مینو خوش‌رنگ‌باف: برای مدت‌های مدید بزرگ‌ترین سؤال بشریت
درباره عالم سوال فیلسوف‌ها بود. ما از کجا آمده‌ایم، چرا اینجاییم، به کجا
می‌رویم، سؤال‌های شاعران بود و علم هیچ جوابی برای آن‌ها نداشت. طی 100
سال اخیر همه‌چیز تغییر کرده. ما می‌دانیم چه چیزی کیهان را ایجاد کرده و
چگونه به این شکل درآمده. ما با انفجار بزرگ آشنا هستیم و برای عواملی که
آن را پدید آورده تئوری‌هایی داریم. ما در مورد انرژی تاریک و شتاب کیهانی
که سرنوشت عالم را رقم خواهند اطلاعاتی داریم. اما کی این اتفاقات می‌افتد؟
این سؤالی است که بیل منصلی می‌پرسد. او می‌پرسد:
چه زمان کیهان ما به حداکثر آنتروپی خواهد رسید؟ و چه احتمال‌های دیگری برای آینده کیهان ما وجود دارد؟
برای ترسیم بهتر مسئله اول ببینیم امروز کجای عالم قرار داریم، بعد ببینیم
اگر ساعت‌ها را جلو بکشیم، تحت قوانین فیزیکی که ما می‌شناسیم، چه بر سر ما
خواهد آمد.
کیهان مملو است از تریلیونها کهکشان که هر یک هزاران میلیارد ستاره‌دارند. اما تمامی این‌ها روزی به پایان خواهند رسید.
ترکیبی از عکس در طول‌موج فرابنفش، مرئی و فروسرخ از کیهان، بزرگ‌ترین عکس تهیه‌شده از کیهان دوردست. عکس گرفته‌شده توسط تلسکوپ فضایی هابل از ۳۲۰۰۰۰۰۰/۱ کل آسمان، که ۵۵۰۰ کهکشان قابل‌تشخیص است. به دلیل گسترش بی‌وقفه فضا صدها کهکشان هم از دید ما دورند، حتی در سرعت نور.
در کیهان قابل‌مشاهده که ازهرجهت تا فاصله تقریباً ۴۶ میلیارد سال نوری امتداد دارد، حدود ۲ تریلیون کهکشان وجود دارد. بعد از ۱۴ میلیارد سال تکامل کیهانی، تقریباً همه کهکشان پر از مقادیر عظیمی عناصر سنگین است که با تولد هر ستاره جدید قادر به تشکیل سیارات سنگی، مولکول‌های عالی و ساختارهای زیستی هست. کهکشان راه‌گیری ما خود به‌تنهایی شامل ۴۰۰ میلیارد ستاره است و در گروه کهکشانی محلی قرار دارد. بین گروه‌ها و خوشه‌های کهکشانی، فضای خالی در حال گسترش است که تحت سلطه انرژی تاریک است: انرژی که در ذاتش، خود فضا است؛ بااین‌حال باعث از هم گسستن هر چیزی می¬شود که کیهان را به هم متصل می‌کند.
تصاویری که نحوه برخورد کهکشان راه شیری با آندرومدا را نشان می‌دهند، و منظره‌ای را که در آن هنگام از زمین شاهد خواهیم بود. این اتفاق ۴ میلیارد سال بعد به وقوع خواهد پیوست. که نتیجه آن‌یک کهکشان بیضوی بزرگ قرمز و بدون گاز خواهد بود: کهکشان شیردرومدا .
در مناطقی که اندرکنش گرانشی وجود دارد، داخل کهکشان‌ها و بین کهکشان‌ها، گازها به سحابی‌هایی مبدل خواهند شد که منجر به تولد ستاره‌ها می‌شوند. بزرگ‌ترین منطقه تولد ستاره میتواند محلی به‌اندازه یک کهکشان باشد: یک کهکشان ستاره. این اتفاق ۴ میلیارد سال بعد، زمانی که کهکشان ما با کهکشان آندرومدا برخورد کند رخ خواهد داد. کهکشان بیضی بزرگ حاصل – شیردرومدا – محتوی تعداد زیادی ستاره خواهد بود، اما تقریباً بدون گاز. شکل¬گیری ستاره در کیهان در حدود ۱۰-۱۱میلیارد سال قبل به حداکثر رسیده و سپس سیر نزولی داشته است. بااینکه بقایای ستاره¬ها فرصتی جدید است برای ستاره¬ها، سیارات وزندگی، اما امروزه این روند در حال کاهش است.
زیرنویس عکس: گروه‌ها و خوشه‌های مختلفی که در شکل مشخص هستند – شامل گروه محلی – هرکدام در محدوده مجزایی هستند که فضای بین آن‌ها در حال گسترش است.
هر کهکشان که عضوی از این محدوده ها است، مثلاً تعداد ۶۰ کهکشان یا بیشتر در گروه محلی و ۱۰۰۰ کهکشان یا بیشتر در خوشه سنبله، در کنار هم باقی خواهند ماند. زیرا در این مناطق گرانش توانسته بر گسترش عالم غلبه کند. بااین‌حال حدود 6 میلیارد سال پیش انرژی تاریک سرعت گسترش جهان را به تسخیر درآورده است. به‌این‌ترتیب ساختارهایی که آن زمان با جهان اطرافشان در اندرکنش گرانشی نبودند محکوم‌به دور شدن از کل سایر ساختارها شدند. در شرایطی که تمام سایر کهکشان‌ها شتابان در حال دور شدن هستند، کهکشان‌های گروه محلی ما درنهایت باهم ترکیب‌شده یک ساختار واحد ایجاد خواهند کرد. حدود صد یا دویست میلیارد سال دیگر شیردرومدا تنها کهکشان قابل‌مشاهده برای ما خواهد بود.
ستاره‌های کم جرم و قرمز دارای بیشترین طول عمر در بین ستاره‌های هستند و برای تریلیونها سال خواهند درخشید. بااین‌حال در دوره طولانی آن‌ها نیز تاریک خواهد شد، چراکه سوخت کیهان برای ستاره‌های موجود به پایان خواهد رسید و ستاره‌های جدید متولد خواهند شد.
ستاره‌ها برای مدت طولانی به درخشیدن ادامه خواهند داد. جهان ۱۴ میلیارد ساله است، اما امروز ستاره‌های طولانی عمر– یعنی ستاره‌های کوتوله کم جرم و قرمز –همچنان به مصرف سوخت خود ادامه می‌دهند، شاید برای بیش از ۱۰۰ تریلیون سال دیگر. سپس آن‌ها نیز سرد شده و به کوتوله سفید تبدیل می‌شوند و درنهایت تاریک خواهند شد، شاید کادریلیون سال دیگر (1015 سال). بااین‌وجود آن‌ها شانس جدیدی خواهند بود برای انفجار و روشنایی در کیهان. کوتوله‌های قهوه‌ای که ستاره نافرجام هستند، باهم برخورد کرده ادغام خواهند شد، و چنانچه این مرحله را پشت سر بگزارند ستاره‌های جدید متولد خواهند شد. نتیجه ادغام ستاره‌های نترونی و کوتوله‌های سفید انفجارهای کوتاه انرژی خواهد بود. در میان این کیهان تاریک، گاه‌وبیگاه منابع نوری در میان بقایای کهکشانی ما ظاهر خواهد شد.
سناریوی ادغام کوتوله‌های قهوه‌ای. همانطورکه حاصل برخورد ستاره‌های قرمز ستاره‌های آبی است، نتیجه برخورد و ادغام کوتوله‌های قهوه‌ای هم میتواند کوتوله‌های قرمز باشد. شاید برای بازه‌های زمانی در حد کافی طولانی، این “لرزش”های نوری تنها منبع نور باشد.
اما بعد از ۱۰۱۷ سال اتفاقی خواهد افتاد که باعث از هم پاشیدن کهکشان ما خواهد شد. تمام اجرام سرگردان کهکشان، از آن جمله: سیاه‌چاله‌ها، ستاره‌های نوترونی، کوتوله‌های قهوه‌ای، سیارک‌ها، دنباله‌دارها و سیاره‌ها با یکدیگر وارد اندرکنش گرانشی خواهند شد. هنگامی‌که این اتفاقات داخل کهکشان رخ می‌دهند، قطعاً بخشی از ماده بیشتر از بقیه به کهکشان مقید خواهد بود و بخش دیگر به فضای بین کهکشانی پرتاب می‌شود. بقایای بیشتر ستاره‌ها از کهکشان خارج خواهند شد و درصد اندک باقیمانده (<1%) فلاش کوتاهی از نور ایجاد خواهد کرد.
ستاره‌های آبی کم سو، که در شکل با دایره مشخص‌شده‌اند، از ادغام ستاره‌های پیر و یا بقایای ستاره‌ای به وجود آمده‌اند. این فرایند بعد از مرگ آخرین ستاره میتواند کیهان را دوباره نورانی کند، هرچند کوتاه‌مدت.
هنگامی‌که کیهان حدوداً ۱۰۲۳ داشته باشد این روند تکمیل خواهد شد. به‌احتمال‌قوی تنها ساختارهای پایدار درون کهکشانی بقایای چند منظومه خورشیدی و سیاه‌چاله خواهد بود، که مدار آن‌ها ازنظر گرانشی مختل خواهد شد. مشابه فرایند گسیل مواج گرانشی حاصل از چرخش سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌های نوترونی، حرکت‌های مداری حالت ناپایدار خواهند داشت. برای زمین ما ۱۰۳۰ سال طول خواهد کشید تا مشابه این فرایند زمین (و هر آنچه دور خورشید می¬چرخد) به داخل مرکز منظومه شمسی کشیده شود. در مدت‌زمان کافی همه‌چیز به داخل یک توده واحد سقوط خواهد کرد که توسط فضایی خالی محاصره‌شده است.
ستاره‌های واقع در خوشه‌های کروی ازنظر گرانشی به مرکز خوشه مقید هستند و دائماً باهم ادغام می‌شوند، اما سایر ستاره‌ها آزادانه درحرکت‌اند. مشابه این رویه در کهکشان ما و تمام سایر کهکشان‌ها رخ خواهد داد، حتی هنگامی‌که توده‌های گرانشی داخل آن‌ها تابش نور نداشته باشند.
برای مدت خیلی طولانی هیچ اتفاقی نخواهد افتاد مگر یکی از موارد زیر:
• اخراج از کهکشان خودی
• برخورد با جسمی دیگر
• و یا پیوستن به اَبَر سیاه¬چاله مرکزی کهکشان خودی
امواج گرانشی هنگام چرخش یک جسم اطراف جسم دیگر منتشر می¬شود، که در یک بازه طولانی‌مدت مدارها فرومی‌ریزند.
این حوادث همچنان به وقوع خواهند پیوست، اما به‌مراتب کمتر از قبل، چراکه در کیهان ماده کمی باقیمانده. درنهایت بعد از حدود ۱۰۶۸سال سیاه‌چاله‌های کم جرم نیز به دلیل تابش هاوکینگ از بین خواهند رفت.
طی تبخیر، تمام جرم به تابش جسم سیاه تبدیل می‌شود، نه ماده و نه ضد ماده. ذراتی که این سیاه‌چاله‌ها را تشکیل داده بودن دیگر ماده نیستند. تابش خروجی، اطلاعات مربوط به ضد ماده‌ای را که زمانی در کیهان وجود داشت ازدست‌داده است. هرچه سیاه¬چاله بزرگ‌تر باشد تبخیرش بیشتر طول خواهد کشید. درنهایت بعد از گذشت ۱۰۱۲۰ سال تبخیر سیاه‌چاله‌های پرجرم به اتمام خواهد رسید.
همچنان که سیاه‌چاله‌ها به دلیل تابش هاوکینگ جرم خود را از دست می‌دهند، شدت تبخیر افزایش می‌یابد. بعد از گذشت زمان کافی، یک فلش درخشان به‌عنوان ”آخرین نور” به‌صورت یک جریان عظیم انرژی از جسم سیاه که نه ماده است و نه ضد ماده آزاد می‌شود.
کیهان حالا سرد، خالی و فاقد ساختارهای مقید است. آنچه باقی می‌ماند اجساد سیاره‌ها و ستاره‌هایی است که توسط فضای خالی احاطه‌شده. احتمال هاله‌های ماده تاریک، کوتوله‌های سیاه و تابش¬هایی که زمانی از سیاه‌چاله‌ها حاصل‌شده، وجود خواهد داشت؛ اما به‌صورت خیلی پراکنده. به‌طوری‌که حتی اگر شما با سرعتی نزدیک به‌سرعت نور و درزمانی به‌اندازه سن کیهان حرکت کنید، بازهم به هیچ ساختار دیگری نخواهید رسید. مطابق قوانین فیزیک کوانتوم، دمای همه‌چیز به صفر مطلق نزدیک خواهد شد و این حداکثر میزان آنتروپی کیهان است. این مرحله “مرگ گرما” است که هیچ انرژی برای انجام کار وجود ندارد.
برای سرنوشت دور کیهان احتمال‌های متفاوتی وجود دارد، اگر انرژی تاریک یک ثابت باشد -همان‌طور که شواهد نشان می‌دهد- منحنی قرمز سرنوشت کیهان را شرح خواهد داد: درنهایت مرگ حرارت کیهان
سایر سناریوها زمانی است که انرژی تاریک یک ثابت کیهان‌شناختی نباشد. در شرایطی که سیاه‌چاله‌ها دروازه‌ای رو به جهان‌های دیگر باشد، یا فیزیک جدید و ناشناخته‌ای وجود داشته باشد که سرنوشت اجتناب‌ناپذیر کیهان را تغییر دهد. انرژی تاریک میتواند بازمان افزایش یابد و گسیختگی بزرگ ایجاد کند. یک جهان تورمی جدید میتواند منجر به یک انفجار بزرگ و یا جهان جدید بالقوه شود. سقوط به داخل سیاه‌چاله میتواند دریچه‌ای به‌سوی یک جهان جدید و انفجار بزرگ دیگری باشد که به‌صورت بالقوه دارای ابعاد پایین‌تری نسبت به جهان سه‌بعدی ما است. شاید هم – همان‌طور که اسحاق آسیموف پیش‌بینی کرده – فیزیک جدید جهت پیکان آنتروپی را برعکس کند.
اما همه این‌ها حدس و گمان‌هایی هستند بر پایه فیزیکی که ما فعلاً آن را قبول نداریم. اما اگر قوانین فیزیک و قواعد جهان را ذاتی فرض کنیم، “مرگ تدریجی” سرنوشت نهایی کیهان خواهد بود. اگر ما فقط چند صد میلیارد سال بعد متولد می‌شدیم، شاید هرگز به داستان کیهان و سرنوشت اجتناب‌ناپذیر آن پی نمی‌بردیم.