Ved at dechiffrere det kosmiske puslespil om, hvad mørk energi er, vil vi bedre lære… universets skæbne. Om mørk energi ændrer sig i styrke eller tegn er nøglen til at vide, om vi vil ende i en stor Rip eller ej.Scenic Reflections Wallpaperallpaper
Når man ser ud på universet i dag, er det let at være helt forbløffet over alt, hvad vi kan finde. Stjernerne på vores nattehimmel er kun en lille brøkdel — et par tusinde ud af hundreder af milliarder — af hvad der er til stede i vores Mælkevej., Mælkevejen i sig selv er kun en ensom galakse ud af billioner, der findes i det observerbare univers, der strækker sig i alle retninger i omkring 46 milliarder lysår.
og det hele begyndte for omkring 13,8 milliarder år siden fra en varm, tæt, hurtigt ekspanderende tilstand kendt som Big Bang. Det er det første øjeblik, hvor vi kan beskrive vores Univers som værende fuld af spørgsmål-og-stråling, og at træde frem fra den pågældende medlemsstat, i betragtning af de kendte fysiske love gør det muligt for os at forklare, hvordan kosmos, fandt sin moderne form. Men det hele udvides stadig, danner nye stjerner og udvikler sig. Hvordan vil det ende?, Her er hvad videnskaben har at sige.
Standard stearinlys (l) og standard linealer (R) er to forskellige teknikker astronomer bruger til at måle… udvidelsen af rummet på forskellige tidspunkter / afstande i fortiden. Baseret på hvordan mængder som lysstyrke eller vinkelstørrelse ændres med afstand, kan vi udlede universets ekspansionshistorie. Brug af stearinlysmetoden er en del af afstandsstigen, hvilket giver 73 km/s/Mpc. Brug af linealen er en del af den tidlige signalmetode, hvilket giver 67 km/s/MPC.,NASA / JPL-Caltech
i lang tid betragtede forskere, der studerede universets struktur og udvikling, tre muligheder baseret på den enkle fysik af generel relativitet og konteksten af det ekspanderende univers. På den ene side arbejder gravitation for at trække alt sammen; det er en attraktiv kraft styret af materien og energien i alle deres former, der er til stede i universet. På den anden side er der den oprindelige ekspansionshastighed, der arbejder for at drive alt fra hinanden.,
Big Bang markerer startpistolen for det største løb gennem tidene: mellem tyngdekraften og ekspansionshastigheden. Hvilken vil i sidste ende vinde i vores univers? Svaret på dette spørgsmål, den klassiske ræsonnement gik, skulle bestemme vores univers skæbne.
et univers, der adlyder relativitetslovene og er fyldt, isotropisk og homogent, med… stof og / eller stråling, kan ikke være statisk. Det skal udvide eller kontrakt, afhængigt af hvad der er inde i det og i hvilke mængder.
E., Siegel / Beyond the Gala .y
Her er hvad vi troede mulighederne var:
- universet minder om i en stor Crunch. Udvidelsen starter hurtigt, og den store mængde stof og stråling arbejder for at trække alt sammen igen. Hvis der er mere end nok stof og energi, vil universet udvide sig til en vis maksimal størrelse, udvidelsen vil vende tilbage til sammentrækning, og universet vil huske.
- universet udvides for evigt, hvilket resulterer i en stor frysning., Alt starter det samme som ovenfor, kun denne gang er mængden af stof-og-energi utilstrækkelig til at modvirke udvidelsen. Universet fortsætter med at udvide for evigt, da ekspansionshastigheden fortsætter med at falde, men aldrig når nul.
- universets ekspansion asymptoter til nul. Forestil dig grænsesituationen lige mellem ovenstående to eksempler. Hvis der var endnu en proton, ville vi huske; en Færre, og vi ville udvide for evigt. I dette kritiske (eller Goldilocks) tilfælde udvides universet for evigt, men i den langsomste hastighed.,
for at vide, hvilken der var korrekt, var alt, hvad vi skulle gøre, at måle, hvor hurtigt universet ekspanderede, og hvordan denne ekspansionshastighed ændrede sig over tid. Fysik ville bestemme resten.
mens stof og stråling bliver mindre tæt, når universet udvides på grund af dets stigende volumen… mørk energi er en form for energi, der er forbundet med selve rummet. Efterhånden som nyt rum skabes i det ekspanderende univers, forbliver den mørke energitæthed konstant.
E. Siegel/Beyond the Gala .y
det var en af de store quesuests af moderne astrofysik., Mål den hastighed, hvormed universet ekspanderede, og du ved, hvordan stoffet i rummet ændrer sig i dag. Mål, hvordan ekspansionshastigheden har ændret sig over tid, og du ved, hvordan stoffet i rummet ændrede sig i fortiden.
Sæt disse to stykker information sammen, og den måde, hvorpå ekspansionshastigheden både er og også har ændret, giver dig mulighed for at bestemme, hvad universet er lavet af, og i hvilke forhold.
efter vores bedste viden, informeret af disse målinger, har vi bestemt, at universet er lavet af omkring 0,01% stråling, 0,1% neutrinoer, 4.,9% normalt stof, 27% mørkt stof og 68% mørk energi. Denne søgen, der begyndte så tidligt som i 1920’erne for nogle, fik en uventet svar i slutningen af 1990’erne.
Det ekspanderende Univers, fuld af galakser og komplekse struktur, vi ser i dag, stammer fra en mindre,… varmere, tættere, mere ensartet tilstand i fortiden. Der skal være en ny form for energi, der driver den nuværende fase med accelereret ekspansion ud over det kendte stof og stråling.C. Faucher-Gigu ,re, A. lid and og L., Hern ?uist, Science 319, 5859 (47)
så hvis mørk energi dominerer universets udvidelse, hvad betyder det for vores skæbne? Det hele afhænger af, hvordan — eller hvis — mørk energi udvikler sig med tiden. Her er de fem muligheder.
1.) Mørk energi er en ekspansionsdominerende kosmologisk konstant. Dette er standardindstillingen i betragtning af de bedste data, vi har i dag. Mens materien bliver mindre tæt, når universet udvides, fortyndes, når volumenet udvides, repræsenterer mørk energi en ikke-nul mængde energi, der er forbundet med selve rummet., Efterhånden som universet udvides, forbliver den mørke energitæthed konstant, hvilket får ekspansionshastigheden til at være asymptot ikke til nul, men en positiv værdi.
dette fører til et eksponentielt ekspanderende univers, og vil til sidst skubbe alt, hvad der ikke er en del af vores lokale gruppe. Allerede er 97% af det synlige univers uopnåeligt under disse forhold.
Det Store Rip-scenarie vil forekomme, hvis vi finder ud af, at mørk energi øges i styrke, mens vi forbliver… negativ i retning over tid.
Jeremy Teaford/Vanderbilt University
2.,) Mørk energi er dynamisk, og vokser mere kraftfuld over tid. Mørk energi ser ud til at være en ny form for energi, der er iboende for selve rummet, hvilket antyder, at den har en konstant energitæthed. Men det kan også ændre sig over tid. En mulig måde, det kunne ændre sig på, er, at det kunne styrke i størrelse, hvilket ville få universets ekspansionshastighed til at fremskynde over tid.
ikke kun ville fjernere objekter synes at accelerere væk fra os, de ville gøre det i stigende grad., Endnu værre, objekter, der nu er gravitationelt bundet i dag — som galaksehobe, individuelle galakser, solsystem og endda atomer-ville alle en dag blive ubundne, da mørk energi styrkes. I universets sidste øjeblikke ville subatomære partikler og selve rummets stof blive revet fra hinanden. Denne” store Rip ” skæbne er en anden mulighed.
mens energitæthederne af stof, stråling og mørk energi er meget velkendte, er der stadig… masser af vrikke plads i ligningen af tilstand af mørk energi., Det kunne være en konstant, men det kunne øge eller mindske i styrke over tid samt.
Quantumuantum Stories
3.) Mørk energi er dynamisk, og henfalder over tid. Hvordan kunne ellers mørk energi ændre sig? I stedet for at styrke, kan det svække. Selvfølgelig er ekspansionshastigheden i overensstemmelse med en konstant mængde energi, der tilhører rummet selv, men denne energitæthed kan også falde.
Hvis det falder væk til nul, kan det føre til en af de oprindelige muligheder udtrykt ovenfor: den store frysning., Universet ville stadig udvide sig, men uden nok stof og andre former for energi til at huske.
Hvis det falder væk for at blive negativt, kan det dog føre til en anden af mulighederne: en stor Crunch. Universet kunne være fyldt med energi iboende til rummet, der pludselig skiftede tegn og fik rummet til at huske. Mens tidsplanen for disse ændringer er begrænset til at være langt længere end tiden siden Big Bang, kan det stadig forekomme.
de forskellige måder mørk energi kan udvikle sig ind i fremtiden. Forbliver konstant eller stigende i…, styrke (i en stor Rip) kan potentielt forynge universet, mens omvendt tegn kan føre til en stor Crunch.NASA/C NASAC/M. 4eiss
4.) Mørk energi kunne overgå til en anden form for energi, forynge universet. Hvis mørk energi ikke forfalder, men i stedet forbliver konstant eller endda styrker, er der en anden mulighed, der opstår. Denne energi, der er forbundet med rummets stof i dag, forbliver muligvis ikke i den form for evigt., I stedet kunne det omdannes til stof-og-stråling, svarende til hvad der skete, da den kosmiske inflation sluttede, og den varme Big Bang begyndte.
Hvis mørk energi forbliver konstant indtil det punkt, vil det skabe en meget, meget kold og diffus version af det varme Big Bang, hvor kun neutrinoer og fotoner selv kan skabe. Men hvis mørk energi stiger i styrke, kan det føre til en inflationslignende tilstand efterfulgt af en ny, virkelig varm Big Bang igen., Dette er den mest enkle måde at forynge universet på, og skabe et cyklisk-lignende sæt parametre, hvor det nyoprettede univers får endnu en chance for at opføre sig som vores gjorde.
den enkleste model for inflation er, at vi startede på toppen af en legendarisk bakke, hvor… inflationen fortsatte og rullede ind i en dal, hvor inflationen sluttede og resulterede i det varme Big Bang., Hvis der valley, ikke ved en værdi på nul, men i stedet på nogle positive, ikke-nul-værdi, kan det være muligt at kvante-tunnelen i en lavere energitilstand, hvilket ville få alvorlige konsekvenser for det Univers, vi kender i dag.
E. Siegel/Beyond the Gala .y
5.) Mørk energi er relateret til nulpunktsenergien i kvantevakuumet og vil henfalde og ødelægge det univers, vi kender. Dette er den mest ødelæggende mulighed for alle., Hvad hvis mørk energi ikke er den sande værdi af det tomme rum i den laveste energikonfiguration, men er resultatet af, at symmetrier tidligt i universet har brudt ind i en falsk minimumskonfiguration?
Hvis det er tilfældet, ville der være en måde for det at kvante-tunnel ind i en lavere energitilstand, ændre fysikkens love og ødelægge alle de bundne tilstande (dvs.partikler) af kvantefelter i dag. Hvis kvantevakuumet er ustabilt på denne særlige måde, vil overalt, hvor dette henfald forekommer, resultere i ødelæggelse af alt i universet i en boble, der udvides udad ved lysets hastighed., Hvis et sådant signal nogensinde nåede os, ville det også ledsages af vores øjeblikkelige ødelæggelse.
visningsområdet for Hubble (øverst til venstre) sammenlignet med det område, SOMFIRFIRST vil kunne se, på… samme dybde, i samme tid. Widefirsts vidfeltbillede vil give os mulighed for at fange et større antal fjerne supernovaer end nogensinde før, så vi bedre kan bestemme og begrænse mørk energis natur.,NASA / Goddard / NASAFIRST
selvom vi ikke ved, hvilke af disse muligheder der er sandt for vores univers, er dataene utroligt i overensstemmelse med den første mulighed: af mørk energi, der virkelig er en konstant. Lige nu, vores observationer af, hvordan Universet har udviklet sig — især på grund af den kosmiske mikrobølge-baggrundsstråling, og den store struktur af Universet — sted stramme begrænsninger på, hvor meget vrikke-rum, der ikke er for mørk energi til at ændre.,
Med den kommende fremkomst af NASAs flagskib astrophysics mission i 2020 ‘ erne ,FIRFIRST, er vi klar til at stramme op på det wigiggle-rum med måske en anden faktor på 10 eller deromkring. Hvis mørk energi giver tegn på, at vores skæbne vil være anderledes end den, vi forventer i dag, vil observatoriet være det, der har den bedste chance for videnskabeligt at afsløre denne nye sandhed om vores univers. Indtil da er alt, hvad vi har, de muligheder, vi ved at overveje. Resten er op til videnskaben.