Axina

Teorie zániku vesmíru: I když je v principu možné, že vesmír bude existovat věčně, dnešní struktury (jako jsou hvězdy, planety a galaxie) s nejvyšší pravděpodobností zaniknou. Možné varianty zániku vesmíru se označují jako Velký křach, Velké ochlazení a Velké rozervání. To, která z těchto možností nastane, závisí do značné míry na (zatím neznámé) podstatě temné energie - síly působící proti gravitaci, která podstatným způsobem určuje chování vesmíru.

18. epizoda 2. série amerického dokumentárního televizního seriálu Tajemný vesmír se zabývá kosmologickými teoriemi o zániku vesmíru. Vzhledem k tomu, že problematika je poměrně složitá a rozsáhlá, je téma zde na blogu rozděleno do dvou článků.

Axina

5. Bílí trpaslíci

Pokud byste se ve 20. až 30. kosmologické dekádě podívali na noční oblohu, byla by úplně temná. A kdybyste měli možnost pozorovat vesmír v infračerveném záření, viděli byste oblohu posetou mrtvými hvězdami. Bude to éra úpadku. V této éře se všechny nejhmotnější hvězdy zhroutí do podoby černých děr. Temnotu vesmíru bude narušovat jen žhavý popel z o něco méně hmotných hvězd, který ještě stále bude emitovat záření. Tyto mrtvé hvězdy, tento popel, označujeme termínem bílí trpaslíci. Jsou to opravdu podivné objekty. Hmota poloviny Slunce (asi 160 000 Zemí) je v nich napěchovaná do objemu jedné Země. Je to opravdu velmi hustá látka. A trochu neobvyklý popel. Bílí trpaslíci budou jako žhavé uhlíky v ohništi. Už nebudou vytvářet energii prostřednictvím termojaderné fúze, ale jak budou chladnout, stále ještě budou produkovat mnoho megawattů energie. Bude to miliardkrát méně, než v současnosti produkuje Slunce, ale přesto množství energie produkované těmito mrtvými hvězdami bude mnohem vyšší, než současný nárok naší civilizace na energii.

Když si představíme, že by lidská civilizace přežila až do éry úpadku, mohli by naši potomci čerpat energii právě z bílých trpaslíků. Lidstvo zřejmě nebude schopné postavit na jejich povrchu energetické základny, podobné ropným plošinám, ukotveným na dně oceánu. Gravitace bílého trpaslíka je neskutečně silná, prostě by je rozmačkala. Aby civilizace přežila, bude muset vybudovat elektrárny na oběžné dráze kolem hvězdy. Energii bílého trpaslíka budou pravděpodobně zachycovat kolektory. Zachycená energie bude uskladněna, dopravena na potřebné místo a použita. I denní světlo bude potřeba nahradit umělým. Na obloze nebudou svítit ani hvězdy, ani Měsíc, ale ani Slunce. Případné umělé satelity budou obíhat kolem obrovského množství mrtvé hmoty. Tato mrtvá tmavá hmota bude v éře úpadku tvořit větší část všech galaxií. V éře úpadku bude galaxii tvořit asi sto miliard mrtvých hvězd, obíhajících vzájemně kolem sebe v obřím eliptickém útvaru. Čas od času se některé z nich srazí. Jiné budou vymrštěny ven z galaxie, která tak bude ztrácet hmotu. Galaxie se bude v určitém smyslu pomalu vypařovat. Bílí trpaslíci a další zbylá hmota v galaxii se stanou kořistí černých děr. Galaxie bude tvořena stále menším množstvím objektů. A z valné většiny to budou černé díry. Vše, co nebude pohlceno miliony černých děr, toulajících se vesmírem, se začne rozpadat stářím.

6. Éra černých děr

Podle druhého termodynamického zákona bude pokračovat obecný proces, který vede k růstu celkové neuspořádanosti vesmíru. Většina dříve vzniklých objektů – hvězdy i planety – se vytratí. Všechny struktury se asi ve 40. kosmologické dekádě prostě vypaří. Samotná éra úpadku se začne chýlit ke svému konci asi v 60. kosmologické dekádě. Obloha bude neuvěřitelně chladná a temná. Vesmírem budou znít poslední dozvuky slabého rádiového záření a gravitačních vln. Bude to éra černých děr. Pokračující expanze vesmíru dosáhne hranice. Zbude v něm jen nepředstavitelně nízké množství energie a všechen pohyb se až neuvěřitelně zpomalí. I samotný čas začne pozbývat smyslu. Oproti polovině éry černých děr se i éra úpadku zdá být obdobím chvíli po Velkém třesku.

Mohl by v tomto prostředí existovat ještě nějaký život? V té době už nebudou žádní lidé, protože už nebudou existovat protony. Je však možné si představit určité neskutečně pomalu žijící entity. Možná vzniknou opravdu podivné formy života. Pokud budou žít dostatečně pomalu. S trochou nadsázky můžeme říct, že myšlenka jim zabere bilion let. Bilion let jim potrvá, než se rozmyslí, co si dají k večeři. Všechno bude hrozně pomalé a bude se odehrávat za teploty blízké absolutní nule.

Zpomalené časové měřítko éry černých děr je možné přirovnat k růstu rostlin. Z pohledu člověka zaujatého minutami, hodinami a dny, se život rostlin může zdát jako zamrzlý v čase. Zdá se, že se neděje absolutně nic. Vypadají úplně staticky. Když však zrychlíme chod času, spatříme aktivitu. Rostou a pohybují listy v reakci na polohu Slunce. Každá rostlina je v neustálém pohybu, ale celá jejich existence se odehrává v jiném časovém měřítku, než s jakým máme v běžném životě zkušenosti.

V éře černých děr bude docházet k opravdové události pouze tehdy, když se setkají dvě černé díry. Tato událost je pro člověka neviditelná, kolize dvou monster však bude tak velká, že rozechvěje časoprostor. Je to trochu jako když hodíte do klidné vody velký kámen. Vznikne série mohutných vln a za krátkou dobu se odehraje mnoho jevů. Ty se ale rychle uklidní, vlny utichnou a opět se ustálí dokonale rovná vodní hladina. Ale i pro vládce éry černých děr čas běží. Mohli byste si myslet, že budou existovat navždy. Ale ani ony nebudou existovat navěky. Pomalu, velmi pomalu se v průběhu času vypaří. Černé díry v dnešním vesmíru rostou díky pohlcování okolní hmoty. V daleké budoucnosti bude k dispozici jen málo okolní hmoty. Tím se u černých děr proces vypařování stane dominantním nad pohlcováním látky. Vypařování černých děr bude ve velmi starém vesmíru mnohem rychlejší. Vypařující se černá díra na rozdíl od planet neodchází jen tak, ale s mohutným třeskem. A to proto, že když jí dochází palivo, chová se naprosto opačně, než napovídá naše intuice.

Když nám v autě dochází palivo, jsou dvě strategie, kterých se můžeme držet. Můžeme jen zlehka šlapat na pedál plynu, snažit se palivem šetřit a pomalu dojet k nejbližší pumpě. Druhá strategie je pro netrpělivé. Sešlápneme pedál plynu až na podlahu a zkusíme dojet k pumpě co nejrychleji. Doufáme při tom, že k ní dojedeme dřív, než nám úplně dojde palivo. Černé díry "volí" druhou variantu. Na rozdíl od auta, černá díra, když jí nakonec palivo dojde, exploduje. V poslední sekundě, kdy bude černá díra uvolňovat energii ekvivalentní megatunám megatun trinitrotoluenu, vznikne mnoho rozmanitých částic, které nebyly ke spatření po mnoho kosmologických dekád. Vzniknou a vyzáří se v podobě grandiózního ohňostroje, doprovázejícího zánik černé díry.

Po myriádách let se vypaří i ty nejhmotnější černé díry. To, co zbyde, bude obrovský, téměř úplně prázdný vesmír. Vesmír vstoupí do temné éry. Po uplynutí více než 100 kosmologických dekád bude vesmír asi v polovině temné éry, kdy už nebude existovat nic z toho, co známe. Ani černé díry v tomto období už nebudou moci existovat. Rozpadnou se i samotné atomy.

7. Pohledem kvantové fyziky

Jestliže vesmír bude expandovat navždy, může se stát, že z něj zbude jen kaše virtuálních náhodných částic. Ale z tohoto popela možná vzejde řada překvapení. Pokud v daleké budoucnosti převládne chaos nad pořádkem, náš kdysi zářící horký vesmír upadne do mrazivé kosmické doby ledové, ale i tak může stále skrývat jistý potenciál. Alespoň podle kvantové mechaniky, která popisuje svět na té nejelementárnější úrovni. Podle kvantové fyziky ani vakuum, které pokládáme za prázdné, ve skutečnosti prázdné není. Kvantová teorie totiž umožňuje s jistou pravděpodobností existenci čehokoli. Jinak řečeno: Vesmír hraje riskantní hru na náhodu. A kvantová teorie hledá vysvětlení chování částic ve vesmíru, kde je všechno možné. Vesmír jako by neustále míchal balíček karet, obsahující každý stavební kámen naší reality. Každé množství částic se podle kvantové teorie pole neustále znovu a znovu uspořádává. Pro nás to vypadá jako náhodný sled fluktuací. Kvantová teorie nedokáže předpovědět výsledek míchání částic, ale může určit pravděpodobnost každého výsledku.

Když se něco děje v nekonečném počtu opakování, pak i ty nejméně pravděpodobné události mohou skutečně nastat. Za normálních okolností, když mícháte balíček karet, je výsledkem náhodná sekvence. Stejně tak částice na kvantové úrovni obvykle netvoří pravidelná uspořádání. Když však máte dost času, může nastat každá z kvantových fluktuací. I ty, které se zdají být nemožné. Pokud existujete věčně a mícháte karty stále dokola a dokola, mohou opravdu nastat i zcela nepravděpodobné varianty. A některá z těchto náhodných nepravděpodobných fluktuací může naprosto změnit strukturu prostoru samotného. Prázdný prostor se v jistém smyslu podobá vodě, a to tím, že se může vyskytovat v různých skupenstvích – fázích. Voda může být v podobě páry, v pevném skupenství nebo jako kapalina. Prostor kolem nás je v každém okamžiku v určitém fyzikálním stavu. Může však dojít k fázovému přechodu, při kterém se jeho fyzikální stav změní v jiný. Některá z náhodných fluktuací tedy může vést ke spuštění fázového přechodu.

Pokud by fázový přechod prostoru nastal v určitém místě vesmíru, došlo by ke vzniku bubliny, která by se postupně šířila prostorem, podobně jako se kapka inkoustu šíří ve sklenici vody. Stejně jako inkoust změní vlastnosti vody, může fázový přechod prostoru od základů změnit povahu vesmíru. Po průchodu této bubliny mohou platit úplně jiné fyzikální zákony. Mohou se změnit hmotnosti částic nebo jejich náboj. Chemie, jak ji známe, by po takovém fázovém přechodu mohla vypadat úplně jinak. To znamená, že by najednou existovaly úplně nové způsoby, jak uspořádat všechny částice, ze kterých jsme složeni. A to by bylo jako by se vše ve vesmíru stalo atomovou bombou. Vesmír by se přeformoval za uvolnění energie. Každý atom, každá částice by explodovaly. Takový typ přechodu nemůže přežít žádná složitá struktura. Zůstane jen chaos. Nic kromě částic, které se navzájem náhodně srážejí. Ale taková náhodná kvantová fluktuace může být i bublinou naděje.

Teoretičtí fyzikové naznačují, že některé z fluktuací mohou přivodit vznik téměř samostatných oblastí prostoru - dimenzí, které se oddělí od naší a dají vzniknout novému vesmíru. Možná, že právě taková fluktuace způsobila Velký třesk a dala vznik našemu vesmíru. Možná, že náš vesmír, přesto, že má průměr přes 10 miliard světelných let, je jen malým vesmírem, který se oddělil od mnohem většího. Existuje také možnost, že vesmírů je velké množství. Možná vzešlých z toho našeho. Mohou mít vlastní osud, buď nekonečnou expanzi, nebo zpětný kolaps. A pokud existují jiné vesmíry, pak by snad budoucí civilizace nemusely čelit nezvratnému rozsudku smrti. Můžeme se domnívat, že za biliony trilionů let, až vesmír opravdu ochladne a bude na pokraji smrti, budou inteligentní bytosti disponovat natolik rozvinutou technikou, že budou moci soustředit do jednoho bodu tolik energie, aby otevřely malé bubliny, brány do jiných vesmírů, kde budou moci začít znovu. Ale i když naši následovníci získají technologii k opuštění vesmíru, nevyhnou se tím faktu, že i ten nový - jako všechno - nakonec skončí.

Poznámka: Problematice multiverza je na tomto blogu věnován samostatný článek: Paralelní vesmíry.

Zatímco věda zápasí s otázkami, jak vesmír zanikne, lidstvo si musí poradit s otázkou, jak přežít. To nejdůležitější je náš život. Užijme si jej bez ohledu na osud vesmíru :-)

Video, které inspirovalo tento článek, je na internetovém serveru YouTube čas od času blokováno. Nabízím proto ke zhlédnutí i video s podobným námětem:

Zdroje:

- video "Kosmická apokalypsa" (18. epizoda 2. série amerického dokumentárního televizního seriálu Tajemný vesmír)

- Wikipedie

08.10.2018, 00:40:53   Publikoval Axinakomentářů: 23