Едно от най-важните постижения на 20-ти век беше точното определение колко голяма, огромна и масивна е нашата Вселена. С приблизително два трилиона галактики, затворени в обем от 46 милиарда светлинни години в радиус, нашата наблюдаема Вселена ни позволява да възстановим цялата история на нашия космос, чак до Големия взрив и може би дори малко по-рано. Но какво да кажем за бъдещето? Каква ще бъде Вселената? Ще го
Някой казва, че разширяването на Вселената се забавя. Нобеловата награда бе присъдена за „откритието“, че разширяването на Вселената се увеличава. Но кой е прав? Може ли Вселената да се срине един ден в процеса на така наречената Голяма компресия (обратно на Големия взрив)?
Бъдещото поведение се прогнозира най-добре въз основа на поведението от миналото. Но както хората понякога могат да ни изненадат, така и Вселената може.
Скоростта на разширяване на Вселената в даден момент зависи само от два фактора: общата енергийна плътност, която съществува в пространството-времето и количеството на кривината в пространството. Ако разберем законите на гравитацията и как различните видове енергия се развиват с течение на времето, можем да реконструираме всичко, което се е случило в определен момент в миналото. Също така можем да разглеждаме различни отдалечени обекти на различни разстояния и да измерваме как се разтяга светлината поради разширяването на пространството. Всяка галактика, свръхнова, облак от молекулни газове и други подобни - всичко, което поглъща или излъчва светлина - ще разкаже космическата история за това как разширяването на пространството го е разтегнало от момента, в който светлината се е родила до момента, в който сме я наблюдавали.
От различни независими наблюдения успяхме да заключим от какво се състои самата Вселена. Направихме три големи независими вериги за наблюдение:
- Във космическия микровълнов фон има температурни колебания, които кодират информация за кривината на Вселената, нормалната материя, тъмната материя, неутрино и общата плътност.
- Корелациите между галактиките в най-големите мащаби - известни като барионни акустични вибрации - осигуряват много строги измервания на общата плътност на материята, съотношението на нормалната материя към тъмната материя и как скоростта на разширение се е променила с течение на времето.
Промоционално видео:
„И най-отдалечените, светещи стандартни свещи във Вселената, свръхнови тип Ia, ни разказват за скоростта на разширяване и тъмната енергия, как те са се променили с течение на времето.
Тези вериги от доказателства, взети заедно, ни рисуват последователна картина на Вселената. Те ни казват какво е в съвременната Вселена и ни дават космология, в която:
- 4,9% от енергията на Вселената е представена от нормална материя (протони, неутрони и електрони);
- 0,1% от енергията на Вселената съществува под формата на масивни неутрино (които действат като материя в последно време и действат като радиация в ранните времена);
- 0,01% от енергията на Вселената съществува под формата на радиация (като фотони);
- 27% от енергията на Вселената съществува под формата на тъмна материя;
- 68% от енергията е присъща на самото пространство: тъмна енергия.
Всичко това ни дава плоска Вселена (с кривина 0%), Вселена без топологични дефекти (магнитни монополи, космически струни, доменни стени или космически текстури), Вселена с известна история на разширяване.
Уравненията на общата теория на относителността са много детерминирани в този смисъл: ако знаем от какво се състои Вселената и законите на гравитацията, знаем точно колко е важен всеки компонент във всеки отделен интервал в миналото. В началото радиацията и неутрино доминираха. В продължение на милиарди години най-важните компоненти бяха тъмната материя и нормалната материя. През последните няколко милиарда години - и това ще се влоши с времето - тъмната енергия се превърна в доминиращ фактор за разширяването на Вселената. Това кара Вселената да се ускорява и от този момент нататък много хора престават да разбират какво се случва.
Има две неща, които можем да измерим, когато става въпрос за разширяване на Вселената: скоростта на разширяване и скоростта, с която отделни галактики, от наша гледна точка, преминават в перспектива. Те са свързани, но остават различни. Скоростта на разширяване, от една страна, говори за това как самата тъкан на пространството се простира във времето. Винаги се определя като скорост на единица разстояние, обикновено дадена в километри в секунда (скорост) на мегапарсек (разстояние), където мегапарсекът е около 3,26 милиона светлинни години.
Ако нямаше тъмна енергия, скоростта на разширяване щеше да намалява с времето, приближавайки се до нула, тъй като плътността на материята и радиацията щеше да падне до нула, когато обемът се разшири. Но при тъмната енергия тази степен на разширяване остава зависима от плътността на тъмната енергия. Ако тъмната енергия, например, беше космологична константа, скоростта на разширяване би се изравнила до постоянна стойност. Но в този случай отделни галактики, отдалечаващи се от нас, биха се ускорили.
Представете си скоростта на разширение с определена величина: 50 km / s / Mpc. Ако галактиката е на разстояние 20 Mpc от нас, тя изглежда се отдалечава от нас със скорост 1000 km / s. Но отделете време и с разширяването на пространствената тъкан тази галактика в крайна сметка ще бъде по-далеч от нас. С течение на времето ще бъде два пъти по-далеч: 40 Mpc, а скоростта на изваждане ще бъде 2000 km / s. Ще отнеме повече време и ще бъде 10 пъти по-далеч: 200 Mpc и скорост на премахване от 10 000 km / s. С течение на времето той ще се отдалечи на разстояние 6000 Mpc от нас и ще се отдалечи със скорост 300 000 km / s, което е по-бързо от скоростта на светлината. Колкото повече време минава, толкова по-бързо се отдалечава галактиката от нас. Ето защо Вселената се "ускорява": скоростта на разширяване намалява, но скоростта на отделяне на отделните галактики от нас само нараства.
Всичко това е в съответствие с нашите най-добри измервания: тъмната енергия е постоянна енергийна плътност, присъща на самото пространство. С разтягането на пространството плътността на тъмната енергия остава постоянна и Вселената ще завърши с „Голямо замръзване“, когато всичко, което не е свързано заедно с гравитацията (като нашата локална група, галактика, слънчева система), ще се разминава и разминава. Ако тъмната енергия наистина е космологична константа, това разширяване ще продължи безкрайно, докато Вселената не стане студена и празна.
Но ако тъмната енергия е динамична - което е теоретично възможно, но без видими доказателства - това може да завърши с Голям притискане или Голям разкъсване. При Голямата компресия тъмната енергия ще отслаби и постепенно ще обърне експанзията на Вселената, така че тя да започне да се свива. Възможно е дори да има циклична вселена, където „компресията“поражда нов Голям взрив. Ако тъмната енергия стане по-силна, ни очаква друга съдба, когато свързаните структури ще бъдат разкъсани от постепенно нарастващата скорост на разширяване. Днес обаче всичко показва, че ни очаква Големият замръзване, когато Вселената ще се разшири завинаги.
Основните научни цели за бъдещи обсерватории като Euclid на ESA или WFIRST на НАСА включват измерване дали тъмната енергия е космологична константа. И докато водещата теория говори в полза на постоянната тъмна енергия, важно е да се разбере, че може да има възможности, които не са изключени от измервания и наблюдения. Грубо казано, Вселената все още може да се срине и това е възможно. Необходими са повече данни.
ИЛЯ ХЕЛ