Гравитон сожмёт вселенную

Кварки сформировались из энергии в кварк-глюонной плазме в первые доли секунды.
Адронная эпоха предшествовала образованию атомов.
При достаточно высокой температуре кварки и глюоны существовали в виде плазмы; при остывании ниже ~2 триллионов градусов кварки сконденсировались в протоны и нейтроны.
Плотность создаёт рождение пар: рождение пар частица-античастица из вакуума при высокой плотности/температуре.
Сильное взаимодействие и гравитация — две разные силы.
Гравитационный шар» — работает, даёт сжатие и завершённость.
Плотность росла.

Рождались пары частиц и античастиц, мгновенно встречаясь и исчезая, как вспышки в темноте.

Сильное взаимодействие удерживало ядра, но гравитация уже тянула всё в общий центр.

Масса собиралась в шар, тяжёлых звёзд.

В гигантской  вспышке, всё кипело и кружилось, частицы рождались и тут же исчезали.

Затем рождённая вселенная начала остывать.

Материя становилась плотнее, тяжелее.
 
Что-то начало держаться вместе — сначала просто потому, что стало холодно, а потом — потому что иначе было нельзя.

И вот уже тянет вниз, к центру, к общему месту.

Масса собирается в шар, тяжёлый.

Почему вода в космосе становится шаром?

В невесомости - например, на МКС, у капли почти нет гравитации, которая бы её сплющивала и тянула вниз. Зато остаётся поверхностное натяжение: молекулы воды на границе с воздухом сильнее притягиваются друг к другу, чем к пустоте. Получается, что поверхность работает как упругая плёнка и старается стянуть каплю в форму с минимальной площадью при данном объёме. А такую форму природа знает только одну — шар.
Это не гравитационный шар, а капля, собранная силами поверхностного натяжения.
Почему вода в космосе закипает (и даже замерзает)?
Если речь про открытый космос, то там почти вакуум — давление близко к нулю. А кипение происходит, когда давление пара внутри жидкости становится больше внешнего давления.
В вакууме для этого не нужна высокая температура: вода начинает кипеть даже при комнатной или чуть тёплой.
При кипении самые быстрые молекулы улетают, забирая с собой энергию — и оставшаяся вода быстро остывает.
В итоге вода сначала кипит, а потом замерзает. А ледяные кристаллы дальше могут сублимировать - превращаться в пар, минуя жидкую фазу.

В ранней Вселенной или в протозвёздных облаках шар формируется из-за гравитации, но не мгновенно.
Гравитация — очень слабая сила. Чтобы она смогла «собрать» вещество в шар, нужно либо очень много массы, либо время.
Маленькая капля воды: гравитация ничтожна, побеждает поверхностное натяжение - получается маленький шар-капля.
Огромное облако газа и пыли: гравитация постепенно стягивает всё к центру, облако сжимается, нагревается, в центре может зажечься звезда - это уже гравитационный шар - или сфера из-за массы.

То есть «сразу» шар получается только за счёт поверхностного натяжения. А гравитационный шар — это процесс, который длится тысячи и миллионы лет.

«Гравитация стягивает к центру»!  — Именно гравитация — главная сила, заставляющая молекулярное облако сжиматься.
Каждая частица газа и пыли притягивает каждую другую, и облако в целом тянется к собственному центру массы.
«Сжимается под воздействием абсолютного нуля» — абсолютный ноль (0K, или -273,15°C). Это сила, практически нижний предел температуры — точка, где тепловое движение частиц минимально.

Т. е. Движение всех тел останавливается в том числе и расширение, а гравитация продолжает притягивать  материю.

При низкой температуре тепловое давление газа падает. 
Тепловое давление — это то, что сопротивляется гравитации, расталкивает частицы. Когда облако холодное, давление слабое, и гравитации легче его преодолеть.

Условие, при котором гравитация побеждает, называется критерием Джинса: если масса облака достаточно велика - или температура достаточно низка, гравитационное сжатие становится неизбежным.

То есть «абсолютный ноль останавливает частицы»,  «холод ослабляет сопротивление хаотичного давления, и гравитация берёт верх».

Температура — это не свойство отдельной частицы или атома. Это статистическая характеристика системы: средняя кинетическая энергия хаотичного движения множества частиц. У одной частицы есть кинетическая энергия, но не «температура». У облака газа есть температура — потому что это много частиц.

«Более тяжёлые элементы собираются в центре» — да, когда облако сжимается под гравитацией и вокруг формируется аккреционный диск, тяжёлые элементы - это всё тяжелее водорода и гелия — «металлы», концентрируются ближе к центру.
 Частично — из-за гравитационного расслоения - тяжелее частицы падают глубже, частично — из-за того, что лёгкие газы - водород, гелий легче улетучиваются наружу при нагреве.

В итоге в центре оказывается больше тяжёлых элементов, а во внешних слоях — больше лёгкого газа. Это, кстати, одна из причин, почему планеты земной группы - каменные, тяжёлые находятся ближе к Солнцу, а газовые гиганты — дальше.

«Гравитация остаётся неизменной, а тепловое движение при охлаждении слабеет» — это правильное описание механизма сжатия вселенной.
Гравитация никуда не девалась, она действовала с самого начала с той же силой - при той же массе.

Просто пока газ горячий, тепловое давление расталкивает частицы — и этого хватает, чтобы удержать облако от коллапса. При охлаждении тепловая энергия падает, давление слабеет — и гравитация, которая никуда не делась, наконец берёт верх. Это и есть критерий Джинса: не гравитация «усиливается», а сопротивление «сдаётся».

«Облако тянется к собственному центру массы — это хаотичное движение множества частиц» — здесь смешаны два разных движения.
Хаотичное (тепловое) — случайное, во все стороны, расталкивает облако, расширяет его.
Гравитационное — направленное, к центру массы, сжимает облако.

Это противоположные по эффекту движения. Гравитационное притяжение — не хаотичное. Оно именно что упорядоченное: каждая частица тянется к общему центру, и все вместе создают направленный поток внутрь. Хаотичное движение, наоборот, разбрасывает.
Борьба этих двух сил и определяет судьбу облака: если хаотичное сильнее — облако расширяется; если гравитационное сильнее — облако коллапсирует.
Один нюанс про «гравитацию остаётся неизменной»
На старте — да, неизменная (при той же массе). Но как только сжатие начинается, расстояние между частицами уменьшается, а гравитация растёт обратно пропорционально квадрату расстояния — F~1/r^2
То есть чем сильнее сжалось облако, тем сильнее оно продолжает сжиматься. Это положительная обратная связь: гравитация > сжатие > больше гравитация > ещё сжатие. Именно поэтому коллапс, начавшись, идёт лавинообразно.

Есть понятие критической плотности. Именно от неё зависит судьба Вселенной: если реальная плотность материи выше критической — гравитация в итоге может остановить расширение и запустить сжатие. А если ниже — расширение продолжится или даже ускорится.

Более того, при сжатии всех галактик, наоборот, температура будет расти - вещество уплотняется, частицы сильнее сталкиваются — это и есть разогрев вселенной с помощью фатонов и нейтрино.

Реликтовое излучение - космический микроволновый фоном. Это древнее излучение, возникшее примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва, когда фотоны смогли свободно путешествовать, так как Вселенная остыла достаточно для образования атомов водорода. В момент «освобождения» фотонов температура излучения была около 3000 кельвинов — это действительно очень горячий «фон». Но с тех пор пространство расширяется, и длина волны этих фотонов растягивается - красное смещение, из-за чего их энергия, а значит, и температура, падает.
Сегодня реликтовое излучение имеет температуру всего около 2,7 кельвина. 


Расширение Вселенной не просто идёт, а ускоряется.
 За это отвечает тёмная энергия — некая сущность, которая создаёт отталкивающий эффект на больших масштабах. В самых распространённых современных моделях - например, «лямбда-си-ди-эм», именно тёмная энергия доминирует.

Вселенная — не газовое облако, и переносить эту модель на неё целиком нельзя.

«За пределами Вселенной — абсолютный ноль»
У Вселенной нет «пределов» в привычном смысле. Она расширяется в какую-то внешнюю пустоту с температурой, как шар газа расширяется в комнате.
Расширяется само пространство — не в чём-то, а само по себе.

«Вселенная — гравитационный шар»
Газовое облако — конечный объект в пространстве. У него есть центр массы, и гравитация тянет всё к этому центру.

Вселенная же пока однородна на больших масштабах: у неё нет центра.
Каждая точка равноценна.
Некуда падать — потому что нет выделенной «середины», к которой всё стянется.
Гравитация здесь работает не как «тянет к центру», а как «тормозит расширение» —  поскольку каждая частица газа и пыли притягивает каждую другую пока только в галактиках, и облако вселенной в целом пока не тянется к собственному центру массы,а происходит средняя кинетическая энергия хаотичного движения множества галактик.

Для того чтобы появилась выделенная середина вселенной, необходимо и достаточно, чтобы множество черных дыр слилось воедино, гравитация данных черных дыр станет точкой сингулярности вселенной

«Охлаждение > давление падает > гравитация сжимает»
Расширение Вселенной — это не тепловое давление, которое расталкивает частицы. Это расширение самого пространства: галактики разлетаются не потому, что их что-то толкает, а потому что расстояния между ними растут.

Охлаждение Вселенной - реликтовое излучение, упало с ~3000 K до ~2,7 K — это следствие расширения, а не причина, которая запустит сжатие.
Фотоны растягиваются вместе с пространством, теряют энергию, остывают — но это не значит, что давление падает до нуля и гравитация «победит».

Сейчас тёмная энергия побеждает — расширение ускоряется.
«Остывание от кварк-глюонной плазмы до атомов доказывает, что будет сжатие»
Остывание действительно было: от плазмы к атомам, к газу, к звёздам. Но это остывание шло параллельно с расширением, а не вместо него.
 Одно не исключает другого: Вселенная расширялась и остывала одновременно.

Аттрактор — это термин из теории динамических систем. Он означает: есть какое-то состояние или набор состояний, и если система немного отклоняется от него, силы - гравитация, какие-то физические законы, возвращают её обратно — или, по крайней мере, система со временем «притягивается» к этому состоянию.

Распределение материи во Вселенной эволюционирует: небольшие неоднородности под действием гравитации растут, и система в целом тяготеет к формированию крупных структур - скоплений галактик, нитей космической паутины, черные дыры сливаются.

Например, «Великий аттрактор» — это не какой-то гигантский объект-магнит, а просто область пространства с повышенной плотностью материи, которая влияет на движение окружающих галактик. То есть аттрактор задаёт тенденцию, к чему система склоняется, но это не точка «конца пути» в смысле сингулярности. 

Сингулярность — это математическое понятие: точка, где какая-то величина - плотность, кривизна пространства-времени, становится бесконечной, а привычные нам законы физики перестают работать.

Если расширение Вселенной когда-нибудь остановится и сменится сжатием, в финальный момент вся материя сожмётся в точку с бесконечной плотностью.

Но пока важно: сама по себе тенденция «всё движется к чему-то», то есть есть множество аттракторов в эволюции системы. Означает, что система обязательно придёт к сингулярности, когда большая их часть сольётся.

Аттрактор просто описывает, куда система склоняется, а сингулярность — это особый, вырожденный математический случай в конкретной модели. 

Аттрактор — это про тенденцию движения системы, а сингулярность — про особый, экстремальный математический случай в её эволюции.
Одно не равно другому.

Тёмная материя не охлаждается.

«Вселенная имеет массу и плотность» — верно!
У Вселенной есть масса - обычная + тёмная материя, и средняя плотность. И от того, как эта плотность соотносится с критической плотностью, зависит судьба Вселенной.

Тёмная материя не работает как газ.
Она не излучает. Обычный газ остывает, потому что фотоны уносят энергию - излучение. Тёмная материя не взаимодействует с электромагнитным полем — она не излучает свет, тепло.
У неё нет давления в обычном смысле. Газ сопротивляется сжатию, потому что частицы сталкиваются и расталкиваются. Тёмная материя почти не сталкивается. Поэтому у неё нет теплового давления, которое могло бы «упасть» и «освободить» гравитацию.
Частицы тёмной материи движутся медленно - по сравнению со скоростью света с самых ранних эпох. Остывать дальше ей особо некуда.
 Тёмная материя не «разогрета» и не «остывает» — она просто есть, со своей массой и гравитацией.
Плотность всей материи вселенной (обычная + тёмная) — около 30% от критической.
Темная энергия составляет около 70% от критической плотности — и она не просто компенсирует, а ускоряет расширение.
Тёмная энергия — это не материя, не давление, не охлаждение. Это некий фон, встроенный в пространство, который создаёт отрицательное давление (отталкивание) на больших масштабах. И она не «остывает» вместе со всем остальным — её плотность остаётся постоянной или почти постоянной, пока плотность материи падает из-за расширения.

Что происходит при освобождении сжатого вещества
Когда сжатое вещество получает свободу - например, газ выпускают из баллона, а сжатую пружину или упругое тело разжимают, оно расширяется. Механизм зависит от агрегатного состояния вещества:
Для газов главную роль играет кинетическая энергия молекул. В сжатом состоянии молекулы находятся близко друг к другу и часто ударяются о стенки сосуда — поэтому давление высокое. Когда объём увеличивается, молекулы получают больше пространства, их средняя концентрация - число частиц в единице объёма, падает, удары о стенки становятся реже, и давление снижается. В итоге газ занимает весь доступный объём, и его плотность выравнивается по всему пространству - если нет сильных внешних полей, например гравитации.
Для жидкостей и твёрдых тел расширение связано с силами межмолекулярного взаимодействия. В сжатом теле преобладают силы отталкивания между частицами. Когда внешнее давление убирают, эти силы заставляют частицы «отодвинуться» друг от друга до равновесного расстояния, характерного для данного вещества при данных условиях. В жидкостях это приводит к небольшому увеличению объёма и выравниванию плотности за счёт текучести. В твёрдых телах упругие силы возвращают тело к исходной форме и плотности

Тёмная материя поддаётся гравитации.
«Если всё вокруг остынет, тёмная материя не сожмётся»  — и вот почему.

Остывание обычного вещества не передаётся тёмной материи. Обычный газ остывает, потому что излучает фотоны — а фотоны уносят энергию, давление падает, газ сжимается.

Тёмная материя не взаимодействует с фотонами. Она не «чувствует», что рядом что-то остыло. Единственная связь между тёмной материей и обычным веществом — гравитация. А гравитация не переносит «температуру» или «охлаждение». Она просто тянет.

Тёмная материя действительно скапливается в гало вокруг галактик — огромных невидимых облаках, которые удерживают галактики от разлёта.
Аккреционный диск формируется, потому что вещество теряет момент импульса через трение и столкновения. Частицы трутся друг о друга, отдают энергию, «проседают» ближе к центру. Тёмная материя бесстолкновительная: она проходит сквозь себя, не трётся, не теряет энергию. Поэтому она не может «просесть» в диск — она остаётся в виде размытого шара - гало, а не плоского диска.

Тёмная материя реагирует на гравитацию, означает лишь одно: она движется по гравитационным траекториям. Но без механизма потери энергии - излучение, столкновения, она не может «собраться» и «сжаться» так, как это делает обычный газ.

Гравитация управляет тёмной материей – держит рядом, не даёт разлетаться
«Тяжёлые элементы сожмутся, и тёмная материя не помешает», но внутри галактик и звёзд, а не во Вселенной в целом.
Тяжёлые элементы действительно тонут к центру галактик, падают на звёзды, образуют планеты земного типа. Тёмная материя им не мешает, потому что она бесстолкновительная — просто проходит сквозь.
Во Вселенной пока нет общего центра, к которому тяжёлые элементы могли бы «упасть». Они падают к центрам своих галактик — а галактики при этом продолжают разлетаться друг от друга.
«Тёмная материя скопится в гало вокруг Вселенной» тогда, когда все чёрные дыры сольются в сингулярность.
Тёмная материя образует гало вокруг отдельных галактик — например, наше Млечный Путь погружён в огромное невидимое гало тёмной материи, которое удерживает звёзды на орбитах и не даёт галактике развалиться. Это так, и это подтверждено наблюдениями - скорости вращения галактик, гравитационное линзирование.

Граница наблюдаемого. Космический микроволновый фон отмечает эпоху, когда Вселенная стала прозрачной. Всё, что «дальше» по времени, то есть раньше этой эпохи, мы не можем увидеть в электромагнитном спектре. Это ограничение связано с физикой, а не с тем, что там кончается пространство.

«Центр Вселенной ещё не сформировался»
Представьте воздушный шарик, на поверхности которого нарисованы точки — это галактики. Когда ты надуваешь шарик - Вселенная расширяется, расстояние между точками растёт. Но где центр этого шарика? Он внутри резины, в третьем измерении, а точки живут только на поверхности. Для них «центра» не существует: из любой точки кажется, что все остальные разлетаются от тебя.

Вот и мы в нашей Вселенной видим, что все далёкие галактики удаляются от нас. Но если бы ты жил в любой другой галактике, ты бы увидел ровно то же самое.

Значит, каждая точка — это условный центр.

«Сформироваться» общий центр может, если сформируется массивная гравитация. Появится точка в пространстве, к которой всё могло бы стянуться.

Столкновения галактик — обычное явление в эволюции Вселенной, но их частота зависит от размера галактик и от эпохи.
Крупные галактики - вроде Млечного Пути, сталкиваются друг с другом в среднем примерно раз в 9 миллиардов лет. Это следует из анализа данных телескопа «Хаббл» и компьютерного моделирования.
Малые и карликовые галактики сталкиваются чаще — примерно раз в 3 миллиарда лет, в том числе они нередко сливаются с более крупными галактиками.
В целом, по наблюдениям, от 5 до 25 % галактик во Вселенной в тот или иной момент участвуют во взаимодействии или слиянии

: крупномасштабная структура Вселенной — не застывший узор, а динамическая система, которая непрерывно меняется под действием гравитации.

Космическая паутина — это распределение материи на огромных масштабах - сотни миллионов световых лет, её структура:
Филаменты (нити) — вытянутые структуры, где сосредоточена значительная часть материи.
Узлы — места пересечения нитей, самые плотные области, где формируются скопления галактик.
Стены — более плоские протяжённые структуры.
Войды (пустоты) — области с очень низкой плотностью материи между нитями.
Основу этого каркаса формирует тёмная материя . Именно её гравитация задаёт «скелет», вдоль которого затем собирается обычное вещество - газ, звёзды, галактики.
Тяжёлые элементы собираются, но локально. Не во всей Вселенной, а внутри галактик.
В ранней Вселенной всё было однородно.
Из-за крошечных квантовых флуктуаций в одних местах материи оказалось чуть больше, чем в других.
Гравитация начала стягивать материю к этим точкам.
Так появились нити космической паутины и скопления галактик. Внутри них тяжёлые элементы действительно «тонут» к центру, образуя звёзды и планеты.
То есть Вселенная не сжимается к одному центру. Она структурируется: становится неоднородной. Из однородной каши получаются плотные комочки - галактики и огромные пустые пустоты между ними.

Сценарий конца Вселенной — и в нём действительно есть «съедание» и стягивание черных дыр. 

Через немыслимо долгое время всё обычное вещество исчезнет, звёзды выгорят, планеты распадутся, и останутся только чёрные дыры.
Да, чёрные дыры будут сливаться
Это не метафора, а подтверждённый факт: гравитационные волны, которые мы уже детектировали (LIGO/Virgo), — это как раз эхо слияний чёрных дыр. Они действительно притягиваются, сближаются по спирали и в конце концов сливаются в одну, более массивную чёрную дыру.
Чёрные дыры не «бегут» к общему центру.  Чёрные дыры будут сливаться локально — те, что оказались рядом, в одном скоплении галактик. Их масса будет достаточной, чтобы притянуть другие мелкие рядом чёрные дыры.
Масса чёрных дыр станет настолько велика, что остановит ускоренное расширение Вселенной. Далёкие чёрные дыры просто попадут под влияние массивной чёрной дыры.
Пространство между ними перестанет растягиваться и они смогут к друг другу приблизиться.
Чёрная дыра — как пылесос. Она притягивает только в пределах своего горизонта событий. «Съедать» она будет только то, что случайно притянется слишком близко.
Тёмная материя взаимодействует с другими формами материи и излучения в основном через гравитацию — и почти никак иначе - у неё нет электромагнитного взаимодействия, она не излучает и не поглощает свет. А чёрная дыра притягивает всё, что попадает в её гравитационное поле и пересекает горизонт событий, — независимо от того, обычная это материя или тёмная. Если частица тёмной материи пролетит слишком близко и пересечёт горизонт событий, она окажется внутри чёрной дыры и будет поглощена.
Гравитация — это сила, которая стремится всё собрать, стянуть, сделать плотным. И на локальных масштабах она действительно побеждает: из разреженного газа делает звёзды, из звёздных остатков — чёрные дыры, а потом чёрные дыры сливаются.
Гравитация — это архитектор плотности.   

Если вселенная сожмется в чёрные дыры?

Чёрная дыра «испаряется» из-за излучения Хокинга — квантового эффекта, который предсказал Стивен Хокинг в 1974 году.
В основе процесса лежат свойства квантового вакуума и сильное гравитационное поле у горизонта событий чёрной дыры:
Виртуальные частицы в вакууме. Согласно квантовой теории поля, в вакууме постоянно возникают и исчезают пары виртуальных частиц и античастиц — это квантовые флуктуации.
Разделение пары у горизонта событий. Если такая пара рождается вблизи горизонта событий, сильное гравитационное поле может «разорвать» её: одна частица падает в чёрную дыру, а другая улетает прочь.
Потеря массы. Улетающая частица становится реальной и уносит энергию. По закону сохранения энергии эта энергия «заимствуется» у чёрной дыры, уменьшая её массу. Частицу, упавшую внутрь, можно условно считать имеющей «отрицательную энергию», которая вычитается из массы чёрной дыры.