Det er noe uhyggelig likt i opprinnelsen til vårt univers, kalt kosmisk inflasjon, og i den akselererte utvidelsen av mørk energi, som til slutt vil avgjøre skjebnen. Dette reiser mistanker om at disse fenomenene kan være sammenhengende. Denne uken stilte Andrew Gillett spørsmålene sine: Hvis teorien om evig inflasjon er sant, kan mørk energi da være en forkynner for å komme tilbake til denne urtilstanden?
Det er ikke bare mulig. Dette krever ikke engang at teorien skal være riktig. La oss starte samtalen vår med scenen før universets fødsel i den form det er kjent for oss - med kosmisk inflasjon.
Da universet vi kjenner, fullt av materie og stråling ble født, hadde det flere ganske rare egenskaper: romlig, det var flatt, det hadde samme temperatur overalt, det hadde ingen rester av ultrahøy energi, og det hadde veldig rare mønstre i form av regioner med overskudd og redusert tetthet. Det er mulig at universet allerede var født med disse forholdene. Teorien om kosmisk inflasjon er som følger: hvis universet begynte med en periode med eksponensiell ekspansjon, der det var en enorm mengde energi iboende i rommet, og da denne perioden avsluttet, ville en varm Big Bang allerede ha oppstått i nærvær av alle disse forholdene. Det tok en stund å forstå implikasjonene, og det tok enda lenger tidfor å bekrefte teorien med data om svingninger i den kosmiske mikrobølgeovnens bakgrunn. Men nå regnes kosmisk inflasjon som den første og viktigste av alt det i universets historie, noe vi kan bekrefte med bevis.
Evig inflasjon er en konsekvens av inflasjon basert på eiendommer som vi sjelden tenker på. Vanligvis, når det er en overgang i naturen, for eksempel en gryte med kokende vann, der vann passerer fra en væske til en gassform, begynner denne overgangsprosessen på forskjellige punkter. Disse prikkene utvides og smelter sammen, og skaper store bobler når de når overflaten. Når vi snakker om vann, sier vi at det koker. Under kokeprosessen stiger små bobler opp og smelter sammen til større bobler når de kommer til overflaten. Men det er et problem med inflasjon. Områdene der inflasjonen ikke ender på et bestemt tidspunkt fortsetter å ekspandere eksponentielt, og dette tillater ikke områdene der den endte med å "koke". Derfor må universet vi observerer være helt i en boble,der inflasjonen er avsluttet, og ikke i mange bobler som koker sammen.
Men ytterst i dette spekteret ser vi det faktum at utvidelsen av vårt univers tilsynelatende akselererer. Den beste forklaringen på dette, basert på våre mest nøyaktige målinger, er at det er en liten komponent av energi iboende i rommet, som vi kaller mørk energi. Denne energiske komponenten er allestedsnærværende og jevnt tilstede på alle punkter i rommet. Og den er ekstremt liten. Hvis vi konverterer den til masse i henhold til Einsteins formel E = mc2, vil den være lik bare ett proton per kubikkmeter av universet. Men plassen er ikke bare enorm, den utvides også! Etter hvert som tiden går, blir denne mørke energien mer og mer viktig. Over tid, etter omtrent åtte milliarder år, akselererer det utvidelsen av universet, og blir deretter den dominerende komponenten av energi i universet.
Disse to periodene med inflasjon og akselerert ekspansjon på et senere tidspunkt kan virke veldig forskjellige. Forskjellen på disse energiskalaene er rett og slett kolossal, den er 10 til den 120. kraften! Men begge perioder representerer energi som er iboende i rommet, begge fører til at materien i universet ekspanderer eksponentielt. Og i nærvær av tid (brøkdeler av sekunder for inflasjon og en billion år for mørk materie), vil de ta alt som ikke er koblet til en enkelt struktur i universet og spre det fra hverandre. Det er mange slike modeller, og i sin kjerne kombinerer de alle inflasjon og mørk energi.
Så, hva er sjansene for at universet begynner å resirkulere dannelsen? De er store
Kampanjevideo:
1. Hvis mørk energi virkelig er en kosmologisk konstant, kan det være gjenværende energi fra inflasjonstiden da det hele startet. I så fall er det grunn til å si at i nærvær av tid kan den svekkes enda mer og gå over i en ny, mye lavere energitilstand. Kanskje en slik overgang vil gi drivkraft til fremveksten av et stort antall partikler med ekstremt lav masse, som nøytrinoer, aksjoner eller til noe enda mer eksotisk. Disse partiklene vil i sin tur kombinere og lage sine egne analoger av stjerner, planeter og kanskje menneskeheten i tilstrekkelig lang tidsskala. Hvis vi ikke kan se denne prosessen, betyr ikke det i det hele tatt at det er umulig. Kanskje dette er skjebnen som venter på vårt univers i en veldig, veldig fjern fremtid, selv om det vil ta mange år.
2. Mørk energi er kanskje ikke en kosmologisk konstant, men over tid kan den øke. Hvis dette er slik, vil det vokse og vokse, noe som kan føre til scenariet om en "stor rip", når alle sammenkoblede strukturer i universet over tid vil briste. Men i et slikt scenario, utviklet av Eric Gawiser, er det muligheten for at i siste øyeblikk, like før verdensrommet smuldrer og forsvinner i glemmeboken, vil den iboende energien i rommet, som ikke skiller seg fra inflasjonsscenarier, gjøre overgangen til Big Bang! Et slikt scenario med et "gjenopplivet univers" kan ikke bare gå i oppfyllelse i vår fjerne fremtid. I det kan vårt univers være mye eldre enn det ser ut til. Det er mulig at den er uendelig gammel.
Nå, bevisene vi har indikerer at mørk energi virkelig er en kosmologisk konstant. Dette betyr at scenario nummer 2 er ekskludert. Hvis det ikke er noen lavere energitilstand for overgangen, kan alternativ nr. 1 også utelukkes. Men nå har vi ikke nok data til å avvise selv en av dem. Hvis jeg hadde sjansen til å plassere spill, vil jeg si at alternativet med lavere energitilstand er mer sannsynlig. Men ideen om at mørk energi er virkelig konstant og eksisterer for alltid, støttes bedre av tilgjengelige data. Inntil vi vet sikkert, bør vi ikke utelukke mulige alternativer. Euclid-romfartøyet, NASAs WFIRST vidvinklede infrarøde undersøkelsesteleskop, og til sluttLSST Large Synoptic Research Telescope vil hjelpe oss med å måle mørk energi enda mer nøyaktig, og dette vil gi nye bevis som støtter enten den første eller den andre teorien. Og nye funn innen teoretisk høyenergifysikk kan fortelle oss mer om det første konseptet. Uansett, Andrew, svaret på spørsmålet ditt er dette: mørk energi kan innvarsle en tilbakevending til det varme Big Bang fra en inflasjonstilstand, men det avhenger ikke av inflasjonens evige natur.men det avhenger ikke av inflasjonens evige natur.men det avhenger ikke av inflasjonens evige natur.
Ethan Siegel
