Jedno z největších překvapení ve fyzice nastalo na konci 20. století, konkrétně v roce 1998. Při pohledu na jeden z nejvzdálenějších jevů na jedné hvězdě (byla to supernova typu 1A) jsme byli schopni určit, že vesmír se nejen rozpíná, ale rozpíná se zrychlením. Pravděpodobně je vyplněna nejen hmotou, zářením a zakřivením vesmíru.
Byla zapotřebí nová forma energie, díky níž vzdálené galaxie zrychlují pryč od nás. Tato tajemná temná energie měla být kosmologickou konstantou, ale mohlo v ní být něco zajímavějšího. Jedna zvědavá možnost mohla změnit osud celého vesmíru, což by vedlo k Velkému vytržení. Ken Blackman se ptá:
"Je Velký Rip, ve kterém expanze převažuje nad všemi ostatními silami, stále možnou budoucností našeho vesmíru?" Jaké jsou klady a zápory? A pokud ano, jak se všechno stane a co se stane? “
Pojďme to zjistit.
Při pohledu na vzdálené části vesmíru zjistíme, že je plný zdrojů vyzařujících a absorbujících světlo. Existují hvězdy, galaxie, kvasary, shluky galaxií a obrovská kosmická síť hvězdných systémů. Mezi strukturami je také prach, neutrální plyn, ionizovaná plazma, temná hmota a obrovské vesmírné dutiny. Existuje široká škála typů záření; jsou tam neutrina a jsou tam černé díry.
Ale pokud dáte všechno dohromady, činí to jen jednu třetinu energie ve vesmíru. „Látka“, která se pohybuje pod vlivem gravitace tak, jak víme, že tvoří menší zlomek toho, co je ve vesmíru.
Víme to z toho, jak se vesmír během své historie rozšířil. Asi před šesti miliardami let začaly vzdálené galaxie od nás zrychlovat. Vesmír se zrychloval. Na základě pozorování toho, jak se nyní pohybují, stejně jako pozorování kosmického mikrovlnného pozadí, struktury ve velkém měřítku a dalších ukazatelů, jsme zjistili, že vesmír je 68% temné energie.
Hustota této energie zjevně neklesá, jak se vesmír rozpíná, na rozdíl od hmoty a záření. Zatímco hmota se s rostoucím objemem vesmíru zmenšuje a záření se posouvá směrem k delším a energeticky méně nasyceným vlnovým délkám, temná energie je energií vlastní samotnému vesmíru. Když vznikne nový prostor, hustota energie zůstane nezměněna.
Propagační video:
Teoreticky nám to umožňuje předpovídat osud vesmíru. Pokud by temná energie byla skutečně energií konstantního typu, která se nemění s expanzí vesmíru, pak by se vesmír jednoduše rozpínal na neurčito. Rychlost expanze Hubbleu by měla konstantní a konečnou hodnotu asi 55 km / s na megaparsec. S odstraněním vzdálených galaxií od 10 do 100 megaparseků a poté až na 1 gigaparsec by se vzdálenost zvýšila na 550 km / s, poté na 5 500 km / s a poté na 55 000 km / s.
Na rozdíl od scénáře, ve kterém neexistuje žádná temná energie, se vesmír rozpíná rychlostí. Jak ukazují naše pozorování, bude ve své vzdálené budoucnosti pokračovat ve svévolné zrychlené expanzi konstantní rychlostí. Osud vesmíru bude nezáviděníhodný: chladný, prázdný a osamělý. A v zóně vzájemného dosahu zůstanou pouze těla, která jsou stále navzájem spojená.
Samozřejmě se však předpokládá, že temná energie je skutečně kosmologická konstanta. To znamená, že její síla, hustota se nezvyšuje ani nesnižuje, její vlastnosti se nemění a ona sama se nemění v prostoru. Máme spoustu důkazů, že tomu tak je. Jedná se hlavně o pozorovací data největších kup galaxií.
Ale ani při nejlepších pozorovacích datech nemůžeme s jistotou říci, že temná energie je kosmologická konstanta. V průběhu času se to může poměrně významně změnit, snížit nebo zvýšit o ne více než určitou částku. Máme parametr „w“, který se rovná poměru tlaku média k hustotě jeho energie, a s jeho pomocí můžeme kvantitativně určit, kolik tmavé energie se může změnit. Pokud w = -1, pak máme kosmologickou konstantu. Ale pozorovatelně w = -1,00 ± 0,08 nebo tak. Máme všechny důvody se domnívat, že jeho hodnota je přesně -1.
Pokud temná energie není konstantní, existují dvě hlavní možnosti, jak se může změnit. Pokud se w v průběhu času stane pozitivnějším, pak temná energie ztrácí svou sílu a může dokonce změnit své znamení na opak. Pokud ano, pak vesmír přestane zrychlovat a rychlost jeho expanze klesne na nulu. Pokud se znamení změní v pravý opak, může se vesmír dokonce znovu „zhroutit“a být odsouzen k Velké kompresi.
Nemáme přesvědčivé důkazy o tom, že tomu tak bude, ale dalekohledy nové generace jako LSST (Large Observation Telescope), WFIRST (Wide Range Infrared Telescope) a Euclid (EUCLID) budou schopny měřit parametr w s přesností 1 -2%. To je mnohem přesnější ve srovnání s tím, co máme dnes. Tyto observatoře se mají objevit ve 20. letech 20. století a první spuštění Euclidu je naplánováno na rok 2021.
Samozřejmě nelze vyloučit, že v průběhu času bude hodnota w záporná, klesne pod -1 a zůstane tam. Pokud k tomu dojde, na vesmír čeká něco úžasného: Velký rip.
Pokud je temná energie skutečně konstantní, pak bude v tomto případě naše sluneční soustava, naše galaxie a dokonce i naše místní skupina galaxií zahrnující Mléčnou dráhu, Andromedu, galaxii Triangle, Magellanova mračna a několik desítek malých trpasličích galaxií spojena gravitační silou po mnoho bilionů a bilionů let …
Pokud ale temná energie získá sílu (k níž dojde, když w <-1), pak rychlost zrychlení nejenže vzdálí vzdálené galaxie od nás. Postupem času tyto velké struktury s námi ztratí své gravitační pouto.
Temná energie postupem času zesílí, což bude mít nejnepříznivější důsledky pro všechno, co dnes tvoří náš vesmír.
Když se energetická hustota temné energie zvýší přibližně 10krát oproti její současné hodnotě, bude to stačit k tomu, aby se zabránilo sloučení Mléčné dráhy s Andromedou. Místo toho se podle scénáře Big Rip sousední galaxie od nás vzdálí, stejně jako všechny ostatní vzdálené galaxie ve vesmíru. Budeme se vzdalovat od trojúhelníkové galaxie, stejně jako od většiny trpasličích galaxií. Ale to není konec, protože temná energie bude i nadále získávat sílu.
Vzhledem k tomu, že energetická hustota temné energie se zvyšuje přibližně stokrát, než je její současná hodnota, začnou hvězdy z okrajů Mléčné dráhy létat z naší galaxie. Metrická expanze prostoru překoná i gravitační sílu veškeré blízké hmoty, obyčejné i temné.
A pokud se síla temné energie zvýší 200 nebo 300krát ve srovnání s dnešní hodnotou, pak se naše Slunce připojí ke hvězdám z předměstí a odtrhne se od naší galaxie. A naše sluneční soustava poletí ve smutné samoty mezigalaktickým prostorem.
Ale to není vše. Ve scénáři Big Rip máme stále co ztratit. Energetická hustota temné energie se bude i nadále zvyšovat a postupem času začne ohrožovat nejen naši sluneční soustavu, ale všechny systémy ve vesmíru. Když temná energie získá dostatečnou sílu, začnou samotné planety odlétat od Slunce.
Nejprve odletí Oortův mrak, následovaný Kuiperovým pásem, následovaným Neptunem, Uranem, Saturnem a Jupiterem. Po nich asteroidy odejdou a potom Mars odletí. Země bude vyhozena z oběžné dráhy, když hustota temné energie bude 100 miliardkrát vyšší než její současná hodnota.
A pak všechno, co na Zemi zůstane, postihne strašná katastrofa. Lidé budou osvobozeni od gravitace Země, buňky, molekuly, atomy a jádra budou roztrhány na kousky a hustota temné energie bude i nadále růst do nekonečna. Lze předpokládat, že i základní struktura časoprostoru se roztrhne na samém konci.
Naštěstí se dnes temná energie udržuje v mezích, protože w = -1,00 ± 0,08, a máme čas. Pokud je vesmír stále předurčen ukončit svou existenci Velkým roztržením, pak nás takový osud čeká ne dříve než za 80 miliard let. Dnes je to téměř šestinásobek věku vesmíru. Oddělení galaxií od sebe navzájem, což bude první znatelný krok na cestě k Velkému roztržení, a to i v nejpesimističtějším scénáři, nastane za mnoho desítek miliard let.
Pokud víme, v současné době neexistují žádné spolehlivé údaje, které by potvrdily nárůst síly temné energie a vyvrátily její konstantní hodnotu. Abychom to ale jistě zjistili, potřebujeme velmi citlivé nástroje. Ale jednu věc už víme jistě. Ať už vědecké důkazy naznačují cokoli, ve 20. letech 20. století budeme moci měřit sílu temné energie mnohem přesněji než dříve. A dál. Pro Zemi, Slunce, galaxii a místní skupinu galaxií takový smutný osud nenastane po mnoho miliard let. Velkou mezeru nelze vyloučit, ale stále je velmi, velmi daleko.
Ethan Siegel