Derradeiro destino do universo
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O destino final do Universo é um tópico em cosmologia física . Muitos destinos possíveis são previstos pelas teorias científicas rivais, incluindo futuros de ambos duração finita e infinita. Uma vez que a noção de que o universo começou com um Big Bang tornou-se aceito por consenso dos cientistas, o destino final do universo tornou-se uma questão cosmológica válida, um, dependendo das propriedades físicas da massa / energia no universo, a sua densidade média, e a taxa de expansão. Por extensão, o destino do universo é também um tema significativo na ficção científica.
Emergentes base científica
Teoria
A exploração científica teórica do destino final do universo tornou-se possível com Albert Einstein 1915 teoria da 's relatividade geral . Relatividade geral pode ser empregado para descrever o universo na maior escala possível. Há muitas soluções possíveis para as equações da relatividade geral, e cada solução implica um possível destino final do universo. Alexander Friedman propôs uma série de tais soluções em 1922. Em algumas delas o universo tem sido expandindo-se de uma singularidade inicial; este é, essencialmente, o Big Bang .
Observação
Evidência observacional não demorou a chegar. Em 1929, Edwin Hubble publicou a sua conclusão, com base em suas observações de Cefeidas em galáxias distantes, que o universo estava se expandindo. A partir de então, o começo do universo e seu possível final foram os temas de investigação científica séria.
Big Bang e teorias no estado de equilíbrio
Em 1931, Georges-Henri Lemaître definiu uma teoria de que, desde então, passou a ser chamado de Big Bang teoria da origem do universo. Em 1948, Fred Hoyle apresentou a sua oposição teoria do estado estacionário no qual o universo expandido continuamente, mas manteve-se estatisticamente inalterado como novo assunto é constantemente criado. Estas duas teorias foram contendores ativo até a descoberta 1965, por Arno Penzias e Robert Wilson, da radiação cósmica de fundo em microondas , um fato que é uma previsão simples da teoria do Big Bang, e que a teoria do estado estacionário não pode dar conta. A teoria do Big Bang tornou-se imediatamente a visão mais amplamente aceita sobre a origem do universo.
Constante cosmológica
Quando Einstein formulou a relatividade geral , ele e seus contemporâneos acreditavam em um universo estático. Quando Einstein descobriu que suas equações poderiam ser facilmente resolvidos de modo a permitir que o universo se expandir agora, e para contratar no futuro distante, acrescentou a essas equações que ele chamou de constante cosmológica, essencialmente, uma densidade de energia constante afetado por qualquer expansão ou contração, cujo papel era para compensar o efeito da gravidade sobre o universo como um todo, de tal forma que o universo permaneceria estática. Depois de Hubble anunciou sua conclusão de que o universo estava se expandindo, Einstein escreveu que sua constante cosmológica era seu "maior erro".
Parâmetro de densidade
Um parâmetro importante no destino da teoria é o universo Parâmetro de densidade, Omega (Ω), definido como a densidade média matéria do universo dividida por um valor crítico de que a densidade. Isto selecciona uma das três possíveis geometrias, dependendo se Ω é igual, menor ou maior do que 1. Estes são chamados, respectivamente, do plano, aberto e fechado universos. Estes três adjectivos referem-se a geometria global do universo, e não para o encurvamento local do espaço-tempo causada por aglomerados mais pequenos de massa (por exemplo, galáxias e estrelas ). Se o conteúdo primário do universo é matéria inerte, como no modelos populares de poeira durante grande parte do século 20, há um destino especial correspondente a cada geometria. Daí os cosmólogos teve como objetivo determinar o destino do universo através da medição Ω, ou equivalentemente a taxa na qual a expansão foi de desaceleração.
Força repulsiva
A partir de 1998, as observações de supernovas distantes em galáxias têm sido interpretadas como consistente com um universo cuja taxa de expansão está se acelerando. Teorização cosmológica posterior tenha sido concebida de modo a permitir a possível aceleração, quase sempre envolvendo energia escura, que em sua forma mais simples é apenas uma constante cosmológica positiva. Em geral, a energia escura é um termo genérico para qualquer campo hipotético com pressão negativa, geralmente com uma densidade que muda como o universo se expande.
Papel da forma do universo
A corrente de consenso científico de que a maioria dos cosmólogos é o destino final do universo depende da sua forma geral, quanto energia escura que ele contém, e na equação de estado que determina como a densidade de energia escura responde à expansão do universo. Observações recentes têm mostrado que, a partir de 7500 milhões anos após o Big Bang em diante, a taxa de expansão do universo, na verdade, tem vindo a aumentar, em simultâneo com a teoria Open Universe, e marcou "Acelerar" no gráfico.
Universo fechado
Se Ω> 1, em seguida, a geometria do espaço é fechada, como a superfície de uma esfera. A soma dos ângulos de um triângulo excede 180 graus e não existem linhas paralelas; todas as linhas de eventualmente encontrar. A geometria do universo é, pelo menos, numa escala muito grande, elíptica.
Em um universo fechado sem o efeito repulsivo da energia escura, a gravidade, eventualmente, pára a expansão do universo, depois que ele começa a se contrair até que toda a matéria no universo colapsa para um ponto, uma singularidade definitiva denominado " Big Crunch ", por analogia com o Big Bang . No entanto, se o universo tem uma grande quantidade de energia escura (como sugerido por resultados recentes), então a expansão do universo pode continuar para sempre - mesmo se Ω> 1.
Abrir universo
Se Ω <1, a geometria do espaço é aberta, ou seja, em curva negativamente como a superfície de uma sela. Os ângulos de um triângulo soma a menos de 180 graus, e as linhas que não atendem nunca está equidistante; eles têm um ponto de menor distância e de outra forma para além crescer. A geometria do universo é hiperbólico.
Mesmo sem energia escura, um universo negativamente curvado expande para sempre, com a gravidade mal abrandar o ritmo de expansão. Com a energia escura, a expansão não só continua, mas acelera. O destino final de um universo aberto ou é universal morte do calor, o " Big Freeze ", ou o" Big Rip ", onde a aceleração causada pela energia escura finalmente se torna tão forte que supera completamente os efeitos da gravitacional , eletromagnética e forças de ligação fracos.
Por outro lado, um negativo constante cosmológica, o que corresponderia a uma densidade de energia negativa e pressão positiva, faria com que mesmo um universo aberto para colapsar a um big crunch. Esta opção foi descartada por observações.
Universo plano
Se a densidade média do universo seja exactamente igual à densidade crítica de modo a que Ω = 1, então, a geometria do universo é plano: como na geometria euclidiana , a soma dos ângulos de um triângulo é de 180 graus e as linhas paralelas de forma contínua mantêm a mesma distância.
Energia escura ausente, um universo plano expande para sempre, mas a uma taxa de desaceleração continuamente, com expansão asymptotically se aproximando de uma taxa fixa. Com a energia escura, a taxa de expansão do universo inicialmente diminui, devido ao efeito da gravidade, mas, eventualmente, aumenta. O destino final do Universo é o mesmo que um universo aberto. Em 2005, o Fermion-boson destino da teoria do universo foi proposto, postulando que a maior parte do universo acabaria por ser ocupado por Condensado de Bose-Einstein eo fermion analógico quasiparticle, talvez resultando em uma implosão.
As teorias sobre o fim do universo
O destino do universo é determinada pela densidade do universo. A preponderância de evidência até à data, com base em medições da taxa de expansão ea densidade de massa, favorece um universo que não entrará em colapso.
Big Congelar ou Morte Calor
O gelo grande é um cenário em que continuou resultados de expansão em um universo que é frio demais para sustentar a vida. Pode, na ausência de energia escura, ocorrem apenas sob uma geometria plana ou hiperbólica, porque essas geometrias são, então, uma condição necessária para um universo que se expande para sempre. Com uma constante cosmológica positiva, também pode ocorrer em um universo fechado. Um cenário relacionado é Calor Morte, que afirma que o universo vai para um estado de máxima entropia em que tudo é distribuído uniformemente, e não há gradientes - que são necessários para sustentar processamento de informação, uma forma de que é a vida . O cenário de Morte de calor é compatível com qualquer um dos três modelos espaciais, mas requer que o universo atingir uma eventual temperatura mínima.
Big Rip: vida útil limitada
No caso especial de energia escura fantasma, que tem mesmo a pressão mais negativa do que a constante cosmológica simples, a densidade de energia aumenta escuras com o tempo, fazendo com que a taxa de aceleração para aumentar, levando a um aumento constante da constante de Hubble . Como resultado, todos os objetos materiais no universo, começando com galáxias e, eventualmente, (em um tempo finito) todas as formas de vida, não importa quão pequena, vai desintegrar-se em desacoplado partículas elementares e radiação, rasgada pela força da energia fantasma e atirando longe um do outro. O estado final do universo é uma singularidade, como a taxa de densidade de energia e expansão escura se torna infinita. Para um possível cronograma com base em teorias físicas atuais, ver E19 1 s e mais.
Big Crunch
A teoria do Big Crunch é uma visão simétrica do destino final do universo. Assim como o Big Bang começou uma expansão cosmológica, esta teoria postula que a densidade média do universo é o suficiente para parar sua expansão e começar a contratação. O resultado final é desconhecido; uma simples extrapolação teria toda a matéria e espaço-tempo no colapso em um universo sem dimensão singularidade, mas a esses escalas efeitos quânticos desconhecidos precisam ser considerados (Veja A gravidade quântica).
Este cenário permite que o Big Bang ter sido imediatamente precedido pelo Big Crunch de um universo anterior. Se isso ocorre repetidamente, temos um universo oscilante. O universo poderia então consistem de uma sequência infinita de universos finitos, cada um universo finito terminando com um Big Crunch, que também é o Big Bang do próximo universo. Teoricamente, o universo oscilante não poderia ser conciliada com a segunda lei da termodinâmica : a entropia iria construir-se a partir de oscilação para oscilação e causa morte térmica. Outras medidas sugerem o universo não é fechadas. Estes argumentos causado cosmólogos a abandonar o modelo de universo oscilante. A idéia é um pouco semelhante abraçado pela modelo cíclico, mas esta ideia escapa morte calor, devido a uma expansão da branas que dilui entropia acumulado no ciclo anterior.
Big Bounce
A grande rejeição é um modelo científico teorizado relacionados com a criação do universo conhecido. Ele deriva do universo oscilante ou interpretação repetição cíclica do Big Bang, onde o primeiro evento cosmológico foi o resultado do colapso de um universo anterior.
Segundo uma versão da teoria do Big Bang da cosmologia, no início do universo tinha densidade infinita. Essa descrição parece estar em desacordo com tudo o resto em física e, sobretudo, a mecânica quântica ea sua O princípio da incerteza. Não é de estranhar, portanto, que a mecânica quântica deu origem, para uma versão alternativa da teoria do Big Bang. Além disso, se o universo é fechado, esta teoria poderia prever que uma vez que este universo entra em colapso, vai gerar um outro universo, em um evento semelhante ao Big Bang depois de uma singularidade universal é alcançado ou a causas de força quântica repulsiva re-expansão.
Multiverso: no fim completo
A hipótese de multiverso afirma que o nosso universo é apenas um universo infinito entre universos paralelos, possivelmente com diferentes leis físicas. Qualquer que seja o destino final do nosso universo pode ser, quase todos os universos paralelos terão destinos diferentes. E enquanto muitos universos podem ser fechados, muitos outros podem ser abertas. O multiverso como um todo nunca pode acabar completamente.
Vácuo falso
Se o vácuo não está no seu estado de energia mais baixa (um falso vácuo), poderia túnel em um estado de energia mais baixo. Isso é chamado de evento metastability vácuo. Este tem o potencial de alterar fundamentalmente o nosso universo; em cenários mais audaciosos até mesmo os vários constantes físicas podem ter valores diferentes, afetando severamente os fundamentos da matéria , energia , e espaço-tempo. É também possível que todas as estruturas serão destruídos instantaneamente, sem aviso prévio.
Muitos mundos interpretação da mecânica quântica
De acordo com muitos mundos interpretação da mecânica quântica , o universo não vai acabar desta forma. Em vez disso, cada vez que um evento quântico acontece que faz com que o universo de decaimento a partir de um falso vácuo para um verdadeiro estado de vácuo, o universo se divide em vários mundos novos. Em alguns dos novos mundos do universo decai; em alguns outros, o universo continua como antes.
Incerteza Cosmic
Cada possibilidade descrito até agora é baseado na forma muito simples para a equação da energia escura do estado. Mas como o nome é para implicar, não sabemos quase nada da física real do energia escura. Se a teoria da inflação é verdade, o universo passou por um episódio dominado por uma forma diferente de energia escura nos primeiros momentos do Big Bang; mas a inflação terminou, indicando uma equação de estado muito mais complicados do que os assumido até agora para atual energia escura. É possível que a equação de estado da energia escura poderia mudar novamente, resultando em um evento que teria consequências que são extremamente difíceis de parametrizar ou prever.
Constrangimentos observacionais sobre teorias
Escolhendo entre estes cenários rivais é feito por 'pesando' do universo, por exemplo, medir as contribuições relativas de matéria , radiação, matéria escura e energia escura ao densidade crítica. Mais concretamente, os cenários concorrentes são avaliadas em relação aos dados sobre agrupamento galáxia distante e supernovas , e sobre as anisotropias do fundo cósmico de microondas .
A vida em um universo mortais
Hipótese da inteligência eterna de Dyson propõe que uma civilização avançada poderia sobreviver por um período efetivamente infinito de tempo enquanto consome apenas uma quantidade finita de energia. Tal civilização alternava períodos breves de atividade com cada vez mais longos períodos de hibernação.
John Barrow e Frank J. Tipler (1986) propõem uma Princípio antrópico final: o surgimento de vida inteligente é inevitável, e uma vez que tal vida passa a existir em algum lugar do universo, ele nunca vai morrer. Barrow e Tipler vão ainda mais longe: o eventual destino de vida inteligente é a permear e controlar todo o universo em todos os aspectos, exceto um: a inteligência não pode travar a Big Crunch. Além disso, ele não vai querer fazê-lo porque a principal fonte de energia em um universo submetido a um Big Crunch será um ponto quente no céu decorrente de uma contração assimétrica do universo. Eles especulam que a assimetria necessária vai ser manipulada por alguma forma de vida inteligente.
Tipler de Cenário ponto Omega (Tipler 1994) conclui que o inverso do cenário de inteligência eterna seria o caso de uma civilização pego nos estágios finais de um Big Crunch. Tal civilização seria, na verdade, experimentar uma quantidade infinita de tempo "subjetiva" durante a vida finita restante do universo, usando a enorme energia do Crunch para acelerar processamento de informações mais rápido do que a abordagem da singularidade final.
Embora possível, em teoria, não é óbvio se alguma vez existirá tecnologias que farão qualquer um desses cenários viável. Além disso, soluções eficazes pode ser indistinguível do estado actual do nosso universo. Em outras palavras, se os seres não pode parar o universo de entrar em colapso, pelo menos, eles podem usar a energia do colapso para simular universos futuros que se assemelham o universo terminando, mas com escalas de tempo artificiais ou compactados.
Trabalhos recentes em cosmologia inflacionária , a teoria das cordas , e mecânica quântica mudou a discussão sobre o destino final do Universo em direções distintas dos cenários estabelecidos por Dyson e Tipler. O trabalho teórico por Eric e Chaisson David Layzer verificar que uma expansão espaço-tempo dá origem a uma crescente " gap entropia ", lançando dúvidas sobre a hipótese de morte térmica. Invocando Trabalho de Ilya Prigogine em far-de-equilíbrio termodinâmica, sua análise sugere que essa diferença de entropia pode contribuir para informação e, consequentemente, para a formação da estrutura.
Enquanto isso, Andrei Linde, Alan Guth, Edward Harrison, e Ernest Sternglass argumentam que cosmologia inflacionária sugere fortemente a presença de um Multiverse, e que seria prático, mesmo com o conhecimento de hoje para seres inteligentes para gerar e transmitir informação de novo em um universo distinto. Alan Guth tem especulado que uma civilização na parte superior do Escala Kardashev pode criar universos aperfeiçoá-lo em uma continuação da evolução unidade de existir, crescer e multiplicar-se. Este tem sido desenvolvido pela Egoísta Biocosm Hipótese, e pela proposta que a existência das constantes fundamentais da física podem estar sujeitos a uma evolução darwiniana de universos. Trabalho teórico Além disso, recente sobre o não resolvido problema ea gravidade quântica Princípio holográfico sugerem que quantidades físicas tradicionais podem, possivelmente, eles próprios ser descritível em termos de intercâmbio de informações, que por sua vez levanta questões sobre a aplicabilidade dos modelos cosmológicos antigos.
Perspectiva religiosa
Muitas religiões têm uma previsão de fim-de-the-universo. O estudo teológico sobre o destino final do universo e / ou destino final da humanidade é conhecido como escatologia. Muitas crenças religiosas são cataclísmica, e alguns teístas não ver as várias teorias científicas sobre o fim do universo como contradizer suas crenças religiosas. Na verdade, alguns teístas argumentam que tais teorias científicas validar previsões end-of-the-universo.
O fim do universo na ficção científica
Especulação científica sobre o destino final de vida no universo se funde perfeitamente em quase ficção científica. Muitas obras descrever o fim dos exercícios universo-ocasionalmente puramente educacional que descrevem teorias do dia, mais frequentemente explorar seu potencial como a última palavra senso de dispositivo maravilha trama, ou satirizando as pretensões da humanidade em geral e, em particular, os cosmólogos. A ficção científica pode tentar sugerir uma escatologia científica que procura por significado em face do novo conhecimento. Inúmeros sci-fi e obras de fantasia usar a destruição ameaçada do universo como seu enredo, geralmente com um supervilão do mal e / ou a incompetência da humanidade como a causa, e, geralmente, com engenhosidade humana de salvar o dia.
O tema da morte de calor foi explorada na ficção científica tão cedo quanto 1895 em HG Wells ' O Time Machine, que inclui uma evocação da morte térmica do universo como imaginado por cientistas como Lord Kelvin , nesse momento, que consiste no desaparecimento gradual da Sun para uma brasa vermelha exausto e uma visão da Terra como um frio e sem graça corroído deserto, como recentemente, em 2007, no Doctor Who episódio Utopia, com os últimos remanescentes da sociedade lutando para sobreviver em um universo sem estrelas e alguns planetas ainda capazes de suportar vida.
A religião não é totalmente excluída de explorações de ficção científica do final do nosso universo. 1953 conto de Arthur C. Clarke " Os nove bilhões de nomes de Deus "trata escatologia não-científico sério Seu famoso última linha ameaçadoramente narra o fim do universo, como observado pela humanidade:. Lá em cima, sem qualquer problema, as estrelas estavam saindo..
Isaac Asimov história curta 's, " The Last Question ", foi publicado em 1959. A humanidade constrói uma série de supercomputadores para resolver a questão de como parar de entropia, mas são mal sucedidos até muito tempo depois que o universo (ea humanidade) sucumbiu ao calor morte (o único no cenário cosmológico final articulada . na época) Um computador construído no hiperespaço finalmente descobre como reverter o processo e assim o faz: "' DEIXADO HAJA UMA LUZ! ' E havia luz- ".
O Big Crunch como o destino do Universo foi explorada na ficção científica tão cedo quanto 1970 romance de Poul Anderson Tau Zero que postula um universo cíclico onde a grande crise será cercado por uma nuvem de hidrogênio, e que uma nave espacial poderia navegar um curso para evitar a singularidade e emergir no novo universo após o Big Bang subsequente.
A extremidade do universo foi usado para efeito satírico e comédia. Em Douglas Adams série de ficção científica 's Guia do Mochileiro das Galáxias , o " Restaurante no Fim do Universo "e seus patronos são projetadas através do tempo para o fim do universo, onde os hóspedes poderão assistir ao evento como entretenimento jantar.
O conceito de um fim para o universo tem inspirado alguns autores a explorar os temas mais human-centric de destino e livre arbítrio, Em Clássico romance de Kurt Vonnegut Slaughterhouse Five, o personagem principal é um veterano de guerra que é contactado por alienígenas do planeta Tralfamadore que afirmam que um de seus cientistas acidentalmente destruir o universo ao testar um novo tipo de combustível da nave espacial. Tralfamadorians estão cientes deste evento, porque eles percebem tudo de tempo instantaneamente, de uma forma semelhante à forma como alguém poderia observar toda uma gama de montanhas em um instante.
