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10 Bizarre Realitäten des Lebens am Ende des Universums
Unser Universum wird zweifellos sterben. Eines der am meisten akzeptierten Modelle des Endes des Universums ist die ewige Expansion und schließlich der Tod durch Entropie. Wenn sich das Universum weiter ausdehnt, nimmt die Entropie zu, bis alles, was wir wissen, verschwunden ist. Aber wie sieht das Leben aus, wenn sich das Ende nähert? Diese Frage hat zu faszinierenden Vorstellungen über das Universum und das Leben selbst geführt.
10 Keine Sterne auf der Erde sichtbar
In 150 Milliarden Jahren wird der Nachthimmel von der Erde ganz anders aussehen. Während das Universum zu seinem Hitzetod rast, wird sich der Raum selbst schneller als die Lichtgeschwindigkeit ausdehnen. Viele von uns sind sich der Idee bewusst, dass Lichtgeschwindigkeit eine harte Grenze für die Geschwindigkeit eines Objekts im Universum ist. Dies gilt jedoch nur für Objekte, die sich im Raum befinden, nicht auf die Raumzeit selbst. Dies ist ein schweres Konzept, das uns in den Sinn bringt, aber die Raum-Zeit-Struktur dehnt sich bereits schneller aus als das Licht. Und in ferner Zukunft wird das merkwürdige Folgen haben.
Da sich der Raum schneller als das Licht ausdehnt, existiert ein kosmologischer Horizont. Jedes Objekt, das sich hinter dem Horizont befindet, erfordert die Fähigkeit, zu beobachten und aufzuzeichnen, indem Teilchen schneller als Licht erfasst werden. Es existiert jedoch kein solches Teilchen. Sobald Objekte unseren kosmologischen Horizont überschreiten, sind sie für uns nicht zugänglich. Jeder Versuch, mit weit entfernten Galaxien am Horizont in Kontakt zu treten oder mit ihnen zu interagieren, erfordert Technologie, die schneller reisen kann als die Ausdehnung des Weltraums. Derzeit befinden sich nur wenige Objekte außerhalb unseres kosmologischen Horizonts. Wenn jedoch dunkle Energie die Expansion beschleunigt, wird alles über diese Beobachtungsgrenze hinausgehen.
Was bedeutet das für die Erde? Stellen Sie sich vor, Sie schauen in 150 Milliarden Jahren in den Nachthimmel. Die einzigen sichtbaren Dinge sind ein paar verstreute Sterne, die sich im kosmologischen Horizont befinden. Irgendwann werden auch diese verschwinden. Der Nachthimmel wird völlig leer. Ein Astronom in der Zukunft wird keinen Beweis dafür haben, dass es ein anderes Objekt im Universum gibt. Alle Sterne und Galaxien, die wir jetzt sehen, befinden sich außerhalb der Reichweite des Teleskops. Soweit wir sehen konnten, wäre unser Sonnensystem das einzige, was in unserem Universum übrig ist.
9 Unsere Sonne wird zum schwarzen Zwerg
Im Moment hat unser Universum viele verschiedene Arten von Sternen. Rote Zwerge - coole Sterne, die rotes Licht ausstrahlen - gehören zu den häufigsten. Semantisch verwandte weiße Zwerge füllen auch das Universum. Dies sind stellare Überreste toter Sterne aus entarteter Materie, die durch Quanteneffekte zusammengehalten werden. Gegenwärtig halten Astronomen weiße Zwerge für im Wesentlichen unendliche Lebensspannen. Das Universum ist einfach nicht alt genug, um ausgestorben zu sein. Aber wenn sie genug Zeit haben, sterben sie und werden zu exotischen Sternen, schwarzen Zwergen.
Unsere Sonne ist auf diesem Weg. In der fernen Zukunft wird unsere Sonne ihre äußeren Schichten auswerfen und sich in einen weißen Zwergstern verwandeln, der Milliarden von Jahren in diesem Zustand bleibt. Wenn sich das Universum abrollt, wird der weiße Zwerg, der unsere Sonne war, abkühlen. Nach 10 Jahren wird es abkühlen, bis seine Temperatur gleich der Hintergrund-Mikrowellenstrahlung ist, nur wenige Grad Kelvin über dem absoluten Nullpunkt.
Wenn das passiert, wird es ein schwarzer Zwerg sein. Da dieser Stern so kalt ist, ist er für das menschliche Auge unsichtbar. Jeder, der versucht, die Sonne zu finden, die uns früher Leben gegeben hat, wird es mit optischen Systemen unmöglich finden. Stattdessen müssen sie sich darauf verlassen, die Auswirkungen der Schwerkraft zu erkennen. Die meisten Sterne, die wir am Nachthimmel sehen, werden zu schwarzen Zwergen, aber zu wissen, dass unsere warme Sonne in einen dunklen und kalten Sternüberrest übergehen wird, ist etwas persönlicher.
8 komische Sterne
Wenn unsere Sonne zu einem schwarzen Zwerg wird, ist die Sternentwicklung vorbei. Es entstehen keine neuen Sterne. Stattdessen füllt sich das Universum mit kalten Überresten der Sterne. Auf diese Weise kann das Universum anfangen, seltsame Sterne zu entwickeln, die sich von dem unterscheiden, was wir wissen.
Einer ist der gefrorene Stern. Wenn die Sterne des Universums ihren Kernbrennstoff verbrennen, werden sie ihre Metallizität erhöhen. In der Astronomie ist dies das Maß für Elemente eines Sterns, die schwerer als Helium sind - im Grunde alle Elemente ab Lithium. Wenn die Metallizität der Sterne zunimmt, werden sie kälter, weil schwerere Elemente weniger Energie aus der Fusion abgeben. Sterne werden schließlich so kalt, dass sie eine Temperatur von 273 Kelvin haben, dem Gefrierpunkt von Wasser.
Wenn man in die ferne Zukunft springt, wird ein noch seltsamerer Stern entstehen. Etwa 10 Jahre in der Zukunft wird die Entropie ihren Weg gefunden haben und das Universum wird im Wesentlichen tot sein. In dieser kalten Zeit regieren Quanteneffekte das Universum.
Durch das Quantentunneling können dann leichte Elemente zu einer instabilen Form von Eisen verschmelzen. Dieses zerfällt dann in ein stabileres Isotop und gibt schwache Energiemengen ab. Diese sogenannten Eisensterne werden in dieser Zeit die einzig mögliche Form von Sternen sein. Sie kommen jedoch nur in Modellen vor, bei denen Astronomen nicht glauben, dass Protonen zerfallen, und daher keine gängige Idee sind.
7 Alle Nukleonen zerfallen
Schneller Vorlauf von 10 Jahren nach dem Urknall bis 10 Jahre. Wenn die Menschheit bis dahin nicht tot ist, werden wir diese Zeit sicherlich nicht überleben. Wie oben erwähnt, streiten Astronomen ständig darüber, ob am Ende des Universums ein Protonenzerfall eintritt. Für unsere Zwecke werden wir diesem Modell folgen.
Nukleonen sind die Namen, die den Teilchen - Protonen und Neutronen - innerhalb eines Atomkerns gegeben werden. Es ist bekannt, dass freie Neutronen mit einer Halbwertszeit von etwa 10 Minuten zerfallen. Aber Protonen sind unglaublich stabil. Niemand hat Beweise dafür beobachtet, dass sie verfallen. Das wird sich am Ende des Universums ändern.
Physiker haben vorgeschlagen, dass ein Proton eine Halbwertzeit von 10 Jahren hat. Wir haben nicht beobachtet, wie sie zerfallen, nur weil das Universum nicht alt genug ist. In der entarteten Zeit (10 bis 10 Jahre) beginnen die Protonen endlich in Positronen und Pionen zu zerfallen. Am Ende der Entarteten Zeit sind alle Protonen und Neutronen im Universum verschwunden.
Dies hat offensichtliche Auswirkungen auf das Leben im Universum. Angenommen, die Menschheit hat die sich wandelnde Sonne überlebt und ist zu mehr lebensfördernden Teilen des Universums gewandert. Dies ist der Punkt, an dem die Gesetze der Physik den Tod der Menschheit vorschreiben. Unsere Körper und alle interstellaren Objekte bestehen aus Nukleonen. Wenn diese zerfallen, wird alles Leben, wie wir es kennen, enden, weil die Atome in unserem Körper nicht existieren können. Das Leben kann nicht über diesen Punkt hinaus überleben, und das Universum wird in die Ära der Schwarzen Löcher eintauchen.
6 schwarze Löcher beherrschen das Universum
Wenn die Nukleonen verschwunden sind, werden Schwarze Löcher das Universum von 10 Jahren nach dem Urknall bis 10 Jahre beherrschen. An diesem Punkt sprechen wir über Zeiten, die so lange sind, dass es unserem Verstand unmöglich ist, sich um sie zu wickeln. Aber für einen längeren Zeitraum, als das Universum bisher existiert hat, sind die einzigen Strukturen, von denen man sprechen kann, Schwarze Löcher.
Wenn die Nukleonen weg sind, werden die subatomaren Hauptteilchen Leptonen wie Elektronen und Positronen sein. Dies werden die Schwarzen Löcher befeuern. Während sie die verbleibende Materie im Universum verbrauchen, strahlen Schwarze Löcher Partikel aus, die das Universum mit Photonen und hypothetischen Gravitonen füllen. Wie Steven Hawking bewiesen hat, werden sogar schwarze Löcher enden.
Hawking zufolge verdampfen Schwarze Löcher aufgrund ihrer Strahlung. Wenn sie weiter strahlen, verlieren sie Masse in Form von Energie. Dieser Prozess dauert lange, weshalb er uns so fremd erscheint. Es dauert 10 Jahre, bis die schwarzen Löcher vollständig verdunsten. Daher ist dieser Prozess während der Lebensdauer unseres Universums nicht aufgetreten. Aber irgendwann werden auch die Schwarzen Löcher verschwinden. Ihre einzigen Überreste sind eine Vielzahl von masselosen Partikeln und ein paar verstreute Leptonen, die miteinander interagieren, wenn sie langsam anfangen, ihre Energie zu verlieren.
5 Eine neue Art von Atomformen
Nachdem sich unser Universum in ein paar verstreute subatomare Teilchen verwandelt hat, scheint es nicht mehr viel zu reden zu geben. Aber das Leben kann an diesen höchst unwahrscheinlichen Orten entstehen.
Teilchenforscher sprechen seit Jahren über Positronium, eine atomartige Bindung von Positron und Elektron. Diese beiden Teilchen haben entgegengesetzte Ladungen. (Das Positron ist das Antiteilchen des Elektrons.) Dies bedeutet, dass sie elektromagnetisch angezogen werden, wenn sie versuchen, sich aufeinander zu bewegen. Wenn ein Paar dieser Teilchen zu interagieren beginnt, können sie rudimentäre Bahnen entwickeln und sich wie die Atome verhalten, die wir kennen.
Da Positronium selten ist, gibt es kein vollständiges Modell der "Chemie" von Positronium. Einige interessante Dinge stammen jedoch von diesen ungeraden "Atomen". Erstens können sie mit extrem großen Umlaufbahnen existieren, die interstellare Entfernungen überspannen. Solange die beiden Teilchen miteinander interagieren, können sie unabhängig von den Entfernungen ein Paar bilden.
Während der Schwarzen-Loch-Ära haben einige dieser „Atome“ Durchmesser, die eine Entfernung größer sind als unser derzeit beobachtbares Universum. Da sie aus Leptonen bestehen, werden Positroniumatome den Protonenzerfall überleben und durch das Schwarze Loch gehen. Tatsächlich werden die schwarzen Löcher durch Strahlung die Positroniumatome erzeugen. Sogar sie werden mit der Zeit zerfallen, wobei sich das Positron-Elektronen-Paar immer näher aneinander annähert. Aber vorher könnte das Universum Leben auf eine Weise hervorbringen, die wir noch nie gesehen haben.
4 Alles geschieht extrem langsam, einschließlich des Denkens
Wenn die Ära des Schwarzen Lochs zu Ende geht und selbst diese Sternriesen in der Schwärze verschwinden, werden in unserem Universum nur noch wenige Dinge übrig sein, hauptsächlich diffuse subatomare Teilchen und die verbleibenden Positroniumatome. Sobald dies geschieht, wird alles im Universum extrem langsam vor sich gehen, wobei jede Aktion Äonen anhält. Nach Ansicht einiger theoretischer Physiker, hauptsächlich Freeman Dyson, kann sich das Leben in dieser Zeit in unserem Universum wiederholen.
Angesichts der immensen Zeitspanne könnte sich die organische Entwicklung im Positronium entwickeln. Die Wesen, die auftauchen, sind sehr verschieden von allem, was wir gesehen haben. Zum Beispiel wären es riesige interstellare Entfernungen. Da im Universum nicht viel übrig bleibt, haben sie den ganzen Raum, den sie wollen. Aber weil diese Lebensformen so groß sein werden, denken sie mit exponentiell niedrigeren Raten als wir. Tatsächlich kann das Bilden einzelner Gedanken für diese Kreaturen Billionen von Jahren dauern.
Das erscheint uns verrückt, aber da diese Kreaturen auf riesigen Zeitskalen existieren werden, wäre das Denken für sie sofort. Wenn sich diese Kreaturen während des Abwickelns des Universums entwickelt haben, gibt es keine Möglichkeit, dass sie schneller denken könnten, als Sie sich vorstellen können, schneller zu denken, als Sie es bereits tun. Für Wesen am Ende des Universums wird das "spontane Denken" auf riesigen Zeitskalen liegen, aber nur gemäß uns. Alle diese Kreaturen werden glauben, dass sie sofort denken. Diese Wesen werden für eine lange Zeit existieren und beobachten, wie sich das Universum um sie herum windet. Trotzdem werden sie irgendwann zusammenbrechen.
3 Keine Makro-Physik mehr
Zu diesem Zeitpunkt hat das Universum einen nahezu maximalen Entropiezustand erreicht, was bedeutet, dass es nur ein einheitliches Energiefeld und einige subatomare Teilchen sein wird. Dies wird nach der Black Hole Ära geschehen, die sich in den vergangenen 10 Jahren in die Vergangenheit ausdehnt.Zu diesem Zeitpunkt hat sich der Weltraum so stark erweitert und dunkle Energie wird so stark sein, dass es selbst keine schwarzen Löcher mehr gibt und das Universum keine massiven Sternobjekte mehr hat.
Es ist schwer, sich ein solches Universum vorzustellen. Die Ausdehnung wird durch diesen Punkt so ausgeprägt gewesen sein, dass Sterne, wie wir sie kennen, keine Form mehr haben werden, weil die subatomaren Teilchen, die Materie bilden, so weit voneinander weggedrängt wurden, dass sie nicht miteinander interagieren können, ohne schneller als Licht zu reisen . Alles, was existieren wird, sind ein paar Streupartikel, die um den leeren Kosmos herumschweben und nicht einmal in der Lage sind, Positroniumatome zu bilden.
Das bedeutet, dass die Physik, wie wir sie kennen, vorbei sein wird. Die einzigen physikalischen Modelle, die angewendet werden, sind die Quantenmechanik. Quanteneffekte werden über weite interstellare Entfernungen und über große Zeiträume hinweg auftreten. Dies ist völlig anders als wir das Universum jetzt sehen. Letztendlich sinkt die Gesamttemperatur des Universums auf den absoluten Nullpunkt, was bedeutet, dass es keine Energie gibt, die in Arbeit umgewandelt werden kann. Bei einigen Modellen wird die Ausdehnung des Weltraums immer noch beschleunigt, wodurch die Raum-Zeit möglicherweise auseinander gerissen wird. Zu diesem Zeitpunkt wird unser Universum aufhören zu existieren.
2 Es könnte ein Ausweg sein
Bis zum Ende des Universums waren bisher immer mehr düstere und bedrückende Ereignisse zu verzeichnen. Aber Physiker sind nichts anderes als optimistisch und haben Wege vorgeschlagen, wie die Menschheit das Ende der Zeit überleben und sogar unser Universum von vorne beginnen kann.
Die größte Möglichkeit, unserem Universum mit maximaler Entropie zu entkommen, besteht darin, Schwarze Löcher zu verwenden, bevor der Protonenzerfall das Leben unmöglich macht. Schwarze Löcher sind immer noch ein Rätsel, und Theoretiker wie Steven Hawking haben vorgeschlagen, diese massiven Objekte zu verwenden, um zu neuen Universen zu gelangen.
Die moderne Theorie besagt, dass Blasenuniversen ständig aus unserem eigenen entspringen und mit Materie und der Möglichkeit zum Leben neue Universen bilden. Hawking glaubt, dass Schwarze Löcher die Durchgänge zu diesen neuen Universen enthalten können. Es gibt nur ein Problem. Sobald Sie die Grenze eines Schwarzen Lochs überschritten haben, können Sie es nicht wieder verlassen. Dies ist eine bekannte Idee in der Physik. Wenn sich also die Menschheit dafür entscheidet, in ein schwarzes Loch zu reisen, wäre dies eine Hinfahrt.
Erstens müssten sie ein ausreichend massives, sich drehendes schwarzes Loch finden, um die Reise durch den Ereignishorizont zu überleben. (Entgegen der landläufigen Meinung sind massive Schwarze Löcher tatsächlich sicherer zum Durchqueren.) Dann müssten die zukünftigen Weltraumreisenden hoffen, dass die Reise sie in einem Stück hinterlässt, aber sie konnten niemals mit ihren Freunden auf der anderen Seite des Schwarzen Lochs kommunizieren ihnen zu sagen, dass sie es geschafft haben. Jede Reise würde zu einem Vertrauensvorschuss werden.
Es gibt jedoch einen Weg, um sicherzustellen, dass auf der anderen Seite ein neues Universum auf uns wartet. Laut Alan Guth würde ein neues Babyuniversum nur 10 Photonen, 10 Elektronen, 10 Positronen, 10 Neutrinos, 10 Antineutrinos, 10 Protonen und 10 Neutronen zum Starten benötigen. Das mag viel erscheinen, aber nur ein paar Unzen Material.
Dann könnten künftige Menschen ein falsches Vakuum erzeugen - ein Raumbereich, der das Potenzial für die Expansion hat, das durch ein superstarkes Gravitationsfeld erzeugt wird. In der fernen Zukunft könnte der Mensch die Technologie erwerben, um ein falsches Vakuum zu schaffen und ein eigenes Universum zu gründen. Da die anfängliche Inflation des Universums nur einen Bruchteil einer Sekunde dauert, würde sich das neue Universum fast augenblicklich ausdehnen und ein neues Zuhause für die Menschheit schaffen unser Rennen
1 Zufälliges Quantentunneling kann wieder von vorne beginnen
Aber was ist mit dem Universum, das wir zurücklassen? Über einen langen Zeitraum hinweg würde sie schließlich die maximale Entropie erreichen und völlig unbewohnbar werden. Aber selbst in diesem toten Universum besteht die Chance, dass das Leben wiederkehrt. Forscher der Quantenmechanik wissen um einen Quanteneffekt namens Quantentunneling. Dies ist der Fall, wenn ein subatomares Teilchen einen Energiezustand erreichen kann, der klassisch nicht möglich ist.
In der klassischen Mechanik kann zum Beispiel ein Ball nicht spontan einen Hügel rollen. Das ist ein verbotener Energiezustand. Subatomare Teilchen haben auch Energiezustände in der klassischen Mechanik verboten, aber die Quantenmechanik dreht das alles auf den Kopf. Manchmal können Partikel zu diesen Energiezuständen „tunneln“.
Dieser Vorgang tritt bereits in Sternen auf. Auf das Ende des Universums angewendet, ergibt sich jedoch eine ungerade Möglichkeit. Partikel in der klassischen statistischen Mechanik können nicht von einem höheren Entropiezustand zu einem niedrigeren wechseln. Aber mit dem Quantentunneling können und werden sie. Die Physiker Sean Carroll und Jennifer Chen haben die Idee vorgeschlagen, dass Quanten-Tunneln bei ausreichender Zeit spontan die Entropie im toten Universum verringern könnte, was zu einem neuen Urknall führen und das Universum von vorne beginnen könnte. Halten Sie nicht den Atem an, um darauf zu warten. Eine spontane Entropieabnahme würde 10 dauern Jahre auftreten.
Eine andere Theorie könnte uns Hoffnung auf ein neues Universum geben - dieses aus der Mathematik. Im Jahr 1890 veröffentlichte Henri Poincare seinen Rekursionssatz, der besagt, dass alle Systeme bei extrem langer Zeit in einen Zustand zurückkehren, der ihrem ursprünglichen Zustand sehr nahe kommt. Dies kann für die Thermodynamik gelten, wo zufällige thermische Schwankungen im Universum mit hoher Entropie zu einem Ausgangszustand führen und die Dinge von vorne beginnen. Nach Äonen der Zeit könnte sich unser Universum wieder bilden und zukünftige Wesen, die darin leben, hätten keine Ahnung, dass sie aus dem Universum kamen, das wir kennen.