Privind universul nostru de astăzi, este foarte ușor să fii încântat de ceea ce vezi. Stelele din cerul nostru nocturn sunt doar o mică fracție, câteva mii din sute de miliarde din ceea ce este prezent pe Calea Lactee. Calea Lactee în sine este doar unul dintre miliardele de galaxii prezente în universul observabil, care se întinde în toate direcțiile de aproximativ 46 de miliarde de ani lumină. Și totul a început în urmă cu aproximativ 13,8 miliarde de ani de la o stare fierbinte, densă, rapidă, în expansiune, cunoscută sub numele de Big Bang.
Din Big Bang avem ocazia de a descrie Universul nostru ca fiind plin de materie și radiații și de a conecta legile cunoscute ale fizicii care explică forma modernă a cosmosului. Dar universul continuă să se extindă. Apar noi stele, spațiul evoluează. Cum se va termina? Să întrebăm știința.
Care este sfârșitul universului
Multă vreme, oamenii de știință care au studiat structura și evoluția universului au avut în vedere trei posibilități bazate pe fizica simplă a relativității generale și pe contextul expansiunii universului. Pe de o parte, gravitația atrage activ totul împreună; este o forță atrăgătoare controlată de materie și energie în toate formele lor, care sunt prezente în univers. Pe de altă parte, există o rată de expansiune inițială care scoate totul deoparte.
Big Bang-ul a fost o lovitură, după care a început cea mai mare cursă din toate timpurile: între gravitație și expansiunea universului. Cine va câștiga până la urmă? Răspunsul la această întrebare va determina soarta lumii noastre.
Ne-am gândit că Universul are aceste opțiuni:
Video promotional:
- Universul se va prăbuși în Marea Compresie. Extinderea va începe rapid și cantități mari de materie și radiații vor fi sfărâmate. Dacă există mai mult decât suficientă materie și energie, universul se va extinde la o anumită dimensiune maximă, expansiunea va inversa contracția și universul se va prăbuși din nou.
- Universul se va extinde pentru totdeauna și va duce la Marea Înghețare. Totul va începe la fel ca mai sus, dar de data aceasta cantitatea de materie și energie nu vor fi suficiente pentru a rezista expansiunii. Universul se va extinde pentru totdeauna, deoarece rata de expansiune continuă să scadă, dar niciodată nu ajunge la zero.
- Expansiunea Universului tinde asimptotic la zero. Imaginează-ți o situație de graniță între cele două exemple de mai sus. Încă un proton - și ne prăbușim; unul mai puțin - ne extindem la infinit. În acest caz critic, Universul se extinde pentru totdeauna, dar cu cea mai mică viteză posibilă.
Pentru a afla ce opțiune este corectă, a trebuit doar să măsurăm cât de rapid se extinde universul și cum s-a modificat rata de expansiune în timp. Restul este o problemă de fizică.
Aceasta a fost una dintre cele mai mari provocări în astrofizică astăzi. Măsurați viteza cu care universul s-a extins și aflați cum se schimbă astăzi țesătura spațiului. Măsurați cum s-a modificat rata de expansiune de-a lungul timpului și aflați cum s-a schimbat materialul din spațiu în trecut.
Combinați aceste două informații și modul în care rata de expansiune s-a modificat și ce a fost aceasta vă va permite să determinați din ce este făcut universul și în ce proporții.
Din câte știm, pe baza acestor măsurători, am stabilit că Universul este format din 0,01% radiații, 0,1% neutrini, 4,9% materie obișnuită, 27% materie întunecată, 68% energie întunecată. Această căutare, care pentru unii a început încă din anii 1920, a primit un răspuns neașteptat la sfârșitul anilor 90.
Deci, dacă energia întunecată domină expansiunea universului, ce înseamnă asta pentru destinul nostru? Totul depinde de cum evoluează - sau dacă - energia întunecată în timp. Iată cinci opțiuni.
Energia întunecată este o constantă cosmologică dominantă în expansiune. Aceasta este valoarea implicită și ia în considerare cele mai bune date ale noastre. În timp ce materia devine mai puțin densă pe măsură ce universul se extinde, se diluează pe măsură ce volumul se extinde, energia întunecată reprezintă cantitatea non-zero de energie inerentă țesăturii spațiului în sine. Pe măsură ce universul se extinde, densitatea energiei întunecate rămâne constantă, ceea ce face ca expansiunea să rămână mereu pozitivă.
Aceasta are ca rezultat un univers în expansiune exponențială și va împinge în cele din urmă orice nu face parte din grupul nostru local. Deja 97% din Universul vizibil devine inaccesibil în astfel de condiții.
Energia întunecată este dinamică și devine mai puternică în timp. Energia întunecată pare a fi o nouă formă de energie care este inerentă spațiului în sine, ceea ce presupune că are o densitate energetică constantă. Dar se poate schimba și în timp. Unul dintre modurile posibile de schimbare este acela că acesta crește treptat, ceea ce va duce la o accelerare a vitezei de expansiune a universului.
Obiectele de la distanță nu numai că se vor îndepărta de noi, dar o fac tot mai repede. Mai rău, obiectele care sunt acum legate gravitațional - cum ar fi grupuri de galaxii, galaxii individuale, sisteme solare și chiar atomi - se vor dezlipi într-o zi, pe măsură ce energia întunecată se întărește. În ultimele momente ale existenței universului, particulele subatomice și țesătura spațiului-timp în sine vor fi sfărâmate. Această soartă - Big Rip - este a doua noastră opțiune.
Energia întunecată este dinamică și slăbește în timp. Cum altfel se poate schimba energia întunecată? În loc să se consolideze, poate slăbi. Desigur, rata de expansiune este în concordanță cu o cantitate constantă de energie aparținând spațiului în sine, dar această densitate energetică poate de asemenea să scadă.
Dacă slăbește până la zero, totul va ajunge la una dintre posibilitățile descrise mai sus: Marea îngheț. Universul se va extinde, dar fără suficientă materie și alte forme de energie pentru a-l ajuta să se prăbușească din nou.
Dacă decăderea devine negativă, ar putea duce la o altă posibilitate: Big Shrink. Universul va fi umplut cu energie inerentă spațiului, care va schimba brusc semnele și va face ca spațiul să se contracte. Această opțiune este de asemenea posibilă.
Energia întunecată se va transforma într-o altă formă de energie care întinerește universul. Dacă energia întunecată nu se dezintegrează, dar rămâne constantă sau chiar se intensifică, apare o altă posibilitate. Această energie inerentă țesăturii spațiului poate să nu rămână întotdeauna sub această formă. În schimb, se poate transforma în materie și radiație, similar cu ceea ce a fost când s-a încheiat inflația cosmică și a început Big Bang-ul.
Dacă energia întunecată rămâne constantă până în acest moment, va crea o versiune foarte, foarte rece și difuză a incandescentului Big Bang, în care doar neutrinii și fotonii pot crea singuri. Dar dacă intensitatea energiei întunecate crește, ar putea duce la o stare similară inflației, urmată de un nou Big Bang cu adevărat roșu. Acesta este cel mai simplu mod de a întineri Universul cu parametrii dat.
Energia întunecată este asociată cu energia zero a vidului cuantic și se va descompune, distrugând universul nostru. Aceasta este cea mai distructivă oportunitate dintre toate. Ce se întâmplă dacă energia întunecată nu este adevărata cantitate de spațiu gol în cele mai scăzute configurații de energie, ci este rezultatul simetriilor timpurii din univers, când se aflau într-o configurație minima falsă?
Dacă da, trebuie să existe o modalitate de a crea un tunel cuantic într-o stare energetică mai mică, schimbând legile fizicii și eliminând toate stările legate (adică particule) din câmpurile cuantice de astăzi. Dacă vidul cuantic este instabil în acest sens, atunci oriunde are loc această degradare, rezultatul va fi distrugerea a tot ceea ce există în univers printr-o bulă care se propagă cu viteza luminii. Dacă un astfel de semnal ajunge la noi, și noi vom sfârși.
Deși nu știm care dintre aceste posibilități vor fi valabile pentru Universul nostru, datele sunt doar votate frenetic în favoarea primei opțiuni: energia întunecată este într-adevăr o constantă. Momentan, observațiile noastre despre cum a evoluat universul - în special datorită radiațiilor cosmice de fundal cu microunde și structurii pe scară largă a universului - impun limite severe asupra cât de multă spațiu de schimbare a energiei întunecate.
Ilya Khel
