Existuje několik otázek, které nás udržují v noci vzhůru a týkají se konečného osudu celého vesmíru. Hvězdy se rozsvítí, jsou nahrazeny novými, také vyhoří a vše se opakuje, dokud nedojde vesmír. Galaxie se spojí a vypuzují hmotu a prostor mezi skupinami a shluky galaxií se navždy rozšíří. Temná energie způsobuje, že tato expanze není jen neúprosná, ale také zrychluje. Ale bude to konec? Mohla by tato „velká mezera“(když všechno skončí v nekonečně vzdálené vzdálenosti od sebe) vést k novému „velkému třesku“? Když se vesmír rozpíná dostatečně rychle, aby odtrhl atomy a oddělil od nich kvarky … Vznikne kvark-gluonová polévka?
V sázce je osud vesmíru, ať už někdo řekne cokoli.
Co je na konci vesmíru?
Pokud se podíváte na vzdálenou náhodnou galaxii ve vesmíru, je velká šance, že uvidíte, že její záře je červenější než hvězdy, které září v naší galaxii. V roce 1920 vědci zjistili, že tento vzorec přetrvával jako celek: čím dál je galaxie od vás, tím červenější je její světlo. V kontextu obecné relativity se rychle ukázalo, že to bylo způsobeno expanzí struktury prostoru samotného v průběhu času.
Dalším krokem bylo kvantifikovat, jak rychle se vesmír rozšiřoval a jak se tato rychlost v průběhu času měnila. Důvod, který byl z teoretického hlediska důležitý, je ten, že historie expanze vesmíru určovala, co v něm bylo. Pokud chcete vědět, z čeho je váš vesmír vyroben, pomůže vám měření toho, jak se vesmír rozšířil v kosmickém čase, na největších měřítcích.
Pokud je váš vesmír naplněn hmotou, očekáváte, že se rychlost expanze sníží úměrně množství zředěné hmoty. Pokud je naplněna radiací, rychlost expanze klesne ještě více, protože samotné záření je redshifted a ztrácí další energii. Vesmír s prostorovým zakřivením, kosmickými řetězci nebo energií vlastní v samotném prostoru se bude stále vyvíjet jiným způsobem, v závislosti na poměrech všech energetických složek.
Propagační video:
Na základě celé sady měření, které jsme byli schopni provést, včetně proměnných hvězd, galaxií různých typů a vlastností a typu Ia supernovy, jakož i kosmického mikrovlnného pozadí a shlukování a korelace galaxií, jsme byli schopni přesně určit, z čeho je vesmír vyroben. Zejména se skládá z:
- 68% z temné energie;
- 27% temné hmoty;
- 4,9% z běžné hmoty;
- 0,09% neutrin;
- 0,01% záření.
Plus nebo mínus úprava o několik desetin procenta v každém případě.
Náš vesmír, kterému dominuje temná energie, je obzvláště zajímavý, protože tato složka ve vesmíru neexistovala, natož její převaha. A přesto jsme tady, 13,8 miliard let po Velkém třesku, žijící ve vesmíru, v němž temná energie řídí expanzi vesmíru.
Tmavá energie obklopuje tolik otázek. Jaká je jeho povaha? Odkud to pochází? Je to konstantní nebo se mění v průběhu času? Neexistují žádné definitivní odpovědi, ale vše naznačuje, že temná energie je kosmologická konstanta. Jinými slovy, chová se jako nová forma energie vlastní v samotném prostoru. Jak se vesmír rozšiřuje, vytváří nový prostor, který obsahuje stejné jednotné množství temné energie.
To je zatím náš nejlepší pohled. Z teoretického hlediska existuje několik známých způsobů, jak vytvořit kosmologickou konstantu, a proto toto vysvětlení - pokud s tím data souhlasí - zůstane preferovaným. Neexistuje však žádný důvod, proč by temná energie nemohla být složitější.
Může to být něco, co v průběhu času eroduje, stává se stále méně a méně hustým, i když trochu. Může to být něco, co se změní ve vzdálené budoucnosti a vede k opětovnému vytvoření vesmíru ve velkém stlačení. Může to být také něco, co časem zesiluje, časem zrychluje a rozšiřuje vesmír. Právě tato variace vede ke scénáři Big Rip.
Když mluvíme o jakékoli složce energie ve vesmíru, mluvíme o její rovnici stavu, která popisuje, jak se vyvíjí v průběhu času ve vesmíru. Astrofyzici k tomu používají parametr w, kde w = 0 odpovídá hmotě, w = 1/3 odpovídá záření, w = -1 odpovídá kosmologické konstantě.
Zdá se, že temná energie má w = -1, ale není to přesné. Například nová práce ze spolupráce Subaru Hyper Suprime-Cam přidala nová omezení do temné energetické rovnice státu. Zatímco temná energie odpovídá w = -1 docela přesvědčivě, existuje spekulace, že by mohla být ještě negativnější. Pokud to opravdu je - pokud se ukáže, že w <-1 a ne rovno -1 - pak je Big Rip nevyhnutelný.
Pokud hrozí Velký roztržení, zrychlí se nám nejen rychle se rozvíjející vesmír, ale i vzdálené objekty rychleji a rychleji (kvůli temné energii). Ale předměty, které drží pohromadě nějaká základní síla, budou nakonec roztrženy rostoucí silou temné energie.
V budoucnu bude naše místní skupina po mnoho miliard let vidět, jak budou hvězdy na okraji hozeny do vesmíru, protože budou gravitačně svázány z naší budoucí vzdálené galaxie: Milkomed. Postupem času bude více a více hvězd vyhazováno ven, dokud se struktury, které známe jako galaxie, zhroutí a stanou se sbírkou miliard nesouvisejících hvězd a hvězdných mrtvol.
Postupem času budou planety vypuzovány ze svých slunečních soustav, protože temná energie zesílí a pak i samotné planety budou roztrženy. Ve velmi posledních chvílích budou objekty držené atomovými a molekulárními silami roztrženy, elektrony budou roztrhány z jejich atomů, atomová jádra se rozpadne a dokonce i samotné kvarky budou odděleny. A pak prasknou.
Čekáme na nový Velký třesk?
Pokud je Big Rip správným modelem pro vývoj vesmíru, vše ve vesmíru bude redukováno na nejzákladnější komponenty, v některých ohledech silně korespondující s prvními fázemi Velkého třesku.
Tato kvark-gluonová plazma se však bude lišit od toho, co bylo během velkého třesku. Za prvé, Velký třesk je horký a hustý a Velký trh bude extrémně chladný a rozptýlený. Za druhé, Velký třesk je charakterizován skutečností, že veškerá hmota a energie ve vesmíru je stlačena do malého objemu prostoru, ale ve Velkém roztržení budou rozptýleny na biliony světelných let. Kromě toho Velký třesk představuje stav relativně nízké entropie, ale ve Velkém třesku bude entropie desetkrát (až na sílu 35) více než ve Velkém třesku.
Ale je tu naděje.
Možná temná energie, která povede k Velkému roztržení, může restartovat vesmír. Pokud síla temné energie vzroste, je tato temná energie nedílnou součástí struktury samotného vesmíru, což znamená, že může být zcela analogická rané době v historii našeho vesmíru, kdy se prostor rozšiřoval obrovskou rychlostí: kosmická inflace. Inflace vylučuje veškerou již existující hmotu a energii ve vesmíru a zanechává za sebou pouze strukturu prostoru. Po období inflace je energie nějak přeměněna na částice, antičástice a záření, což vede k Velkému třesku. Tento scénář byl zvažován dříve a je známý jako omlazený vesmír.
Pokud je Big Rip skutečným scénářem konce vesmíru, jednoduše odtrhne veškerou hmotu od sebe a vesmír bude velmi prázdný, ale s obrovským množstvím energie vlastnímu samotnému vesmíru. Pokud je energie velmi velká, je možné, že samotná struktura vesmíru praskne - ale je to úplně jiný scénář.
Ilya Khel