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10 réalités bizarres de la vie à la fin de l'univers
Notre univers va mourir, pas de doute. L'un des modèles les plus acceptés de la fin de l'univers est l'expansion éternelle et la mort éventuelle par entropie. À mesure que l'univers continue à se développer, l'entropie augmente jusqu'à ce que tout ce que nous savons soit parti. Mais à quoi ressemble la vie à l'approche de la fin? Cette question a donné lieu à des idées fascinantes sur l'univers et la vie elle-même.
10 étoiles non visibles de la Terre
Dans 150 milliards d'années, le ciel nocturne de la Terre sera très différent. À mesure que l'univers s'épanouira, l'espace lui-même commencera à se développer plus rapidement que la vitesse de la lumière. Beaucoup d'entre nous sont conscients de l'idée que la vitesse de la lumière est une limite stricte à la vitesse d'un objet dans l'univers. Cependant, cela ne s'applique qu'aux objets qui se trouvent dans l'espace, pas à la structure même de l'espace-temps. C'est un concept difficile à comprendre, mais la structure de l'espace-temps s'étend déjà plus vite que la lumière. Et dans un futur lointain, cela aura d’étranges implications.
Comme l'espace lui-même s'étend plus vite que la lumière, il existe un horizon cosmologique. Tout objet situé au-delà de l'horizon nécessiterait que nous ayons la capacité d'observer et d'enregistrer en détectant les particules se déplaçant plus rapidement que la lumière. Mais aucune telle particule n'existe. Une fois que les objets ont dépassé notre horizon cosmologique, ils nous sont inaccessibles. Toute tentative de contact ou d'interaction avec des galaxies lointaines au-delà de l'horizon nécessite une technologie capable de voyager plus rapidement que l'expansion de l'espace lui-même. À l'heure actuelle, seuls quelques objets sont en dehors de notre horizon cosmologique. Mais à mesure que l'énergie noire accélère l'expansion, tout tombera au-delà de cette limite d'observation.
Qu'est-ce que cela signifie pour la Terre? Imaginez regarder le ciel nocturne dans 150 milliards d'années. Les seules choses visibles seront quelques étoiles dispersées qui se trouvent dans l'horizon cosmologique. Finalement, même ceux-là partiront. Le ciel nocturne sera complètement vide. Un astronome à l'avenir n'aura aucune preuve qu'il existe un autre objet dans l'univers. Toutes les étoiles et les galaxies que nous voyons maintenant seront complètement hors de portée du télescope. Pour tout ce que nous pourrions voir, notre système solaire serait la seule chose qui reste dans notre univers.
9 Notre soleil devient un nain noir
À l'heure actuelle, notre univers comporte de nombreux types d'étoiles. Les naines rouges - les étoiles fraîches qui émettent de la lumière rouge - sont parmi les plus courantes. Des naines blanches apparentées sémantiquement remplissent également l'univers. Ce sont des restes stellaires d'étoiles mortes, constitués de matière dégénérée, qui sont maintenus ensemble par des effets quantiques. Actuellement, les astronomes considèrent que les naines blanches ont une durée de vie essentiellement infinie. L'univers n'est tout simplement pas assez vieux pour qu'ils se soient éteints. Mais, avec le temps, ils mourront et deviendront des stars exotiques nommées naines noires.
Notre soleil est sur ce chemin. Dans un avenir lointain, notre Soleil éjectera ses couches extérieures et se transformera en une étoile naine blanche, restant dans cet état pendant des milliards d'années. À mesure que l'univers ralentira, le nain blanc qui était notre Soleil commencera à se refroidir. Au bout de 10 ans, il refroidira jusqu'à ce que sa température soit égale au rayonnement hyperfréquence de fond, à quelques degrés Kelvin au-dessus du zéro absolu.
Quand cela se produira, ce sera un nain noir. Comme ce type d'étoile est si froid, il est invisible à l'œil humain. Ainsi, quiconque tente de trouver le soleil qui nous donnait la vie aura du mal à voir avec les systèmes optiques. Au lieu de cela, ils devront compter sur la détection de ses effets gravitationnels. La plupart des étoiles que nous voyons dans le ciel nocturne deviendront des naines noires, mais le fait de savoir que notre soleil chaud se transformera en un reste stellaire sombre et froid est un peu plus personnel.
8 étoiles étranges
Lorsque notre soleil deviendra un nain noir, l'évolution stellaire sera terminée. Aucune nouvelle étoile ne se formera. Au lieu de cela, l'univers se remplira de restes froids des étoiles. Cela permettra à l’univers de commencer à développer des étoiles étranges très différentes de ce que nous connaissons.
L'un est l'étoile gelée. Au fur et à mesure que les étoiles de l'univers brûlent leur combustible nucléaire, elles augmentent leur métallicité. En astronomie, il s’agit de la mesure des éléments d’une étoile qui sont plus lourds que l’hélium, c’est-à-dire tous les éléments du lithium. À mesure que la métallicité des étoiles augmente, elles deviennent plus froides, car des éléments plus lourds dégagent moins d'énergie de la fusion. Finalement, les étoiles deviendront si froides qu’elles auront une température de 273 Kelvin, le point de congélation de l’eau.
Sautant dans un avenir lointain, une étoile encore plus étrange va émerger. Dans environ 10 ans, l'entropie aura son chemin et l'univers sera essentiellement mort. En cette période froide, les effets quantiques régiront l'univers.
La tunnelisation quantique commencera alors à permettre aux éléments légers de se fondre en une forme instable de fer. Cela va ensuite se décomposer en un isotope plus stable, dégageant de faibles quantités d'énergie. Ces soi-disant étoiles de fer seront la seule forme d'étoile possible à cette époque. Cependant, ils ne se produisent que dans des modèles où les astronomes ne croient pas que les protons vont se désintégrer, ils ne sont donc pas une idée généralisée.
7 Tous les nucléons se désintègrent
Avance rapide de 10 ans après le Big Bang à 10 ans. Si la race humaine n'est pas morte d'ici là, nous ne survivrons certainement pas à cette époque. Comme mentionné ci-dessus, les astronomes se disputent sans cesse pour savoir si la désintégration du proton se produira à la fin de l'univers. Pour nos besoins, nous suivrons ce modèle.
Les nucléons sont le nom donné aux particules-protons et neutrons-à l'intérieur d'un noyau atomique. Les neutrons libres sont connus pour se désintégrer avec une demi-vie d’environ 10 minutes. Mais les protons sont incroyablement stables. Personne n'a observé de signes de pourriture. Cela va changer à la fin de l'univers.
Les physiciens ont suggéré qu'un proton a une demi-vie de 10 ans. Nous ne les avons pas observés en décomposition simplement parce que l'univers n'est pas assez vieux. En entrant dans l'ère dégénérée (10 à 10 ans), les protons vont enfin commencer à se décomposer en positrons et en pions. À la fin de l'ère dégénérée, tous les protons et neutrons de l'univers auront disparu.
Cela a des implications évidentes pour la vie dans l'univers. En supposant que la race humaine ait survécu au changement du Soleil et ait migré vers des parties de l'univers plus propices à la vie, c'est le point où les lois de la physique dictent la mort de la race humaine. Nos corps et tous les objets interstellaires sont fabriqués à partir de nucléons. Lorsque ceux-ci se désintègrent, toute la vie telle que nous la connaissons se terminera car les atomes mêmes de notre corps ne peuvent pas exister. La vie ne peut pas survivre au-delà de ce point et l'univers va plonger dans l'ère des trous noirs.
6 trous noirs dominent l'univers
Quand les nucléons auront disparu, les trous noirs domineront finalement l’univers de 10 ans après le Big Bang à 10 ans. À ce stade, nous parlons de temps si longs qu'il est impossible à notre esprit de les comprendre. Mais pour une période plus longue que l'univers n'a existé jusqu'à présent, les seules structures à parler seront les trous noirs.
Les nucléons disparus, les principales particules subatomiques seront des leptons tels que les électrons et les positrons. Ce sont ce qui alimentera les trous noirs. En consommant le reste de la matière dans l’univers, les trous noirs irradieront par eux-mêmes des particules, qui rempliront l’univers de photons et de gravitons hypothétiques. Cependant, comme l'a prouvé Steven Hawking, même les trous noirs vont se terminer.
Selon Hawking, les trous noirs s'évaporent en raison de leur rayonnement. Alors qu'ils continuent à rayonner, ils perdent de la masse sous forme d'énergie. Ce processus prend beaucoup de temps, c'est pourquoi il nous semble si étranger. Cela prend 10 ans pour que les trous noirs s’évaporent totalement, ce processus n’a donc pas eu lieu pendant toute la durée de vie de notre univers. Mais finalement, même les trous noirs disparaîtront. Leurs seuls restes seront une variété de particules sans masse et quelques leptons dispersés qui interagiront alors qu'ils commencent lentement à perdre leur énergie.
5 Un nouveau type de formes d'atomes
Après que notre univers se soit transformé en quelques particules subatomiques dispersées, il semble qu'il ne reste plus grand-chose à parler. Mais la vie peut émerger dans ce lieu des plus improbables.
Pendant des années, les chercheurs en particules ont parlé du positronium, une liaison ressemblant à un atome d'un positron et d'un électron. Ces deux particules ont des charges opposées l'une de l'autre. (Le positron est l'antiparticule de l'électron.) Cela signifie qu'ils seront attirés électromagnétiquement lorsqu'ils tenteront de se rapprocher. Lorsqu'une paire de ces particules commence à interagir, elles peuvent développer des orbites rudimentaires et se comporter comme les atomes que nous connaissons.
Comme le positronium est rare, il n’existe pas de modèle complet de «chimie» du positronium. Cependant, quelques «choses» intéressantes viennent de ces «atomes» étranges. Ils peuvent d’abord exister avec des orbites extrêmement grandes couvrant des distances interstellaires. Tant que les deux particules interagissent, elles peuvent former un couple quelles que soient les distances.
Au cours de l'ère du trou noir, certains de ces «atomes» auront des diamètres couvrant une distance supérieure à celle de notre univers observable actuel. Comme ils sont fabriqués à partir de leptons, les atomes de positronium survivront à la désintégration du proton et dureront jusqu'à l'ère du trou noir. En fait, les trous noirs créeront les atomes de positronium par radiation. Même ceux-ci se désintègreront avec le temps, la paire électron-positon se rapprochant de plus en plus d'un annihilation mutuelle. Mais avant cela, l'univers peut produire la vie d'une manière que nous n'avons jamais vue.
4 Tout se passe extrêmement lentement, y compris la pensée
Alors que l'ère du trou noir touche à sa fin et que même ces géants stellaires disparaissent dans la noirceur, il ne restera que peu de choses dans notre univers, principalement des particules subatomiques diffuses et les atomes de positronium restants. Une fois que cela se produira, tout dans l’univers se produira extrêmement lentement, chaque action durera des éternités. Selon certains physiciens théoriciens, principalement Freeman Dyson, la vie pourrait se reproduire dans notre univers durant cette période.
Compte tenu de l’immensité du temps, l’évolution organique pourrait commencer à se développer parmi le positronium. Les êtres qui émergent seraient très différents de tout ce que nous avons vu. Par exemple, ils seraient énormes, couvrant des distances interstellaires. Puisqu'il ne restera plus grand-chose dans l'univers, ils disposeront de tout l'espace qu'ils pourraient souhaiter. Mais parce que ces formes de vie seront si grandes, ils penseront à un rythme exponentiellement plus lent que nous. En fait, former des pensées uniques pour ces créatures pourrait prendre des milliards d'années.
Cela nous semble fou, mais puisque ces créatures existeront sur d’énormes échelles de temps, la pensée leur semblerait instantanée. Si ces créatures évoluaient au cours de la réduction progressive de l'univers, il n'y aurait aucun moyen de penser à penser plus vite, pas plus que vous ne pouvez concevoir de penser plus vite que vous ne le faites déjà. Pour les êtres à la fin de l'univers, la «pensée spontanée» sera sur une échelle de temps énorme, mais seulement selon nous. Toutes ces créatures vont croire qu'elles réfléchissent instantanément. Ces êtres existeront pendant un temps considérable, en regardant l'univers disparaître autour d'eux. Même encore, ils finiront par s'effondrer.
3 Pas plus de 'Macro-Physique'
À ce stade, l'univers aura atteint un état d'entropie presque maximal, ce qui signifie qu'il ne s'agira que d'un champ d'énergie uniforme et de quelques particules subatomiques. Ce sera après l'ère du trou noir, une expansion dans les 10 dernières années.À ce stade, l'espace aura tellement augmenté et l'énergie noire sera si puissante que même les trous noirs n'existeront plus et que l'univers n'aura plus d'objets stellaires massifs.
Il est difficile d’imaginer un tel univers. Ce phénomène aura tellement marqué l'expansion que les étoiles telles que nous les connaissons ne se formeront plus car les particules subatomiques formant la matière auront été si éloignées les unes des autres qu'elles ne pourront plus interagir sans se déplacer plus rapidement que la lumière. . Tout ce qui existera, ce sont quelques particules parasites qui flotteront autour du cosmos vide, ne pouvant même pas interagir pour former des atomes de positronium.
Cela signifie que la physique telle que nous la connaissons sera terminée. Les seuls modèles physiques qui s'appliqueront seront la mécanique quantique. Les effets quantiques se produiront sur de vastes distances interstellaires et sur d’énormes délais, ce qui est complètement opposé à la façon dont nous voyons l’univers. Finalement, la température globale de l'univers tombera à zéro absolu, ce qui signifie qu'aucune énergie ne pourra être convertie en travail. Dans certains modèles, l'expansion de l'espace va continuer à s'accélérer, finissant par déchirer l'espace-temps. À ce stade, notre univers cessera d'exister.
2 Il pourrait y avoir un moyen de sortir
Jusqu'ici, notre voyage à la fin de l'univers a été une série croissante d'événements sombres et déprimants. Mais les physiciens ne sont rien sinon optimistes et ont proposé des moyens permettant à la race humaine de survivre à la fin des temps et même de faire redémarrer notre univers.
La plus grande possibilité d'échapper à notre univers d'entropie maximum consiste à utiliser des trous noirs avant que la désintégration du proton ne rende la vie impossible. Les trous noirs restent des mystères énormes et des théoriciens comme Steven Hawking ont proposé d’utiliser ces objets gigantesques pour accéder à de nouveaux univers.
La théorie moderne suggère que les univers de bulles jaillissent constamment des nôtres, formant ainsi de tout nouveaux univers avec la matière et la possibilité de vivre. Hawking pense que les trous noirs pourraient contenir les passages vers ces nouveaux univers. Il n'y a qu'un seul problème. Une fois que vous avez dépassé la limite d'un trou noir, vous ne pouvez plus le récupérer. C'est une idée bien connue en physique. Donc, si la race humaine décidait de se rendre dans un trou noir, ce serait un voyage à sens unique.
Premièrement, ils devraient trouver un trou noir suffisamment massif pour pouvoir survivre au voyage à travers l’horizon des événements. (Contrairement à la croyance populaire, il est plus sûr de traverser des trous noirs massifs.) Les futurs voyageurs de l'espace devraient alors espérer que le voyage les laisse en un seul morceau, mais ils ne pourraient jamais communiquer avec leurs amis de l'autre côté du trou noir. pour leur dire qu'ils l'ont fait. Chaque voyage deviendrait un acte de foi.
Mais il existe un moyen de s’assurer qu’un nouvel univers nous attend de l’autre côté. Selon Alan Guth, un nouvel univers de bébé n'aurait besoin que de 10 photons, 10 électrons, 10 positrons, 10 neutrinos, 10 antineutrinos, 10 protons et 10 neutrons pour démarrer. Cela peut sembler beaucoup, mais cela ne représente que quelques onces de matière.
Les futurs êtres humains pourraient alors créer un faux vide, une zone de l’espace susceptible de se dilater, créée par un champ gravitationnel extrêmement puissant. Dans un futur lointain, les humains pourraient acquérir la technologie nécessaire pour créer un faux vide et créer leur propre univers. Étant donné que l'inflation initiale de l'univers se produit en une fraction de seconde, le nouvel univers s'élargirait presque instantanément, créant ainsi un nouveau lieu de résidence pour la race humaine. Un saut rapide dans un trou de ver et nous rechercherions un univers sûr pour continuer notre course.
1 tunnelage quantique aléatoire peut tout recommencer
Mais qu'en est-il de l'univers que nous laissons derrière nous? Avec le temps, elle atteindrait finalement le maximum d'entropie, devenant complètement inhabitable. Cependant, même dans cet univers mort, il y a une chance pour que la vie se reproduise. Les chercheurs en mécanique quantique connaissent l'existence d'un effet quantique appelé tunneling quantique. C'est à ce moment qu'une particule subatomique est capable d'atteindre un état énergétique qui n'est pas classiquement possible.
En mécanique classique, par exemple, une balle ne peut pas commencer à remonter une colline spontanément. C'est un état d'énergie interdit. Les particules subatomiques ont également interdit les états d'énergie en mécanique classique, mais la mécanique quantique renverse tout cela. Parfois, les particules peuvent «tunneler» vers ces états énergétiques.
Ce processus se produit déjà dans les étoiles. Mais lorsqu'on l'applique à la fin de l'univers, une possibilité étrange se présente. Les particules en mécanique statistique classique ne peuvent pas passer d'un état d'entropie supérieur à un état inférieur. Mais avec le tunneling quantique, ils peuvent et vont le faire. Les physiciens Sean Carroll et Jennifer Chen ont proposé l'idée que, avec suffisamment de temps, le tunneling quantique pourrait spontanément diminuer l'entropie dans l'univers mort, provoquant l'apparition d'un nouveau Big Bang et le redémarrage de l'univers. Ne retiens pas ton souffle pour l'attendre. Une diminution de l'entropie spontanée prendrait 10 années à se produire.
Une autre théorie pourrait nous donner l’espoir d’un nouvel univers, celui-ci issu des mathématiques. En 1890, Henri Poincaré a publié son théorème de récurrence qui stipule que, dans un laps de temps extrêmement long, tous les systèmes reviennent à un état très proche de leur état initial. Cela peut s’appliquer à la thermodynamique, où des fluctuations thermiques aléatoires dans l’univers à forte entropie le ramènent à un état initial, en relançant les choses. Après des éternités, notre univers pourrait se reconstituer et les futurs êtres qui l'habiteraient n'auraient aucune idée de leur origine dans l'univers que nous connaissons.