Maailmankaikkeudemme alkuperässä, jota kutsutaan kosmiseksi inflaatioksi, ja pimeän energian nopeutuneeksi laajentumiseksi, joka lopulta päättää sen kohtalosta, on jotain, joka on äärimmäisen samanlainen. Tämä herättää epäilyksiä siitä, että nämä ilmiöt voivat olla yhteydessä toisiinsa. Tällä viikolla Andrew Gillett kysyi kysymyksiä: jos ikuisen inflaation teoria on totta, voisiko pimeä energia olla ennustaja paluusta tähän alkutilaan?
Se ei ole vain mahdollista. Tämä ei edes vaadi teorian olevan oikea. Aloitetaan keskustelumme maailmankaikkeuden syntymää edeltävässä vaiheessa siinä muodossa, jossa se on meille tiedossa - kosmisen inflaation avulla.
Kun tiedämme, että materiaali ja säteily on täynnä tuntemamme maailmankaikkeus, sillä oli useita melko outoja ominaisuuksia: alueellisesti se oli tasainen, sen lämpötila oli kaikkialla sama, siinä ei ollut ylikorkean energian jäänteitä ja siinä oli hyvin outoja kuvioita alueiden muodossa ylimääräinen ja alennettu tiheys. On mahdollista, että maailmankaikkeus syntyi jo näiden olosuhteiden kanssa. Kosmisen inflaation teoria on seuraava: jos maailmankaikkeus alkaisi eksponentiaalisen laajenemisen jaksolla, jossa avaruuteen oli ominaista valtava määrä energiaa, ja sitten tämä kausi päättyi, kuuma Hot Bang olisi tapahtunut jo kaikkien näiden olosuhteiden läsnä ollessa. Kesti jonkin aikaa ymmärtää seuraukset ja se kesti vielä kauemminvahvistaa teoria datalla kosmisen mikroaaltotaustan vaihteluista. Mutta nyt kosmista inflaatiota pidetään maailmankaikkeuden historian ensimmäisenä ja tärkeimpänä, minkä voimme vahvistaa todisteilla.
Jatkuva inflaatio on seurausta inflaatiosta, joka perustuu ominaisuuksiin, joista ajattelemme harvoin. Yleensä, kun luonnossa tapahtuu siirtymä, esimerkiksi kiehuva vesi, jossa vesi siirtyy nestemäisestä kaasumaiseen tilaan, tämä siirtymisprosessi alkaa eri kohdista. Nämä pisteet laajenevat ja sulautuvat ja muodostavat suuria kuplia, kun ne saavuttavat pinnan. Kun puhumme vedestä, sanomme sen kiehuvan. Kiehumisprosessin aikana pienet kuplat nousevat ylös ja sulautuvat suuremmiksi kupliksi, kun ne tulevat pinnalle. Mutta inflaatiossa on ongelma. Alueet, joilla inflaatio ei pääty tiettyyn ajankohtaan, jatkavat eksponentiaalista kasvua, mikä ei salli alueiden, joilla se päättyi, "kiehua". Siksi tarkkailemamme maailmankaikkeuden on oltava täysin yhdessä kuplassa,missä inflaatio on päättynyt, eikä lukuisissa kuplissa, jotka kiehuvat yhdessä.
Mutta tämän spektrin päässä on se tosiasia, että maailmankaikkeutemme laajeneminen ilmeisesti kiihtyy. Paras syy tähän, tarkimpien mittaustemme perusteella, on se, että avaruuteen on ominainen pieni energiakomponentti, jota kutsumme pimeäksi energiaksi. Tämä energinen komponentti on kaikkialla läsnä ja tasaisesti läsnä kaikissa avaruuden pisteissä. Ja se on erittäin pieni. Jos muunnamme sen massaksi Einsteinin kaavan E = mc2 mukaan, se on yhtä suuri kuin vain yksi protoni kuutiometriä kohti maailmankaikkeutta. Mutta tila ei ole vain valtava, se myös laajenee! Ajan myötä tästä pimeästä energiasta tulee yhä tärkeämpi. Ajan myötä noin kahdeksan miljardin vuoden kuluttua se kiihdyttää maailmankaikkeuden laajenemista ja siitä tulee sitten universumin energian hallitseva komponentti.
Nämä kaksi inflaatiota ja nopeutettua laajentumista myöhemmässä vaiheessa saattavat tuntua hyvin erilaisilta. Näiden energia-asteikoiden ero on yksinkertaisesti valtava, se on 10 - 120. teho! Mutta molemmat jaksot edustavat avaruuteen liittyvää energiaa, molemmat saavat maailmankaikkeuden aineen laajenemaan eksponentiaalisesti. Ja ajan läsnä ollessa (sekuntien murto-osa inflaatiolle ja biljoona vuotta pimeälle aineelle) he ottavat kaiken, mitä ei ole kytketty, yhteen universumin rakenteeseen ja levittävät sen erilleen. Tällaisia malleja on monia, ja ytimessä ne kaikki yhdistävät inflaation ja pimeän energian.
Joten, mitkä ovat mahdollisuudet, että maailmankaikkeus alkaa kierrättää muodostumistaan? Ne ovat isoja
Mainosvideo:
1. Jos pimeä energia on todellakin kosmologinen vakio, se voi olla jäännösenergiaa inflaatiokaudesta, jolloin kaikki alkoi. Jos näin on, on syytä sanoa, että ajan läsnä ollessa se voi heikentyä vielä enemmän siirtymällä uuteen, paljon pienempään energiatilaan. Ehkä tällainen siirtymä antaa sysäyksen suuren määrän erittäin pienipainoisten hiukkasten, kuten neutriinojen, aksionien, tai jotain vielä eksoottisemman syntymiselle. Nämä hiukkaset puolestaan yhdistävät ja luovat omat tähtien, planeettojen ja ehkä ihmiskunnan analogit riittävän pitkällä aikavälillä. Jos emme näe tätä prosessia, se ei tarkoita lainkaan, että se on mahdotonta. Ehkä tämä on kohtalo, joka odottaa universumiamme hyvin, hyvin kaukaisessa tulevaisuudessa, vaikka se vie vuosien googoleja.
2. Pimeä energia ei välttämättä ole kosmologinen vakio, mutta ajan myötä se voi kasvaa. Jos näin on, niin se kasvaa ja kasvaa, mikä voi johtaa "suuren repeämisen" skenaarioon, jolloin ajan mittaan kaikki maailmankaikkeuden toisiinsa liittyvät rakenteet hajoavat. Mutta tällaisessa Eric Gawiserin kehittämässä skenaariossa on mahdollista, että viime hetkellä, juuri ennen kuin avaruus murenee ja katoaa unohduksiin, avaruuden luontainen energia, jota ei voida erottaa inflaatioskenaarioista, tekee siirtymisen Isoon Bangiin! Tällainen "elvytetyn maailmankaikkeuden" skenaario ei voi vain toteutua kaukaisessa tulevaisuudessamme. Siinä universumimme voi olla paljon vanhempi kuin miltä näyttää. On mahdollista, että se on äärettömän vanha.
No, nyt meillä olevat todisteet osoittavat, että pimeä energia on todellakin kosmologinen vakio. Tämä tarkoittaa, että skenaario numero 2 on suljettu pois. Jos siirtymälle ei ole alempaa energiatilaa, vaihtoehto 1 voidaan myös sulkea pois. Mutta nyt meillä ei ole tarpeeksi tietoja hylätä edes yksi niistä. Jos minulla olisi mahdollisuus lyödä vetoa, sanoisin, että variantti, jolla on pienempi energiatila, on todennäköisempi. Mutta käytettävissä olevat tiedot tukevat paremmin ajatusta, että pimeä energia on todella vakio ja olemassa ikuisesti. Ennen kuin tiedämme varmasti, emme parempi sulkea pois mahdollisia vaihtoehtoja. Euclid-avaruusalus, NASA: n WFIRST-laajakulmainen infrapuna-kaukoputki ja lopuksiLSST: n suuri synoptinen tutkimusteleskooppi auttaa meitä mittaamaan pimeää energiaa entistä tarkemmin, ja tämä antaa uusia todisteita joko ensimmäisen tai toisen teorian tueksi. Ja teoreettisen korkean energian fysiikan uudet löydöt voivat kertoa meille enemmän ensimmäisestä konseptista. Joka tapauksessa, Andrew, vastaus kysymykseesi on seuraava: pimeä energia voi ilmoittaa paluun kuumaan Suureen Bangiin inflaatiotilasta, mutta se ei riipu inflaation ikuisuudesta.mutta se ei riipu inflaation ikuisuudesta.mutta se ei riipu inflaation ikuisuudesta.
Ethan Siegel