Космицизм, или трактат ничтожности:
0. Время, бесконечность и пустота.
1. Во вселенной нет узнаваемого божественного присутствия, такого как бог, и люди особенно незначительны в более широкой схеме межгалактического существования.
2. Это ужас человека перед непостижимыми просторами и пустотой вселенной.
3. Космицизм не отвергает возможности существования высшего смысла, но лишь утверждает незначительность человечества на фоне этих возможных смыслов.
4. У Лавкрафта это проявляется в космических ужасах и людях, которые познаёт нечто (с их точки зрения) неправильное, отчего сходят с ума.
5. Человек не в силах собладать с бесконечными величинами, потому что сам является слишком ограниченным во всех отношениях.
6. Это порождает нигилизм, который сводит с ума.
7. Ведь каждый человек - на фундаментальном уровне эгоист.
8. А эгоизм и просторы вселенной несовместимы, порождая в сознании парадоксы.
9. Вселенная имеет возраст примерно 14 миллиардов лет, из которых только 4.5 последних существуют планета Земля и Солнечная система.
10. Диаметр Вселенной составляет примерно 900 септиллионов метров (8.8;10^26), тогда как её объём - 3.5 квинвигинтиллиона кубических метров (3.566;10^80). Размер Млечного Пути - примерно 500 квинтиллионов метров (4.7;10^20), объём - 7 новемдециллионов кубических метров (7;10^60). Размер Солнечной системы - 10 триллионов метров (1.6;10^13), объём - 3 дуодециллиона кубических метра (3.1;10^39). Размер Земли - примерно 6 миллионов метров (6.371009;10^6), объём - 1 секстиллион кубических метров (1.083207;10^21).
11. Земля меньше видимой Вселенной в 300 октодециллионов раз, или 3x10^59 раз. Солнечная система - в 100 дуодециллионов раз, или 1x10^41 раз. Млечный Путь - 500 квинтиллионов раз, или 5x10^19 раз.
12. Общая сумма галактик приблизительно два триллиона. Количество звёзд - септиллион. Количество известных планет во вселенной - 4263, а общая сумма в два или три раза больше суммы звёзд. Сумма атомов во Вселенной - 6 квинвигинтиллионов.
13. В Млечном Пути приблизительно 400 миллиардов звёзд. Около семи процентов, - подобные Солнцу, то есть где-то 28 миллиардов.
14. Расстояние от Земли до Проксима Центавра составляет 40 квадриллионов метров (4.018;10^16). Длина России - примерно 9 миллионов метров (9 тысяч километров). В расстояние между Землей и Проксимой Центавра (40 квадриллионов метров) поместятся 4 миллиарда таких территорий. Расстояние между Млечным Путём и Андромедой составляет 20 секстиллионов метров (2.446;10^22). Между ними поместятся 3 квадриллиона территорий России, или 2.7x10^15 штук, или всего 26 галактик Млечного Пути. Тогда как во всю видимую Вселенную поместятся 100 квинтиллионов территорий.
15. Средний размер человека - 2 метра. Во Вселенную поместятся 178.3 кватуорвигинтиллион (75 нулей) человек, если ими заполнить всё видимое космическое пространство впритык. Млечном Пути - 3.5 октодециллион человек (57 нулей), или 3.5 новемдециллиона, если заселить всё звёздное пространство нашей галактики. А так как галактик приблизительно 2 триллиона штук, больших и маленьких, то общая сумма всего населения человечества во всех галактиках составит примерно 7 тревигинтиллионов, или 7x10^72 человек. Сможете прокормить такое количество людей? В среднем человек весит примерно 70 килограмм и потребляет примерно 2843 килокалории в день. Следовательно, чтобы прокормить такое количество людей, нужно производить 20 кватуорвигинтиллионов (2x10^76) калорий в день! Что примерно равняется 5 тревигинтиллионам (5x10^72) грамм белка (1 грамм белка = 4 ккал). Если перевести это число в джоули, то получится примерно 300 квинвигинтиллионов (3.3x10^80) джоулей. Что равняется примерно 900 сексдециллионам (9x10^53) звёзд подобных Солнцу. Во Вселенной звёзд всего септиллион, что примерно в нониллион раз меньше необходимого. Продолжим. В объём Солнечной системы поместятся 1.5 дуодециллиона человек, или 1.5x10^39. А по всей Земле, в глубине и вышине, поместятся примерно 541 квинтиллионов человек, или 5.4x10^20, для которых нужно будет 1 535 220 000 000 000 000 000 000 калорий в день, что равняется пяти секстиллионам булочек по 100 грамм в общей сумме.
16. Возраст Вселенной - 4.3;10^17 секунд, или 13.8 миллирдов лет. Средняя жизнь человека - 72.6 года, или 3 миллиарда секунд. Возраст Земли - 1.43;10^17 секунд, или 4.5 миллиарда лет. Вселенная прожила примерно один квинтиллион человеческих жизней, тогда как Земля - примерно пятьдесят квадриллионов человеческих жизней. Одна человеческая жизнь составляет примерно 6.97674;10^-9 секунд от всей жизни Вселенной, или 2.0979;10^-8 секунд Земли... Что равняется 0.0000000007 и 0.0000000021 жизни, соответственно.
17. Человек меньше Вселенной в 5 сексвигинтиллионов раз, то есть число с 81 нулём после запятой на конце. Тогда как если сравнивать с Млечным Путём, получается примерно 30 новемдециллиона раз, или число с 61 нулём после запятой. С Солнечной системой - примерно в 60 дуодециллионов раз, то есть с 40 нулями после запятой. С Землей - в 2 секстиллиона раз...
18. Это огромные, но конечные величины, наравне с которыми человек просто исчезает при округлении. Незначительность на этих просторах, где правят бесконечные величины, заставляет спросить многих людей: а зачем вы так волнуетесь о своих проблемах, тем более, о "каре Божьей", если ваше тело меньше в секстиллионы раз даже собственной планеты? Мы есть всего-то облако из примерно ста квиндециллионов атомов (1x10^50), бороздящее бездну космоса со скоростью 220/230 километров в секунду, или 828000 км в час. То есть мы проделываем за целый век (876582 часов) где-то 725 809 896 000 километров, что равняется 0.07672 световых лет, или 8x10^-13 раз меньше пути по всей видимой Вселенной, если брать по прямой. Какая значимость и уж тем более какое величие могут быть в ваших страданиях или достижениях, в таком случае? И какая повинность?.. Мы настолько незначительны, что любая возможность наказания перед Богом меркнет среди двух триллионов галактик, большая часть которых даже недосягаема нашему глазу. А ведь это только видимая часть Вселенной, то есть даже не бесконечность! Поэтому вызывает смех с ноткой иронической грусти, когда слышишь от кого-то "должен"... Нас эти масштабы попросту не касаются, что ещё раз говорит о нашей ничтожности и незначительности. Чем меньше существо, тем больше оно о себе кричит.
19. Если во Вселенной есть смысл, значение и причина, то они человека никак не касаются. Человеческое существование в большей степени мнимо и незначительно.
20. Если есть истина, то только в этом, - в просторах Вселенной и общей ничтожности каждого живущего.
История и предполагаемое будущее Вселенной:
* Эпоха Планка (10^-43 секунды). Это эпоха в традиционной (неинфляционной) космологии Большого взрыва сразу после события, положившего начало известной Вселенной. В эту эпоху температура и средние энергии во Вселенной были настолько высоки, что повседневные субатомные частицы не могли формироваться, и даже четыре фундаментальные силы, формирующие Вселенную, - гравитация, электромагнетизм, слабое ядерное взаимодействие и сильное ядерное взаимодействие - были нарушены и объединились и образовали одну фундаментальную силу. Мало что известно о физике при этой температуре; разные гипотезы предлагают разные сценарии. Традиционная космология Большого взрыва предсказывает гравитационную сингулярностьдо этого времени, но эта теория опирается на общую теорию относительности, которая, как считается, не работает в эту эпоху из-за квантовых эффектов. В инфляционных моделях космологии время до окончания инфляции (примерно 10^-32 секунды после Большого Взрыва) не соответствует той же временной шкале, что и в традиционной космологии Большого взрыва. Модели, которые стремятся описать вселенную и физику в эпоху Планка, обычно носят спекулятивный характер и подпадают под определение "новой физики". Примеры включают начальное состояние Хартла-Хокинга, ландшафт теории струн, космологию струнного газа и экпиротическую вселенную.
* Эпоха великого объединения (10^-43 до 10^-36 секундами после БВ). По мере расширения и охлаждения Вселенной она пересекала переходные температуры, при которых силы отделялись друг от друга. Эти фазовые переходы можно представить себе подобно фазовым переходам конденсации и замерзания обычной материи. При определенных температурах/энергиях молекулы воды меняют свое поведение и структуру, и они будут вести себя совершенно по-другому. Подобно тому, как пар превращается в воду, поля, определяющие фундаментальные силы и частицы нашей Вселенной, также полностью меняют свое поведение и структуру, когда температура/энергия падает ниже определенной точки. Это не заметно в повседневной жизни, потому что происходит только при гораздо более высоких температурах, чем мы обычно наблюдаем в нашей сегодняшней Вселенной. Считается, что эти фазовые переходы в фундаментальных силах Вселенной вызваны явлением квантовых полей, называемым "нарушением симметрии". Говоря обыденным языком, по мере остывания Вселенной квантовые поля, создающие силы и частицы вокруг нас, становятся возможными для оседания на более низких энергетических уровнях и с более высокими уровнями стабильности. При этом они полностью меняют способы взаимодействия. Силы и взаимодействия возникают благодаря этим полям, поэтому Вселенная может вести себя совершенно по-разному выше и ниже фазового перехода. Например, в более позднюю эпоху побочным эффектом одного фазового перехода является то, что внезапно многие частицы, не имевшие массы, приобретают массу (они начинают по-разному взаимодействовать с полем Хиггса), и единая сила начинает проявляться как две отдельные силы. Если предположить, что природа описывается так называемой Большой единой теорией (GUT), то эпоха Великого объединения началась с подобного фазового перехода, когда гравитация отделилась от универсальной объединенной калибровочной силы. Это привело к тому, что теперь существуют две силы: гравитация и электрослабое взаимодействие. Пока нет веских доказательств существования такой объединенной силы, но многие физики считают, что она существует. Физика этого электросильного взаимодействия будет описана Большой единой теорией. Эпоха Великого объединения завершилась вторым фазовым переходом, когда электрослабое взаимодействие, в свою очередь, отделилось и стало проявляться как два отдельных взаимодействия, названных сильным и электрослабым взаимодействиями.
* Электрослабая эпоха (10^-36 до 10^-32 секундами после БВ). В зависимости от того, как определяются эпохи, и от модели, которой придерживаются, электрослабая эпоха может считаться начавшейся до или после инфляционной эпохи. В некоторых моделях она описывается как включающая инфляционную эпоху. В других моделях считается, что электрослабая эпоха начинается после окончания инфляционной эпохи, примерно через 10^-32 секунды. Согласно традиционной космологии Большого взрыва, электрослабая эпоха началась через 10^-36 секунд после Большого взрыва, когда температура Вселенной была достаточно низкой (10^28 K), чтобы электронно-ядерные силы начали проявляться в виде двух отдельных взаимодействий - сильного и электрослабого. (Электрослабое взаимодействие также отделится позже, разделившись на электромагнитное и слабое взаимодействие). Точная точка, в которой была нарушена электрослабая симметрия, не определена из-за спекулятивных и пока еще неполных теоретических знаний.
* Инфляционная эпоха и стремительное расширение космоса (с 10^-32 секунды). В этой точке очень ранней Вселенной метрика, определяющая расстояние в пространстве, внезапно и очень быстро изменилась в масштабе, в результате чего ранняя Вселенная по крайней мере в 10^78 раз превысила свой прежний объем (а возможно, и намного больше). Это эквивалентно линейному увеличению по крайней мере в 10^26 раз в каждом пространственном измерении - эквивалентно объекту длиной 1 нанометр (10^-9 м, примерно половина ширины молекулы ДНК), расширяющемуся до объекта длиной примерно 10,6 световых лет (100 триллионов километров) за крошечную долю секунды. Это изменение известно как инфляция. Хотя свет и объекты в пространстве-времени не могут двигаться быстрее скорости света, в данном случае изменился масштаб метрики, определяющей размер и геометрию самого пространства-времени. Изменения в метрике не ограничиваются скоростью света. Основываясь на убедительных свидетельствах наблюдений, широко признано, что это действительно имело место. Однако причины, по которым это произошло, являются предметом догадок. Хотя существуют модели, объясняющие, почему и как это произошло, неясно, какая из них верна. В нескольких наиболее известных моделях считается, что он был вызван разделением сильного и электрослабого взаимодействий, которое завершило эпоху великого объединения. Одним из теоретических продуктов этого фазового перехода было скалярное поле, называемое инфлатонным полем. Когда это поле установилось в состояние с самой низкой энергией во всей Вселенной, оно породило огромную силу отталкивания, которая привела к быстрому расширению метрики, определяющей само пространство. Инфляция объясняет ряд наблюдаемых свойств нынешней Вселенной, которые иначе трудно объяснить, в том числе объясняет, как сегодняшняя Вселенная оказалась такой чрезвычайно однородной (похожей) на очень больших масштабах, хотя на ранних стадиях она была крайне неупорядоченной. Точно неизвестно, когда закончилась инфляционная эпоха, но считается, что это произошло между 10^-33 и 10^-32 секундами после Большого взрыва. Быстрое расширение пространства означало, что элементарные частицы, оставшиеся от эпохи великого объединения, теперь были распределены по Вселенной очень тонко. Однако огромная потенциальная энергия инфлатонного поля была высвобождена в конце инфляционной эпохи, когда инфлатонное поле распалось на другие частицы, что известно как "повторный нагрев". Этот эффект нагрева привел к тому, что Вселенная была заселена плотной, горячей смесью кварков, антикварков и глюонов. В других моделях повторное нагревание часто считается началом электрослабой эпохи, а некоторые теории, такие как теплая инфляция, полностью избегают фазы повторного нагревания. В нетрадиционных версиях теории Большого взрыва (известных как "инфляционные" модели) инфляция закончилась при температуре, соответствующей примерно 10^-32 секундам после Большого взрыва, но это не означает, что инфляционная эра длилась менее 10^-32 секунд. Чтобы объяснить наблюдаемую однородность Вселенной, продолжительность в этих моделях должна быть больше, чем 10^-32 секунды. Поэтому в инфляционной космологии самое раннее значимое время "после Большого взрыва" - это время окончания инфляции. После окончания инфляции Вселенная продолжала расширяться, но гораздо медленнее. Около 4 миллиардов лет назад расширение постепенно начало снова ускоряться. Считается, что это произошло из-за того, что темная энергия стала доминировать в крупномасштабном поведении Вселенной. Она продолжает расширяться и сегодня. 17 марта 2014 года астрофизики коллаборации BICEP2 объявили об обнаружении инфляционных гравитационных волн в спектре мощности B-моды, что было интерпретировано как четкое экспериментальное доказательство теории инфляции. Однако 19 июня 2014 года было сообщено о снижении уверенности в подтверждении выводов о космической инфляции, и, наконец, 2 февраля 2015 года совместный анализ данных, полученных с BICEP2/Keck и микроволнового космического телескопа Planck Европейского космического агентства, позволил сделать вывод, что статистическая "значимость [данных] слишком мала, чтобы интерпретировать их как обнаружение первобытных B-мод", и может быть отнесена в основном на счет поляризованной пыли в Млечном Пути.
* Электрослабая эпоха и раняя термализация (с 10^-22 и 10^-15 до 10^12 секунд после БВ). Через некоторое время после инфляции созданные частицы прошли через термализацию, где взаимные взаимодействия приводят к тепловому равновесию. Самая ранняя стадия, о которой мы вполне уверены, наступает за некоторое время до нарушения электрослабой симметрии, при температуре около 10^15 К, примерно через 10^-15 секунд после Большого взрыва. Электромагнитное и слабое взаимодействия еще не разошлись, и, насколько нам известно, все частицы были безмассовыми, поскольку механизм Хиггса еще не работал. Однако предполагается, что существовали экзотические массивные частицы - сфалероны. Эта эпоха закончилась нарушением электрослабой симметрии; согласно стандартной модели физики частиц, на этом этапе также произошел бариогенез, создавший дисбаланс между материей и антиматерией (хотя в расширениях этой модели это могло произойти и раньше). О деталях этих процессов известно мало.
* Нарушение электрослабой симметрии (10^-12 секунд после БВ). Когда температура Вселенной продолжала падать ниже 159,5+-1,5 ГэВ, произошло нарушение электрослабой симметрии. Насколько нам известно, это было предпоследнее событие нарушения симметрии в процессе формирования нашей Вселенной, последним было нарушение хиральной симметрии в кварковом секторе. Это имеет два взаимосвязанных эффекта:
1. Благодаря механизму Хиггса все элементарные частицы, взаимодействующие с полем Хиггса, становятся массивными, будучи безмассовыми на более высоких энергетических уровнях.
2. В качестве побочного эффекта слабые ядерные и электромагнитные силы, а также соответствующие им бозоны (W- и Z-бозоны и фотон) начинают по-разному проявляться в нынешней Вселенной. До нарушения электрослабой симметрии все эти бозоны были безмассовыми частицами и взаимодействовали на больших расстояниях, но в этот момент W- и Z-бозоны резко становятся массивными частицами, взаимодействующими только на расстояниях меньше размера атома, а фотон остается безмассовым и продолжает взаимодействовать на больших расстояниях.
После нарушения электрослабой симметрии фундаментальные взаимодействия, о которых мы знаем - гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное взаимодействия - приняли свои нынешние формы, и фундаментальные частицы имеют ожидаемые массы, но температура Вселенной все еще слишком высока, чтобы позволить стабильное образование многих частиц, которые мы сейчас видим во Вселенной, поэтому нет протонов и нейтронов, а значит, нет атомов, атомных ядер и молекул. (Точнее, любые составные частицы, которые образуются случайно, почти сразу же распадаются снова из-за экстремальных энергий).
* Кварковая эпоха (10^-12 и 10^-5 секунды п.Б.В). Эпоха кварков началась примерно через 10^-12 секунд после Большого взрыва. Это был период в эволюции ранней Вселенной сразу после нарушения электрослабой симметрии, когда фундаментальные взаимодействия гравитации, электромагнетизма, сильного взаимодействия и слабого взаимодействия приняли свои нынешние формы, но температура Вселенной была еще слишком высокой, чтобы кварки могли соединиться вместе и образовать адроны. В эпоху кварка Вселенная была заполнена плотной, горячей кварк-глюонной плазмой, содержащей кварки, лептоны и их античастицы. Столкновения между частицами были слишком энергичными, чтобы кварки могли объединиться в мезоны или барионы. Эпоха кварков закончилась, когда возраст Вселенной составлял около 10^-5 секунд, когда средняя энергия взаимодействий частиц упала ниже массы самого легкого адрона - пиона.
* Бариогенез (10^-11 секунд). Барионы - это субатомные частицы, такие как протоны и нейтроны, которые состоят из трех кварков. Можно было бы ожидать, что и барионы, и частицы, известные как антибарионы, образуются в равных количествах. Однако, похоже, этого не произошло - насколько нам известно, во Вселенной осталось гораздо больше барионов, чем антибарионов. На самом деле, в природе почти не наблюдается антибарионов. Неясно, как это произошло. Любое объяснение этого явления должно допускать, что условия Сахарова, связанные с бариогенезом, были выполнены в какое-то время после окончания космологической инфляции. Современная физика частиц предлагает асимметрии, при которых эти условия будут выполнены, но эти асимметрии кажутся слишком малыми, чтобы объяснить наблюдаемую барион-антибарионную асимметрию Вселенной.
* Адронная эпоха (10^-5 до 1 секунды п.Б.В). Кварк-глюонная плазма, из которой состоит Вселенная, охлаждается до тех пор, пока не образуются адроны, включая барионы, такие как протоны и нейтроны. Первоначально могли образовываться пары адрон/антиадрон, поэтому материя и антиматерия находились в тепловом равновесии. Однако по мере снижения температуры Вселенной новые пары адронов/антиадронов больше не образовывались, и большинство вновь образованных адронов и антиадронов аннигилировали друг с другом, порождая пары высокоэнергетических фотонов. Сравнительно небольшой остаток адронов оставался примерно в 1 секунду космического времени, когда эта эпоха закончилась. Теория предсказывает, что на каждые 6 протонов останется примерно 1 нейтрон, а со временем из-за распада нейтронов это соотношение снизится до 1:7. Считается, что это верно, поскольку на более поздней стадии нейтроны и некоторые протоны слились, оставив водород, изотоп водорода под названием дейтерий, гелий и другие элементы, которые можно измерить. Соотношение адронов 1:7 действительно привело бы к наблюдаемому соотношению элементов в ранней и современной Вселенной.
* Фон космического нейтрино (через секунду п.Б.В). Примерно через 1 секунду после Большого взрыва нейтрино распадаются и начинают свободно перемещаться в пространстве. Поскольку нейтрино редко взаимодействуют с веществом, эти нейтрино существуют и сегодня, аналогично гораздо более позднему космическому микроволновому фону, испускаемому во время рекомбинации, примерно через 370 000 лет после Большого взрыва. Нейтрино от этого события имеют очень низкую энергию, примерно в 10^-10 раз меньше той, которую можно наблюдать при современном прямом обнаружении. Даже высокоэнергетические нейтрино, как известно, трудно обнаружить, поэтому этот космический нейтринный фон (C;B), возможно, не будет непосредственно наблюдаться в деталях в течение многих лет, если вообще будет наблюдаться. Однако космология Большого взрыва делает много предсказаний о C;B, и есть очень сильные косвенные доказательства того, что C;B существует, как из предсказаний нуклеосинтеза Большого взрыва о количестве гелия, так и из анизотропии в космическом микроволновом фоне (CMB). Одно из этих предсказаний заключается в том, что нейтрино оставили тонкий отпечаток на МГБ. Хорошо известно, что МДБ имеет неоднородности. Некоторые флуктуации МДБ имеют примерно регулярный интервал из-за эффекта барионных акустических осцилляций. Теоретически, расщепленные нейтрино должны были оказать очень незначительное влияние на фазу различных флуктуаций МДБ. В 2015 году было сообщено, что такие сдвиги были обнаружены в МДБ. Более того, флуктуации соответствовали нейтрино с температурой, почти точно соответствующей температуре, предсказанной теорией Большого взрыва (1,96 +- 0,02 К по сравнению с предсказанной 1,95 К), и ровно тремя типами нейтрино, то есть тем же числом нейтринных ароматов, которые предсказывает Стандартная модель.
* Эпоха лептонов (от 1 до 10 секунды п.Б.В). Большинство адронов и антиадронов аннигилируют друг с другом в конце адронной эпохи, оставляя лептоны (такие как электрон, мюоны и некоторые нейтрино) и антилептоны, доминирующие в массе Вселенной. Лептонная эпоха следует по тому же пути, что и предыдущая адронная эпоха. Первоначально лептоны и антилептоны образуются парами. Примерно через 10 секунд после Большого взрыва температура Вселенной падает до точки, при которой новые лептон-антилептонные пары больше не создаются, и большинство оставшихся лептонов и антилептонов быстро аннигилируют друг с другом, порождая пары высокоэнергетических фотонов и оставляя небольшой остаток неаннигилированных лептонов.
* Фотонная эпоха (между 10 секундами и 370 тыс. лет п.Б.В). После аннигиляции большинства лептонов и антилептонов в конце лептонной эпохи большая часть массы-энергии Вселенной остается в форме фотонов. (Большая часть остальной массы-энергии находится в форме нейтрино и других релятивистских частиц) Поэтому в энергии Вселенной и ее общем поведении доминируют фотоны. Эти фотоны продолжают часто взаимодействовать с заряженными частицами, т.е. электронами, протонами и (в конечном итоге) ядрами. Они будут продолжать это делать в течение следующих 370 000 лет.
* Нуклеосинтез лёгких элементов (между 2 и 20 минутами п.Б.В). Примерно через 2-20 минут после Большого взрыва температура и давление во Вселенной позволили произойти ядерному синтезу, в результате которого возникли ядра нескольких легких элементов, помимо водорода ("нуклеосинтез Большого взрыва"). Около 25% протонов и все нейтроны сливаются с образованием дейтерия, изотопа водорода, а большая часть дейтерия быстро сливается с образованием гелия-4. Атомные ядра легко расцепляются (распадаются) выше определенной температуры, связанной с их энергией связи. Начиная примерно с 2 минуты, падение температуры означает, что дейтерий больше не расцепляется и является стабильным, а начиная примерно с 3 минуты, гелий и другие элементы, образованные при слиянии дейтерия, также больше не расцепляются и являются стабильными. короткая продолжительность и падение температуры означают, что могут происходить только самые простые и быстрые термоядерные процессы. Образуются лишь ничтожные количества ядер, помимо гелия, поскольку нуклеосинтез более тяжелых элементов затруднен и требует тысячи лет даже в звездах. Образуются небольшие количества трития (другого изотопа водорода) и бериллия-7 и -8, но они нестабильны и быстро теряются вновь. Небольшое количество дейтерия остается нерасщепленным из-за очень короткой продолжительности. Поэтому единственными стабильными нуклидами, образовавшимися к концу нуклеосинтеза Большого взрыва, являются протий (ядро с одним протоном/водородом), дейтерий, гелий-3, гелий-4 и литий-7. По массе полученная материя состоит примерно из 75% ядер водорода, 25% ядер гелия и, возможно, 10^-10 по массе лития-7. Следующими наиболее распространенными стабильными изотопами являются литий-6, бериллий-9, бор-11, углерод, азот и кислород ("CNO"), но их предсказанное количество составляет от 5 до 30 частей в 10^15 по массе, что делает их практически необнаружимыми и незначительными. Количество каждого легкого элемента в ранней Вселенной можно оценить по старым галактикам, и это является сильным доказательством Большого взрыва. Например, в результате Большого взрыва на каждые 7 протонов должен приходиться 1 нейтрон, что позволяет 25% всех нуклонов слиться в гелий-4 (2 протона и 2 нейтрона из каждых 16 нуклонов), и именно это количество мы находим сегодня, причем гораздо больше, чем можно легко объяснить другими процессами. Аналогичным образом, дейтерий чрезвычайно легко плавится; любое альтернативное объяснение должно также объяснить, каким образом существовали условия для образования дейтерия, но при этом часть дейтерия осталась нерасплавленной и не была немедленно снова превращена в гелий. Любая альтернатива должна также объяснить пропорции различных легких элементов и их изотопов. Несколько изотопов, например, литий-7, присутствовали в количествах, отличающихся от теоретических, но со временем эти различия были устранены благодаря более точным наблюдениям.
* Господство материи (47000 лет п.Б.В). До сих пор крупномасштабная динамика и поведение Вселенной определялись в основном излучением - то есть теми составляющими, которые движутся релятивистски (со скоростью света или близкой к ней), такими как фотоны и нейтрино. По мере остывания Вселенной, начиная примерно с 47 000 лет (красное смещение z = 3600), в крупномасштабном поведении Вселенной начинает преобладать материя. Это происходит потому, что плотность энергии материи начинает превышать плотность энергии излучения и плотность энергии вакуума. Примерно через 47 000 лет плотности нерелятивистской материи (атомных ядер) и релятивистского излучения (фотонов) становятся равными, длина Джинса, определяющая наименьшие структуры, которые могут образоваться (из-за конкуренции между гравитационным притяжением и эффектами давления), начинает падать, и возмущения, вместо того чтобы быть стертыми свободно распространяющимся излучением, могут начать расти по амплитуде. Согласно модели Lambda-CDM, к этому моменту материя во Вселенной составляет около 84,5% холодной темной материи и 15,5% "обычной" материи. Имеются убедительные доказательства того, что темная материя существует и доминирует в нашей Вселенной, но поскольку точная природа темной материи до сих пор не понята, теория Большого взрыва в настоящее время не охватывает никаких этапов ее образования. С этого момента и в течение нескольких миллиардов лет присутствие темной материи ускоряет формирование структуры в нашей Вселенной. В ранней Вселенной темная материя постепенно собирается в огромные нити под действием гравитации, разрушаясь быстрее, чем обычная (барионная) материя, поскольку ее разрушение не замедляется давлением излучения. Это усиливает крошечные неоднородности (неровности) в плотности Вселенной, которые были оставлены космической инфляцией. Со временем слегка более плотные области становятся более плотными, а слегка разреженные (пустые) области становятся более разреженными. Обычная материя в конечном итоге собирается вместе быстрее, чем это происходило бы в противном случае, из-за присутствия этих концентраций темной материи. Свойства темной материи, позволяющие ей быстро коллапсировать без давления излучения, также означают, что она не может терять энергию за счет излучения. Потеря энергии необходима для того, чтобы частицы коллапсировали в плотные структуры после определенного момента. Поэтому темная материя коллапсирует в огромные, но диффузные нити и гало, а не в звезды или планеты. Обычная материя, которая может терять энергию за счет излучения, при коллапсе образует плотные объекты, а также газовые облака.
* Рекомбинация (370000 лет п.Б.В). Примерно через 370 000 лет после Большого взрыва произошли два взаимосвязанных события: окончание рекомбинации и расцепление фотонов. Рекомбинация описывает объединение ионизированных частиц с образованием первых нейтральных атомов, а расцепление - высвобождение фотонов ("расцепление") по мере того, как вновь образованные атомы переходят в более стабильные энергетические состояния. Непосредственно перед рекомбинацией барионная материя во Вселенной имела температуру, при которой она образовывала горячую ионизированную плазму. Большинство фотонов во Вселенной взаимодействовали с электронами и протонами и не могли преодолевать значительные расстояния, не взаимодействуя с ионизированными частицами. В результате Вселенная была непрозрачной или "туманной". Хотя свет существовал, его невозможно было увидеть, и мы не могли наблюдать этот свет с помощью телескопов. Начиная примерно с 18 000 лет, Вселенная охладилась до такой степени, что свободные электроны могут соединяться с ядрами гелия, образуя He+ атомы. Нейтральные ядра гелия начинают формироваться примерно через 100 000 лет, а образование нейтрального водорода достигает максимума примерно через 260 000 лет. Этот процесс известен как рекомбинация. Это название несколько неточно и дано по историческим причинам: на самом деле электроны и атомные ядра соединялись впервые. Примерно за 100 000 лет Вселенная достаточно остыла, чтобы образовалась первая молекула - гидрид гелия. В апреле 2019 года было объявлено, что эта молекула впервые наблюдалась в межзвездном пространстве, в NGC 7027, планетарной туманности в нашей галактике. (Гораздо позже атомарный водород вступил в реакцию с гидридом гелия, в результате чего образовался молекулярный водород - топливо, необходимое для формирования звезд). Прямое объединение в низкоэнергетическом состоянии (основном состоянии) менее эффективно, поэтому атомы водорода обычно образуются с электронами, находящимися в высокоэнергетическом состоянии, и после объединения электроны быстро высвобождают энергию в виде одного или нескольких фотонов при переходе в низкоэнергетическое состояние. Такое высвобождение фотонов известно как фотонная развязка. Некоторые из этих отсоединенных фотонов захватываются другими атомами водорода, остальные остаются свободными. К концу рекомбинации большинство протонов во Вселенной образуют нейтральные атомы. Этот переход от заряженных к нейтральным частицам означает, что средний свободный путь, который фотоны могут пройти до захвата, фактически становится бесконечным, поэтому любые отделившиеся фотоны, которые не были захвачены, могут свободно перемещаться на большие расстояния. Вселенная впервые в своей истории стала прозрачной для видимого света, радиоволн и другого электромагнитного излучения. Фотоны, испускаемые этими вновь образованными атомами водорода, изначально имели температуру/энергию около ~ 4000 К. Это было бы видно глазу как бледно-желтый/оранжевый оттенок, или "мягкий" белый цвет. За миллиарды лет, прошедших с момента разделения, по мере расширения Вселенной фотоны сместились от видимого света к радиоволнам (микроволновое излучение, соответствующее температуре около 2,7 К). Красное смещение описывает приобретение фотонами большей длины волны и меньшей частоты по мере расширения Вселенной в течение миллиардов лет, так что они постепенно превратились из видимого света в радиоволны. Эти же фотоны можно обнаружить в виде радиоволн и сегодня. Они образуют космический микроволновый фон и являются важнейшим свидетельством ранней Вселенной и ее развития. Примерно в то же время, что и рекомбинация, существующие волны давления в электронно-барионной плазме - известные как барионные акустические колебания - встраивались в распределение материи по мере ее конденсации, что приводило к очень незначительному предпочтению в распределении крупномасштабных объектов. Поэтому космический микроволновый фон представляет собой картину Вселенной в конце этой эпохи, включая крошечные флуктуации, возникшие во время инфляции, а распространение таких объектов, как галактики, во Вселенной является показателем масштаба и размера Вселенной по мере ее развития во времени.
* Тёмная Эра. После рекомбинации и разделения Вселенная стала прозрачной и достаточно охладилась, чтобы свет мог проходить большие расстояния, но в ней не было структур, производящих свет, таких как звезды и галактики. Звезды и галактики образуются, когда плотные области газа формируются под действием гравитации, а это занимает много времени в условиях почти равномерной плотности газа и в необходимых масштабах, поэтому, по оценкам, звезды не существовали в течение, возможно, сотен миллионов лет после рекомбинации. Этот период, известный как Темные века, начался примерно через 370 000 лет после Большого взрыва. Во время Темных веков температура Вселенной остыла примерно с 4000 К до 60 К (3727 °C до -213 °C), и существовало только два источника фотонов: фотоны, высвобождаемые при рекомбинации/распаде (при образовании нейтральных атомов водорода), которые мы можем обнаружить и сегодня в качестве космического микроволнового фона (КМБ), и фотоны, периодически высвобождаемые нейтральными атомами водорода, известные как 21-см спиновая линия нейтрального водорода. Спиновая линия водорода находится в микроволновом диапазоне частот, и в течение 3 миллионов лет фотоны CMB сместились из видимого света в инфракрасный; с тех пор и до появления первых звезд фотоны видимого света отсутствовали. За исключением, возможно, некоторых редких статистических аномалий, Вселенная была действительно темной. Первое поколение звезд, известное как звезды популяции III, сформировалось в течение нескольких сотен миллионов лет после Большого взрыва. Эти звезды были первым источником видимого света во Вселенной после рекомбинации. Структуры могли зародиться примерно через 150 миллионов лет, а ранние галактики - примерно через 380-700 миллионов лет. (У нас нет отдельных наблюдений очень ранних отдельных звезд; самые ранние наблюдаемые звезды обнаружены как участники очень ранних галактик). По мере их появления Темные века постепенно заканчивались. Поскольку этот процесс был постепенным, темные века полностью закончились только около 1 миллиарда лет назад, когда Вселенная приняла свой нынешний вид.
* Древние звёзды и галактики. В настоящее время наши самые старые наблюдения звезд и галактик относятся к периоду вскоре после начала реионизации, а такие галактики, как GN-z11 (космический телескоп Хаббл, 2016 год), находятся на уровне z;11.1 (около 400 миллионов лет космического времени). Преемник Хаббла, космический телескоп Джеймса Вебба, запущенный в декабре 2021 года, предназначен для обнаружения объектов в 100 раз более слабых, чем Хаббл, и гораздо более ранних в истории Вселенной, вплоть до красного смещения z;20 (около 180 миллионов лет космического времени). Считается, что это раньше, чем возникли первые галактики, и примерно в эпоху появления первых звезд. Также ведутся наблюдения для обнаружения слабого 21-см излучения спиновой линии, поскольку в принципе это еще более мощный инструмент, чем космический микроволновый фон, для изучения ранней Вселенной.
* Возникновение структур. Материя во Вселенной состоит примерно на 84,5% из холодной темной материи и на 15,5% из "обычной" материи. С начала эры, в которой доминирует материя, темная материя постепенно собиралась в огромные рассеянные (диффузные) нити под действием гравитации. Обычная материя в конечном итоге собирается вместе быстрее, чем в противном случае, из-за присутствия этих концентраций темной материи. Она также немного плотнее на обычных расстояниях из-за ранних барионных акустических колебаний (БАО), которые стали частью распределения материи, когда фотоны распались. В отличие от темной материи, обычная материя может терять энергию многими путями, что означает, что при коллапсе она может терять энергию, которая в противном случае удерживала бы ее, и коллапсировать быстрее и в более плотные формы. Обычная материя собирается там, где темная материя плотнее, и в этих местах она коллапсирует в облака, состоящие в основном из водородного газа. Из этих облаков формируются первые звезды и галактики. Там, где образовалось множество галактик, со временем возникают скопления галактик и суперкластеры. Между ними образуются большие пустоты с небольшим количеством звезд, отмечающие места, где темная материя стала менее распространенной. Точное время появления первых звезд, галактик, сверхмассивных черных дыр и квазаров, а также время начала и окончания периода, известного как реионизация, все еще активно исследуется, и периодически публикуются новые результаты. По состоянию на 2019 год самые ранние подтвержденные галактики датируются примерно 380-400 миллионами лет (например, GN-z11), что говорит об удивительно быстрой конденсации газовых облаков и скорости рождения звезд, а наблюдения за лесом Лайман-альфа и другими изменениями света древних объектов позволяют сузить временные рамки реионизации и ее окончательного завершения. Но все это по-прежнему является областью активных исследований. Формирование структур в модели Большого взрыва происходит иерархически, в результате гравитационного коллапса, причем более мелкие структуры формируются раньше более крупных. Самыми ранними структурами являются первые звезды (известные как звезды популяции III), карликовые галактики и квазары (которые считаются яркими, ранними активными галактиками, содержащими сверхмассивную черную дыру, окруженную направленным внутрь аккреционным диском газа). До этой эпохи эволюцию Вселенной можно было понять с помощью линейной космологической теории возмущений: то есть все структуры можно было понять как небольшие отклонения от идеальной однородной Вселенной. С вычислительной точки зрения это относительно просто для изучения. В этот момент начинают формироваться нелинейные структуры, и вычислительная задача становится гораздо сложнее, например, для моделирования N-тел с миллиардами частиц. Большой Космологический симулятор является высокоточным симулятором этой эпохи. Эти звезды популяции III также ответственны за превращение немногих легких элементов, образовавшихся во время Большого взрыва (водорода, гелия и небольшого количества лития), во многие более тяжелые элементы. Они могут быть как огромными, так и, возможно, маленькими и неметаллическими (без элементов, кроме водорода и гелия). Крупные звезды имеют очень короткий срок жизни по сравнению с большинством звезд Главной последовательности, которые мы видим сегодня, поэтому они обычно заканчивают сжигать свое водородное топливо и взрываются как сверхновые через миллионы лет, насыщая Вселенную более тяжелыми элементами в течение нескольких поколений. Они знаменуют собой начало звездной эры. Пока не найдено ни одной звезды популяции III, поэтому наше представление о них основано на вычислительных моделях их формирования и эволюции. К счастью, наблюдения за космическим микроволновым фоновым излучением могут быть использованы для определения времени начала формирования звезд. Анализ таких наблюдений, проведенных космическим микроволновым телескопом "Планк" в 2016 году, позволил сделать вывод, что первое поколение звезд могло сформироваться примерно через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Открытие в октябре 2010 года UDFy-38135539, первой наблюдаемой галактики, существовавшей в следующую эпоху реионизации, дает нам возможность заглянуть в эти времена. Впоследствии Ричард Дж. Боувенс из Лейденского университета и Гарт Д. Иллингворт из Калифорнийского университета/Обсерватории Лика обнаружили галактику UDFj-39546284, которая оказалась еще старше, примерно через 480 миллионов лет после Большого взрыва или примерно на полпути через Темные века 13,2 миллиарда лет назад. В декабре 2012 года были обнаружены первые галактики-кандидаты, датируемые периодом до реионизации: галактики UDFy-38135539, EGSY8p7 и GN-z11 были обнаружены примерно через 380-550 миллионов лет после Большого взрыва, 13,4 миллиарда лет назад и на расстоянии около 32 миллиардов световых лет (9,8 миллиарда парсек). Квазары предоставляют некоторые дополнительные доказательства раннего формирования структур. В их свете можно обнаружить такие элементы, как углерод, магний, железо и кислород. Это свидетельство того, что к моменту образования квазаров уже произошла массивная фаза звездообразования, включающая достаточное количество поколений звезд популяции III, чтобы возникли эти элементы.
* Реионизация. По мере постепенного формирования первых звезд, карликовых галактик и квазаров интенсивное излучение, которое они испускают, реионизирует большую часть окружающей Вселенной; расщепляя нейтральные атомы водорода обратно в плазму свободных электронов и протонов впервые после рекомбинации и распада. О реионизации свидетельствуют наблюдения за квазарами. Квазары являются разновидностью активных галактик и самыми светящимися объектами, наблюдаемыми во Вселенной. Электроны в нейтральном водороде имеют специфические схемы поглощения ультрафиолетовых фотонов, связанные с уровнями энергии электронов и называемые серией Лаймана. Ионизированный водород не имеет подобных уровней энергии электронов. Поэтому свет, проходящий через ионизированный водород и нейтральный водород, показывает разные линии поглощения. Ионизированный водород в межгалактической среде (особенно электроны) может рассеивать свет за счет томсоновского рассеяния, как это было до рекомбинации, но расширение Вселенной и слияние газа в галактики привело к тому, что к моменту реионизации его концентрация была слишком мала, чтобы сделать Вселенную полностью непрозрачной. Из-за огромного расстояния, пройденного светом (миллиарды световых лет), чтобы достичь Земли от структур, существовавших во время реионизации, любое поглощение нейтральным водородом краснеет на различные величины, а не на одну конкретную величину, что указывает на то, когда произошло поглощение тогдашнего ультрафиолетового света. Эти особенности позволяют изучать состояние ионизации в разные периоды прошлого. Реионизация началась в виде "пузырьков" ионизированного водорода, которые со временем становились все больше, пока вся межгалактическая среда не была ионизирована, когда линии поглощения нейтральным водородом стали редкими. Поглощение было обусловлено общим состоянием Вселенной (межгалактической среды), а не прохождением через галактики или другие плотные области. Реионизация могла начаться уже при z = 16 (250 миллионов лет космического времени) и в основном завершиться примерно к z = 9 или 10 (500 миллионов лет), а оставшийся нейтральный водород стал полностью ионизированным z = 5 или 6 (1 миллиард лет), когда впадины Ганна-Петтерсона, показывающие присутствие большого количества нейтрального водорода, исчезают. Межгалактическая среда остается преимущественно ионизированной и по сей день, исключение составляют некоторые оставшиеся облака нейтрального водорода, из-за которых в спектрах появляются леса Лайман-альфа. Эти наблюдения позволили сузить период времени, в течение которого происходила реионизация, но источник фотонов, вызвавших реионизацию, все еще не до конца определен. Для ионизации нейтрального водорода необходима энергия более 13,6 эВ, что соответствует ультрафиолетовым фотонам с длиной волны 91,2 нм или короче, а значит, источники должны были производить значительное количество ультрафиолета и более высоких энергий. Протоны и электроны будут рекомбинировать, если энергия не будет непрерывно подаваться, чтобы удерживать их друг от друга, что также накладывает ограничения на количество источников и их долговечность. Учитывая эти ограничения, можно предположить, что основными источниками энергии были квазары, звезды и галактики первого поколения. В настоящее время считается, что ведущими кандидатами от наиболее до наименее значимых являются звезды популяции III (самые ранние звезды) (возможно, 70%), карликовые галактики (очень ранние маленькие высокоэнергетические галактики) (возможно, 30%), а также вклад квазаров (класс активных галактических ядер). Однако к этому времени материя стала гораздо более распределенной из-за продолжающегося расширения Вселенной. Хотя нейтральные атомы водорода снова ионизировались, плазма была гораздо более разреженной и диффузной, и вероятность рассеяния фотонов была гораздо меньше. Несмотря на реионизацию, Вселенная во время реионизации оставалась в основном прозрачной из-за разреженности межгалактической среды. Реионизация постепенно закончилась, когда межгалактическая среда стала практически полностью ионизированной, хотя некоторые области нейтрального водорода все же существуют, создавая леса Лайман-альфа.
* Галактики, кластеры и суперкластеры. Под воздействием гравитации материя продолжает стягиваться вместе, образуя галактики. Звезды этого периода времени, известные как звезды популяции II, формируются на ранних стадиях этого процесса, а более поздние звезды популяции I образуются позже. Гравитационное притяжение также постепенно притягивает галактики друг к другу, образуя группы, кластеры и суперкластеры. Наблюдения Хаббла в сверхглубоком поле позволили выявить ряд небольших галактик, сливающихся в более крупные, в 800 миллионов лет космического времени (13 миллиардов лет назад). (Сейчас считается, что эта оценка возраста несколько завышена). Используя 10-метровый телескоп Keck II на Мауна-Кеа, Ричард Эллис из Калифорнийского технологического института в Пасадене и его команда обнаружили шесть звездообразующих галактик на расстоянии около 13,2 миллиарда световых лет, которые, следовательно, были созданы, когда возраст Вселенной составлял всего 500 миллионов лет. В настоящее время известно лишь около 10 таких чрезвычайно ранних объектов. Более поздние наблюдения показали, что их возраст короче, чем предполагалось ранее. Самая удаленная галактика, наблюдаемая по состоянию на октябрь 2016 года, GN-z11, находится на расстоянии 32 миллиардов световых лет, что стало возможным благодаря расширению пространства (z = 11,1; кочующее расстояние - 32 миллиарда световых лет; время обратного отсчета - 13,4 миллиарда лет).
* Эпоха доминирования тёмной энергии. Начиная примерно с 9,8 миллиарда лет космического времени, крупномасштабное поведение Вселенной, как полагают, постепенно изменилось в третий раз за ее историю. Первые 47 000 лет в ее поведении преобладало излучение (релятивистские составляющие, такие как фотоны и нейтрино), а примерно с 370 000 лет космического времени в ее поведении стала преобладать материя. В эпоху, когда в ней преобладала материя, расширение Вселенной начало замедляться, так как гравитация сдерживала первоначальное внешнее расширение. Но начиная примерно с 9,8 миллиарда лет космического времени, наблюдения показывают, что расширение Вселенной постепенно перестает замедляться и постепенно начинает ускоряться. Хотя точная причина неизвестна, это наблюдение признано правильным сообществом космологов. Наиболее распространенным является понимание того, что это связано с неизвестной формой энергии, которой дали название "темная энергия". "Темная" в данном контексте означает, что она не наблюдается непосредственно, и в настоящее время ее можно изучать только путем исследования влияния, которое она оказывает на Вселенную. В настоящее время ведутся исследования, направленные на понимание этой темной энергии. В настоящее время считается, что темная энергия является единственным крупнейшим компонентом Вселенной, поскольку она составляет около 68,3% всей массы-энергии физической Вселенной. Считается, что темная энергия действует как космологическая константа - скалярное поле, существующее во всем пространстве. В отличие от гравитации, влияние такого поля не ослабевает (или ослабевает медленно) по мере роста Вселенной. Хотя материя и гравитация изначально оказывают большее воздействие, их влияние быстро ослабевает по мере расширения Вселенной. Объекты во Вселенной, которые, как изначально видно, раздвигаются по мере расширения Вселенной, продолжают раздвигаться, но их движение наружу постепенно замедляется. Этот эффект замедления становится все меньше по мере расширения Вселенной. В конце концов, внешнее и отталкивающее действие темной энергии начинает преобладать над внутренним притяжением гравитации. Вместо того чтобы замедлиться и, возможно, начать двигаться внутрь под действием гравитации, примерно с 9,8 миллиарда лет космического времени расширение пространства начинает медленно ускоряться наружу с постепенно возрастающей скоростью.
* Конец. Существует несколько конкурирующих сценариев долгосрочной эволюции Вселенной. Какой из них произойдет, если произойдет вообще, зависит от точных значений физических констант, таких как космологическая постоянная, возможность распада протонов, энергия вакуума (то есть энергия самого "пустого" пространства) и естественные законы за пределами Стандартной модели. Если расширение Вселенной продолжится и она останется в своей нынешней форме, то в конце концов все галактики, кроме ближайших, будут удалены от нас расширением пространства с такой скоростью, что наша наблюдаемая Вселенная ограничится нашим собственным гравитационно связанным местным скоплением галактик. В очень отдаленной перспективе (через многие триллионы-тысячи миллиардов лет космического времени) закончится Звездная эра, поскольку звезды перестанут рождаться и даже самые долгоживущие звезды постепенно умрут. После этого все объекты во Вселенной остынут и (за исключением протонов) постепенно распадутся на составляющие их частицы, а затем на субатомные частицы, фотоны очень низкого уровня и другие фундаментальные частицы в результате множества возможных процессов. В конечном итоге, в экстремальном будущем, были предложены следующие сценарии конечной судьбы Вселенной:
1. Тепловая Смерть. По мере расширения Вселенная становится больше, холоднее и размывается; со временем все структуры распадаются на субатомные частицы и фотоны. В случае неограниченно продолжающегося метрического расширения пространства плотность энергии во Вселенной будет уменьшаться до тех пор, пока, по оценкам, через 10^1000 лет она не достигнет термодинамического равновесия, и никакая структура больше не будет возможна. Это произойдет только через чрезвычайно долгое время, потому что сначала часть (менее 0,1%) материи схлопнется в черные дыры, которые затем будут испаряться чрезвычайно медленно с помощью излучения Хокинга. Вселенная в этом сценарии перестанет быть способной поддерживать жизнь гораздо раньше, чем это произойдет, примерно через 10^14 лет, когда прекратится звездообразование. В некоторых Больших единых теориях распад протонов по истечении как минимум 10^34 лет превратит оставшийся межзвездный газ и звездные остатки в лептоны (такие как позитроны и электроны) и фотоны. Некоторые позитроны и электроны затем рекомбинируют в фотоны. В этом случае Вселенная достигла высокоэнтропийного состояния, состоящего из ванны частиц и низкоэнергетического излучения. Однако неизвестно, достигнет ли она в конечном итоге термодинамического равновесия. Гипотеза о всеобщей тепловой смерти берет начало в идеях Уильяма Томсона (лорда Кельвина) 1850-х годов, который экстраполировал классическую теорию тепла и необратимости (воплощенную в первых двух законах термодинамики) на Вселенную в целом.
2. Большой Разрыв. Расширение пространства ускоряется и в какой-то момент становится настолько экстремальным, что даже субатомные частицы и ткань пространства-времени разрываются и не могут существовать. При любом значении содержания темной энергии во Вселенной, когда коэффициент отрицательного давления меньше -1, скорость расширения Вселенной будет продолжать неограниченно увеличиваться. Гравитационно связанные системы, такие как скопления галактик, галактики и, в конечном счете, Солнечная система, будут разрываться на части. В конце концов, расширение будет настолько быстрым, что преодолеет электромагнитные силы, удерживающие молекулы и атомы вместе. Даже атомные ядра будут разорваны на части. Наконец, силы и взаимодействия даже в масштабе Планка - наименьший размер, для которого понятие "пространство" в настоящее время имеет смысл - больше не смогут происходить, поскольку сама ткань пространства-времени будет разрываться, и Вселенная, какой мы ее знаем, закончится в необычном виде сингулярности.
3. Большое сжатие. Расширение в конечном итоге замедляется и останавливается, а затем обращается вспять, когда вся материя ускоряется к общему центру. В настоящее время считается, скорее всего, неверным. В противоположном сценарию "Большого разрыва" случае метрическое расширение пространства в какой-то момент будет обращено вспять, и Вселенная сожмется в направлении горячего, плотного состояния. Это необходимый элемент сценариев осциллирующих вселенных, таких как циклическая модель, хотя Большой разрыв не обязательно подразумевает осциллирующую вселенную. Современные наблюдения показывают, что эта модель Вселенной вряд ли верна, и расширение будет продолжаться или даже ускоряться.
4. Нестабильный вакуум. Коллапс квантовых полей, которые лежат в основе всех сил, частиц и структур, в другую форму. Космология традиционно предполагала стабильную или, по крайней мере, метастабильную Вселенную, но возможность ложного вакуума в квантовой теории поля подразумевает, что Вселенная в любой точке пространства-времени может спонтанно коллапсировать в состояние с более низкой энергией (см. Зарождение пузырьков), более стабильное или "истинный вакуум", который затем будет расширяться наружу из этой точки со скоростью света. В результате квантовые поля, лежащие в основе всех сил, частиц и структур, перейдут в более стабильную форму. Новые силы и частицы заменят известные нам силы и частицы, при этом побочным эффектом будет то, что все существующие частицы, силы и структуры будут разрушены и впоследствии (если смогут) преобразованы в другие частицы, силы и структуры.
--> Мы где-то здесь -->
* 1000 лет, - Из-за лунных приливов, замедляющих вращение Земли, средняя продолжительность солнечного дня будет на 1;30 секунды СИ больше, чем сегодня. Чтобы компенсировать это, придется либо добавлять високосную секунду к концу дня несколько раз в течение каждого месяца, либо добавлять одну или несколько последовательных високосных секунд в конце некоторых или всех месяцев.
* 1100 лет, - По мере смещения полюсов Земли Гамма Цефея заменяет Полярную звезду в качестве северной полярной звезды.
* 10000 лет, - Если провал "ледяной пробки" подледникового бассейна Уилкса в ближайшие несколько столетий поставит под угрозу Восточно-Антарктический ледниковый щит, то для его полного таяния потребуется еще столько же времени. Уровень моря поднялся бы на 3-4 метра. Это один из потенциальных долгосрочных эффектов глобального потепления, не связанный с краткосрочной угрозой для Западно-Антарктического ледникового щита.
* 10000 лет, - Красная сверхгигантская звезда Антарес, скорее всего, взорвалась сверхновой. Взрыв должен быть хорошо виден на Земле при дневном свете.
* 11700 лет, - Когда полюса Земли смещаются, Вега, пятая по яркости звезда на небе, становится северной полярной звездой. Хотя на Земле сменяется множество различных северных полярных звезд, видимых невооруженным глазом, Вега - самая яркая из них.
* 10000 - 15000 лет, - К этому моменту, на полпути прецессионного цикла Земли, осевой наклон Земли изменится на противоположный, в результате чего лето и зима будут происходить на противоположных сторонах земной орбиты. Это означает, что времена года в Южном полушарии будут менее экстремальными, чем сегодня, поскольку оно будет обращено от Солнца в перигелии Земли и к Солнцу в афелии, в то время как времена года в Северном полушарии, которое испытывает более выраженные сезонные колебания из-за большей доли суши, будут более экстремальными.
* 15000 лет, - Согласно теории "сахарского насоса", колеблющийся наклон полюсов Земли переместит североафриканский муссон достаточно далеко на север, чтобы климат Сахары снова стал тропическим, как это было 5 000-10 000 лет назад.
* 17000 лет, - Наилучшая оценка частоты повторения "угрожающего цивилизации" извержения супервулкана, достаточно большого, чтобы выбросить один тератонн (один триллион тонн) пирокластического материала.
* 25000 лет, - Северная полярная ледяная шапка Марса может отступить, когда Марс достигнет пика потепления северного полушария в течение примерно 50 000-летнего аспекта прецессии перигелия цикла Миланковича.
* 36000 лет, - Небольшой красный карлик Ross 248 пройдет на расстоянии 3,024 световых лет от Земли, став самой близкой к Солнцу звездой. Примерно через 8 000 лет он отступит, и ближайшими звездами станут сначала Альфа Центавра (снова), а затем Gliese 445 (см. график).
* 50000 лет, - Согласно Бергеру и Лутре (2002), текущий межледниковый период закончится, отправив Землю обратно в ледниковый период текущего ледникового периода, независимо от воздействия антропогенного глобального потепления. Однако, согласно более поздним исследованиям, проведенным в 2016 году, антропогенное изменение климата, если его не контролировать, может задержать этот ожидаемый в противном случае ледниковый период еще на 50 000 лет, а в перспективе и вовсе пропустить его. Ниагарский водопад будет размывать оставшиеся 32 км до озера Эри и, следовательно, перестанет существовать. Множество ледниковых озер Канадского щита будут стерты послеледниковым отскоком и эрозией.
* 50000 лет, - Из-за лунных приливов, замедляющих вращение Земли, день на Земле, как ожидается, будет на одну секунду СИ длиннее, чем сегодня. Чтобы компенсировать это, к концу каждого дня придется либо добавить високосную секунду, либо официально удлинить продолжительность дня на одну секунду СИ.
* 100000 лет, - Собственное движение звезд по небесной сфере, возникающее в результате их перемещения по Млечному Пути, делает многие созвездия неузнаваемыми.
* 100000 лет, - Красная звезда-гипергигант VY Canis Majoris, скорее всего, взорвалась в результате сверхновой.
* 100000 лет, - Коренные североамериканские дождевые черви, такие как Megascolecidae, естественным образом распространились на север через Верхний Средний Запад США до границы Канады и США, восстанавливаясь после оледенения Лаврентийского ледникового щита (от 38° с.ш. до 49° с.ш.), предполагая скорость миграции 10 метров в год. (Однако люди уже завезли неместных инвазивных земляных червей Северной Америки в гораздо более короткие сроки, вызвав шок в региональной экосистеме).
* >100000 лет, - В качестве одного из долгосрочных последствий глобального потепления 10% антропогенного углекислого газа все еще будет оставаться в стабилизированной атмосфере.
* 250000 лет, - Kama;ehuakanaloa (бывший L;;ihi), самый молодой вулкан в цепи подводных гор Гавайи-Император, поднимется над поверхностью океана и станет новым вулканическим островом.
* 300000 лет, - В какой-то момент в ближайшие несколько сотен тысяч лет звезда Вольфа-Райета WR 104 может взорваться сверхновой. Существует небольшой шанс, что WR 104 вращается достаточно быстро, чтобы произвести гамма-всплеск, и еще меньший шанс, что такой GRB может представлять угрозу для жизни на Земле.
* 500000 лет, - Земля, скорее всего, будет поражена астероидом диаметром около 1 км, если предположить, что его не удастся предотвратить.
* 500000 лет, - Пересеченная местность Национального парка Бэдлендс в Южной Дакоте будет полностью размыта.
* 1 миллион лет, - Метеоритный кратер, большой ударный кратер в Аризоне, считающийся самым "свежим" в своем роде, будет износиться.
* 1 миллион лет, - Наибольшее расчетное время до взрыва сверхновой звезды Бетельгейзе - красного сверхгиганта. По крайней мере, в течение нескольких месяцев сверхновая будет видна на Земле при дневном свете. Исследования показывают, что эта сверхновая произойдет в течение миллиона лет, а возможно, и в ближайшие 100 000 лет.
* 1 миллион лет, - Дездемона и Крессида, луны Урана, вероятно, столкнутся.
* 1.28 миллионов лет, - Звезда Gliese 710 пройдет на расстоянии 0,0676 парсека - 0,221 светового года (14 000 астрономических единиц)[40] от Солнца, прежде чем удалиться от него. Это приведет к гравитационному возмущению членов облака Оорта, гало ледяных тел, вращающихся у края Солнечной системы, что впоследствии повысит вероятность кометного столкновения во внутренней части Солнечной системы.
* 2 миллиона лет, - Примерное время полного восстановления экосистем коралловых рифов после антропогенного подкисления океана, если такое подкисление не будет контролироваться; восстановление морских экосистем после подкисления, произошедшего около 65 миллионов лет назад, заняло аналогичный период времени.
* 2 миллиона лет, - Большой каньон будет размываться дальше, немного углубляясь, но в основном расширяясь в широкую долину, окружающую реку Колорадо.
* 2.7 миллиона лет, - Средний орбитальный период полураспада нынешних кентавров, которые нестабильны из-за гравитационного взаимодействия нескольких внешних планет. См. прогнозы для известных кентавров.
* 3 миллиона лет, - Из-за приливного замедления, постепенно замедляющего вращение Земли, день на Земле, как ожидается, будет на одну минуту длиннее, чем сегодня.
* 10 миллионов лет, - Красное море затопит расширяющуюся Восточно-Африканскую рифтовую долину, что приведет к образованию нового океанического бассейна, который разделит Африканский континент и Африканскую плиту на вновь образованные Нубийскую плиту и Сомалийскую плиту. Индийская плита продвинется в Тибет на 180 км (110 миль). Территория Непала, границы которого определяются вершинами Гималаев и равнинами Индии, перестанет существовать.
* 10 миллионов лет, - Предполагаемое время полного восстановления биоразнообразия после потенциального вымирания в голоцене, если бы оно произошло в масштабах пяти предыдущих крупных вымираний. Даже без массового вымирания, к этому времени большинство современных видов исчезнет из-за фонового уровня вымирания, а многие клады постепенно эволюционируют в новые формы.
* 10 миллионов до 1 миллиарда лет, - Купидон и Белинда, луны Урана, скорее всего, столкнутся.
* 50 миллионов лет, - Максимальное расчетное время до столкновения луны Фобос с Марсом.
* 50 миллионов лет, - По мнению Кристофера Р. Скотезе, движение разлома Сан-Андреас приведет к тому, что Калифорнийский залив хлынет в Центральную долину. Это приведет к образованию нового внутреннего моря на западном побережье Северной Америки, в результате чего нынешние Лос-Анджелес и Сан-Франциско сольются. Калифорнийское побережье начнет погружаться в Алеутскую впадину. Столкновение Африки с Евразией закроет Средиземноморский бассейн и создаст горный хребет, подобный Гималаям. Вершины Аппалачских гор в значительной степени сотрутся, выветривание составит 5,7 единиц Бубноффа, хотя топография фактически поднимется, поскольку региональные долины углубляются в два раза быстрее.
* 50 - 60 миллионов лет, - Канадские Скалистые горы сойдут до равнины при скорости 60 единиц Бубноффа. Южные Скалистые горы в США разрушаются несколько медленнее.
* 50 - 400 миллионов лет, - Расчетное время естественного восполнения запасов ископаемого топлива на Земле.
* 80 миллионов лет, - Большой остров станет последним из ныне существующих Гавайских островов, который погрузится под поверхность океана, а на его месте возникнет недавно сформированная цепь "новых Гавайских островов".
* 100 миллионов лет, - Земля, вероятно, будет поражена астероидом, сравнимым по размерам с тем, который вызвал К-Пг вымирание 66 миллионов лет назад, если предположить, что этого не удастся избежать.
* 100 миллионов лет, - Согласно модели проксимы Пангеи, созданной Кристофером Р. Скотезе, в Атлантическом океане откроется новая зона субдукции, и Американский континент начнет сходиться обратно к Африке.
* 100 миллионов лет, - Верхняя оценка продолжительности жизни колец Сатурна в их нынешнем состоянии.
* 110 миллионов лет, - Светимость Солнца увеличится на 1%.
* 180 миллионов лет, - Из-за постепенного замедления вращения Земли день на Земле будет на один час длиннее, чем сегодня.
* 230 миллионов лет, - Предсказание орбит планет невозможно на временных интервалах, превышающих это значение, из-за ограничений времени Ляпунова.
* 240 миллионов лет, - Из своего нынешнего положения Солнечная система завершает одну полную орбиту вокруг Галактического центра.
* 250 миллионов лет, - По мнению Кристофера Р. Скотезе, из-за движения на север западного побережья Северной Америки побережье Калифорнии столкнется с Аляской.
* 250 - 350 миллионов лет, - Все континенты на Земле могут слиться в суперконтинент. Четыре потенциальных варианта такой конфигурации были названы Амасия, Новопангея, Пангея Ультима и Аурика. Это, вероятно, приведет к ледниковому периоду, снижению уровня моря и повышению уровня кислорода, что приведет к дальнейшему снижению глобальной температуры.
* >250 миллионов лет, - Быстрая биологическая эволюция может произойти из-за образования суперконтинента, что приведет к снижению температуры и повышению уровня кислорода. Усиление конкуренции между видами из-за образования суперконтинента, повышенная вулканическая активность и менее благоприятные условия из-за глобального потепления, вызванного более ярким Солнцем, могут привести к массовому вымиранию, после которого растительный и животный мир не сможет полностью восстановиться.
* 300 миллионов лет, - Из-за смещения экваториальных ячеек Хэдли примерно на 40° к северу и югу количество засушливых земель увеличится на 25%.
* 300 до 600 миллионов лет, - Расчетное время достижения максимальной температуры мантии Венеры. Затем, в течение примерно 100 миллионов лет, происходит крупная субдукция и кора перерабатывается.
* 350 миллионов лет, - Согласно модели экстраверсии, впервые разработанной Полом Ф. Хоффманом, субдукция прекращается в бассейне Тихого океана.
* 400 - 500 миллионов.лет, - Суперконтинент (Пангея Ультима, Новопангея, Амасия или Аурика), вероятно, расколется на части. Это, вероятно, приведет к повышению глобальных температур, подобно меловому периоду.
* 500 миллионов лет, - Расчетное время до гамма-всплеска, или массивной сверхновой с повышенной энергией, которая произойдет в пределах 6 500 световых лет от Земли; достаточно близко, чтобы ее лучи повлияли на озоновый слой Земли и потенциально вызвали массовое вымирание, если гипотеза о том, что предыдущий такой взрыв вызвал ордовикско-силурийское вымирание, верна. Однако для такого эффекта сверхновая должна быть точно ориентирована относительно Земли.
* 600 миллионов лет, - Приливное ускорение перемещает Луну настолько далеко от Земли, что полные солнечные затмения становятся невозможными.
* 500 - 600 миллионов лет, - Возрастающая светимость Солнца начинает нарушать карбонатно-силикатный цикл; увеличение светимости усиливает выветривание поверхностных пород, что задерживает углекислый газ в земле в виде карбоната. По мере испарения воды с поверхности Земли породы затвердевают, что приводит к замедлению тектоники плит и, в конечном итоге, к ее остановке после полного испарения океанов. Поскольку вулканизма для переработки углерода в атмосферу Земли стало меньше, уровень углекислого газа начинает снижаться. К этому времени уровень углекислого газа упадет настолько, что фотосинтез C3 станет невозможным. Все растения, использующие фотосинтез C3 (;99 процентов современных видов), погибнут. Вымирание C3-растений, скорее всего, будет долгосрочным, а не резким. Скорее всего, группы растений будут вымирать одна за другой задолго до того, как будет достигнут критический уровень углекислого газа. Первыми исчезнут травянистые растения C3, затем листопадные леса, вечнозеленые широколиственные леса и, наконец, вечнозеленые хвойные деревья.
* 500 - 800 миллионов лет, - Когда Земля начнет быстро нагреваться и уровень углекислого газа снизится, растения - и, соответственно, животные - смогут выжить дольше, развивая другие стратегии, например, требуя меньше углекислого газа для процессов фотосинтеза, становясь плотоядными, приспосабливаясь к высыханию или объединяясь с грибами. Эти адаптации, вероятно, появятся ближе к началу влажной оранжереи. Гибель большинства растений приведет к уменьшению количества кислорода в атмосфере, что позволит ультрафиолетовому излучению, разрушающему ДНК, достигать поверхности земли. Повышение температуры усилит химические реакции в атмосфере, что еще больше снизит уровень кислорода. Летающим животным будет лучше, поскольку они способны преодолевать большие расстояния в поисках более прохладной температуры. Многие животные могут быть загнаны на полюса или, возможно, под землю. Из-за сильного тепла и радиации эти существа будут активны во время полярной ночи и астивированы во время полярного дня. Большая часть суши превратится в бесплодную пустыню, а растения и животные будут обитать преимущественно в океанах. Как отмечают Питер Уорд и Дональд Браунли в своей книге "Жизнь и смерть планеты Земля", по мнению ученого Кевина Занле из NASA Ames, это самое раннее время, когда тектоника плит в конечном итоге прекратится из-за постепенного охлаждения ядра Земли, что потенциально может превратить Землю обратно в водный мир.
* 800 - 900 миллионов лет, - Уровень углекислого газа упадет настолько, что фотосинтез C4 станет невозможным. Без растительной жизни, перерабатывающей кислород в атмосфере, свободный кислород и озоновый слой исчезнут из атмосферы, что позволит интенсивным уровням смертоносного ультрафиолетового излучения достигать поверхности. В книге "Жизнь и смерть планеты Земля" авторы Питер Д. Уорд и Дональд Браунли утверждают, что некоторые виды животных могут выжить в океанах. Однако в конце концов вся многоклеточная жизнь вымрет. В крайнем случае, животная жизнь сможет просуществовать около 100 миллионов лет после вымирания растительной жизни, причем последними животными будут те, которые не зависят от живых растений, например, термиты или те, которые обитают вблизи гидротермальных источников, например, черви рода Riftia. После этого на Земле останутся только одноклеточные организмы.
* 1 миллиард лет, - 27% массы океана будет погружено в мантию. Если бы этот процесс продолжался непрерывно, он достиг бы равновесия, при котором 65% современной поверхностной воды было бы субдуцировано.
* 1.1 миллиард лет, - Светимость Солнца увеличится на 10%, в результате чего температура поверхности Земли достигнет в среднем около 320 К (47 °C; 116 °F). Атмосфера превратится во "влажный парник", что приведет к быстрому испарению океанов. Это приведет к полной остановке тектоники плит, если она не была остановлена до этого времени. На полюсах все еще могут сохраняться очаги воды, в которых может существовать простая жизнь.
* 1.2 миллиард лет, - Высокая оценка до тех пор, пока не вымрет вся растительная жизнь, предполагая, что некая форма фотосинтеза возможна, несмотря на чрезвычайно низкий уровень углекислого газа. Если это возможно, то повышение температуры сделает любую животную жизнь неустойчивой с этого момента.
* 1.3 миллиард лет, - Эукариотическая жизнь вымирает на Земле из-за голодания углекислого газа. Остаются только прокариоты.
* 1.5 миллиарда лет, - Каллисто попадает в среднеподвижный резонанс других галилеевых лун Юпитера, завершая цепочку 1:2:4:8. (В настоящее время только Ио, Европа и Ганимед участвуют в резонансе 1:2:4).
* 1.5 - 1.6 миллиарда лет, - Увеличение светимости Солнца приводит к тому, что его околозвездная обитаемая зона перемещается наружу; по мере роста содержания углекислого газа в атмосфере Марса температура его поверхности повышается до уровня Земли во время ледникового периода.
* 1.5 - 4.5 миллиарда лет, - Приливное ускорение перемещает Луну настолько далеко от Земли, что она больше не может стабилизировать осевой наклон Земли. Как следствие, истинное полярное блуждание Земли становится хаотичным и экстремальным, что приводит к резким сдвигам в климате планеты из-за изменения осевого наклона.
* 1.6 миллиарда лет, - Более низкая оценка - пока не вымрет вся оставшаяся жизнь, которая к этому времени свелась к колониям одноклеточных организмов в изолированных микросредах, таких как высокогорные озера и пещеры.
* <2 миллиардов лет, - Первое близкое прохождение Галактики Андромеды и Млечного Пути.
* 2 миллиарда лет, - Высокая оценка до испарения океанов Земли при снижении атмосферного давления через азотный цикл.
* 2.55 миллиарда лет, - Солнце достигнет максимальной температуры поверхности 5 820 К (5 550 °C; 10 020 °F). С этого момента оно будет постепенно охлаждаться, а его светимость будет продолжать расти.
* 2.8 миллиарда лет, - Температура поверхности Земли достигнет примерно 420 К (147 °C; 296 °F), даже на полюсах.
* 2.8 миллиарда лет, - Высокая оценка до тех пор, пока не вымрет вся оставшаяся жизнь.
* 3 - 4 миллиарда лет, - Ядро Земли замерзнет, если внутреннее ядро продолжит увеличиваться в размерах, исходя из текущей скорости его роста на 1 мм (0,039 дюйма) в диаметре в год. Без жидкого внешнего ядра магнитосфера Земли отключается, а солнечные ветры постепенно истощают атмосферу.
* 3 миллиарда лет, - Существует примерно 1 шанс из 100 000, что Земля будет выброшена в межзвездное пространство в результате столкновения со звездой до этого момента, и 1 шанс из 300 миллиардов, что она будет одновременно выброшена в космос и захвачена другой звездой около этого момента. Если это произойдет, то любая оставшаяся на Земле жизнь, пережив межзвездное путешествие, сможет просуществовать гораздо дольше.
* 3.3 миллиарда лет, - Существует примерно 1% вероятность того, что гравитация Юпитера может сделать орбиту Меркурия настолько эксцентричной, что он столкнется с Венерой примерно в это время, что приведет к хаосу во внутренней Солнечной системе. Другие возможные сценарии включают столкновение Меркурия с Солнцем, выброс из Солнечной системы или столкновение с Землей.
* 3.5 - 4.5 миллиарда лет, - Светимость Солнца увеличится на 35-40%, что приведет к испарению всей воды, находящейся в озерах и океанах, если это не произошло раньше. Парниковый эффект, вызванный массивной, богатой водой атмосферой, приведет к повышению температуры поверхности Земли до 1 400 К (1 130 °C; 2 060 °F) - достаточно горячей, чтобы расплавить некоторые поверхностные породы.
* 3.6 миллиарда лет, - Луна Нептуна Тритон падает через предел Рош планеты, потенциально распадаясь на планетарную кольцевую систему, подобную системе Сатурна.
* 4.5 миллиарда лет, - Марс достигает того же солнечного потока, что и Земля, когда она только сформировалась, 4,5 миллиарда лет назад от сегодняшнего дня.
* <5 миллиарда лет, - Галактика Андромеды полностью сольется с Млечным Путем, образовав галактику, получившую название "Милкомеда". Существует также небольшая вероятность выброса Солнечной системы. Планеты Солнечной системы почти наверняка не будут потревожены этими событиями.
* 5.4 миллиарда лет, - Солнце, исчерпав запасы водорода, покидает главную последовательность и начинает эволюционировать в красный гигант.
* 6.5 миллиарда лет, - Марс достигнет того же потока солнечной радиации, что и Земля сегодня, после чего его постигнет та же участь, что и Землю, как описано выше.
* 6.6 миллиарда лет, - На Солнце может произойти гелиевая вспышка, в результате которой его ядро станет таким же ярким, как суммарная светимость всех звезд в галактике Млечный Путь.
* 7.5 миллиарда лет, - Земля и Марс могут оказаться в приливной зоне расширяющегося субгиганта Солнца.
* 7.59 миллиарда лет, - Земля и Луна, скорее всего, будут уничтожены в результате падения на Солнце, как раз перед тем, как Солнце достигнет вершины своей фазы красного гиганта. Перед окончательным столкновением Луна, возможно, по спирали опустится ниже земного предела Рош, разбившись на кольцо обломков, большая часть которых упадет на поверхность Земли. В эту эпоху луна Сатурна Титан может достичь температуры поверхности, необходимой для поддержания жизни.
* 7.9 миллиарда лет, - Солнце достигает вершины ветви красного гиганта диаграммы Герцшпрунга-Рассела, достигая максимального радиуса, в 256 раз превышающего современное значение. При этом Меркурий, Венера и Земля, скорее всего, будут уничтожены.
* 8 миллиарда лет, - Солнце превратится в углеродно-кислородный белый карлик, масса которого составит около 54,05% от его нынешней массы. В этот момент, если Земля выживет, температура на ее поверхности, как и на других планетах Солнечной системы, начнет быстро снижаться из-за того, что белое карликовое Солнце будет излучать гораздо меньше энергии, чем сегодня.
* 22.3 миллиарда лет, - Расчетное время до конца Вселенной при Большом разрыве в предположении модели темной энергии с w = -1,5. Если плотность темной энергии меньше -1, то расширение Вселенной будет продолжать ускоряться, а наблюдаемая Вселенная будет продолжать уменьшаться. Примерно за 200 миллионов лет до Большого разрыва скопления галактик, такие как Местная группа или Группа Скульптора, будут разрушены. За 60 миллионов лет до Большого разрыва все галактики начнут терять звезды по краям и полностью распадутся еще через 40 миллионов лет. За три месяца до Большого разрыва звездные системы станут гравитационно несвязанными, и планеты улетят в быстро расширяющуюся Вселенную. За 30 минут до Большого разрыва планеты, звезды, астероиды и даже экстремальные объекты, такие как нейтронные звезды и черные дыры, распадутся на атомы. За 100 зептосекунд (10-19 секунд) до Большого разрыва атомы распадутся на части. В конечном итоге, когда разрыв достигнет планковского масштаба, космические струны распадутся, как и сама ткань пространства-времени. Вселенная войдет в "сингулярность разрыва", когда все ненулевые расстояния станут бесконечно большими. В то время как в "сверточной сингулярности" вся материя бесконечно концентрируется, в "разрывной сингулярности" вся материя бесконечно распределяется. Однако наблюдения скорости скоплений галактик рентгеновской обсерваторией "Чандра" показывают, что истинное значение w равно c. -0,991, что означает, что Большой разрыв маловероятен.
* 50 миллиардов лет, - Если Земля и Луна не будут поглощены Солнцем, то к этому времени они станут приливно-отливными, и каждая из них будет показывать друг другу только одно лицо. После этого приливное действие белого карлика Солнца будет извлекать угловой момент из системы, вызывая распад лунной орбиты и ускорение вращения Земли.
* 65 миллиарда лет, - Луна может столкнуться с Землей из-за распада ее орбиты, при условии, что Земля и Луна не будут поглощены красным гигантом Солнцем.
* 100 миллиардов до триллиона лет, - Все около 47 галактик Местной группы сольются в одну большую галактику.
* 100 - 150 миллиардов лет, - В результате расширения Вселенной все галактики за пределами бывшей Местной группы Млечного Пути исчезают за космическим световым горизонтом, удаляясь из наблюдаемой Вселенной.
* 150 миллиардов лет, - Космический микроволновый фон охлаждается с текущей температуры около 2,7 К (-270,45 °C; -454,81 °F) до 0,3 К (-272,850 °C; -459,130 °F), что делает его практически необнаружимым с помощью современных технологий.
* 325 миллиардов лет, - Расчетное время, к которому расширение Вселенной изолирует все гравитационно связанные структуры в пределах их собственного космологического горизонта. В этот момент Вселенная расширилась более чем в 100 миллионов раз, и даже отдельные изгнанные звезды находятся в изоляции.
* 800 миллиардов лет, - Ожидаемое время, когда чистое световое излучение объединенной галактики "Милкомеда" начинает уменьшаться, поскольку красные карликовые звезды проходят через стадию пиковой светимости голубого карлика.
* триллион лет, - Низкая оценка времени до окончания звездообразования в галактиках, поскольку в галактиках истощаются газовые облака, необходимые им для образования звезд. Расширение Вселенной, в предположении постоянной плотности темной энергии, умножает длину волны космического микроволнового фона на 10^29, превышая масштаб космического светового горизонта и делая его свидетельством Большого взрыва необнаружимым. Однако, возможно, все же удастся определить расширение Вселенной через изучение сверхскоростных звезд.
* 1.05 триллионов лет, - Расчетное время, к которому Вселенная расширится более чем в 10^26 раз, уменьшив среднюю плотность частиц до менее чем одной частицы на объем космологического горизонта. После этого момента частицы несвязанной межгалактической материи будут эффективно изолированы, и столкновения между ними перестанут влиять на будущую эволюцию Вселенной.
* 1.4 триллиона лет, - Расчетное время, к которому космическое фоновое излучение остывает до температуры пола 10^-30 К и не снижается дальше. Эта остаточная температура происходит от излучения горизонта, которое не уменьшается со временем.
* 2 триллиона лет, - Расчетное время, в течение которого все объекты за пределами нашей Местной группы будут смещены в красную сторону более чем в 10^53 раз. Даже испускаемые ими гамма-лучи растягиваются настолько, что длина их волн превышает физический диаметр горизонта. Время разрешения такого излучения превысит физический возраст Вселенной
* 4 триллиона лет, - Расчетное время до того момента, когда красная карликовая звезда Проксима Центавра, ближайшая к Солнцу звезда на расстоянии 4,25 световых лет, покинет главную последовательность и станет белым карликом.
* 10 триллионов лет, - Предполагаемое время пика обитаемости во Вселенной, если только обитаемость вокруг звезд малой массы не подавлена.
* 12 триллионов лет, - Расчетное время до того момента, когда у красного карлика VB 10, по состоянию на 2016 год наименее массивной звезды главной последовательности с расчетной массой 0,075 масс Солнца, закончится водород в ядре и он превратится в белого карлика.
* 30 триллионов лет, - Расчетное время, за которое звезды (включая Солнце) должны пройти через тесную встречу с другой звездой в местных звездных окрестностях. Когда две звезды (или остатки звезд) проходят близко друг к другу, орбиты их планет могут быть нарушены, что может привести к их полному выбросу из системы. В среднем, чем ближе орбита планеты к родительской звезде, тем больше времени требуется для ее выброса, поскольку она гравитационно более тесно связана со звездой.
* 100 триллионов лет, - Высокая оценка времени, к которому в галактиках заканчивается нормальное звездообразование. Это знаменует переход от звездной эры к дегенеративной; без свободного водорода для образования новых звезд все оставшиеся звезды медленно исчерпывают свое топливо и умирают. К этому времени Вселенная расширится примерно в 10^2554 раз.
* 110 - 120 триллионов лет, - Время, к которому все звезды во Вселенной исчерпают свое топливо (самые долгоживущие звезды, маломассивные красные карлики, имеют продолжительность жизни примерно 10^-20 триллионов лет). После этого останутся объекты звездной массы - звездные остатки (белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры) и коричневые карлики. Столкновения между коричневыми карликами создадут новые красные карлики на предельном уровне: в среднем около 100 звезд будут светить на том месте, где когда-то был Млечный Путь. Столкновения между звездными остатками приведут к появлению случайных сверхновых.
* 1 квадриллион лет, - Расчетное время до момента тесного столкновения звезд, когда все планеты в звездных системах (включая Солнечную систему) оторвутся от своих орбит. К этому моменту Солнце остынет до 5 К (-268,15 °C; -450,67 °F).
* 10 до 100 квадриллионов лет, - Расчетное время до момента, когда 90-99% коричневых карликов и звездных остатков (включая Солнце) будут выброшены из галактик. Когда два объекта проходят достаточно близко друг к другу, они обмениваются орбитальной энергией, причем объекты с меньшей массой, как правило, получают энергию. В результате повторяющихся столкновений объекты с меньшей массой могут набрать достаточно энергии, чтобы быть выброшенными из своей галактики. Этот процесс в конечном итоге приводит к тому, что Млечный Путь выбрасывает большинство своих коричневых карликов и звездных остатков.
* 3 секстиллиона лет, - Расчетный срок службы "кристалла памяти Супермена" для хранения данных с использованием фемтосекундных лазерных наноструктур в стекле, технология, разработанная в Саутгемптонском университете, при температуре окружающей среды 30 °C (86 °F; 303 K).
* 100 секстиллионов лет, - Расчетное время до столкновения Земли с черным карликом Солнцем в результате распада ее орбиты через излучение гравитационного излучения, если Земля не будет выброшена со своей орбиты в результате столкновения со звездой или поглощена Солнцем во время его фазы красного гиганта.
* нониллион лет, - Примерно в таком масштабе времени большинство звездных остатков и других объектов выбрасываются из остатков своего галактического скопления.
* 2 ундециллиона лет, - Расчетное время распада всех нуклонов в наблюдаемой Вселенной, если гипотетический период полураспада протона примет минимально возможное значение (8,2;1033 лет).
* 30 тредециллионов лет, - Расчетное время распада всех нуклонов в наблюдаемой Вселенной, если гипотетический период полураспада протонов примет максимально возможное значение - 10^41 лет, при условии, что Большой взрыв был инфляционным и что тот же процесс, который привел к преобладанию барионов над антибарионами в ранней Вселенной, приводит к распаду протонов. К этому времени, если протоны действительно распадутся, начнется эра черных дыр, в которой черные дыры будут единственными оставшимися небесными объектами.
* 3.14x10^50 лет, - Расчетное время до распада микрочерной дыры массой 1 Земля на субатомные частицы за счет излучения Хокинга.
* 1.59x10^54 лет, - Расчетное время до распада микрочерной дыры с радиусом Шварцшильда 6 дюймов и массой 17,2 масс Земли под действием излучения Хокинга.
* 5.62x10^55 лет, - Расчетное время до распада микрочерной дыры с радиусом Шварцшильда 0,5 метра и массой 56,4 массы Земли под действием излучения Хокинга.
* 10^65 лет, - Предполагая, что протоны не распадаются, оценивается время для жестких объектов, от свободно плавающих в космосе камней до планет, для перестройки своих атомов и молекул посредством квантового туннелирования. На этом временном интервале любое дискретное тело материи "ведет себя как жидкость" и становится гладкой сферой благодаря диффузии и гравитации.
* 1.16x10^67 лет, - Расчетное время до распада черной дыры массой в 1 солнечную массу под действием излучения Хокинга.
* 1.17x10^77 лет, - Расчетное время до распада черной дыры размером с Землю и массой 2160 солнечных масс под действием излучения Хокинга.
* 1.54x10^91 по 1.41x10^92 лет, - Расчетное время до того момента, когда образовавшаяся сверхмассивная черная дыра в результате слияния Стрельца А* и концентрации P2 при столкновении галактик Млечный Путь и Андромеда исчезнет под действием излучения Хокинга, при условии, что она не будет накапливать дополнительную материю и не сольется с другими черными дырами. Это может быть последняя исчезнувшая сущность из двух галактик и последнее свидетельство их существования.
* 3.34x10^99 лет, - Расчетное время до того, как сверхмассивная черная дыра Ton 618, которая является самой массивной из известных на 2018 год с массой 66 миллиардов солнечных масс, рассеется под действием излучения Хокинга, предполагая нулевой угловой момент (что она не вращается)
* 10^106 по 1.16x10^109 лет, - Расчетное время до того момента, когда сверхмассивные черные дыры массой 10^14 (100 триллионов) солнечных масс, которые, согласно прогнозам, образуются в процессе гравитационного коллапса галактических суперкластеров, распадутся под действием излучения Хокинга. Это ознаменует конец эры черных дыр. По истечении этого времени, если протоны распадутся, Вселенная вступит в Темную эру, в которой все физические объекты распадутся до субатомных частиц, постепенно сворачиваясь до своего конечного энергетического состояния в тепловой смерти Вселенной.
* 10^139 лет, - Оценка времени жизни Стандартной модели до коллапса ложного вакуума в 2018 году; 95% доверительный интервал составляет от 10^58 до 10^549 лет, что частично обусловлено неопределенностью в отношении массы топ-кварка.
* 10^200 лет, - Самая высокая оценка времени, которое потребуется для распада всех нуклонов в наблюдаемой Вселенной, если они распадутся не через вышеуказанный процесс, а через любой из многих различных механизмов, допускаемых современной физикой частиц (процессы несохранения барионов высшего порядка, виртуальные черные дыры, сфалероны и т.д.) на временных шкалах от 10^46 до 10^200 лет.
* 10^1100 по 10^32000 лет, - Расчетное время для черных карликов с массой 1,2 массы Солнца и более для возникновения сверхновых в результате медленного синтеза кремния-никеля-железа, поскольку уменьшение доли электронов снижает их предел Чандрасекхара, предполагая, что протоны не распадаются.
* 10^1500 лет, - Предполагая, что протоны не распадаются, оцените время до того момента, когда вся барионная материя в звездных остатках, планетах и объектах планетарной массы либо сольется вместе через катализируемый мюонами синтез с образованием железа-56, либо распадется из элемента большей массы в железо-56 с образованием железных звезд.
* 10^10^26 лет, - Низкая оценка времени до коллапса всех железных звезд через квантовое туннелирование в черные дыры, предполагая отсутствие распада протонов или виртуальных черных дыр, и что черные дыры планковского масштаба могут существовать. На этой огромной временной шкале даже сверхстабильные железные звезды будут разрушены в результате событий квантового туннелирования. На этом нижнем конце временной шкалы железные звезды распадаются непосредственно в черные дыры, поскольку этот способ распада гораздо более благоприятен, чем распад в нейтронную звезду (ожидаемое время которого составляет 10^10^76 лет), а затем распад в черную дыру. Последующее испарение каждой образовавшейся черной дыры в субатомные частицы (процесс, длящийся примерно 10^100 лет) и последующий переход к Темной эпохе в этих временных масштабах происходит мгновенно.
* 10^10^50 лет, - Расчетное время появления больцмановского мозга в вакууме в результате спонтанного уменьшения энтропии.
* 10^10^76 лет, - Самая высокая оценка времени до того, как все железные звезды разрушатся через квантовое туннелирование в нейтронные звезды или черные дыры, предполагая отсутствие распада протонов или виртуальных черных дыр, и что черные дыры ниже массы Чандрасекхара не могут образоваться напрямую. В этих временных масштабах нейтронные звезды с массой выше массы Чандрасекхара быстро коллапсируют в черные дыры, а черные дыры, образованные в результате этих процессов, мгновенно испаряются в субатомные частицы. Это также максимальное расчетное время для окончательного наступления Эры Черной Дыры (и последующей Темной Эры). После этого момента, почти наверняка, Вселенная будет представлять собой почти чистый вакуум (возможно, с присутствием ложного вакуума), а вся барионная материя распадется на субатомные частицы, пока не достигнет своего конечного энергетического состояния, если это не произойдет до этого времени.
* 10^10^120 лет, - Самая высокая оценка времени, необходимого Вселенной для достижения конечного энергетического состояния, даже при наличии ложного вакуума.
* 10^10^10^56 лет, - В течение этого огромного промежутка времени квантовое туннелирование в любом изолированном участке Вселенной может породить новые инфляционные события, что приведет к новым Большим Взрывам, порождающим новые вселенные. Поскольку общее число способов, которыми могут быть объединены все субатомные частицы в наблюдаемой Вселенной, равно 10^10^115 число, которое при умножении на 10^10^10^56, исчезает в ошибке округления, это также время, необходимое для Большого взрыва, вызванного квантовым туннелем и квантовыми флуктуациями, для создания новой вселенной, идентичной нашей собственной, в предположении, что каждая новая вселенная содержит по крайней мере одинаковое количество субатомных частиц и подчиняется законам физики в пределах ландшафта, предсказанного теорией струн).
Космицизм
© Copyright: Мо Чжи, 2023
Свидетельство о публикации №223032300450
Свидетельство о публикации №223032300450
Рецензии