Skatoties uz mūsu šodienas Visumu, ir ļoti viegli priecāties par redzēto. Zvaigznes mūsu nakts debesīs ir tikai neliela daļa, daži tūkstoši no simtiem miljardu no tā, kas atrodas mūsu Piena ceļā. Pats Piena ceļš ir tikai viens no triljoniem galaktiku, kas atrodas novērojamajā Visumā, kas stiepjas visos virzienos apmēram 46 miljardus gaismas gadu. Un tas viss sākās apmēram pirms 13,8 miljardiem gadu no karsta, blīva, ātra, paplašināšanās stāvokļa, kas pazīstams kā Lielais sprādziens.
Tieši no lielā sprādziena mēs saņemam iespēju aprakstīt savu Visumu kā matērijas un starojuma pilnu un savienot labi zināmos fizikas likumus, kas izskaidro kosmosa mūsdienu formu. Bet Visums turpina paplašināties. Parādās jaunas zvaigznes, attīstās kosmoss. Kā tas beigsies? Jautāsim zinātni.
Kāds ir Visuma gals
Ilgu laiku zinātnieki, kuri pētīja Visuma struktūru un evolūciju, ir apsvēruši trīs iespējas, kuru pamatā ir vienkāršā vispārējās relativitātes fizika un Visuma paplašināšanās konteksts. No vienas puses, gravitācija aktīvi visu savelk kopā; tas ir pievilcīgs spēks, kuru kontrolē matērija un enerģija visās to formās, kas atrodas Visumā. No otras puses, pastāv sākotnējais izplešanās ātrums, kas visu sadala.
Lielais sprādziens bija šāviens, pēc kura sākās visu laiku lielākās sacensības: starp smagumu un Visuma paplašināšanos. Kurš uzvarēs beigās? Atbilde uz šo jautājumu noteiks mūsu pasaules likteni.
Mēs domājām, ka Visumam ir šādas iespējas:
Reklāmas video:
- Visums sabruks lielajā saspiešanā. Izplešanās sāksies ātri, un lieli vielu un starojuma apjomi tiks sadalīti. Ja matērijas un enerģijas ir vairāk nekā pietiekami, Visums paplašināsies līdz noteiktam maksimālajam izmēram, paplašināšanās apvērsīs saraušanos un Visums atkal sabruks.
- Visums paplašināsies uz visiem laikiem un novedīs pie Lielā sasaluma. Viss sāksies tāpat kā iepriekš, bet šoreiz matērijas un enerģijas daudzums nebūs pietiekams, lai pretotos izplešanās procesam. Visums paplašināsies uz visiem laikiem, jo izplešanās ātrums turpina kristies, bet nekad nesasniedz nulli.
- Visuma izplešanās asimptomātiski sliecas uz nulli. Iedomājieties situāciju abos iepriekšminētajos gadījumos. Vēl viens protons - un mēs sabrūk; par vienu mazāk - mēs paplašinām bezgalīgi. Šajā kritiskajā gadījumā Visums izplešas uz visiem laikiem, bet ar iespējami mazāku ātrumu.
Lai uzzinātu, kura opcija ir pareiza, mums vienkārši nācās izmērīt, cik ātri Visums paplašinās un kā laika gaitā mainījās izplešanās ātrums. Pārējais ir fizikas jautājums.
Tas šodien ir bijis viens no lielākajiem izaicinājumiem astrofizikā. Izmēriet ātrumu, ar kādu Visums paplašinājās, un uzziniet, kā šodien mainās kosmosa audums. Izmēriet, kā laika gaitā ir mainījies izplešanās ātrums, un uzziniet, kā kosmosa struktūra ir mainījusies iepriekš.
Apvieno šos divus informācijas veidus un to, kā mainījies izplešanās ātrums un kāds tas bija, ļaus tev noteikt, no kā un kādās proporcijās sastāv Visums.
Cik mēs zinām, pamatojoties uz šiem mērījumiem, mēs noteicām, ka Visumu veido 0,01% starojuma, 0,1% neitrīno, 4,9% parastās vielas, 27% tumšās vielas, 68% tumšās enerģijas. Šie meklējumi, kas dažiem sākās 1920. gados, negaidītu atbildi saņēma 1990. gadu beigās.
Tātad, ja tumšā enerģija dominē Visuma paplašināšanā, ko tas nozīmē mūsu liktenim? Viss atkarīgs no tā, kā - vai ja - laika gaitā attīstīsies tumšā enerģija. Šeit ir piecas iespējas.
Tumšā enerģija ir kosmoloģiska konstante, kas dominē paplašināšanā. Tas ir noklusējums un ņem vērā mūsu labākos datus. Kamēr matērija kļūst mazāk blīva, Visumam paplašinoties, atšķaidoties, paplašinoties tilpumam, tumšā enerģija apzīmē enerģijas daudzumu, kas nav nulle, kas raksturīgs pašas telpas audumam. Paplašinoties Visumam, tumšās enerģijas blīvums paliek nemainīgs, kā dēļ izplešanās vienmēr paliek pozitīva.
Tā rezultātā eksponenciāli paplašinās Visums, un tas galu galā atstās visu, kas nav mūsu vietējās grupas sastāvdaļa. Jau 97% no redzamā Visuma šādos apstākļos kļūst nepieejami.
Tumšā enerģija ir dinamiska un laika gaitā kļūst jaudīgāka. Šķiet, ka tumšā enerģija ir jauns enerģijas veids, kas raksturīgs pašai kosmosam, kas nozīmē, ka tai ir nemainīgs enerģijas blīvums. Bet tas arī laika gaitā var mainīties. Viens no iespējamiem izmaiņu veidiem ir tas, ka tas pakāpeniski palielinās, kas novedīs pie Visuma paplašināšanās ātruma paātrināšanās.
Attālie objekti ne tikai attālināsies no mums, bet arī darīs to ātrāk un ātrāk. Sliktākais ir tas, ka objekti, kas tagad ir saistīti ar gravitācijas spēku, piemēram, galaktiku kopas, atsevišķas galaktikas, Saules sistēmas un pat atomi, kādu dienu atdalīsies, kad tumšā enerģija sacietēs. Pēdējos Visuma pastāvēšanas brīžos subatomiskās daļiņas un pats telpas-laika audums tiks saplēsti. Šis liktenis - lielais kraķis - ir mūsu otrais risinājums.
Tumšā enerģija ir dinamiska un laika gaitā vājina. Kā vēl var mainīties tumšā enerģija? Tā vietā, lai stiprinātu, tas var vājināties. Protams, izplešanās ātrums atbilst nemainīgam enerģijas daudzumam, kas pieder pašai kosmosam, taču arī šis enerģijas blīvums var samazināties.
Ja tas vājinās līdz nullei, viss nonāks vienā no iepriekš aprakstītajām iespējām: Lielajā sasalumā. Visums paplašināsies, bet bez pietiekami daudz matērijas un citu enerģijas veidu, lai palīdzētu tam atkal sabrukt.
Ja sabrukšana kļūst negatīva, tas var radīt citu iespēju: lielo saraušanos. Visumu piepildīs ar kosmosam raksturīgo enerģiju, kas pēkšņi mainīs zīmes un izraisīs telpas saraušanos. Šī iespēja ir arī iespējama.
Tumšā enerģija pārveidosies citā enerģijas veidā, kas atjauno Visumu. Ja tumšā enerģija nesadalās, bet paliek nemainīga vai pat pastiprinās, rodas cita iespēja. Šī kosmosa struktūrai raksturīgā enerģija ne vienmēr var palikt šādā formā. Tā vietā tas var pārvērsties matērijā un radiācijā, līdzīgi kā tas bija, kad beidzās kosmiskā inflācija un sākās Lielais sprādziens.
Ja tumšā enerģija paliek nemainīga līdz šim brīdim, tā radīs ļoti, ļoti aukstu un izkliedētu kvēlojošā Lielā sprādziena versiju, kurā sevi izveidot var tikai neitrīni un fotoni. Bet, ja tumšās enerģijas intensitāte palielinās, tas var izraisīt inflācijai līdzīgu stāvokli, kam seko jauns, patiesi karsts Lielais sprādziens. Tas ir vieglākais veids, kā atjaunot Visumu ar dotajiem parametriem.
Tumšā enerģija ir saistīta ar kvantu vakuuma nulles enerģiju un sabruks, iznīcinot mūsu Visumu. Šī ir vissagraujošākā iespēja no visām. Ko darīt, ja tumšā enerģija nav patiesais tukšās vietas daudzums zemākās enerģijas konfigurācijās, bet gan simetrijas rezultāts agrīnajā Visumā, kad tās bija konfigurācijā ar viltus minimumu?
Ja tā, tad ir jābūt veidam, kā izveidot kvantu tuneli zemākas enerģijas stāvoklī, mainot fizikas likumus un novēršot visus šodien saistītos kvantu lauku stāvokļus (t.i., daļiņas). Ja kvantu vakuums šajā ziņā ir nestabils, tad visur, kur notiek šī sabrukšana, rezultāts būs visa Visuma iznīcināšana caur burbuli, kas izplatās ar gaismas ātrumu. Ja šāds signāls sasniegs mūs, arī mēs izbeigsim.
Lai gan mēs nezinām, kura no šīm iespējām attieksies uz mūsu Visumu, dati vienkārši izmisīgi balso par labu pirmajam variantam: tumšā enerģija patiešām ir konstante. Šobrīd mūsu novērojumi par Visuma attīstību - īpaši pateicoties kosmiskajam mikroviļņu fona starojumam un Visuma plaša mēroga struktūrai - uzliek nopietnas robežas tam, cik daudz vietas var mainīties tumšajā enerģijā.
Iļja Khel