Üks suurimaid üllatusi füüsikas juhtus 20. sajandi lõpus, nimelt 1998. aastal. Vaadates ühe tähe üht kõige kaugemat nähtust (see oli 1A tüüpi supernoova), suutsime kindlaks teha, et universum mitte ainult ei laiene, vaid laieneb kiirendusega. Tõenäoliselt ei täida seda mitte ainult aine, kiirgus ja ruumi kõverus.
Vaja oli uut energiavormi, mis paneks kauged galaktikad meist kiirenema. See salapärane tume energia pidi olema kosmoloogiline konstant, kuid selles võiks olla midagi huvitavamat. Üks uudishimulik variant võib muuta kogu universumi saatust, mis viib Suure Ripini. Ken Blackman küsib:
"Kas Suur Rip, kus laienemine kaalub üles kõik teised jõud, on meie universumi jaoks ikkagi võimalik tulevik? Mis on plussid ja miinused? Ja kui jah, siis kuidas kõik juhtub ja mis juhtub?"
Uurime välja.
Universumi kaugemaid osi vaadates leiame, et see on täis valgust kiirgavaid ja neelavaid allikaid. Seal on tähti, galaktikaid, kvasaare, galaktikaparveid ja tohutut kosmilist tähesüsteemide võrku. Struktuuride vahel on ka tolm, neutraalne gaas, ioniseeritud plasma, tumeaine ja hiiglaslikud ruumitühikud. Kiirgustüüpe on väga erinevaid; seal on neutriinod ja on mustad augud.
Kuid kui kõik kokku panna, moodustab see vaid ühe kolmandiku universumi energiast. "Aine", mis liigub gravitatsiooni mõjul sellisel viisil, nagu me seda teame, moodustab väiksema osa universumis olevast.
Me teame seda sellest, kuidas universum on oma ajaloo jooksul laienenud. Umbes kuus miljardit aastat tagasi hakkasid kauged galaktikad meist kiirenema. Universum kiirenes. Tuginedes vaatlustele nende liikumise kohta praegu, samuti kosmilise mikrolaineausta, suuremahulise struktuuri ja muude näitajate vaatlustele, oleme kindlaks teinud, et universumis on 68% tumedat energiat.
Selle energia tihedus ilmselt universumi laienedes ei vähene, erinevalt ainest ja kiirgusest. Kui Universumi mahu suurenemisega muutub aine vähem tihedaks ja kiirgus nihkub pikemate ja energeetiliselt vähem küllastunud lainepikkuste suunas, on tume energia kosmosele endale omane energia. Uue ruumi tekkimisel jääb energia tihedus muutumatuks.
Reklaamvideo:
Teoreetiliselt võimaldab see meil ennustada universumi saatust. Kui tume energia oleks tõepoolest püsivat tüüpi energia, mis Universumi paisudes ei muutu, siis Universum laieneks lihtsalt lõputult. Hubble'i paisumiskiirus oleks püsiv ja piiratud, umbes 55 km / s megaparsekil. Kaugete galaktikate eemaldamisega, 10–100 megaparsekini ja seejärel kuni 1 gigaparsekini, suureneks kaugus 550 km / s, seejärel 5500 km / s ja seejärel 55 000 km / s.
Erinevalt stsenaariumist, kus tumedat energiat pole, laieneb universum kiireneva kiirusega. Nagu näitavad meie vaatlused, jätkab see kaugemas tulevikus suvalist kiirendatud laienemist ühtlases tempos. Universumi saatus on kadestamatu: külm, tühi ja üksildane. Ja vastastikuse haarde tsoonis jäävad alles ainult kehad, mis on endiselt omavahel seotud.
Kuid muidugi eeldatakse, et tume energia on tõepoolest kosmoloogiline konstant. See tähendab, et tema tugevus, tihedus ei suurene ega vähene, jooned ei muutu ja ta ise ei muutu ruumis. Meil on palju tõendeid selle kohta. Need on peamiselt suurimate galaktikaparvede vaatlusandmed.
Kuid isegi parimate vaatlusandmete korral ei saa me kindlalt väita, et tume energia on kosmoloogiline konstant. Aja jooksul võib see üsna oluliselt muutuda, väheneda või suureneda mitte rohkem kui teatud summa. Meil on parameeter "w", mis võrdub keskkonna rõhu ja selle energia tiheduse suhtega ning selle abil saame kvantifitseerida, kui palju pime energia võib muutuda. Kui w = -1, siis on meil kosmoloogiline konstant. Kuid vaatluslikult w = -1,00 ± 0,08 või nii. Meil on igati põhjust arvata, et selle väärtus on täpselt -1.
Kui tume energia pole püsiv, siis on selle muutumiseks kaks peamist võimalust. Kui w muutub aja jooksul positiivsemaks, siis kaotab tume energia tugevuse ja võib isegi muuta oma märgi vastupidiseks. Kui jah, siis lõpetab Universum kiirenemise ja selle paisumiskiirus langeb nulli. Kui märk muutub vastupidiseks, võib Universum isegi uuesti "kokku kukkuda", olles määratud suurele kokkusurumisele.
Meil pole kindlaid tõendeid selle kohta, et see nii on, kuid uue põlvkonna teleskoobid nagu LSST (suur vaateteleskoop), WFIRST (laiaulatuslik infrapunateleskoop) ja Euclid (EUCLID) suudavad mõõta parameetrit w täpsusega 1 -2%. See on palju täpsem võrreldes praegusega. Sellised vaatluskeskused peaksid ilmuma eeldatavasti 2020. aastatel ja Euclidi algus peaks toimuma 2021. aastal.
Muidugi ei saa välistada, et aja jooksul muutub w väärtus negatiivseks, langeb alla -1 ja jääb sinna. Kui see juhtub, ootab universumit midagi jahmatavat: suur rebimine.
Kui tume energia on tõeliselt konstantne, siis sel juhul seob meie päikesesüsteem, meie galaktika ja isegi meie kohalik galaktikate rühm, kuhu kuuluvad Linnutee, Andromeda, Kolmnurga galaktika, Magellani pilved ja mitukümmend väikest kääbusgalaktikat gravitatsioonijõud paljude triljonite ja triljonite aastate jooksul …
Kuid kui tume energia saab tugevust (mis toimub siis, kui w <-1), siis ei liiguta kiirenduse kiirus ainult kaugeid galaktikaid meist eemale. Aja jooksul kaotavad need suuremahulised struktuurid meiega oma gravitatsiooni seose.
Tume energia muutub aja jooksul tugevamaks ja sellel on kõige negatiivsemad tagajärjed kõigele, mis meie universumi täna moodustab.
Kui tumeda energia energeetiline tihedus suureneb praeguse väärtuse umbes kümnekordse suurusega, on see piisav, et takistada Linnutee liitmist Andromedaga. Selle asemel eemaldub Big Ripi stsenaariumi järgi naabergalaktika meist nagu kõik teisedki kauged galaktikad Universumis. Me eemaldume nii Kolmnurga galaktikast kui ka enamikust kääbusgalaktikatest. Kuid see pole veel lõpp, sest tume energia saab jätkuvalt jõudu juurde.
Kui tumeda energia energeetiline tihedus suureneb praeguse väärtuse umbes 100 korda, hakkavad Linnutee äärel olevad tähed meie galaktikast välja lendama. Ruumi meetriline laienemine ületab kogu lähedal asuva aine, nii tavalise kui ka pimeda, gravitatsioonijõu.
Ja kui tumeda energia tugevus suureneb võrreldes tänase väärtusega 200 või 300 korda, siis liitub meie Päike ääremaalt pärit tähtedega ja eraldub meie galaktikast. Ja meie päikesesüsteem lendab kurvas üksinduses läbi galaktikavahelise ruumi.
Kuid see pole veel kõik. Suure Ripi stsenaariumi korral on meil veel midagi kaotada. Pimeda energia energiatihedus suureneb jätkuvalt ja aja jooksul hakkab see ohustama mitte ainult meie päikesesüsteemi, vaid kõiki universumi süsteeme. Kui tume energia saab piisavalt tugevust, hakkavad planeedid ise Päikesest eemale lendama.
Esmalt lendab maha Oorti pilv, millele järgneb Kuiperi vöö, järgnevad Neptuun, Uraan, Saturn ja Jupiter. Pärast neid lahkuvad asteroidid ja siis tuleb Marss maha. Maa visatakse orbiidilt välja, kui tumeda energia tihedus on 100 miljardit korda suurem kui praegune väärtus.
Ja siis tabab kõike, mis Maale jääb, kohutav katastroof. Inimesed vabastatakse Maa raskusjõust, rakud, molekulid, aatomid ja tuumad rebitakse tükkideks ning tumeda energia tihedus kasvab lõpmatuseni. Võib arvata, et isegi aegruumi alusriie rebeneb päris lõpus.
Õnneks hoitakse täna pimedat energiat piirides, kuna w = -1,00 ± 0,08 ja meil on aega. Kui Universum on ikkagi määratud oma eksistentsi lõpetama Suure Ripiga, siis selline saatus ootab meid ees mitte varem kui 80 miljardi aasta pärast. See on tänapäeval peaaegu kuus korda universumi vanusest. Galaktikate eraldamine üksteisest, mis on esimene märgatav samm teel Suure Ripini, juhtub ka kõige pessimistlikuma stsenaariumi korral mitmekümne miljardi aasta jooksul.
Niipalju kui meile teada on, pole praegu usaldusväärseid andmeid, mis kinnitaksid tumeda energia tugevuse kasvu ja kummutaksid selle püsivuse fakti. Kuid selleks, et kindlalt teada saada, vajame väga tundlikke instrumente. Kuid ühte me teame juba kindlalt. Ükskõik, mida teaduslikud tõendid näitavad, suudame 2020. aastatel tumeda energia tugevust senisest märksa täpsemalt mõõta. Ja edasi. Maa, Päikese, galaktika ja kohaliku galaktikagrupi jaoks ei juhtu nii kurb saatus paljude miljardite aastate jooksul. Suurt lõhet ei saa välistada, kuid see on siiski väga-väga kaugel.
Ethan Siegel
