Når vi ser på universet vårt i dag, er det veldig enkelt å være fornøyd med det du ser. Stjernene på nattehimmelen vår er bare en liten brøkdel, noen tusen av hundrevis av milliarder av hva som er til stede i Melkeveien vår. Melkeveien i seg selv er bare en av billionene galakser som er til stede i det observerbare universet, som strekker seg i alle retninger i omtrent 46 milliarder lysår. Og det hele startet for rundt 13,8 milliarder år siden fra en varm, tett, rask, ekspanderende stat kjent som Big Bang.
Det er fra Big Bang at vi får muligheten til å beskrive universet vårt som fullt av materie og stråling og å koble sammen de velkjente fysikklovene som forklarer den moderne formen for kosmos. Men universet fortsetter å utvide. Nye stjerner dukker opp, rommet utvikler seg. Hvordan vil det ende? La oss spørre vitenskap.
Hva er slutten på universet
I lang tid har forskere som har studert strukturen og utviklingen i universet vurdert tre muligheter basert på den enkle fysikken i generell relativitet og konteksten for utvidelsen av universet. På den ene siden er tyngdekraften aktivt å dra alt sammen; det er en attraktiv kraft styrt av materie og energi i alle deres former som er til stede i universet. På den annen side er det en første utvidelsesgrad som trekker alt fra hverandre.
Big Bang var et skudd, hvoretter tidenes største løp begynte: mellom tyngdekraften og universets utvidelse. Hvem vinner til slutt? Svaret på dette spørsmålet vil avgjøre skjebnen til vår verden.
Vi trodde universet hadde disse alternativene:
Salgsfremmende video:
- Universet vil kollapse i den store kompresjonen. Utvidelsen vil begynne raskt og store mengder materie og stråling blir revet fra hverandre. Hvis det er mer enn nok materie og energi, vil universet utvide seg til en viss maksimal størrelse, utvidelsen vil reversere sammentrekningen og universet vil kollapse igjen.
- Universet vil utvide seg for alltid og føre til Great Freeze. Alt vil begynne på samme måte som ovenfor, men denne gangen vil ikke mengden materie og energi være nok til å motstå utvidelse. Universet vil utvide for alltid når ekspansjonshastigheten fortsetter å falle, men når aldri null.
- Universets utvidelse har en tendens til å være asymptotisk til null. Se for deg en grensesituasjon mellom de to eksemplene ovenfor. Nok et proton - og vi kollapser; en mindre - vi utvider uendelig. I dette kritiske tilfellet utvides universet for alltid, men med lavest mulig hastighet.
For å finne ut hvilket alternativ som er riktig, måtte vi bare måle hvor raskt universet ekspanderer og hvordan ekspansjonshastigheten endret seg over tid. Resten er et spørsmål om fysikk.
Dette har vært en av de største utfordringene innen astrofysikk i dag. Mål hastigheten som universet ekspanderte til, og finn ut hvordan romstoffet endrer seg i dag. Mål hvordan ekspansjonshastigheten har endret seg over tid, og finn ut hvordan romstoffet har endret seg i det siste.
Kombiner disse to informasjonsdelene og hvordan ekspansjonshastigheten har endret seg og hva den var, slik at du kan bestemme hva universet er laget av og i hvilke proporsjoner.
Basert på disse målingene, så vidt vi vet, bestemte vi at universet består av 0,01% stråling, 0,1% nøytrinoer, 4,9% vanlig stoff, 27% mørk materie, 68% mørk energi. Denne oppdragen, som for noen begynte på 1920-tallet, fikk et uventet svar på slutten av 1990-tallet.
Så hvis mørk energi dominerer universets utvidelse, hva betyr dette for vår skjebne? Det kommer an på hvordan - eller om - mørk energi utvikler seg over tid. Her er fem alternativer.
Mørk energi er en kosmologisk konstant dominerende i ekspansjon. Dette er standard og tar hensyn til våre beste data. Mens materie blir mindre tett etter hvert som universet utvider seg, fortynnes når volumet utvides, representerer mørk energi den ikke-null mengden energi som ligger i selve romets stoff. Når universet utvider seg, forblir tettheten av mørk energi konstant, noe som får ekspansjonen til å forbli positiv.
Dette resulterer i et eksponentielt ekspanderende univers og vil til slutt skyve alt som ikke er en del av vår lokale gruppe. Allerede 97% av det synlige universet blir utilgjengelige under slike forhold.
Mørk energi er dynamisk og blir kraftigere etter hvert. Mørk energi ser ut til å være en ny form for energi som ligger i selve rommet, noe som innebærer at den har en konstant energitetthet. Men det kan også endre seg over tid. En av de mulige måtene å endre på er at den gradvis øker, noe som vil føre til en akselerasjon i utvidelseshastigheten til universet.
Eksterne objekter vil ikke bare bevege seg fra oss, men gjøre det raskere og raskere. Verre er det at gjenstander som nå er gravitasjonsbundet - som klynger av galakser, individuelle galakser, solsystemer og til og med atomer - en dag vil binde seg sammen når mørk energi herder. I de siste øyeblikkene av universets eksistens vil subatomære partikler og stoffet i romtid være revet fra hverandre. Denne skjebnen - Big Rip - er vårt andre alternativ.
Mørk energi er dynamisk og svekkes over tid. Hvordan ellers kan mørk energi endre seg? I stedet for å styrke, kan det svekkes. Ekspansjonshastigheten er selvfølgelig konsistent med en konstant mengde energi som tilhører selve rommet, men denne energitettheten kan også avta.
Hvis det svekkes til null, vil alt komme til en av mulighetene beskrevet ovenfor: The Great Freeze. Universet vil utvide seg, men uten nok materie og andre former for energi til å hjelpe det å kollapse igjen.
Hvis forfallet blir negativt, kan det føre til en annen mulighet: Big Shrink. Universet vil være fylt med energi iboende i verdensrommet, som plutselig vil endre tegn og føre til at rom trekker seg sammen. Dette alternativet er også mulig.
Mørk energi vil transformere til en annen form for energi som forynger universet. Hvis mørk energi ikke går i oppløsning, men forblir konstant eller til og med intensiveres, oppstår en annen mulighet. Denne energien som ligger i stoffets rom, er kanskje ikke alltid i denne formen. I stedet kan det bli til materie og stråling, på lik linje med hva det var da den kosmiske inflasjonen tok slutt og Big Bang begynte.
Hvis mørk energi forblir konstant frem til dette tidspunktet, vil den lage en veldig, veldig kald og diffus versjon av den glødende Big Bang, der bare nøytrinoer og fotoner kan skape seg selv. Men hvis intensiteten av mørk energi øker, kan det føre til en tilstand som ligner på inflasjon, etterfulgt av en ny, virkelig rødglødende Big Bang. Dette er den enkleste måten å forynge universet med de gitte parametrene.
Mørk energi er assosiert med kvantevakuumets null energi og vil forfalle og ødelegge universet vårt. Dette er den mest destruktive muligheten for alle. Hva om mørk energi ikke er den virkelige mengden tomt rom i de laveste energikonfigurasjonene, men er resultatet av symmetrier i det tidlige universet, da de var i en konfigurasjon med et falskt minimum?
I så fall må det være en måte å skape en kvantetunnel til en lavere energitilstand ved å endre fysikkens lover og eliminere alle bundne tilstander (dvs. partikler) av kvantefelt i dag. Hvis kvantevakuumet er ustabilt i denne forstand, uansett hvor dette forfallet skjer, vil resultatet være ødeleggelsen av alt i universet gjennom en boble som forplanter seg med lysets hastighet. Hvis et slikt signal når oss, vil vi også slutte.
Selv om vi ikke vet hvilke av disse mulighetene som vil stemme for universet vårt, stemmer dataene bare febrilsk til fordel for det første alternativet: mørk energi er virkelig en konstant. Akkurat nå legger observasjonene våre om hvordan universet har utviklet seg - spesielt takket være den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen og universets storskala struktur - alvorlige grenser for hvor mye vingrom for mørk energi å endre.
Ilya Khel
