Există ceva extrem de similar în originea universului nostru, numită inflație cosmică, și în expansiunea accelerată a energiei întunecate, care va decide în cele din urmă soarta sa. Acest lucru ridică suspiciuni că aceste fenomene pot fi corelate. În această săptămână, Andrew Gillett își punea întrebările: dacă teoria inflației eterne este adevărată, atunci energia întunecată ar putea fi un vestitor al revenirii la această stare primordială?
Nu este doar posibil. Acest lucru nu necesită nici măcar teoria să fie corectă. Să începem conversația cu etapa premergătoare nașterii Universului în forma în care ne este cunoscut - cu inflația cosmică.
Când Universul pe care îl cunoaștem, plin de materie și radiații, s-a născut, avea mai multe proprietăți destul de ciudate: spațial era plat, avea aceeași temperatură peste tot, nu avea resturi de energie superioară și avea modele foarte ciudate sub formă de regiuni cu exces și densitate redusă. Este posibil ca Universul să se fi născut deja cu aceste condiții. Teoria inflației cosmice este următoarea: dacă universul a început cu o perioadă de expansiune exponențială, în care a existat o cantitate uriașă de energie inerentă spațiului, iar apoi această perioadă s-a încheiat, atunci un Big Bang fierbinte s-ar fi produs deja în prezența tuturor acestor condiții. A durat ceva timp să înțelegem implicațiile și a durat și mai multpentru a confirma teoria cu date despre fluctuațiile fundalului cosmic cu microunde. Dar acum inflația cosmică este considerată prima și cea mai importantă dintre toate cele din istoria Universului, pe care o putem confirma cu dovezi.
Inflația perpetuă este o consecință a inflației bazate pe proprietăți la care rareori ne gândim. De obicei, atunci când există o tranziție în natură, să zicem, o oală cu apă clocotită, apa în care trece de la un lichid la o stare gazoasă, acest proces de tranziție începe în diferite puncte. Aceste puncte se extind și se îmbină, creând bule mari până când ajung la suprafață. Când vorbim despre apă, spunem că fierbe. În timpul procesului de fierbere, bule mici se ridică și se îmbină în bule mai mari până când ies la suprafață. Dar există o problemă cu inflația. Zonele în care inflația nu se termină într-un anumit moment continuă să se extindă exponențial și acest lucru nu permite acelor zone în care s-a încheiat să „fiarbă”. Prin urmare, Universul pe care îl observăm trebuie să fie complet într-o singură bulă,unde inflația s-a încheiat și nu în numeroase bule care fierb împreună.
Dar, la capătul îndepărtat al acestui spectru, vedem faptul că expansiunea universului nostru se pare că se accelerează. Cea mai bună explicație pentru acest lucru, bazată pe măsurătorile noastre cele mai exacte, este că există o mică componentă a energiei inerente spațiului, pe care o numim energie întunecată. Această componentă energetică este omniprezentă și este prezentă în mod uniform în toate punctele spațiului. Și este extrem de mic. Dacă îl convertim în masă conform formulei lui Einstein E = mc2, acesta va fi egal cu doar un proton pe metru cub al Universului. Dar spațiul nu este doar imens, ci se extinde și! Pe măsură ce timpul trece, această energie întunecată devine din ce în ce mai importantă. În timp, după aproximativ opt miliarde de ani, accelerează expansiunea universului și apoi devine componenta dominantă a energiei în univers.
Aceste două perioade de inflație și expansiune accelerată într-o etapă ulterioară pot părea foarte diferite. Diferența pe aceste scale de energie este pur și simplu colosală, este de la 10 la 120 de putere! Dar ambele perioade reprezintă energie inerentă spațiului, ambele fac ca materia universului să se extindă exponențial. Și în prezența timpului (fracțiuni de secunde pentru inflație și un trilion de ani pentru materia întunecată), vor lua tot ceea ce nu este conectat într-o singură structură din Univers și îl vor răspândi. Există multe astfel de modele, iar la baza lor toate combină inflația și energia întunecată.
Deci, care sunt șansele ca universul să înceapă să-și recicleze formarea? Sunt mari
Video promotional:
1. Dacă energia întunecată este într-adevăr o constantă cosmologică, ar putea fi energie reziduală din perioada inflaționistă când a început totul. Dacă da, există motive să spunem că, în prezența timpului, acesta poate slăbi și mai mult, trecând la o stare energetică nouă, mult mai mică. Poate că o astfel de tranziție va da un impuls apariției unui număr mare de particule de masă extrem de scăzută, cum ar fi neutrini, axioni sau ceva chiar mai exotic. Aceste particule, la rândul lor, vor combina și vor crea proprii analogi de stele, planete și, poate, omenirea pe o scară de timp suficient de lungă. Dacă nu putem vedea acest proces, acest lucru nu înseamnă deloc că este imposibil. Poate că aceasta este soarta care așteaptă Universul nostru în viitorul foarte, foarte îndepărtat, chiar dacă va fi nevoie de ani de zile.
2. Energia întunecată poate să nu fie o constantă cosmologică, dar în timp poate crește. Dacă este așa, înseamnă că va crește și va crește, ceea ce poate duce la scenariul „sfâșierii mari”, când în timp toate structurile conectate din Univers se vor rupe. Dar într-un astfel de scenariu, dezvoltat de Eric Gawiser, există posibilitatea ca, în ultimul moment, chiar înainte ca spațiul să se prăbușească și să dispară în uitare, energia inerentă a spațiului, care nu se distinge de scenariile inflaționiste, va face trecerea la Big Bang! Un astfel de scenariu al unui „Univers reînviat” nu numai că se poate împlini în viitorul nostru îndepărtat. În el, Universul nostru poate fi mult mai vechi decât pare. Este posibil să fie infinit de vechi.
Ei bine, acum dovezile pe care le avem indică faptul că energia întunecată este într-adevăr o constantă cosmologică. Aceasta înseamnă că scenariul numărul 2 este exclus. Dacă nu există o stare de energie mai mică pentru tranziție, atunci opțiunea nr. 1 poate fi, de asemenea, exclusă. Dar acum nu avem suficiente date pentru a respinge nici măcar una dintre ele. Dacă aș avea șansa să plasez pariuri, aș spune că este mai probabil o variantă cu o stare de energie mai mică. Dar ideea că energia întunecată este într-adevăr constantă și există pentru totdeauna este mai bine susținută de datele disponibile. Până nu știm sigur, ar fi bine să nu excludem orice opțiuni posibile. Sonda spațială Euclid, telescopul WFIRST de unghi larg cu infraroșu de inspecție al NASA și, în cele din urmăTelescopul de cercetare sinoptic LSST ne va ajuta să măsurăm energia întunecată și mai exact, iar acest lucru va furniza noi dovezi care să susțină fie prima, fie a doua teorie. Și noi descoperiri în fizica teoretică a energiei ridicate ne pot spune mai multe despre primul concept. Oricum, Andrew, răspunsul la întrebarea ta este următorul: energia întunecată poate anunța o revenire la Big Bang-ul fierbinte dintr-un stat inflaționist, dar nu depinde de natura eternă a inflației.dar nu depinde de natura eternă a inflației.dar nu depinde de natura eternă a inflației.
Ethan Siegel
