Tuhoutuuko kaikki?
Alustin (jälleen) tänään 19.11. nuorten filosofiatapahtuma Nufitin Pop up –tapahtumassa aiheesta ”Tuhoutuuko kaikki?”. Haastajina olivat Eemil Lemmetti ja Venla Hannuksela. Alustukseni meni jotenkin seuraavasti.
Ennen kaikki oli paremmin. Tarkemmin sanottuna, ennen kuin maailmankaikkeus oli sekunnin miljardisosan sadasosan ikäinen. Silloin Higgsin kentän arvo oli kauniisti nollassa ja hiukkaset olivat massattomia. Maailmankaikkeuden laajetessa ja lämpötilan laskiessa alle kahden miljoonan miljardin asteen symmetria kuitenkin rikkoutui Higgsin kentän jäätyessä paikalleen nollasta eroavaan arvoon. Tämä tuhosi myös hiukkasten yhtäläisen massattomuuden: ne saivat erilaiset massat, sen mukaan miten voimakkaasti kukin vuorovaikuttaa Higgsin kentän kanssa.
Aine oli kvarkkien, gluonien ja muiden hiukkasten muodostamaa plasmaa, joka oli levittäytynyt tasaisesti kaikkialle. Maailmankaikkeuden ollessa mikrosekunnin ikäinen tämä yhtenäisyys kuitenkin tuhoutui, ja kvarkit ja gluonit jäivät erillisiin vankiloihin, eli protoneihin, neutroneihin ja muihin hadroneihin. Lämpötilan laskiessa muut hadronit kuin protonit ja neutronit sitten tuhoutuivat hiukkasten ja antihiukkasten kohdatessa.
Maailmankaikkeuden ollessa sekunnin ikäinen alkoi neutronien tuho: ne rupesivat hajoamaan protoneiksi (ja elektroneiksi ja elektronin antineutriinoiksi). Neutronit pelasti vain se, että kolmen minuutin iässä ne sitoutuivat suhteeseen protonien kanssa, muodostaen vedyn ja heliumin atomiytimiä, mutta vapaiden neutronien aika oli auttamatta ohi.
Pahempaa tuhoa oli luvassa. Kun saavuttiin kolmen tuhannen asteen kylmyyteen, atomiytimet yhtyivät elektroneihin, eli atomit muodostuivat. Tämä tuhosi valon ja aineen yhteyden. Sitä ennen valo ja elektronit olivat olleet tiukasti sidoksissa toisiinsa elektronien sähkövarauksen ansiosta, mutta sähköisesti neutraaleja atomeita ne eivät nähneet. Niinpä valo ja aine ovat siitä päivästä olleet erillään, ja valon vaikutus maailmankaikkeuden tapahtumiin on hiipunut lähes olemattomiin. Pian maailmankaikkeudesta tuli myös pimeä, kun valon aallonpituus venyi maailmankaikkeuden laajenemisen takia näkökynnyksen alle. (Ei niin, että paikalla olisi ollut ketään katsomassa.) Myöhemmin syttyneistä tähdistä tullut valo on tavattoman himmeää ja sekavaa varhaisen plasman kaiken täyttävään lämpimään kirkkauteen verrattuna.
Valon ja aineen ero tapahtui maailmankaikkeuden ollessa 380 000 –vuotias. Tällöin aineen ja valon jakauma oli vielä siisti: maailmankaikkeus oli samanlainen melkein kaikkialla, tiheysvaihtelut eri paikkojen välillä olivat vain sadastuhannesosan kokoisia (tuhannesosan, jos pimeä aine otetaan huomioon). Valon ja aineen irrottua toisistaan gravitaatio kuitenkin tuhosi tämän harmonian. Ylitiheiden alueiden tiheys kasvoi entisestään, kunnes ne lopulta romahtivat ja muodostivat takkuisia rakenteita kuten galakseja.
Galakseissa vedyn ja heliumin rauhallisten kaasupilvien hillitty viehätys tuhoutui, kun ne klimppiytyivät niin pahasti, että kaasua romahti kasoiksi, joissa ydinreaktiot syttyivät. Vetyä ja heliumia tuhoutui tähtien ydinreaktioissa, joissa ne paloivat raskaammiksi alkuaineiksi. Tähdetkään eivät kestäneet: ne tuhoutuivat muutaman miljoonan vuoden jälkeen, ja niiden räjähdyksissä aine levisi avaruuteen, saastuttaen neitseelliset kaasupilvet raskailla alkuaineilla. Niistä sitten muodostui uusia tähtiä, ja tähtien jätteistä kertyi kasoja avaruuteen.
Joitakin aineen kasoista kutsutaan planeetoiksi, mukaan lukien yhdeksän miljardin vuoden aikoihin muodostunutta Maapalloksi kutsuttua kasaa. Sen pinta pian sotkeutui yhä monimutkaisempien molekyylien takertuessa toisiinsa ja kopioidessa itseään. Alkuperäiset rakenteet hävisivät yhä monimutkaisempien yhdistelmien tieltä, tai jäivät niiden osaksi. Fotosynteesistä aiheutuva happi saastutti Maan ilmakehän, voisi jopa sanoa, että se tuhosi sen. Suurin osa kehittyneistä eliöistä on sittemmin hävinnyt, ihmiskunnankin esi-isät ovat tuhoutuneet kehittyessään ihmisiksi.
Jonkin ajan kuluttua ihmiskunta tuhoutuu, ja uudet lajit kulkevat kaupunkien raunioissa, kunnes kaikki tuhoutuvat ajan myötä, viimeistään miljardien vuosien kuluttua Maapallon jäädessä Auringon sisälle sen paisuessa ydinpolttoaineena toimivien kevyiden alkuaineiden loppuessa. Auringon jäänteistä voi syntyä uusia tähtiä ja planeettoja, mutta lopulta alkuaineita ei riitä poltettavaksi, ja tähtien viimeinen sukupolvi häviää.
Emme tiedä, mitä äärimmäisen pitkän ajan kuluessa tapahtuu, se riippuu siitä miten maailmankaikkeus laajenee ja millainen se on suurimmassa mittakaavassa. Emme ymmärrä, miksi maailmankaikkeuden laajeneminen on kiihtynyt viimeisen muutaman miljardin aikana, joten emme myöskään osaa ennustaa miten se käyttäytyy miljardien vuosien päästä tulevaisuudessa. Jos kiihtyminen jatkuu, niin lopulta galaksitkin tuhoutuvat, kun niiden rakennusosat ajautuvat pala palalta pois galaksienväliseen tyhjyyteen, samoin galaksiryppäät ja kaikki muut rakenteet häviävät. Aikaskaala tälle on ehkäpä tuhat miljardia miljardia vuotta tai enemmän. Maailmankaikkeudesta tulee tyhjä, pimeä ja tasainen. Toisaalta, jos laajeneminen alkaa taas hidastua, niin yhä suurempia rakenteita voi syntyä, ja tulevaisuus riippuu maailmankaikkeuden hyvin ison mittakaavan rakenteesta, josta emme tiedä mitään.
Tulevan tuhon pohtiminen saattaa tuntua lohduttomalta, mutta yhtä lailla maailmankaikkeuden menneisyys on sarja tuhoutumisia tai, eri tavalla sanottuna, muodonmuutoksia. Meitä ei huoleta se, että emme olleet olemassa kaksisataa vuotta sitten, mutta on kauhistuttavaa, että kahdensadan vuoden kuluttua meitä ei enää ole. Lohtua voi etsiä itsensä kokemisesta ryhmän jäsenenä, vaikka läheisten ihmisten tai koko ihmiskunnan. Silloin oma tuho ei tunnu niin kauhealta, jos ryhmän olemassaolo jatkuu. Pian edessä oleva henkilökohtainen maailmanloppu korvautuu ryhmän häviämisellä, isoimmillaan koko ihmislajin sukupuutolla, ja sen siirtäminen kauemmas tulevaisuuteen tuntuu tärkeältä.
Synkeys siitä, mitä maailmankaikkeudelle tapahtuu miljardien miljardien vuosien kuluttua tulevaisuudessa, jolloin kaikesta DNA:sta rakentuvasta elämästä on aika jättänyt kauan sitten, venyttää tämän ajattelun äärimmilleen. Pieni ja suuri samaistetaan merkityksen rakentamiseksi, ja epäinhimillistä maailmankaikkeutta yritetään sovittaa ihmisen mittoihin. Itsensä näkeminen osana kokonaisuutta on inhimillisen merkityksen rakentamisen kannalta välttämätöntä, mutta pitkälle vietynä se näyttäytyy myös järjettömänä.
Uskonnolliset tarinat ovat kulttuurimme leimallinen piirre, tämä kuului sarjaan.
Onko tarkoituksesi ottaa kantaa tiettyjen hypoteesien puolesta vai parodioida? Ei oikein selviä valitusta tyylilajista.
Eusa:
Uskonnon kanssa tällä ei ole mitään tekemistä, teksti pohjautuu tutkittuun tietoon (kyse ei ole hypoteeseistä).
Tässä Syksyn blogissa on aimo annos filosofista pohdiskelua, mikä vaihteluna on ihan virkistävää! Maan historiikki pähkinänkuoressa hamasta menneisyydestä tuntemattomaan tulevaisuuteen ei ole ihan jokapäiväistä journalismia.
”Jonkin ajan kuluttua ihmiskunta tuhoutuu, ja uudet lajit kulkevat kaupunkien raunioissa…”
Tämä kauhuskenaario tulee mitä todennäköisimmin tapahtumaan ihmislajin itsensä toimesta; muuhun loppupäätelmään ei voi tulla, kun seuraa maailman nykymenoa. Joka tapauksessa viisaan visionäärin mietteitä!
Tutkittu tieto on eriasteisesti uskonvaraista, etenkin kosmologiassa tieto perustuu useiden oletusten ketjuihin ja uusi tieto saattaa muuttaa kokonaiskuvassa isojakin asioita. Tiedät tämän varmasti sangen hyvin.
Higgsin kentän on-off-potentialisoituminen on silkka hypoteesi, mennään liian tarkkoihin mallinnustarkkuuksiin, kun perusmallissa on paljon vielä epävarmuuksia.
Jo parinkymmenen vuoden päästä luulen tämän tarinan asettuvan tukevasti parodiaosastoon.
Siis Higgsin kentällä voi olla nyt useitakin arvoja ja sen summapotentiaali voi olla nolla, kun kaikki kvanttidynamiikka globaalisti huomioidaan.
Syyskuussa 2013 kysyin;
”Se, mitä itse aikoinani ajoin takaa, oli juuri tuo äärimmäinen tapaus, jossa tyypillisen hiukkasen aallonpituus ylittää kulloisenkin horisontin. Eikö tuolloin voida puhua lämpökuolemasta?”
Vastasit:
”Se ei kulje kohti lämpötasapainotilaa, eikä sellaista edes ole olemassa.
Samanlaisena pysyvää tilaa ei ole, vaan rakenteet jatkavat kehittymistä
Lämpökuolema ei ole maailmankaikkeuden tulevaisuus, vaan sen menneisyys. Gravitaatio vahvistaa pieniä epätasaisuuksia ja muodostaa miljoonien ja miljardien vuosien kuluessa monimutkaisia rakenteita kuten galakseja ja aurinkokuntia
On olemassa erilaisia arveluita siitä, mikä on aineen tulevaisuus pitkällä aikavälillä ja millaiseksi maailmankaikkeus lopulta päätyy: mutta ne ovatkin jo toinen tarina.”
Vastasin silloin:
”Luin vielä kerran ajatuksella läpi kirjoituksesi. OK, jos lämpötasapainotilaa ei ole eikä tule, niin se kiinnostava kysymys tietysti on, että MIKÄ sitten tulee. Tietysti miljoonien/miljardien vuosien aikaskaalassa gravitaatio tekee vielä rakenteita, se on selvää.
Sanot ”lämpökuoleman” olleen tuolloin 380.000 vuotta BB:stä. Mutta eihän tuolloin oltu lähelläkään lämpötasapainotilaa (sadastuhannesosa-asteen heitot inflaation muistona). Espoossakin oltiin rutkasti pitemmällä.
Uskoisin, että useimmat pähkäilevät historiaa pitemmälle kuin miljoonien ja miljardien vuosien päähän. Esim. aikaan jälkeen 10^100 vuotta, jolloin suurimpienkin mustien aukkojen uskotaan höyrystyneen.
Eli luulen,että useimmat tarkoittivat juuri tätä: ” mutta ne ovatkin jo toinen tarina”.”
Nyt kirjoitat kuitenkin:
”Jos kiihtyminen jatkuu, niin lopulta galaksitkin tuhoutuvat, kun niiden rakennusosat ajautuvat pala palalta pois galaksienväliseen tyhjyyteen, samoin galaksiryppäät ja kaikki muut rakenteet häviävät. Aikaskaala tälle on ehkäpä tuhat miljardia miljardia vuotta tai enemmän.
Maailmankaikkeudesta tulee tyhjä, pimeä ja tasainen. ”
Eusa:
Sekunnista eteenpäin mainitsemani asiat ovat järkevän epäilyn tuolla puolen, Higgsin kentän tilan muutos ja kvarkkigluoniplasman olomuodon muutos ovat asioita, jotka voivat mennä eri tavalla (vaikka se ei olekaan luultavaa).
Uusi tieto tuskin muuttaa yllä hahmoteltua kokonaiskuvaa sekunnin jälkeisen maailmankaikkeuden historiasta sen enempää kuin kokonaiskuva Euroopan historiasta viimeiseltä tuhannelta vuodelta tulee muuttumaan – luultavasti paljon vähemmän, koska Euroopan historia on paljon monimutkaisempi.
Ks. http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kysymysten_juurella
Higgsin kentän suhteen sinulla tuntuu menneen sekaisin kentän arvo ja arvoa vastaava potentiaalienergiatiheys (josta en kirjoittanut mitään). Tämä riittäköön tästä.
Lentotaidoton:
”Nyt kirjoitat kuitenkin”
Tarkoitatko, että koet kirjoitukseni jotenkin ristiriitaisiksi?
”Jos kiihtyminen jatkuu, niin lopulta galaksitkin tuhoutuvat, kun niiden rakennusosat ajautuvat pala palalta pois galaksienväliseen tyhjyyteen, samoin galaksiryppäät ja kaikki muut rakenteet häviävät.”
Eli laajeneminen voittaa lopulta gravitaation myös pienessä mittakaavassa (esim. mustaa aukkoa kiertävä planeetta)?
Eräässä artikkelissa (arxiv.org/abs/0704.0221) sanotaan seuraavaa:
”Local Group remains gravitationally bound in the face of the accelerated Hubble expansion. All more distant structures will be driven outside of the de Sitter event horizon in a timescale on the order of 100 billion years.”
Tosin eipä tällä ”välitilalla” ole lopulta merkitystä, kun kaikki materia lopulta katoaa protonien ja mustien aukkojen hajoamisen myötä.
thermonuclear:
”Eli laajeneminen voittaa lopulta gravitaation myös pienessä mittakaavassa (esim. mustaa aukkoa kiertävä planeetta)?”
Kyse ei ole tuollaisesta vertailusta (ja avaruuden laajeneminen on gravitaation ilmentymä). Galaksit (tai radoilla kiertävät planeetat) eivät laajene, ei niiden kohdalla ole mitään kilpailua laajenemisen kanssa.
Kysymys on vain siitä, että ei ole stabiileja rakenteita. Galaksitkin hajoavat hyvin pitkällä aikavälillä, kun hiukkaset ajautuvat pois muiden vetovoiman piiristä. Jos maailmankaikkeudessa olisi vain yksi galaksi, eikä avaruus laajenisi, niin tulos olisi sama, hiljalleen hiukkaset lentäisivät muiden ulottumattomiin.
Kysyin aiemmin: ” Eikö tuolloin voida puhua lämpökuolemasta?” Vastasit, että ei voi. ”Samanlaisena pysyvää tilaa ei ole, vaan rakenteet jatkavat kehittymistä”.
Kirjoitat nyt: ” Maailmankaikkeudesta tulee tyhjä, pimeä ja tasainen.” Kysyn taas: Eikö tämä ole lämpökuolema? Siis esim 10^100 vuoden kuluttua (tai kun tyypillisen hiukkasen aallonpituus ylittää kulloisenkin horisontin). Mitkä rakenteet jatkavat tuolloin kehittymistä?
Jos koen tämän ristiriitaiseksi, niin selitä. Eli mikä on ”se toinen tarina”? Vai onko makukysymys, mitä tarkoitetaan ”rakenteiden kehittymisellä?
Lentotaidoton:
Kirjoitin blogimerkinnässä https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/ikuisuus-vailla-lampokuolemaa/ seuraavasti:
”Tilannetta, jossa lämpötila on sama joka paikassa kutsutaan lämpökuolemaksi.”
Lämpötila on mielekäs käsite vain, jos aine on lämpötasapainossa. Tämä edellyttää sitä, että aineen osaset törmäilevät toisiinsa tarpeeksi. Jos aineen osaset ajautuvat erilleen, ne eivät törmäile toisiinsa, eivätkä tällöin ole lämpötasapainossa.
Wikipediat puhuvat ”lämpökuolemasta”:
https://fi.wikipedia.org/wiki/Maailmankaikkeuden_l%C3%A4mp%C3%B6kuolema
”Lopulta prosessin tuloksena voi olla lämpökuolema.”
https://en.wikipedia.org/wiki/Future_of_an_expanding_universe
“Ultimately, if the universe reaches a state in which the temperature approaches a uniform value, no further work will be possible, resulting in a final heat death of the universe.”
Näinkin voi käydä:
“What happens after this is speculative. It is possible that a Big Rip event may occur far off into the future. Also, the universe may enter a second inflationary epoch, or, assuming that the current vacuum state is a false vacuum, the vacuum may decay into a lower-energy state.”
Taikka vielä hurjempaa:
“The universe could possibly avoid eternal heat death through quantum fluctuations, which could produce a new Big Bang in roughly 10^10^56 years.”
Lentotaidoton:
En viitsi Wikipedia-artikkeleita ruveta kommentoimaan, niiden taso on fysiikassa hyvin vaihteleva.
OK, ymmärrän. Voitko sitten suositella jotain muuta luotettavampaa (Suomi/Englanti)? Uskoisin monia muitakin kiinnostavan.
Lentotaidoton:
Tuo yllä linkittämäni blogimerkintähän käsittelee lämpökuolemaa:
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/ikuisuus-vailla-lampokuolemaa/
Anteeksi jankkaukseni.
Lopetit tuon aiemman blogikirjoituksesi lauseeseen: ” On olemassa erilaisia arveluita siitä, mikä on aineen tulevaisuus pitkällä aikavälillä ja millaiseksi maailmankaikkeus lopulta päätyy: mutta ne ovatkin jo toinen tarina.”
Juuri tästä ”toisesta tarinasta” olisin ollut kiinnostunut. Ja jatkat edelleen keskusteluissa:
”Erilaiset arviot maailmankaikkeuden lopputilasta olisivat erillisen merkinnän aihe, mutta yleisesti esitettyihin vaihtehtoihin ei kuulu sellainen lämpökuolema, jossa maailmankaikkeuden aineen lämpötilaerot tasaantuisivat. Yksi mahdollisuus on kyllä, että näkemämme maailmankaikkeuden osa tyhjenee kokonaan, niin että ainetta ei ole lainkaan (tai on vain horisontin Hawkingin säteily).
Lämpökuolema yleensä viittaa siihen, että aine on termisessä tasapainossa siten, että kaikkien sen osien lämpötila on sama ja entropia on maksimiarvossaan. Jos avaruus on tyhjä, niin en kutsuisi tätä lämpökuolemaksi.”
Vert. ” Maailmankaikkeudesta tulee TYHJÄ, pimeä ja tasainen”.
Vaan onpahan totta se, että ken elää, se näkee.
Nykymuotoinen ihminen tuskin näkee, tai pystyy edes arvailemaan sitä, mikä on todellisuus miljardien vuosien kuluttua.
Kuitenkin Syksyn kirjoitus avaa ajattelulle näköaloja, ja se on tärkeää, etenkin nuorisolle.
Minä, joka olen vanha ja kalkkeutunut, uskon että aina löydetään jotain uutta, jonka seurauksena selitykset ja teoriat muuttuvat tai täsmentyvät.
Toive: lisää kirjoituksia, kommentteja ja kyselyjä!