Der er noget uhyggeligt ens i oprindelsen af vores univers, kaldet kosmisk inflation, og i den accelererede udvidelse af mørk energi, som i sidste ende vil afgøre dens skæbne. Dette giver mistanke om, at disse fænomener kan være indbyrdes forbundne. Denne uge stillede Andrew Gillett sine spørgsmål: Hvis teorien om evig inflation er sand, så kunne mørk energi være en forkyndelse for at vende tilbage til denne urtilstand?
Det er ikke kun muligt. Dette kræver ikke engang, at teorien skal være korrekt. Lad os starte vores samtale med scenen forud for universets fødsel i den form, som det er kendt for os - med kosmisk inflation.
Da det univers, vi kender, fyldt med stof og stråling blev født, havde det adskillige mærkelige egenskaber: rumligt var det fladt, det havde den samme temperatur overalt, det havde ingen superhøje energirester, og det havde meget mærkelige mønstre i form af regioner med overskydende og reduceret tæthed. Det er muligt, at universet allerede var født med disse forhold. Teorien om kosmisk inflation er som følger: hvis universet begyndte med en periode med eksponentiel ekspansion, hvor der var en enorm mængde energi iboende i rummet, og så denne periode sluttede, ville der allerede have fundet en varm Big Bang sted i nærvær af alle disse forhold. Det tog et stykke tid at forstå konsekvenserne, og det tog endnu længere tidfor at bekræfte teorien med data om udsving i den kosmiske mikrobølgebaggrund. Men nu betragtes kosmisk inflation som den først og fremmest af alt det i universets historie, som vi kan bekræfte med beviser.
Evig inflation er en konsekvens af inflation baseret på ejendomme, som vi sjældent tænker på. Normalt, når der er en overgang i naturen, f.eks. En gryde med kogende vand, hvor vandet passerer fra en væske til en gasformig tilstand, begynder denne overgangsproces på forskellige punkter. Disse prikker udvides og smelter sammen og skaber store bobler, når de når overfladen. Når vi taler om vand, siger vi, at det koger. Under kogeprocessen stiger små bobler op og smelter sammen til større bobler, når de kommer til overfladen. Men der er et problem med inflationen. De områder, hvor inflationen ikke ender på et bestemt tidspunkt, fortsætter med at eksponere eksponentielt, og dette tillader ikke de områder, hvor den endte med at "koge". Derfor skal det univers, vi observerer, være helt i en boble,hvor inflationen er slut, og ikke i mange bobler, der koger sammen.
Men i den fjerne ende af dette spektrum ser vi, at udvidelsen af vores univers tilsyneladende accelererer. Den bedste forklaring på dette, baseret på vores mest nøjagtige målinger, er, at der er en lille energikomponent i rummet, som vi kalder mørk energi. Denne energiske komponent er allestedsnærværende og jævnt til stede på alle punkter i rummet. Og det er ekstremt lille. Hvis vi konverterer den til masse i henhold til Einsteins formel E = mc2, vil den kun være lig med en proton pr. Kubikmeter af universet. Men rummet er ikke kun stort, det udvides også! Efterhånden som tiden går, bliver denne mørke energi mere og mere vigtig. Over tid, efter ca. otte milliarder år, fremskynder det udvidelsen af universet og bliver derefter den dominerende komponent af energi i universet.
Disse to perioder med inflation og accelereret ekspansion på et senere tidspunkt kan virke meget forskellige. Forskellen på disse energiskalaer er simpelthen kolossal, den er 10 til den 120. kraft! Men begge perioder repræsenterer energi i rummet, begge får materien i universet til at ekspandere eksponentielt. Og i nærværelse af tid (brøkdele af sekunder for inflation og en billion år for mørkt stof), vil de tage alt, hvad der ikke er forbundet, i en enkelt struktur i universet og sprede det fra hinanden. Der er mange sådanne modeller, og i deres kerne kombinerer de alle inflation og mørk energi.
Så hvad er chancerne for, at universet begynder at genbruge dets dannelse? De er store
Salgsfremmende video:
1. Hvis mørk energi virkelig er en kosmologisk konstant, kan det være resterende energi fra inflationstiden, da det hele startede. I så fald er der grund til at sige, at det i nærværelse af tid kan svækkes endnu mere og bevæge sig ind i en ny, meget lavere energitilstand. Måske vil en sådan overgang give drivkraft til fremkomsten af et stort antal partikler med ekstremt lav masse, såsom neutrinoer, aksioner eller til noget endnu mere eksotisk. Disse partikler vil igen kombinere og skabe deres egne analoger af stjerner, planeter og måske menneskeheden i en tilstrækkelig lang tidsskala. Hvis vi ikke kan se denne proces, betyder det slet ikke, at det er umuligt. Måske er det den skæbne, der venter på vores univers i en meget, meget fjern fremtid, selvom det vil tage googols i årevis.
2. Mørk energi er måske ikke en kosmologisk konstant, men med tiden kan den stige. Hvis dette er tilfældet, vil det vokse og vokse, hvilket kan føre til scenariet med en "stor rip", når over tid forbundne strukturer i universet vil briste. Men i dette scenarie, udviklet af Eric Gawiser, er der muligheden for, at i sidste øjeblik, lige før rummet opløses og forsvinder i glemsel, vil den iboende energi i rummet, der ikke skelnes fra inflationsscenarier, gøre overgangen til Big Bang! Et sådant scenario med et "genoplivet univers" kan ikke kun gå i opfyldelse i vores fjerne fremtid. I det kan vores univers være meget ældre, end det ser ud til. Det er muligt, at det er uendeligt gammelt.
Nu viser de beviser, vi har, at mørk energi virkelig er en kosmologisk konstant. Dette betyder, at scenarie nummer 2 er ekskluderet. Hvis der ikke er lavere energitilstand for overgangen, kan mulighed nr. 1 også udelukkes. Men nu har vi ikke nok data til at afvise en af dem. Hvis jeg havde en chance for at placere indsatser, ville jeg sige, at en variant med en lavere energitilstand er mere sandsynlig. Men ideen om, at mørk energi virkelig er konstant og eksisterer for evigt, understøttes bedre af de tilgængelige data. Indtil vi ved med sikkerhed, vil vi hellere ikke udelukke mulige muligheder. Euclid-rumfartøjet, NASAs WFIRST vidvinklede infrarøde undersøgelsesteleskop og endeligLSST Large Synoptic Research Telescope hjælper os med at måle mørk energi endnu mere præcist, og dette vil give nyt bevis til støtte for enten den første eller den anden teori. Og nye opdagelser inden for teoretisk højenergifysik kan fortælle os mere om det første koncept. Alligevel, Andrew, svaret på dit spørgsmål er dette: mørk energi kan indvarsle en tilbagevenden til det varme Big Bang fra en inflationsstat, men det afhænger ikke af inflationens evige natur.men det afhænger ikke af inflationens evige natur.men det afhænger ikke af inflationens evige natur.
Ethan Siegel