Будущее расширяющейся Вселенной
Даже если Вселенная начала расширяться в момент Большого взрыва, не означает, что её расширение будет длиться вечно. По одному из сценариев, расширение может замедлиться, остановиться и обратиться вспять. Однако, если количество вещества во Вселенной окажется меньше некоторой величины, тяготения разбегающихся галактик будет недостаточно, чтобы остановить расширение, которое в этом случае будет длиться вечно. Но так же стоит учитывать, что Вселенная состоит не только из видимого вещества. В мире есть ещё скрытая материя, которая содержится в пространстве и чёрных дырах в виде газа, не говоря уже о тёмной материи.
Во Вселенной есть критическое значение, которое способно повлиять на её расширение. Вычисления показывают, что критическое значение равно десяти атомов водорода на один кубический метр. Если истинное значение плотности будет больше, то Вселенная окажется связана собственной гравитацией и расширение сменится сжатием. Её судьба станет похожей на цикл, где одна Вселенная рождается после смерти другой. В таком случае, Большой взрыв будет представлен не созданием Космоса, а распадом предыдущего воплощения.
Если Вселенная будет жить вечно, то в неё будет протекать специфические процессы. Во-первых, настанет такой момент, когда все звёзды погаснут. Через несколько миллиардов лет наше Солнце превратится в белый карлик размером с Землю и будет остывать. Большие звёзды погаснут намного быстрее и в конце превратятся либо в нейтронные звёзды либо в чёрные дыры.
В наше время возникают всё новые и новые звёзды, однако когда-нибудь запасы ядерной энергии и вещества будут исчерпаны. Звёздная эра эволюции Вселенной закончится через 10 14 лет. Это во много раз больше того времени, которое прошло от начала расширения Вселенной. Некоторые звёзды постепенно будут покидать галактику и превращаться в межгалактических странников. Это приведёт к тому, что центральная часть галактики будет медленно сжиматься, превращаясь в компактное звёздное скопление. Звёзды будут сталкиваться друг с другом, превращаясь в газ, который будет падать в сверхмассивную дыру, увеличивая её массу. Приливная сила чёрной дыры будет разрушать проходящие рядом звёзды. В конечном этапе образуется сверхмассивная чёрная дыра, поглотившая остатки центральных звёзд и рассеивающая их из внешней части галактики. Процесс разрушения галактик закончится через 1019 лет, и все звёзды к этому времени уже погаснут. Через 1032 лет исчезнут и составляющие звёзд – протоны. Хотя распад ядерного вещества будет играть важную роль до этого срока. Позитроны, возникающие при распаде протонов и нейтронов, будут аннигилировать с электронами, превращаясь в фотоны. Этот процесс распада будет поддерживать относительно высокую температуру умирающих звёзд.
После распада ядерного вещества в мире останутся фотоны, нейтрино, электронно-позитронная плазма и чёрные дыры. Основная часть массы окажется в нейтрино и фотонах. Начнётся эра остывшего излучения. С расширением Вселенной, будет уменьшаться плотность массы излучения, так как падает плотность частиц и энергия каждого кванта. При этом плотность чёрных дыр будет уменьшаться медленнее, чем плотность излучения. А значит, ко времени 1033 лет плотность материи будет определяться массой чёрных дыр. На смену эре излучения придёт эра чёрных дыр. И всё же постепенно и чёрные дыры превратятся в излучение, которое вновь станет доминировать во Вселенной. Однако, в следствии расширения Вселенной плотность излучения уменьшается быстрее электронно-позитронной плазмы. И через 10 100 кроме этой плазмы во Вселенной не останется ничего. Во Вселенной будет существовать нейтроны и позитроны, рассеянные в пространстве. Одна частица будет приходиться на объём, равный 10 185 объёмам видимой сегодня Вселенной. Но стоит отметить, что такое распределение частиц не означает, что во Вселенной не будет происходит активных процессов и движение физических форм материи. Конечно, в это время будут замедленны все процессы, но ведь и пространственные масштабы будут иными. По мнению известного физика Фримена Дайсона, в любом отдаленном будущем возможны сложные формы движения материи и даже разумная жизнь, однако в непривычных для нас формах. Изучение будущего Вселенной сильно отличается от изучения прошлого. Прошлое оставило свои следы, изучая которые, мы проверяем правильность своих представлений. Будущее же неизвестно, и даже если удастся провести теоретические расчёты дальнейшего развития всего, то проверить правильность этих теорий мы не сможем. Одной из основных задач астрофизиков будущего станет поиск и фиксация границ нашей Вселенной, а главными инструментами послужат космические обсерватории, которые ведут наблюдения этих границ в различных частях электромагнитного спектра.
