Vesmír by sa mohol čoskoro začať „pozoruhodne“ zmenšovať, tvrdia vedci

Umelcov dojem raného formovania hviezd, niekoľko miliónov rokov po Veľkom tresku. (NASA)

Po takmer 13,8 miliardách rokov nepretržitej expanzie by sa vesmír mohol čoskoro zastaviť a potom sa pomaly začať zmenšovať, uvádza nový výskum publikovaný v časopise Zborník Národnej akadémie vied navrhuje.

V novom článku sa traja vedci pokúšajú modelovať povahu temná energia – záhadná sila, ktorá podľa všetkého spôsobuje, že sa vesmír rozpína ​​stále rýchlejšie – na základe predchádzajúcich pozorovaní kozmickej expanzie.

V tímovom modeli temná energia nie je stála sila prírody, ale entita nazývaná kvintesencia, ktorá sa môže časom rozpadnúť.



Vedci zistili, že aj keď sa expanzia vesmíru zrýchľuje už miliardy rokov, odpudivá sila temnej energie môže slabnúť.

Podľa ich modelu by zrýchľovanie vesmíru mohlo rýchlo skončiť v priebehu nasledujúcich 65 miliónov rokov – potom by sa do 100 miliónov rokov mohol vesmír úplne zastaviť a namiesto toho by mohol vstúpiť do éry pomalého kontrakcie, ktorá skončí miliardy rokov od teraz so smrťou – alebo možno znovuzrodením – času a priestoru.

A to všetko sa môže stať „pozoruhodne“ rýchlo, povedal spoluautor štúdie Paul Steinhardt, riaditeľ Princetonského centra pre teoretické vedy na Princetonskej univerzite v New Jersey.

„Vraciame sa v čase o 65 miliónov rokov späť Chicxulubský asteroid zasiahol Zem a zlikvidoval dinosaurov “ povedal Steinhardt pre Live Science. 'V kozmickom meradle je 65 miliónov rokov pozoruhodne málo.'

O tomto nič teória je kontroverzný alebo nepravdepodobný, povedal Gary Hinshaw, profesor fyziky a astronómie na University of British Columbia, ktorý sa na štúdii nezúčastnil, pre Live Science.

Avšak, pretože model závisí len od minulých pozorovaní expanzie - a pretože súčasná povaha temnej energie vo vesmíre je taká záhada - predpovede v tomto článku nie je v súčasnosti možné otestovať. Zatiaľ môžu zostať len teóriami.

Energia prázdnoty

Od 90. rokov minulého storočia vedci pochopili, že expanzia vesmíru sa zrýchľuje; priestor medzi galaxiami sa teraz rozširuje rýchlejšie ako pred miliardami rokov.

Vedci pomenovali záhadný zdroj tohto zrýchlenia temnou energiou – neviditeľnou entitou, ktorá pôsobí protichodne gravitácia , čím sa najmasívnejšie objekty vesmíru od seba odďaľujú, namiesto toho, aby ich spájali.

Aj keď temná energia tvorí približne 70 percent celkovej masovej energie vesmíru, jej vlastnosti zostávajú úplným tajomstvom.

Populárna teória, ktorú predstavil Albert Einstein , je, že temná energia je a kozmologická konštanta – nemenná forma energie, ktorá je votkaná do tkaniva vesmírny čas . Ak je to tak a sila, ktorou pôsobí temná energia, sa nikdy nemôže zmeniť, potom by mal vesmír pokračovať v expanzii (a zrýchľovaní) navždy.

Konkurenčná teória však naznačuje, že temná energia nemusí byť konštantná, aby sa zhodovala s pozorovaniami minulej kozmickej expanzie.

Tmavá energia môže byť skôr niečo, čo sa nazýva kvintesencia – dynamické pole, ktoré sa časom mení. (Steinhardt bol jedným z troch vedcov, ktorí túto myšlienku predstavili v článku z roku 1998 v časopise Fyzické prehľadové listy .)

Na rozdiel od kozmologickej konštanty môže byť kvintesencia buď odpudivá alebo atraktívna, v závislosti od pomeru jej kinetickej a potenciálnej energie v danom čase. Za posledných 14 miliárd rokov bola kvintesencia odpudzujúca.

Väčšinu tohto obdobia to však v porovnaní so žiarením a hmotou prispelo k expanzii vesmíru nevýznamne. To sa zmenilo asi pred piatimi miliardami rokov, keď sa dominantnou zložkou stala kvintesencia a jej gravitačný odpudzovací efekt spôsobil zrýchlenie rozpínania vesmíru.

'Otázka, ktorú kladieme v tomto dokumente, je: 'Musí toto zrýchlenie trvať večne?'' povedal Steinhardt. 'A ak nie, aké sú alternatívy a ako skoro by sa to mohlo zmeniť?'

Smrť temnej energie

Steinhardt a jeho kolegovia Anna Ijjas z New York University a Cosmin Andrei z Princetonu vo svojej štúdii predpovedali, ako by sa vlastnosti kvintesencie mohli zmeniť v priebehu nasledujúcich niekoľkých miliárd rokov.

Na tento účel tím vytvoril fyzikálny model kvintesencie, ktorý ukazuje jej odpudzujúcu a príťažlivú silu v priebehu času, aby zodpovedal predchádzajúcim pozorovaniam expanzie vesmíru. Keď tímový model dokázal spoľahlivo reprodukovať históriu expanzie vesmíru, rozšírili svoje predpovede do budúcnosti.

'Na ich prekvapenie sa temná energia v ich modeli môže časom rozpadnúť,' povedal Hinshaw. „Jeho sila môže slabnúť. A ak to urobí určitým spôsobom, potom nakoniec antigravitačná vlastnosť temnej energie zmizne a prejde späť na niečo, čo je skôr obyčajná hmota.“

Podľa modelu tímu by sa odpudivá sila temnej energie mohla nachádzať uprostred rýchleho poklesu, ktorý potenciálne začal pred miliardami rokov.

V tomto scenári sa zrýchlená expanzia vesmíru už dnes spomaľuje. Čoskoro, možno do 65 miliónov rokov, by sa toto zrýchľovanie mohlo úplne zastaviť – potom, už za 100 miliónov rokov, by sa temná energia mohla stať príťažlivou a spôsobiť, že sa celý vesmír začne zmršťovať.

Inými slovami, po takmer 14 miliardách rokov rastu by sa vesmír mohol začať zmenšovať.

'Išlo by o veľmi špeciálny druh kontrakcie, ktorú nazývame pomalá kontrakcia,' povedal Steinhardt. 'Namiesto rozširovania sa priestor zmršťuje veľmi, veľmi pomaly.'

Spočiatku by kontrakcia vesmíru bola taká pomalá, že by hypotetickí ľudia ešte žili Zem by si ani nevšimol zmenu, povedal Steinhardt. Podľa modelu tímu by vesmír potreboval niekoľko miliárd rokov pomalého sťahovania, kým by dosiahol približne polovičnú veľkosť, akú má dnes.

Koniec Vesmíru?

Odtiaľ sa môže stať jedna z dvoch vecí, povedal Steinhardt. Buď sa vesmír zmršťuje, až kým sa nezrúti sám do seba vo veľkom „krípnutí“, čím sa skončí časopriestor, ako ho poznáme – alebo sa vesmír stiahne len natoľko, aby sa vrátil do stavu podobného pôvodným podmienkam, a ďalší Veľký tresk – alebo veľký „odskok“ – nastane, čím sa z popola toho starého vytvorí nový vesmír.

V tomto druhom scenári (ktorý Steinhardt a ďalší kolega opísali v článku z roku 2019 v časopise Písmená z fyziky B ), Vesmír sa riadi cyklickým vzorom expanzie a kontrakcie, chrumkania a poskakovania, ktoré sa neustále rúca a pretvára.

Ak je to pravda, potom náš súčasný vesmír nemusí byť prvým alebo jediným vesmírom, ale len posledným z nekonečnej série vesmírov, ktoré sa rozšírili a zmrštili pred tým naším, povedal Steinhardt. A to všetko závisí od premenlivej povahy temnej energie.

Nakoľko je toto všetko možné? Hinshaw povedal, že interpretácia kvintesencie v novom dokumente je „dokonale rozumný predpoklad toho, čo je temná energia“.

Pretože všetky naše pozorovania kozmickej expanzie pochádzajú z objektov, ktoré sú od Zeme vzdialené milióny až miliardy svetelných rokov, súčasné údaje môžu vedcov informovať iba o minulosti vesmíru, nie o jeho prítomnosti alebo budúcnosti, dodal.

Vesmír by sa teda mohol celkom dobre rútiť do krízy a my by sme to nemali ako vedieť, kým dlho po začatí fázy kontrakcie.

'Myslím si, že sa to skutočne scvrkáva na to, ako presvedčivú považujete túto teóriu za presvedčivú, a čo je dôležitejšie, do akej miery ju považujete za testovateľnú?' dodal Hinshaw.

Bohužiaľ, neexistuje dobrý spôsob, ako otestovať, či je kvintesencia skutočná, alebo či sa vesmírna expanzia začala spomaľovať, priznal Steinhardt. Zatiaľ ide len o to, aby sa teória spojila s predchádzajúcimi pozorovaniami – a autori to vo svojom novom článku dokážu.

Či už náš vesmír čaká budúcnosť nekonečného rastu alebo rýchleho úpadku čas povie.

Tento článok pôvodne publikoval Živá veda . Čítať pôvodný článok tu .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.