Wird das Universum enden, indem die Zeit anhält?

Es gibt mehrere Theorien darüber, wie das Universum enden könnte, wenn die Zeit anhält. Das Problem mit der Kosmologie und einigen anderen Teilen der theoretischen Physik besteht darin, dass sie weder bewiesen noch reproduziert oder getestet werden kann. Dies macht es oft mehr zu einem Glauben/einer Religion als zu einer Wissenschaft. Also, wenn Sie etwas Ironie in meiner Antwort bemerken, bitte, es liegt daran.

Es gibt zwei Arten von Theorien, die über das Ende des Universums bis zum Ende der Zeiten phantasieren. Ich nenne diese Typen frei den Formeltyp und die Theorien des transzendentalen Typs.

Die erste Theorie werde ich nur kurz beschreiben, weil sie sowieso transzendental endet. Es gibt mehrere Modelle des Universums, die beschreiben, wie das Universum (oder die Universen) aussehen und wie sie sich im Laufe der Zeit entwickeln werden. Das Problem bei diesen Modellen ist die variable Zeit. Wenn Sie eine endlose Zeit oder eine endlose Menge an Universen haben, haben Sie am Ende eine endlose Menge an Möglichkeiten, was dazu führt, dass alle Dinge schließlich passieren werden. Irgendwann in der Zeit oder in einem Universum werden wir also alle steinreich werden und eine hinreißende, intelligente, lustige, freundliche usw. Frau/einen Mann heiraten, der (zu dir) niemals nein sagt. Aufgrund dieser Anomalie haben Wissenschaftler begonnen zu theoretisieren, dass die Zeit irgendwann enden muss. Wenn Sie glauben, dass diese Modelle richtig sind, könnten die Wissenschaftler Recht haben. Das Problem dabei ist, dass Sie zuerst glauben müssen, dass das Modell richtig ist.

Die transzendentalen Theorien sind etwas schwieriger zu erklären und ich werde kurz aus der Astronomie in die Philosophie springen. Im 18. Jahrhundert schrieb ein großer Philosoph ein Buch über die Kritik der reinen Vernunft (Kritik der reinen Vernunft). In diesem Buch suchte er nach einer transzendentalen Methoden- und Elementelehre. Der transzendentale Teil seiner Lehre war, dass sie auf a priori Wissen aufbauen musste, das nicht auf Erfahrung beruhte. Das war sein reiner Grund, denn die Elemente und Methoden sind nicht durch (persönliche) Erfahrungen eines Beobachters verunreinigt. Sie sind an sich wahr.

Warum ist das interessant? Weil Kant (dieser große Philosoph) sagte, dass es zwei transzendente Elemente gibt, Raum und Zeit. Ich überspringe das Leerzeichen, muss aber rechtzeitig etwas sagen, weil jemand denkt, es könnte enden. Kant sagt, dass die Zeit ein apriorisches Element der Erkenntnis in reiner Form ist. Kant verwendet fünf Gründe, warum Zeit universell und nicht empirisch ist. Sie alle können auf die Tatsache zurückgeführt werden, dass wir Dinge/Phänomene nicht nebeneinander oder nacheinander koexistieren sehen können, wenn es kein Zeitkonzept gibt. Die Zeit ist also ein apriorisches Element der reinen Form.

Was hat das nun mit dem zeitlichen Ende des Universums zu tun? Die Theorie, die Sie als Hitzetod erwähnten, ist eine solche transzendentale Theorie. Die Theorie besagt, dass sich das Universum ausdehnt, bis das Universum zu groß ist, um durch die Energie erwärmt zu werden, die von der Materie im Universum bereitgestellt wird. Diese Theorie modelliert, dass das Universum den gleichen Regeln folgt wie jedes thermodynamische System und daher zu einem bestimmten Zeitpunkt alle Energie, Materie und Temperatur in diesem riesigen Universum gleichmäßig verteilt sind. Da alles gleichmäßig verteilt ist, entstehen keine Sterne und alle Prozesse kommen zum Erliegen. Da der Zustand davor, jetzt und danach derselbe ist, bestimmen die Wissenschaftler dies nun als das Ende der Zeit. Die Formeltheorien machen am Ende auch eine Theorie, dass die Zeit enden wird.

Das Problem bei diesen Theorien ist, dass die Zeit niemals enden wird. Nach Kant ist die Zeit ein apriorisches Element der reinen Vernunft und wird trotz dessen, was wir beobachten, da sein. Da sich der Zustand des Universums nicht ändert, heißt das nicht, dass es keine Zeit geben wird. Die Zeit ist einfach stehen geblieben. Theorien, die besagen, dass die Zeit enden wird, entsprechen nicht Kants Kritik der reinen Vernunft, die besagt, dass die Zeit die formale Bedingung aller Phänomene ist.

Hier ist eine analytischere und viel weniger philosophische Version einer Antwort als die von MacUserT.

Laut MacUserT,

Was hat das nun mit dem zeitlichen Ende des Universums zu tun? Die Theorie, die Sie als Hitzetod erwähnten, ist eine solche transzendentale Theorie. Die Theorie besagt, dass sich das Universum ausdehnt, bis das Universum zu groß ist, um durch die Energie erwärmt zu werden, die von der Materie im Universum bereitgestellt wird. Diese Theorie modelliert, dass das Universum den gleichen Regeln folgt wie jedes thermodynamische System und daher zu einem bestimmten Zeitpunkt alle Energie, Materie und Temperatur in diesem riesigen Universum gleichmäßig verteilt sind. Da alles gleichmäßig verteilt ist, entstehen keine Sterne und alle Prozesse kommen zum Erliegen. Da der Zustand davor, jetzt und danach derselbe ist, bestimmen die Wissenschaftler dies nun als das Ende der Zeit. Die Formeltheorien machen am Ende auch eine Theorie, dass die Zeit enden wird.

Mein Problem mit dieser Aussage liegt in der Tatsache, dass der eventuelle Hitzetod des Universums weniger eine transzendentale Theorie als vielmehr ein thermodynamisches Gesetz ist . Der Hitzetod des Universums ist enger mit der Lebensdauer der Sterne im Universum verbunden als die Abkühlung einer gleichmäßig verteilten Temperatur im gesamten Raum. Wenn Galaxien altern, enthalten sie immer weniger Sternentstehungsgebiete, wodurch immer weniger Sterne entstehen.

Weniger Sterne bedeuten weniger Hitze, und wenn die letzten Sterne und Weißen Zwerge sterben bzw. abkühlen, wird das gesamte Universum endlich 0K erreichen können. Dies ist kein unbedeutender Zeitrahmen, bedenken Sie, dass WDs ungefähr dauern$10^{13}$Jahre, nur um von ihrem Anfangszustand auf eine Temperatur abzukühlen, bei der sie kein sichtbares Licht mehr aussenden, was bedeutet, dass sie einen anderen nehmen könnten$10^{20}$Jahre, um annähernd null Kelvin zu erreichen.

Bezüglich der gleichmäßigen Temperaturverteilung. Der Weltraum hat bereits eine ziemlich homogene Wärmeverteilung von ~2,7 K, die als CMB bezeichnet wird, und sie kühlt sich seit dem Urknall ab, und es gibt keine Wärmequelle, die eine Erhöhung dieser Temperatur insgesamt oder in einem ermöglicht Wort ... Entropie. Der Weltraum ist viel zu groß und Wärmequellen sind viel zu ... weit ... entfernt, um jemals etwas anderes als extrem lokale Bedingungen zu beeinflussen.

Nun zum Endzeitproblem. Die Vorstellung von Zeit beinhaltet die Übermittlung von Informationen. Wenn Sie beispielsweise eine Funkübertragung zum Mond und zurück senden, geben Sie an, dass vom Senden bis zum Empfangen der Übertragung einige Zeit vergangen ist. Dieser Prozess ist möglich, weil es eine Temperatur über 0 K gibt, damit sich die elektromagnetischen Wellen ausbreiten können. Das bedeutet, dass, wenn die Temperatur des gesamten Weltraums 0 K erreicht, keine Energie für die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen verfügbar ist. Somit können keine Informationen übermittelt werden und die Zeit ... steht still.

Daher würde das Universum nicht durch das Anhalten der Zeit enden, da das Anhalten der Zeit ein Nebenprodukt des "Universumsendes" ist, da es durch Hitze stirbt.

Eine unterhaltsame Version dieser beantworteten Frage finden Sie in Issac Asimovs Kurzgeschichte The Last Question . Klicken Sie hier, um zur PDF-Version von Princeton zu gelangen .