Hvis vi ved noget nøjagtigt om vores univers, er det, at det er ikke-statisk og ændrer sig over tid. Hvad har fremtiden for hende?
I dag har vi en standard kosmologisk model, der godt beskriver universets historie næsten fra det tidspunkt, hvor det blev født, helt til vores tid. Desuden er der nu ingen alvorlig grund til at tro, at denne model ikke kan tjene som grundlag for at forudsige den efterfølgende udvikling af vores verden. Det er sandt, at det har konkurrenter, der tilbyder helt forskellige scenarier til fremtidige begivenheder. Vi har dog endnu ikke observationsdata, der indikerer et reelt behov ikke kun for at revidere standardmodellen, men endda for alvorligt at rette dem op.
Tomhed eller strimler
Nu om fremtiden. Fra standardmodellen følger det, at tyngdekraften i den meget fjerne fremtid praktisk talt forsvinder, og universets ekspansionshastighed vil begynde at vokse eksponentielt. Det ydre rum bliver tomt og hurtigere og hurtigere. Denne hastighed vil dog altid stige monotont, fra den nuværende æra til tiden. Standardmodellen udelukker scenarier, hvor vakuumet mister stabiliteten, og dets energitetthed springer til uendelig i en begrænset tid. I dette tilfælde vil universets ekspansionshastighed også have en tendens til uendelig, hvilket vil føre til brud og forsvinden af alle materielle objekter - fra galakser og stjerner til atomer og atomkerner. Nogle konkurrenter til standardmodellen forudsiger dette resultat, men astronomer har ingen data til støtte for disse teorier. Ærligt talt,Selv tager jeg dem ikke alvorligt, de er baseret på meget usædvanlig fysik. Standardmodellen er udmærket enig med observationer, og der er ingen mening i at opgive den.
Den accelererende ekspansion af universet vil kun betyde en stigning i ekspansionstakten af galakser. Da tætheden af mørk energi ikke vil ændre sig, vil den ikke være i stand til at ødelægge galakser og andre tyngdepunktstabile strukturer, som den ikke forhindrer i at eksistere i den aktuelle æra. Naturligvis betyder det ikke, at selve galakserne forbliver i den form, som de findes i dag. Over tid vil alle stjerner brænde fusionsbrændstof og blive til hvide dværge, neutronstjerner eller sorte huller. Hullerne vil vokse, fusionere med hinanden og forbruge stjernernes rester og interstellar gas. Imidlertid vil disse og andre destruktive processer finde sted uden deltagelse af mørk energi.
Lokale nyheder
Salgsfremmende video:
Så hvad venter vores egen galakse, Mælkevejen? Den nærmer sig den nærliggende store spiralgalakse Andromeda - nu med en hastighed på 110 km / s. Om 6 milliarder år vil begge galakser fusionere og danne en ny stjerne klynge, MilCOMDOU. Solen vil forblive inde i Milcome, kun for at flytte til sin periferi sammenlignet med sin nuværende position i Mælkevejen. Ved en interessant tilfældighed, lige da vil den brænde brintbrændstof og gå i gang med stien for kataklysmiske forandringer, som vil ende i dens omdannelse til en hvid dværg.
Indtil videre har vi talt om en ret nær fremtid. Efter stabilisering opretholder MilCOM gravitationsstabilitet i gigantiske tidsperioder, mindst tusind gange universets nuværende alder. Men hun vil være alene meget tidligere. Omkring 100 milliarder år eller lidt senere forsvinder alle fjerne galakser, som vi kan se i dag, fra dens højderyg. På det tidspunkt vil hastigheden for deres ekspansion, forårsaget af udvidelsen af universet, overstige lysets hastighed, så de fotoner, de udsender, aldrig når Milfors. På kosmologiens sprog vil galakser irreversibelt gå ud over dens begivenhedshorisont. Deres tilsyneladende lysstyrke vil falde, og til sidst vil de alle falme og gå ud. Så observatører i Milcome vil kun se hendes egne stjerner - selvfølgelig kun de, der stadig vil udsende lys på det tidspunkt. De lyseste røde dværge vil forblive aktive i længste tid, men i højst 10 billioner år vil de også begynde at dø.
Standardunivers
Standardmodellen hævder, at universet i vores tid ændrer sig under påvirkning af to hovedfaktorer: tyngdekraften af almindeligt og mørkt stof og den anti-graviterende virkning af vakuumenergi uden nul, der ofte kaldes mørk energi.
I universets tidlige ungdom gav energien fra elektromagnetisk stråling og neutrino-strømninger også et væsentligt bidrag til dens udvikling. Nu er dens rolle meget lille, da densiteten af strålingsenergi er ekstremt lav og desuden konstant falder på grund af udvidelsen af det ydre rum. På samme tid forbliver densiteten af mørk energi, som den ser ud i standardmodellen, konstant. Det falder ikke med udvidelsen af universet og er allerede tre gange højere end den monotonisk faldende tæthed af almindelig og mørk stof. Derfor skaber mørk energi en accelererende udvidelse af universet, som ikke kan indeholdes af galakernes og det intergalaktiske mediums svækkende tyngdekraft.
Strategiske planer
Når universets alder når et billion år, vil bølgelængden af CMB være lig med dens størrelse. Derefter og endnu mere senere vil ingen detektorer være i stand til at registrere disse ultracold-fotoner. Derfor vil enhver observatør, uanset hvor perfekt deres instrumenter er, ikke kunne bruge relikviesstrålingen som en kilde til astronomisk information.
Nu ligger toppen af spektret af disse fotoner i mikrobølgeområdet, og de registreres let af vores udstyr, hvilket giver den vigtigste information om universets tidlige historie. Den fjerne fremtid er langt ud over den almindelige kosmologiske model. Vi kan med rimelighed antage, at voksende sorte huller vil absorbere en betydelig del af både baryonisk og mørk stof, men hvad vil der ske med dens rest, spredt over de store rumvidder?
Fysik hævder, at elektroner ikke er underlagt nogen form for forfald, men der er ingen sådan sikkerhed ved protoner. Ifølge moderne data kan en protons halveringstid ikke være mindre end 1034 år - dette er meget, men stadig ikke evigheden. Vi kender heller ikke den langsigtede skæbne for partikler med mørkt stof, som endnu ikke er blevet opdaget. Den mest sandsynlige forudsigelse af den fjerntliggende fremtid hænger sammen med, at universet bliver ekstremt tomt og køligt til næsten absolut nul.
Hvor nøjagtigt dette vil ske, er stadig ukendt, her er det op til grundlæggende fysik. Fremtiden på en billion-års skala er imidlertid ganske forudsigelig baseret på standardmodellen. Hvis nogle nye egenskaber opdages i vakuumet, skal dette scenarie naturligvis revideres, men dette er allerede spekuleret.
Avi Loeb, professor, leder af Institut for Astronomi ved Harvard University, direktør for Institut for Teori og Computer Modellering, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Interviewet af: Alexey Levin, Oleg Makarov, Dmitry Mamontov