Nada es eterno. Y nuestro universo, por supuesto, también morirá. Se rumorea que será una expansión eterna y, al final, la muerte por entropía. El universo se está expandiendo y la entropía está creciendo y seguirá creciendo hasta que todo lo que amamos muera. Pero esto es sentimiento, y somos científicos humanos, así que nos preguntamos cómo será el fin del universo. ¿De qué estará acompañado? No, bueno, curioso.
No quedarán estrellas en el cielo nocturno
En 150 mil millones de años, el cielo nocturno de la Tierra se verá muy diferente. A medida que el Universo lucha por su muerte térmica, el espacio se expande más rápido que la velocidad de la luz. Sabemos que la velocidad de la luz es el limitador de velocidad rígido para todos los objetos del universo. Pero esto solo se aplica a los objetos que están en el espacio, no al tejido del espacio-tiempo en sí. Es difícil de entender sobre la marcha, pero la estructura del espacio-tiempo ya se está expandiendo más rápido que la velocidad de la luz. Y en el futuro esto traerá extrañas consecuencias.
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Dado que el espacio en sí se expande más rápido que la luz, existe un horizonte cosmológico. Cualquier objeto que vaya más allá de este horizonte requerirá que podamos observar y registrar datos sobre él utilizando partículas que viajan más rápido que la luz. Pero no existen tales partículas. Tan pronto como los objetos abandonan el horizonte cosmológico, se vuelven inaccesibles para nosotros. Cualquier intento de contactar o interactuar con galaxias distantes más allá de este horizonte requerirá tecnología nuestra que pueda moverse más rápido que la expansión del espacio mismo. Hasta ahora, solo unos pocos objetos están fuera de nuestro horizonte cosmológico. Pero a medida que la energía oscura acelera la expansión, eventualmente todo estará fuera del alcance de nuestros ojos.
¿Qué significa esto para la Tierra? Imagínese mirar hacia el cielo nocturno dentro de 150 mil millones de años. Lo único que se verá son algunas estrellas que permanecen dentro del horizonte cosmológico. Al final, ellos también se irán. El cielo nocturno estará completamente despejado, como la tabula rasa. Los astrónomos del futuro no podrán probar que haya ningún otro objeto en el universo. Todas las estrellas y galaxias que vemos ahora desaparecerán. Para nosotros, solo el Sistema Solar permanecerá en todo el Universo. Es cierto que es poco probable que la Tierra esté a la altura de esto, pero más sobre eso a continuación.
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La vida después de la muerte del sol no desaparecerá
Todo el mundo sabe que las estrellas no duran para siempre. Su vida útil comienza con su formación, continúa durante la fase de secuencia principal (que representa la mayor parte de la vida de la estrella) y termina con la muerte de la estrella. En la mayoría de los casos, las estrellas aumentan unos cientos de veces su tamaño normal, terminando la fase de la secuencia principal y con esto se tragan los planetas que se acercan a ellas.
Sin embargo, para los planetas que orbitan alrededor de la estrella a grandes distancias (fuera de la "línea de congelación" del sistema), estas nuevas condiciones pueden llegar a ser lo suficientemente cálidas como para albergar vida. Según un estudio reciente del Instituto Carl Sagan de la Universidad de Cornell, esta situación en algunos sistemas estelares podría durar miles de millones de años y conducir al surgimiento de formas completamente nuevas de vida extraterrestre.
En unos 5.400 millones de años, nuestro Sol saldrá de la fase de secuencia principal. Habiendo agotado el combustible de hidrógeno en el núcleo, las cenizas de helio inerte que se acumularán allí se volverán inestables y colapsarán bajo la influencia de su propio peso. Esto conducirá al hecho de que el núcleo se calienta y se vuelve más denso, lo que, a su vez, conducirá a un aumento en el tamaño del Sol: la estrella entrará en la fase de la "rama de gigantes rojas".
Este período comenzará cuando nuestro Sol se convierta en un subgigante y lentamente duplicará su tamaño durante aproximadamente mil quinientos millones de años. Se expandirá a un ritmo más rápido durante los próximos 500 millones de años, hasta que sea 200 veces su tamaño actual y varios miles de veces más brillante. Entonces se convertirá oficialmente en una gigante roja y su diámetro será de aproximadamente 2 UA. e.- El sol irá más allá de la actual órbita de Marte.
Obviamente, la Tierra no sobrevivirá a la aparición de un gigante rojo en el sistema solar, como Mercurio, Venus o Marte. Pero más allá de la línea de congelación, donde hace suficiente frío para que los compuestos volátiles (agua, amoníaco, metano, dióxido de carbono y monóxido de carbono) permanezcan congelados, habrá gigantes gaseosos, gigantes de hielo y planetas enanos. Y comenzará un deshielo total.
En resumen, cuando una estrella se expande, su "zona habitable" hará lo mismo, abarcando las órbitas de Júpiter y Saturno. Cuando esto sucede, un lugar previamente deshabitado, como las lunas de Júpiter y Saturno, puede convertirse repentinamente en residencial. Lo mismo ocurre con muchas otras estrellas del universo, destinadas a convertirse en gigantes rojas a medida que envejecen y mueren.
Cuando nuestro Sol alcance la fase roja de la rama gigante, tendrá solo 120 millones de años de vida activa. Este tiempo no es suficiente para que aparezcan y se desarrollen nuevas formas de vida que puedan volverse verdaderamente complejas (como los humanos y otras especies de mamíferos). Pero según un estudio publicado recientemente en The Astrophysical Journal, algunos planetas cercanos a otras gigantes rojas de nuestro universo pueden permanecer habitados durante mucho más tiempo, hasta nueve mil millones de años o más en algunos casos.
Para que lo entiendas, nueve mil millones de años es el doble de la edad actual de la Tierra. Suponiendo que los mundos que nos interesan tendrán la composición correcta de elementos, tendrán tiempo suficiente para dar lugar a nuevas formas complejas de vida. La autora principal del estudio, la profesora Lisa Kaltenneger, también es directora del Instituto Carl Sagan. Ella sabe de primera mano cómo buscar vida en el Universo:
“A medida que una estrella envejece y se vuelve más brillante, la zona habitable se mueve hacia afuera y esencialmente estás viendo una segunda vida para el sistema planetario. Actualmente, los objetos de las regiones exteriores están congelados en nuestro sistema solar, como Europa y Encelado, las lunas de Júpiter y Saturno. Después de que nuestro Sol amarillo se expanda lo suficiente como para convertirse en un gigante rojo y convertir la Tierra en un desierto abrasador, todavía habrá regiones en nuestro sistema solar, y en otros sistemas también, donde la vida podría florecer.
Cuando una estrella se expande, pierde masa y la empuja hacia afuera en forma de viento solar. Los planetas que orbitan cerca de una estrella o que tienen una gravedad superficial baja pueden perder su atmósfera. Por otro lado, planetas con masa suficiente (o ubicados a una distancia segura) pueden preservar esta atmósfera. En el contexto de nuestro sistema solar, esto significa que en unos pocos miles de millones de años, mundos como Europa y Encelado (que ya pueden tener vida al acecho bajo capas de hielo) podrían convertirse en un paraíso para la vida.
Nuestro sol se convertirá en una enana negra
Por el momento, nuestro universo tiene muchos tipos diferentes de estrellas. Las enanas rojas, estrellas frías que emiten luz roja, se encuentran entre las más comunes. También hay muchas enanas blancas en el universo. Estos son los restos estelares de estrellas muertas, compuestos de materia degenerada que se mantiene unida por efectos cuánticos. Actualmente, los astrónomos creen que las enanas blancas tienen una esperanza de vida casi infinita. Pero después de cierto tiempo, incluso ellos morirán y se convertirán en estrellas exóticas: enanas negras.
Ese destino también aguarda a nuestro Sol. En un futuro lejano, nuestro Sol expulsará sus capas externas y se convertirá en una estrella enana blanca que permanecerá durante miles de millones de años. Pero un día, incluso las enanas blancas comenzarán a enfriarse. Después de 10 (a la potencia de 100) años, se enfriarán a una temperatura igual a la temperatura de la radiación de fondo de microondas, unos pocos grados por encima del cero absoluto.
Cuando esto suceda, nuestra estrella se convertirá en una enana negra. Debido a que este tipo de estrella es tan fría, será invisible para el ojo humano. Para quien intente encontrar el Sol que nos dio vida, será imposible hacerlo utilizando sistemas ópticos. Tendrá que buscarlo por efectos gravitacionales. La mayoría de las estrellas que vemos en el cielo nocturno se convertirán en enanas negras (otra razón por la que el cielo nocturno se aclarará). Pero para nuestro cálido Sol es especialmente ofensivo.
Estrellas extrañas
Para cuando nuestro Sol se convierta en una enana negra, la evolución estelar ya se habrá completado. No nacerán nuevas estrellas. En cambio, el universo se inundará con restos de estrellas frías. Y esto permitirá que el Universo comience a crear estrellas extrañas que son significativamente diferentes de las que conocemos.
Uno de ellos es una estrella helada o fría. Cuando las estrellas del universo queman su combustible nuclear, aumentan su metalicidad. En astronomía, es una medida de los elementos de una estrella que son más pesados que el helio, prácticamente todos los elementos, comenzando por el litio. A medida que aumenta la metalicidad de una estrella, se enfrían a medida que los elementos más pesados liberan menos energía durante la fusión. Finalmente, las estrellas se volverán tan frías que tendrán una temperatura de 0 grados, el punto de congelación del agua.
Mirando más hacia el futuro, habrá una estrella aún más extraña. En aproximadamente 10 (con una potencia de 1500) años en el futuro, la entropía pasará factura y el universo estará esencialmente muerto. En estos tiempos fríos, los efectos cuánticos gobernarán el universo.
El túnel cuántico permitirá que los elementos ligeros se sinteticen en una forma inestable de hierro. Éste, a su vez, se descompondrá en un isótopo más estable, emitiendo una pequeña cantidad de energía. Estas estrellas de hierro serán la única forma de estrella posible en este momento. Pero solo se encuentran en modelos en los que los astrónomos no creen en la desintegración de protones, por lo que esta idea no es la más popular.
Todos los nucleones decaerán
Rebobinemos de un punto de 10 (a la potencia de 15) años después del Big Bang a un punto de 10 (a la potencia de 34) años. Si la raza humana no está muerta en ese momento, ciertamente no sobreviviremos a esta era. Como se mencionó anteriormente, los astrónomos discuten constantemente sobre si el protón se descompondrá al final de los tiempos. Digamos que sí.
Los nucleones son partículas en el núcleo de un átomo, protones y neutrones. Se sabe que los neutrones libres se desintegran con una vida media de 10 minutos. Pero los protones son increíblemente estables. Nadie ha visto de primera mano la desintegración de un protón. Pero hacia el final del universo, todo cambiará.
Los físicos asumen que la vida media de un protón es de 10 (elevado a 37) años. No hemos visto esta decadencia porque el universo aún no es lo suficientemente viejo. En la época de desintegración (10 (elevado a 34) - 10 (elevado a 40) años), los protones finalmente comenzarán a descomponerse en positrones y piones. Al final de la época de desintegración, todos los protones y neutrones del Universo se agotarán.
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Evidentemente, la vida en el Universo empezará a tener problemas. Si asumimos que la raza humana sobrevivió al cambio del Sol y emigró a partes más amigables del Universo, en algún momento las leyes de la física comenzarán a dictar la muerte de la raza humana. Nuestros cuerpos y todos los objetos interestelares están hechos de nucleones. Cuando se desintegren, cualquier vida terminará, ya que los átomos mismos dejarán de existir. La vida no podrá seguir existiendo en tales condiciones (y en tal forma) y el Universo se sumergirá en la era de los agujeros negros.
Los agujeros negros inundarán el universo
Cuando los nucleones desaparezcan, los agujeros negros entrarán en ley y gobernarán el Universo desde 10 (hasta la potencia de 40) años después del Big Bang hasta 10 (hasta la potencia de 100) años. A partir de este momento comenzamos a hablar de tiempos tan largos que es absolutamente imposible comprenderlos con la mente. Después de un tiempo mucho más largo que la edad actual del universo, los agujeros negros seguirán siendo las únicas estructuras.
Cuando los nucleones se vayan, las principales partículas subatómicas serán leptones: electrones y positrones. Alimentarán los agujeros negros. Al absorber los remanentes de materia en el Universo, los mismos agujeros negros emitirán partículas que llenarán el Universo de fotones e hipotéticos gravitones. Pero los agujeros negros están destinados a morir, como decidió Stephen Hawking.
Según Hawking, los agujeros negros se evaporan debido a su radiación. Cuando irradian, pierden masa en forma de energía. Este proceso lleva mucho tiempo, por lo que no sabemos prácticamente nada al respecto. Se necesitan 10 (elevado a 60) años para que un agujero negro se evapore por completo, por lo que este proceso aún no ha llegado al final en un siglo de nuestro Universo. Pero, como dijimos, eventualmente los agujeros negros también morirán. Solo quedarán partículas sin masa y algunos leptones dispersos, que interactuarán perezosamente y perderán su energía.
Aparecerá un átomo de un nuevo tipo
Con solo unas pocas partículas subatómicas que quedan de nuestro universo, puede parecer que no hay nada más de qué hablar. Pero la vida puede aparecer incluso en el peor de los mundos.
Durante años, los investigadores de partículas han hablado sobre el positronio, el enlace en forma de átomo entre un positrón y un electrón. Estas dos partículas tienen cargas opuestas. (El positrón es la antipartícula del electrón). Por lo tanto, serán atraídos electromagnéticamente. Cuando un par de tales partículas comienza a interactuar, pueden tener órbitas rudimentarias y comportamiento atómico.
Dado que el positronio será raro, este modelo de "química" del positronio no puede considerarse completo. Pero cosas muy curiosas pueden salir de estos extraños "átomos". Primero, pueden existir en órbitas gigantes que cubren el espacio interestelar. Mientras las dos partículas interactúen, podrán mantener un par independientemente de la distancia.
Durante la era de los agujeros negros, algunos de estos "átomos" tendrán diámetros que abarcan distancias mayores que nuestro universo observable actual. Los átomos de positronio compuestos por leptones sobrevivirán a la desintegración de un protón y pasarán por la era de los agujeros negros. Además, los agujeros negros crearán átomos de positronio en el proceso de radiación. Después de cierto tiempo, los pares de positrones y electrones también se desintegrarán. Pero antes de eso, el Universo puede dar a luz a una vida completamente indescriptible.
Todo se ralentizará, incluso el mismo pensamiento
Cuando la era de los agujeros negros llegue a su fin e incluso estos gigantes estelares desaparezcan en la oscuridad, solo unas pocas cosas permanecerán en nuestro universo, principalmente partículas subatómicas difusas y los átomos restantes de positronio. Después de eso, todo en el Universo sucederá extremadamente lento, cualquier evento puede durar eones. Según algunos físicos teóricos, como Freeman Dyson, la vida puede reaparecer en el universo en este momento.
Después de mucho, mucho tiempo, la evolución orgánica puede comenzar a desarrollarse a partir del positronio. Las criaturas que aparecerán serán muy diferentes a todo lo que conocemos. Por ejemplo, pueden ser enormes y abarcar distancias interestelares. Como no queda nada más en el universo, tendrán dónde dar la vuelta. Pero como estas formas de vida serán enormes, pensarán mucho más lento que nosotros. De hecho, puede tomar billones de años para que una criatura así cree siquiera un pensamiento.
Puede parecernos extraño, pero dado que estas criaturas existirán en intervalos de tiempo enormes, tal pensamiento será instantáneo para ellos. Existirán durante un tiempo increíblemente largo, viendo el Universo pasar volando a su lado. Pero se hundirán en el olvido.
El fin de la "macrofísica"
En este momento, el Universo alcanzará casi el estado máximo de entropía, es decir, se convertirá en un campo de energía homogéneo y varias partículas subatómicas. Esto será después de la era de los agujeros negros, mucho más tarde después de 10 años (elevado a 100) años. El espacio se expandirá tanto y la energía oscura se volverá tan poderosa que incluso los agujeros negros dejarán de existir y el universo perderá objetos masivos.
Es difícil imaginar un universo así. Piénselo: las estrellas dejarán de formarse porque las partículas subatómicas que componen la materia estarán separadas por distancias tales que no podrán encontrarse de ninguna manera, viajando a la velocidad de la luz. Incluso los átomos de positronio no pueden aparecer.
La física llegará a su fin. El único modelo físico que seguirá funcionando será la mecánica cuántica. Los efectos cuánticos ocurrirán incluso a grandes distancias interestelares, en un marco de tiempo gigantesco. Eventualmente, la temperatura del universo bajará al cero absoluto: no quedará energía para convertir en trabajo. En algunos modelos, la expansión del espacio crecerá, destrozando el espacio-tiempo. El universo dejará de existir.
¿Es posible escapar de todo esto?
Hasta ahora, nuestro viaje hacia el fin del universo ha estado acompañado solo por eventos oscuros y deprimentes. Pero los físicos no pierden su optimismo y esbozan posibles formas para que la humanidad sobreviva al fin de los tiempos e incluso reinicie nuestro universo.
La forma más prometedora de escapar de nuestro universo con la máxima entropía es utilizar agujeros negros hasta que la desintegración de los fotones haga la vida imposible. Los agujeros negros siguen siendo objetos muy misteriosos, pero los teóricos proponen usarlos para ingresar a nuevos universos.
La teoría moderna sugiere que los universos burbuja están naciendo constantemente en nuestro propio universo, formando nuevos universos con la materia y la posibilidad de vida. Hawking cree que los agujeros negros pueden ser las puertas de entrada a estos nuevos universos. Pero hay un problema. Una vez que cruza el borde del agujero negro, no hay vuelta atrás. Por tanto, si la humanidad decide ir a un agujero negro, será un viaje de ida.
Primero, debes encontrar un agujero negro giratorio lo suficientemente masivo como para sobrevivir al viaje a través del horizonte de eventos. Contrariamente a la creencia popular, es más seguro atravesar los agujeros negros masivos. Los viajeros espaciales del futuro pueden esperar que el viaje no termine mal, pero no podrán contactar a sus amigos de este lado del agujero negro e informarles del resultado. Cada viaje será un acto de fe.
Pero hay una manera de asegurarse de que un nuevo universo nos espera al otro lado. Según Alan Guth, el Universo recién nacido necesita sólo 10 (elevado a 89) protones, 10 (elevado a 89) electrones, 10 (elevado a 89) positrones, 10 (elevado a 89) neutrinos, 10 (elevado a 89) antineutrinos, 10 (elevado a 79) protones y 10 (elevado a 79) neutrones para empezar. Puede parecer mucho, pero en total no es más que un ladrillo.
Los humanos del futuro podrían generar un vacío falso, una región del espacio con potencial de expansión, utilizando un campo gravitacional súper fuerte. En un futuro lejano, los humanos podrían haber adquirido la tecnología para crear un vacío falso y comenzar su propio universo. Dado que la inflación inicial del universo dura una fracción de segundo, el nuevo universo se expandirá instantáneamente y se convertirá en un nuevo hogar para los humanos. Un salto rápido por el agujero de gusano y nos salvamos.
El túnel cuántico aleatorio podría reiniciar el universo
¿Qué pasará con el universo que dejamos atrás? Después de un tiempo, finalmente alcanzará su máxima entropía y se volverá completamente inhabitable. Pero incluso en este universo muerto, la vida tendrá una oportunidad. Los investigadores en mecánica cuántica son conscientes del efecto de los túneles cuánticos. Aquí es cuando una partícula subatómica puede entrar en un estado de energía que es imposible clásicamente.
En la mecánica clásica, por ejemplo, la pelota no puede levantarse y rodar por una colina de forma espontánea. Este es un estado de energía prohibido. Las partículas elementales también tienen estados de energía prohibidos desde el punto de vista de la mecánica clásica, pero la mecánica cuántica pone todo patas arriba. Algunas partículas pueden "hacer un túnel" en estos estados de energía.
Este proceso ya se está produciendo en las estrellas. Pero cuando se aplica al fin del universo, surge una extraña posibilidad. Las partículas de la mecánica estadística clásica no pueden pasar de un estado superior de entropía a uno inferior. Pero con los túneles cuánticos, pueden y lo harán. Los físicos Sean Carroll y Jennifer Chen han propuesto la idea de que después de un cierto tiempo, el túnel cuántico puede reducir espontáneamente la entropía en un universo muerto, conducir a un nuevo Big Bang y reiniciar el universo. Pero no contengas la respiración. Para que ocurra una disminución espontánea de la entropía, debe esperar 10 (elevado a 10) ^ (elevado a 10) ^ (elevado a 56) años.
Hay otra teoría que nos da esperanza para un nuevo universo, esta vez de matemáticos. En 1890, Henri Poincaré publicó su teorema de recurrencia, según el cual, después de un tiempo increíblemente largo, todos los sistemas vuelven a un estado muy cercano a su estado original. Esto también se aplica a la termodinámica, en la que las fluctuaciones térmicas aleatorias en un universo con alta entropía pueden hacer que vuelva a su estado original, después de lo cual todo comenzará de nuevo. El tiempo pasará y el universo podrá volver a formarse, y las criaturas que vivirán en él no tendrán la menor idea de que viven en nuestro universo.
ILYA KHEL
