Гледайки нашата Вселена днес, е много лесно да бъдете възхитени от това, което виждате. Звездите в нощното ни небе са само малка част, няколко хиляди от стотици милиарди от това, което присъства в нашия Млечен път. Самият Млечен път е само един от трилионите галактики, присъстващи в наблюдаваната Вселена, който се простира във всички посоки за около 46 милиарда светлинни години. И всичко започна преди около 13,8 милиарда години от горещо, плътно, бързо разрастващо се състояние, известно като Големия взрив.
Именно от Големия взрив получаваме възможността да опишем нашата Вселена като пълна с материя и радиация и да свържем добре познатите закони на физиката, обясняващи съвременната форма на Космоса. Но Вселената продължава да се разширява. Появяват се нови звезди, пространството се развива. Как ще свърши? Да попитаме наука.
Какъв е краят на Вселената
Дълго време учените, които са изучавали структурата и еволюцията на Вселената, са разгледали три възможности, базирани на простата физика на общата относителност и контекста на разширяването на Вселената. От една страна, гравитацията активно дърпа всичко заедно; тя е привлекателна сила, контролирана от материята и енергията във всичките им форми, които присъстват във Вселената. От друга страна, има начална скорост на разширяване, която дърпа всичко настрана.
Големият взрив беше изстрел, след който започна най-голямата раса на всички времена: между гравитацията и разширяването на Вселената. Кой ще спечели в крайна сметка? Отговорът на този въпрос ще определи съдбата на нашия свят.
Мислехме, че Вселената има следните възможности:
Промоционално видео:
- Вселената ще се срине при Голямото компресиране. Разширяването ще започне бързо и ще се разкъсат големи количества материя и радиация. Ако има повече от достатъчно материя и енергия, Вселената ще се разшири до определен максимален размер, разширяването ще обърне свиването и Вселената отново ще се разпадне.
- Вселената ще се разшири завинаги и ще доведе до Голямото замръзване. Всичко ще започне както горе, но този път количеството материя и енергия няма да е достатъчно, за да устои на разширяването. Вселената ще се разширява завинаги, докато скоростта на разширяване продължава да пада, но никога не достига нула.
- Разширяването на Вселената клони асимптотично до нула. Представете си гранична ситуация между двата примера по-горе. Още един протон - и ние рухваме; едно по-малко - разширяваме се безкрайно. В този критичен случай Вселената се разширява завинаги, но с най-ниската възможна скорост.
За да разберем коя опция е правилна, просто трябваше да измерим колко бързо се разширява Вселената и как скоростта на разширяване се променя с течение на времето. Останалото е въпрос на физика.
Това е едно от най-големите предизвикателства в астрофизиката днес. Измерете скоростта, с която Вселената се разширява и разберете как тъканта на космоса се променя днес. Измерете как скоростта на разширяване се е променила с течение на времето и разберете как тъканта на пространството се е променила в миналото.
Комбинирайте тези две части информация и как степента на разширяване се е променила и каква е тя ще ви позволи да определите от какво е създадена Вселената и в какви пропорции.
Доколкото знаем, въз основа на тези измервания ние установихме, че Вселената се състои от 0,01% радиация, 0,1% неутрино, 4,9% обикновена материя, 27% тъмна материя, 68% тъмна енергия. Този стремеж, който за някои започна през 20-те години на миналия век, получи неочакван отговор в края на 90-те години.
Така че, ако тъмната енергия доминира над разширяването на Вселената, какво означава това за нашата съдба? Всичко зависи от това как - или ако - тъмната енергия се развива с течение на времето. Ето пет варианта.
Тъмната енергия е космологична константа, доминираща в експанзията. Това е по подразбиране и отчита най-добрите ни данни. Докато материята става по-малко гъста с разширяването на Вселената, разрежда се с увеличаване на обема, тъмната енергия представлява ненулево количество енергия, присъща на самата тъкан на космоса. Тъй като Вселената се разширява, плътността на тъмната енергия остава постоянна, което кара разширението винаги да остава положително.
Това води до експоненциално разширяваща се вселена и в крайна сметка ще избута всичко, което не е част от нашата местна група. Вече 97% от видимата Вселена става недостъпна при такива условия.
Тъмната енергия е динамична и с времето става по-мощна. Тъмната енергия изглежда е нова форма на енергия, присъща на самото пространство, което означава, че има постоянна енергийна плътност. Но може да се промени и с времето. Един от възможните начини за промяна е, че той постепенно се увеличава, което ще доведе до ускоряване на скоростта на разширяване на Вселената.
Отдалечените обекти не само ще се отдалечат от нас, но го правят по-бързо и по-бързо. По-лошото е, че обектите, които сега са гравитационно свързани - като струпвания на галактики, отделни галактики, слънчеви системи и дори атоми - един ден ще се развържат, когато тъмната енергия се втвърди. В последните моменти от съществуването на Вселената субатомните частици и самата тъкан на пространството-времето ще бъдат разкъсани. Тази съдба - Големият разрив - е вторият ни вариант.
Тъмната енергия е динамична и с течение на времето отслабва. Как иначе тъмната енергия може да се промени? Вместо да се засили, той може да отслаби. Разбира се, скоростта на разширяване съответства на постоянно количество енергия, принадлежаща на самото пространство, но тази енергийна плътност също може да намалее.
Ако отслаби до нула, всичко ще стигне до една от описаните по-горе възможности: Голямото замръзване. Вселената ще се разшири, но без достатъчно материя и други форми на енергия, които да й помогнат да се срине отново.
Ако разпадът стане отрицателен, това може да доведе до друга възможност: Голямото свиване. Вселената ще бъде изпълнена с енергия, присъща на пространството, която внезапно ще промени знаците и ще доведе до свиване на пространството. Тази опция също е възможна.
Тъмната енергия ще се трансформира в друга форма на енергия, която подмладява Вселената. Ако тъмната енергия не се разпадне, а остане постоянна или дори се засилва, възниква друга възможност. Тази енергия, присъща на космическата тъкан, не винаги може да остане в тази форма. Вместо това може да се превърне в материя и радиация, подобно на това, което беше, когато космическата инфлация приключи и започна Големият взрив.
Ако тъмната енергия остане постоянна до този момент, тя ще създаде много, много студена и дифузна версия на нажежаемия Голям взрив, в която само неутрино и фотони могат да се създават. Но ако интензивността на тъмната енергия се увеличи, това може да доведе до състояние, подобно на инфлацията, последвано от нов, наистина разпален Голям взрив. Това е най-лесният начин за подмладяване на Вселената с дадените параметри.
Тъмната енергия е свързана с нулевата енергия на квантовия вакуум и ще се разпадне, унищожавайки нашата Вселена. Това е най-разрушителната възможност от всички. Ами ако тъмната енергия не е истинското количество празно пространство в конфигурациите с най-ниска енергия, а е резултат от симетрии в ранната Вселена, когато те са били в конфигурация с фалшив минимум?
Ако е така, трябва да има начин да се създаде квантов тунел в състояние с по-ниска енергия чрез промяна на законите на физиката и премахване на всички свързани състояния (т.е. частици) на квантовите полета днес. Ако квантовият вакуум е нестабилен в този смисъл, тогава където и да се случи този разпад, резултатът ще бъде унищожаването на всичко във Вселената чрез балон, който се разпространява със скоростта на светлината. Ако такъв сигнал достигне до нас, ние също ще приключим.
Въпреки че не знаем коя от тези възможности ще бъде вярна за нашата Вселена, данните просто гласуват бурно в полза на първия вариант: тъмната енергия наистина е постоянна. Точно сега нашите наблюдения как се е развила Вселената - особено благодарение на космическото микровълново фоново излъчване и мащабната структура на Вселената - налагат строги ограничения за това колко мърдане може да се промени тъмната енергия.
Иля Кел