în descifrarea puzzle-ului cosmic care este natura energiei întunecate, vom învăța mai bine… soarta Universului. Dacă energia întunecată se schimbă în putere sau semn este cheia pentru a ști dacă vom termina într-o ruptură mare sau nu.Privind la universul de azi, este ușor să fie absolut awed de tot ceea ce putem găsi. Stelele de pe cerul nostru de noapte sunt doar o mică fracțiune — câteva mii din sute de miliarde — din ceea ce este prezent în Calea Lactee., Calea Lactee în sine este doar o singură galaxie din trilioane prezente în universul observabil, care se extinde în toate direcțiile pentru aproximativ 46 de miliarde de ani-lumină.și totul a început în urmă cu aproximativ 13,8 miliarde de ani dintr-un stat fierbinte, dens, în expansiune rapidă, cunoscut sub numele de Big Bang. Acesta este primul moment în care putem descrie universul nostru ca fiind plin de materie și radiație, iar înaintarea din acea stare, având în vedere legile cunoscute ale fizicii, ne permite să explicăm modul în care cosmosul și-a luat forma modernă. Dar totul continuă să se extindă, să formeze noi stele și să evolueze. Cum se va termina?, Iată ce are știința de spus.lumânările Standard (l) și riglele standard (R) sunt două tehnici diferite pe care astronomii le folosesc pentru a măsura… extinderea spațiului la diferite momente / distanțe în trecut. Pe baza modului în care cantități precum luminozitatea sau dimensiunea unghiulară se schimbă cu distanța, putem deduce istoria expansiunii universului. Folosind metoda lumânare este parte a scării distanță, rezultând 73 km / s / MPC. Utilizarea riglei face parte din metoda semnalului timpuriu, obținându-se 67 km/s/MPC.,pentru o lungă perioadă de timp, oamenii de știință care au studiat structura și evoluția Universului au considerat trei posibilități, bazate pe fizica simplă a relativității generale și pe contextul Universului în expansiune. Pe de o parte, gravitația lucrează pentru a trage totul împreună; este o forță atractivă guvernată de materie și energie, în toate formele lor, prezente în univers. Pe de altă parte, există rata inițială de expansiune, de lucru pentru a conduce totul în afară.,Big Bang-ul marchează arma de pornire a celei mai mari rase din toate timpurile: între gravitație și rata de expansiune. Care dintre ele va câștiga în cele din urmă în universul nostru? Răspunsul la această întrebare, raționamentul clasic a mers, ar trebui să determine soarta Universului nostru.un univers care se supune legilor relativității și este umplut, izotropic și omogen, cu… Materia și / sau radiația nu pot fi statice. Trebuie să se extindă sau să se contracteze, în funcție de ceea ce se află în interiorul său și în ce cantități.
E., Siegel / dincolo de galaxie
iată ce am crezut că sunt posibilitățile:
- universul își amintește într-o criză mare. Expansiunea începe rapid, iar cantitatea mare de materie și radiații lucrează pentru a trage totul înapoi. Dacă există mai mult decât suficientă materie și energie, universul se va extinde la o dimensiune maximă, expansiunea se va inversa la contracție, iar universul își va aminti.
- universul se extinde pentru totdeauna, rezultând într-o înghețare mare., Totul începe la fel ca mai sus, numai de data aceasta, cantitatea de materie și energie este insuficientă pentru a contracara expansiunea. Universul continuă să se extindă pentru totdeauna, deoarece rata de expansiune continuă să scadă, dar nu atinge niciodată zero.
- expansiunea universului asimptote la zero. Imaginați-vă situația limită chiar între cele două exemple de mai sus. Dacă ar mai exista un proton, ne-am aminti; unul mai puțin și ne-am extinde pentru totdeauna. În acest caz critic (sau Goldilocks), universul se extinde pentru totdeauna, dar în cel mai lent ritm posibil.,
pentru a ști care dintre ele era corectă, tot ce trebuia să facem era să măsurăm cât de repede se extindea Universul și cum s-a schimbat rata de expansiune în timp. Fizica ar determina restul.în timp ce materia și radiația devin mai puțin dense pe măsură ce universul se extinde datorită volumului său în creștere,… energia întunecată este o formă de energie inerentă spațiului în sine. Pe măsură ce se creează un spațiu nou în universul în expansiune, densitatea energiei întunecate rămâne constantă.E. Siegel / dincolo de galaxie
a fost una dintre marile căutări ale astrofizicii moderne., Măsurați viteza cu care se extindea Universul și știți cum se schimbă țesătura spațiului astăzi. Măsurați modul în care rata de expansiune s-a schimbat în timp și știți cum s-a schimbat țesătura spațiului în trecut.
pune aceste două bucăți de informații împreună, și modul în care rata de expansiune atât este și, de asemenea, sa schimbat vă permite să determinați ce Universul este format din, și în ce rapoarte.din câte știm, informați de aceste măsurători, am stabilit că Universul este format din aproximativ 0,01% radiații, 0,1% neutrini, 4.,9% materie normală, 27% materie întunecată și 68% energie întunecată. Această căutare, care a început încă din anii 1920 pentru unii, a primit un răspuns neașteptat la sfârșitul anilor 1990.
universul în expansiune, plin de galaxii și structuri complexe pe care le vedem astăzi, a apărut dintr-un, mai mic… mai cald, mai dens, mai uniform în trecut. Trebuie să existe o nouă formă de energie care să conducă faza actuală de expansiune accelerată, dincolo de materia și radiațiile cunoscute.
C. Faucher-Giguère, A. Lidz, și L., Hernquist, știință 319, 5859 (47)
deci, dacă energia întunecată domină expansiunea Universului, ce înseamnă asta pentru soarta noastră? Totul depinde de cum — sau dacă-energia întunecată evoluează cu timpul. Iată cele cinci posibilități.
1.) Energia întunecată este o constantă cosmologică care domină expansiunea. Aceasta este opțiunea implicită, având în vedere cele mai bune date pe care le avem astăzi. În timp ce materia devine mai puțin densă pe măsură ce universul se extinde, diluându-se pe măsură ce volumul se extinde, energia întunecată reprezintă o cantitate de energie diferită de zero inerentă țesăturii spațiului în sine., Pe măsură ce universul se extinde, densitatea energiei întunecate rămâne constantă, determinând rata de expansiune să nu fie asimptotă la zero, ci o valoare pozitivă.acest lucru duce la un univers în expansiune exponențială și, în cele din urmă, va îndepărta tot ceea ce nu face parte din grupul nostru local. Deja, 97% din universul vizibil este inaccesibil în aceste condiții.scenariul Big Rip va apărea dacă descoperim că energia întunecată crește în putere, rămânând în același timp… negativ în direcție, în timp.
Jeremy Teaford / Universitatea Vanderbilt
2.,) Energia întunecată este dinamică și devine mai puternică în timp. Energia întunecată pare a fi o nouă formă de energie care este inerentă spațiului în sine, ceea ce înseamnă că are o densitate constantă de energie. Dar s-ar putea schimba și în timp. O modalitate posibilă de a se schimba este aceea că ar putea fi întărită în mărime, ceea ce ar determina viteza de expansiune a universului să se accelereze în timp.
nu numai că obiectele mai îndepărtate par să accelereze departe de noi, ci ar face acest lucru într-un ritm tot mai mare., Chiar mai rău, obiecte care sunt acum legate gravitational, azi — ca grupuri de galaxii, galaxii individuale, sistemul solar, și chiar atomii — ar deveni într-o zi nelegat ca energia întunecată consolidate. În ultimele momente ale Universului, particulele subatomice și țesătura spațiului în sine s-ar rupe. Această soartă” mare ” este o a doua posibilitate.în timp ce densitățile energetice ale materiei, radiației și energiei întunecate sunt foarte bine cunoscute, există încă… o multime de loc wiggle în ecuația de stare de energie întunecată., Ar putea fi o constantă, dar ar putea crește sau scădea în putere în timp, de asemenea.
povești cuantice
3.) Energia întunecată este dinamică și se descompune în timp. Cum altfel s-ar putea schimba energia întunecată? În loc să se întărească, ar putea slăbi. Sigur, rata de expansiune este în concordanță cu o cantitate constantă de energie aparținând Spațiului în sine, dar această densitate de energie ar putea fi în scădere, de asemenea.dacă se descompune la zero, ar putea duce la una dintre posibilitățile originale exprimate mai sus: înghețarea mare., Universul s-ar extinde în continuare, dar fără suficientă materie și alte forme de energie pentru a-și aminti.dacă se descompune pentru a deveni negativ, cu toate acestea, ar putea duce la o altă posibilitate: o criză mare. Universul ar putea fi umplut cu energie intrinsecă spațiului care a schimbat brusc semnele și a făcut ca spațiul să-și amintească. În timp ce intervalul de timp pentru aceste schimbări este constrâns să fie mult mai lung decât timpul de la Big Bang, ar putea totuși să apară.diferitele moduri în care energia întunecată ar putea evolua în viitor. Rămâne constantă sau în creștere în…, forța (într-o ruptură mare) ar putea întineri universul, în timp ce inversarea semnului ar putea duce la o criză mare.
NASA/CXC/M. Weiss
4.) Energia întunecată ar putea trece într-o altă formă de energie, întinerind Universul. Dacă energia întunecată nu se descompune, ci rămâne constantă sau chiar se întărește, există o altă posibilitate care apare. Această energie, inerentă țesăturii spațiului de astăzi, poate să nu rămână în acea formă pentru totdeauna., În schimb, s-ar putea transforma în materie și radiație, similar cu ceea ce s-a întâmplat când inflația cosmică s-a încheiat și a început Big Bang-ul fierbinte.dacă energia întunecată rămâne constantă până în acel moment, va crea o versiune foarte, foarte rece și difuză a Big Bang-ului fierbinte, unde doar neutrinii și fotonii se pot crea singuri. Dar dacă energia întunecată crește în putere, ar putea duce la o stare asemănătoare inflației urmată de un nou Big Bang cu adevărat fierbinte încă o dată., Acesta este cel mai simplu mod de a întineri Universul, și de a crea un set ciclic de parametri, în care Universul nou creat primește o altă șansă să se comporte la fel ca al nostru.
cel mai simplu model de inflație este că am pornit de la vârful unui deal proverbial, unde… inflația a persistat și s-a rostogolit într-o vale, unde inflația a luat sfârșit și a dus la Big Bang-ul fierbinte., Dacă acea vale nu este la o valoare de zero, ci la o valoare pozitivă, diferită de zero, ar putea fi posibilă tunelul cuantic într-o stare de energie inferioară, ceea ce ar avea consecințe grave pentru universul pe care îl cunoaștem astăzi.
E. Siegel / dincolo de galaxie
5.) Energia întunecată este legată de energia punctului zero al vidului cuantic și se va descompune, distrugând universul pe care îl cunoaștem. Aceasta este cea mai distructivă posibilitate dintre toate., Dacă energia întunecată nu este adevărata valoare a spațiu gol în cea mai mică energie de configurare, dar este rezultatul unor simetrii devreme în Univers au rupt într-un fals-configurație minimă?dacă da, ar exista o modalitate de a-tunel cuantic într-o stare de energie inferioară, schimbând legile fizicii și distrugând toate stările legate (adică particulele) câmpurilor cuantice de astăzi. Dacă vidul cuantic este instabil în acest mod special, oriunde se produce această dezintegrare, va duce la distrugerea a tot ceea ce se află în univers într-o bulă care se extinde spre exterior cu viteza luminii., Dacă un astfel de semnal ar ajunge vreodată la noi, ar fi însoțit și de distrugerea noastră instantanee.
zona de vizualizare a Hubble (stânga sus) în comparație cu zona pe care WFIRST va putea vizualiza, la… aceeași adâncime, în același timp. Vederea de câmp larg a WFIRST ne va permite să capturăm un număr mai mare de supernove îndepărtate decât oricând, permițându-ne să determinăm și să constrângem mai bine natura energiei întunecate.,deși nu știm care dintre aceste posibilități este adevărată pentru universul nostru, datele sunt incredibil de consistente cu prima opțiune: energia întunecată fiind cu adevărat o constantă. Acum, observațiile noastre cum Universul a evoluat — în special datorită radiației cosmice de fond și structuri la scară mare a Universului — loc strâmt constrângerile pe cat de mult spatiu de desfasurare există pentru energia întunecată să se schimbe.,
Cu venirea apariția de NASA pilot astrofizică misiunea 2020, WFIRST, suntem gata pentru a strânge wiggle-o cameră de, probabil, un alt factor de 10 sau cam asa ceva. Dacă energia întunecată oferă indicii că soarta noastră va fi diferită de cea pe care o anticipăm astăzi, acel observator va fi cel cu cea mai bună șansă de a dezvălui științific acest nou adevăr despre universul nostru. Până atunci, tot ce avem sunt posibilitățile pe care știm să le luăm în considerare. Restul depinde de știință.