin etrafındaki dünya (veya diğer tüm diğer kısımlar) için, dünyanın 10 ^ 30 yıl içinde güneş sisteminin merkezine döndürülmesi gerekir. Yeterince zaman sonra, her şey kalan kütleye çökecek veya fırlatılacak, böylece boşluk uçurumunda yalnızlıkla çevrelenecek.
Efsane: Küresel bir kümedeki yıldızlar merkeze sıkıca bağlanır ve sıklıkla birleşir, ancak açık alanlarda, yerçekiminin gevşemesi nedeniyle yıldızların ortaya çıkması yaygındır. İç kütleçekim kütlesi artık parlamadığında bile, galaksimiz (ve her biri) aynı sürecin gerçekleşmesi için yeterince uzundur. Resim: M.Shara, R.A. Daha Güvenli, M. Livio, WFPC2, HST, NASA
Uzun, uzun bir süre, henüz ayrılmamış olanlar dışında, neredeyse hiçbir şey olmadı: galaksiden fırlamak veya başka bir gök cismi ile çarpışmak veya galaksinin merkezindeki süper kütleli kara deliğe girmek.
Efsane: Kütleçekimsel radyasyon kütle yörüngesinde salınacak, bu da yörüngenin yeterince uzun bir süre içinde bozulacağı anlamına geliyor. İlk kara delik buharlaşmadan önce, dünya daha önce başka hiçbir şeyin onu dışarı çıkarmadığını varsayarak, güneşin geri kalanına doğru dönecek. Resim: Amerikan Fizik Derneği
Bu olaylar yine de olabilir, ancak evrende kalan kalıntılar azaldıkça, giderek daha nadir hale gelirler. Sonra yaklaşık 10 ^ 68 yıl sonra, Hawking radyasyonu nedeniyle, en küçük kütleli kara delik nihayet tamamen bozulmaya başladı. Kara delik buharlaştığında, tüm kütle, ister madde ister antimadde olsun, saf kara cisim radyasyonuna dönüşür, maddenin faydası vardır.
Her nasılsa, bu kara delikleri oluşturan parçacıkların (ve bunların baryon ve lepton sayılarının) artık önemli olmadığından şüpheleniyoruz; bırakmak üzere olan radyasyon, bir zamanlar evrende antimaddeye hakim olan bilgiyi kaybetti. Kara delik ne kadar büyükse buharlaşma süresi o kadar uzun olur. Son olarak, yaklaşık 10 ^ 120 yıl sonra, evrendeki en ağır kara delikler sonunda buharlaşma sürecini tamamladı ve sonunda tamamen buharlaştı.
Efsane: Bir kara delik Hawking radyasyonu nedeniyle kütle kaybettiğinde, buharlaşma hızı artacaktır. Yeterince zaman geçtikten sonra, ne maddeden ne de antimaddeden etkilenmeyen yüksek enerjili siyah cisim radyasyonu akımında göz kamaştırıcı bir "son ışık" salınır. Resim: NASA
Evren artık soğuk, boş ve sınırsız yapılandırılmıştır. Geriye kalan, gezegenlerin ve yıldızların cesetleridir.Bu içi boş, galaksiden arınmış uzayda, bu ölçülemez uçurum yalnızlıktan etkilenir. Bir zamanlar kara deliklerden ortaya çıkan izole karanlık madde haleleri, kara cüceler ve radyasyon olabilir, ancak çok seyrek olacaktır, evrende neredeyse ışık hızıyla seyahat etse bile, başka şeylerle karşılaşmak imkansızdır. Kuantum fiziğinin yasaları yürürlüğe girdikçe, her şey mutlak sıfıra yaklaşacak şekilde soğutulacaktır.Bu, evrendeki maksimum entropi halidir. Evren, sonunda "termal ölüm" e ulaşacaktır çünkü artık çalışacak kullanılabilir enerji kalmamıştır.
Efsane: Evrenin uzak kaderi birçok olasılık sunar, ancak eğer karanlık enerji gerçekten sabitse, verilerin gösterdiği gibi, kırmızı eğriyi takip etmeye devam edecek ve burada açıklanan uzun vadeli senaryoya yol açacaktır: "termal ölüm". Resim: NASA / GSFC
Tek çıkış yolu şudur: eğer karanlık enerji kozmolojik bir sabit değilse, kara delikler aslında başka bir evrene açılan bir kapıdır veya bu kaçınılmaz görünen kaderi değiştirecek olan yeni keşfedilmemiş fizik vardır. Karanlık enerji zamanla artarak büyük bir kırılmaya, evrenin yeni bir genişleme durumuna ve ardından büyük bir patlamaya veya potansiyel olarak yeniden dirilen bir evrene yol açabilir. Bir kara deliğe düşmek, yeni evrene ve yeni büyük patlamaya giden yol olabilir ve uzaysal boyutu, geçmişte alıştığımız üç boyuttan daha büyük olabilir.
Ya da Isaac Asimov'un bir zamanlar söylediği gibi, yeni fizik entropi okunun, zamanın termodinamik okunun kendisini tersine çevirmesine neden olabilir. Ancak bunların hepsi spekülasyonlar ve şu anda kabul etmediğimiz fiziğe dayanıyor. Fizik yasaları ve evrenin yasaları pahasına, evrendeki her şeyin yavaş ve kademeli ölümü nihai kaderdir. Yüz milyarlarca yıl sonra doğmuş olsaydık, bizi bu kaçınılmaz sona götüren kozmik hikayeyi asla bilemeyebiliriz.
Brocade Park-Science Popularization Metin / Ethan Siegel / Forbes Science / S.W.A.B
