V původu našeho vesmíru je něco děsivě podobného, nazývaného kosmická inflace, a ve zrychlené expanzi temné energie, která nakonec rozhodne o jeho osudu. To vzbuzuje podezření, že tyto jevy mohou spolu souviset. Tento týden si Andrew Gillett kládl otázky: pokud je teorie věčné inflace pravdivá, pak by mohla být temná energie předzvěstí návratu do tohoto prvotního stavu?
Není to jen možné. To ani nevyžaduje, aby teorie byla správná. Začněme náš rozhovor s fází předcházející zrození vesmíru v podobě, v jaké je nám známo - s kosmickou inflací.
Když se zrodil Vesmír, který známe, plný hmoty a záření, měl několik docela zvláštních vlastností: prostorově byl plochý, měl všude stejnou teplotu, neměl žádné zbytky superhusté energie a měl velmi podivné vzorce v podobě oblastí s přebytek a snížená hustota. Je možné, že se vesmír zrodil již s těmito podmínkami. Teorie kosmické inflace je následující: pokud by vesmír začínal obdobím exponenciální expanze, ve kterém bylo ve vesmíru obsaženo obrovské množství energie, a pak by toto období skončilo, nastal by horký velký třesk již za všech těchto podmínek. Chvíli trvalo, než jsme pochopili důsledky, a trvalo to ještě délepotvrdit teorii údaji o fluktuacích kosmického mikrovlnného pozadí. Ale nyní je kosmická inflace považována za první a nejdůležitější ze všech v historii vesmíru, což můžeme potvrdit důkazy.
Věčná inflace je důsledkem inflace založené na vlastnostech, o kterých zřídka přemýšlíme. Obvykle, když v přírodě dochází k přechodu, řekněme hrnec vroucí vody, vody, ve které přechází z kapalného do plynného stavu, tento proces přechodu začíná v různých bodech. Tyto tečky se rozšiřují a spojují dohromady a vytvářejí velké bubliny, jakmile dosáhnou povrchu. Když mluvíme o vodě, říkáme, že vaří. Během procesu varu malé bubliny stoupají a přecházejí do větších bublin, jakmile vyjdou na povrch. Ale s inflací je problém. Oblasti, kde inflace v určitém okamžiku nekončí, se nadále exponenciálně rozšiřují, což neumožňuje „vroucím“oblastem, kde skončila. Vesmír, který pozorujeme, proto musí být zcela v jedné bublině,tam, kde inflace skončila, a nikoli v mnoha bublinách, které se vaří společně.
Ale na vzdáleném konci tohoto spektra vidíme skutečnost, že expanze našeho vesmíru se zjevně zrychluje. Nejlepším vysvětlením toho na základě našich nejpřesnějších měření je, že ve vesmíru je malá složka energie, kterou nazýváme temná energie. Tato energetická složka je všudypřítomná a rovnoměrně přítomná ve všech bodech ve vesmíru. A je extrémně malý. Pokud ji převedeme na hmotu podle Einsteinova vzorce E = mc2, bude se rovnat pouze jednomu protonu na metr krychlový vesmíru. Ale prostor není jen obrovský, ale také se rozšiřuje! Postupem času se tato temná energie stává stále důležitější. Postupem času, přibližně po osmi miliardách let, urychluje rozpínání vesmíru a poté se stává dominantní složkou energie ve vesmíru.
Tato dvě období inflace a zrychlené expanze v pozdější fázi se mohou zdát velmi odlišná. Rozdíl na těchto energetických stupnicích je prostě kolosální, je to 10 až 120. síla! Ale obě období představují energii vlastní vesmíru, obě způsobují exponenciální expanzi hmoty vesmíru. A za přítomnosti času (zlomky sekund pro inflaci a bilion let pro temnou hmotu) vezmou vše, co není spojeno, do jediné struktury ve vesmíru a rozdělí to od sebe. Existuje mnoho takových modelů a v jádru všechny kombinují inflaci a temnou energii.
Jaké jsou tedy šance, že vesmír začne recyklovat svůj vznik? Oni jsou velcí
Propagační video:
1. Pokud je temná energie skutečně kosmologická konstanta, může to být zbytková energie z inflačního období, kdy to všechno začalo. Pokud ano, lze říci, že za přítomnosti času může ještě více oslabit a přejít do nového, mnohem nižšího energetického stavu. Možná takový přechod dá podnět k vzniku velkého počtu částic s extrémně nízkou hmotností, jako jsou neutrina, axiony, nebo k něčemu ještě exotičtějšímu. Tyto částice se zase spojí a vytvoří dostatečně analogické hvězdy, planety a možná i lidstvo v dostatečně dlouhém časovém měřítku. Pokud tento proces nevidíme, neznamená to vůbec, že je to nemožné. Možná to je osud, který čeká náš vesmír ve velmi, velmi vzdálené budoucnosti, i když to bude trvat roky.
2. Temná energie nemusí být kosmologická konstanta, ale v průběhu času se může zvyšovat. Pokud je to tak, pak to bude růst a růst, což může vést ke scénáři „velkého vytržení“, kdy v průběhu času prasknou všechny propojené struktury ve vesmíru. Ale v tomto scénáři, který vytvořil Eric Gawiser, existuje možnost, že na poslední chvíli, těsně předtím, než se vesmír rozpadne do zapomnění, vlastní energie vesmíru, nerozeznatelná od inflačních scénářů, umožní přechod k Velkému třesku! Takový scénář „oživeného vesmíru“se může nejen splnit v naší vzdálené budoucnosti. V tom může být náš vesmír mnohem starší, než se zdá. Je možné, že je nekonečně starý.
Nyní tedy důkazy, které máme, naznačují, že temná energie je skutečně kosmologická konstanta. To znamená, že scénář číslo 2 je vyloučen. Pokud pro přechod neexistuje žádný nižší energetický stav, lze vyloučit také možnost č. 1. Ale teď nemáme dostatek dat, abychom odmítli co i jen jedno z nich. Kdybych měl možnost podat sázky, řekl bych, že je pravděpodobnější varianta s nízkoenergetickým stavem. Ale myšlenka, že temná energie je skutečně konstantní a existuje navždy, je lépe podporována dostupnými daty. Dokud to nebudeme vědět jistě, raději nevylučujeme žádné možné možnosti. Kosmická loď Euclid, WFIRST širokoúhlý infračervený průzkumný dalekohled, a konečněVelký synoptický výzkumný dalekohled LSST nám pomůže měřit temnou energii ještě přesněji a poskytne nové důkazy na podporu první nebo druhé teorie. A nové objevy v teoretické fyzice vysokých energií nám mohou říci více o prvním konceptu. Andrew, odpověď na tvoji otázku je taková: temná energie může ohlašovat návrat horkého velkého třesku z inflačního stavu, ale nezávisí to na věčné povaze inflace.ale to nezávisí na věčné povaze inflace.ale to nezávisí na věčné povaze inflace.
Ethan Siegel