Veľké roztrhnutie a kolaps. Vedci odhalili 3 najpravdepodobnejšie scenáre konca vesmíru

Hoci sa dnes vesmír stále rozpína a hviezdy žiaria, jeho budúcnosť nie je nekonečná. Fyzici a kozmológovia skúmajú, aký osud ho čaká, keď sa raz energia rozptýli a zákony prírody dovŕšia svoju prácu.

Teórií je viac, zhromaždili sme tri, ktoré patria medzi najvýznamnejšie.

Veľké roztrhnutie

Moderný, pomenovaný scenár „Big Rip“ navrhli Robert R. Caldwell, Marc Kamionkowski a Nevin N. Weinberg v roku 2003 (slávny článok o tzv. phantom energy). V ich modeli by špeciálna forma tmavej energie spôsobila to, že sa expanzia zrýchľuje tak silno, že v konečnej fáze by sa rozpadli najprv galaxie, potom hviezdne sústavy, planéty a nakoniec aj atómy – teda „roztrhnutie“.

Priestor medzi galaxiami sa prirodzene rozširuje tak, že sú ďalej od seba. Priestor vo vnútri galaxií sa tiež rozširuje ale tu, gravitácia je dostatočne silná na to, aby ich udržala pokope.

V scenári veľkého roztrhnutia  sa expanzia vesmíru tak zrýchli že sa dostane do bodu kedy gravitácia nedokáže udržať hmotu po hromade a výsledkom zrýchlenia je známe „roztrhnutie“ vesmíru. Najprv sa roztrhnú len veľké štruktúry ako galaxie z dôvodu, že priestor medzi samostatnými objektmi sa zväčšuje veľmi rýchlo.

Neskôr prídu na rad čierne diery, hviezdy a planéty ktoré zahynú – ich gravitácia nie je dostatočne silná aby ich udržala nakope. Pri konci by sa vesmír rozširoval rýchlejšie ako rýchlosť svetla a žiadne častice by neboli schopné pôsobiť na seba.

Z vesmíru by sa stal oceán osamelých častíc ktoré nebudú schopné dotknúť sa čohokoľvek iného vo večnom svete. 

EXPO 2025 v japonskej Osake

GALÉRIA+ 14

Veľké zmrazenie

Rozdiel medzi veľkým roztrhnutím a medzi tzv. tepelnou smrťou je najmä to, že v tomto prípade hmota zostane pokope a počas veľmi dlhého procesu je prekonvertovaná na žiarenie kým sa vesmír rozširuje do nekonečna.

Myšlienka tzv. heat death (tepelná smrť) vychádza z termodynamiky v 19. storočí – hlavné kroky urobil William Thomson (Lord Kelvin) v 1851–1852, ktorý rozvinul predstavu, že energia sa v izolovanom systéme rozptyľuje a postupne sa stáva nepoužiteľnou.

V modernej kozmológii sa tento scenár (nazývaný aj Big Freeze alebo Big Chill) používa pre stav, keď nekonečná expanzia vedie k veľmi chladnému, riedkemu vesmíru. NASA a iné zdroje dnes často vysvetľujú Big Freeze ako pravdepodobný výsledok ak vesmír bude naďalej expandovať.

Toto sa udeje vďaka entropii. Je to fyzikálna veličina ktorá v jednoduchosti meria ako veľmi je energia v určitom systéme rozptýlená. Každý systém smeruje k stavu najvyššej entropie.

Prelomový výskum: Beztiaž narušuje náš šiesty zmysel a ohrozuje bezpečnosť

Predstav si pohár teplej vody, do ktorej hodíš kocku ľadu. Najskôr sú tam dve rozdielne oblasti – studený ľad a teplá voda. Postupne sa však teploty vyrovnajú. Podobne je to aj s vesmírom – časom sa aj v ňom rozdiely stratia. Vesmír sa zväčšuje, hmota sa rozkladá a rozprestiera. V určitom bode, po mnohých generáciách hviezd sa všetky plynové oblaky potrebné na vznik hviezd vyčerpajú tak, že vesmír stmavne. 

Zostávajúce slnká vyhasnú, čierne diery pomaly degenerujú a vyparia sa počas viac ako biliónov rokov vďaka Hawkingovmu žiareniu. Je to teoretický jav ktorý predpovedal fyzik Stephen Hawking, hovorí o tom, že čierne diery nie sú úplne čierne. Podľa kvantovej mechaniky, priamo na horizonte udalostí (hranici čiernej diery) môžu spontánne vznikať páry častíc a antičastíc. Normálne by sa hneď stretli a navzájom zničili, ale ak sa to stane na horizonte čiernej diery, jedna častica spadne dnu a druhá môže uniknúť von. Pre pozorovateľa zvonka to vyzerá, akoby čierna diera vyžarovala častice a energiu – čiže pomaly strácala hmotu.

Tento proces je extrémne pomalý, ale znamená, že čierne diery by sa po nesmierne dlhom čase mohli úplne „vypariť“. Keď je tento proces dokončený, zostane len zriedený plyn fotónov (častíc svetla), až kým sa aj to rozpadne. Entropia bude na vrchole a vesmír bude vyhasnutý už naveky.

Teoreticky sa môže stať, že po veľmi dlhej dobe vznikne spontánne zníženie entropie výsledkom kvantového tunelovania ktoré by viedlo ku veľkému tresku.

Planetárium Praha

GALÉRIA+ 9

Veľký kolaps

Jedna z najpríjemnejších možností ktorá hovorí o tom, že pokiaľ je menej temnej energie ako sme si mysleli, alebo sa časom zníži, gravitácia bude jeden deň dominantnou silou vo vesmíre.

Myšlienka, že sa expanzia môže zastaviť a vesmír sa zrúti späť, vyplýva z matematických riešení Alberta Einsteina. Prvý, kto takéto dynamické riešenia explicitne ukázal, bol Alexander Friedmann v roku 1922. Neskôr sa táto možnosť často spomínala a populárne ju v modernej dobe presadzovali viacerí teoretici (napríklad John A. Wheeler v 70. až 80. rokoch).

Za niekoľko biliónov rokov, rýchlosť rozpínania vesmíru sa spomalí až úplne zastane. Galaxie sa budú spájať, zatiaľ čo sa vesmír bude zmenšovať a zahrievať, teploty naraz stúpnu. 100 000 rokov pred kolapsom, žiarenie pozadia bude teplejšie ako povrch väčšiny hviezd, čo znamená, že by boli „uvarené“ zvonku.

Minúty pred kolapsom by boli atómové jadrá roztrhnuté a supermasívne čierne diery by pohltili všetko. Nakoniec, by sa všetky čierne diery sformovali do supermasívnej mega-čiernej diery, ktorá by obsahovala celú hmotu vesmíru a v poslednom okamihu pred veľkým kolapsom by pohltila vesmír vrátane seba samej.

S touto teóriou sa veľmi úzko spája aj teória veľkého odrazu ktorá tvrdí, že sa toto už stalo viac krát a vesmír prechádza nekonečným cyklom expanzie a stiahnutia.

zosuv lavíny

GALÉRIA+ 2

Podľa momentálnych štúdií je veľké zmrazenie najpravdepodobnejšou možnosťou vyhasnutia vesmíru práve vďaka temnej energii. Z dôvodu ale že temná energia je stále pre nás záhadou a viac o nej nevieme ako vieme, nie je žiadna teória 100% istá. 

Čítaj viac z kategórie: Veda a vesmír