Nekaj srhljivo podobnega je v izvoru našega vesolja, ki se imenuje kozmična inflacija in v pospešenem širjenju temne energije, ki bo na koncu odločila o njegovi usodi. To vzbuja sum, da so ti pojavi lahko medsebojno povezani. Ta teden si je Andrew Gillett zastavljal vprašanja: če je teorija o večni inflaciji resnična, ali bi potem lahko bila temna energija znanilec vrnitve v to prvotno stanje?
To ni samo mogoče. To niti ne zahteva pravilnosti teorije. Začnimo pogovor s stopnjo pred rojstvom Vesolja v obliki, v kateri nam je znana - s kozmično inflacijo.
Ko se je rodilo vesolje, ki ga poznamo, polno snovi in sevanja, je imelo več precej čudnih lastnosti: bilo je prostorsko ravno, povsod je imelo enako temperaturo, ni imelo previsokih ostankov energije in imelo je zelo čudne vzorce v obliki regij z presežek in zmanjšana gostota. Možno je, da se je Vesolje rodilo že s temi pogoji. Teorija kozmične inflacije je naslednja: če bi se vesolje začelo z obdobjem eksponentne ekspanzije, v katerem je bilo vesolju ogromno energije, nato pa bi se to obdobje končalo, bi v vročini velikega poka prišlo že ob prisotnosti vseh teh pogojev. Nekaj časa je trajalo, da sem razumel posledice, in trajalo je še dljepotrditi teorijo s podatki o nihanjih kozmičnega mikrovalovnega ozadja. A zdaj kozmična inflacija velja za prvo in najpomembnejšo od vsega v zgodovini vesolja, kar lahko potrdimo z dokazi.
Večna inflacija je posledica inflacije na podlagi lastnosti, o katerih redko razmišljamo. Običajno, ko v naravi pride do prehoda, na primer lonca z vrelo vodo, v katerem voda preide iz tekočega v plinasto stanje, se ta proces prehoda začne na različnih točkah. Te pike se razširijo in združijo in ustvarijo velike mehurčke, ko pridejo na površje. Ko govorimo o vodi, rečemo, da zavre. Med postopkom vrenja se majhni mehurčki dvignejo in združijo v večje mehurčke, ko pridejo na površje. Vendar je problem z inflacijo. Območja, kjer se inflacija v določenem trenutku ne konča, se še naprej eksponentno širijo in to ne omogoča, da bi območja, kjer se je končala, »zavrela«. Zato mora biti vesolje, ki ga opazujemo, popolnoma v enem mehurčku,kjer se je inflacija končala, in ne v številnih mehurčkih, ki vrejo skupaj.
Toda na skrajnem koncu tega spektra vidimo dejstvo, da se širjenje našega vesolja očitno pospešuje. Najboljša razlaga za to, ki temelji na naših najbolj natančnih meritvah, je, da je v vesolju neločljivo majhna komponenta energije, ki ji pravimo temna energija. Ta energijska komponenta je vseprisotna in enakomerno prisotna na vseh točkah vesolja. In je izredno majhen. Če ga pretvorimo v maso po Einsteinovi formuli E = mc2, bo enak le enemu protonu na kubični meter vesolja. A prostora ni le ogromno, ampak se tudi širi! S časom ta temna energija postaja vse bolj pomembna. Sčasoma po približno osmih milijard letih pospeši širjenje vesolja in nato postane prevladujoča sestavina energije v vesolju.
Ti dve obdobji inflacije in pospešene ekspanzije v poznejši fazi se morda zdita zelo različni. Razlika na teh energetskih lestvicah je preprosto ogromna, znaša 10 do 120. moči! Toda obe obdobji predstavljata energijo, ki je lastna vesolju, zaradi česar se vesolje eksponentno širi. In ob prisotnosti časa (delci sekund za inflacijo in bilijon let za temno snov) bodo v vesolju vzeli vse, kar ni povezano, in ga razširili. Takšnih modelov je veliko, v bistvu pa vsi združujejo inflacijo in temno energijo.
Torej, kakšne so možnosti, da bo vesolje začelo reciklirati svojo tvorbo? So velike
Promocijski video:
1. Če je temna energija resnično kozmološka konstanta, je to lahko preostala energija iz obdobja inflacije, ko se je vse začelo. Če je tako, lahko z razlogom rečemo, da lahko ob prisotnosti časa še bolj oslabi in preide v novo, veliko nižje energijsko stanje. Morda bo tak prehod spodbudil nastanek velikega števila delcev izredno majhne mase, kot so nevtrini, aksioni ali kaj še bolj eksotičnega. Ti delci pa bodo v dovolj dolgem času združili in ustvarili lastne analoge zvezd, planetov in morda človeštva. Če tega procesa ne moremo videti, to sploh ne pomeni, da je nemogoč. Mogoče je to usoda, ki čaka naše vesolje v zelo, zelo oddaljeni prihodnosti, četudi bo trajalo nekaj let.
2. Temna energija morda ni kozmološka konstanta, sčasoma pa se lahko poveča. Če je temu tako, potem bo raslo in raslo, kar lahko privede do scenarija "velikega razpada", ko bodo sčasoma vse povezane strukture v vesolju počile. Toda v tem scenariju, ki ga je razvil Eric Gawiser, obstaja možnost, da bo v zadnjem trenutku, tik preden se vesolje sesuje v pozabo, inherentna energija vesolja, ki se ne razlikuje od inflacijskih scenarijev, prešla na Veliki pok! Tak scenarij "oživljenega vesolja" se ne more uresničiti le v naši daljni prihodnosti. V njem je lahko naše Vesolje veliko starejše, kot se zdi. Možno je, da je neskončno star.
No, zdaj dokazi, ki jih imamo, kažejo, da je temna energija resnično kozmološka konstanta. To pomeni, da je scenarij številka 2 izključen. Če za prehod ni nižjega energijskega stanja, je možnost 1 tudi izključena. Zdaj pa nimamo dovolj podatkov, da bi zavrnili niti enega od njih. Če bi imel možnost sklepati stave, bi rekel, da je verjetnost z nižjim energijskim stanjem verjetnejša. Toda zamisel, da je temna energija resnično konstantna in obstaja večno, bolje podpirajo razpoložljivi podatki. Dokler ne bomo zagotovo vedeli, raje ne izključujemo morebitnih možnosti. Vesoljsko plovilo Euclid, NASA-in WFIRST širokokotni infrardeči teleskop za opazovanje in končnoVeliki sinoptični raziskovalni teleskop LSST nam bo pomagal še natančneje izmeriti temno energijo, kar bo zagotovilo nove dokaze, ki podpirajo prvo ali drugo teorijo. Nova odkritja v teoretični fiziki visokih energij nam lahko povedo več o prvem konceptu. Kakorkoli, Andrew, odgovor na vaše vprašanje je naslednji: temna energija lahko napove vrnitev vročega velikega poka iz inflacijskega stanja, vendar ni odvisna od večne narave inflacije.ni pa odvisno od večne narave inflacije.ni pa odvisno od večne narave inflacije.
Ethan Siegel