Новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, предполагает, что после почти 13,8 миллиардов лет непрерывного расширения Вселенная вскоре может прекратить это делать, а затем и вовсе начать медленно сжиматься.

В новой статье трое учёных попытались смоделировать природу тёмной энергии — загадочной силы, которая, кажется, заставляет Вселенную расширяться ещё быстрее — основываясь на прошлых наблюдениях космического расширения. В модели команды специалистов тёмная энергия — это не постоянная сила природы, а сущность, называемая квинтэссенцией, которая может распадаться/разрушаться со временем.

Исследование предполагает, что уже «очень скоро» Вселенная может перестать расширяться.Изображение: pixabay.com

Исследователи обнаружили, что, несмотря на то, что расширение Вселенной ускорялось в течение миллиардов лет, отталкивающая сила темной энергии может ослабевать. Согласно их модели, ускорение Вселенной может быстро закончиться в течение следующих 65 миллионов лет — затем, в течение 100 миллионов лет, Вселенная может вообще перестать расширяться, а вместо этого она может вступить в эпоху медленного сжатия, которая закончится через миллиарды лет смертью — или, возможно, возрождением — времени и пространства.

И всё это может произойти «удивительно» быстро, сказал соавтор исследования Пол Стейнхардт (Paul Steinhardt), директор Принстонского центра теоретических наук Принстонского университета в Нью-Джерси.

«Вернувшись назад во времени на 65 миллионов лет, именно тогда астероид Чикшулуб врезался в Землю и уничтожил динозавров, — рассказал Стейнхардт в интервью Live Science. — В космическом масштабе 65 миллионов лет — это удивительно мало.»

В этой теории нет ничего спорного или неправдоподобного, сказал Live Science Гэри Хиншоу (Gary Hinshaw), профессор физики и астрономии в Университете Британской Колумбии, который не принимал участия в исследовании. Однако, поскольку модель опирается только на прошлые наблюдения за расширением — и поскольку нынешняя природа тёмной энергии во Вселенной является такой загадкой, — предположения, изложенные в этой статье в настоящее время невозможно проверить. Пока они могут оставаться только теориями.

Энергия пустоты

С 1990-х годов учёные поняли, что расширение Вселенной ускоряется; сейчас пространство между галактиками расширяется быстрее, чем миллиарды лет назад. Учёные назвали таинственный источник этого ускорения тёмной энергией — невидимая сущность, которая, кажется, работает вопреки гравитации, отталкивая самые массивные объекты Вселенной дальше друг от друга, а не сближая их.

И хотя тёмная энергия составляет примерно 70% всей массы-энергии Вселенной, её свойства остаются полной загадкой. Популярная теория, предложенная Альбертом Эйнштейном (Albert Einstein), заключается в том, что тёмная энергия является космологической константой — неизменной формой энергии, вплетённой в материю пространства-времени. Если это так, и сила, создаваемая тёмной энергией, никогда не может измениться, тогда Вселенная должна продолжать расширяться (и ускоряться) вечно.

Однако конкурирующая теория предполагает, что тёмная энергия не обязательно должна быть постоянной, чтобы соответствовать прошлым наблюдениям за космическим расширением. Скорее тёмная энергия может быть чем-то, что называется квинтэссенцией — динамическим полем, которое меняется со временем. (Стейнхардт был одним из трёх ученых, которые представили эту идею в статье 1998 года в журнале Physical Review Letters.)

В отличие от космологической постоянной квинтэссенция может быть как отталкивающей, так и притягивающей, в зависимости от соотношения её кинетической и потенциальной энергии в данный момент времени. Последние 14 миллиардов лет квинтэссенция была отталкивающей. Однако большую часть этого периода она вносила незначительный вклад в расширение Вселенной по сравнению с излучением и материей. Ситуация изменилась примерно через пять миллиардов лет, когда квинтэссенция стала доминирующим компонентом, а её гравитационное отталкивание вызвало ускорение расширения Вселенной.

«Вопрос, который мы поднимаем в этой статье, звучит так: «Должно ли это ускорение длиться вечно?» — сказал Стейнхардт. — А если нет, то каковы альтернативы и как скоро всё может измениться?»

Смерть тёмной энергии

В своём исследовании Стейнхардт и его коллеги, Анна Иджас (Anna Ijjas) из Нью-Йоркского университета и Космин Андрей (Cosmin Andrei) из Принстона, предположили, как свойства квинтэссенции могут измениться в течение следующих нескольких миллиардов лет. Для этого команда создала физическую модель квинтэссенции, демонстрирующую её отталкивающую и притягивающую силу с течением времени, чтобы она соответствовала прошлым наблюдениям расширения Вселенной. Как только модель команды экспертов смогла надёжно воспроизвести историю расширения Вселенной, они расширили свои прогнозы на будущее.

«К их удивлению, оказалось. что тёмная энергия в их модели может со временем распадаться, — сказал Хиншоу. — Её сила может ослабевать. И если она делает это определённым образом, то в конце концов антигравитационное свойство тёмной энергии исчезает, и она снова превращается во что-то более похожее на обычную материю.»

Согласно модели команды исследователей, отталкивающая сила тёмной энергии может находиться в процессе быстрого снижения, которое потенциально началось миллиарды лет назад.

При таком сценарии ускоренное расширение Вселенной уже сегодня замедляется. Вскоре, возможно, через 65 миллионов лет это ускорение может полностью прекратиться, а затем, всего через 100 миллионов лет, тёмная энергия и вовсе может стать притягивающей, заставив всю Вселенную начать сжиматься. Другими словами, после почти 14 миллиардов лет роста пространство может начать сокращаться.

«Это будет совершенно особый вид сокращения, который мы называем медленным сокращением, — отметил Стейнхардт. — Вместо того, чтобы расширяться, пространство сжимается очень, очень медленно.»

По словам Стейнхардта, изначально сжатие Вселенной будет настолько медленным, что любые гипотетические люди, всё ещё живущие на Земле, даже не заметят изменений. Согласно модели команды учёных, потребуется несколько миллиардов лет медленного сжатия, чтобы Вселенная достигла примерно половины того размера, который она имеет сегодня.

Конец Вселенной?

По словам Стейнхардта, после этого может произойти одно из двух. Либо Вселенная будет сжиматься до тех пор, пока сама не схлопнется в «большом сжатии», положив конец известному нам пространству-времени, либо Вселенная сожмётся ровно настолько, чтобы вернуться в состояние, похожее на её первоначальные условия, и произойдёт ещё один Большой Взрыв — или большой «отскок», — в результате которого из пепла старой возникнет новая Вселенная.

При этом втором сценарии (который Стейнхардт и ещё один коллега описали в статье 2019 года в журнале Physics Letters B) Вселенная следует циклическому образцу расширения и сокращения, сжатия и отскока, что приводит к её постоянному разрушению и перестраиванию. Если это правда, то наша нынешняя Вселенная может быть не первой и не единственной вселенной, а лишь последней в бесконечной серии вселенных, которые расширялись и сжимались до нашей, сказал Стейнхардт. И всё это зависит от изменчивой природы тёмной энергии.

Насколько всё это правдоподобно? Хиншоу сказал, что интерпретация квинтэссенции в новой статье является «совершенно разумным предположением о том, что такое тёмная энергия». Он добавил, что поскольку все наши наблюдения за космическим расширением происходят от объектов, которые находятся на расстоянии от миллионов до миллиардов световых лет от Земли, текущие данные могут информировать учёных только о прошлом Вселенной, а не о её настоящем или будущем. Таким образом, Вселенная вполне может приближаться к сжатию, и у нас не будет возможности узнать об этом до тех пор, пока не начнётся фаза её сокращения.

«Я думаю, что на самом деле всё сводится к тому, насколько убедительной вы считаете эту теорию и, что более важно, насколько она поддается проверке?» — добавил Хиншоу.

К сожалению, нет хорошего способа проверить, реальна ли квинтэссенция или действительно космическое расширение начало замедляться, признал Стейнхардт. На данный момент это просто вопрос согласования теории с прошлыми наблюдениями — и авторы в своей новой статье делают это умело. Только время покажет, ждет ли нашу Вселенную будущее бесконечного роста или быстрого разрушения.

Правописание уведомления вебмастера


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев

EnglishРусскийУкраїнська
Включить уведомления    Да Спасибо, не надо