Может ли большой разрыв привести к большому взрыву?
Наша Вселенная, подавленная темной энергией, привлекла внимание многих из нас, поскольку это был элемент Вселенной, который не должен был существовать, а тем более доминировать. И вот мы здесь, спустя 13,8 миллиарда лет после Большого Взрыва, живем во Вселенной, где темная энергия доминирует над расширением Вселенной.
В физической космологии большой разрыв – это гипотетическая модель, связанная с судьбой Вселенной, в которой материя Вселенной, от звезд и галактик до атомов и субатомных частиц, силой отделяется расширением Вселенной в определенное время в будущем, если только расстояния между частицами не станут бесконечными.
Гипотетическая модель
Истинность гипотезы зависит от типа темной энергии, присутствующей в нашей Вселенной. Тип, который мог бы подтвердить эту гипотезу, – это прогрессивно увеличивающаяся форма темной энергии, также известная как фантомная энергия. Если темная энергия во Вселенной продолжает ускоряться без ограничений, она может победить все силы, которые удерживают вселенную вместе. Важным значением уравнения состояния является параметр w, представляющий собой отношение между давлением темной энергии и ее плотностью энергии. В случае 1 < w < 0 расширение Вселенной будет увеличиваться, но темная энергия имеет тенденцию растворяться с течением времени, и большого разрыва не происходит. Фантомная энергия имеет w < -1, то есть с расширением Вселенной ее плотность ускоряется.
Неудивительно, что Вселенная, в которой доминирует фантомная энергия, – это ускоряющаяся вселенная, которая расширяется со все возрастающей скоростью. Но это, однако, означает, что размер наблюдаемой Вселенной и горизонта частиц постоянно сокращается. Другими словами, расстояние, на котором объекты удаляются от наблюдателя со скоростью света, становится все ближе, а расстояние, на котором могут возникать взаимодействия, становится все короче. Когда размер горизонта частиц становится меньше, чем любая конкретная структура, между наиболее удаленными частями структуры не может возникнуть взаимодействия ни одной из фундаментальных сил, и структура “разрывается”. Модель, таким образом, означает, что через конечное время будет конечная сингулярность, называемая “большой разрыв”, в которой наблюдаемая Вселенная в конечном итоге достигает нулевого размера и все расстояния расходятся до бесконечных значений.
Это может быть что-то, что со временем уменьшается, становится все менее и менее плотным. Это может быть что-то, что в ближайшем будущем задвинет знаки назад, вызвав коллапс Вселенной в большой хруст. Возможно это нечто, что становится сильнее со временем, заставляя Вселенную расширяться с относительно более высокой скоростью с течением времени. И именно эта последняя возможность приводит предположения к сценарию Большого Разрыва.
Хотя есть несколько вопросов, которые могут заставить нас не спать всю ночь, задаваясь вопросом о конечном провидении всего космоса. В соответствии с вероятностями звезды сгорят или могут быть заменены новыми, которые сами будут продолжать гореть, пока во Вселенной не закончится топливо. Галактики будут собираться вместе и высвобождать материю, в то время как пространство между связанными галактиками, группами и скоплениями будет удлиняться вечно. Темная энергия, таким образом, в дальнейшем приведет к расширению, которое будет не только устойчивым, но и ускоренным.
Вполне возможно, что темная энергия может переработать Вселенную, если она вызовет большой разрыв. Если темная энергия возрастает в силе, то эта энергия, присущая самой ткани пространства, может быть полностью параллельна раннему периоду в истории нашей Вселенной, когда пространство удлиняется с поразительной скоростью, также называемой космической инфляцией. Инфляция удаляет всю ранее существовавшую материю и энергию из вселенной, оставляя после себя только ткань пространства. После периода инфляции эта энергия каким-то образом переносится в частицы, античастицы и излучение и вызывает горячий Большой Взрыв. Этот сценарий был обнаружен ранее и известен как возрожденная Вселенная.
Как Вселенная могла разорвать себя в клочья?
Все началось с начала Большого Взрыва и, как предполагается, закончится Большим Разрывом.
Недавно была обнаружена математическая модель, которая поддерживает идею о том, что Вселенная может разорваться на части за 22 миллиарда лет, в течение которых все – от галактик до звезд, планет, отдельных атомов и даже самого времени – разорвется в клочья. Эта теория берет за отправную точку быстрое и ускоряющееся расширение вселенной, утверждает, что оно будет постоянно увеличиваться, в конечном итоге достигая бесконечности с катастрофическими результатами.
Новая модель, поддерживающая эту теорию Большого разрыва, была разработана Марсело Дисконци, доцентом математики в Университете Вандербильта в Теннесси. Он и два других профессора физики Томас Кефарт и Роберт Шеррер боролись с проблемой космической вязкости и поднимали такие вопросы, как, например, насколько липкой на самом деле является вселенная или когда они поняли, что их работа способствовала Большому разрыву.
Гипотеза Дисконци основана на некоторых существующих теориях о темной энергии, которая, как считается, составляет 70% массы Вселенной. Чтобы большой разрыв вступил в силу, темная энергия должна достичь в своей борьбе с гравитацией такой точки, где она может разорвать отдельные атомы. Далее он начал с того, что обратил внимание на сырость Вселенной или на то, насколько она устойчива к расширению и сжатию. Так называемая космологическая толщина отличается от толщины чего-то вроде кленового сиропа, которая измеряется тем, как быстро жидкость может двигаться через небольшое отверстие. Он связал свою теорию космологической вязкости с большим разрывом, который был впервые выдвинут в 2003 году, наблюдая, что происходит с движением жидкостей в сверхновых и нейтронных звездах. Его прорыв заключался в том, что он выдвинул теорию, объясняющую, что происходит, когда липкие жидкости движутся со скоростью, близкой к скорости света. Предыдущие модели не давали большой ясности в результатах, а одна даже предполагала, что жидкости будут двигаться быстрее скорости света.
Новые данные говорят о том, что расширение Вселенной в конце концов станет бесконечным. Это предположение основано на двух больших скачках в поведении темной энергии в настоящем сценарии и в далеком будущем. Предыдущие модели в основном не фокусировались на вязкости, но, согласно гипотезе Дисконци, именно вязкость Вселенной приводит к ее насильственной катастрофе. Его теория основана на предложениях, сделанных французским математиком Андре Лихнеровичем в 1950-х годах. Это не единственная модель нашей гибели. Теории, напротив, предполагают большое замораживание, когда Вселенная прогрессирует настолько обширно, что запасы газа распределяются настолько тонко, что новые звезды не могут образоваться. Согласно этой модели, время становится бесконечной пустотой, в которой никогда ничего не происходит, поскольку во Вселенной практически не осталось энергии. С другой стороны, мы могли бы двигаться к большому хрусту, когда расширение Вселенной замедляется до ползания, и Большой взрыв происходит в обратном порядке, когда все коллапсирует обратно в сингулярность.
Возможно, это не самая радостная мысль, однако люди поглощены мыслями о том, как мир вокруг них может закончиться на протяжении тысячелетий. Что касается научной эпохи, то одна из таких серьезных возможностей исходит из математики и физики. Теория Большого Разрыва, таким образом, объясняет, что в какой-то момент в далеком будущем Вселенная может разорвать себя на части, и все, что существует, от животных до атомов, будет измельчено. Космологическая модель Большого Разрыва основана на представлении о том, что если Вселенная будет продолжать расти в своем расширении, то в конечном итоге она будет подавлена силами темной энергии. Темная энергия – это довольно загадочная сила, которая, по прогнозам, составляет 68% энергии наблюдаемой Вселенной. Если он преодолеет гравитационные, электромагнитные и слабые ядерные силы, вселенная буквально развалится.
Вывод
Если большой разрыв реален, то не только Вселенная расширяется (что происходит независимо от темной энергии), и не только отдаленные объекты будут расти от нас с относительно более быстрыми темпами с течением времени (что происходит из-за сил темной энергии), но и объекты, которые должны оставаться вместе с помощью любой из фундаментальных сил, в конечном итоге будут разорваны постоянно ускоряющейся силой темной энергии.
Через миллиарды лет в будущем наша местная группа увидит, как звезды на окраинах выбрасываются в космос, поскольку они освобождаются от гравитации нашей далекой будущей галактики, то есть Милкдромеды. С течением времени все большее число звезд будет выбрасываться наружу, уничтожая структуру, известную нам как Галактика, и в конечном итоге превращая нас в коллекцию миллиардов несвязанных звезд и звездных трупов.
Ссылки:
-
Big Rip: how the universe could tear itself to shreds – Wired
-
How the Big Rip could end the world – Big Think
-
Ask Ethan: Could The Big Rip Lead To Another Big Bang? – Forbes
