Вселенная может начать заметно сжиматься в ближайшее время — новое исследование
04.05.2022
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 остановиться, а затем начать медленно сжиматься.
В модели команды темная энергия — это не постоянная сила природы, а сущность, называемая квинтэссенцией, которая со временем может распадаться.
Исследователи обнаружили, что, хотя расширение Вселенной ускоряется 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 может вступить в эру медленного сжатия, которая закончится через миллиарды лет от теперь со смертью — или, возможно, возрождением — времени и пространства.
И все это может произойти «удивительно» быстро, сказал соавтор исследования Пол Стейнхардт, директор Принстонского центра теоретических наук Принстонского университета в Нью-Джерси.
«Возвращаясь назад во времени на 65 миллионов лет, именно тогда астероид Чиксулуб врезался в Землю и уничтожил динозавров, — сказал Стейнхардт в интервью Live Science. — В космическом масштабе 65 миллионов лет удивительно мало».
Однако, поскольку модель опирается только на прошлые наблюдения за расширением — и поскольку нынешняя природа темной энергии во Вселенной — такая загадка, предсказания в этой статье в настоящее время невозможно проверить. Пока они могут оставаться только теориями.
С 1990-х годов ученые поняли, что расширение Вселенной ускоряется; сейчас пространство между галактиками расширяется быстрее, чем миллиарды лет назад.
Ученые назвали таинственный источник этого ускорения темной энергией — невидимой сущностью, которая, кажется, действует вопреки гравитации , раздвигая самые массивные объекты Вселенной, а не сближая их.
Хотя темная энергия составляет примерно 70 процентов всей массы-энергии Вселенной, ее свойства остаются полной загадкой.
Популярная теория, предложенная Альбертом Эйнштейном , заключается в том, что темная энергия является космологической константой — неизменной формой энергии, вплетенной в ткань пространства-времени . Если это так, и сила, создаваемая темной энергией, никогда не может измениться, тогда Вселенная должна продолжать расширяться (и ускоряться) вечно.
Скорее темная энергия может быть чем-то, что называется квинтэссенцией — динамическим полем, которое меняется со временем. (Стейнхардт был одним из трех 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 притягательной, в зависимости от соотношения ее 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 около пяти миллиардов лет назад, когда квинтэссенция стала доминирующим компонентом, а ее 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 все может измениться?»
В своем исследовании Стейнхардт и его коллеги, Анна Иджас из Нью-Йоркского университета и Космин Андрей из Принстона, предсказали, как свойства квинтэссенции могут измениться в течение следующих нескольких миллиардов лет.
«К их удивлению, темная энергия в их модели может со временем распадаться, — сказал Хиншоу. — Ее сила может ослабнуть. И если она делает это определенным образом, то в конечном итоге антигравитационное свойство темной энергии исчезает, и она снова превращается во что-то более похожее на обычную материю».
Согласно модели команды, отталкивающая сила темной энергии может находиться в процессе быстрого снижения, которое потенциально началось миллиарды лет назад.
В этом сценарии ускоренное расширение Вселенной уже сегодня замедляется. Вскоре, возможно, примерно через 65 миллионов лет, это ускорение может полностью прекратиться, а затем, всего через 100 миллионов лет, темная энергия может стать притягательной, заставив всю Вселенную начать сжиматься.
Другими словами, после почти 14 миллиардов лет роста пространство может начать сжиматься.
«Это был бы особый вид сокращения, который мы называем медленным сокращением», — сказал Стейнхардт. «Вместо того, чтобы расширяться, пространство сжимается очень и очень медленно».
По словам Стейнхардта , изначально сжатие Вселенной будет настолько медленным, что любые гипотетические люди, все еще живущие на Земле , даже не заметят изменений. Согласно модели команды, Вселенной потребуется несколько миллиардов лет медленного сжатия, чтобы достичь примерно половины размера, которым она является сегодня.
По словам Стейнхардта, после этого может произойти одно из двух. Либо Вселенная сжимается до тех пор, пока не схлопнется сама с собой в большом «сжатии», заканчивающем пространство-время, каким мы его знаем, либо Вселенная сжимается ровно настолько, чтобы вернуться в состояние, похожее на ее первоначальные условия, и еще один Большой Взрыв — или большой «отскок» – происходит создание новой Вселенной из пепла старой.
В этом втором сценарии (который Стейнхардт и его коллега описали в статье 2019 года в журнале Physics Letters B ) Вселенная следует циклическому образцу расширения и сжатия, сжатия и отскока, которые постоянно схлопываются и переделываются.
Если это правда, то наша нынешняя Вселенная может быть не первой или единственной Вселенной, а просто последней в бесконечной серии Вселенных, которые расширялись и сжимались до нашей, сказал Стейнхардт. И все это зависит от изменчивой природы темной энергии.
Насколько все это правдоподобно? Хиншоу сказал, что интерпретация квинтэссенции в новой статье является «совершенно разумным предположением о том, что такое темная энергия».
Он добавил, что поскольку все наши наблюдения за космическим расширением исходят от объектов, находящихся на расстоянии от миллионов до миллиардов световых лет от Земли, текущие данные могут информировать ученых только о прошлом Вселенной, а не о ее 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 начнется фаза сжатия.
«Я думаю, что на самом деле все сводится к тому, насколько убедительной вы считаете эту теорию и, что более важно, насколько проверяемой вы считаете ее?» — добавил Хиншоу.
К сожалению, нет хорошего способа проверить, реальна ли квинтэссенция или космическое расширение начало замедляться, признал Стейнхардт. На данный момент это просто вопрос согласования теории с прошлыми наблюдениями — и авторы делают это умело в своей новой статье.
Ждет ли нашу Вселенную будущее бесконечного роста или быстрого распада, покажет только время.
