Может ли Вселенная однажды схлопнуться?

24 Мая 2017 в 18:30, Илья Хель 13 738 просмотров 27

Одним из важнейших достижений 20 века стало точное определение того, насколько большой, обширной и массивной является наша Вселенная. Имея примерно два триллиона галактик, заключенных в объеме радиусом в 46 миллиардов световых лет, наша наблюдаемая Вселенная позволяет нам реконструировать полную историю нашего космоса, аж до Большого Взрыва и может быть даже немного раньше. Но как насчет будущего? Какой будет Вселенная? Будет ли?

Кто-то говорит, что расширение Вселенной замедляется. Нобелевскую премию присудили за «открытие» того, что расширение Вселенной увеличивается. Но кто прав? Может ли Вселенная однажды схлопнуться в процессе так называемого Большого Сжатия (обратного Большому Взрыву)?

Лучше всего будущее поведение предсказывается на основе поведения прошлого. Но так же, как люди могут иногда удивлять нас, Вселенная тоже может.

Скорость расширения Вселенной в определенный момент зависит только от двух факторов: полной плотности энергии, существующей в пространстве-времени, и количества присутствующей кривизны пространства. Если понимаем законы гравитации и как различные типы энергии эволюционируют с течением времени, мы можем восстановить все, что происходило в определенный момент в прошлом. Мы также можем взглянуть на различные удаленные объекты на разных расстояниях и измерить, как растянулся свет из-за расширения пространства. Каждая галактика, сверхновая, молекулярное газовое облако и т. п. — все, что поглощает или испускает свет, — расскажет космическую историю того, как расширение пространства растягивало его с момента рождения света до момента нашего наблюдения его.

Из множества независимых наблюдений мы смогли сделать вывод, из чего непосредственно состоит Вселенная. Мы сделали три больших независимых цепочек наблюдений:

  • В космическом микроволновом фоне присутствуют температурные флуктуации, которые кодируют информацию о кривизне Вселенной, нормальной материи, темной материи, нейтрино и общем содержании плотности.
  • Корреляции между галактиками на самых больших масштабах — известные как барионные акустические колебания — обеспечивают очень строгие измерения общей плотности материи, соотношения нормальной материи и темной материи и как менялась скорость расширения со временем.
  • И самые отдаленные, светящиеся стандартные свечи во Вселенной, сверхновые типа Iа, рассказывают нам о скорости расширения и темной энергии, как они менялись со временем.

Эти цепочки доказательств, все вместе, рисуют нам последовательную картину Вселенной. Они рассказывают нам, что есть в современной Вселенной, и дают нам космологию, в которой:

  • 4,9% энергии Вселенной представлена нормальной материей (протонами, нейтронами и электронами);
  • 0,1% энергии Вселенной существует в форме массивных нейтрино (которые выступают как материя в последнее время и выступали как излучение в ранние времена);
  • 0,01% энергии Вселенной существует в форме излучения (вроде фотонов);
  • 27% энергии Вселенной существует в форме темной материи;
  • 68% энергии присуще самому пространству: темная энергия.

Все это дает нам плоскую Вселенную (с кривизной 0%), Вселенную без топологических дефектов (магнитных монополей, космических струн, доменных стенок или космических текстур), Вселенную с известной историей расширения.

Уравнения общей теории относительности очень детерминистичны в этом смысле: если мы знаем, из чего состоит Вселенная сегодня, и законы гравитации, мы точно знаем, насколько важным был каждый компонент в каждый отдельно взятый промежуток прошлого. Вначале доминировали излучение и нейтрино. Миллиарды лет самыми важными компонентами были темная материя и нормальная материя. За последние несколько миллиардов лет — и это будет усугубляться с течением времени — темная энергия стала доминирующим фактором в расширении Вселенной. Это заставляет Вселенную ускоряться, и с этого момента многие люди перестают понимать происходящее.

Есть две вещи, которые мы можем измерить, когда речь идет о расширении Вселенной: скорость расширения и скорость, с которой отдельные галактики, с нашей точки зрения, уходят в перспективу. Они связаны, но остаются разными. Скорость расширения, с одной стороны, говорит о том, как ткань пространства сама по себе растягивается с течением времени. Она всегда определяется как скорость на единицу расстояния, обычно задается в километрах в секунду (скорость) на мегапарсек (дистанция), где мегапарсек — это около 3,26 миллиона световых лет.

Если бы не было темной энергии, скорость расширения падала бы со временем, приближаясь к нулю, поскольку плотность вещества и излучения падала бы до нуля по мере расширения объема. Но с темной энергией эта скорость расширения остается зависимой от плотности темной энергии. Если бы темная энергия, например, была космологической постоянной, скорость расширения выровнялась бы до постоянного значения. Но при этом отдельные галактики, удаляющиеся от нас, ускорялись бы.

Представьте скорость расширения определенной величины: 50 км/с/Мпк. Если галактика находится от нас на расстоянии 20 Мпк, она, по-видимому, отступает от нас на скорости 1000 км/с. Но дайте ей время, и по мере расширения ткани пространства эта галактика в конечном счете будет дальше от нас. Со временем она будет вдвое дальше: 40 Мпк, и скорость удаления будет 2000 км/с. Пройдет еще времени, и она будет в 10 раз дальше: 200 Мпк, и скорость удаления 10 000 км/с. Со временем она удалится на расстояние 6000 Мпк от нас и будет удаляться на скорости 300 000 км/с, что быстрее скорости света. Чем дальше будет идти время, тем быстрее галактика будет уходить от нас. Вот почему Вселенная «ускоряется»: темп расширения падает, но скорость разбегания отдельных галактик от нас только растет.

Все это согласуется с нашими лучшими измерениями: темная энергия представляет собой постоянную плотность энергии, присущую самому пространству. По мере того, как пространство растягивается, плотность темной энергии остается постоянной, и Вселенная закончит «Большим Замерзанием», когда все, что не связано воедино гравитацией (вроде нашей местной группы, галактики, Солнечной системы), будет расходиться и расходиться. Если темная энергия действительно космологическая постоянная, это расширение будет продолжаться бесконечно, пока Вселенная не станет холодной и пустой.

Но если темная энергия динамична — что возможно теоретически, но остается без наблюдаемых доказательств — все может закончиться Большим Сжатием или Большим Разрывом. В Большом Сжатии темная энергия будет ослабевать и постепенно обратит процесс расширения Вселенной, чтобы та начала сжиматься. Может даже возникнуть циклическая Вселенная, где «сжатие» дает начало новому Большому Взрыву. Если же темная энергия будет укрепляться, нас ждет другая судьба, когда связанные структуры будут разорваны постепенно нарастающим темпом расширения. Впрочем, сегодня все указывает на то, что нас ждет Большое Замерзание, когда Вселенная будет расширяться вечно.

Главные научные цели будущих обсерваторий вроде Euclid ЕКА или WFIRST NASA включают измерение того, является ли темная энергия космологической постоянной. И хотя ведущая теория говорит в пользу постоянной темной энергии, важно понимать, что могут быть возможности, не исключенные измерениями и наблюдениями. Грубо говоря, Вселенная все еще может схлопнуться, и это не исключено. Нужно больше данных.

Может ли Вселенная однажды схлопнуться?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

27 комментариев

  1. bla-3

    Напомнило: "есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе, об этом науке пока неизвестно" :) Вот интересно следующее: во сколько раз увеличилась вселенная со времён инфляционного скачкообразного роста в самом начале, т.е. во сколько её увеличила тёмная энергия, соответствуют ли размеры картинке в начале статьи? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  2. uran

    Это всё - колебания, схлопывается в точку и разворачивается в другом направлении (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • DimRex

      Это Физика .., а не Психиатрия ..
      Там все из точки в Точки .. В физика есть Объем ..а точки .. Есть в Сказках Шухер Иззада ..
      Почему Бегаете по форуму и Хлопаете в Ладоши !
      Так Я, точки ..Гоняю ...Нет Здесь Никаких Точек ..
      Потому и Нет ! Что , Я ..Их Гоняю .. Юмор от Пунктатников .
      Что у Вас Есть генератор =По распаковке и Упаковке точек .. Взяли в медсанчасти у Бога !???
      Эта статья Типичная Шиза от Классических Софистов .
      У Них Даже есть -Эталон =ПУСТО .. и Что -то . Типа; Материя .
      Поле Классика Софизма ..еще никто не менял .Кроме Физика Кравченко ,
      Все Точки на поле Классика на Матрице КУРКА-ЯЙКО с оператором От Забора до Обеда .
      так что Генератор распаковки -упаковки -От Забора до Обеда ..Знаком ..
      Пашет ..Типа ;Кручу Верчу закатать точку по честности и праведливости хочу ..Положи долларовую бумажку .на ладонь ..Схлопну в Точку А вот Когда научусь распаковывать из Точки ..Придешь и Заберешь ..
      Какое Небо Голубое.....!??

  3. ShC

    Вариант с Великим Разрывом даже интереснее. Потому что случай сжатия даст почву для гипотез о том, что Вселенная вечная, просто сменяются фазы сжатия и расширения. И никакого особого философского смысла в этом нет. А вот Великий Разрыв это окончательный конец, и он даст почву для интересных вопросов: А чем была, собственно, эта Вселенная? Почему она возникла как яркая вспышка между пропастями небытия? И что будет дальше, неужели это все? Будет ли новый Большой Взрыв? Может ли в принципе мироздание, само бытие умереть полностью и навсегда?

  4. Baksov

    Всё это теоретические догадки о расширении и сжатии. Мне больше нравится теория стационарной Вселенной, без расширений и сжатий. Хотя в практическом отношении для нас нет разницы, сжимается Вселенная или расширяется, интересно наблюдать как "ломают копья" учёные над этой проблемой и чья возьмёт. Я думаю, что правильного ответа не будет, так как изначально теория Большого взрыва не более чем бредовая фантазия теоретиков.

  5. kiryl.na

    Корреляции между галактиками на самых больших масштабах — известные как барионные акустические колебания — обеспечивают очень строгие измерения общей плотности материи, соотношения нормальной материи...это о чем? Это на каком языке? В космическом микроволновом фоне присутствуют температурные флуктуации, которые кодируют информацию о кривизне Вселенной...да вы что? СЕРЬЕЗНО? люблю этот сайт, его статьи, НО таким языком писать...Эти цепочки доказательств, все вместе, рисуют нам последовательную картину Вселенной. Они рассказывают нам, что есть в современной Вселенной... ВЫ ЧЕГО ТАМ КУРНУЛИ?

  6. HotReboot
    • ElkTheSenior

      Да всем плевать на вашу "современную" модель "Вселенной", ибо у каждого из нас есть своя голова на плечах, а значит и точка зрения. Ваша пропаганда здесь увы бессильна, ну разве что, только для идиотов, не имеющих своего мнения.

  7. Zondish

    Ого .. ) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  8. botan

    Так точно. Ого курнули)))) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  9. gradash

    меня всегда больше интересовал другой вопрос, вот везде написано "вселенная возникла из одной точки, бабах, и у нас все хорошо" - так что что это была за точка ? где она была до взрыва ? сколько еще таких точек може быть ? где они все ? и откуда такие точки берутся ? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  10. macss

    Вселенная стационарна. Чтобы увидеть нашу Вселенную необходимо начинать с нашей
    планеты Земля. Далее следуют СС, Солнце, Галактика, Метагалактика и заканчивается
    нашей Вселенной. Все это можно увидеть и узнать здесь :
    http://german43.livejournal.com

  11. Aldo

    Будет забавно, если окажется, что законы видимой вселенной справедливы только для нашего участка и совершенно не репрезентативны для вселенной в целом :) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  12. Sham

    да надоело уже одно и то же. НЕ СХЛОПНИЦА ОНА!! НИКОГДА! это бесконечная, автоматизированная, саморегулирующиеся, цикличная система. Она просто есть. Успокойтесь уже. Она бесконечна, от слов "нет начала и конца".

    • Baksov

      Нет, не успокоятся. Тогда жить неинтересно станет, если нет загадки и тайны. Понятно, что ничего не найдут, но важен не результат, а сам процесс.

  13. ElkTheSenior

    "Сегодня все указывает на то, что нас ждет Большое Замерзание, когда Вселенная будет расширяться вечно."

    То же самое, что происходит и с обычной материей, приближающейся к горизонту событий, относительно наблюдателя. Но для самого наблюдателя, как такового, всё останется неизменным, будь он на месте той самой "обычной материи".

    Расширение мнимо, на мой взгляд. Как и любое действие, вне зависимости от масштаба.

  14. ElkTheSenior

    Представьте, что во всех трёх мнимых направлениях существует горизонт событий, как и у любой нам известной гипотетической чёрной дыры. И что при этом мы бы наблюдали. Да тоже самое, что и сейчас. А эти испаряющиеся ("благодаря" излучению Хокинга) дыры, на мой взгляд, есть ни что иное, как замочная скважина, ведущая к горизонту Вселенной. Эдакие аномалии/топологические ошибки, или битые пиксели на/в поверхности пространства.

    Вся всегда существовавшая виртуальная материя замкнута в вечном цикле. Хаос, который мы, наблюдатели/наблюдатель, упорядочиваем, для видимости смысла жизни. Любая частица, сама по себе, есть - наблюдатель, в каком-то смысле, без которого бы не существовало бытия, так-как не было бы зеркала/объекта. Нет объекта, - нет и субъекта.

  15. deaddreams

    Да, вопрос насчет схлопывания еще не закрыт, но выглядит маловероятным...не наскребут на нужную плотность.

  16. Hralain

    Вы бы сначала попроще задачки то решили, а то вселенная им...

  17. Nitrat

    Гадание на кофейной гуще (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.