일반적으로 우주의 결말로 칭해지는 것은 빅 크런치와 빅 프리즈, 두개가 있다.
빅 크런치의 경우
우주의 밀도가 임계점을 넘으면 수축하기 시작하고, 결국 모든 것들은 우주가 시작했던 한 점으로 모여서 원점으로 돌아간다. 이 점은 다시 빅뱅을 일으켜 우주를 순환하게 한다.
빅 프리즈의 경우
우주의 밀도가 임계점보다 낮기에 팽창속도가 무한히 증가하여 결국 광속을 넘게 되고, 중력군으로 묶여있지 않은 은하군끼리는 떨어지게 된다.
결국 중력군에 묶여있지 않은 별들끼리는 소통수단이 없이 영원히 관측 불가능한 영역에 놓이게 되고, 남아있는 별들끼리도 팽창으로 인해 충분한 에너지가 모이지 못하게 되어 항성이 생성되지 않는다.
행성들은 남아있겠지만 죽음의 땅이 되버리며, 결국 아무도 생존할수 없는 무한히 높은 엔트로피의 영역이 되어 어떤 일도 일어나지 않은 채로 우주는 정지하게 된다.
우리 우주은 임계밀도의 1/10이고, 허블이 이미 우주의 팽창속도는 증가중이라는 것을 확인했기 때문에 이 빅 프리즈라는 결말은 확정된 셈이다.
그러면 빅 프리즈 뒤의 우주는 어떻게 될까?
행성 종류와
흑색 왜성과
블랙홀만이 우주를 떠돌게 된다.
여기서 우주의 결말은 두가지로 나뉘게 되는데, 물질을 구성하는 양성자가 표준 모델에 의해 양성자 붕괴가 일어나지 않는다면
10^14년 뒤
마지막 별이 탄생한다. 대부분의 별은 흑색왜성, 중성자별, 블랙홀의 형태로 존재한다.
10^15년 뒤
백색왜성이 에너지를 잃어 흑색왜성이 된다.
10^65년 뒤
양자 터널링으로 인해 모든 물질이 액체화되며, 고체 상태의 물체는 더이상 존재하지 않게 된다.
10^117년 뒤
가장 거대한 블랙홀이 증발한다.
10^1500년 뒤
양성자의 붕괴의 결착지인 가장 안정화된 물질, 철이 양자 터널링으로 인해 붕괴된다. 붕괴된 철은 핵융합을 일으키며, 중성자별과 유사하지만 매우 차가운 천체인 아이언스타가 된다.
10^32000년 뒤
흑색왜성이 양자 터널링 현상으로 인해 원자핵이 가까워져 핵반응 일으키고, 반응을 끝까지 마친 흑색왜성은 핵융합을 완료하여 초신성 폭발을 일으킨다.
10^10^26년 뒤
아이언스타가 양자 터널링 현상으로 인해 붕괴되어 블랙홀이 된다.
양자 터널링이란?
전자는 입자와 파동의 형태를 둘 다 띄기 때문에 에너지 준위가 더 높은 장벽을 통과하는 현상을 말한다. 고전역학에서는 불가능하나, 저정도로 작은 영역은 물질이 파동의 성향을 띄므로 가능한 일이다.
양자 터널링이 발생하면 전자가 사라지므로 무거운 원자핵만이 남게 되고, 이 결과로 아이언 스타가 남게 되는 것이다.
아이언스타에 원자들끼리 양자 터널링을 통해 붕괴되면 그 결과는 블랙홀이 된다.
10^10^76년 뒤
모든 아이언 스타가 블랙홀이 되고, 블랙홀은 증발한다.
이후 우주는 모든 원자가 흩뿌려진 상태로 멸망한다.
양성자 붕괴가 존재한다면?
10^34년 뒤
양성자의 붕괴로 모든 별의 형태가 변형된다.
아이언 스타는 양성자의 붕괴가 일어나지 않아 생성되지 않는다.
우주에는 블랙홀만이 남게 되고, 10^117년뒤 마지막 블랙홀이 증발하여 우주에는 기초 원소 외에는 존재하지 않는다.
공통
10^10^10^10^10^1.1년 뒤
푸앵카레의 재귀정리에 의해 모든 물질이 한 점에 모이고, 우주는 다시 시작할 수 있는 기회를 마련한다. 그러나 이것이 다시 빅뱅을 일으킨다는 보장은 없다.
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