A mai világegyetemre nézve nagyon könnyű örülni annak, amit látsz. Az éjszakai égbolton a csillagok csak egy kis töredéke, a milliárd milliárd közül néhány ezer annak, ami jelen van a Tejútunkban. Maga a Tejút csak a megfigyelhető világegyetemben található galaxisok billióinak egyike, amely körülbelül 46 milliárd fényév alatt minden irányba nyúlik. És mintegy 13,8 milliárd évvel ezelőtt kezdődött egy forró, sűrű, gyors, bővülő államtól, amelyet a Big Bang néven ismertek.
A Nagyrobbanás után kaphatunk lehetőséget arra, hogy univerzumunkat anyaggal és sugárzással teljessé tegyük, és összekapcsoljuk a közismert fizikai törvényeket, amelyek magyarázzák a kozmosz modern formáját. De az univerzum tovább bővül. Új csillagok jelennek meg, a tér fejlődik. Hogyan ér véget? Kérdezzük a tudományt.
Mi az univerzum vége?
A világegyetem felépítését és evolúcióját kutató tudósok hosszú ideje három lehetőséget fontolóra vettek, amelyek az általános relativitáselmélet egyszerű fizikáján és az univerzum kiterjedésének összefüggésein alapulnak. Egyrészt a gravitáció mindent összevon; vonzó erő, amelyet az anyag és az energia irányítja az univerzumban jelen lévő összes formájukban. Másrészt van egy kezdeti bővítési sebesség, amely mindent széthúz.
A Nagyrobbanást lövöldözték, amely után minden idők legnagyobb versenye megkezdődött: a gravitáció és az univerzum kiterjedése között. Ki nyeri a végén? A kérdésre adott válasz meghatározza világunk sorsát.
Úgy gondoltuk, hogy az Univerzumnak vannak ezek a lehetőségek:
Promóciós videó:
- Az Univerzum összeomlik a Nagy Kompresszióban. A bővítés gyorsan elindul, és nagy mennyiségű anyag és sugárzás szakad el. Ha elegendő anyag és energia van, akkor az univerzum egy bizonyos maximális méretre fog kibővülni, a tágulás megfordítja az összehúzódást, és a világegyetem újra összeomlik.
- Az univerzum örökre kiterjed, és a Nagy Fagyhoz vezet. Minden ugyanúgy kezdődik, mint a fentiek, de ezúttal az anyag és az energia mennyisége nem lesz elég ahhoz, hogy ellenálljon a terjeszkedésnek. Az univerzum örökre kibővül, mivel a bővülési ráta tovább csökken, de soha nem éri el a nullát.
- Az Univerzum tágulása aszimptotikusan nullára hajlik. Képzeljünk el egy határhelyzetet a fenti két példa között. Még egy proton - és összeomlunk; egy kevesebb - végtelenül bővítjük. Ebben a kritikus esetben az Univerzum örökre kiterjed, de a lehető legalacsonyabb sebességgel.
Ahhoz, hogy kiderítsük, melyik lehetőség helyes, csak meg kellett mérnünk, hogy a világegyetem milyen gyorsan bővül, és hogy az idő múlásával hogyan változott a tágulási sebesség. A többi fizika kérdése.
Ez az asztrofizika manapság az egyik legnagyobb kihívása. Mérje meg a sebességet, amellyel a világegyetem tágult, és derítse ki, hogy a tér szerkezete hogyan változik manapság. Mérje meg, hogyan változott az expanzió mértéke az idő múlásával, és derítse ki, hogy a tér szerkezete hogyan változott a múltban.
Kombinálja ezt a két információt, és hogyan változott meg a tágulási sebesség, és mi volt az, lehetővé teszi annak meghatározását, hogy miből áll az univerzum és milyen arányban.
Tudomásunk szerint ezen mérések alapján megállapítottuk, hogy az Univerzum 0,01% sugárzást, 0,1% neutrinot, 4,9% rendes anyagot, 27% sötét anyagot, 68% sötét energiát tartalmaz. Ez a küldetés, amely néhánynak az 1920-as években kezdődött, váratlan választ kapott az 1990-es évek végén.
Tehát ha a sötét energia uralja az univerzum tágulását, mit jelent ez a sorsunk számára? Minden attól függ, hogy hogyan alakul a sötét energia az idő múlásával. Itt van öt lehetőség.
A sötét energia a terjeszkedésben kozmológiai állandó. Ez az alapértelmezés, és figyelembe veszi a legjobb adatainkat. Míg az anyag kevésbé sűrű lesz, amikor a világegyetem tágul, hígul, a térfogat bővül, addig a sötét energiának a nullán kívüli energiamennyiségét kell képviselnie, amely magában a tér szövetében rejlik. A világegyetem tágulásával a sötét energia sűrűsége állandó marad, ami a tágulásnak mindig pozitív marad.
Ennek eredményeként egy exponenciálisan bővülő univerzum jön létre, és végül minden, ami nem tartozik a helyi csoportba, kitolódik. A látható univerzum már 97% -a hozzáférhetetlenné válik ilyen körülmények között.
A sötét energia dinamikus és idővel erősebb lesz. Úgy tűnik, hogy a sötét energia az energia új formája, amely magában rejti a világot, ami azt jelenti, hogy állandó energiasűrűséggel rendelkezik. De idővel megváltozhat. A változtatás egyik lehetséges módja az, hogy fokozatosan növekszik, ami az univerzum tágulási sebességének felgyorsulásához vezet.
A távoli objektumok nem csak távolodnak tőlünk, hanem gyorsabban és gyorsabban is megteszik. Sőt, még rosszabb, hogy a most gravitációs szempontból megkötött tárgyak - például a galaxisok csoportjai, az egyes galaxisok, a Naprendszerek és még az atomok is - egy nap leválnak, amikor a sötét energia megkeményedik. Az univerzum fennmaradásának utolsó pillanataiban a szubatomi részecskék és a téridő szerkezete szétesik. Ez a sors - a Nagy Rip - a második lehetőségünk.
A sötét energia dinamikus és idővel gyengül. Hogyan változhat meg a sötét energia? Az erősítés helyett gyengítheti. Természetesen a tágulási sebesség összhangban van egy állandó energiamennyiséggel, amely magához a térhez tartozik, de ez az energia sűrűség is csökkenhet.
Ha nullára gyengül, akkor minden a fent leírt lehetőségek egyikére kerül: A nagy fagy. Az univerzum kibővül, de anélkül, hogy anyag és más energiaformák lennének ahhoz, hogy újra összeomoljon.
Ha a hanyatlás negatívvá válik, ez egy másik lehetőséghez vezethet: a nagy zsugorodáshoz. Az univerzum tele lesz a űrben rejlő energiával, amely hirtelen megváltoztatja a jeleket és a tér összehúzódásához vezet. Ez a lehetőség szintén lehetséges.
A sötét energia olyan energiává alakul, amely megújítja az univerzumot. Ha a sötét energia nem szétesik, hanem állandó marad, vagy akár még fokozódik, akkor egy másik lehetőség merül fel. A tér szerkezetében rejlő energia nem mindig marad meg ebben a formában. Ehelyett anyaggá és sugárzássá alakulhat, hasonlóan ahhoz, ami akkor volt, amikor a kozmikus infláció véget ért és a Nagyrobbanás megkezdődött.
Ha a sötét energia ezen a ponton állandó marad, akkor az izzító Nagy Bang nagyon-nagyon hideg és diffúz verziót hoz létre, amelyben csak a neutronok és a fotonok képesek létrehozni magukat. De ha a sötét energia intenzitása növekszik, az inflációhoz hasonló állapothoz vezethet, amelyet egy új, valóban vörös meleg Big Bang követ. Ez a legegyszerűbb módszer az univerzum megújítására az adott paraméterekkel.
A sötét energia a kvantum-vákuum nulla energiájához kapcsolódik, és bomlani fog, elpusztítva univerzumunkat. Ez a leg pusztítóbb lehetőség az összes közül. Mi van, ha a sötét energia nem a legalacsonyabb energiakonfigurációjú valódi üres hely mennyisége, hanem a korai világegyetem szimmetriáinak eredménye, amikor hamis minimummal rendelkeznek?
Ha igen, akkor módot kell találni egy kvantum-alagút alacsonyabb energiaállapotra történő létrehozásához a fizikai törvények megváltoztatásával és a kvantummezők összes kötött állapotának (azaz részecskék) kiküszöbölésével. Ha a kvantum-vákuum ebben az értelemben instabil, akkor bárhol is történik ez a hanyatlás, az az eredmény, hogy mindent elpusztítson az univerzumban egy buborék segítségével, amely a fénysebességgel terjed. Ha egy ilyen jel eljön hozzánk, akkor is véget érünk.
Noha nem tudjuk, hogy ezek közül a lehetőségek közül melyik érvényesül Univerzumunkra, az adatok egyszerűen csak dühösen szavaznak az első lehetőség mellett: a sötét energia valóban állandó. Jelenleg az univerzum fejlődésének megfigyelései - különösen a kozmikus mikrohullámú háttér sugárzásnak és az univerzum nagyméretű szerkezetének köszönhetően - szigorú korlátokat szabnak arra, hogy a sötét energiának milyen változékony mozgótere van.
Ilya Khel