On olemassa useita kysymyksiä, jotka pitävät meidät hereillä yöllä, ja ne liittyvät koko kosmoksen lopulliseen kohtaloon. Tähdet palaa, ne korvataan uusilla, ne myös palavat, ja kaikki toistuu, kunnes maailmankaikkeus loppuu polttoaineesta. Galaksit sulautuvat ja poistavat aineen, ja galaksien ryhmien ja klustereiden välinen tila laajenee ikuisesti. Tumma energia aiheuttaa tämän laajentumisen olevan paitsi loputon, myös kiihtyvä. Mutta onko tämä loppu? Voisiko tämä "iso aukko" (kun kaikki loppuu äärettömän kaukana toisistaan) johtaa uuteen "isoon bangiin"? Kun maailmankaikkeus laajenee tarpeeksi nopeasti repäytymään atomit ja erottamaan kvarkit niistä … Muodostuuko kvarki-gluonikeitto?
Pelissä on maailmankaikkeuden kohtalo, mitä tahansa sanotaan.
Mitä lopussa maailmankaikkeudelle on?
Jos katsot kaukaista, satunnaista galaksia maailmankaikkeudessa, on paljon mahdollisuuksia nähdä, että sen hehku on punaisempi kuin galaksissamme hehkuva tähti. 1920-luvulla tutkijat havaitsivat, että tämä malli jatkui kokonaisuutena: mitä kauempana galaksi on sinusta, sitä punaisempi on sen valo. Yleisen suhteellisuussuhteen yhteydessä tuli nopeasti selväksi, että tämä johtui itse tilan kankaan laajenemisesta ajan myötä.
Seuraava askel oli kvantifioida kuinka nopeasti maailmankaikkeus laajeni ja kuinka tämä nopeus muuttui ajan myötä. Syy tähän oli teoreettisesti tärkeä seikka, että maailmankaikkeuden laajenemisen historia määritteli sen, mikä siinä oli. Jos haluat tietää, mistä maailmankaikkeutesi on tehty suurimmissa mittakaavoissa, auttaa sinua mittaamaan kuinka maailmankaikkeus on laajentunut kosmisen ajan kuluessa.
Jos maailmankaikkeutesi on täynnä ainetta, luulet laajentumisnopeuden laskevan suhteessa siihen, kuinka paljon ainetta laimennetaan. Jos se täytetään säteilyllä, laajenemisnopeus laskee vielä enemmän, koska itse säteily siirtyy punaisesti ja menettää lisäenergiaa. Universumi, jolla on avaruudelle ominainen spatiaalinen kaarevuus, kosmiset jouset tai energia, kehittyy edelleen eri tavalla kaikkien energiakomponenttien suhteista riippuen.
Mainosvideo:
Perustuen täydelliseen mittaussarjaan, jonka pystyimme tekemään, mukaan lukien muuttuvat tähdet, erityyppiset ja ominaisuukselliset galaksit ja tyypin Ia supernovat, samoin kuin kosmisen mikroaaltotausta ja galaksien ryhmittely ja korrelaatio, pystyimme määrittämään tarkalleen, mistä maailmankaikkeus on tehty. Erityisesti se koostuu:
- 68% tummasta energiasta;
- 27% tummaa ainetta;
- 4,9% tavallisesta aineesta;
- 0,09% neutriinoja;
- 0,01% säteilyä.
Plus tai miinus muutaman prosentin kymmenesosuuden säätö kussakin tapauksessa.
Universumimme, jota hallitsee tumma energia, on erityisen mielenkiintoinen, koska tätä komponenttia ei ollut olemassa universumissa, puhumattakaan sen hallitsemisesta. Ja silti, olemme täällä, 13,8 miljardia vuotta suuren räjähdyksen jälkeen, elämme universumissa, jossa tumma energia ajaa maailmankaikkeuden laajentumista.
Pimeää energiaa ympäröivää kysymystä on niin paljon. Mikä sen luonne on? Mistä se tulee? Onko se vakio vai muuttuva ajan myötä? Ei ole lopullisia vastauksia, mutta kaikki osoittaa, että tumma energia on kosmologinen vakio. Toisin sanoen, se käyttäytyy kuin uusi energiamuoto, joka sisältyy itse avaruuteen. Kun maailmankaikkeus laajenee, se luo uuden tilan, joka sisältää saman tasaisen määrän tummaa energiaa.
Joka tapauksessa tämä on toistaiseksi paras näkymämme. Teoreettisesta näkökulmasta on olemassa useita tunnettuja tapoja luoda kosmologinen vakio, ja siksi tämä selitys - niin kauan kuin tiedot ovat sen kanssa yhtä mieltä - pysyy ensisijaisena. Mutta ei ole mitään syytä, miksi pimeä energia ei voisi olla monimutkaisempi.
Se voi olla jotain, joka eroosioituu ajan myötä, muuttuen yhä vähemmän tiheäksi, joskin vähän. Se voi olla jotain, joka muuttaa merkkiä kaukaisessa tulevaisuudessa ja johtaa maailmankaikkeuden uudelleenluomiseen isossa puristuksessa. Se voi olla myös jotain, joka vahvistuu ajan myötä, kiihdyttää ja laajentaa maailmankaikkeutta ajan myötä. Juuri tämä variaatio johtaa Big Rip -skenaarioon.
Kun puhumme mistä tahansa maailmankaikkeuden energiakomponentista, puhumme sen tilayhtälöstä, joka kuvaa kuinka se kehittyy ajan myötä maailmankaikkeudessa. Astrofysiikot käyttävät tähän parametria w, missä w = 0 vastaa ainetta, w = 1/3 vastaa säteilyä, w = -1 vastaa kosmologista vakioita.
Pimeällä energialla näyttää olevan w = -1, mutta tämä ei ole tarkka. Esimerkiksi Subaru Hyper Suprime-Cam -yhteistyön uusi työ on lisännyt uusia rajoituksia valtion pimeän energian yhtälöön. Vaikka pimeä energia vastaa w = -1 melko vakuuttavasti, on myös spekuloitu, että se voisi olla vielä negatiivisempi. Jos se todella on - jos osoittautuu, että w <-1 eikä yhtä suuri kuin -1 -, iso rippaus on väistämätön.
Jos iso repiä on välitön, paitsi laajeneva maailmankaikkeus, myös myös kaukana olevat esineet kiihtyvät meistä nopeammin ja nopeammin ajan myötä (pimeän energian takia). Mutta pimeän energian kasvava voima repii lopulta esineet, joita jokin perustavoite pitää yhdessä.
Monia miljardeja vuosia tulevaisuudessa, paikallinen ryhmämme näkee, miten laitamilla olevat tähdet heitetään avaruuteen, koska ne irroitetaan painovoimaisesti tulevaisuuden kaukaisesta galaksistamme: Milkomedista. Ajan myötä yhä enemmän tähtiä heitetään ulospäin, kunnes galakseiksi tunnetut rakenteet romahtavat ja niistä tulee miljardeja toisiinsa liittymättömiä tähtiä ja tähtien ruumiita.
Ajan myötä planeetat poistuvat aurinkokunnastaan, koska pimeä energia vahvistuu ja silloin jopa itse planeetat repeytyvät toisistaan. Viimeisillä hetkillä atomien ja molekyylien voimat pitävät esineet repeytyvät, elektronit repeytyvät atomistaan, atomin ytimet murenevat ja jopa kvarkit erotetaan toisistaan. Ja sitten he räjähtää.
Odotammeko uutta isoa räjähdystä?
Jos iso repiminen on oikea malli maailmankaikkeuden kehitykselle, kaikki maailmankaikkeudessa pelkistyy tärkeimmiksi komponenteiksi, tietyllä tavalla vastaaen voimakkaasti ison iskun ensimmäisiä vaiheita.
Tämä kvarki-gluoniplasma eroaa kuitenkin siitä, mitä se oli Ison räjähdyksen aikana. Ensinnäkin Big Bang on kuuma ja tiheä, ja Big Rip on erittäin kylmä ja haja. Toiseksi, Suurelle räjähdykselle on tunnusomaista se, että kaikki maailmankaikkeuden aine ja energia puristuu pieneksi tilavuudeksi tilaa, mutta Isossa rippissa ne jakautuvat biljoonien valovuosien päähän. Lisäksi iso räjähdys edustaa suhteellisen alhaisen entropian tilaa, mutta isossa räjähdyksessä entropia on 10 (35 voimaan) kertaa enemmän kuin isossa räjähdyksessä.
Mutta siinä on toivoa.
Ehkä pimeä energia, joka johtaa Isoon Rippiin, voi käynnistää maailmankaikkeuden uudelleen. Jos pimeän energian vahvuus kasvaa, tämä pimeä energia kuuluu luonnostaan itse avaruuden kankaaseen, mikä tarkoittaa, että se voi olla täysin analoginen universumin historian varhaisen ajanjakson kanssa, jolloin avaruus laajeni valtavasti: kosminen inflaatio. Inflaatio eliminoi kaiken universumin olemassa olevan aineen ja energian, jättäen taakse vain avaruuden kankaan. Inflaatiojakson jälkeen energia muuttuu jotenkin hiukkasiksi, hiukkasiksi ja säteilyksi, mikä johtaa isoon räjähdykseen. Tätä skenaariota on harkittu aiemmin ja se tunnetaan nuorennuneena maailmankaikkeutena.
Jos iso repiminen on todellinen skenaario maailmankaikkeuden loppumisesta, se vain repi kaiken asian toisistaan ja maailmankaikkeus on hyvin tyhjä, mutta siinä on valtava määrä energiaa, joka sisältyy itse avaruuteen. Jos energia on erittäin suuri, on mahdollista, että avaruuden kangas räjähtää - mutta tämä on täysin erilainen skenaario.
Ilja Khel