, לחיצה גדולה- אחד מהתרחישים האפשריים לעתיד היקום, שבו התפשטות היקום משתנה בסופו של דבר להתכווצות, והיקום מתמוטט, ובסופו של דבר מתמוטט ליחידות.

סקירה

אם היקום סופי בחלל, וקצב ההתפשטות אינו עולה על מהירות המילוט, אזי המשיכה המשולבת של כל החומר שלו תעצור בסופו של דבר את התפשטות היקום ותגרום להתכווצותו. בשל העלייה באנטרופיה, דפוס ההתכווצות יהיה שונה מאוד מדפוס ההתרחבות ההפוכה בזמן. בעוד היקום המוקדם היה מאוד הומוגני, היקום המתכווץ יתפרק לקבוצות מבודדות נפרדות. בסופו של דבר, כל החומר קורס לחורים שחורים, אשר לאחר מכן מתלכדים, ויוצרים כתוצאה מכך חור שחור בודד - הייחודיות הגדולה של קראנץ'.

העדויות הניסיוניות האחרונות (כלומר, התצפית על מרחק

מדריך אל הבלתי אפשרי, הבלתי ייאמן והמופלא.

בעליית גג נטושה, לא רחוק מהמוזיאון הבריטי:

קורנליוס תפס דף נייר ריק, העביר אותו דרך הגלגלת והחל להדפיס. נקודת המוצא של סיפורו הייתה המפץ הגדול עצמו, כאשר הקוסמוס יצא לדרכו ההולכת ומתרחבת אל העתיד. לאחר התפרצות קצרה של אינפלציה, היקום הושלך לסדרה של מעברי פאזה ויצר עודף של חומר על פני אנטי-חומר. בתקופת ראשית זו, היקום לא הכיל מבנים קוסמיים כלל.

אחרי מיליון שנים ורבים של נייר, קורנליוס הגיע לגיל הכוכבים - תקופה שבה כוכבים נולדים באופן פעיל, עוברים את מחזורי חייהם ומייצרים אנרגיה באמצעות תגובות גרעיניות. הפרק הבהיר הזה נסגר כאשר גז המימן נגמר בגלקסיות, היווצרות הכוכבים נפסקת, והגמדים האדומים הארוכים ביותר מתים לאט לאט.

מקליד ללא הפסקה, קורנליוס מציג את סיפורו לעידן הריקבון, עם הגמדים החומים, הגמדים הלבנים, כוכבי הנייטרונים והחורים השחורים. באמצע המדבר הקפוא הזה, חומר אפל נאסף לאט בתוך כוכבים מתים ומשמיד לתוך הקרינה המניעה את הקוסמוס. ריקבון פרוטונים נכנס לזירה בסוף פרק זה, כאשר האנרגיה המונית של שרידי כוכבים מנוונים מתנקזת לאט, וחיים מבוססי פחמן מתים לחלוטין.

כשהסופר העייף ממשיך ביצירתו, הגיבורים היחידים בסיפורו הם חורים שחורים. אבל חורים שחורים לא יכולים לחיות לנצח. האובייקטים הכהים הללו פולטים אור חלש כתמיד, מתאדים בתהליך מכני קוונטי איטי. בהיעדר מקור אנרגיה אחר, היקום נאלץ להסתפק בכמות האור הדלה הזו. לאחר שהחורים השחורים הגדולים ביותר התאדו, דמדומי המעבר של עידן החורים השחורים מפנים את מקומם לשחור עמוק עוד יותר.

בתחילת הפרק האחרון, לקורנליוס נגמר הנייר, אבל לא הזמן. אין יותר עצמים כוכביים ביקום, אלא רק מוצרים חסרי תועלת שנשארו מאסון קודמות קודמות. בעידן קר, אפל ומאוד רחוק זה של חושך נצחי, הפעילות הקוסמית מואטת באופן ניכר. רמות אנרגיה נמוכות במיוחד עולות בקנה אחד עם טווחי זמן עצומים. לאחר נעוריו הלוהטים וגיל העמידה התוסס, היקום הנוכחי זוחל לאט לאפלה.

ככל שהיקום מזדקן, אופיו משתנה כל הזמן. בכל שלב של התפתחותו העתידית, היקום מקיים מגוון מדהים של תהליכים פיזיקליים מורכבים והתנהגות מעניינת אחרת. הביוגרפיה שלנו על היקום, מלידתו בפיצוץ ועד לגלישה הארוכה וההדרגתית אל החושך הנצחי, מבוססת על הבנה מודרנית של חוקי הפיזיקה ונפלאות האסטרופיזיקה. הודות לרוחבה והיסודיות של הלימוד המודרני, תיאור זה מציג את החזון הסביר ביותר של העתיד שאנו יכולים ליצור.

כאשר אנו דנים במגוון העצום של התנהגויות אקזוטיות שיכולות להיות ליקום בעתיד, הקורא עשוי לחשוב שהכל יכול לקרות. אבל זה לא. למרות שפע האפשרויות הפיזיות, רק חלק זעיר מהאירועים האפשריים תיאורטית יתרחשו בפועל.

קודם כל, חוקי הפיזיקה מטילים הגבלות נוקשות על כל התנהגות מותרת. יש להקפיד על חוק שימור האנרגיה הכוללת. אסור להפר את חוק שימור המטען החשמלי. התפיסה העיקרית המנחה היא החוק השני של התרמודינמיקה, הקובע רשמית שהאנטרופיה הכוללת של מערכת פיזיקלית חייבת לגדול. באופן גס, החוק הזה מציע שמערכות חייבות להתפתח למצבים של אי-סדר מוגבר. בפועל, החוק השני של התרמודינמיקה גורם לחום לזרום מחפצים חמים לקרים, ולא להיפך.

אבל אפילו בגבולות התהליכים שמאפשרים חוקי הפיזיקה, אירועים רבים שיכולים להתרחש באופן עקרוני לעולם לא מתרחשים בפועל. אחת הסיבות הנפוצות היא שהם פשוט לוקחים יותר מדי זמן, ותהליכים אחרים קורים קודם כל כדי להקדים אותם. דוגמה טובה למגמה זו היא תהליך היתוך קר. כפי שכבר ציינו בקשר לתגובות גרעיניות בפנים של כוכבים, הגרעין היציב ביותר מבין כל הגרעינים האפשריים הוא גרעין הברזל. גרעינים קטנים רבים יותר כמו מימן או הליום היו מוותרים על האנרגיה שלהם אם היו יכולים להתאחד לגרעין ברזל. בקצה השני של הטבלה המחזורית, גם גרעינים גדולים יותר כמו אורניום היו מוותרים על האנרגיה שלהם אם אפשר היה לחלק אותם לחלקים, ומחלקים אלה הם יכולים ליצור גרעין ברזל. ברזל הוא מצב האנרגיה הנמוך ביותר שזמין לגרעינים. הגרעינים נוטים להישאר בצורת ברזל, אך מחסומי אנרגיה מונעים המרה זו להתרחש בקלות ברוב התנאים. כדי להתגבר על מחסומי אנרגיה אלה, ככלל, יש צורך בטמפרטורות גבוהות או פרקי זמן ארוכים.

קחו בחשבון חתיכה גדולה של חומר מוצק כמו סלע או אולי כוכב לכת. המבנה של גוף מוצק זה אינו משתנה עקב כוחות אלקטרומגנטיים רגילים, כגון אלו המעורבים בקשרים כימיים. במקום לשמור על הרכבו הגרעיני המקורי, החומר יכול, באופן עקרוני, לארגן את עצמו מחדש כך שכל גרעיני האטום שלו יהפכו לברזל. כדי שיתרחש מבנה מחדש כזה של החומר, על הגרעינים להתגבר על הכוחות החשמליים המחזיקים את החומר הזה בצורה שבה הוא קיים, ועל כוחות הדחייה החשמליים שבהם הגרעינים פועלים זה על זה. כוחות חשמליים אלו יוצרים מחסום אנרגיה חזק, בדומה למחסום המוצג באיור. 23. בגלל מחסום זה, על הגרעינים להתקבץ מחדש באמצעות מנהור קוונטי מכאני (ברגע שהגרעינים חודרים את המחסום, משיכה חזקה יוזמת היתוך). לפיכך, פיסת החומר שלנו תראה פעילות גרעינית. בהינתן מספיק זמן, אבן שלמה או כוכב לכת שלם יהפכו לברזל טהור.

כמה זמן יימשך ארגון מחדש כזה של הגרעינים? פעילות גרעינית מסוג זה תמיר את ליבות הסלע לברזל בעוד כחמש עשרה מאות עשורים קוסמולוגיים. אם תהליך גרעיני זה היה מתרחש, עודף אנרגיה היה נפלט לחלל, מכיוון שגרעיני הברזל תואמים למצב אנרגיה נמוך יותר. עם זאת, תהליך זה של היתוך גרעיני קר לעולם לא יושלם. זה אפילו לא מתחיל באמת. כל הפרוטונים המרכיבים את הגרעין יתפרקו לחלקיקים קטנים יותר הרבה לפני שהגרעינים יומרו לברזל. אפילו אורך החיים הארוך ביותר האפשרי של פרוטון הוא פחות ממאתיים עשורים קוסמולוגיים - קצר בהרבה מטווח הזמן העצום הנדרש להיתוך קר. במילים אחרות, הגרעינים יתפרקו לפני שתהיה להם סיכוי להפוך לברזל.

תהליך פיזיקלי נוסף שלוקח יותר מדי זמן להיחשב חשוב לקוסמולוגיה הוא מנהור של כוכבים מנוונים לחורים שחורים. מכיוון שחורים שחורים הם מצבי האנרגיה הנמוכים ביותר הזמינים לכוכבים, לעצם מנוון מסוג ננס לבן יש יותר אנרגיה מאשר לחור שחור מאותה מסה. לפיכך, אם ננס לבן יכול להפוך באופן ספונטני לחור שחור, הוא היה משחרר עודף אנרגיה. עם זאת, טרנספורמציה כזו לרוב אינה מתרחשת עקב מחסום האנרגיה שנוצר מלחץ הגז המנוון, השומר על קיומו של ננס לבן.

למרות מחסום האנרגיה, ננס לבן יכול להפוך לחור שחור באמצעות מנהור מכאני קוונטי. בגלל עיקרון אי הוודאות, כל החלקיקים (1057 בערך) המרכיבים ננס לבן עלולים ליפול בתוך חלל כה קטן עד שהם יוצרים חור שחור. עם זאת, אירוע אקראי זה דורש זמן רב במיוחד - כ-10 76 עשורים קוסמולוגיים. אי אפשר להגזים בגודל העצום באמת של 10 76 עשורים קוסמולוגיים. אם פרק הזמן האדיר הזה נכתב בשנים, נקבל יחידה עם 10 76 אפסים. אולי אפילו לא נתחיל לכתוב את המספר הזה בספר: הוא יהיה בסדר גודל של אפס אחד לכל פרוטון ביקום המודרני הגלוי, פלוס מינוס כמה סדרי גודל. מיותר לציין שהפרוטונים יתכלו והגמדים הלבנים ייעלמו הרבה לפני שהיקום יגיע לעשור הקוסמולוגי ה-1076.

בעוד שאירועים רבים הם כמעט בלתי אפשריים, נותר מגוון עצום של אפשרויות תיאורטיות. הקטגוריות הרחבות ביותר להתנהגות העתידית של הקוסמוס מבוססות על האם היקום פתוח, שטוח או סגור. יקום פתוח או שטוח יתרחב לנצח, בעוד יקום סגור יחווה התכווצות מחדש לאחר פרק זמן מסוים, התלוי במצב ההתחלתי של היקום. עם זאת, בהתחשב באפשרויות ספקולטיביות יותר, אנו מוצאים שההתפתחות העתידית של היקום עשויה להיות הרבה יותר מורכבת ממה שתכנית הסיווג הפשוטה הזו מציעה.

הבעיה העיקרית היא שאנו יכולים לבצע מדידות פיזיקליות משמעותיות בלבד, ולכן, להגיע למסקנות מסוימות לגבי האזור המקומי של היקום - החלק המוגבל על ידי האופק הקוסמולוגי המודרני. אנו יכולים למדוד את הצפיפות הכוללת של היקום בתוך האזור המקומי הזה, שקוטרו כעשרים מיליארד שנות אור. אבל מדידות צפיפות בתוך נפח מקומי זה, למרבה הצער, אינן קובעות את גורלו לטווח ארוך של היקום בכללותו, שכן היקום שלנו יכול להיות גדול בהרבה.

נניח, למשל, שנוכל למדוד שהצפיפות הקוסמולוגית עולה על הערך הדרוש לסגירת היקום. היינו מגיעים למסקנה הניסיונית שבעתיד היקום שלנו צריך לחוות דחיסה מחדש. היקום יישלח בבירור דרך רצף מואץ של אסונות טבע שיובילו לקראנץ' הגדול המתואר בסעיף הבא. אבל זה לא הכל. האזור המקומי שלנו ביקום - החלק שאנו צופים בו מוקף בתרחיש הארמגדון הדמיוני הזה - יכול להיות מקונן בתוך אזור הרבה יותר גדול עם צפיפות נמוכה בהרבה. במקרה זה, רק חלק מסוים מהיקום כולו ישרוד את הדחיסה. החלק הנותר, המכסה, אולי, את רוב היקום, יכול להמשיך להתרחב ללא הגבלת זמן.

הקורא עשוי לא להסכים איתנו ולומר שסיבוך כזה אינו מועיל: החלק שלנו ביקום עדיין נועד לשרוד את הדחיסה המחודשת. העולם שלנו ממילא לא יחמוק מהרס ומוות. אולם מבט מהיר זה על התמונה הגדולה משנה את נקודת המבט שלנו באופן משמעותי. אם היקום הגדול יותר ישרוד בכללותו, מותו של האזור המקומי שלנו אינו כזה טרגדיה. לא נכחיש שהרס של עיר אחת על פני כדור הארץ, נניח בגלל רעידת אדמה, הוא אירוע נורא, אבל עדיין הוא רחוק מלהיות כל כך נורא כמו הרס מוחלט של כדור הארץ כולו. באותו אופן, אובדן של חלק קטן אחד מהיקום כולו אינו הרסני כמו אובדן היקום כולו. תהליכים פיזיקליים, כימיים וביולוגיים מורכבים עדיין יכולים להתפתח בעתיד הרחוק, אי שם ביקום. הרס היקום המקומי שלנו יכול להיות רק עוד קטסטרופה בסדרה של אסונות אסטרופיזיים שהעתיד עשוי להביא: מותה של השמש שלנו, קץ החיים על פני כדור הארץ, אידוי ופיזור הגלקסיה שלנו, ריקבון של פרוטונים, לכן הרס של כל חומר רגיל, אידוי של חורים שחורים וכו'.

הישרדותו של היקום הגדול יותר מספקת הזדמנות לישועה, או נסיעה ממשית למרחקים ארוכים, או הצלה חלופית באמצעות העברת מידע באמצעות אותות אור. נתיב מילוט זה יכול להיות קשה או אפילו אסור, בהתאם לאופן שבו משולב האזור הסגור של המרחב-זמן המקומי שלנו עם האזור הגדול יותר של היקום. עם זאת, העובדה שהחיים יכולים להמשיך במקומות אחרים שומרת על התקווה.

אם האזור המקומי שלנו יתכווץ מחדש, ייתכן שלא יהיה מספיק זמן לכל האירועים האסטרונומיים המתוארים בספר זה להתרחש בחלקנו של היקום. עם זאת, בסופו של דבר, התהליכים הללו עדיין יתרחשו במקום אחר ביקום - רחוק מאיתנו. כמה זמן יש לנו לפני שהחלק המקומי של היקום נדחס מחדש תלוי בצפיפות של החלק המקומי. למרות שמדידות אסטרונומיות מודרניות מצביעות על כך שצפיפותו נמוכה מספיק כדי שהחלק המקומי שלנו ביקום לא יקרוס כלל, חומר בלתי נראה נוסף עשוי להסתתר בחושך. הערך המקסימלי האפשרי של הצפיפות המקומית הוא בערך פי שניים מהערך הנדרש כדי שהחלק המקומי של היקום ייסגר. אבל אפילו עם הצפיפות המקסימלית הזו, היקום לא יכול להתחיל להתכווץ עד שחלפו לפחות עשרים מיליארד שנה. אילוץ הזמן הזה ייתן לנו עיכוב של לפחות עוד חמישים מיליארד שנה של הגרסה המקומית של ה- Big Crunch.

גם מערכת נסיבות הפוכה עשויה להיווצר. החלק המקומי שלנו ביקום עשוי להפגין צפיפות נמוכה יחסית ולכן זכאי לחיי נצח. עם זאת, ניתן לקנן את החלק המקומי הזה של מרחב-זמן בתוך שטח הרבה יותר גדול עם צפיפות הרבה יותר גבוהה. במקרה זה, כאשר האופק הקוסמולוגי המקומי שלנו יהיה גדול מספיק כדי לכלול אזור גדול יותר בעל צפיפות גבוהה יותר, היקום המקומי שלנו יהפוך לחלק מיקום גדול יותר שנועד לעבור כיווץ מחדש.

תרחיש ההרס הזה דורש מהיקום המקומי שלנו גיאומטריה קוסמולוגית כמעט שטוחה, כי רק אז קצב ההתפשטות ממשיך לרדת בהתמדה. הגיאומטריה הכמעט שטוחה מאפשרת לאזורים גדולים יותר ויותר של היקום בקנה מידה (התמונה הגדולה של היקום) להשפיע על אירועים מקומיים. השטח הגדול הזה רק צריך להיות צפוף מספיק כדי בסופו של דבר לשרוד דחיסה חוזרת. הוא חייב לחיות מספיק זמן (כלומר, לא להתמוטט מוקדם מדי) כדי שהאופק הקוסמולוגי שלנו יגדל לקנה המידה הגדול הנדרש.

אם הרעיונות הללו מתממשים בחלל, אז היקום המקומי שלנו אינו "זהה" כלל לאזור הגדול הרבה יותר של היקום שסופג אותו. לפיכך, במרחקים גדולים מספיק, העיקרון הקוסמולוגי יופר בבירור: היקום לא יהיה זהה בכל נקודה בחלל (הומוגנית) ולא בהכרח זהה לכל הכיוונים (איזוטרופי). פוטנציאל זה אינו שולל את השימוש שלנו בעקרון הקוסמולוגי כדי לחקור את ההיסטוריה של העבר (כמו בתיאוריית המפץ הגדול), שכן היקום הוא הומוגני ואיזוטרופי בבירור באזור המקומי שלנו במרחב-זמן, שהוא כיום כעשרה מיליארד. שנות אור. כל סטייה פוטנציאלית מהומוגניות ואיזוטרופיה מתייחסת לגדלים גדולים, מה שאומר שהם יכולים להופיע רק בעתיד.

למרבה האירוניה, אנו יכולים להציב גבולות לטבעו של אותו אזור גדול יותר של היקום שנמצא כיום מחוץ לאופק הקוסמולוגי שלנו. על פי המדידות, קרינת הרקע הקוסמית היא הומוגנית ביותר. עם זאת, הבדלים גדולים בצפיפות היקום, גם אם הם היו מחוץ לאופק הקוסמולוגי, בהחלט היו גורמים לפעימות בקרינת הרקע ההומוגנית הזו. אז היעדר תנודות משמעותיות מצביע על כך שכל הפרעות צפיפות משמעותיות צפויות חייבות להיות רחוקות מאוד מאיתנו. אבל אם הפרעות בצפיפות גדולה רחוקות, אז האזור המקומי שלנו ביקום עשוי לחיות מספיק זמן לפני הפגישה איתם. הרגע הקדום ביותר האפשרי שבו להבדלים גדולים בצפיפות תהיה השפעה על חלקנו ביקום יהיה כשבעה עשר עשורים קוסמולוגיים. אבל, סביר להניח, האירוע שמשנה את היקום הזה יתרחש הרבה יותר מאוחר. לפי רוב הגרסאות של התיאוריה של היקום האינפלציוני, היקום שלנו יישאר הומוגני וכמעט שטוח במשך מאות ואפילו אלפי עשורים קוסמולוגיים.

אם היקום (או חלק ממנו) סגור, אז כוח הכבידה ינצח את ההתפשטות והתכווצות בלתי נמנעת תתחיל. יקום כזה שעובר קריסה מחודשת יסתיים בהתנתקות לוהטת המכונה לחיצה גדולה. רבות מהתהפוכות שמציינות את רצף הזמן של יקום מתכווץ נבחנו לראשונה על ידי סר מרטין ריס, כיום האסטרונום המלכותי של אנגליה. כשהיקום יצלול לתוך הגמר הגדול הזה, לא יחסרו אסונות.

ולמרות שהיקום יתרחב ככל הנראה לנצח, אנו פחות או יותר בטוחים שצפיפות היקום אינה עולה על פי שניים מערכה של הצפיפות הקריטית. בהכרת הגבול העליון הזה, אנו יכולים לציין זאת מִינִימוּםהזמן האפשרי שנותר לפני קריסת היקום ב"קראנץ' הגדול" הוא כחמישים מיליארד שנה. יום הדין עדיין רחוק מאוד בכל מידת זמן אנושית, כך שכדאי להמשיך לשלם את שכר הדירה באופן קבוע.

נניח שעשרים מיליארד שנה לאחר מכן, כאשר הוא מגיע לגודלו המרבי, היקום אכן חווה כיווץ מחדש. באותו זמן, היקום היה גדול בערך פי שניים ממה שהוא היום. הטמפרטורה של קרינת הרקע תהיה כ-1.4 מעלות קלווין: מחצית מהערך של היום. לאחר שהיקום התקרר לטמפרטורה המינימלית הזו, הקריסה שלאחר מכן תחמם אותו כשהוא נע במהירות לעבר ה- Big Crunch. לאורך הדרך, בתהליך הדחיסה הזה, כל המבנים שנוצרו על ידי היקום ייהרסו: צבירים, גלקסיות, כוכבים, כוכבי לכת ואפילו היסודות הכימיים עצמם.

כעשרים מיליארד שנה לאחר תחילת הדחיסה מחדש, היקום יחזור לגודל ולצפיפות של היקום המודרני. ובארבעים מיליארד השנים שחלפו, היקום מתקדם עם אותו סוג של מבנה בקנה מידה גדול. כוכבים ממשיכים להיוולד, להתפתח ולמות. לכוכבים קטנים וחסכוניים בדלק כמו שכנתנו הקרובה פרוקסימה קנטאורי אין מספיק זמן לעבור אבולוציה משמעותית. חלק מהגלקסיות מתנגשות ומתמזגות בתוך צבירי האב שלהן, אך רובן נותרות כמעט ללא שינוי. לוקח לגלקסיה בודדת הרבה יותר מארבעים מיליארד שנה לשנות את המבנה הדינמי שלה. על ידי היפוך של חוק ההתפשטות של האבל, חלק מהגלקסיות יתקרבו לגלקסיה שלנו במקום להתרחק ממנה. רק מגמת השינוי הכחול המוזרה הזו היא שתאפשר לאסטרונומים לתפוס הצצה לאסון הממשמש ובא.

צבירי גלקסיות נפרדים, הפזורים בחלל עצום וקשורים באופן רופף לגושים וחוטים, יישארו שלמים עד שהיקום יתכווץ לגודל קטן פי חמישה מהיום. ברגע של צירוף עתידי היפותטי זה, צבירי גלקסיות מתמזגים. ביקום של היום, צבירי גלקסיות תופסים רק כאחוז אחד מהנפח. עם זאת, ברגע שהיקום מתכווץ לחמישית מגודלו הנוכחי, אשכולות ממלאים כמעט את כל החלל. לפיכך, היקום יהפוך לצביר ענק אחד של גלקסיות, אך הגלקסיות עצמן בעידן זה ישמרו על האינדיבידואליות שלהן.

ככל שההתכווצות נמשכת, היקום יהפוך בקרוב מאוד קטן פי מאה ממה שהוא היום. בשלב זה, הצפיפות הממוצעת של היקום תהיה שווה לצפיפות הממוצעת של הגלקסיה. הגלקסיות יחפפו זו לזו, וכוכבים בודדים כבר לא יהיו שייכים לשום גלקסיה מסוימת. ואז היקום כולו יהפוך לגלקסיה ענקית אחת מלאה בכוכבים. טמפרטורת הרקע של היקום, שנוצרה על ידי קרינת רקע קוסמית, עולה ל-274 מעלות קלווין, ומתקרבת לנקודת ההיתוך של הקרח. בשל הדחיסה ההולכת וגוברת של אירועים לאחר עידן זה, הרבה יותר נוח להמשיך את הסיפור מהעמדות של הקצה הנגדי של ציר הזמן: הזמן שנותר עד ל- Big Craunch. כאשר הטמפרטורה של היקום מגיעה לנקודת ההיתוך של הקרח, ליקום שלנו יש היסטוריה עתידית של עשרה מיליון שנים.

עד לנקודה זו, החיים על כוכבי לכת ארציים ממשיכים באופן די בלתי תלוי בהתפתחות הקוסמוס המתרחשת מסביב. למעשה, חמימות השמיים תמיס בסופו של דבר את העצמים הקפואים דמויי פלוטו הנסחפים סביב הפריפריה של כל מערכת שמש ותספק הזדמנות חולפת אחרונה לחיים לפרוח ביקום. האביב האחרון הקצר יחסית הזה יסתיים כאשר טמפרטורת קרינת הרקע תמשיך לעלות. עם היעלמותם של מים נוזליים ברחבי היקום, פחות או יותר בו זמנית, יש הכחדה המונית של כל החיים. האוקיינוסים רותחים, ושמי הלילה הופכים בהירים יותר משמי היום שאנו רואים מכדור הארץ היום. כשנותרו רק שישה מיליון שנים לפני הקריסה הסופית, כל צורות חיים ששרדו חייבות להישאר עמוק בפנים כוכבי הלכת או לפתח מנגנוני קירור משוכללים ויעילים.

לאחר ההרס הסופי, תחילה של הצבירים, ולאחר מכן של הגלקסיות עצמן, הכוכבים הם הבאים בקו האש. אם שום דבר אחר לא היה קורה, הכוכבים, במוקדם או במאוחר, יתנגשו והורסים זה את זה מול דחיסה מתמשכת והורסת כל. עם זאת, גורל אכזרי כזה יעקוף אותם, כי הכוכבים יקרסו בצורה הדרגתית יותר, הרבה לפני שהיקום יהפוך צפוף מספיק כדי שיתרחשו התנגשויות כוכבים. כאשר הטמפרטורה של קרינת הרקע המתכווצת ברציפות עולה על טמפרטורת פני השטח של כוכב, שהיא בין ארבע לששת אלפים מעלות קלווין, שדה הקרינה יכול לשנות באופן משמעותי את מבנה הכוכבים. ולמרות שתגובות גרעיניות נמשכות בפנים הכוכבים, פני השטח שלהם מתאדים בהשפעת שדה קרינה חיצוני חזק מאוד. לפיכך, קרינת הרקע היא הסיבה העיקרית להרס של כוכבים.

כשהכוכבים מתחילים להתאדות, גודלו של היקום קטן בערך פי אלפיים מהיום. בעידן סוער זה, שמי הלילה נראים בהירים כמו פני השמש. קשה להתעלם מהקוצר של הזמן שנותר: הקרינה החזקה ביותר שורפת כל ספק שנותרו פחות ממיליון שנים עד הסוף. כל אסטרונום שיש לו הבנה טכנולוגית לחיות כדי לראות את התקופה הזו אולי יזכרו בהשתאות עצומה שהקלחת הרותחת של היקום שהם צופים בהם - כוכבים קפואים בשמיים בהירים כמו השמש - היא לא פחות מחזרתו של הפרדוקס של אולברס. יקום ישן וסטטי לאין שיעור.

כל ליבות כוכבים או גמדים חומים שישרדו את עידן האידוי הזה ייקרעו לרסיסים בצורה הכי לא טקסית. כאשר הטמפרטורה של קרינת הרקע מגיעה לעשר מיליון מעלות קלווין, הדומה למצב הנוכחי של אזורי הכוכבים המרכזיים, כל דלק גרעיני שנותר יכול להתלקח ולהוביל לפיצוץ החזק והמרהיב ביותר. כך, עצמים כוכביים שיצליחו לשרוד את האידוי יתרמו לאטמוספירה הכללית של סוף העולם, ויהפכו לפצצות מימן פנטסטיות.

כוכבי הלכת ביקום המתכווץ יחלקו את גורל הכוכבים. כדורי גז ענקיים, כמו צדק ושבתאי, מתאדים הרבה יותר קל מכוכבים ומשאירים מאחוריהם רק ליבות מרכזיות, שלא ניתן להבחין בהן מכוכבי לכת ארציים. כל מים נוזליים כבר מזמן התאדו מפני השטח של כוכבי הלכת, ובקרוב מאוד האטמוספרות שלהם תלכו בעקבותיו. נותרו רק שממה עקרה ועקרה. משטחים סלעיים נמסים ושכבות של סלע נוזלי מתעבות בהדרגה, ולבסוף בולעות את כדור הארץ כולו. כוח הכבידה מונע מהשרידים המותכים הגוססים להתפזר, והם יוצרים אטמוספרות סיליקט כבדות, אשר בתורן דולפות לחלל החיצון. כוכבי לכת מתאדים, צוללים לתוך להבה מסנוורת, נעלמים ללא עקבות.

כאשר כוכבי הלכת עוזבים את המקום, האטומים של החלל הבין-כוכבי מתחילים להתפרק לתוך הגרעינים והאלקטרונים המרכיבים אותם. קרינת הרקע הופכת כל כך חזקה עד שפוטונים (חלקיקי אור) מקבלים מספיק אנרגיה כדי לשחרר אלקטרונים. כתוצאה מכך, במאות אלפי השנים האחרונות, אטומים מפסיקים להתקיים והחומר מתכלה לחלקיקים טעונים. קרינת רקע מקיימת אינטראקציה חזקה עם החלקיקים הטעונים הללו, שבגללה החומר והקרינה שלובים זה בזה. פוטוני הרקע הקוסמיים, שנעו באין מפריע כבר כמעט שישים מיליארד שנה מאז השילוב מחדש, פגעו בפני השטח של הפיזור "הבא" שלהם.

הרוביקון נחצה כאשר היקום מתכווץ לאחת עשרת אלפים מגודלו הנוכחי. בשלב זה, צפיפות הקרינה עולה על צפיפות החומר - זה היה המקרה רק מיד לאחר המפץ הגדול. הקרינה מתחילה לשלוט ביקום שוב. מכיוון שחומר וקרינה מתנהגים אחרת בגלל שהם עברו התכווצות, התכווצות נוספת משתנה מעט כשהיקום חווה את המעבר הזה. נותרו רק עשרת אלפים שנה.

כאשר נותרו רק שלוש דקות לפני הדחיסה הסופית, גרעיני האטום מתחילים להתפרק. ההתפרקות הזו נמשכת עד השנייה האחרונה, עד אז כל הגרעינים החופשיים הושמדו. עידן זה של אנטי-נוקלאוסינתזה שונה בתכלית מהנוקלאוסינתזה האלימה שהתרחשה בדקות הראשונות של העידן הקדמון. בדקות הראשונות של ההיסטוריה של הקוסמוס נוצרו רק היסודות הקלים ביותר, בעיקר מימן, הליום ומעט ליתיום. בדקות האחרונות נכחו בחלל מגוון רחב של גרעינים כבדים. גרעיני ברזל מחזיקים את הקשרים החזקים ביותר, ולכן ההתפרקות שלהם דורשת את האנרגיה הגבוהה ביותר לכל חלקיק. עם זאת, היקום המתכווץ יוצר טמפרטורות ואנרגיות גבוהות מתמיד: במוקדם או במאוחר, אפילו גרעיני ברזל ימותו בסביבה ההרסנית בטירוף הזו. בשנייה האחרונה של חיי היקום, לא נשאר בו ולו יסוד כימי אחד. פרוטונים וניטרונים חוזרים להיות חופשיים - כמו בשנייה הראשונה של ההיסטוריה של הקוסמוס.

אם לפחות חלק מהחיים נשארים ביקום בעידן זה, רגע ההרס של הגרעינים הופך לתכונה הזו, שבגללה הם לא חוזרים. לאחר אירוע זה, לא יישאר דבר ביקום שדומה אפילו במידה מרחוק לחיים ארציים מבוססי פחמן. לא יישאר פחמן ביקום. כל אורגניזם שמצליח לשרוד את ריקבון הגרעינים חייב להיות שייך למין אקזוטי באמת. אולי, ישויות המבוססות על האינטראקציה החזקה יכלו לראות את השנייה האחרונה של חיי היקום.

השנייה האחרונה דומה מאוד לסרט המפץ הגדול שמוצג לאחור. לאחר דעיכת הגרעינים, כאשר רק מיקרו-שנייה אחת מפרידה בין היקום למוות, הפרוטונים והנייטרונים עצמם מתפוררים, והיקום הופך לים של קווארקים חופשיים. ככל שהדחיסה נמשכת, היקום נעשה חם וצפוף יותר, ונראה שחוקי הפיזיקה משתנים בו. כאשר היקום מגיע לטמפרטורה של כ-10 15 מעלות קלווין, הכוח הגרעיני החלש והכוח האלקטרומגנטי מתאחדים ויוצרים את הכוח האלקטרו-חלש. אירוע זה הוא מעין מעבר פאזה קוסמולוגי, המזכיר במעורפל את הפיכת הקרח למים. ככל שאנו מתקרבים לאנרגיות גבוהות יותר, מתקרבות לסוף הזמן, אנו מתרחקים מראיות ניסיוניות ישירות, לפיהן הנרטיב, בין אם נרצה בכך ובין אם לא, הופך לספקולטיבי יותר. ובכל זאת אנחנו ממשיכים. אחרי הכל, ליקום עדיין נותרו 10 -11 שניות של היסטוריה.

המעבר החשוב הבא מתרחש כאשר הכוח החזק משתלב עם הכוח החלש. אירוע זה נקרא איחוד גדול, משלב שלושה מארבעת כוחות היסוד של הטבע: הכוח הגרעיני החזק, הכוח הגרעיני החלש והכוח האלקטרומגנטי. האיחוד הזה מתרחש בטמפרטורה גבוהה להפליא של 10 28 מעלות קלווין, כאשר ליקום נותרו רק 10 -37 שניות לחיות.

האירוע הגדול האחרון שאנו יכולים לסמן בלוח השנה שלנו הוא איחוד הכבידה עם שלושת הכוחות האחרים. אירוע מרכזי זה מתרחש כאשר היקום המתכווץ מגיע לטמפרטורה של בערך 10 32 מעלות קלווין ונשארו רק 10 -43 שניות לפני ה- Big Craunch. טמפרטורה או אנרגיה זו נקראת בדרך כלל ערך פלאנק. למרבה הצער, למדענים אין תיאוריה פיזיקלית עקבית בעצמה עבור סולם אנרגיות כזה, שבו כל ארבעת כוחות הטבע הבסיסיים משולבים לאחד. כאשר האיחוד הזה של ארבעת הכוחות מתרחש במהלך דחיסה מחדש, ההבנה הנוכחית שלנו של חוקי הפיזיקה כבר אינה מספקת. מה יקרה אחר כך, אנחנו לא יודעים.

לאחר שהסתכלנו על האירועים הבלתי אפשריים והבלתי ייאמן, הבה נתעכב על האירוע היוצא דופן ביותר שקרה - הולדת החיים. היקום שלנו הוא מקום די נוח לחיים כפי שאנו מכירים אותו. למעשה, כל ארבעת החלונות האסטרופיזיים ממלאים תפקיד חשוב בפיתוחו. כוכבי הלכת, החלון הקטן ביותר באסטרונומיה, הם בית לחיים. הם מספקים "צלחות פטרי" שבהן החיים יכולים להתעורר ולהתפתח. גם חשיבותם של כוכבים ברורה: הם מקור האנרגיה הדרושה לאבולוציה ביולוגית. התפקיד הבסיסי השני של כוכבים הוא שבדומה לאלכימאים, הם יוצרים יסודות כבדים יותר מהליום: פחמן, חמצן, סידן וגרעינים אחרים המרכיבים את צורות החיים המוכרות לנו.

גלקסיות הן גם חשובות ביותר, אם כי זה לא כל כך ברור. ללא ההשפעה המחייבת של הגלקסיות, היסודות הכבדים שייצרו הכוכבים היו מפוזרים ברחבי היקום. האלמנטים הכבדים הללו הם אבני הבניין החיוניות המרכיבות את כוכבי הלכת ואת כל צורות החיים. גלקסיות, עם המסות הגדולות והמשיכה הכבידה החזקה שלהן, שומרות על פיזור הגז המועשר מבחינה כימית שנשאר לאחר מותם של כוכבים. לאחר מכן, גז זה שעובד בעבר נכלל בדורות הבאים של כוכבים, כוכבי לכת ואנשים. לפיכך, המשיכה הגרביטציונית של גלקסיות מספקת נגישות קלה של יסודות כבדים לדורות הבאים של כוכבים ולהיווצרות כוכבי לכת סלעיים כמו כדור הארץ שלנו.

אם אנחנו מדברים על המרחקים הגדולים ביותר, אז היקום עצמו חייב להיות בעל המאפיינים הדרושים כדי לאפשר את הופעתם והתפתחותם של חיים. ולמרות שאין לנו משהו שדומה אפילו במעט להבנה מלאה של החיים וההתפתחות שלהם, דרישה בסיסית אחת בטוחה יחסית: זה לוקח הרבה זמן. הופעת האדם ארכה כארבעה מיליארד שנים על הפלנטה שלנו, ואנו מוכנים להמר שבכל מקרה, לפחות מיליארד שנים חייבות לעבור להופעתם של חיים תבוניים. כך היקום בכללותו יצטרך לחיות מיליארדי שנים כדי לאפשר לחיים להתפתח, לפחות במקרה של ביולוגיה שדומה אפילו במעורפל לשלנו.

תכונות היקום שלנו בכללותו מאפשרות גם לספק סביבה כימית המסייעת להתפתחות החיים. למרות שאלמנטים כבדים יותר כמו פחמן וחמצן מסונתזים בכוכבים, מימן הוא גם מרכיב חיוני. הוא חלק משניים משלושת אטומי המים, H 2 O, מרכיב חשוב של החיים על הפלנטה שלנו. בהתחשב במכלול העצום של יקומים אפשריים ותכונותיהם האפשריות, אנו שמים לב שכתוצאה מנוקלאוסינתזה ראשונית, כל המימן יכול לעבור עיבוד להליום וליסודות כבדים אף יותר. או שהיקום יכול היה להתרחב כל כך מהר עד שפרוטונים ואלקטרונים מעולם לא נפגשו ויוצרים אטומי מימן. כך או כך, היקום יכול היה להסתיים בלי ליצור את אטומי המימן המרכיבים את מולקולות המים, שבלעדיהם לא היו חיים רגילים.

בהתחשב בשיקולים אלו, מתברר כי היקום שלנו אכן מכיל את התכונות הנחוצות המאפשרות את קיומנו. בהתחשב בחוקי הפיזיקה, הנקבעים על ידי ערכי הקבועים הפיזיקליים, גודל הכוחות הבסיסיים והמוני החלקיקים היסודיים, היקום שלנו יוצר באופן טבעי גלקסיות, כוכבים, כוכבי לכת וחיים. אם לחוקים הפיזיקליים הייתה צורה מעט שונה, היקום שלנו יכול להיות בלתי ניתן למגורים לחלוטין ודל ביותר מבחינה אסטרונומית.

הבה נמחיש את הכוונון הנדרש של היקום שלנו בפירוט קטן יותר. גלקסיות, אחד מהעצמים האסטרופיזיים הנחוצים לחיים, נוצרות כאשר כוח הכבידה מנצח את התפשטות היקום וגורם לאזורים מקומיים להתכווץ. אם כוח הכבידה היה חלש בהרבה או קצב ההתפשטות הקוסמולוגית הרבה יותר מהיר, אז עד עכשיו לא הייתה ולו גלקסיה אחת בחלל. היקום ימשיך להתפוגג, אך לא יכיל מבנה אחד הקשור לכבידה, לפחות בשלב זה של ההיסטוריה של היקום. מצד שני, אם לכוח הכבידה היה ערך הרבה יותר גדול או שקצב ההתפשטות של הקוסמוס היה נמוך בהרבה, אז היקום כולו היה מתמוטט שוב ​​במחנק גדול הרבה לפני שהיווצרות הגלקסיות החלה. בכל מקרה, לא יהיו חיים ביקום המודרני שלנו. המשמעות היא שהמקרה המעניין של יקום מלא בגלקסיות ובמבנים בקנה מידה גדול אחרים דורש פשרה עדינה למדי בין כוח הכבידה לקצב ההתפשטות. והיקום שלנו הבין בדיוק פשרה כזו.

באשר לכוכבים, הכוונון הנדרש של התיאוריה הפיזיקלית קשור לתנאים מחמירים עוד יותר. תגובות ההיתוך המתרחשות בכוכבים ממלאות שני תפקידי מפתח הנחוצים להתפתחות החיים: ייצור אנרגיה וייצור יסודות כבדים כמו פחמן וחמצן. כדי שכוכבים ימלאו את תפקידם, עליהם לחיות זמן רב, להגיע לטמפרטורות מרכזיות גבוהות מספיק, ולהיות נפוצים מספיק. כדי שכל חלקי הפאזל יפלו על מקומם, היקום חייב להיות ניחן במגוון רחב של תכונות מיוחדות.

אולי הפיזיקה הגרעינית יכולה לספק את הדוגמה המובהקת ביותר. תגובות היתוך ומבנה גרעיני תלויים בגודל האינטראקציה החזקה. גרעיני אטום קיימים כמבנים קשורים מכיוון שהכוח החזק מסוגל לשמור פרוטונים קרובים זה לזה, למרות שדחייה חשמלית של פרוטונים בעלי מטען חיובי נוטה לקרוע את הגרעין. אם הכוח החזק היה קצת יותר חלש, אז פשוט לא היו גרעינים כבדים. אז לא יהיה פחמן ביקום, וכתוצאה מכך, לא יהיו צורות חיים המבוססות על פחמן. מצד שני, אם הכוח הגרעיני החזק היה אפילו חזק יותר, אז שני פרוטונים יכולים להתאחד לזוגות הנקראים דיפרוטונים. במקרה זה, הכוח החזק יהיה כל כך חזק שכל הפרוטונים ביקום יתחברו לדיפרוטונים או אפילו למבנים גרעיניים גדולים יותר, ופשוט לא יישאר מימן רגיל. בהיעדר מימן, לא יהיו מים ביקום, ולכן לא נוצרות חיים ידועות לנו. למזלנו, ליקום שלנו יש בדיוק את הכמות הנכונה של כוח חזק כדי לאפשר מימן, מים, פחמן ומרכיבים חיוניים אחרים של החיים.

באופן דומה, אם לכוח הגרעיני החלש היה חוזק שונה מאוד, זה היה משפיע באופן משמעותי על התפתחות הכוכבים. אם האינטראקציה החלשה הייתה הרבה יותר חזקה, למשל, בהשוואה לאינטראקציה החזקה, אזי תגובות גרעיניות בפנים של כוכבים היו מתקיימות בקצבים גבוהים בהרבה, שבגללם חיי הכוכבים היו מצטמצמים משמעותית. נצטרך גם לשנות את שם האינטראקציה החלשה. ליקום יש עיכוב מסוים בעניין זה בגלל טווח המסות הכוכביות - כוכבים קטנים חיים יותר וניתן להשתמש בהם כדי להניע את האבולוציה הביולוגית במקום השמש שלנו. עם זאת, לחץ הגז המנוון (ממכניקת הקוונטים) מונע מכוכבים לשרוף מימן ברגע שהמסה שלהם הופכת קטנה מדי. לפיכך, אפילו תוחלת החיים של הכוכבים הארוכים ביותר תופחת ברצינות. ברגע שאורך החיים המקסימלי של כוכב יורד מתחת לקו מיליארד השנים, התפתחות החיים מאוימת מיד. הערך האמיתי של האינטראקציה החלשה קטן פי מיליוני מהחזקה, שבגללה השמש שורפת את המימן שלה באיטיות ובטבעיות, הנדרשת להתפתחות החיים על פני כדור הארץ.

לאחר מכן, שקול את כוכבי הלכת - העצמים האסטרופיזיים הקטנים ביותר הנחוצים לחיים. היווצרותם של כוכבי לכת מחייבת את היקום לייצר יסודות כבדים, וכתוצאה מכך, את אותם אילוצים גרעיניים שכבר תוארו לעיל. בנוסף, קיומם של כוכבי לכת מחייב שטמפרטורת הרקע של היקום תהיה נמוכה מספיק כדי שמוצקים יתעבו. אם היקום שלנו היה קטן רק פי שישה ממה שהוא עכשיו, ולכן חם פי אלף, אז חלקיקי אבק בין-כוכבי היו מתאדים ופשוט לא היו חומרי גלם להיווצרות כוכבי לכת סלעיים. ביקום ההיפותטי הלוהט הזה, אפילו היווצרותם של כוכבי לכת ענקיים תהיה מדוכאת ביותר. למרבה המזל, היקום שלנו קריר מספיק כדי לאפשר היווצרות של כוכבי לכת.

שיקול נוסף הוא היציבות ארוכת הטווח של מערכת השמש מיד מהיווצרותה. בגלקסיה המודרנית שלנו, גם אינטראקציות וגם מפגשים עם כוכבים הם נדירים וחלשים בגלל הצפיפות הנמוכה מאוד של כוכבים. אם הגלקסיה שלנו הייתה מכילה את אותו מספר כוכבים, אבל הייתה קטנה פי מאה, הצפיפות המוגברת של הכוכבים תוביל להסתברות גבוהה למדי של כניסת כוכב אחר כלשהו למערכת השמש שלנו, מה שישמיד את מסלולי כוכבי הלכת. התנגשות קוסמית כזו עלולה לשנות את מסלול כדור הארץ ולהפוך את כוכב הלכת שלנו לבלתי ראוי למגורים או לזרוק את כדור הארץ ממערכת השמש לחלוטין. בכל מקרה, אסון כזה פירושו סוף החיים. למרבה המזל, בגלקסיה שלנו, הזמן המשוער של מערכת השמש שלנו לשרוד התנגשות משנה מסלול עולה בהרבה על הזמן הדרוש להתפתחות חיים.

אנו רואים שהיקום הארוך, המכיל גלקסיות, כוכבים וכוכבי לכת, דורש קבוצה מיוחדת למדי של קבועים בסיסיים שקובעים את ערכי הכוחות העיקריים. אז הכוונון הנדרש הזה מעלה שאלה בסיסית: למה ליקום שלנו יש את המאפיינים הספציפיים האלה שבסופו של דבר מולידים חיים?שכן העובדה שהחוקים הפיזיקליים הם בדיוק כאלה שמאפשרים את קיומנו היא צירוף מקרים מדהים באמת. נראה כאילו היקום ידע איכשהו על הופעתנו הממשמשת ובאה. כמובן שאם התנאים היו שונים איכשהו, פשוט לא היינו כאן ולא היה מי שיחשוב על הנושא הזה. עם זאת, השאלה "למה?" זה לא נעלם.

להבין את זה למהחוקים פיזיקליים בדיוק כפי שהם, מביאים אותנו אל גבול ההתפתחות של המדע המודרני. הסברים ראשוניים כבר הועלו, אך השאלה עדיין נותרה פתוחה. מאז המאה העשרים המדע סיפק הבנת עבודה טובה של מההם חוקי הפיזיקה שלנו, אנו יכולים לקוות שהמדע של המאה העשרים ואחת ייתן לנו הבנה של מה למהחוקים פיזיקליים הם בדיוק כאלה. כמה רמזים בכיוון הזה כבר מתחילים לצוץ, כפי שנראה בעוד רגע.

צירוף מקרים זה לכאורה (שליקום יש בדיוק את אותם תכונות מיוחדות המאפשרות את מקורם והתפתחותם של חיים) נראה הרבה פחות מופלא אם נקבל את זה שהיקום שלנו - אזור המרחב-זמן שבו אנו מחוברים - הוא רק אחד מאינספור אחרים. יקומים. במילים אחרות, היקום שלנו הוא רק חלק קטן רב-יקום- אנסמבל ענק של יקומים, שלכל אחד מהם יש גרסאות משלו לחוקי הפיזיקה. במקרה זה, מכלול היקומים יישם את כל הגרסאות האפשריות הרבות של חוקי הפיזיקה. עם זאת, החיים יתפתחו רק באותם יקומים מסוימים שיש להם את הגרסה הנכונה של חוקים פיזיקליים. ואז העובדה שבמקרה חיינו ביקום עם התכונות הנחוצות לחיים הופכת ברורה.

בואו נבהיר את ההבדל בין "יקומים אחרים" ל"חלקים אחרים" של היקום שלנו. הגיאומטריה בקנה מידה גדול של מרחב-זמן יכולה להיות מורכבת מאוד. כיום אנו חיים בחלק הומוגני של היקום, שקוטרה הוא כעשרים מיליארד שנות אור. אזור זה מייצג חלק מהמרחב שיכול להשפיע עלינו בזמן נתון. ככל שהיקום נע לעתיד, שטח המרחב-זמן שיכול להשפיע עלינו יגדל. במובן זה, ככל שאנו מתבגרים, היקום שלנו יכיל יותר מרחב-זמן. עם זאת, עשויים להיות אזורים אחרים של מרחב-זמן לעולם לאלא יהיה בקשר סיבתי עם החלק שלנו ביקום, לא משנה כמה זמן נחכה ולא משנה בן כמה היקום שלנו יהיה. אזורים אחרים אלה גדלים ומתפתחים באופן די בלתי תלוי באירועים הפיזיים המתרחשים ביקום שלנו. אזורים כאלה שייכים ליקום אחר.

ברגע שאנו מודים באפשרות של יקומים אחרים, מכלול צירופי המקרים שקיים ביקום שלנו נראה הרבה יותר נעים. אבל האם הרעיון הזה של קיומם של יקומים אחרים באמת הגיוני כל כך? האם ניתן להכיל באופן טבעי מספר יקומים במסגרת תיאוריית המפץ הגדול, למשל, או לפחות ההרחבות הסבירות שלה? באופן מפתיע, התשובה היא כן מהדהד.

אנדריי לינדה, קוסמולוגית רוסית בולטת כיום בסטנפורד, הציג את הרעיון אינפלציה נצחית. באופן גס, הרעיון התיאורטי הזה אומר שבכל עת אזור כלשהו של מרחב-זמן, שנמצא אי שם ברב-יקום, חווה שלב אינפלציוני של התפשטות. לפי תרחיש זה, קצף המרחב-זמן, באמצעות מנגנון האינפלציה, יוצר ללא הרף יקומים חדשים (כפי שכבר נדון בפרק הראשון). חלק מהאזורים המתרחבים האינפלציוניים הללו יתפתחו ליקום מעניינים כמו החלק המקומי של מרחב-זמן. יש להם חוקים פיזיקליים המסדירים את היווצרותם של גלקסיות, כוכבים וכוכבי לכת. חלק מהתחומים הללו עשויים אפילו לפתח חיים תבוניים.

לרעיון זה יש משמעות פיזית ומשיכה מהותית משמעותית. גם אם היקום שלנו, אזור המרחב-זמן המקומי שלנו, נועד למות מוות איטי וכואב, תמיד יהיו יקומים אחרים בסביבה. תמיד יהיה משהו אחר. אם הרב-יקום נצפה מנקודת מבט רחבה יותר, חובק את כל אנסמבל היקומים, אז הוא יכול להיחשב נצחי באמת.

תמונה זו של אבולוציה קוסמית עוקפת בצורה יפה את אחת השאלות המטרידות ביותר שעלו בקוסמולוגיה של המאה העשרים: אם היקום התחיל במפץ גדול רק לפני עשרה מיליארד שנים, מה קרה לפני המפץ הגדול הזה?השאלה הקשה הזו של "מה היה כשעוד לא היה כלום" משמשת גבול בין מדע לפילוסופיה, בין פיזיקה למטאפיסיקה. אנו יכולים להחיש את החוק הפיזיקלי אחורה בזמן עד היקום שבו היה רק ​​10 -43 שניות, אם כי ככל שנתקרב לנקודה זו, אי הוודאות של הידע שלנו תגבר, ותקופות מוקדמות יותר בדרך כלל לא נגישות לשיטות מדעיות מודרניות. עם זאת, המדע אינו עומד במקום, וכבר מתחילה להופיע התקדמות מסוימת בתחום זה. בתוך ההקשר הרחב יותר שמספקת מושג הרב-יקום והאינפלציה הנצחית, אנו אכן יכולים לנסח את התשובה: לפני המפץ הגדול, היה (ועדיין קיים!) אזור קצף של מרחב-זמן עתיר אנרגיה. מהקצף הקוסמי הזה לפני כעשרה מיליארד שנים, נולד היקום שלנו, שממשיך להתפתח היום. באופן דומה, יקומים אחרים נולדים כל הזמן, ותהליך זה יכול להימשך ללא הגבלת זמן. נכון, התשובה הזו נותרה קצת לא ברורה ואולי קצת לא מספקת. אף על פי כן, הפיזיקה כבר הגיעה לנקודה שבה נוכל לפחות להתחיל להתייחס לשאלה ארוכת השנים הזו.

עם מושג הרב-יקום, אנו מקבלים את השלב הבא של המהפכה הקופרניקאית. כשם שלכוכב הלכת שלנו אין מקום מיוחד במערכת השמש שלנו, ולמערכת השמש שלנו אין מעמד מיוחד ביקום, כך ליקום שלנו אין מקום מיוחד בתמהיל הקוסמי הענק של יקומים המרכיבים את הרב-יקום.

המרחב-זמן של היקום שלנו נעשה מורכב יותר ויותר ככל שהוא מזדקן. ממש בהתחלה, מיד אחרי המפץ הגדול, היקום שלנו היה מאוד חלק ואחיד. תנאים ראשוניים כאלה היו הכרחיים כדי שהיקום יתפתח לצורתו הנוכחית. עם זאת, ככל שהיקום מתפתח, כתוצאה מתהליכים גלקטיים וכוכבים, נוצרים חורים שחורים, החודרים למרחב-זמן עם הייחודיות הפנימית שלהם. לפיכך, חורים שחורים יוצרים מה שניתן לחשוב עליו כחורים במרחב-זמן. באופן עקרוני, ייחודויות אלה יכולות לספק גם קישור ליקום אחר. יכול לקרות גם שיקומים חדשים נולדים בייחודיות של חור שחור - יקומי הילד שעליהם דיברנו בפרק 5. במקרה זה, היקום שלנו יכול להוליד יקום חדש המחובר ליקום שלנו דרך חור שחור.

אם עוקבים אחר שרשרת ההיגיון הזו עד לקצה ההגיוני שלה, מתעורר תרחיש מעניין ביותר של התפתחות היקומים ברב-יקום. אם יקומים יכולים להוליד יקומים חדשים, אז המושגים של תורשה, מוטציה ואפילו ברירה טבעית עשויים להופיע בתיאוריה הפיזיקלית. על מושג האבולוציה הזה הגן לי סמולין, פיזיקאי, מומחה בתורת היחסות הכללית ותורת השדות הקוונטיים.

נניח שייחודיות בתוך חורים שחורים יכולה להוליד יקומים אחרים, כפי שקורה בהולדת יקומים חדשים, שעליהם דנו בפרק הקודם. ככל שהם מתפתחים, היקומים האחרים האלה בדרך כלל מאבדים את הסיבתיות שלהם מהיקום שלנו. עם זאת, היקומים החדשים הללו נשארים מחוברים לשלנו באמצעות ייחוד הממוקם במרכז החור השחור. - כעת נניח שחוקי הפיזיקה ביקומים החדשים הללו דומים לחוקי הפיזיקה ביקום שלנו, אך לא באופן מוחלט. בפועל, אמירה זו פירושה שלקבועים הפיזיקליים, לגדלים של כוחות היסוד ולמסות החלקיקים יש ערכים דומים, אך לא שווים. במילים אחרות, היקום החדש יורש קבוצה של חוקים פיזיקליים מיקום האב, אך חוקים אלו עשויים להיות שונים במקצת, דבר הדומה מאוד למוטציות גנים במהלך רבייה של החי והצומח של כדור הארץ. במסגרת קוסמולוגית זו, הצמיחה וההתנהגות של היקום החדש יהיו דומים, אך לא בדיוק, לאבולוציה של היקום האב המקורי. לפיכך, תמונה זו של תורשת היקומים מקבילה לחלוטין לתמונה של צורות חיים ביולוגיות.

עם תורשה ומוטציה, מערכת אקולוגית זו של יקומים רוכשת את האפשרות המרגשת של התוכנית האבולוציונית של דרווין. מנקודת מבט קומולוגית-דרוויניסטית, יקומים "מוצלחים" הם אלו שיוצרים מספר גדול של חורים שחורים. מכיוון שחורים שחורים נוצרים על ידי היווצרות ומוות של כוכבים וגלקסיות, יקומים מוצלחים אלה חייבים להכיל מספר רב של כוכבים וגלקסיות. בנוסף, היווצרות חורים שחורים לוקחת הרבה זמן. גלקסיות ביקום שלנו נוצרות בסדר גודל של מיליארד שנים; כוכבים מסיביים חיים ומתים בטווחי זמן קצרים יותר של מיליוני שנים. כדי לאפשר היווצרות של מספר רב של כוכבים וגלקסיות, כל יקום מוצלח חייב לא רק לקבל את הערכים הנכונים של קבועים פיזיים, אלא גם להיות בעל חיים ארוכים יחסית. עם כוכבים, גלקסיות ואורך חיים ארוך, היקום עשוי בהחלט לאפשר לחיים להתפתח. במילים אחרות, ליקום מוצלח יש אוטומטית כמעט את המאפיינים הנכונים להופעתם של צורות חיים ביולוגיות.

האבולוציה של מערכת מורכבת של יקומים בכללותה דומה לאבולוציה ביולוגית על פני כדור הארץ. יקומים מוצלחים יוצרים מספר גדול של חורים שחורים ומולידים מספר רב של יקומים חדשים. "ילדים" אסטרונומיים אלה יורשים מיקום האם סוגים שונים של חוקים פיזיקליים עם שינויים קלים. אותן מוטציות שמובילות להיווצרות של חורים שחורים אף יותר מובילות לייצור של עוד "ילדים". ככל שהמערכת האקולוגית הזו של יקומים מתפתחת, לרוב נתקלים יקומים, ויוצרים מספר מדהים של חורים שחורים, כוכבים וגלקסיות. לאותם יקומים יש את הסיכויים הגבוהים ביותר למקור החיים. ליקום שלנו, מכל סיבה שהיא, יש בדיוק את המאפיינים שמאפשרים לחיות זמן רב וליצור כוכבים וגלקסיות רבות: על פי התכנית הדרווינית העצומה הזו, היקום שלנו מצליח. במבט מנקודת מבט מוגדלת זו, היקום שלנו אינו יוצא דופן ואינו מכוון היטב; זה דווקא היקום הרגיל, ולכן הצפוי. בעוד שהתמונה הזו של האבולוציה נותרה ספקולטיבית ושנויה במחלוקת, היא מספקת הסבר אלגנטי ומשכנע מדוע ליקום שלנו יש את התכונות שאנו רואים.

בביוגרפיה של היקום שלפניכם, עקבנו אחר התפתחות היקום מתחילתו הנוצצת והיחידה, דרך השמים החמים והמוכרים של הזמנים המודרניים, דרך מדבריות קפואות מוזרות ועד להרס סופי בחושך נצחי. כאשר אנו מנסים להציץ אפילו יותר לעומק התהום האפלה, יכולות הניבוי שלנו מתדרדרות באופן משמעותי. לכן, המסעות ההיפותטיים שלנו במרחב הזמן חייבים להסתיים, או לפחות להפוך לחסרים להחריד, באיזו תקופה עתידית. בספר זה בנינו סולם זמן המשתרע על פני מאות עשורים קוסמולוגיים. לחלק מהקוראים, ללא ספק, נראה שהלכנו כל כך רחוק בסיפור שלנו בביטחון רב מדי, בעוד שאחרים עשויים לתהות כיצד נוכל לעצור בנקודה שבהשוואה לנצח, קרובה כל כך להתחלה.

בדבר אחד אנחנו יכולים להיות בטוחים. בדרכו אל חשכת העתיד, היקום מראה שילוב נפלא של ארעיות ובלתי משתנה, שלובים זה בזה. ולמרות שהיקום עצמו יעמוד במבחן הזמן, לא יישאר כמעט שום דבר בעתיד שדומה אפילו מעט להווה. המאפיין המתמשך ביותר של היקום המתפתח שלנו הוא שינוי. ותהליך אוניברסלי זה של שינוי מתמשך דורש פרספקטיבה קוסמולוגית מורחבת, במילים אחרות, שינוי מוחלט באופן שבו אנו מסתכלים על קנה המידה הגדול ביותר. מכיוון שהיקום משתנה כל הזמן, עלינו לנסות להבין את התקופה הקוסמולוגית הנוכחית, השנה הנוכחית, ואפילו היום. כל רגע בהיסטוריה המתגלגלת של הקוסמוס מספק הזדמנות ייחודית, הזדמנות להגיע לגדולה, הרפתקה לחוות. על פי העיקרון הזמני של קופרניקוס, כל עידן עתידי שופע הזדמנויות חדשות.

עם זאת, לא די בקביעה פסיבית לגבי הבלתי נמנעת של אירועים ו"בלי להתאבל, שיקרה מה שצריך לקרות". קטע שמיוחס לרוב להאקסלי אומר ש"אם שישה קופים יועמדו מאחורי מכונות כתיבה ויאפשרו להם להקליד מה שהם רוצים במשך מיליוני שנים, הם יכתבו, עם הזמן, את כל הספרים שנמצאים במוזיאון הבריטי". קופים דמיוניים אלו הובאו זה מכבר כדוגמה בכל פעם שמחשבה לא ברורה או בלתי נסבלת נידונה, כאישור לאירועים בלתי סבירים, או אפילו כהקטנה מרומזת של ההישגים הגדולים של הידיים האנושיות, ברמז שהם לא יותר ממזל. בין הכישלונות הרבים. אחרי הכל, אם משהו יכול לקרות, זה בהחלט יקרה, נכון?

עם זאת, אפילו ההבנה שלנו לגבי עתיד הקוסמוס, שנמצא עדיין בחיתוליו, חושפת את האבסורד המוחלט של השקפה זו. חישוב פשוט מצביע על כך שייקח לקופים שנבחרו באקראי כמעט חצי מיליון עשורים קוסמולוגיים (הרבה יותר שנים ממספר הפרוטונים ביקום) כדי ליצור רק ספר אחד באופן אקראי.

היקום נועד לשנות לחלוטין את אופיו, ולא פעם, לפני שאותם קופים בכלל יתחילו להשלים את המשימה שהוטלה עליהם. בעוד פחות ממאה שנים, הקופים הללו ימותו מזקנה. בעוד חמישה מיליארד שנים, השמש, שהפכה לענק אדום, תשרוף את כדור הארץ ואיתה את כל מכונות הכתיבה. בעוד ארבעה עשר עשורים קוסמולוגיים, כל הכוכבים ביקום יישרפו והקופים כבר לא יוכלו לראות את מפתחות מכונות הכתיבה. עד העשור הקוסמולוגי העשרים, הגלקסיה תאבד את שלמותה, ולקופים יהיה סיכוי ממשי להיבלע על ידי החור השחור שבמרכז הגלקסיה. ואפילו הפרוטונים המרכיבים את הקופים ועבודתם נועדו להתכלות לפני תום ארבעים העשורים הקוסמולוגיים: שוב, הרבה לפני שעבודתם ההרקוליאנית אפילו הרחיקה לכת. אבל גם אם הקופים היו יכולים לשרוד את האסון הזה ולהמשיך את עבודתם בזוהר הקלוש שנפלט מחורים שחורים, מאמציהם עדיין יהיו לשווא בעשור הקוסמולוגי המאה, כאשר החורים השחורים האחרונים עוזבים את היקום בפיצוץ. אבל גם אם הקופים היו שורדים את האסון הזה והיו חיים, נניח, עד העשור הקוסמולוגי המאה וחמישים, הם היו משיגים רק את ההזדמנות להתמודד עם הסכנה הסופית של מעבר השלב הקוסמולוגי.

ולמרות שעד מאה וחמישים העשור הקוסמולוגי של הקוף, מכונות כתיבה וגיליונות מודפסים ייהרסו יותר מפעם אחת, הזמן עצמו, כמובן, לא יסתיים. בהסתכלות קפדנית לתוך האפלולית של העתיד, אנו מוגבלים יותר על ידי חוסר דמיון ואולי חוסר הבנה פיזית מאשר על ידי סט קטן באמת של פרטים. רמות האנרגיה הנמוכות יותר וחוסר הפעילות לכאורה הממתינים ליקום מתקזזים יותר מכמות הזמן המוגברת שיש לו. אנחנו יכולים להסתכל אל עתיד לא בטוח באופטימיות. ולמרות שעולמנו הנעים עתיד להיעלם, מספר עצום מהאירועים הפיזיים, האסטרונומיים, הביולוגיים ואולי אפילו האינטלקטואליים המעניינים ביותר עדיין מחכים בכנפיים, בעוד היקום שלנו ממשיך את דרכו אל החשכה הנצחית.

מספר פעמים במהלך הביוגרפיה הזו של היקום, נתקלנו באפשרות לשלוח אותות ליקומים אחרים. אם היינו יכולים, למשל, ליצור יקום במעבדה, היינו יכולים לשלוח אליו אות מוצפן לפני שהוא מאבד את הקשר הסיבתי שלו ליקום שלנו. אבל אם היית יכול לשלוח הודעה כזו, מה היית כותב בה?

אולי תרצה לשמר את עצם המהות של הציוויליזציה שלנו: אמנות, ספרות ומדע. לכל קורא יהיה מושג איזה חלקים בתרבות שלנו צריכים להישמר בדרך זו. אמנם לכל אחד תהיה דעה משלו בעניין הזה, אבל היינו פועלים בצורה מאוד לא ישרה אם לא נציע לפחות איזו הצעה לארכיון של חלק מהתרבות שלנו. כדוגמה, אנו מציעים גרסה מובלעת של מדע, או ליתר דיוק פיזיקה ואסטרונומיה. בין ההודעות החשובות ביותר יכולות להיות ההודעות הבאות:

החומר מורכב מאטומים, אשר בתורם מורכבים מחלקיקים קטנים יותר.

במרחקים קצרים, חלקיקים מציגים תכונות של גל.

הטבע נשלט על ידי ארבעה כוחות יסוד.

היקום מורכב ממרחב-זמן מתפתח.

היקום שלנו מכיל כוכבי לכת, כוכבים וגלקסיות.

מערכות פיזיות מתפתחות למצבים של אנרגיה נמוכה יותר והפרעה גוברת.

שש נקודות אלו, שתפקידן האוניברסלי אמור להיות ברור כעת, עשויות להיחשב לאוצרות ההישגים שלנו במדעי הפיזיקה. אלו הם אולי המושגים הפיזיים החשובים ביותר שהציוויליזציה שלנו גילתה עד כה. אבל אם המושגים הללו הם אוצרות, אזי השיטה המדעית חייבת ללא ספק להיחשב כהישג הכתר שלהם. אם יש שיטה מדעית, אז בהינתן מספיק זמן ומאמץ, כל התוצאות הללו מתקבלות באופן אוטומטי. אם אפשר היה להעביר ליקום אחר רק מושג אחד המייצג את ההישגים האינטלקטואליים של התרבות שלנו, אז המסר הכי שווה היה השיטה המדעית.

התיאוריה הבולטת ביותר של איך התחיל יקום המפץ הגדול, שבו כל החומר התקיים לראשונה כייחודיות, נקודה צפופה לאין שיעור בחלל זעיר. ואז משהו גרם לה להתפוצץ. החומר התרחב בקצב מדהים ובסופו של דבר יצר את היקום שאנו רואים היום.

הקראנץ' הגדול הוא, כפי שאולי ניחשתם, ההפך מהמפץ הגדול. כל מה שמתפזר בקצוות היקום יידחס בהשפעת כוח הכבידה. לפי תיאוריה זו, כוח הכבידה יאט את ההתפשטות שנגרמה מהמפץ הגדול ובסופו של דבר הכל יחזור לנקודה מסוימת.

1. מוות החום הבלתי נמנע של היקום.

תחשוב על מוות מחום כמו ההפך הגמור מהקראנץ' הגדול. במקרה זה, כוח הכבידה אינו חזק מספיק כדי להתגבר על ההתפשטות, מכיוון שהיקום פשוט ממשיך להתפשט באופן אקספוננציאלי. הגלקסיות מתרחקות זו מזו כמו אוהבים אומללים, והלילה המקיף ביניהן הולך ומתרחב.

היקום מציית לאותם כללים כמו כל מערכת תרמודינמית, מה שיוביל אותנו בסופו של דבר לעובדה שהחום מתפזר באופן שווה בכל היקום. לבסוף, היקום כולו ייכבה.

1. מוות מחום מחורים שחורים.

לפי התיאוריה הפופולרית, רוב החומר ביקום סובב סביב חורים שחורים. רק תסתכל על גלקסיות המכילות חורים שחורים סופר מסיביים במרכזן. חלק גדול מתיאוריית החורים השחורים כרוך בקליטה של ​​כוכבים או אפילו גלקסיות שלמות כשהם נכנסים לאופק האירועים של החור.

בסופו של דבר, החורים השחורים הללו יספגו את רוב החומר, ואנחנו נישאר ביקום אפל.

1. שעת סיום.

אם משהו הוא נצחי, אז בהחלט הגיע הזמן. בין אם היקום קיים או לא, הזמן עדיין ממשיך. אחרת, לא תהיה דרך להבחין בין רגע אחד למשנהו. אבל מה אם הזמן אבוד ופשוט קפא? מה אם אין יותר רגעים? בדיוק אותו רגע בזמן. לָנֶצַח.

נניח שאנו חיים ביקום בו הזמן אינו מסתיים לעולם. עם כמות אינסופית של זמן, כל מה שיכול לקרות קורה בסבירות של 100 אחוז. הפרדוקס יקרה אם יהיו לך חיי נצח. אתה חי ללא הגבלת זמן, אז כל דבר שאפשר להבטיח שיקרה (ויקרה אינסוף פעמים). זמן עצירה יכול לקרות גם.

1. התנגשות גדולה.

ההתנגשות הגדולה דומה ל-Big Squeeze, אבל הרבה יותר אופטימית. דמיינו את אותו תרחיש: כוח המשיכה מאט את התפשטות היקום והכל מתכווץ בחזרה לנקודה אחת. בתיאוריה זו, הכוח של הכיווץ המהיר הזה מספיק כדי להתחיל עוד מפץ גדול והיקום מתחיל שוב.

פיזיקאים לא אוהבים את ההסבר הזה, אז כמה מדענים טוענים שייתכן שהיקום לא יחזור כל הדרך אל הייחודיות. במקום זאת, הוא ידחוס חזק מאוד ואז יתאוש מחדש בכוח דומה לזה שדוחה כדור כאשר אתה מכה אותו על הרצפה.

1. פער גדול.

לא משנה איך העולם יסתיים, מדענים עדיין לא מרגישים צורך להשתמש במילה (המאופקת להחריד) "גדול" כדי לתאר זאת. בתיאוריה זו, הכוח הבלתי נראה נקרא "אנרגיה אפלה", הוא גורם להאצת התפשטות היקום, וזה מה שאנו רואים. בסופו של דבר, המהירויות יגדלו עד כדי כך שהחומר יתחיל להתפרק לחלקיקים קטנים. אבל יש צד חיובי לתיאוריה הזו, לפחות ה-Big Rip יצטרך לחכות עוד 16 מיליארד שנה.

1. אפקט גרורות ואקום.

תיאוריה זו תלויה ברעיון שהיקום הקיים נמצא במצב מאוד לא יציב. אם אתה מסתכל על המשמעויות של חלקיקי פיזיקה קוונטית, אז אתה יכול להניח את ההנחה שהיקום שלנו נמצא על סף יציבות.

כמה מדענים טוענים כי בעוד מיליארדי שנים, היקום יהיה על סף הרס. כשזה יקרה, בשלב מסוים ביקום, תופיע בועה. תחשוב על זה כיקום חלופי. הבועה הזו תתרחב לכל הכיוונים במהירות האור ותשמיד את כל מה שהיא נוגעת בה. בסופו של דבר, הבועה הזו תהרוס כל דבר ביקום.

1. מחסום זמן.

מכיוון שחוקי הפיזיקה אינם הגיוניים ברב-יקום אינסופי, הדרך היחידה להבין את המודל הזה היא להניח אם יש גבול אמיתי, הגבול הפיזי של היקום, ושום דבר לא יכול לחרוג ממנו. ובהתאם לחוקי הפיזיקה, ב-3.7 מיליארד השנים הקרובות, נחצה את מחסום הזמן, והיקום יסתיים עבורנו.

1. זה לא יקרה (כי אנחנו חיים ברב-יקום).

על פי תרחיש הרב-יקום, עם יקומים אינסופיים, יקומים אלה יכולים להתעורר בתוך או מחוצה להם הקיימים. הם יכולים לנבוע ממפץ גדול, להיהרס על ידי סחיטה גדולה או הפסקות, אבל זה לא משנה, מכיוון שתמיד יהיו יותר יקומים חדשים מאלה שנהרסו.

1. יקום נצחי.

אה, הרעיון עתיק היומין שהיקום תמיד היה ותמיד יהיה. זהו אחד המושגים הראשונים שאנשים יצרו לגבי טבע היקום, אבל יש גם טוויסט חדש בתיאוריה הזו שנשמע קצת יותר מעניין, ובכן, ברצינות.

במקום הייחודיות והמפץ הגדול שהתחיל את הזמן עצמו, הזמן יכול היה להתקיים מוקדם יותר. במודל זה, היקום הוא מחזורי וימשיך להתרחב ולהתכווץ לנצח.

ב-20 השנים הבאות נוכל לומר בוודאות רבה יותר איזו מהתיאוריות הללו תואמת את המציאות ביותר. ואולי נמצא את התשובה לשאלה איך היקום שלנו התחיל ואיך הוא יסתיים.

אנו עוסקים בדחיסה בצורה כזו או אחרת על בסיס יומי. כשאנחנו סוחטים מים מספוג, אנחנו אורזים מזוודה לפני חופשה, מנסים למלא את כל החלל הריק בדברים הדרושים, אנחנו דוחסים קבצים לפני שליחתם במייל. הרעיון של הסרת חלל "ריק" מוכר מאוד.

גם בקנה מידה קוסמי וגם בקנה מידה אטומי, מדענים אישרו שוב ושוב שהריק תופס את החלל הראשי. ובכל זאת זה מאוד מפתיע עד כמה האמירה הזו נכונה! כאשר ד"ר קיילב א. שרף מאוניברסיטת קולומביה (ארה"ב) כתב את ספרו החדש "יקום ניתן להגדלה", הוא, על פי הודאתו, תכנן להשתמש בו לאפקט דרמטי כלשהו.

מה אם נוכל איכשהו לאסוף את כל הכוכבים בשביל החלב ולערום אותם זה ליד זה כמו תפוחים ארוזים היטב בקופסה גדולה? כמובן, הטבע לעולם לא יאפשר לאדם להכניע את כוח המשיכה, וסביר להניח שהכוכבים יתמזגו לחור שחור אחד ענק. אבל, כניסוי מחשבתי, זו דרך מצוינת להמחיש את כמות החלל בגלקסיה.

התוצאה מזעזעת. בהנחה שיכולים להיות כ-200 מיליארד כוכבים בשביל החלב, ואנו מניחים בנדיבות שכולם בקוטר השמש (וזו הערכת יתר, מכיוון שרובם המכריע של הכוכבים פחות מסיביים וקטנים יותר), נוכל עדיין להרכיב אותם לקובייה, שאורך פניה מתאים לשני מרחקים מנפטון לשמש.

"יש כמות עצומה של חלל ריק בחלל. וזה מביא אותי לשלב הבא של טירוף", כותב ד"ר שרף. לפי היקום הנצפה, המוגדר על ידי האופק הקוסמי של תנועת האור מאז המפץ הגדול, ההערכות הנוכחיות מצביעות על כך שיש בין 200 מיליארד ל-2 טריליון גלקסיות. למרות שהמספר הגדול הזה כולל את כל ה"פרוטו-גלקסיות" הקטנות שיתמזגו בסופו של דבר לגלקסיות גדולות.

בואו נהיה נועזים וניקח את המספר הגדול ביותר מהם, ואז נארוז את כל הכוכבים בכל הגלקסיות הללו. כדי להיות נדיבים בצורה מרשימה, הבה נניח שכולם בגודל של שביל החלב (אם כי רובם למעשה קטנים בהרבה מהגלקסיה שלנו). נקבל 2 טריליון קוביות שפניהן יהיו 10 13 מטר. מניחים את הקוביות הללו בקובייה גדולה יותר ונשארה עם מגה-קוביה באורך צד של כ-1017 מטר.

די גדול, נכון? אבל לא בקנה מידה קוסמי. קוטר שביל החלב הוא בערך 10 21 מטר, כך שקוביה בגודל 10 17 מטר עדיין תופסת רק 1/10,000 מגודלה של הגלקסיה. למעשה, 10 17 מטר הם בערך 10 שנות אור!

כמובן, זה רק טריק קטן. אבל זה מעיד למעשה עד כמה קטן נפח היקום שנכבש בפועל על ידי חומר צפוף בהשוואה לריקנות החלל, שתיאר יפה על ידי דאגלס אדמס: "הקוסמוס גדול. מאוד גדול. אתה פשוט לא תאמין כמה עצום, כמה עצום, כמה עוצר נשימה גדול הקוסמוס. להלן כוונתנו: אפשר לחשוב שהסועד הקרוב ביותר נמצא רחוק, אבל בחלל זה לא אומר כלום. ("מדריך הטרמפיסט לגלקסיה").

עם זאת, משוואות תורת היחסות מאפשרות גם אפשרות נוספת - דחיסה. האם זה משנה שהיקום מתפשט ולא מתכווץ?

בואו נעמיד פנים שלנו היקום מתכווץ. מה ישתנה במקרה הזה בתמונת העולם הסובב אותנו?

כדי לענות על שאלה זו, אתה צריך לדעת את התשובה לשאלה אחרת: למה חשוך בלילה? הוא נכנס להיסטוריה של האסטרונומיה תחת השם של הפרדוקס הפוטומטרי. המהות של פרדוקס זה היא כדלקמן.

אם ביקום פזורים בכל מקום, שבממוצע פולטים בערך את אותה כמות אור, אז בלי קשר לשאלה אם הם מקובצים בגלקסיה או לא, הם היו מכסים את כל הכדור השמימי בדיסקות שלהם. אחרי הכל, היקום מורכב ממיליארדים רבים של כוכבים, ולאן שלא נפנה את מבטנו, הוא כמעט בוודאות, במוקדם או במאוחר, יתקל בכוכב כלשהו.

במילים אחרות, כל קטע של השמים זרועי הכוכבים יצטרך לזהור כמו קטע של דיסק השמש, שכן במצב כזה בהירות פני השטח הנראית לעין אינה תלויה במרחק. זרם אור מסנוור וחם היה נופל עלינו מהשמיים, המקביל לטמפרטורה של כ-6 אלף מעלות, כמעט פי 200,000 גדול יותר מאור השמש. בינתיים, שמי הלילה שחורים וקרים. מה העניין כאן?

רק בתורת התפשטות היקום, הפרדוקס הפוטומטרי מתבטל אוטומטית. כאשר הגלקסיות מתרחקות זו מזו, הספקטרום שלהן מוסט לאדום. כתוצאה מכך, התדר, ומכאן האנרגיה של כל פוטון, פוחתים. אחרי הכל, ההסטה לאדום היא הסטה של ​​הקרינה האלקטרומגנטית של כוכבי הגלקסיה לעבר גלים ארוכים יותר. וככל שאורך הגל ארוך יותר, כך הקרינה נושאת איתה פחות אנרגיה, וככל שהגלקסיה מתרחקת, כך האנרגיה של כל פוטון שמגיע אלינו נחלשת יותר.

בנוסף, הגידול המתמשך במרחק בין כדור הארץ לגלקסיה הנסוגה מוביל לכך שכל פוטון עוקב נאלץ לעבור מסלול קצת יותר ארוך מהקודם. בשל כך, פוטונים נכנסים למקלט בתדירות נמוכה יותר מאשר הם נפלטים מהמקור. כתוצאה מכך, מספר הפוטונים המגיעים ליחידת זמן יורד אף הוא. זה גם מוביל לירידה בכמות האנרגיה המגיעה ליחידת זמן. לכן שמי הלילה נשארים שחורים.

לכן, אם נדמיין שהיקום מתכווץ והדחיסה הזו נמשכת מיליארדי שנים, אז בהירות השמיים לא נחלשת, אלא, להיפך, מוגברת. במקביל, היה נופל עלינו זרם אור מסנוור וחם, המקביל לטמפרטורה גבוהה מאוד.

בתנאים כאלה על פני כדור הארץ, חיים כנראה לא יכלו להתקיים. זה אומר שזה לא מקרי שאנחנו חיים ביקום מתרחב.