Täna meie universumit vaadates on väga lihtne sellest, mida te näete, rõõmu tunda. Meie öises taevas olevad tähed on vaid väike murdosa, paar tuhat sadadest miljarditest meie Linnuteel olevast. Linnutee ise on vaid üks triljonitest galaktikatest, mis esinevad vaadeldavas universumis, mis ulatub igas suunas umbes 46 miljardit valgusaastat. Ja kõik sai alguse umbes 13,8 miljardit aastat tagasi kuumast, tihedast, kiirest laienevast olekust, mida tunti Suure Paugu nime all.
Just Suurest Paugust saame võimaluse kirjeldada oma Universumit kui ainet ja kiirgust täis ning ühendada tuntud füüsikaseadused, mis selgitavad kosmose tänapäevast vormi. Kuid universum laieneb jätkuvalt. Ilmuvad uued tähed, areneb ruum. Kuidas see lõpeb? Küsigem teadust.
Mis on universumi lõpp
Pikka aega on universumi struktuuri ja arengut uurinud teadlased kaalunud kolme võimalust, mis põhinevad üldrelatiivsusteooria lihtsal füüsikal ja universumi laienemise kontekstil. Ühelt poolt tõmbab gravitatsioon aktiivselt kõike kokku; see on ligitõmbav jõud, mida kontrollivad mateeria ja energia kõigil nende vormidel, mis universumis esinevad. Teisest küljest on olemas esialgne laienemiskiirus, mis tõmbab kõik lahku.
Suur pauk oli lask, mille järel algas kõigi aegade suurim võidujooks: gravitatsiooni ja universumi laienemise vahel. Kes lõpuks võidab? Vastus sellele küsimusele määrab meie maailma saatuse.
Me arvasime, et universumil on järgmised võimalused:
Reklaamvideo:
- Universum kukub kokku suure kokkusurumisega. Laienemine algab kiiresti ja suured aine- ja kiirguskogused lõhutakse. Kui ainet ja energiat on rohkem kui piisavalt, laieneb universum teatud maksimumini, laienemine pöörab kokkutõmbe vastupidiseks ja universum variseb uuesti kokku.
- Universum laieneb igaveseks ja viib suure külmumiseni. Kõik algab samamoodi nagu ülalpool, kuid seekord ei piisa aine ja energia hulgast, et laienemisele vastu seista. Universum laieneb igavesti, kuna laienemisaste langeb jätkuvalt, kuid ei jõua kunagi nullini.
- Universumi paisumine kipub asümptootiliselt nulli. Kujutage ette kahe ülaltoodud näite piiripealset olukorda. Veel üks prooton - ja me kukub kokku; üks vähem - laieneme lõpmatult. Sel kriitilisel juhul laieneb Universum igavesti, kuid võimalikult väikese kiirusega.
Et teada saada, milline variant on õige, pidime lihtsalt mõõtma, kui kiiresti universum laieneb ja kuidas laienemise kiirus aja jooksul muutus. Ülejäänud on füüsika küsimus.
See on olnud tänapäeval astrofüüsika üks suurimaid väljakutseid. Mõõtke kiirus, millega universum laienes, ja uurige, kuidas kosmose kangas tänapäeval muutub. Mõõtke, kuidas laienemiskiirus on aja jooksul muutunud, ja uurige, kuidas ruumi kangas on minevikus muutunud.
Kombineerige need kaks teavet selle kohta, kuidas laienemiskiirus on muutunud ja mis see oli, mis võimaldab teil kindlaks teha, millest universum koosneb ja millistes proportsioonides.
Niipalju kui me teame, määrasime nende mõõtmiste põhjal, et Universum koosneb 0,01% kiirgusest, 0,1% neutriinodest, 4,9% tavalisest ainest, 27% tumedast ainest, 68% tumedast energiast. See mõnele 1920. aastatel alguse saanud otsing sai 1990. aastate lõpus ootamatu vastuse.
Nii et kui universumi laienemises domineerib tume energia, mida see meie saatuse jaoks tähendab? Kõik sõltub sellest, kuidas - või kas - tume energia aja jooksul areneb. Siin on viis võimalust.
Tume energia on laienemises domineeriv kosmoloogiline konstant. See on vaikimisi ja võtab arvesse meie parimaid andmeid. Kuigi mateeria muutub universumi laienedes vähem tihkeks, mahu laienedes lahjeneb, tähistab tume energia nullist erinevat energiahulka, mis on omane kosmose kangale. Universumi laienedes jääb tumeda energia tihedus konstantseks, mille tõttu paisumine jääb alati positiivseks.
Selle tulemuseks on plahvatuslikult laienev universum ja surub lõpuks peale kõik, mis ei kuulu meie kohalikku rühma. Juba 97% nähtavast universumist muutub sellistes tingimustes ligipääsmatuks.
Tume energia on dünaamiline ja muutub aja jooksul võimsamaks. Tume energia näib olevat kosmosele omane uus energiavorm, mis tähendab, et sellel on püsiv energiatihedus. Kuid see võib ka aja jooksul muutuda. Üks võimalikke muutmisviise on see, et see suureneb järk-järgult, mis viib universumi laienemise kiiruse kiirenemiseni.
Kaugobjektid mitte ainult ei eemaldu meist, vaid teevad seda kiiremini ja kiiremini. Mis veelgi hullem: objektid, mis on nüüd gravitatsiooniliselt seotud - nagu galaktikate klastrid, üksikud galaktikad, päikesesüsteemid ja isegi aatomid -, ühendatakse ühel päeval, kui tume energia kõveneb. Universumi eksistentsi viimastel hetkedel lõhutakse alaaatomilised osakesed ja kosmose-aja enda kangas. See saatus - Suur Rip - on meie teine võimalus.
Tume energia on dünaamiline ja nõrgeneb aja jooksul. Kuidas saab tume energia muutuda? Tugevdamise asemel võib see nõrgeneda. Muidugi on paisumiskiirus kooskõlas kosmose enda juurde kuuluva konstantse energiakogusega, kuid ka see energiatihedus võib väheneda.
Kui see nõrgeneb nullini, jõuab kõik ühe ülalkirjeldatud võimaluse juurde: Suur külmutamine. Universum laieneb, kuid ilma piisavalt mateeria ja muude energiavormideta, mis aitaks sellel uuesti kokku kukkuda.
Kui kõdunemine muutub negatiivseks, võib see viia veel ühe võimaluseni: suure kahanemiseni. Universum täidetakse kosmosele omase energiaga, mis järsku muudab märke ja põhjustab ruumi kokkutõmbumist. See võimalus on ka võimalik.
Tume energia muundub teiseks energiavormiks, mis noorendab universumit. Kui tume energia ei lagune, vaid püsib konstantsena või isegi intensiivistub, tekib teine võimalus. See kosmose kangale omane energia ei pruugi alati sellisel kujul püsida. Selle asemel võib see muutuda mateeriaks ja radiatsiooniks, sarnaselt sellele, mis oli siis, kui kosmiline inflatsioon lõppes ja Suur Pauk algas.
Kui tume energia püsib selle hetkeni konstantsena, loob see hõõguvast Suurest Paugust väga, väga külma ja hajutatud versiooni, milles ainult neutriinod ja footonid saavad end luua. Kuid kui tumeda energia intensiivsus suureneb, võib see viia inflatsioonile sarnase seisundi, millele järgneb uus, tõeliselt tuline Suur Pauk. See on lihtsaim viis antud parameetritega universumi noorendamiseks.
Tume energia on seotud kvantvaakumi nullenergiaga ja see laguneb, hävitades meie universumi. See on kõige hävitavam võimalus kõigist. Mis siis, kui tume energia ei ole väikseima energiaga konfiguratsioonide tegelik tühja ruumi kogus, vaid see tuleneb varase universumi sümmeetriatest, kui need olid vale miinimumi konfiguratsioonis?
Kui jah, siis peab olema võimalus luua kvant tunnel madalama energia olekusse, muutes füüsikaseadusi ja kõrvaldades kõik kvantväljade seotud olekud (s.o osakesed). Kui kvantvaakum on selles mõttes ebastabiilne, siis kus iganes see lagunemine toimub, hävitatakse kõik universumis olev universum mulli kaudu, mis levib valguse kiirusel. Kui selline signaal meieni jõuab, lõpetame ka meie.
Kuigi me ei tea, milline neist võimalustest kehtib meie Universumi jaoks, hääletavad andmed lihtsalt meeletult esimese variandi poolt: tume energia on tõepoolest konstant. Praegu seavad meie tähelepanekud, kuidas universum on arenenud - eriti tänu kosmilisele mikrolaine taustkiirgusele ja universumi laiaulatuslikule struktuurile - ranged piirid sellele, kui palju hämarat ruumi tumeda energia muutmiseks on.
Ilja Khel
