Jos tiedämme jotain tarkkaan universumistamme, se on, että se ei ole staattinen, muuttuu ajan myötä. Mitä tulevaisuus pidättää häntä?
Nykyään meillä on vakiomuotoinen kosmologinen malli, joka kuvaa hyvin maailmankaikkeuden historiaa melkein sen syntymästä aina ajankohtaan saakka. Lisäksi nyt ei ole mitään vakavaa syytä uskoa, että tätä mallia ei voida käyttää pohjana ennustaa maailman kehitystämme myöhemmin. Totta, siinä on kilpailijoita, jotka tarjoavat täysin erilaisia skenaarioita tulevaisuuden tapahtumiin. Meillä ei kuitenkaan vielä ole havaintotietoja, jotka osoittaisivat todellisen tarpeen tarkistaa vakio mallia ja jopa korjata se vakavasti.
Tyhjyys tai silput
Nyt tulevaisuudesta. Vakiomallista seuraa, että hyvin kaukaisessa tulevaisuudessa painovoiman rooli käytännössä katoaa ja maailmankaikkeuden laajenemisnopeus alkaa kasvaa eksponentiaalisesti. Ulkotila tyhjenee entistä nopeammin ja nopeammin. Tämä nopeus kasvaa kuitenkin aina yksitoikkoisesti nykyisestä aikakaudesta ajan loppuun. Vakiomalli sulkee pois tilanteita, joissa tyhjiö menettää vakautensa ja sen energiatiheys hyppää äärettömään rajallisessa ajassa. Tässä tapauksessa maailmankaikkeuden laajenemisnopeudella on taipumus myös äärettömyyteen, mikä johtaa kaikkien aineellisten esineiden murtumiseen ja katoamiseen - galakseista ja tähtiistä atomiin ja atomin ytimiin. Jotkut standardimallin kilpailijat ennustavat tämän tuloksen, mutta tähtitieteilijöillä ei ole tietoja näiden teorioiden tukemiseksi. Rehellisesti,En itse ota niitä vakavasti, ne perustuvat hyvin epätavalliseen fysiikkaan. Vakiomalli on erinomaisessa sopusoinnussa havaintojen kanssa, eikä siitä ole mitään syytä luopua.
Universumin kiihtyvä laajeneminen tarkoittaa vain galaksien laajentumisnopeuden lisääntymistä. Koska pimeän energian tiheys ei muutu, se ei pysty tuhoamaan galakseja ja muita painovoimaisesti vakaita rakenteita, joita se ei estä olemasta nykykaudella. Tämä ei tietenkään tarkoita, että galaksit itsensä pysyisivät nykyisessä muodossaan. Ajan myötä kaikki tähdet polttavat fuusiopolttoainetta ja muuttuvat valkoisiksi kääpiöiksi, neutronitähteiksi tai mustiksi reikiksi. Reiät kasvavat, sulautuvat toisiinsa ja käyttävät tähtijäännöksiä ja tähtienvälistä kaasua. Nämä ja muut tuhoavat prosessit kuitenkin tapahtuvat ilman tumman energian osallistumista.
Paikallisuutiset
Mainosvideo:
Joten mikä odottaa omaa galaksiamme, Linnunrataa? Se lähestyy naapurimaiden suurta spiraaligalaksia Andromeda - nyt nopeudella 110 km / s. Kuuden miljardin vuoden kuluttua molemmat galaksit sulautuvat yhteen ja muodostavat uuden tähtiklusterin, Milcomedou. Aurinko pysyy Milcomedin sisällä, vain siirtyäkseen reuna-alueelleen verrattuna sen nykyiseen sijaintiin Linnunradalla. Mielenkiintoisella sattumalla juuri niin se polttaa vetypolttoainetta ja lähtee kataklysmisten muutosten tielle, joka loppuu muuttumalla valkoiseksi kääpiöksi.
Toistaiseksi olemme puhuneet melko lähitulevaisuudesta. Vakautumisen jälkeen Milcomed ylläpitää painovoimaista stabiilisuutta jättimäisten ajanjaksojen ajan, ainakin tuhat kertaa maailmankaikkeuden nykyisen ajan. Mutta hän on yksin paljon aikaisemmin. Noin 100 miljardin vuoden kuluttua tai vähän myöhemmin kaikki kaukana olevat galaksit, joita tänään voimme havaita, katoavat sen lujuudesta. Siihen mennessä niiden laajentumisen nopeus, joka johtuu maailmankaikkeuden laajenemisesta, ylittää valon nopeuden, joten niiden lähettämät fotonit eivät koskaan saavuta Milcomedia. Kosmologian kielellä galaksit menevät peruuttamattomasti tapahtumahorisontinsa ulkopuolelle. Heidän näkyvä kirkkaus laskee, ja lopulta he kaikki haalistuvat ja sammuvat. Joten Milcomedin tarkkailijat näkevät vain hänen omat tähtensä - tietysti vain ne, jotka silloin vielä säteilevät valoa. Kevyimmät punaiset kääpiöt pysyvät aktiivisina pisimpään, mutta enintään 10 biljoonassa vuodessa myös ne alkavat kuolla.
Vakiouniversumi
Vakiomalli väittää, että aikamme aikana maailmankaikkeus muuttuu kahden päätekijän vaikutuksesta: tavallisen ja tumman aineen painovoima ja nollasta poikkeavan tyhjiöenergian, jota yleisesti kutsutaan tummaksi energiaksi, painovoiman vastainen vaikutus.
Universumin varhaisessa nuoruudessa myös sähkömagneettisen säteilyn ja neutriinovuon energia antoivat merkittävän panoksen sen evoluutioon. Nyt sen rooli on hyvin pieni, koska säteilevän energian tiheys on erittäin pieni ja lisäksi se laskee jatkuvasti ulkoavaruuden laajenemisen vuoksi. Samanaikaisesti tumman energian tiheys, sellaisena kuin se esiintyy standardimallissa, pysyy vakiona. Se ei vähene maailmankaikkeuden laajentuessa ja on jo kolme kertaa suurempi kuin tavallisen ja tumman aineen monotonisesti putoava tiheys. Siksi pimeä energia aiheuttaa maailmankaikkeuden kiihtyvän laajentumisen, jota galaksien ja galaktienvälisen väliaineen heikentyvä painovoima ei voi hillitä.
Strategiset suunnitelmat
Kun maailmankaikkeuden ikä saavuttaa biljoona vuotta, CMB: n aallonpituus on yhtä suuri kuin sen koko. Sitten, ja vielä enemmän myöhemmin, mikään ilmaisin ei pysty rekisteröimään näitä ultrakertaisia fotoneja. Siksi kukaan tarkkailija, riippumatta siitä, kuinka täydelliset heidän instrumenttinsa ovat, ei voi käyttää jäännössäteilyä tähtitieteellisen tiedon lähteenä.
Nyt näiden fotonien spektrin huippu on mikroaaltoalueella, ja laitteemme havaitsevat ne helposti, ja ne tarjoavat tärkeimmän tiedon maailmankaikkeuden varhaishistoriasta. Kaukainen tulevaisuus on kaukana tavanomaisesta kosmologisesta mallista. Voimme kohtuudella olettaa, että kasvavat mustat aukot imevät merkittävän osan sekä baryonisesta että pimeästä aineesta, mutta mitä tapahtuu sen jäännökselle, joka on hajallaan laajoissa avaruusalueissa?
Fysiikka väittää, että elektronit eivät ole minkäänlaisen hajoamisen kohteena, mutta protoneissa ei ole tällaista varmuutta. Nykyaikaisten tietojen mukaan protonin puoliintumisaika ei voi olla alle 1034 vuotta - tämä on paljon, mutta silti ei ikuisuutta. Emme myöskään tiedä tumman aineen hiukkasten pitkäaikaista kohtaloa, joita ei vielä ole löydetty. Todennäköisin ennustus kaukaisesta tulevaisuudesta johtuu tosiasiasta, että maailmankaikkeudesta tulee erittäin tyhjä ja viileä melkein absoluuttiseen nollaan.
Kuinka tarkalleen tämä tapahtuu, ei ole vielä tiedossa, tässä on päättäväinen fysiikka. Tulevaisuus biljoonan vuoden mittakaavassa on kuitenkin melko ennustettavissa vakiomallin perusteella. Tietysti, jos tyhjiössä havaitaan joitain uusia ominaisuuksia, tätä skenaariota on tarkistettava, mutta tämä on jo spekuloinnin ulkopuolella.
Avi Loeb, professori, Harvardin yliopiston tähtitieteen laitoksen päällikkö, Harvard-Smithsonianin astrofysiikan keskuksen teoria- ja tietokonemallinnusinstituutin johtaja.
Haastattelussa: Aleksei Levin, Oleg Makarov, Dmitry Mamontov