Der er flere spørgsmål, der holder os vågne om natten, og de vedrører den endelige skæbne for hele kosmos. Stjerner lyser op, de erstattes af nye, de brænder også ud, og alt gentages, indtil universet løber tør for brændstof. Galakserne vil flette og skubbe ud stof ud, og rummet mellem grupper og galakser klynger vil udvide for evigt. Mørk energi får denne udvidelse til ikke kun at være ubønhørlig, men også accelererende. Men vil dette være slutningen? Kunne dette "store hul" (når alt ender i en uendelig langt afstand fra hinanden) føre til en ny "big bang"? Når universet ekspanderer hurtigt nok til at rive atomerne fra hinanden og adskille kvarkerne fra dem … Vil der dannes en quark-gluonsuppe?
Universumets skæbne står på spil, uanset hvad man må sige.
Hvad er der i vente for universet i slutningen?
Hvis du ser på en fjern, tilfældig galakse i universet, er chancerne store for, at du vil se, at dens glød er rødere end stjernerne, der glød i vores galakse. Tilbage i 1920'erne opdagede forskere, at dette mønster vedvarede som en helhed: jo længere væk galaksen er fra dig, jo rødere er dens lys. I forbindelse med den generelle relativitet blev det hurtigt klart, at dette skyldtes udvidelsen af selve rumets stof over tid.
Det næste trin var at kvantificere, hvor hurtigt universet ekspanderede, og hvordan denne hastighed ændrede sig over tid. Årsagen til at dette var vigtigt, set fra et teoretisk synspunkt, er, at historien om universets udvidelse bestemte, hvad der var i det. Hvis du vil vide, hvad dit univers er lavet af, på dets største skalaer, vil det at hjælpe dig at måle, hvordan universet har udvidet sig i løbet af kosmisk tid.
Hvis dit univers er fyldt med stof, ville du forvente, at ekspansionstakten vil falde i forhold til, hvor meget stof der er fortyndet. Hvis den er fyldt med stråling, falder ekspansionshastigheden endnu mere, fordi selve strålingen omdøbes og mister yderligere energi. Et univers med rumlig krumning, kosmiske strenge eller energi iboende i selve rummet, vil stadig udvikle sig på en anden måde, afhængigt af forholdene mellem alle energikomponenter.
Salgsfremmende video:
Baseret på det fulde sæt af målinger, som vi var i stand til at udføre, inklusive variable stjerner, galakser af forskellige typer og egenskaber, og type Ia-supernovaer, såvel som den kosmiske mikrobølgebaggrund og galakseholdning og sammenhæng, var vi i stand til at præcist identificere, hvad universet er lavet af. Især består det af:
- 68% fra mørk energi;
- 27% mørkt stof;
- 4,9% fra almindeligt stof;
- 0,09% neutrinoer;
- 0,01% stråling.
Plus eller minus en justering på et par tiendedele af en procent i hvert tilfælde.
Vores univers, som er domineret af mørk energi, er især interessant, fordi denne komponent ikke eksisterede i universet, hvad så dets overvejende karakter. Og alligevel er vi her, 13,8 milliarder år efter Big Bang, og lever i et univers, hvor mørk energi driver udvidelsen af universet.
Der er så mange spørgsmål omkring mørk energi. Hvad er dens natur? Hvor kommer det fra? Er det konstant eller ændrer det sig over tid? Der er ingen endelige svar, men alt tyder på, at mørk energi er en kosmologisk konstant. Med andre ord, det opfører sig som en ny form for energi i selve rummet. Når universet udvides skaber det et nyt rum, der indeholder den samme ensartede mængde mørk energi.
Alligevel er dette vores bedste udsigt indtil videre. Fra et teoretisk synspunkt er der flere kendte måder at skabe den kosmologiske konstant, og derfor vil denne forklaring - så længe dataene er enige om det - forblive den foretrukne. Men der er ingen grund til, at mørk energi ikke kunne være mere kompleks.
Det kan være noget, der eroderes med tiden og bliver mindre og mindre tæt, omend lidt. Det kan være noget, der ændrer tegn i den fjerne fremtid og fører til genoprettelse af universet i et stort klem. Det kan også være noget, der bliver stærkere med tiden, som accelererer og udvider universet med tiden. Det er denne variation, der fører til Big Rip-scenariet.
Når vi taler om en hvilken som helst komponent af energi i universet, taler vi om dens ligning af tilstand, som beskriver hvordan det udvikler sig over tid i universet. Astrofysikere bruger parameteren w til dette, hvor w = 0 svarer til stof, w = 1/3 svarer til stråling, w = -1 svarer til den kosmologiske konstant.
Mørk energi ser ud til at have w = -1, men dette er ikke nøjagtigt. For eksempel har nyt arbejde fra Subaru Hyper Suprime-Cam-samarbejdet tilføjet nye begrænsninger til den mørke energiligning af staten. Mens mørk energi matcher w = -1 ganske overbevisende, er der også spekulationer om, at den kunne være endnu mere negativ. Hvis det virkelig er - hvis det viser sig, at w <-1 og ikke er lig med -1 - så er Big Rip uundgåelig.
Hvis Big Rip er nært forestående, vil ikke kun det ekspanderende univers, men også fjerne objekter accelerere fra os hurtigere og hurtigere over tid (på grund af mørk energi). Men genstande, der holdes sammen af en eller anden grundlæggende kraft, vil med tiden blive revet fra hinanden af den stigende kraft af mørk energi.
Mange milliarder af år i fremtiden vil vores lokale gruppe se, hvordan stjernerne i udkanten vil blive kastet ud i rummet, da de vil være bundet tyngdekraft fra vores fremtidige fjerne galakse: Milkomed. Efterhånden som tiden går, vil flere og flere stjerner blive kastet udad, indtil de strukturer, vi kender som galakser, kollapser og bliver en samling af milliarder af uafhængige stjerner og stjernekroppe.
Over tid vil planeterne blive skubbet ud af deres solsystemer, da mørk energi vil intensiveres, og derefter vil selv planeterne blive revet fra hinanden. I de sidste øjeblikke vil objekter, der er i besiddelse af atom- og molekylære kræfter, blive revet fra hinanden, elektroner vil blive revet fra deres atomer, atomkerner vil smuldre, og selv kvarkerne i sig selv vil blive adskilt. Og så brister de.
Venter vi på en ny Big Bang?
Hvis Big Rip er en korrekt model til universets udvikling, vil alt i Universet blive reduceret til de mest grundlæggende komponenter, som på nogle måder stærkt svarer til de første faser af Big Bang.
Imidlertid vil dette quark-gluon plasma være anderledes end hvad det var under Big Bang. Først er Big Bang varm og tæt, og Big Rip vil være ekstremt kold og diffus. For det andet er Big Bang kendetegnet ved det faktum, at al materie og energi i universet komprimeres til et lille rumfang, men i Big Rip vil de blive spredt over billioner af lysår. Derudover repræsenterer Big Bang en tilstand med relativt lav entropi, men i Big Bang vil entropien være 10 (til magten af 35) gange mere end i Big Bang.
Men der er håb.
Måske kan den mørke energi, der vil føre til Big Rip, genstarte universet. Hvis styrken af mørk energi øges, er denne mørke energi iboende i selve rumets stof, hvilket betyder, at den kan være fuldstændig analog med den tidlige periode i vores universes historie, da rummet ekspanderede i en enorm hastighed: kosmisk inflation. Inflation eliminerer al forudgående stof og energi i universet og efterlader kun rummet. Efter en periode med inflation omdannes energi på en eller anden måde til partikler, antipartikler og stråling, hvilket fører til Big Bang. Dette scenarie er blevet overvejet før og er kendt som et forynget univers.
Hvis Big Rip er det rigtige scenarie for slutningen af universet, vil det simpelthen rive al materie fra hinanden, og universet vil være meget tomt, men med en enorm mængde energi i selve rummet. Hvis energien er meget stor, er det muligt, at selve rummet af stof sprænger - men dette er et helt andet scenarie.
Ilya Khel