Kuidas maailma lõpp tegelikult tuleb
Aegajalt öeldakse meile, et kohevarsti on maailma lõpp käes. Mõned inimesed, eriti mõnede ususektide liikmed elavad reaalselt sellises ootuses, et tõepoolest on maailmalõpp tulemas just nende eluaja jooksul ning igapäevane elu on justkui valmistumine selleks.
Ettekujutusi lõpust on mitmeid — alates täiskatastroofist, kus hukkuvad pea kõik (nt Noa-aegne veeuputus) kuni leebete “vibratsioonivahetusteni” või inimteadvuse tõusmiseni uuele tasemele. Ühiskondlikud mullistused, kus võim maailmas ümber jagatakse veel vahepeale. Need on aga enamuses väga inimlikud ja seetõttu ka piiratud oma maapealsusega, sageli saadab neid ettekujutusi antropotsentriline (inimkeskne) šovinism ja egotsentriline nartsissism, et just praegune ajastu on see kõige erilisem ja just mina olen see kõige erilisem, et see lõppude lõpp just praegu peaks juhtuma. Minumeelest on see vaid märk fantaasiavaegusest ja arusaama puudumisest maailmakõiksuse, päikesesüsteemi, planeetide, eluslooduse evolutsiooni ajaskaala kohta. Geotsentriline (egotsentriline) maailmapilt pole siit ilmast kuhugi kadunud.
Pole põhjust kahelda selles, et inimsugu lõpetab oma sammud siin planeedil, nagu varasemad eluvormid seda korduvalt juba teinud on; planeet Maa kärssab Päikese vananedes kivikõrbeks ja võibolla neelatakse surmaohetes paisuva Päikese poolt üldse alla. Võibolla õnnestub osadel olenditel kolida kaugemale, kus elujärge edasi veeretada, aga Päike energiaallikana lõpetab oma tegevuse ükspäev niikuinii. Kas kellelgi õnnestub teiste tähtede juurde jõuda? Ja kui õnnestubki, siis kustuvad ükspäev needki. Kuid see on alles lõpu algus ja allpool vaatame, mis universumist tervikuna saab.
Sissejuhatus
Kosmoloogia valemites on üks parameeter k, mille väärtus näitab, kas me universum on geomeetriliselt tasane (k=0), positiivse (k=+1) või negatiivse (k=-1) kõverusega. Iga juhtumi korral on võimalik välja arvutada, mis meie universumiga kauges tulevikus toimub. Matemaatiliselt on need kolm varianti võrdväärsed ja sõltuvad aine-energia tihedusest. Friedmanni meetrikas[i] on aine-energiatiheduse parameeter Ω, mis võrdub vaadeldava tiheduse ja kriitilise tiheduse suhtega:
Ω väärtus võib olla üks, kui universum on tasane (k=0), suurem kui üks, kui universum on suletud (k=+1), või väiksem kui üks, kui universum on avatud (k=-1)[ii]. Kriitilise ja tegeliku tiheduse ning Hubble’i konstandi täpseks määramiseks tuleb tegeleda vaatlustega.
1. Kolm tulevikku
1.1. Suletud universum
Suletud universumi puhul on selle saatuseks paisumine ükspäev lõpetada ja hakata taas kokku tõmbuma, kuna ainet on universumis kriitilisest rohkem ja galaktikate gravitatsioon pidurdab paisumise, mis asendub kokkutõmbumisega ja lõpeb singulaarsuses, kust Suur Pauk kunagi alguse sai. Sellist stsenaariumit nimetatakse Suureks Raksuks (Big Crunch)[iii, lk 95]. Kokkutõmbudes lähenevad galaktikad teineteisele (vaadeldav sininihkena praeguse punanihke asemel) ja liituvad, suureneb temperatuur ja kui välistemperatuur saab võrdseks tähtede sisetemperatuuriga, lendavad tähed plahvatusega laiali. Mida aeg edasi ja lähemale taastulevale singulaarsusele, millest universum kunagi alguse sai, on vaadeldavad kõik needsamad protsessid, mis Suure Paugu käigus toimusid, ainult vastupidises suunas[iv, lk 265-266].
1.2. Avatud universum
Avatud universum paisub lõputult; tumeenergia olemasolu korral see paisumine tulevikus mitte ei aeglustu, vaid kiireneb. Universumi saatuseks on hääbuda soojussurma, või pigem soojuse puudumise surma ja tumeenergia paisumisjõud ületab nii gravitatsioonilise, elektromagnetilise ja nõrga tuumajõu ehk aine rebestub elementaarsel tasandil. Kirjanduses nimetatakse sellist asja Big Rip ehk Suur Rebestumine.
1.3. Tasane universum
Tasase universumi korral ootab meid samuti soojussurm, kuid esialgse paisumise aeglustumise järel hakkab paisumine taas kiirenema tänu tumeenergiale.
Olgu veel lisatud, et tumeenergia toimel võib ka kriitilisest tihedam universum lõputult paisuda.
1.4. Milline neist kolmest?
Edwin Hubble leidis kaugemate galaktikate tsefeiidide (muutlikud tähed) vaatlustele tuginedes, et universum paisub. Viimastel aastakümnetel on vaatlused ruumis ja ajas ulatunud veelgi kaugemale (uuritakse väga kaugetes galaktikates toimunud supernoovade plahvatusi) ja nende andmete põhjal saab järeldada, et universum paisub kiirenevalt. Seepärast on praegusel ajal levinuim arusaam universumi saatusest selline, et paisumine jätkub lõputult[v, lk 717] ja meid ootab ees Suur Külmumine (Big Freeze) ning edasises tekstis tutvustan täpsemalt just seda stsenaariumit. Asjaolul, kas universum on tasane või negatiivse kõverusega, pole külmumissurmal määravat rolli, kuna paisumine jätkub mõlemal juhul lõpmatult. Kosmilise taustkiirguse uuringute tulemustest on aga kinnitumas teadmine, et universum on geomeetriliselt tasane[vi].
Väike vahepala suurusjärkudest
Praegu hindame universumi vanuseks 13,7 miljardit aastat; suurusjärkudes võib selle ümardada 1010 aastale. Allpool käsitletavad ajaskaalad on üsna hoomamatud ja igapäevaste maapealsete asjadega võrreldamatud. Visuaalselt võib tunduda, et 1011 on 1010-st vaid natukene (ühe võrra) suurem, kuid tegelikult on see ju 10 korda suurem. Näiteks tuleks meie universumil kümme korda oma praeguse vanuse jagu eksisteerida, et jõuda vanuseni 1011 aastat (kui inimene elab 102 aastat, siis vanus suurusjärgus 103 on vaid muumiatel ja luukeredel). Vanuseni 1012 tuleb meie universumil vastu pidada 10×10 ehk sada korda praegune vanus. Vanus 1020 aastat paistab, nagu oleks see vaid kaks korda sama palju kui 1010 aastat, tegelikult on erinevus 1010 korda ehk universumil tuleb vanuseni 1020 aastat eksisteerida 10 miljardit korda see vanus, mis tal praegu on. Ja kuidas ning milliste sõnadega saaks võrrelda vanust 10100 (googol) aastat? See arv on suurem kui aatomite arv kogu universumis.
2. Universumi soojussurm ehk Suur Külmumine
2.1. Tähtede ajastu 108-1015 aastat
Tähtede ajastul on peamine energiaallikas tähtede sees toimuvad termotuuma sünteesreaktsioonid ehk kergematest elementidest (vesinik) meisterdatakse raskemaid (heelium, süsinik, hapnik, …, raud). Ajastu lõpuks on enamvähem kõik vaba vesinik tähtedeks, planeetideks, mustadeks kääbusteks, mustadeks aukudeks sulgunud, tähtedes ära „põletatud“ ning uute tähtede teke lakkab. Väiksema massiga tähed võivad küll särada triljoneid aastaid (1012), kuid ükspäev saab nendegi tuumakütus otsa ja kustuvad nemadki. Kui kustuvad tähed, kustuvad ka galaktikad ning universumist saab pime koht.
Samal ajal jätkab universum paisumist. Praegu ei näe me objekte, mis on kaugemal kui 46,5 miljardit valgusaastat (universumi vanusele lisandub ruumi paisumine), kauges tulevikus kaovad kaugemad galaktikad, mis ei ole meie kohaliku grupiga gravitatsiooniliselt seotud, universumi nähtava horisondi taha ja meie, kui veel on kedagi, keda meieks nimetada, ei näe neid ei nähtavas valguses, kuna tähed on kustunud, ega ka muudel viisidel, kuna nad on kadunud horisondi taha[vii, lk 277-278].
Võib lausa öelda, et me elame sellisel haruldasel universumi ajastul, mil saame vaadata tähti, galaktikaid, kvasareid; tulevikus see võimalus kaob ja mitte sugugi valgusreostsuse tõttu, vaid valguse puudumise tõttu.
2.2. Kõduajastu 1015-1040 aastat
Kõduajastul võib aegajalt juhtuda, et kaks väiksema massiga objekti, nt pruuni kääbust põrkuvad ja tekkinud objekti mass on piisav selleks, et käivitada termotuumareaktsioonid. Selliste sündmuste tõenäosus on küll äärmiselt väike, aga arvestades tohutut ajahulka, on ka väga väikese tõenäosusega sündmustel piisavalt aega teoks saada. Teiseks kiirguse tekitajaks on mustad augud, mis tema teele jäävaid objekte tükkideks rebides ja enne allaneelamist heledalt kiirgama paneb. Kahe valge kääbuse massiga objekti põrkel võivad tekkida isegi heledad supernoovaplahvatused, mis küll kiiresti tuhmuvad.
Sel ajastul (vahemikus 1019-1020 aastat) hajuvad laiali ka galaktikad – raskemad tähed annavad kergemaga kohtudes oma kineetilist energiat kergemale üle, mille tulemusel kergemad tähed galaktikatest välja heidetakse ja raskemad ise galaktika keskmes olevale ülimassiivsele mustale augule söögiks saavad. Tähtede lähisuhtluse tagajärjel heidetakse ka kõik planeedid tähekesksetelt orbiitidelt ära ja jätkavad oma sihitut hulkumist külmas ruumis.
2.3. Prootonite lagunemine ehk täielik kõdumine
Kui 1020 aastaks on järgi omavahel mitteseotud mustad augud, neutrontähed, kodutud planeedid ja pruunid kääbused ehk astronoomilised objektid, mis on meile praegugi tuttavad, siis arvatakse, et sellised igavesed osakesed nagu prootonid ei olegi igavesed, vaid on poolestusajaga vähemalt 1032 aastat ja umbes 1040 aastaks on kõik prootonid positronide (elektronide antiosakesed), neutriinode ja kiirgusena laiali lagunenud (piionite ja positronidena, piion laguneb kiiresti kaheks gammakvandiks [viii]). Järgi ei jää midagi, mis koosneks meile praegu tuntud ainest, mida me katsuda saaksime.
2.4. Mustade aukude ajastu 1040-10100 aastat
Kuivõrd mustad augud ei koosne prootonitest, siis nemad prootoni lagunemisest mõjutatud ei saa, aga mustad augud kõdunevad omal moel. Mustad augud aurustuvad läbi nn Hawkingi kiirguse[iii, lk 118], kergemad (tähtedest tekkinud) mustad augud aurustuvad kiiremini (1066 aastaga), supermassiivsed (endiste galaktikate keskpaigad) aeglasemalt (10100 aastat). Kõigest sellest jääb järgi loendamatu hulk elektrone, positrone, footoneid, neutriinosid ja veel mõningasi vähemtuntud osakesi.
2.5. Igav igavik 10100 kuni …
Sealt edasi ei toimu enam eriti mitte midagi. Võib ju juhtuda, et mõni positron kohtub mõne elektroniga ja need annihileeruvad, kuid olukorras, kus universumi tiheduseks on üks osake kuupvalgusaasta kohta, on sellist juhtumit ilmselt väga harva näha, aga kuna aega on terve igavik, siis mõnikord ehk ikka.
Kasutatud kirjandus
- Wikipedia, Friedmanni tihedusparameeter
- Wikipedia, Universumi saatus
- S. Hawking, Universum pähklikoores, Eesti Entsüklopeediakirjastus 2002
- Matts Roos, An Introduction to Cosmology, 3rd Edition
- Bennett et al, The Cosmic Perspective 3. edition
- WMAP
- Phil Plait, Death from the skies
- Wikipedia, Proton decay
Selle teemaga veidi seotud lood:
Muidugi, Saturn on Amburis ka siis, kui pole enam ei Saturni ega Amburit.
Kriku hakkab ehk kunagi aru saama, et ma tema kirjadega ei tegele.Nii et ehk haarab tema mõttelõngast kinni keegi kolmas.
@Kriku:
ära ikka nii ka lahmi.Väite töenäosust saab kontrollida vaid katse meetodil aga…siis on su prootonid nii laiali paisatud,et tulemus ei huvitagi enam.
Svejk vastas hulluarsti küsimusele:”Kas usud Maailma lõppu” – “Enne pean ma seda lõppu nägema”
Maailma lõppu oleks endalgi huvitav vaadata, teisest küljest võtta on inimese eluiga Maailama vanusega võrreldes lühike.
Mina oma 64 aasta juures eriti ei pabista, ainuke asi on see, mismoodi Inimkond otsa saab? Peaasi, et pikalt ei piinata.
Esiteks toimub Maa kliimaga kõiksugu muutusi kõvasti enne, kui Päike supernoovastuma hakkab. Olenemata praegusest kliimamuutuse diskussioonist tuleb millalgi uus jääaeg nagu alati on tulnud. Arvatavasti on mitmesaja miljoni aasta eest olnud mitu perioodi, kui terve Maa pind oli külmunud ja vaid mõnekümne tuhande aastaga on elutingimused Maal tundmatuseni muutunud. Sellega võrreldav uus jäätumise maksimum lõpetab igal juhul kõik meile praegu tuntud sotsiaalsed struktuurid ja tsivilisatsiooni mõjutavad tegurid. Inimkond elab selle üle, aga muutus on kindlasti äärmiselt ebameeldiv ja ohvriterohke.
Kui inimkonna eksistents peaks lõppema Päikese supernoovastumisega, siis muutub Maa kliima eluks sobimatuks juba ammu enne, kui see juhtub (samal ajal muide muutub Marss eluks sobivaks). Aga vähemalt miljard aastat on inimestel aega kliimakatastroofide üleelamist, maa all elamist ja kosmoselende harjutada. Päikese supernoovastumise käigus võib ka Titaan eluks kõlbulikus muutuda. Ma ei näe põhjust, miks ei võiks inimkond Päikese supernoovastumist üle elada.
Kui prootonid on stabiilsed, siis võib inimkond mingis suletud süsteemis (et siis mõnele piisavalt suurele kivile, mida kunagi planeediks nimetati, ehitatakse kera ümber) põhimõtteliselt ükskõik kui kaua eksisteerida. Muidugi ütleb siinkohal füüsik, et täielikult suletud “mulli” ei õnnestu ehitada, aga sellele võib vastu väita, et täielikult ei saa välistada ka aja jooksul uute kivide üleskorjamist.
Kui prootonid ei ole stabiilsed, siis on ikkagi väga väike tõenäosus, et kellegi sees ühekorraga nii palju prootoneid ära laguneb, et ta sellesse sureb. Nii nagu mina sellest aru saan, avaldub kõdunemine väga aeglaselt materjalide suurema kulumise, kõrgenenud energiatarbe jne. näol, kuni “mulli” eksistentsi lõpetab mõni tehnoloogiline õnnetus või ei suudeta enam eluks sobivat temperatuuri hoida. Viimaste asukate lõpp ei tule vähem ega rohkem piinarikas kui igasuguste tänapäevaste õnnetuste puhul ja kindlasti on neil käepärast ka vahendid piinade kiireks lõpetamiseks. Aega valmistumiseks justkui oleks :)
On raske ette kujutada, mismoodi inimkond saaks prootonite kõdunemist väärata, kuid kui need on stabiilsed, siis on inimkonna kõige suurem risk tema enda rumalus ja ettevaatamatus.
Oi, selline kena maailmalõppude veebikogu nagu Exit Mundi polegi siit teemast läbi käinud.
The Big Rip on isiklik “lemmik”.
Filosoofiline küsimus: kas teadmine, et hukkutakse vältimatu maailmalõpu käigus peaks tegema tavalise surma ette teadmisega võrreldes õnnelikumaks või õnnetumaks? Või vahet pole?
Kriku ütles:
Õnnetumaks, kahtluseta. Mille üle seal õnnelik oleks olla, et su lapsed, sugulased, tuttavad ja kõigi teiste omad samuti saavad ka surma või.
Isegi, kui inimkond mingil põhjusel peaks välja surema (näiteks mingi uue ravimatu, kiiresti leviva nakkuse tõttu, kuigi see poleks vist päris tõenäoline) oleks ju parem, kui maakera ja mingid eluslooduse vormid ikka alles jääksid, elementaarne ju.
Forte vahendab selgitust, miks hadronikollaider LHC pole veel maailma lõpetanud ega saa ka lõpetada.
Paar asja mis on kahtlased ja arusaamatud selle asja juures, et kuidas ruumi paisumist mõõdetakse. Kui minust ikka auto eemaldub ja seda mõõta punanihkega (radariga), see ei tähenda seda, et meie ruum paisub auto kiirusel või kiirendusel.
Ma arvan, et need pole päris õiged vahendid mõõtmiseks ja tõendamiseks.
Teine asi, kui ruum on avatud “servadega”, mis siis on seal serva taga? Mis toimub serva juures? Kui kiiresti see siis ikka paisub mingis järgmises mõõdus olles? jne jne. Meenutab kangesti keskaegset kujutelma maailmast, kus on maailm ja mille serval saab jalgu kõlgutada.
Kui ruum on lame või “õhupall” (kinnine) ja venib, siis oleks nii, et meie jaoks ei muutu sisuliselt midagi. Joonistada õhupallile (2D mudel meie maailmast) kaks kriipsu, millest üks sümboliseerib vahemaad objektide vahel ja teine sümboliseerib mõõtevahendit (joonlauda), siis õhupalli veelgi täis puhudes venivad mõlemad. Ehk süsteemis olijate jaoks jääb kõik samaks, muutub vaid asjaolu järgmises mõõtmes (3D), mis meile on aga mõõtmatud.