Временная шкала — от планковского времени до конца Вселенной

Любой, кто интересуется наукой, знает, что время и пространство взаимосвязаны. Можно сказать, что чем больше расстояние, тем больше и время. И наоборот, чем меньше расстояние, тем меньше время.

Используя этот физический факт, аниматор MetaBallStudios (или MBS) создал сравнение различных измерений времени. Физический блок или куб, занимающий определенное пространство, представляет каждое измерение времени. Или, в случае возраста Вселенной при ее собственной гибели, буквально всю ее.

MBS создал сравнение измерений времени на своем канале YouTube. Испанский аниматор говорит в описании видео, что «время может быть трудно понять», и что это сравнение — попытка развить ощущение его масштаба.

Чтобы преобразовать шкалы времени в геометрические фигуры, MBS переводит секунды в кубы, длина каждой стороны которых составляет миллиметр. То есть одна секунда равна одному кубическому миллиметру.

Хотя на очень маленьком конце шкалы времени даже эти маленькие кубики слишком велики. Например, MBS показывает, что время, необходимое нейрону для активации, составляет всего одну миллисекунду, и, следовательно, его куб составляет всего одну тысячную размера односекундного куба.

После показа множества шкал времени с точностью до секунды, где бактерии и, в конечном итоге, даже субатомные частицы живут и умирают, MBS затем идет в другом направлении.

И какое-то время кубы шкалы времени имеют разумные размеры; размеры, которые легко понять.

Весь возраст Вселенной требует только куба времени примерно полкилометра в поперечнике с каждой стороны. И даже предполагаемую продолжительность жизни красного карлика можно представить как куб со сторонами длиной 350 км.

Однако более длительные временные масштабы быстро входят в область непостижимого.

Примерно в середине видео MBS показывает куб, представляющий время, которое потребуется черной дыре массой 66 солнечных, чтобы полностью рассеяться в результате излучения Хокинга.

И этот куб намного больше, чем вся наблюдаемая Вселенная.

Однако последний куб затмевает его на абсолютно недостижимое число километров. Он представляет собой количество времени, которое потребуется для событий квантового туннелирования, чтобы привести к новому Большому взрыву.

Полное описание:

1 секудна равна кубу со стороной 1мм, то есть 1мм³

1 минута = 60 мм³

1 час = 3600 мм³

1 секунда, 1 мм³ — сопоставима по размеру с маленьким муравьем и намного больше по толщине человеческого волоса.

1 миллисекудна = 1 000 000 µm³ (микрометр) — время, в течении которого нейрон в человеческом мозге производит один импульс и возвращается в состояние покоя. Клетка кожи имеет размер 35 µm.

2,2 микросекунды = 2200 µm³  — время жизни мюона.

1 наносекунда =  1 µm³ . За это время луч света пройдет 30 сантиметров (при скорости 300 000 км/с), длина бактерии кишечной палочки равна примерно 1 µm.

1 пикосекунда = 1 000 000 nm³ (нанометр).  1 пикосекунда — это среднее время жизни нижнего кварка. Размер вируса SARS-CoV-2 примерно 100 нанометров.

290 фемтосекунд = 2900 nm³ . Время жизни тауона. Размер одноцепочного ДНК-вируса 17 nm.

43 аттосекунды = 4,3 nm³. Самый короткий лазерный импульс. Диаметр молекулы ДНК = 2 nm.

247 зептосекунд = 2 470 000 pm³, (пикометр, одна триллионная часть метра). Наименьшая погрешность временного интервала в прямых измерениях. Диаметр атома углерода равен 140 pm.

156 йоктосекунд = 1560 pm³ . Среднее время жизни бозона Хиггса. Диаметр атома водорода 31 pm.

Далее опускаемся в самый низ шкалы расстояний и времени.

Диаметр атомного ядра (уран) = 15 fm (фемтометров).

Единица планковского времени — это время, необходимое свету для прохождения расстояния в 1 планковскую длину в ваккуме. Диаметр верхнего кварка 1 am (аттометр).

Затем возвращаемся назад.

1 день = 86,4 см³ . 1 неделя = 604,8 см³, 1 месяц = 2,5 дм³ (дециметр), 1 год = 35,1 дм³ , 10 лет = 315,5 дм³ , 1 век (сто лет) = 3,15 м³ . Ребро этого «столетнего» куба сравнимо по размеру с человеком.

1000 лет = 31,5 м³ .

10 000 лет = 315,5 м³ , Последний холодный период последнего ледникового периода закончился около  10 000 лет назад. Ребро куба немного больше, чем длина автомобиля.

300 000 лет = 9,46 dam³ (декаметр). Самые ранние ископаемые свидетельства современного человека появляются в Африке около 300 000 лет назад.

2,6 миллиона лет = 82 dam³ . Начало четвертичного периода 2,6 млн. лет назад. Четвертичный период является текущим и самым последним из трех периодов кайнозойской эры.

66 миллионов лет = 2,08 hm³ (гектометр, 100 метров). 66 миллионов лет назад меловой период закончился мело-палеогеновым вымиранием. Именно тогда вымерли динозавры.

252 миллиона лет = 7,95 hm³ . Мезозойская эра продолжалась от 252 до 66 миллионов лет назад. Ее также называют эпохой рептилий и хвойных растений.

541 миллион лет = 17 hm³ . Фанерозойский эон — геологический эон, начавшийся 542 миллионов лет назад и продолжающийся сейчас; время «явной» жизни на Земле.

2,5 миллиарда лет = 78,8 hm³ . Протерозойский эон — геологический эон, охватывающий период от 2500 до 541 млн лет назад. Пришёл на смену архею. Протерозойский эон — самый длительный в истории Земли. Охватывает время от появления кислорода в атмосфере Земли до момента возникновения сложной жизни.

4, 54 миллиарда лет = 143 hm³ . Этот возраст может представлять собой возраст аккреции Земли, или образования ядра, из которого сформировалась Земля.

4,6 миллиарда лет = 145 hm³ . Солнце образовалось в результате гравитационного коллапса материи большого молекулярного облака.

13,8 миллиард лет = 0,43 км³ . Произошел Большой взрыв. По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,8 млрд лет назад из некоторого начального сингулярного состояния и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.

22 млрд. лет = 0,69 км³ . Конец Вселенной согласно сценарию Большого разрыва. Вероятность этого зависит от параметра W, равного отношению давления тёмной энергии к её плотности. Если гипотеза «Большого разрыва» верна, то, по мере увеличения скорости расширения, расстояние до горизонта событий — то есть той части Вселенной, которая удаляется от наблюдателя со скоростью света — будет постоянно уменьшаться. Всё, что находится за горизонтом, недоступно наблюдению, потому что скорость света является пределом для любых взаимодействий. Объект, расположенный в центре наблюдаемой вселенной, не взаимодействует ни с чем, находящимся за горизонтом. Если размер горизонта событий становится меньше размеров какого-либо объекта, то между частями этого объекта невозможны никакие взаимодействия. (За три месяца до Большого разрыва Солнечная система станет гравитационно несвязанной. За 30 минут до Большого разрыва разрушится Земля).

Далее переходим к очень большой временной шкале.

1 х 10¹³ лет = 315 км³. Оценка времени жизни маломассивных звезд — красных карликов, составляет 10 триллионов лет.

1 х 10¹⁴ лет = 3 150 км³.  100 триллионов лет. Прекращение образования новых звезд во Вселенной. Наступает эпоха вырождения.

1 х 10¹⁵ лет = 31 500 км³ . 1000 триллионов лет или 1 квадриллион. Приблизительное время, через которое планеты покинут свои орбиты из-за влияние других звезд. Солнце к этому моменту остынет до 5 кельвинов.

9 х 10¹⁸ лет = 280 000 000 км³ . Период полураспада висмута-209 в результате альфа-распада, одного из самых медленных наблюдаемых процессов радиоактивного распада.

1 х 10²⁰ лет =  3 100 000 000 км³ .  Приблизительное время, через которое Земля упала бы на Солнце из-за потери энергии орбитального движения через гравитационное излучение, если бы Земля ранее не была поглощена Солнцем, превратившимся в красный гигант или не будет выброшена с орбиты гравитационными возмущениями от пролетающих мимо звёзд.

1 х 10²³ лет =  3,1 х 10¹² км³ .  Примерно в это время большинство остатков звезд и других объектов выбрасываются их остатков своего галактического скопления. Размер куба становится больше размера Земли.

2 х 10³⁶ лет =  6,3 х 10²⁵ км³ . Расчетное время распада всех нуклонов в наблюдаемой Вселенной, если гипотетический период полураспада протона принимает наименьшее возможное значение (8,2 х 10³³ года). Ребро куба почти достигает орбиты Юпитера.

3 х 10⁴³ лет =  9,4 х 10³² км³ .  Приблизительное время, за которое все нуклоны в наблюдаемой Вселенной распадутся, если за период полураспада протона принять максимально возможное значение, 10⁴¹ лет. После этой временной отметки, если протоны распадаются, начнётся эпоха чёрных дыр, в которой чёрные дыры — единственные существующие космические тела, никаких звезд уже нет. Ребро куба намного больше гелиопаузы и сравнимо с размерами черной дыры TON 618.

2 х 10⁶⁶ лет =  6,3 х 10⁵⁵ км³ .  Приблизительное время, за которое чёрная дыра с массой Солнца распадется на субатомные частицы в процессе излучения Хокинга. Ребро куба намного больше, чем галактика Андромеда.

Размер наблюдаемой Вселенной = 8,8 х 10²³ км или 93 400 000 000 световых лет. Двигаемся дальше.

6 х 10⁹⁹ лет =  1,89 х 10⁸⁹ км³ . Расчетное время до того, как сверхмассивная черная дыра TON 618 с массой 66 миллиардов солнечных масс испарится за счет излучения Хокинга, предполагая, что она не вращается. Куб к этому времени на много порядков больше наблюдаемой Вселенной.

1,7 х 10¹⁰⁶ лет =  5,3 х 10⁹⁵ км³ .  Расчетное время, за которое сверхмассивная чёрная дыра массой в 20 триллионов солнечных масс испарится в процессе излучения Хокинга. Это знаменует конец эпохи чёрных дыр. Далее, если протоны распадаются, Вселенная войдёт в эпоху вечной тьмы, в которой все физические объекты распались до субатомных частиц, постепенно спустившись до нижнего энергетического состояния — абсолютная бесконечная пустота.

1 х 10²⁰⁰ лет =  3,1 х 10¹⁸⁹ км³ . Предполагаемое время распада всех нуклонов (протонов и нейтронов) в наблюдаемой Вселенной.

1 х 10¹⁵⁰⁰ лет.  Если предположить, что протоны не распадаются, это приблизительное время, за которое вся барионная материя распадётся до железа-56. Размер куба становится настолько огромный, что уже не имеет значения.

10^{10^26} лет.  (больше миллилиона лет, 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000). Консервативная оценка времени, за которое всё вещество железных звезд коллапсирует в чёрные дыры (исходя из предположения, что протоны не распадаются). Последующая эпоха чёрных дыр, их испарение и переход к эпохе вечной тьмы по сравнению с этим временным масштабом занимает пренебрежимо малое время.

10^{10^50} лет. Предполагаемое время, через которое Больцмановский мозг появится в вакууме из-за спонтанного уменьшения энтропии. Больцмановский мозг — это гипотетический объект, имеющий разум, возникающий в результате случайных флуктуаций в какой-либо системе и способный осознавать своё существование.

10^{10^76} лет.  Верхняя оценка времени, за которое всё вещество железных звезд коллапсирует в чёрные дыры (опять же в предположении, что протоны не распадаются), которые затем (в этих временных масштабах) мгновенно испарятся на субатомные частицы.

Но и это еще не все.

10^{10^120} лет. Верхняя оценка времени, за которое видимая Вселенная достигнет своего конечного энергетического состояния даже в присутствии ложного вакуума. Ложный вакуум — это состояние, которое не является состоянием с глобально минимальной энергией, а соответствует её локальному минимуму. Такое состояние стабильно в течение определённого времени (метастабильно), но может «туннелировать» в состояние истинного вакуума.

10^{10^10^56} лет. Примерно в этот период времени квантовое туннелирование в любом участке теперь уже пустой Вселенной может привести к новым инфляционным событиям, что может привести к новому Большому Взрыву, который породит новую Вселенную.