Ученые раскрыли 5 вариантов гибели Вселенной

Прочитано: 285 раз(а)


Глядя на Вселенную сегодня, легко быть в восторге от всего, что мы можем найти. Звезды на нашем ночном небе — лишь малая часть — несколько тысяч из сотен миллиардов — того, что присутствует в нашем Млечном Пути. Сам Млечный Путь — это всего лишь одна одинокая галактика из триллионов, присутствующих в наблюдаемой Вселенной, которая простирается во всех направлениях примерно на 46 миллиардов световых лет.

И все это началось около 13,8 миллиардов лет назад из горячего, плотного, быстро расширяющегося государства, известного как Большой взрыв. Это первый момент, когда мы можем описать нашу Вселенную как полную материи и радиации, и шаг вперед из этого состояния, учитывая известные законы физики, позволяет нам объяснить, как космос принял свою современную форму. Но это все еще расширяется, формирует новые звезды и развивается.

Ученые раскрыли 5 вариантов гибели Вселенной

Чем это закончится? Вот что говорит наука.

Долгое время ученые, изучавшие структуру и эволюцию Вселенной, рассматривали три возможности, основанные на простой физике общей теории относительности и контексте расширяющейся Вселенной. С одной стороны, гравитация работает, чтобы собрать все воедино; это сила притяжения, управляемая материей и энергией во всех их формах, присутствующих во Вселенной. С другой стороны, есть начальная скорость расширения, работающая, чтобы все разделить.

Большой взрыв отмечает стартовую пушку величайшей расы всех времен: между гравитацией и скоростью расширения. Кто в итоге победит в нашей вселенной? Ответ на этот вопрос, согласно классическим рассуждениям, должен определить судьбу нашей Вселенной.

Вселенная расширяется. Расширение начинается быстро, и большое количество вещества и радиации работает, чтобы собрать все вместе. Если материи и энергии будет более чем достаточно, Вселенная расширится до некоторого максимального размера, расширение обратится к сжатию, и Вселенная снова развалится.

Вселенная расширяется вечно, что приводит к большой заморозке . Все начинается так же, как и выше, только на этот раз количество вещества и энергии недостаточно для противодействия расширению. Вселенная продолжает расширяться вечно, так как скорость расширения продолжает падать, но никогда не достигает нуля.

Ученые раскрыли 5 вариантов гибели Вселенной

Расширение Вселенной асимптотически стремится к нулю. Представьте себе пограничную ситуацию прямо между двумя приведенными выше примерами. Если бы был еще один протон, мы бы снова вспомнили; на один меньше, и мы бы расширились навсегда. В этом критическом (или златовлащем) случае Вселенная расширяется вечно, но с наименьшей возможной скоростью.

Чтобы узнать, какая из них была правильной, все, что нам нужно было сделать, это измерить, насколько быстро расширялась Вселенная, и как эта скорость расширения менялась со временем. Физика будет определять остальное.

Это был один из величайших квестов современной астрофизики. Измерьте скорость, с которой расширялась Вселенная, и вы знаете, как меняется структура пространства сегодня. Измерьте, как скорость расширения изменилась с течением времени, и вы знаете, как ткань пространства изменилась в прошлом.

Объедините эти две части информации, и то, как скорость расширения изменилась, также позволяет вам определить, из чего состоит Вселенная, и в каких соотношениях.

Насколько нам известно, основываясь на этих измерениях, мы определили, что Вселенная состоит из около 0,01% излучения, 0,1% нейтрино, 4,9% нормальной материи, 27% темной материи и 68% темной энергии. Этот квест, который для некоторых начался еще в 1920-х годах, получил неожиданный ответ в конце 1990-х.

Итак, если темная энергия доминирует над расширением Вселенной, что это значит для нашей судьбы? Все зависит от того, как — или, если — темная энергия развивается со временем. Вот пять возможностей.

Астрономы обнаружили самую страшную черную дыру во Вселенной

1.) Темная энергия — это космологическая постоянная, доминирующая при расширении.

Это опция по умолчанию, учитывая лучшие данные, которые мы имеем сегодня. В то время как материя становится менее плотной по мере расширения Вселенной, разбавляясь по мере расширения объема, темная энергия представляет собой ненулевое количество энергии, присущее ткани самого пространства. По мере расширения Вселенной плотность темной энергии остается постоянной, что приводит к асимптоте скорости расширения не к нулю, а к положительному значению.

Это приводит к экспоненциально расширяющейся Вселенной и в конечном итоге оттолкнет все, что не является частью нашей локальной группы. Уже 97% видимой Вселенной недоступно в этих условиях.

2.) Темная энергия динамична и со временем становится все более мощной.

Темная энергия, по-видимому, является новой формой энергии, присущей самому пространству, подразумевая, что она имеет постоянную плотность энергии. Но это также может меняться со временем. Один из возможных способов его изменения заключается в том, что он может усиливаться по величине, что приведет к ускорению скорости расширения Вселенной.

Мало того, что более отдаленные объекты будут казаться ускоренными от нас, они будут делать это с возрастающей скоростью. Хуже того, объекты, которые сегодня связаны гравитационно, — такие как скопления галактик, отдельные галактики, солнечная система и даже атомы — когда-нибудь станут несвязанными по мере усиления темной энергии. В последние моменты существования Вселенной субатомные частицы и сама ткань пространства разорвутся на части. Эта судьба «Big Rip» — вторая возможность.

3.) Темная энергия динамична и со временем разлагается.

Как еще может измениться темная энергия? Вместо того, чтобы укрепляться, оно могло ослабнуть. Конечно, скорость расширения соответствует постоянному количеству энергии, принадлежащей самому пространству, но эта плотность энергии также может снижаться.

Если он затухает до нуля, это может привести к одной из первоначальных возможностей, изложенных выше: большая заморозка. Вселенная все еще будет расширяться, но без достаточного количества материи и других форм энергии, чтобы ее можно было вновь пережить.

Однако, если он распадается и становится отрицательным, это может привести к другой возможности: Большому Хрусту. Вселенная могла быть заполнена энергией, присущей космосу, которая внезапно переключала знаки и вызывала переползание пространства. Хотя временные рамки для этих изменений ограничены и могут быть намного дольше, чем время, прошедшее после Большого взрыва, оно все же может произойти.

4.) Темная энергия может перейти в другую форму энергии, омолаживающую Вселенную.

Если темная энергия не распадается, а остается постоянной или даже усиливается, возникает еще одна возможность. Эта энергия, присущая современной космической ткани, может не остаться в этой форме навсегда. Вместо этого он мог превратиться в материю и радиацию, подобно тому, что произошло, когда космическая инфляция закончилась и начался горячий Большой взрыв.

Если темная энергия останется постоянной до этого момента, она создаст очень, очень холодную и рассеянную версию горячего Большого взрыва, где только нейтрино и фотоны могут создавать сами себя. Но если сила темной энергии возрастает, это может привести к состоянию, подобному инфляции, за которым последует новый, действительно горячий Большой взрыв. Это самый простой способ омолодить Вселенную и создать циклический набор параметров, где у вновь созданной Вселенной появится еще один шанс вести себя так же, как и у нас.

5.) Темная энергия связана с энергией нулевой точки квантового вакуума и распадется, разрушая Вселенную, которую мы знаем.

Это самая разрушительная возможность из всех. Что, если темная энергия не является истинным значением пустого пространства в конфигурации с наименьшей энергией, но является ли результатом симметрии на ранних этапах Вселенной, когда она оказалась в конфигурации с ложным минимумом?

Если так, то у него был бы способ превратить квантовый туннель в состояние с более низкой энергией, изменив законы физики и уничтожив все связанные состояния (т.е. частицы) квантовых полей сегодня. Если квантовый вакуум нестабилен таким конкретным образом, то, где бы он ни происходил, это приведет к разрушению всего во Вселенной в пузыре, который расширяется наружу со скоростью света. Если такой сигнал когда-либо достигнет нас, он также будет сопровождаться нашим мгновенным уничтожением.

Ученые: Вселенная размещена внутри сверхмассивной черной дыры

Хотя мы не знаем, какая из этих возможностей верна для нашей Вселенной, данные невероятно согласуются с первым вариантом: темная энергия действительно является постоянной величиной. Прямо сейчас наши наблюдения за тем, как развивалась Вселенная — особенно благодаря космическому микроволновому фоновому излучению и крупномасштабной структуре Вселенной — накладывают жесткие ограничения на то, как много места для маневра может измениться темная энергия.

С приходом флагманской астрофизической миссии НАСА в 2020-х годах, WFIRST, мы готовы усилить эту зону для маневра, возможно, еще в 10 раз. Если темная энергия дает какие-либо указания на то, что наша судьба будет отличаться от той, которую мы ожидаем сегодня, эта обсерватория будет иметь лучшую возможность научно раскрыть эту новую правду о нашей Вселенной. До тех пор у нас есть все возможности, которые мы знаем, чтобы рассмотреть. Остальное зависит от науки.

Вселенная расширяется медленнее, чем предполагалось



Новости партнеров