Тепловая смерть

Тепловая смерть (heat death) — наиболее вероятный сценарий долгосрочного будущего Вселенной при w = -1 (космологическая постоянная). Вселенная расширяется вечно, звёзды угасают, чёрные дыры испаряются через излучение Хокинга (за ~10¹⁰⁰ лет). Конечное состояние — холодная, пустая Вселенная в термодинамическом равновесии, где ничего не происходит.

Второе начало термодинамики и Вселенная

Второй закон термодинамики гласит: энтропия (мера беспорядка) замкнутой системы не уменьшается. Горячий чай остывает, лёд тает, звёзды сгорают — все процессы идут в сторону увеличения энтропии. Тепловая смерть — это состояние максимальной энтропии, когда Вселенная достигла полного термодинамического равновесия.

Концепцию предложил лорд Кельвин в 1852 году, а Рудольф Клаузиус формализовал: «Энтропия Вселенной стремится к максимуму». В современной космологии этот сценарий считается наиболее вероятным — при условии, что тёмная энергия остаётся постоянной (w = -1), а Вселенная расширяется вечно.

Эра звёзд: ещё 100 триллионов лет

Сейчас Вселенной 13.8 миллиарда лет — мы живём в звёздную эру. Водород в галактиках превращается в гелий, углерод и кислород внутри звёзд. Но запасы водорода конечны. Через 1-2 триллиона лет (10¹²) последние красные карлики — самые экономичные звёзды — исчерпают топливо и погаснут. К 10¹⁴ годам (100 триллионов лет) погаснет последняя звезда во Вселенной.

Вселенная погрузится во тьму. Останутся только остывающие остатки: белые карлики, нейтронные звёзды, чёрные дыры и холодные планеты без светила.

Эра вырождения: 10¹⁵ — 10⁴⁰ лет

Белые карлики медленно остывают, превращаясь в «чёрные карлики» — холодные тёмные шары. Протоны (возможно) распадаются за ~10³⁶-10⁴⁰ лет — если Великие теории объединения верны, все атомы распадутся на элементарные частицы и фотоны. Обычная материя перестанет существовать в привычной форме.

Эра чёрных дыр: 10⁴⁰ — 10¹⁰⁰ лет

Последние структуры — сверхмассивные чёрные дыры в центрах бывших галактик. Стивен Хокинг предсказал (1974), что чёрные дыры медленно испаряются через квантовое излучение (излучение Хокинга). Чем массивнее чёрная дыра, тем медленнее она испаряется.

Чёрная дыра массой Солнца испарится за ~10⁶⁷ лет. Сверхмассивная чёрная дыра (10¹⁰ масс Солнца) — за ~10¹⁰⁰ лет (гуголпекс). Это число настолько велико, что его невозможно записать обычными цифрами. После испарения последней чёрной дыры во Вселенной останутся только фотоны, нейтрино и электрон-позитронные пары.

Вечная тьма

После 10¹⁰⁰ лет Вселенная достигает максимальной энтропии. Температура повсюду одинакова — лишь на доли градуса выше абсолютного нуля. Никакие процессы невозможны: нет градиентов температуры, нет свободной энергии, нет структур. Фотоны с бесконечно длинной волной (растянутые расширением) заполняют бесконечное пустое пространство.

Это не конец с треском — это конец с шёпотом. Вселенная не взрывается и не схлопывается. Она просто перестаёт делать что-либо. Навсегда.