Tidak ada yang abadi. Dan alam semesta kita, tentu saja, juga akan mati. Rumor mengatakan bahwa itu akan menjadi ekspansi kekal dan, pada akhirnya, kematian karena entropi. Alam semesta mengembang dan entropi tumbuh dan akan terus tumbuh sampai semua yang kita sayangi mati. Tapi ini sentimen, dan kami adalah ilmuwan manusia, jadi kami bertanya-tanya seperti apa akhir alam semesta nanti? Apa yang akan ditemani? Tidak, yah, penasaran.
Tidak akan ada bintang yang tersisa di langit malam
Dalam 150 miliar tahun, langit malam di Bumi akan terlihat sangat berbeda. Saat alam semesta cenderung menuju kematian termal, ruang angkasa mengembang lebih cepat dari kecepatan cahaya. Kita tahu bahwa kecepatan cahaya adalah pembatas kecepatan yang kaku untuk semua benda di alam semesta. Tapi ini hanya berlaku untuk objek yang ada di ruang angkasa, bukan struktur ruangwaktu itu sendiri. Sulit untuk mengetahuinya dengan cepat, tetapi jalinan ruangwaktu sudah berkembang lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Dan di masa depan, ini akan menimbulkan konsekuensi yang aneh.
Karena ruang angkasa itu sendiri mengembang lebih cepat daripada cahaya, maka terjadilah cakrawala kosmologis. Objek apa pun yang melampaui cakrawala ini akan mengharuskan kita untuk dapat mengamati dan merekam data tentangnya menggunakan partikel yang bergerak lebih cepat daripada cahaya. Tapi tidak ada partikel seperti itu. Begitu benda meninggalkan cakrawala kosmologis, benda itu menjadi tidak dapat diakses oleh kita. Setiap upaya untuk menghubungi atau berinteraksi dengan galaksi jauh di luar cakrawala ini akan membutuhkan teknologi dari kita yang dapat bergerak lebih cepat daripada perluasan ruang itu sendiri. Sejauh ini, hanya sedikit objek yang berada di luar cakrawala kosmologis kita. Tapi saat energi gelap mempercepat ekspansi, semuanya pada akhirnya akan berada di luar jangkauan mata kita.
Apa artinya ini bagi Bumi? Bayangkan melihat ke langit malam 150 miliar tahun dari sekarang. Satu-satunya hal yang akan terlihat adalah beberapa bintang yang tersisa di cakrawala kosmologis. Pada akhirnya, mereka juga akan pergi. Langit malam akan cerah seutuhnya, seperti tabula rasa. Para astronom masa depan tidak akan bisa membuktikan bahwa ada benda lain di alam semesta. Semua bintang dan galaksi yang kita lihat sekarang akan menghilang. Bagi kami, hanya Tata Surya yang tersisa di seluruh Alam Semesta. Benar, Bumi tidak mungkin hidup seperti ini, tetapi lebih dari itu di bawah.
Video promosi:
Kehidupan setelah kematian Matahari tidak akan hilang
Semua orang tahu bahwa bintang tidak bertahan selamanya. Umur mereka dimulai dengan pembentukannya, berlanjut sepanjang fase deret utama (yang menyumbang sebagian besar kehidupan bintang), dan berakhir dengan kematian bintang. Dalam kebanyakan kasus, bintang membengkak beberapa ratus kali ukuran normalnya, mengakhiri fase deret utama, dan dengan ini menelan semua planet yang mendekatinya.
Namun, untuk planet yang mengorbit bintang pada jarak yang sangat jauh (di luar "garis beku" sistem), kondisi baru ini sebenarnya bisa menjadi cukup hangat untuk mendukung kehidupan. Menurut studi terbaru oleh Carl Sagan Institute di Cornell University, situasi di beberapa sistem bintang ini dapat berlangsung selama miliaran tahun dan menyebabkan munculnya bentuk kehidupan luar angkasa yang sama sekali baru.
Dalam waktu sekitar 5,4 miliar tahun, Matahari kita akan keluar dari fase deret utama. Setelah bahan bakar hidrogen di inti habis, abu helium lembam yang terkumpul di sana akan menjadi tidak stabil dan runtuh karena pengaruh beratnya sendiri. Ini akan mengarah pada fakta bahwa inti memanas dan menjadi lebih padat, yang, pada gilirannya, akan menyebabkan peningkatan ukuran Matahari - bintang akan memasuki fase "cabang raksasa merah".
Periode ini akan dimulai ketika Matahari kita menjadi subgiant dan perlahan-lahan akan berlipat ganda ukurannya selama sekitar satu setengah miliar tahun. Ini akan berkembang lebih cepat selama setengah miliar tahun ke depan, hingga 200 kali ukurannya saat ini dan beberapa ribu kali lebih cerah. Kemudian secara resmi akan menjadi raksasa merah dan diameternya kira-kira 2 SA. e. - Matahari akan melampaui orbit Mars saat ini.
Jelas, Bumi tidak akan selamat dari kemunculan raksasa merah di tata surya, seperti Merkurius, Venus, atau Mars. Tetapi di luar garis pembekuan, di mana cukup dingin untuk senyawa volatil - air, amonia, metana, karbon dioksida, dan karbon monoksida - untuk tetap membeku, akan ada raksasa gas, raksasa es, dan planet kerdil. Dan pencairan total akan dimulai.
Singkatnya, ketika sebuah bintang mengembang, "zona layak huni" -nya akan melakukan hal yang sama, mencakup orbit Jupiter dan Saturnus. Ketika ini terjadi, tempat yang sebelumnya tidak berpenghuni - seperti bulan Jupiter dan Saturnus - dapat tiba-tiba menjadi tempat tinggal. Hal yang sama berlaku untuk banyak bintang lain di alam semesta, yang ditakdirkan menjadi raksasa merah saat mereka bertambah tua dan mati.
Saat Matahari kita mencapai fase merah dari cabang raksasa, ia hanya akan memiliki kehidupan aktif selama 120 juta tahun. Saat ini tidak cukup untuk muncul dan berkembang bentuk kehidupan baru yang dapat menjadi benar-benar kompleks (seperti manusia dan spesies mamalia lainnya). Namun menurut sebuah penelitian yang baru-baru ini diterbitkan dalam The Astrophysical Journal, beberapa planet di dekat raksasa merah lain di alam semesta kita dapat tetap dihuni lebih lama - hingga sembilan miliar tahun atau lebih dalam beberapa kasus.
Untuk Anda pahami, sembilan miliar tahun adalah dua kali usia Bumi saat ini. Dengan asumsi bahwa dunia yang kita minati memiliki komposisi elemen yang tepat, mereka akan memiliki cukup waktu untuk memunculkan bentuk kehidupan baru yang kompleks. Penulis utama studi tersebut, Profesor Lisa Kaltenneger, juga direktur Carl Sagan Institute. Dia tahu secara langsung bagaimana mencari kehidupan di Semesta:
“Saat bintang bertambah tua dan cerah, zona layak huni bergerak keluar dan pada dasarnya Anda melihat kehidupan kedua untuk sistem planet. Saat ini, benda-benda di wilayah terluar membeku di tata surya kita, seperti Europa dan Enceladus, bulan-bulan Jupiter dan Saturnus. Setelah Matahari kuning kita mengembang cukup untuk menjadi raksasa merah dan mengubah Bumi menjadi gurun yang hangus, masih akan ada wilayah di tata surya kita - dan di sistem lain juga - tempat kehidupan bisa berkembang."
Saat sebuah bintang mengembang, ia kehilangan massanya dan mendorongnya keluar dalam bentuk angin matahari. Planet yang mengorbit dekat dengan bintang atau memiliki gravitasi permukaan yang rendah dapat kehilangan atmosfernya. Di sisi lain, planet dengan massa yang cukup (atau terletak pada jarak yang aman) dapat mempertahankan atmosfer ini. Dalam konteks tata surya kita, ini berarti bahwa dalam beberapa miliar tahun, dunia seperti Europa dan Enceladus (yang mungkin sudah memiliki kehidupan yang bersembunyi di bawah cangkang es) bisa menjadi surga bagi kehidupan.
Matahari kita akan menjadi kurcaci hitam
Saat ini, alam semesta kita memiliki banyak jenis bintang. Katai merah - bintang keren yang memancarkan cahaya merah - termasuk yang paling umum. Ada juga banyak katai putih di alam semesta. Ini adalah sisa-sisa bintang dari bintang mati, yang terdiri dari materi merosot yang disatukan oleh efek kuantum. Saat ini, para astronom percaya bahwa katai putih memiliki masa hidup yang hampir tak terbatas. Tapi setelah waktu tertentu, malah mereka akan mati dan menjadi bintang eksotis: katai hitam.
Nasib seperti itu menunggu Matahari kita juga. Di masa depan yang jauh, Matahari kita akan mengeluarkan lapisan terluarnya dan berubah menjadi bintang katai putih yang akan bertahan selama miliaran tahun. Tapi suatu hari, bahkan katai putih akan mulai mendingin. Setelah 10 (pangkat 100) tahun, mereka akan mendingin ke suhu yang sama dengan suhu radiasi latar gelombang mikro, beberapa derajat di atas nol mutlak.
Jika ini terjadi, bintang kita akan menjadi katai hitam. Karena jenis bintang ini sangat dingin, maka tidak akan terlihat oleh mata manusia. Bagi siapa pun yang mencoba menemukan Matahari yang memberi kita kehidupan, mustahil melakukannya dengan sistem optik. Dia harus mencarinya dengan efek gravitasi. Sebagian besar bintang yang kita lihat di langit malam akan menjadi bintang katai hitam (alasan lain mengapa langit malam menjadi cerah). Tapi bagi Matahari kita yang hangat itu sangat menyinggung.
Bintang-bintang aneh
Pada saat Matahari kita menjadi katai hitam, evolusi bintang telah selesai. Bintang baru tidak akan lahir. Sebaliknya, alam semesta akan dibanjiri dengan sisa-sisa bintang yang dingin. Dan ini akan memungkinkan Semesta mulai menciptakan bintang-bintang aneh yang sangat berbeda dari yang kita ketahui.
Salah satunya adalah bintang yang membeku atau dingin. Ketika bintang-bintang di alam semesta menghabiskan bahan bakar nuklirnya, mereka meningkatkan sifat logamnya. Dalam astronomi, ini adalah ukuran unsur-unsur dalam sebuah bintang yang lebih berat dari helium - hampir semua unsur, dimulai dengan litium. Ketika metalitas bintang meningkat, mereka menjadi lebih dingin karena elemen yang lebih berat melepaskan lebih sedikit energi selama fusi. Akhirnya, bintang-bintang akan menjadi sangat dingin sehingga memiliki suhu 0 derajat, titik beku air.
Melihat lebih jauh ke masa depan, akan ada bintang yang lebih asing lagi. Dalam waktu sekitar 10 (pangkat 1500) tahun ke depan, entropi akan memakan korbannya, dan alam semesta pada dasarnya akan mati. Di masa-masa dingin ini, efek kuantum akan menguasai alam semesta.
Terowongan kuantum akan memungkinkan elemen cahaya disintesis menjadi bentuk besi yang tidak stabil. Ini, pada gilirannya, akan membusuk menjadi isotop yang lebih stabil, memancarkan sejumlah energi yang lemah. Bintang besi ini akan menjadi satu-satunya bentuk bintang yang mungkin saat ini. Tapi mereka hanya ditemukan dalam model yang astronom tidak percaya pada peluruhan proton, jadi ide ini bukanlah yang paling populer.
Semua nukleon akan membusuk
Mari kita mundur dari titik 10 (menjadi pangkat 15) tahun setelah Big Bang ke titik 10 (menjadi pangkat 34) tahun. Jika umat manusia tidak mati pada saat itu, kita pasti tidak akan bertahan di era ini. Seperti disebutkan di atas, astronom terus-menerus berdebat tentang apakah proton akan membusuk pada akhir zaman. Katakan ya.
Nukleon adalah partikel dalam inti atom, proton, dan neutron. Neutron bebas diketahui meluruh dengan waktu paruh 10 menit. Tapi proton sangat stabil. Tidak ada yang melihat secara langsung pembusukan proton. Tapi menjelang akhir alam semesta, semuanya akan berubah.
Fisikawan berasumsi bahwa waktu paruh proton adalah 10 (pangkat 37) tahun. Kami belum melihat kerusakan ini karena alam semesta belum cukup tua. Dalam periode peluruhan (10 (pangkat 34) - 10 (pangkat 40) tahun), proton akhirnya akan mulai membusuk menjadi positron dan pion. Pada akhir masa peluruhan, semua proton dan neutron di alam semesta akan habis.
Tentunya kehidupan di alam semesta akan mulai mengalami masalah. Jika kita berasumsi bahwa umat manusia selamat dari perubahan Matahari dan bermigrasi ke bagian Alam Semesta yang lebih bersahabat, pada titik tertentu hukum fisika akan mulai menentukan kematian umat manusia. Tubuh kita dan semua objek antarbintang terbuat dari nukleon. Ketika mereka hancur, kehidupan apa pun akan berakhir, karena atom itu sendiri akan lenyap. Kehidupan tidak akan bisa terus ada dalam kondisi seperti itu (dan dalam bentuk seperti itu) dan alam semesta akan terjun ke era lubang hitam.
Lubang hitam akan membanjiri alam semesta
Ketika nukleon menghilang, lubang hitam akan menjadi hukum dan akan mengatur alam semesta dari 10 (pangkat 40) tahun setelah Big Bang sampai 10 (pangkat 100) tahun. Mulai saat ini kita mulai berbicara tentang waktu yang begitu lama sehingga sangat tidak mungkin untuk memahaminya dengan pikiran kita. Setelah waktu yang lebih lama dari usia alam semesta saat ini, lubang hitam akan tetap menjadi satu-satunya struktur.
Ketika nukleon pergi, partikel subatomik utama adalah lepton - elektron dan positron. Mereka akan memicu lubang hitam. Dengan menyerap sisa-sisa materi di alam semesta, black hole sendiri akan memancarkan partikel yang akan mengisi alam semesta dengan foton dan graviton hipotetis. Tapi lubang hitam ditakdirkan untuk mati, seperti yang diputuskan Stephen Hawking.
Menurut Hawking, lubang hitam menguap karena radiasi mereka. Saat mereka memancar, mereka kehilangan massa dalam bentuk energi. Proses ini memakan waktu lama, jadi praktis kami tidak tahu apa-apa tentangnya. Butuh 10 (pangkat 60) tahun bagi lubang hitam untuk menguap seluruhnya, jadi proses ini belum berlanjut hingga akhir selama satu abad alam semesta kita. Tapi, seperti yang kami katakan, akhirnya lubang hitam juga akan mati. Hanya partikel tak bermassa dan beberapa lepton yang tersebar akan tersisa darinya, yang akan dengan malas berinteraksi dan kehilangan energinya.
Sebuah atom jenis baru akan muncul
Dengan hanya sedikit partikel subatom yang tersisa dari alam semesta kita, sepertinya tidak ada lagi yang perlu dibicarakan. Tapi kehidupan bisa muncul bahkan di dunia yang paling buruk ini.
Selama bertahun-tahun, para peneliti partikel telah membicarakan tentang positronium, ikatan mirip atom antara positron dan elektron. Kedua partikel ini memiliki muatan yang berlawanan. (Positron adalah antipartikel elektron). Oleh karena itu, mereka akan tertarik secara elektromagnetik. Ketika sepasang partikel seperti itu mulai berinteraksi, mereka dapat memiliki orbit yang belum sempurna dan perilaku atom.
Karena positronium jarang terjadi, model "kimia" positronium ini tidak dapat disebut lengkap. Tetapi hal-hal aneh bisa keluar dari "atom" aneh ini. Pertama, mereka bisa eksis di orbit raksasa yang menutupi ruang antarbintang. Selama dua partikel berinteraksi, mereka akan mampu mempertahankan pasangan terlepas dari jaraknya.
Selama era lubang hitam, beberapa "atom" ini akan memiliki diameter yang membentang lebih jauh dari alam semesta teramati kita saat ini. Atom positronium yang tersusun dari lepton akan bertahan dari peluruhan proton dan melewati era lubang hitam. Selain itu, lubang hitam akan menciptakan atom positronium dalam proses radiasi. Setelah waktu tertentu, pasangan positron-elektron juga akan meluruh. Namun sebelum itu, Semesta bisa melahirkan kehidupan yang benar-benar tak terlukiskan.
Semuanya akan melambat, bahkan pikiran itu sendiri
Ketika era lubang hitam berakhir dan bahkan raksasa bintang ini menghilang ke dalam kegelapan, hanya beberapa benda yang tersisa di alam semesta kita, terutama partikel subatomik yang menyebar dan atom positronium yang tersisa. Setelah itu, segala sesuatu di Semesta akan terjadi dengan sangat lambat, peristiwa apa pun dapat berlangsung selama ribuan tahun. Menurut beberapa fisikawan teoretis, seperti Freeman Dyson, kehidupan dapat muncul kembali di alam semesta saat ini.
Setelah sekian lama, evolusi organik bisa mulai berkembang dari positronium. Makhluk yang akan muncul akan sangat berbeda dari apapun yang kita tahu. Misalnya, mereka bisa sangat besar, menjangkau jarak antarbintang. Karena tidak ada lagi yang tersisa di alam semesta, mereka akan memiliki tempat untuk berbalik. Tetapi karena bentuk kehidupan ini akan sangat besar, mereka akan berpikir lebih lambat dari kita. Nyatanya, dibutuhkan waktu triliunan tahun bagi makhluk seperti itu untuk menciptakan bahkan satu pikiran.
Ini mungkin tampak aneh bagi kita, tetapi karena makhluk ini akan ada dalam interval waktu yang sangat lama, pemikiran seperti itu akan langsung muncul bagi mereka. Mereka akan ada untuk waktu yang sangat lama, menyaksikan Semesta terbang melewati mereka. Tapi mereka akan terlupakan.
Akhir dari "makrofisika"
Pada saat ini, Semesta akan mencapai keadaan entropi hampir maksimum, yaitu akan menjadi medan energi yang homogen dan beberapa partikel subatomik. Ini akan terjadi setelah era lubang hitam, lebih lama lagi setelah 10 (dengan kekuatan 100) tahun. Ruang angkasa akan meluas begitu banyak, dan energi gelap akan menjadi begitu kuat bahkan lubang hitam pun akan lenyap dan alam semesta akan kehilangan objek masif.
Sulit membayangkan alam semesta seperti itu. Coba pikirkan: bintang akan berhenti terbentuk, karena partikel subatomik yang menyusun materi akan dipisahkan oleh jarak sedemikian rupa sehingga mereka tidak dapat bertemu dengan cara apa pun, bergerak dengan kecepatan cahaya. Bahkan atom positronium tidak dapat muncul.
Fisika akan berakhir. Satu-satunya model fisik yang akan terus bekerja adalah mekanika kuantum. Efek kuantum akan terjadi bahkan pada jarak antarbintang yang sangat besar, dalam kerangka waktu yang sangat besar. Akhirnya, suhu alam semesta akan turun menjadi nol mutlak: tidak akan ada energi tersisa untuk diubah menjadi kerja. Dalam beberapa model, perluasan ruang akan tumbuh, mencabik-cabik ruangwaktu. Alam semesta akan lenyap.
Apakah mungkin untuk melarikan diri dari semua ini?
Hingga saat ini, perjalanan kita ke ujung alam semesta hanya diiringi oleh peristiwa-peristiwa gelap dan menyedihkan. Tetapi fisikawan tidak kehilangan optimisme mereka dan membuat sketsa cara yang mungkin bagi umat manusia untuk bertahan hidup di akhir zaman dan bahkan memulai kembali alam semesta kita.
Cara paling menjanjikan untuk melarikan diri dari alam semesta kita dengan entropi maksimum adalah dengan menggunakan lubang hitam sampai peluruhan foton membuat kehidupan menjadi tidak mungkin. Lubang hitam tetap menjadi objek yang sangat misterius, tetapi para ahli teori mengusulkan untuk menggunakannya untuk memasuki alam semesta baru.
Teori modern menyatakan bahwa alam semesta gelembung terus-menerus dilahirkan di alam semesta kita sendiri, membentuk alam semesta baru dengan materi dan kemungkinan kehidupan. Hawking percaya lubang hitam mungkin menjadi pintu gerbang ke alam semesta baru ini. Tapi ada satu masalah. Setelah Anda melewati batas lubang hitam, tidak ada jalan untuk mundur. Oleh karena itu, jika umat manusia memutuskan untuk masuk ke lubang hitam, itu akan menjadi perjalanan satu arah.
Pertama, Anda harus menemukan lubang hitam berputar yang cukup besar untuk bertahan dalam perjalanan melintasi cakrawala peristiwa. Berlawanan dengan kepercayaan populer, lubang hitam masif lebih aman untuk dilalui. Penjelajah luar angkasa di masa depan mungkin berharap bahwa perjalanannya tidak akan berakhir buruk, tetapi mereka tidak akan dapat menghubungi teman-teman mereka di sisi lubang hitam ini dan menginformasikan hasilnya kepada mereka. Setiap perjalanan akan menjadi lompatan iman.
Tapi ada cara untuk memastikan bahwa alam semesta baru menanti kita di sisi lain. Menurut Alan Guth, alam semesta yang baru lahir hanya membutuhkan 10 (dengan 89 daya) proton, 10 (dengan 89 daya) elektron, 10 (89 daya) positron, 10 (89 daya) neutrino, 10 (89 daya) antineutrino, 10 (pangkat 79) proton dan 10 (pangkat 79) neutron sebagai permulaan. Ini mungkin terlihat seperti banyak, tetapi secara total itu tidak lebih dari sebuah batu bata.
Manusia masa depan dapat menghasilkan false vacuum - wilayah angkasa dengan potensi ekspansi - menggunakan medan gravitasi super kuat. Di masa depan yang jauh, manusia bisa saja memperoleh teknologi untuk menciptakan ruang hampa palsu dan memulai alam semesta mereka sendiri. Karena inflasi awal alam semesta berlangsung sepersekian detik, alam semesta baru akan mengembang secara instan dan menjadi rumah baru bagi manusia. Lompatan cepat melalui lubang cacing dan kita diselamatkan.
Penerusan kuantum acak dapat memulai kembali alam semesta
Apa yang akan terjadi dengan alam semesta yang kita tinggalkan? Setelah beberapa saat, ia akhirnya akan mencapai entropi maksimumnya dan menjadi tidak bisa dihuni sama sekali. Tetapi bahkan di alam semesta yang mati ini, kehidupan akan memiliki kesempatan. Para peneliti dalam mekanika kuantum menyadari efek penerowongan kuantum. Ini adalah saat partikel subatom dapat memasuki keadaan energi yang secara klasik tidak mungkin terjadi.
Dalam mekanika klasik, misalnya, bola tidak bisa secara spontan mengangkat dan menggulung bukit. Ini adalah keadaan energi terlarang. Partikel elementer juga memiliki status energi terlarang dari sudut pandang mekanika klasik, tetapi mekanika kuantum menjungkirbalikkan semuanya. Beberapa partikel dapat "menerobos" ke dalam keadaan energi ini.
Proses ini sudah berlangsung di bintang-bintang. Namun ketika diterapkan ke ujung alam semesta, sebuah kemungkinan aneh muncul. Partikel dalam mekanika statistik klasik tidak dapat berpindah dari keadaan entropi yang lebih tinggi ke yang lebih rendah. Tetapi dengan penerowongan kuantum, mereka bisa dan akan melakukannya. Fisikawan Sean Carroll dan Jennifer Chen mengajukan gagasan bahwa, setelah waktu tertentu, penerowongan kuantum dapat secara spontan mengurangi entropi di alam semesta yang mati, mengarah ke Big Bang baru dan memulai kembali alam semesta. Tapi jangan menahan nafas. Agar penurunan entropi spontan terjadi, Anda harus menunggu 10 (pangkat 10) ^ (pangkat 10) ^ (pangkat 56) tahun.
Ada teori lain yang memberi kita harapan akan alam semesta baru - kali ini dari ahli matematika. Pada tahun 1890, Henri Poincaré menerbitkan teorema pengulangannya, yang menurutnya, setelah waktu yang sangat lama, semua sistem kembali ke keadaan yang sangat dekat dengan keadaan aslinya. Ini juga berlaku untuk termodinamika, di mana fluktuasi termal acak di alam semesta dengan entropi tinggi dapat menyebabkannya kembali ke keadaan semula, setelah itu semuanya akan mulai lagi. Waktu akan berlalu, dan alam semesta dapat terbentuk kembali, dan makhluk yang akan tinggal di dalamnya tidak akan tahu sedikit pun bahwa mereka hidup di alam semesta kita.
ILYA KHEL
