Összeomlik-e az univerzum egy nap?

A 20. század egyik legfontosabb eredménye:annak pontos meghatározása, hogy mekkora, hatalmas és hatalmas univerzumunk. Körülbelül két billió galaxissal, amelyek 46 milliárd fényév sugarú körben vannak, megfigyelhető világegyetemünk lehetővé teszi számunkra, hogy rekonstruáljuk kozmoszunk teljes történetét, egészen a Nagyrobbanásig, és talán még egy kicsit korábban is. De mi lesz a jövővel? Mi lesz az univerzum? Lesz?

Az univerzum tágulási sebessége egy bizonyos értékena pillanat csak két tényezőtől függ: a tér-időben meglévő teljes energia-sűrűségtől és a térbeli görbület mennyiségétől. Ha megértjük a gravitációs törvényeket és az, hogy az energia milyen típusú fejlődik az idő múlásával, akkor visszaállíthatunk mindent, ami a múlt bizonyos pontján történt. Megvizsgálhatunk különféle távoli tárgyakat is, különböző távolságokon, és megmérhetjük, hogy a tér milyen mértékben nyújtódik a fénynek a tér tágulása miatt. Minden galaxis, szupernóva, molekuláris gázfelhő stb. - minden, ami elnyeli vagy kibocsátja a fényt - elmondja a kozmikus történetet, hogy a tér kiterjedése miként terjesztette a fény megszületésének pillanatától a pillanatig, amikor megfigyeltük.

Számos független megfigyelés alapján le tudtuk következtetni, hogy az Világegyetem közvetlenül áll. Három nagy, független megfigyelési láncot készítettünk:

• A kozmikus mikrohullámú háttérben vannak olyan hőmérsékleti ingadozások, amelyek információt kódolnak az univerzum görbületéről, a normál anyagról, a sötét anyagról, a neutrinókról és a teljes sűrűségről.
• Összefüggések a legnagyobb galaxisok közötta skálák - úgynevezett baryonic akusztikus rezgések - nagyon szigorú méréseket adnak az anyag teljes sűrűségére, a normál anyag és a sötét anyag arányára, valamint arra, hogyan változott az expanzió mértéke az idő múlásával.
• És a legtávolabbi, világító standard gyertyák az univerzumban, az Ia típusú szupernóvák, beszámolnak a tágulási sebességről és a sötét energiáról, arról, hogy változtak az idő múlásával.

Ezek a bizonyítási láncok együttesen következetes képet adnak a világegyetemről. Megmondják nekünk, mi van a modern világegyetemben, és olyan kozmológiát adnak nekünk, amelyben:

• Az univerzum energia 4,9% -át normál anyag képviseli (protonok, neutronok és elektronok);
• Az univerzum energiájának 0,1% -a hatalmas neutrinók formájában létezik (amelyek a közelmúltban anyagként viselkednek, és a korai időkben sugárzásként viselkedtek);
• Az univerzum energiájának 0,01% -a sugárzás (pl. Fotonok) formájában létezik;
• Az univerzum energiájának 27% -a sötét anyag formájában létezik;
• Az energia 68% -a magában a térben rejlik: a sötét energia.

Mindez egy sima univerzumot ad nekünk (görbülettel0%), egy topológiás hibák nélküli mágnes (mágneses monopólusok, kozmikus húrok, doménfalak vagy űrtekstúrák);

Az általános relativitáselméleti egyenletek nagyon hasonlóakebben az értelemben determinisztikus: ha tudjuk, miből áll az univerzum a mai nap és a gravitációs törvények, akkor biztosan tudjuk, mennyire fontosak voltak az egyes elemek a múlt minden egyes időszakában. Eleinte a sugárzás és a neutrinosok domináltak. Több milliárd év alatt a legfontosabb alkotóelemek a sötét anyag és a normál anyag. Az elmúlt néhány milliárd év alatt - és ez az idő múlásával egyre romlik - a sötét energia vált az uralkodó tényezővé az univerzum terjeszkedésében. Ez felgyorsítja az univerzumot, és attól a pillanattól kezdve sokan nem értik meg, mi történik.

Két szempontot mérhetünk, amikoraz univerzum tágulásáról beszélünk: a tágulás sebességéről és arról, hogy az egyes galaxisok miként néznek szembe a perspektívaval. Össze vannak kapcsolva, de különböznek egymástól. A tágulási sebesség egyrészt azt jelzi, hogy a tér szövedéke miként nyúlik meg az idő múlásával. Mindig a távolság egységsebességként definiálják, általában másodpercenként (sebesség) per megaparsec (távolság), ahol a megaparsec körülbelül 3,26 millió fényév.

Ha nem volt sötét energia, akkor a sebességa tágulás az idő múlásával csökken, megközelítve a nullát, mivel az anyag és a sugárzás sűrűsége nullára csökken, amikor a térfogat bővül. De a sötét energiával ez a tágulási sebesség továbbra is a sötét energia sűrűségétől függ. Ha például a sötét energia kozmológiai állandó lenne, akkor a tágulási sebesség állandó értékkel egyenlő lesz. De ugyanakkor felgyorsulnának a tőlünk távolodó galaxisok is.

Képzelje el egy bizonyos tágulási sebességétértékek: 50 km / s / Mpc. Ha a galaxis 20 Mpc-re helyezkedik el tőlünk, akkor láthatóan 1000 km / s sebességgel távozik tőlünk. De adj neki időt, és ahogy az űrszövetek bővülnek, ez a galaxis végül is távolabb lesz tőlünk. Idővel kétszer olyan messze lesz: 40 Mpc, és az eltávolítási sebesség 2000 km / s lesz. Egy másik idő telik el, és tízszer tovább lesz: 200 Mpc, és eltávolítási sebessége 10 000 km / s. Az idő múlásával 6000 Mpc távolságra távolul el tőlünk, és 300 000 km / s sebességgel elmozdul, ami gyorsabb, mint a fénysebesség. Minél tovább megy, annál gyorsabban hagy el minket a galaxis. Ez az oka annak, hogy az Univerzum „felgyorsul”: a terjeszkedés üteme csökken, de az egyes galaxisok recessziójának sebessége csak tőlünk növekszik.

Mindez összhangban van a legjobb méréseinkkel: A sötét energia egy állandó energia sűrűség, amely magában rejti a világot. Ahogy a tér elnyúlik, a sötét energia sűrűsége állandó marad, és az Univerzum a „Nagy Fagyasztással” ér véget, amikor minden, ami nincs összekapcsolva a gravitációval (mint például a helyi csoport, a galaxis, a Naprendszer), eltérni és eltérni fog. Ha a sötét energia valóban kozmológiai állandó, akkor ez a terjeszkedés határozatlan ideig folytatódik, amíg az Univerzum hideg és üres lesz.

De ha a sötét energia dinamikus - mi lehetségeselméletileg, de megfigyelő bizonyítékok nélkül marad - minden nagy kompresszióval vagy nagy töréssel végződik. Nagy kompresszióban a sötét energia gyengül, és fokozatosan megfordítja az univerzum tágulási folyamatát, hogy összehúzódjon. Egy ciklikus univerzum is felmerülhet, ahol a „összehúzódás” új Big Bang-ot eredményez. Ha a sötét energiát erősítjük, újabb sors vár ránk, amikor a kapcsolódó struktúrákat széthúzza a fokozatosan növekvő tágulási sebesség. Ma azonban mindaz azt jelzi, hogy a nagy fagyasztás vár ránk, amikor az Univerzum örökre kibővül.

A jövőbeli obszervatóriumok fő tudományos célja, mint például:Az Euclid ESA vagy a NASA WFIRST magában foglalja annak mérését, hogy a sötét energia kozmológiai állandó-e. Bár a vezető elmélet az állandó sötét energia mellett szól, fontos megérteni, hogy vannak olyan lehetőségek, amelyeket a mérések és a megfigyelések nem zárnak ki. Durván szólva, az Univerzum továbbra is összeomlik, és ez nem zárható ki. További adatokra van szükség.