Existuje niekoľko otázok, ktoré nás držia hore v noci, a týkajú sa konečného osudu celého vesmíru. Hviezdy sa rozsvietia, sú nahradené novými, tiež vyhoria a všetko sa opakuje, kým sa vo vesmíre nedojde palivo. Galaxie sa spoja a vypudia hmota a priestor medzi skupinami a zhluky galaxií sa bude navždy rozširovať. Temná energia spôsobuje, že táto expanzia je nielen neúprosná, ale tiež sa zrýchľuje. Bude to však koniec? Mohla by táto „veľká medzera“(keď všetko skončí v nekonečne vzdialenej vzdialenosti od seba) viesť k novému „veľkému tresku“? Keď sa vesmír rozširuje dostatočne rýchlo, aby sa roztrhli atómy a oddelili od nich kvarky … Vznikne kvark-gluónová polievka?
V stávke je osud vesmíru, nech sa dá povedať čokoľvek.
Čo je na konci vesmíru?
Ak sa pozriete na vzdialenú náhodnú galaxiu vo vesmíre, je veľká pravdepodobnosť, že uvidíte, že jej žiara je červenšia než hviezda, ktorá žiari v našej galaxii. V 20. rokoch 20. storočia vedci zistili, že tento model pretrváva ako celok: čím ďalej je galaxia od vás, tým červenšie je jej svetlo. V kontexte všeobecnej relativity sa rýchlo ukázalo, že to bolo spôsobené expanziou štruktúry priestoru samotného v priebehu času.
Ďalším krokom bolo kvantifikovať, ako rýchlo sa vesmír rozširoval a ako sa táto rýchlosť v priebehu času menila. Z teoretického hľadiska to bolo dôležité z toho dôvodu, že história expanzie vesmíru určovala, čo v ňom bolo. Ak chcete vedieť, z čoho je váš vesmír vyrobený, na jeho najväčších mierkach vám pomôže meranie toho, ako sa vesmír rozšíril v kozmickom čase.
Ak je váš vesmír naplnený hmotou, očakávali by ste, že miera expanzie klesne úmerne tomu, koľko hmoty je zriedené. Ak je naplnená žiarením, miera expanzie klesne ešte viac, pretože žiarenie samotné je redshifted a stráca ďalšiu energiu. Vesmír s priestorovým zakrivením, kozmickými reťazcami alebo energiou obsiahnutou v samotnom priestore sa bude stále vyvíjať iným spôsobom, v závislosti od pomerov všetkých energetických zložiek.
Propagačné video:
Na základe celého súboru meraní, ktoré sme boli schopní urobiť, vrátane premenlivých hviezd, galaxií rôznych typov a vlastností a typu Ia supernov, ako aj kozmického mikrovlnného pozadia a zhlukov a korelácií galaxií, sme boli schopní presne určiť, z čoho je vesmír vyrobený. Pozostáva najmä z:
- 68% z temnej energie;
- 27% tmavej hmoty;
- 4,9% z bežnej hmoty;
- 0,09% neutrína;
- Žiarenie 0,01%.
Plus alebo mínus úprava o niekoľko desatín percenta v každom prípade.
Náš Vesmír, ktorému dominuje temná energia, je zvlášť zaujímavý, pretože táto zložka vo Vesmíre neexistovala, nehovoriac o jej prevahe. A predsa sme tu, 13,8 miliárd rokov po Veľkom tresku, žijeme vo vesmíre, v ktorom temná energia poháňa rozširovanie vesmíru.
Okolo temnej energie je toľko otázok. Aká je jeho povaha? Odkiaľ to pochádza? Je to konštantné alebo sa mení v priebehu času? Neexistujú žiadne definitívne odpovede, ale všetko naznačuje, že temná energia je kozmologická konštanta. Inými slovami, správa sa ako nová forma energie obsiahnutá v samotnom priestore. Ako sa vesmír rozširuje, vytvára nový priestor, ktorý obsahuje rovnaké jednotné množstvo temnej energie.
Toto je zatiaľ náš najlepší pohľad. Z teoretického hľadiska existuje niekoľko známych spôsobov, ako vytvoriť kozmologickú konštantu, a preto toto vysvetlenie - pokiaľ s tým údaje súhlasia - zostane preferovaným. Neexistuje však dôvod, prečo by temná energia nemohla byť zložitejšia.
Môže to byť niečo, čo v priebehu času narúša, stáva sa čoraz menej hustým, hoci trochu. Mohlo by to byť niečo, čo sa zmení vo vzdialenej budúcnosti a vedie k opätovnému vytvoreniu Vesmíru vo veľkom stlačení. Môže to byť tiež niečo, čo sa časom stáva silnejším, čím sa časom zrýchľuje a rozširuje vesmír. Je to táto variácia, ktorá vedie k scéne Big Rip.
Keď hovoríme o akejkoľvek zložke energie vo vesmíre, hovoríme o jej rovnici stavu, ktorá popisuje, ako sa časom vo vesmíre vyvíja. Astrofyzici na to používajú parameter w, kde w = 0 zodpovedá látke, w = 1/3 zodpovedá žiareniu, w = -1 zodpovedá kozmologickej konštante.
Zdá sa, že temná energia má w = -1, ale toto nie je presné. Napríklad nová práca zo spolupráce Subaru Hyper Suprime-Cam pridala nové obmedzenia do temnej energetickej rovnice štátu. Zatiaľ čo temná energia zodpovedá w = -1 celkom presvedčivo, existujú aj špekulácie, že by mohla byť ešte negatívnejšia. Ak je to skutočne tak - ak sa ukáže, že w <-1 a nerovná sa -1 -, potom je Big Rip nevyhnutný.
Ak bude Big Rip hroziť, nielen rozširujúci sa vesmír, ale aj vzdialené objekty sa od nás zrýchlia rýchlejšie a rýchlejšie v priebehu času (kvôli temnej energii). Ale predmety, ktoré drží spolu nejaká fundamentálna sila, sa nakoniec roztrhnú zvyšujúcou sa silou temnej energie.
O mnoho miliárd rokov v budúcnosti naša miestna skupina uvidí, ako sa hviezdy na okraji vrhnú do vesmíru, pretože budú gravitačne zviazané z našej budúcej vzdialenej galaxie: Milkomed. Postupom času bude viac a viac hviezd vyhodených von, až kým sa štruktúry, ktoré známe ako galaxie, zrútia a stanú sa zbierkou miliárd nesúvisiacich hviezd a hviezdnych mŕtvol.
Postupom času budú planéty vyhodené zo svojich slnečných systémov, pretože sa zintenzívni temná energia a potom aj samotné planéty budú roztrhané. Vo veľmi posledných chvíľach budú objekty držané atómovými a molekulárnymi silami roztrhané, elektróny budú roztrhané z atómov, atómové jadrá sa rozpadnú a dokonca aj samotné kvarky budú oddelené. A potom prasknú.
Čakáme na nový Veľký tresk?
Ak je Big Rip správnym modelom rozvoja vesmíru, všetko vo vesmíre sa zredukuje na najzákladnejšie komponenty, v niektorých ohľadoch silne korešpondujúce s prvými fázami Veľkého tresku.
Avšak táto kvark-gluónová plazma sa bude líšiť od toho, čo bolo počas Veľkého tresku. Po prvé, Veľký tresk je horúci a hustý a Big Rip bude extrémne chladný a rozptýlený. Po druhé, Veľký tresk je charakterizovaný skutočnosťou, že všetka hmota a energia vo vesmíre sú stlačené do malého objemu priestoru, ale vo Veľkom raji budú rozptýlené po bilióny svetelných rokov. Okrem toho Veľký tresk predstavuje stav relatívne nízkej entropie, ale v prípade Veľkého tresku bude entropia 10 (do sily 35) krát viac ako vo Veľkom tresku.
Ale je tu nádej.
Možno, že temná energia, ktorá povedie k Veľkému roztrhnutiu, môže reštartovať vesmír. Ak sa sila temnej energie zvýši, táto temná energia je inherentná štruktúre samotného vesmíru, čo znamená, že môže byť úplne analogická ranému obdobiu v histórii nášho vesmíru, keď sa priestor rozširoval obrovskou rýchlosťou: kozmickou infláciou. Inflácia eliminuje všetku už existujúcu hmotu a energiu vo vesmíre a zanecháva za sebou len štruktúru vesmíru. Po období inflácie sa energia nejakým spôsobom premení na častice, antičastice a žiarenie, ktoré vedie k Veľkému tresku. Tento scenár bol zvažovaný predtým a je známy ako omladený vesmír.
Ak je Big Rip skutočným scenárom konca vesmíru, jednoducho odtrhne všetku hmotu od seba a vesmír bude veľmi prázdny, ale s obrovským množstvom energie, ktoré je vlastné samotnému vesmíru. Ak je energia veľmi veľká, je možné, že samotná štruktúra priestoru praskne - je to však úplne iný scenár.
Ilja Khel