Če danes gledamo naše vesolje, je zelo enostavno biti navdušen nad tem, kar vidite. Zvezde na našem nočnem nebu so le majhen delček, nekaj tisoč od sto milijard tistega, kar je prisotno v naši Mlečni poti. Sama Mlečna pot je le en trilij galaksij, ki so prisotni v opazovanem vesolju, ki se razteza v vseh smereh približno 46 milijard svetlobnih let. In vse se je začelo pred približno 13,8 milijarde let iz vročega, gostega, hitrega, razširjajočega se stanja, znanega kot Big Bang.
Od velikega poka je priložnost, da svoje vesolje opišemo kot polno snovi in sevanja ter povežemo znane fizikalne zakone, ki razlagajo sodobno obliko kozmosa. Toda vesolje se še naprej širi. Pojavijo se nove zvezde, prostor se razvija. Kako se bo končalo? Vprašajte v znanosti.
Kaj je konec vesolja
Znanstveniki, ki so preučevali strukturo in razvoj vesolja, so dolgo časa razmišljali o treh možnostih, ki temeljijo na preprosti fiziki splošne relativnosti in na kontekstu širjenja vesolja. Po eni strani gravitacija aktivno potegne vse skupaj; je privlačna sila, ki jo nadzorujejo snov in energija v vseh oblikah, ki so prisotne v vesolju. Po drugi strani je začetna stopnja razširitve, ki vse potegne narazen.
Big Bang je bil strel, po katerem se je začela največja dirka vseh časov: med gravitacijo in širjenjem vesolja. Kdo bo na koncu zmagal? Odgovor na to vprašanje bo določil usodo našega sveta.
Mislili smo, da ima vesolje naslednje možnosti:
Promocijski video:
- Vesolje bo pri velikem stiskanju propadlo. Širjenje se bo začelo hitro in velike količine snovi in sevanja se bodo raztrgale. Če je snovi in energije več kot dovolj, se bo vesolje razširilo na določeno največjo velikost, širitev bo obrnila krčenje in vesolje se bo spet zrušilo.
- Vesolje se bo za vedno razširilo in vodilo v Veliko zamrznitev. Vse se bo začelo enako kot zgoraj, vendar tokrat količina snovi in energije ne bo dovolj, da bi se uprli širitvi. Vesolje se bo večno širilo, ko stopnja širjenja še naprej upada, a nikoli ne doseže nič.
- Širitev Vesolja se asimptotično nagiba na nič. Predstavljajte si mejno situacijo med obema zgornjima primeroma. Še en proton - in propademo; eno manj - širimo se neskončno. V tem kritičnem primeru se Vesolje širi za vedno, vendar z najmanjšo možno hitrostjo.
Da bi ugotovili, katera možnost je pravilna, smo morali samo izmeriti, kako hitro se vesolje širi in kako se je s časom spreminjala hitrost širjenja. Ostalo je stvar fizike.
To je bil eden največjih izzivov v astrofiziki danes. Izmerite hitrost, s katero se je vesolje širilo, in ugotovite, kako se spreminja tkanina vesolja danes. Izmerite, kako se je s časom spreminjala stopnja širitve in ugotovite, kako se je v preteklosti spreminjala tkanina prostora.
Združite ta dva podatka in kako se je spremenila stopnja širjenja in kakšen je bil, boste lahko določili, iz česa je vesolje in v kakšnem razmerju.
Kolikor vemo, smo na podlagi teh meritev ugotovili, da Vesolje sestavlja 0,01% sevanja, 0,1% nevtrinov, 4,9% navadne snovi, 27% temne snovi, 68% temne energije. To iskanje, ki se je za nekatere začelo v dvajsetih letih prejšnjega stoletja, je nepričakovano odgovorilo v poznih devetdesetih.
Če torej temna energija prevlada nad širjenjem vesolja, kaj to pomeni za našo usodo? Vse je odvisno od tega, kako - ali če - se temna energija sčasoma razvija. Tu je pet možnosti.
Temna energija je kozmološka stalnica, ki prevladuje v ekspanziji. To je privzeto in upošteva naše najboljše podatke. Medtem ko snov postane manj gosta, ko se vesolje širi, redči se, ko se prostornina širi, temna energija predstavlja ne-nič energije, ki je lastna tkanini samega prostora. Ko se vesolje širi, gostota temne energije ostane konstantna, zaradi česar širitev vedno ostane pozitivna.
Zaradi tega se vesolje eksponentno širi in sčasoma bo potisnilo vse, kar ni del naše lokalne skupine. Že 97% vidnega Vesolja postane nedostopno v takšnih pogojih.
Temna energija je dinamična in sčasoma postane močnejša. Temna energija se zdi nova oblika energije, ki je lastna vesolju, kar pomeni, da ima stalno energijsko gostoto. Lahko pa se skozi čas tudi spremeni. Eden od možnih načinov spremembe je, da se postopoma povečuje, kar bo vodilo do pospeška hitrosti širjenja vesolja.
Oddaljeni predmeti se ne bodo samo oddaljili od nas, ampak bodo to počeli hitreje in hitreje. Še huje, predmeti, ki so zdaj gravitacijsko vezani - kot grozdi galaksij, posamezne galaksije, sončni sistem in celo atomi - se bodo nekega dne odvezali, ko se temna energija strdi. V zadnjih trenutkih obstoja vesolja se bodo raztrgali subatomski delci in tkanina vesolja-časa. Ta usoda - Big Rip - je naša druga možnost.
Temna energija je dinamična in sčasoma oslabi. Kako se drugače lahko spremeni temna energija? Namesto da se krepi, lahko oslabi. Seveda je hitrost širjenja skladna s konstantno količino energije, ki pripada samemu prostoru, vendar se lahko ta gostota energije tudi zmanjša.
Če oslabi na nič, bo vse naletelo na eno od zgoraj opisanih možnosti: Velika zamrznitev. Vesolje se bo širilo, vendar brez dovolj materije in drugih oblik energije, da bi se lahko spet zrušilo.
Če razpad postane negativen, bi to lahko vodilo do druge možnosti: do velikega krčenja. Vesolje bo napolnjeno z energijo, ki je lastna vesolju, kar bo nenadoma spremenilo znake in povzročilo krčenje prostora. Možna je tudi ta možnost.
Temna energija se bo spremenila v drugo obliko energije, ki pomlajuje vesolje. Če temna energija ne razpada, ampak ostane konstantna ali se celo intenzivira, se pojavi druga možnost. Ta energija, ki je vgrajena v vesoljsko tkanino, morda ne bo vedno ostala v tej obliki. Namesto tega se lahko spremeni v snov in sevanje, podobno kot je bilo takrat, ko se je končala kozmična inflacija in se je začel Veliki prasak.
Če bo temna energija do te točke ostala konstantna, bo ustvarila zelo, zelo hladno in razpršeno različico napihljivega velikega poka, v kateri se lahko ustvarijo samo nevtrini in fotoni. Če pa se poveča intenzivnost temne energije, bi to lahko privedlo do stanja, podobnega inflaciji, ki bi mu sledilo novo, resnično napihljivo Big Bang. To je najlažji način za pomladitev Vesolja z danimi parametri.
Temna energija je povezana z ničelno energijo kvantnega vakuuma in bo razpadla ter uničila naše vesolje. To je najbolj uničujoča priložnost od vseh. Kaj pa, če temna energija ni resnična količina praznega prostora v konfiguracijah z najnižjo energijo, ampak je posledica simetrij v zgodnjem vesolju, ko so bile v lažni minimalni konfiguraciji?
Če je tako, mora obstajati način, kako ustvariti kvantni tunel v nižje energijsko stanje s spreminjanjem fizikalnih zakonov in odpravljanjem vseh vezanih stanj (tj. Delcev) kvantnih polj. Če je kvantni vakuum v tem smislu nestabilen, potem bo povsod, kjer se ta razpad pojavi, uničenje vsega v vesolju skozi mehurček, ki se širi s svetlobno hitrostjo. Če tak signal prispe do nas, bomo tudi končali.
Medtem ko ne vemo, katera od teh možnosti bo veljala za naše vesolje, se podatki preprosto glasujejo za prvo možnost: temna energija je res stalnica. Trenutno naša opažanja, kako se je vesolje razvijalo - predvsem zahvaljujoč sevanju kozmičnega mikrovalovnega ozadja in obsežni strukturi vesolja - postavljajo stroge meje, koliko prostora za temno energijo lahko spremenimo.
Ilya Khel