a sötét energia természetének kozmikus rejtélyének megfejtésében jobban megtanuljuk… az univerzum sorsa. Az, hogy a sötét energia változik-e az erőben vagy a jelben, kulcsfontosságú annak megismeréséhez, hogy egy nagy Rip-ben végzünk-e vagy sem.
Scenic Reflections Wallpaper
a mai univerzumra nézve könnyű teljesen lenyűgözni mindazt, amit megtalálhatunk. Az éjszakai égbolt csillagai csak egy apró töredéke — néhány ezer száz milliárdból-annak, ami jelen van a Tejútunkban., Maga a Tejút csak egy magányos galaxis a megfigyelhető univerzumban jelen lévő billióból, amely minden irányban kiterjed mintegy 46 milliárd fényévre.
és mindez körülbelül 13,8 milliárd évvel ezelőtt kezdődött egy forró, sűrű, gyorsan bővülő államból, a The Big Bang néven. Ez volt az első pillanat, amelyben leírjuk az Univerzum, mint az, hogy a teljes anyag-meg-a sugárzás lép előre, hogy az állami adott az ismert fizika törvényei lehetővé teszi számunkra, hogy ismertesse, hogy a kozmosz vette a modern alakja. De még mindig terjeszkedik, új csillagokat alkot, és fejlődik. Hogy lesz vége?, Itt van, amit a tudomány mond.
Standard gyertyák (L) és standard vonalzók (R) két különböző technikát használnak a csillagászok a méréshez… a tér bővítése különböző időpontokban / távolságokban a múltban. Annak alapján, hogy a mennyiségek, mint a fényesség vagy a szögméret hogyan változnak a távolsággal, következtethetünk az univerzum tágulási történetére. A gyertya módszer része a távolság létra, így 73 km/s / Mpc. A vonalzó használata része a korai jelmódszernek, amely 67 km/s/Mpc-t eredményez.,
NASA / JPL-Caltech
hosszú ideig a világegyetem szerkezetét és evolúcióját tanulmányozó tudósok három lehetőséget mérlegeltek, az általános relativitáselmélet egyszerű fizikája és a táguló Univerzum kontextusa alapján. Egyrészt a gravitáció mindent össze akar húzni; ez egy vonzó erő, amelyet az anyag és az energia irányít, minden formájukban, jelen van az univerzumban. Másrészt ott van a kezdeti bővítési sebesség, azon dolgozik, hogy mindent szétválasszon.,
Az ősrobbanás minden idők legnagyobb versenyének kezdőpisztolyát jelöli: a gravitáció és a tágulási sebesség között. Melyik fog végül nyerni a mi univerzumunkban? A kérdésre adott válasznak, a klasszikus érvelésnek meg kell határoznia univerzumunk sorsát.
egy univerzum, amely megfelel a relativitás törvényeinek, és tele van, izotropikusan és homogenikusan, val vel… anyag és / vagy sugárzás, nem lehet statikus. Bővítenie kell vagy szerződést kell kötnie, attól függően, hogy mi van benne, és milyen mennyiségben.
E., Siegel / Beyond the Galaxy
itt van, amit gondoltunk a lehetőségek voltak:
- az univerzum emlékezik egy nagy összeroppant. A terjeszkedés gyorsan elkezdődik,és a nagy mennyiségű anyag és sugárzás mindent vissza akar húzni. Ha több, mint elegendő anyag és energia van, akkor az univerzum egy bizonyos maximális méretre fog kiterjedni, a tágulás vissza fog térni a összehúzódáshoz, és az univerzum vissza fog emlékezni.
- az univerzum örökre kibővül, ami nagy fagyást eredményez., Minden ugyanúgy kezdődik, mint fent, csak ezúttal az anyag-energia mennyisége nem elegendő a terjeszkedés ellensúlyozására. Az univerzum folyamatosan bővül örökre, mivel a tágulási arány folyamatosan csökken, de soha nem éri el a nullát.
- az univerzum tágulási aszimptotái nullára. Képzelje el a határvonalat a fenti két példa között. Ha lenne még egy proton, emlékeznénk rá, eggyel kevesebb, és örökké terjeszkednénk. Ebben a kritikus (vagy Goldilocks) esetben az univerzum örökre kibővül, de a lehető leglassabb ütemben.,
ahhoz, hogy tudjuk, melyik helyes, mindössze annyit kellett tennünk, hogy megmérjük, milyen gyorsan terjeszkedik az univerzum, és hogyan változott ez a tágulási arány az idő múlásával. A fizika határozza meg a többit.
míg az anyag és a sugárzás kevésbé sűrűvé válik, ahogy az Univerzum tágul növekvő térfogata miatt,… a sötét energia a tér számára rejlő energia egyik formája. Ahogy új tér jön létre a táguló univerzumban, a sötét energiasűrűség állandó marad.
E. Siegel / Beyond the Galaxy
Ez volt a modern asztrofizika egyik nagy küldetése., Mérje meg az univerzum tágulási sebességét, és tudja, hogyan változik ma a tér szövete. Mérje meg, hogyan változott a tágulási arány az idő múlásával, és tudja, hogyan változott a tér szövete a múltban.
tegye össze ezt a két információt, és ahogy a tágulási sebesség is változik, lehetővé teszi annak meghatározását, hogy mi az univerzum, és milyen arányban.
a legjobb tudásunk szerint, tájékoztatta ezek a mérések, megállapítottuk, hogy a Világegyetem készült arról, hogy a 0.01% – sugárzás, 0,1% – a neutrínók, 4.,9% normál anyag, 27% sötét anyag és 68% sötét energia. Ez a törekvés, amely akkor kezdődött, amilyen korán csak az 1920-as években néhány, váratlan válasz az 1990-es évek.
A táguló Világegyetem, tele galaxisok, összetett szerkezet látjuk ma, keletkezett egy kisebb,… melegebb, sűrűbb, egyenletesebb állapot a múltban. Kell, hogy legyen valami új energia, ami a gyorsított terjeszkedés jelenlegi fázisát hajtja, az ismert anyagon és sugárzáson túl.
C. Faucher-Giguère, A. Lidz és L., Hernquist, Science 319, 5859 (47)
tehát ha a sötét energia uralja az univerzum terjeszkedését, mit jelent ez a sorsunk számára? Mindez attól függ, hogy a sötét energia hogyan fejlődik az idővel. Itt van az öt lehetőség.
1.) A sötét energia egy tágulási-domináló kozmológiai állandó. Ez az alapértelmezett lehetőség, tekintettel a legjobb adatokra, amelyek ma vannak. Míg az anyag kevésbé sűrűvé válik, ahogy az univerzum kibővül, hígítva, ahogy a térfogat kitágul, a sötét energia nem nulla mennyiségű energiát jelent, amely magában a tér szövetében rejlik., Ahogy az Univerzum tágul, a sötét energiasűrűség állandó marad, így a tágulási sebesség aszimptotája nem nulla, hanem pozitív érték.
Ez egy exponenciálisan táguló univerzumhoz vezet, és végül mindent el fog tolni, ami nem része a helyi csoportunknak. Már a látható univerzum 97% – a elérhetetlen ilyen körülmények között.
a nagy Rip forgatókönyv akkor fordul elő, ha úgy találjuk, hogy a sötét energia növekszik az erősségben, miközben megmarad… negatív irányba, idővel.
Jeremy Teaford / Vanderbilt University
2.,) A sötét energia dinamikussá válik, és idővel erősebbé válik. A sötét energia úgy tűnik, hogy az energia új formája, amely magában a térben rejlik, ami azt jelenti, hogy állandó energiasűrűséggel rendelkezik. De az idő múlásával is változhat. Az egyik lehetséges módja annak, hogy megváltozzon, az, hogy erősebbé válhat, ami miatt az univerzum tágulási sebessége idővel felgyorsul.
nem csak a távolabbi objektumok tűnnek fel tőlünk, hanem egyre növekvő sebességgel is., Még ennél is rosszabb, hogy azok a tárgyak, amelyek ma gravitációsan kötődnek-mint például a galaxis klaszterek, az egyes galaxisok, a naprendszer, sőt az atomok — egy nap mind korlátlanná válnak, amint a sötét energia megerősödik. Az univerzum utolsó pillanataiban a szubatomi részecskék és maga a tér szövete szétszakadna. Ez a” nagy Rip ” sors egy második lehetőség.
míg az anyag, a sugárzás és a sötét energia sűrűsége nagyon jól ismert, még mindig van… rengeteg mozgástér a sötét energia állapotának egyenletében., Lehet, hogy állandó, de idővel növelheti vagy csökkentheti az erőt is.
Quantum Stories
3.) A sötét energia dinamikus, idővel bomlik. Hogyan lehetne másképp megváltoztatni a sötét energiát? Az erősödés helyett gyengülhet. Persze, a tágulási sebesség megegyezik a térhez tartozó állandó energiamennyiséggel, de ez az energiasűrűség is csökkenhet.
ha nullára bomlik, a fent leírt eredeti lehetőségek egyikéhez vezethet: a nagy fagyasztáshoz., Az univerzum még mindig tágulna, de anélkül, hogy elegendő anyag és más energia lenne az emlékezéshez.
ha bomlik el, hogy negatívvá váljon, azonban egy másik lehetőséghez vezethet: egy nagy válság. Az univerzum tele lehet olyan energiával, amely a térből ered, amely hirtelen jeleket váltott, és a tér visszaemlékezését okozta. Míg ezeknek a változásoknak az időtávja sokkal hosszabb, mint az Ősrobbanás óta eltelt idő, ez még mindig előfordulhat.
a sötét energia különböző módjai a jövőbe fejlődhetnek. Állandó marad vagy növekszik…, az erő (egy nagy Rip-be) potenciálisan megfiatalíthatja az univerzumot, míg a hátrameneti jel nagy Összeroppanáshoz vezethet.
NASA / CXC / M. Weiss
4.) A sötét energia átállhat az energia egy másik formájára, megfiatalítva az univerzumot. Ha a sötét energia nem bomlik, hanem állandó marad, vagy akár erősödik, van egy másik lehetőség, amely felmerül. Ez az energia, amely ma a tér szövetéhez tartozik, nem maradhat örökké ebben a formában., Ehelyett anyag-és sugárzássá alakulhatott át, hasonlóan ahhoz, ami akkor történt, amikor a kozmikus infláció véget ért, és elkezdődött a forró Ősrobbanás.
Ha a sötét energia addig a pontig állandó marad, akkor a forró Ősrobbanás nagyon, nagyon hideg és diffúz változatát hozza létre, ahol csak neutrínók és fotonok képesek önálló létrehozni. De ha a sötét energia növeli az erejét, ez inflációszerű állapothoz vezethet, amelyet egy új, valóban forró Nagy Bumm követ., Ez a legegyszerűbb módja annak, hogy megfiatalítsuk az univerzumot, és létrehozzunk egy ciklikus-szerű paraméterkészletet, ahol az újonnan létrehozott univerzum újabb esélyt kap arra, hogy úgy viselkedjen, mint a miénk.
az infláció legegyszerűbb modellje az, hogy egy közmondásos domb tetején kezdtünk, ahol… az infláció kitartott, és egy völgybe gurult, ahol az infláció véget ért, és a forró ősrobbanást eredményezte., Ha ez a völgy nem nulla, hanem valamilyen pozitív, nem nulla érték, akkor lehetséges, hogy a kvantum-alagút alacsonyabb energiájú állapotba kerüljön, ami súlyos következményekkel járna a ma ismert univerzumra.
E. Siegel / Beyond the Galaxy
5.) A sötét energia a kvantum vákuum zérópontos energiájához kapcsolódik, és bomlik, elpusztítva az általunk ismert univerzumot. Ez a legpusztítóbb lehetőség., Mi van, ha a sötét energia nem az üres tér valódi értéke a legalacsonyabb energiájú konfigurációban,hanem a világegyetem korai szakaszában lévő szimmetriák eredménye, amely hamis minimális konfigurációra tört?
Ha igen, akkor lenne mód arra, hogy a kvantum-alagút alacsonyabb energiájú állapotba kerüljön, megváltoztassa a fizika törvényeit, és elpusztítsa a kvantummezők összes kötött állapotát (azaz részecskéit). Ha a kvantum vákuum ilyen módon instabil, bárhol is történik ez a bomlás, akkor az univerzumban mindent elpusztít egy buborékban, amely kifelé terjed a fény sebességével., Ha egy ilyen jel valaha is elérne minket, azt a pillanatnyi pusztulásunk is kísérné.
A Hubble megtekintési területe (bal felső sarokban) ahhoz a területhez képest, amelyet a WFIRST megtekinthet, at… ugyanaz a mélység, ugyanabban az időben. A wfirst széles látómezeje lehetővé teszi számunkra, hogy nagyobb számú távoli szupernóvát rögzítsünk, mint valaha, lehetővé téve számunkra, hogy jobban meghatározzuk és korlátozzuk a sötét energia természetét.,
NASA / Goddard/WFIRST
bár nem tudjuk, hogy ezek közül melyik lehetőség igaz az Univerzumunkra, az adatok hihetetlenül összhangban vannak az első opcióval: a sötét energia valóban állandó. Az univerzum fejlődésével kapcsolatos megfigyeléseink-különösen a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás és az univerzum nagy léptékű szerkezete miatt-szűk korlátokat szabnak arra, hogy mennyi mozgástér van a sötét energia megváltoztatásához.,
a NASA zászlóshajója, a 2020-as évek asztrofizikai küldetésének eljövetelével, wfirst, készen állunk arra, hogy talán egy újabb 10-es tényezővel szigorítsuk ezt a kígyózó szobát. Ha a sötét energia bármilyen jelzést ad arra, hogy sorsunk különbözik attól, amelyet ma várunk, akkor az obszervatórium lesz a legjobb esély arra, hogy tudományosan felfedje ezt az új igazságot Univerzumunkról. Addig csak a lehetőségeket tudjuk figyelembe venni. A többi a tudományon múlik.