55 просмотров

Спросите Итана: может ли Большой разрыв привести к еще одному Большому взрыву?

Разгадывая космическую загадку природы темной энергии, мы будем лучше учиться. [+] судьба Вселенной. Изменится ли темная энергия в силе или знаке, является ключом к пониманию того, закончим ли мы Большим Разрывом или нет.

Живописные отражения Фоновые обои

Есть несколько вопросов, которые могут не давать нам спать по ночам, как это могут делать размышления о возможной судьбе всего космоса. Звезды сгорят, их заменят новые, которые сами сгорят, и так далее, пока у Вселенной не кончится горючее. Галактики будут сливаться воедино и выбрасывать материю, а пространство между связанными галактиками и группами и скоплениями будет расширяться вечно. Темная энергия заставляет это расширение быть не только безжалостным, но и ускоряться. Но обязательно ли это конец? Вступая на спекулятивную территорию, Джастин Агустино ди Паола хочет знать:

Может ли «большой разрыв» привести к еще одному «Большому взрыву»? Когда Вселенная расширяется достаточно быстро, чтобы разорвать атомы, тогда появляются кварки. Создаст ли в этот момент Вселенная кварк-глюонный суп?

На карту поставлено не что иное, как судьба Вселенной.

Далекие галактики, подобные найденным в галактическом скоплении Геркулеса, удаляются от нас с ускорением. . [+] В конце концов, мы перестанем получать от них свет извне. Но ценность темной энергии не обязательно должна быть идеально отрегулирована, как утверждают многие; это может быть константа или она может варьироваться любым количеством способов.

Статья в тему:  Кто самая высокая участница Мисс Вселенная 2021

ESO/INAF-VST/OmegaCAM. Благодарность: OmegaCen/Astro-WISE/Kapteyn Institute

Когда вы случайно смотрите на далекую галактику во Вселенной, очень велика вероятность, что вы обнаружите, что ее свет имеет более красный цвет, чем свет, который вы видите от звезд в нашей собственной галактике. Возвращаясь к 1920-м годам, ученые заметили соотношение, которое в целом было верным: чем дальше от вас была галактика, в среднем, тем краснее становился свет. В контексте общей теории относительности быстро стало понятно, что это, вероятно, связано с расширением самой ткани пространства с течением времени.

Первоначальные наблюдения 1929 года за расширением Вселенной с помощью Хаббла, за которыми последовали последующие. [+] более подробные, но и неопределенные наблюдения.

Справа: Роберт П. Киршнер (http://goo.gl/C1d7EF); Слева Эдвин Хаббл.

Следующим шагом было точное определение того, насколько быстро расширяется Вселенная и как это расширение менялось с течением времени. Причина, по которой это так важно с теоретической точки зрения, заключается в том, что история расширения Вселенной однозначно определяет, что в ней находится. Если вы хотите знать, из чего состоит ваша Вселенная в самых больших масштабах, измерение того, как Вселенная расширялась за все космическое время, — верный способ добраться туда.

Если ваша Вселенная заполнена материей, вы ожидаете, что скорость расширения будет падать пропорционально степени разбавления материи по мере увеличения объема. Если он наполнен радиацией, вы ожидаете, что скорость упадет быстрее, поскольку само излучение смещается в красную сторону и теряет дополнительную энергию.Вселенная с пространственной кривизной, космическими струнами или энергией, присущей самому пространству, эволюционировала бы еще по-разному, в зависимости от соотношения всех различных энергетических компонентов.

Статья в тему:  Как астероиды и луны могут формировать план урока

График зависимости кажущейся скорости расширения (ось Y) от расстояния (ось X) соответствует Вселенной. [+] которые расширялись быстрее в прошлом, но далекие галактики ускоряют свое удаление сегодня. Это современная версия, простирающаяся в тысячи раз дальше оригинальной работы Хаббла. Обратите внимание на то, что точки не образуют прямую линию, что указывает на изменение скорости расширения с течением времени.

Нед Райт, основываясь на последних данных Betoule et al. (2014)

Основываясь на полном наборе измерений, которые мы смогли сделать, в том числе переменных звезд, различных типах и свойствах галактик и сверхновых типа Ia, а также на космическом микроволновом фоне, скоплениях и корреляциях галактик, мы в состоянии точно определить, из чего состоит Вселенная. В частности, он состоит из:

  • 68% темная энергия,
  • 27% темной материи,
  • 4,9% нормальной материи,
  • 0,09% нейтрино и
  • 0,01% излучения,

с погрешностью всего в несколько процентов для каждой цифры.

Все ожидаемые судьбы Вселенной (три верхние иллюстрации) соответствуют Вселенной, в которой . [+] материя и энергия борются с начальной скоростью расширения. В наблюдаемой нами Вселенной космическое ускорение вызвано каким-то типом темной энергии, который до сих пор остается необъяснимым. Все эти Вселенные управляются уравнениями Фридмана, которые связывают расширение Вселенной с различными типами материи и энергии, присутствующими в ней.

Э. Сигел / За пределами Галактики

Наша Вселенная, в которой доминирует темная энергия, особенно интересна, потому что это был компонент Вселенной, который не должен был существовать, не говоря уже о том, чтобы доминировать. И все же мы здесь, через 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва, живем во Вселенной, где темная энергия управляет расширением Вселенной.

Статья в тему:  Как глобальное потепление влияет на путешествия монархов

Есть много вопросов, связанных с темной энергией, в том числе о том, какова ее природа, что ее вызывает, и является ли она постоянной или будет развиваться с течением времени. Осталось немного места для маневра, но все наблюдения согласуются с тем, что это космологическая постоянная. Другими словами, кажется, что это новая форма энергии, присущая самому пространству. Когда Вселенная расширяется, она создает новое пространство, каждое из которых содержит одинаковое количество темной энергии.

Хотя плотность энергии материи, излучения и темной энергии очень хорошо известна, все еще существует . [+] много места для маневра в уравнении состояния темной энергии. Это может быть константа, но она также может увеличиваться или уменьшаться в силе с течением времени.

Во всяком случае, это текущая любимая картина. С теоретической точки зрения существует ряд известных способов получения космологической постоянной, и поэтому это объяснение — до тех пор, пока данные согласуются с ним — скорее всего, останется предпочтительным. Но нет никаких причин, по которым темная энергия не может быть чем-то более сложным.

Это может быть что-то, что со временем разбавляется, становясь все менее и менее плотным, хотя и слегка. Это может быть что-то, что изменит знак в далеком будущем, что приведет к повторному коллапсу Вселенной в Большом сжатии. Или это может быть что-то, что со временем становится сильнее, заставляя Вселенную расширяться все быстрее и быстрее с течением времени. Именно эта последняя возможность приводит к сценарию Большого разрыва.

Статья в тему:  Как далеко во Вселенную мы отправились на космическом корабле

Различные пути развития темной энергии в будущем. Оставаясь постоянным или возрастая в . [+] сила (в Большой Разрыв) потенциально может омолодить Вселенную, в то время как изменение знака может привести к Большому Сжатию.

Когда мы говорим о любом компоненте энергии во Вселенной, мы говорим об уравнении его состояния, которое описывает, как он развивается во Вселенной во времени. Астрофизики обозначают параметр ж для этой цели, где ж = 0 соответствует материи, ж = 1/3 соответствует излучению, а ж = -1 соответствует космологической постоянной.

Темная энергия, по-видимому, ж = -1, но там есть место для маневра. Например, в новой статье совместной работы Subaru Hyper Suprime-Cam были опубликованы новые ограничения на уравнение состояния темной энергии. В то время как это кажется очень согласующимся с ж = -1, есть предположение, что он может быть немного более отрицательным. Если это на самом деле — если окажется, что ж < -1 вместо того, чтобы равняться ему — тогда Большой Разрыв неизбежен.

" align="" width="706"] Ожидаемая судьба Вселенной — это вечное, ускоряющееся расширение, [+] соответствующее w (по оси y), равному -1. Если w больше отрицательного, чем -1, как свидетельствуют некоторые данные, вместо этого нашей судьбой станет Большой Разрыв.

Если Большой Разрыв реален, то не только Вселенная расширяется (что происходит независимо от темной энергии), и не только отдаленные объекты, по-видимому, удаляются от нас со все большей и большей скоростью с течением времени (что происходит из-за темная энергия), но объекты, которые связаны друг с другом какой-либо фундаментальной силой, в конце концов будут разорваны на части все возрастающей силой темной энергии.

Статья в тему:  Мироходец, куда стрелять, чтобы остановить ядерный запуск

Через много миллиардов лет наша местная группа увидит, как звезды на окраинах выбрасываются в космос, поскольку они освобождаются от гравитации нашей галактики далекого будущего: Милкдромеды. С течением времени все больше и больше звезд будут выбрасываться наружу, в конечном итоге уничтожая структуру, известную нам как галактика, и превращая нас в собрание миллиардов несвязанных звезд и звездных трупов.

Сценарий Большого разрыва произойдет, если мы обнаружим, что сила темной энергии увеличивается, оставаясь при этом . [+] отрицательный по направлению, с течением времени.

Джереми Тифорд/Университет Вандербильта

Со временем планеты будут выброшены из своих солнечных систем, поскольку темная энергия продолжает усиливаться, и тогда даже сами планеты будут разорваны на части.В самые последние мгновения объекты, удерживаемые вместе атомными и молекулярными силами, будут разорваны на части, электроны будут отделены от своих атомов, атомные ядра распадутся на части, и даже сами кварки будут отделены друг от друга. Если есть что-то, состоящее из кварков, они тоже будут разорваны на части.

Если Большой Разрыв верен, все во Вселенной будет сведено к своим самым фундаментальным составляющим в какой-то странной параллели с самыми ранними стадиями Большого Взрыва.

Кварк-глюонная плазма ранней Вселенной будет очень похожа на кварк-глюонную плазму. [+] генерируется в последние мгновения Большого разрыва. Хотя мы часто представляем такие частицы, как кварки, глюоны и электроны, в виде трехмерных сфер, лучшие измерения, которые мы когда-либо проводили, показывают, что они неотличимы от точечных частиц.

Статья в тему:  Как я могу укрепить свой дом для ядерной войны?

Брукхейвенская национальная лаборатория

Но это совсем другая кварк-глюонная плазма, чем та, что была в начале Большого Взрыва. Во-первых, Большой Взрыв характеризуется горячим и плотным состоянием, а Большой Разрыв будет чрезвычайно холодным и разреженным. С другой стороны, Большой взрыв характеризуется тем, что вся материя и энергия во Вселенной сжимаются в крошечный объем пространства, но в Большом разрыве они будут растянуты на триллионы световых лет. И с другой стороны, Большой взрыв представляет собой состояние довольно низкой энтропии, но энтропия при Большом разрыве будет примерно в 10 35 раз больше, чем при Большом взрыве.

Но надежда все же есть.

Вполне возможно, что темная энергия, если она приведет к Большому разрыву, сможет переработать Вселенную. Если темная энергия увеличивается в силе, это действительно энергия, присущая самой ткани пространства, и она может быть полностью аналогична раннему периоду в истории нашей Вселенной, когда пространство расширялось с невероятной скоростью: космической инфляции. Инфляция удаляет всю ранее существовавшую материю и энергию из Вселенной, оставляя после себя только ткань самого пространства.После периода инфляции эта энергия каким-то образом преобразуется в частицы, античастицы и излучение, что приводит к горячему Большому взрыву. Этот сценарий уже рассматривался ранее и известен как омоложенная Вселенная.

Квантовые флуктуации, возникающие при инфляции, растягиваются по Вселенной, и когда . [+] инфляция заканчивается, они становятся флуктуациями плотности. Это приводит со временем к крупномасштабной структуре современной Вселенной, а также к флуктуациям температуры, наблюдаемым в реликтовом излучении.

Статья в тему:  Как холодная зима доказывает глобальное потепление

Э. Сигел, с изображениями, полученными от ESA/Planck и межведомственной целевой группы DoE/NASA/NSF по исследованию CMB

Если Большой Разрыв верен, он должен просто разорвать всю материю, что приведет к очень пустой Вселенной с большим количеством энергии, присущей самому пространству. Если мы экстраполируем это сколь угодно далеко, до самых высоких вообразимых энергий, само пространство разорвется на части, поэтому это и называется Большим Разрывом. Но, возможно, есть отсечка, и, возможно, впереди еще один переход. Если это то, к чему движется наша Вселенная, то Большой Разрыв может быть не последним, что когда-либо произойдет; вместо этого это может быть предшественником рождения совершенно новой Вселенной.

Возможно, на самом деле дело обстоит так, как сказал Дж. М. Барри: «Все это уже случалось раньше, и все это произойдет снова».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x