Po beveik 13,8 milijardo metų nenutrūkstamos plėtros, visata Žurnale paskelbtas naujas tyrimas gali greitai sustoti, o tada pamažu pradėti trauktis Nacionalinės mokslų akademijos darbai siūlo.
Naujajame dokumente trys mokslininkai bando modeliuoti jo prigimtį tamsioji energija – paslaptinga jėga, kuri, regis, skatina visatą vis sparčiau plėstis, remiantis praeities kosminio plėtimosi stebėjimais. Komandos modelyje tamsioji energija yra ne nuolatinė gamtos jėga, o esybė, vadinama kvintesencija, kuri laikui bėgant gali irti.
Tyrėjai išsiaiškino, kad nors visatos plėtimasis spartėjo jau milijardus metų, tamsiosios energijos atbaidymo jėga gali susilpnėti. Pagal jų modelį, Visatos pagreitis gali greitai baigtis per ateinančius 65 milijonus metų – tada per 100 milijonų metų Visata galėtų visiškai nustoti plėstis, o vietoj to ji galėtų patekti į lėto susitraukimo erą, kuri pasibaigs milijardus metų dabar su laiko ir erdvės mirtimi – o gal ir atgimimu.
Ir visa tai gali įvykti „nepaprastai“ greitai, sakė tyrimo bendraautorius Paulas Steinhardtas, Prinstono universiteto Naujajame Džersyje Prinstono teorinių mokslų centro direktorius.
„Grįžti laiku atgal 65 milijonus metų, štai tada Chicxulub asteroidas pataikė į Žemę ir pašalino dinozaurus“, – „Live Science“ pasakojo Steinhardtas. „Kosminiu mastu 65 milijonai metų yra nepaprastai trumpas laikotarpis.
Nieko apie tai teorija yra prieštaringas arba neįtikėtinas, „Live Science“ sakė Britų Kolumbijos universiteto fizikos ir astronomijos profesorius Gary Hinshaw, kuris nedalyvavo tyrime. Tačiau kadangi modelis priklauso tik nuo ankstesnių plėtimosi stebėjimų, o dabartinė tamsiosios energijos prigimtis visatoje yra tokia paslaptis, šiame dokumente pateiktų prognozių šiuo metu neįmanoma patikrinti. Kol kas jos gali likti tik teorijomis.
Tuštumos energija
Nuo 1990-ųjų mokslininkai suprato, kad visatos plėtimasis spartėja; erdvė tarp galaktikų dabar plečiasi greičiau nei prieš milijardus metų. Paslaptingą šio pagreičio šaltinį mokslininkai pavadino tamsiąja energija – nematoma būtybe, kuri, atrodo, veikia priešingai. gravitacijastumia masyviausius Visatos objektus toliau vienas nuo kito, o ne sujungia juos.
Nors tamsioji energija sudaro maždaug 70% visos Visatos masės energijos, jos savybės išlieka visiška paslaptis. Populiari teorija, kurią pristatė Albertas Einšteinasar ta tamsioji energija yra a kosmologinė konstanta – nekintanti energijos forma, įausta į audinį kosmoso laikas. Jei taip yra, o tamsiosios energijos veikiama jėga niekada nepasikeis, visata turėtų plėstis (ir spartėti) amžinai.
Tačiau konkuruojanti teorija rodo, kad tamsioji energija nebūtinai turi būti pastovi, kad atitiktų praeities kosminio plėtimosi stebėjimus. Atvirkščiai, tamsioji energija gali būti vadinama kvintesencija – dinaminiu lauku, kuris laikui bėgant kinta. (Steinhardtas buvo vienas iš trijų mokslininkų, kurie pristatė idėją a 1998 m. straipsnis žurnale Fizinės apžvalgos laiškai.)
Skirtingai nuo kosmologinės konstantos, kvintesencija gali būti atstumianti arba patraukli, priklausomai nuo jos kinetinės ir potencialios energijos santykio tam tikru metu. Per pastaruosius 14 milijardų metų kvintesencija buvo atstumianti. Tačiau didžiąją šio laikotarpio dalį jis nežymiai prisidėjo prie visatos plėtimosi, palyginti su radiacija ir medžiaga, sakė Steinhardtas. Tai pasikeitė maždaug prieš penkis milijardus metų, kai kvintesencija tapo dominuojančiu komponentu, o jos gravitacinis atstūmimo efektas paskatino visatos plėtimąsi.
„Klausimas, kurį keliame šiame dokumente, yra: „Ar šis pagreitis turi tęstis amžinai?“ – sakė Steinhardtas. „O jei ne, kokios yra alternatyvos ir kaip greitai viskas gali pasikeisti?
Tamsiosios energijos mirtis
Savo tyrime Steinhardtas ir jo kolegos Anna Ijjas iš Niujorko universiteto ir Cosmin Andrei iš Prinstono numatė, kaip kvintesencijos savybės gali pasikeisti per ateinančius kelis milijardus metų. Norėdami tai padaryti, komanda sukūrė fizinį kvintesencijos modelį, parodantį jo atstumiamąją ir patrauklią galią laikui bėgant, kad atitiktų ankstesnius Visatos plėtimosi stebėjimus. Kai komandos modelis galėjo patikimai atkurti visatos plėtimosi istoriją, jie išplėtė savo prognozes į ateitį.
„Jų nuostabai, tamsioji energija jų modelyje laikui bėgant gali sunykti“, – sakė Hinshaw. “Jo stiprumas gali susilpnėti. Ir jei jis tai daro tam tikru būdu, galiausiai tamsiosios energijos antigravitacinė savybė išnyksta ir ji vėl pereina į kažką, kas panašesnė į įprastą materiją.”
Remiantis komandos modeliu, tamsiosios energijos atbaidymo jėga gali būti spartaus nuosmukio, kuris galbūt prasidėjo prieš milijardus metų, viduryje.
Pagal šį scenarijų pagreitėjęs Visatos plėtimasis jau šiandien lėtėja. Netrukus, galbūt per maždaug 65 milijonus metų, tas pagreitis gali visiškai sustoti – tada vos per 100 milijonų metų nuo dabar tamsioji energija gali tapti patraukli, todėl visa visata pradės trauktis. Kitaip tariant, po beveik 14 milijardų metų augimo erdvė gali pradėti mažėti.
„Tai būtų labai ypatinga susitraukimo rūšis, kurią mes vadiname lėtu susitraukimu“, – sakė Steinhardtas. „Užuot išsiplėtusi, erdvė susitraukia labai, labai lėtai.
Iš pradžių visatos susitraukimas būtų toks lėtas, kad visi hipotetiniai žmonės dar gyvų. Žemė net nepastebėtų pokyčių, pasakė Steinhardtas. Remiantis komandos modeliu, prireiktų kelių milijardų metų lėto susitraukimo, kad visata pasiektų maždaug pusę dabartinės dydžio.
Visatos pabaiga?
Iš ten gali atsitikti vienas iš dviejų dalykų, sakė Steinhardtas. Arba Visata traukiasi tol, kol pati savaime žlunga per didžiulį „tūžį“, baigdama mums žinomą erdvėlaikį, arba visata susitraukia tiek, kad grįžtų į būseną, panašią į pradines sąlygas, ir kita. Didysis sprogimas – arba didelis “atšokimas” – įvyksta, sukuriant naują visatą iš senosios pelenų.
Antrajame scenarijuje (kurį Steinhardtas ir kitas kolega aprašė 2019 m. žurnale Fizikos raidės B), Visata vadovaujasi ciklišku plėtimosi ir susitraukimo modeliu, traška ir atšoka, kurie nuolat žlunga ir ją perkuria. Jei tai tiesa, dabartinė mūsų visata gali būti ne pirmoji ar vienintelė, o tik naujausia iš begalinės visatų serijos, kurios išsiplėtė ir susitraukė anksčiau nei mūsų, sakė Steinhardtas. Ir visa tai priklauso nuo kintamos tamsiosios energijos prigimties.
Kiek visa tai tikėtina? Hinshaw sakė, kad naujajame dokumente pateikta kvintesencijos interpretacija yra „visiškai pagrįsta prielaida, kas yra tamsioji energija“. Kadangi visi mūsų kosminio plėtimosi stebėjimai gaunami iš objektų, nutolusių nuo Žemės milijonus ar milijardus šviesmečių, dabartiniai duomenys gali informuoti mokslininkus tik apie Visatos praeitį, o ne apie dabartį ar ateitį, pridūrė jis. Taigi, visata labai gerai gali sugriūti, ir mes to negalėsime žinoti, kol neprasidės susitraukimo fazė.
„Manau, kad tai iš tikrųjų priklauso nuo to, kaip ši teorija jums atrodo patraukli ir, dar svarbiau, ar ji yra patikrinama? – pridūrė Hinshaw.
Deja, nėra gero būdo patikrinti, ar kvintesencija yra tikra, ar kosminė plėtra pradėjo lėtėti, pripažino Steinhardtas. Kol kas tereikia teoriją suderinti su praeities stebėjimais – ir autoriai tai puikiai daro savo naujajame darbe. Nesvarbu, ar mūsų visatos laukia begalinio augimo ar greito nykimo ateitis laikas pasakys.
Iš pradžių paskelbta „Live Science“.