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10 realidades extrañas de la vida en el fin del universo
Nuestro universo va a morir, no hay duda de ello. Uno de los modelos más aceptados del fin del universo es la expansión eterna y la muerte eventual por entropía. A medida que el universo continúa expandiéndose, la entropía aumenta hasta que todo lo que sabemos se ha ido. Pero, ¿cómo se ve la vida cuando se acerca el final? Esa pregunta ha dado lugar a ideas fascinantes sobre el universo y la vida misma.
10 No hay estrellas visibles desde la Tierra
En 150 mil millones de años, el cielo nocturno de la Tierra se verá muy diferente. A medida que el universo corre hacia su muerte térmica, el espacio en sí comenzará a expandirse más rápido que la velocidad de la luz. Muchos de nosotros somos conscientes de la idea de que la velocidad de la luz es un límite difícil para la velocidad de un objeto en el universo. Sin embargo, eso solo se aplica a los objetos que están en el espacio, no a la estructura del espacio-tiempo en sí. Este es un concepto difícil para envolver nuestras mentes, pero el tejido del espacio-tiempo ya se está expandiendo más rápido que la luz. Y en el futuro lejano, tendrá extrañas implicaciones.
A medida que el espacio en sí se expande más rápido que la luz, existe un horizonte cosmológico. Cualquier objeto que pase el horizonte requerirá que tengamos la capacidad de observar y registrar al detectar partículas que viajan más rápido que la luz. Pero no existe tal partícula. Una vez que los objetos pasan más allá de nuestro horizonte cosmológico, son inaccesibles para nosotros. Cualquier intento de contactar o interactuar con galaxias lejanas más allá del horizonte requiere que tengamos tecnología capaz de viajar más rápido que la expansión del espacio en sí. En este momento, solo unos pocos objetos están fuera de nuestro horizonte cosmológico. Pero a medida que la energía oscura acelera la expansión, todo caerá más allá de este límite de observación.
¿Qué significa eso para la Tierra? Imagínese mirando el cielo nocturno en 150 mil millones de años. Las únicas cosas visibles serán unas pocas estrellas dispersas que están dentro del horizonte cosmológico. Eventualmente, incluso esos se irán. El cielo nocturno quedará completamente en blanco. Un astrónomo en el futuro no tendrá pruebas de que haya otro objeto en el universo. Todas las estrellas y galaxias que vemos ahora estarán completamente fuera del alcance del telescopio. Por lo que pudimos ver, nuestro sistema solar sería lo único que quedaría en nuestro universo.
9 Nuestro sol se convierte en una enana negra
En este momento, nuestro universo tiene muchos tipos diferentes de estrellas. Las enanas rojas (estrellas frías que emiten luz roja) se encuentran entre las más comunes. Las enanas blancas semánticamente relacionadas también llenan el universo. Estos son restos estelares de estrellas muertas, hechos de materia degenerada, que se mantienen unidos por los efectos cuánticos. En la actualidad, los astrónomos consideran que las enanas blancas tienen una vida esencialmente infinita. El universo no tiene la edad suficiente para que se hayan extinguido. Pero si se les da suficiente tiempo, incluso ellos morirán y se convertirán en estrellas exóticas llamadas enanas negras.
Nuestro Sol está en ese camino. En un futuro lejano, nuestro Sol expulsará sus capas externas y se convertirá en una estrella enana blanca, permaneciendo en ese estado durante miles de millones de años. A medida que el universo avanza, la enana blanca que era nuestro Sol comenzará a enfriarse. Después de 10 años, se enfriará hasta que su temperatura sea igual a la radiación de microondas de fondo, solo unos pocos grados Kelvin por encima del cero absoluto.
Cuando eso suceda, será una enana negra. Como este tipo de estrella es tan frío, es invisible para el ojo humano. Por lo tanto, cualquier persona que intente encontrar el Sol que solía darnos vida, encontrará imposible verlo con los sistemas ópticos. En su lugar, tendrán que depender de la detección de sus efectos gravitacionales. La mayoría de las estrellas que vemos en el cielo nocturno se convertirán en enanas negras, pero saber que nuestro cálido Sol se convertirá en un oscuro y frío resto estelar es un poco más personal.
8 estrellas raras
Para cuando nuestro Sol se convierta en una enana negra, la evolución estelar habrá terminado. No se formarán nuevas estrellas. En cambio, el universo se llenará con los restos fríos de las estrellas. Eso permitirá que el universo comience a desarrollar algunas estrellas extrañas que son muy diferentes de lo que sabemos.
Una es la estrella congelada. A medida que las estrellas del universo arden a través de su combustible nuclear, aumentarán su metalicidad. En astronomía, esta es la medida de los elementos en una estrella que son más pesados que el helio, básicamente todos los elementos a partir de litio. A medida que aumenta la metalicidad de las estrellas, se enfriarán porque los elementos más pesados emiten menos energía de la fusión. Con el tiempo, las estrellas se enfriarán tanto que tendrán una temperatura de 273 grados Kelvin, el punto de congelación del agua.
Saltando hacia el lejano futuro, surgirá una estrella aún más rara. Aproximadamente 10 años en el futuro, la entropía se habrá salido con la suya y el universo estará esencialmente muerto. En este tiempo frío, los efectos cuánticos gobernarán el universo.
La tunelización cuántica comenzará entonces a permitir que los elementos ligeros se fusionen en una forma inestable de hierro. Esto luego se descompondrá en un isótopo más estable, emitiendo débiles cantidades de energía. Estas llamadas estrellas de hierro serán la única forma de estrella posible en ese momento. Sin embargo, solo ocurren en modelos donde los astrónomos no creen que los protones se descompongan, por lo que no son una idea general.
7 decadencia de todos los nucleones
Avance rápido de 10 años después del Big Bang a 10 años. Si la raza humana no está muerta para entonces, ciertamente no sobreviviremos a esta era. Como se mencionó anteriormente, los astrónomos discuten constantemente sobre si la descomposición de los protones ocurrirá al final del universo. Para nuestros propósitos, seguiremos este modelo.
Los nucleones son el nombre que reciben las partículas -protones y neutrones- dentro de un núcleo atómico. Se sabe que los neutrones libres se descomponen con una vida media de aproximadamente 10 minutos. Pero los protones son increíblemente estables. Nadie ha observado evidencia de que se descompongan. Eso cambiará al final del universo.
Los físicos han propuesto que un protón tiene una vida media de 10 años. No los hemos observado decaer simplemente porque el universo no es lo suficientemente viejo. Entrando en la era degenerada (10 años a 10), los protones finalmente comenzarán a descomponerse en positrones y piones. Al final de la Era Degenerada, todos los protones y neutrones en el universo habrán desaparecido.
Esto tiene implicaciones obvias para la vida en el universo. Suponiendo que la raza humana haya sobrevivido al cambio del Sol y haya migrado a más partes del universo que promueven la vida, este es el punto donde las leyes de la física dictan la muerte de la raza humana. Nuestros cuerpos y todos los objetos interestelares están hechos de nucleones. Cuando esos se descompongan, toda la vida que conocemos terminará porque los átomos en nuestro cuerpo no pueden existir. La vida no puede sobrevivir más allá de este punto, y el universo se sumergirá en la era de los agujeros negros.
6 agujeros negros dominan el universo
Cuando los nucleones hayan desaparecido, los agujeros negros finalmente dominarán el universo desde 10 años después del Big Bang hasta 10 años. En este punto, estamos hablando de tiempos tan largos que es imposible que nuestra mente los envuelva. Pero durante un período más largo que el universo ha existido hasta ahora, las únicas estructuras de las que se hablará serán los agujeros negros.
Con los nucleones desaparecidos, las principales partículas subatómicas serán leptones como los electrones y los positrones. Estos son los que alimentarán los agujeros negros. A medida que consumen la materia restante en el universo, los agujeros negros irradiarán partículas por sí mismos, lo que rellenará el universo con fotones y gravitones hipotéticos. Sin embargo, como demostró Steven Hawking, incluso los agujeros negros van a terminar.
Según Hawking, los agujeros negros se evaporan debido a su radiación. A medida que continúan irradiando, pierden masa en forma de energía. Este proceso lleva mucho tiempo, por lo que nos parece tan extraño. Se requieren 10 años para que los agujeros negros se evaporen totalmente, por lo que este proceso no se ha producido durante la vida de nuestro universo. Pero eventualmente, incluso los agujeros negros se irán. Sus únicos remanentes serán una variedad de partículas sin masa y unos pocos leptones dispersos que interactuarán a medida que lentamente comiencen a perder su energía.
5 Un nuevo tipo de formas atómicas
Después de que nuestro universo se haya convertido en unas pocas partículas subatómicas dispersas, parece que ya no habrá mucho de qué hablar. Pero la vida puede surgir en este lugar tan poco probable.
Durante años, los investigadores de partículas han hablado sobre el positronio, un enlace similar a un átomo de un positrón y un electrón. Estas dos partículas tienen cargas opuestas entre sí. (El positrón es la antipartícula del electrón.) Eso significa que serán atraídos electromagnéticamente cuando intenten acercarse entre sí. Cuando un par de estas partículas comienza a interactuar, podrían desarrollar órbitas rudimentarias y comportarse como los átomos que conocemos.
Dado que el positronio es raro, no existe un modelo completo de “química” del positronio. Pero algunas cosas interesantes provienen de estos extraños “átomos”. Primero, pueden existir con órbitas extremadamente grandes, que abarcan distancias interestelares. Mientras las dos partículas interactúen, pueden formar un par independientemente de las distancias.
Durante la Era del Agujero Negro, algunos de estos "átomos" tendrán diámetros que se extienden a una distancia mayor que nuestro universo observable actual. Como están hechos de leptones, los átomos de positronio sobrevivirán a la descomposición de los protones y durarán hasta la Era del Agujero Negro. De hecho, los agujeros negros crearán los átomos de positronio a través de la radiación. Incluso se deteriorarán si se les da suficiente tiempo, con el par de positrones y electrones en espiral cada vez más cerca de la aniquilación mutua. Pero antes de eso, el universo puede producir vida de una manera que nunca hemos visto.
4 Todo sucede extremadamente despacio, incluido el pensamiento
A medida que la Era del Agujero Negro llega a su fin e incluso estos gigantes estelares desaparecen en la oscuridad, solo quedarán algunas cosas en nuestro universo, principalmente partículas subatómicas difusas y los átomos de positrón restantes. Una vez que esto suceda, todo en el universo ocurrirá extremadamente lento, con cada acción que durará eones. Según algunos físicos teóricos, principalmente Freeman Dyson, la vida puede repetirse en nuestro universo durante este tiempo.
Dada la inmensa cantidad de tiempo, la evolución orgánica podría comenzar a desarrollarse entre el positronio. Los seres que emergen serían muy diferentes a cualquier cosa que hayamos visto. Por ejemplo, serían enormes, atravesando distancias interestelares. Ya que no quedará mucho en el universo, tendrán todo el espacio que puedan desear. Pero debido a que estas formas de vida serán tan grandes, pensarán a tasas exponencialmente más lentas que nosotros. De hecho, la formación de pensamientos individuales para estas criaturas podría llevar miles de millones de años.
Eso nos parece una locura, pero como estas criaturas existirán en grandes escalas de tiempo, el pensamiento les parecerá instantáneo. Si estas criaturas evolucionaran durante el proceso de liquidación del universo, no habría manera de que pudieran considerar pensar más rápido, de lo que no puedes pensar en pensar más rápido de lo que ya lo haces. Para los seres que se encuentran al final del universo, el "pensamiento espontáneo" estará en enormes escalas de tiempo, pero solo de acuerdo con nosotros. Todas estas criaturas creerán que están pensando instantáneamente. Estos seres existirán por enormes cantidades de tiempo, observando cómo el universo se enrolla a su alrededor. Aun así, eventualmente colapsarán.
3 No más 'macro-física'
En este punto, el universo habrá alcanzado un estado de entropía casi máximo, lo que significa que será solo un campo uniforme de energía y unas pocas partículas subatómicas. Esto será después de la Era del Agujero Negro, expandiéndose profundamente en el tiempo durante los últimos 10 años en el futuro.En este punto, el espacio se habrá expandido tanto y la energía oscura será tan poderosa que incluso los agujeros negros ya no existirán y el universo ya no tendrá ningún objeto estelar masivo.
Es difícil imaginar un universo como este. La expansión habrá sido tan pronunciada en este punto que las estrellas tal como las conocemos ya no se formarán porque las partículas subatómicas que forman la materia se habrán alejado tanto que no podrán interactuar sin viajar más rápido que la luz. . Todo lo que existirá es unas pocas partículas dispersas que flotarán alrededor del cosmos vacío, que ni siquiera pueden interactuar para formar átomos de positronio.
Esto significa que la física, tal como la conocemos, habrá terminado. Los únicos modelos físicos que se aplicarán serán la mecánica cuántica. Los efectos cuánticos ocurrirán en vastas distancias interestelares y en grandes marcos de tiempo, algo que es completamente opuesto a la forma en que vemos el universo ahora. Eventualmente, la temperatura general del universo bajará a cero absoluto, lo que significa que no habrá energía que pueda convertirse en trabajo. En algunos modelos, la expansión del espacio todavía se acelerará, y finalmente se desgarrará el espacio-tiempo. En ese punto, nuestro universo dejará de existir.
2 Puede haber una salida
Hasta ahora, nuestro viaje hacia el fin del universo ha sido una serie creciente de eventos sombríos y deprimentes. Pero los físicos no son nada si no son optimistas y han propuesto formas para que la raza humana sobreviva al fin de los tiempos e incluso vuelva a iniciar nuestro universo.
La mayor posibilidad de escapar de nuestro universo de máxima entropía es usar agujeros negros antes de que la descomposición de los protones haga la vida imposible. Los agujeros negros son todavía grandes misterios, y teóricos como Steven Hawking han propuesto usar estos objetos masivos para llegar a nuevos universos.
La teoría moderna sugiere que los universos de burbujas brotan constantemente de nosotros mismos, formando universos completamente nuevos con la materia y la posibilidad de vida. Hawking cree que los agujeros negros pueden contener los pasajes a estos nuevos universos. Solo hay un problema. Una vez que pasa el límite de un agujero negro, no puede volver a salir. Esta es una idea muy conocida en la física. Entonces, si la raza humana decidiera viajar a un agujero negro, sería un viaje de ida.
Primero, tendrían que encontrar un agujero negro giratorio suficientemente masivo para sobrevivir al viaje a través del horizonte de eventos. (Contrariamente a la creencia popular, los agujeros negros masivos son en realidad más seguros para viajar). Luego, los futuros viajeros del espacio tendrían que esperar que el viaje los deje en una sola pieza, pero nunca podrían comunicarse con sus amigos al otro lado del agujero negro. Para decirles que lo hicieron. Cada viaje se convertiría en un salto de fe.
Pero hay una manera de asegurarnos de que un nuevo universo nos está esperando en el otro lado. Según Alan Guth, un nuevo universo de bebés solo necesitaría 10 fotones, 10 electrones, 10 positrones, 10 neutrinos, 10 antineutrinos, 10 protones y 10 neutrones para comenzar. Eso puede parecer mucho, pero solo suma unas pocas onzas de material.
Luego, los futuros humanos podrían producir un falso vacío, que es un área del espacio que tiene el potencial de expansión, creado por un campo gravitatorio supercontrado. En el futuro lejano, los humanos podrían adquirir la tecnología para crear un falso vacío y comenzar su propio universo. Dado que la inflación inicial del universo ocurre en una fracción de segundo, el nuevo universo se expandirá casi instantáneamente, creando un nuevo hogar para que viva la raza humana. Un salto rápido a través de un agujero de gusano y encontraremos un universo seguro para continuar nuestra raza
1 El túnel de Quantum aleatorio puede comenzar de nuevo
Pero ¿qué pasa con el universo que dejamos atrás? Durante una gran cantidad de tiempo, finalmente alcanzaría la máxima entropía, volviéndose completamente inhabitable. Sin embargo, incluso en este universo muerto, existe la posibilidad de que la vida se repita. Los investigadores de la mecánica cuántica conocen un efecto cuántico denominado tunelización cuántica. Esto es cuando una partícula subatómica es capaz de alcanzar un estado de energía que no es clásicamente posible.
En la mecánica clásica, por ejemplo, una bola no puede comenzar a subir una colina de forma espontánea. Ese es un estado de energía prohibido. Las partículas subatómicas también tienen estados de energía prohibidos en la mecánica clásica, pero la mecánica cuántica pone todo eso en su sitio. A veces las partículas pueden "hacer un túnel" a estos estados de energía.
Este proceso ya ocurre en las estrellas. Pero cuando se aplica al final del universo, surge una posibilidad extraña. Las partículas en la mecánica estadística clásica no pueden pasar de un estado de entropía superior a uno inferior. Pero con la tunelización cuántica, pueden y lo harán. Los físicos Sean Carroll y Jennifer Chen han propuesto la idea de que, si se les da suficiente tiempo, la tunelización cuántica podría disminuir espontáneamente la entropía en el universo muerto, lo que provocará un nuevo Big Bang y volverá a iniciar el universo. No aguantes la respiración esperándolo. Una disminución espontánea de la entropía llevaría 10 años para ocurrir.
Otra teoría podría darnos la esperanza de un nuevo universo, este proveniente de las matemáticas. En 1890, Henri Poincaré publicó su teorema de recurrencia, que establece que, dado un tiempo extremadamente largo, todos los sistemas regresan a un estado muy cercano al inicial. Esto puede aplicarse a la termodinámica, donde las fluctuaciones térmicas aleatorias en el universo de alta entropía hacen que regrese a un estado inicial, comenzando todo de nuevo. Después de eones de tiempo, nuestro universo podría formarse de nuevo y los futuros seres que viven en él no tendrían ninguna pista de que provengan del universo que conocemos.