Ko govorimo o koncu vesolja, se vedno znova pojavlja ena ideja: Veliki krč ali veliki propadPo tej teoriji bi se širjenje vesolja sčasoma upočasnilo, obrnilo smer in se skrčilo, dokler ne bi doseglo ekstremnega stanja. To ni kar neka fantazija, ampak kozmološka možnost ki se preučuje že desetletja, podprto z istimi orodji, ki jih uporabljamo za opisovanje Big Bang.
V zadnjih letih je ta hipoteza doživela manjši preporod: nekatere študije so pokazale, da širitev morda ni večna in da pod določenimi pogoji glede temna energijakozmični ritem bi se obrnil. Obstajajo celo modeli, ki si drznejo določena časovna okna za začetek krčenja, kar je ponovno odprlo razpravo in mnoge spodbudilo k vprašanju, ali bo konec vesolja posledica kolapsa in ne neskončnega ohlajanja.
Kaj je veliki krč: od velikega poka do velikega zloma
Veliki hrust, imenovan tudi Velika implozija ali veliki kolapsPredlaga usodo, nasprotno velikemu poku: če bi vesolje nastalo iz gostega, vročega stanja in se začelo širiti, bi lahko prišel čas, ko širitev se ustaviprevlada gravitacija in vse vsebine vesolja se spet začnejo približevati druga drugi, stiskajoč se do skrajnega stanja, morda singularnost prostora-časa.
Ta vizija je simetrična protiutež predlogu Big BangVesolje se širi, upočasnjuje, obrne svoj predznak in se seseda. V tem scenariju bi oddaljeni objekti doživeli izrazito modri premik ko se približujejo; v nekaterih starejših poljudnoznanstvenih virih je ta učinek omenjen z nestandardnimi imeni, kot je "Tudónov učinek", vendar je pomemben premik k bolj energijskim frekvencam kot krčenje premaknite se.
Teoretična osnova: splošna teorija relativnosti, Friedmann, Lemaître in sodelavci
Možnost napovedovanja kozmične usode se pojavi z Einsteinova splošna teorija relativnosti (1915)Njegove enačbe, uporabljene za vesolje kot celoto, omogočajo več rešitev. V dvajsetih letih 1920. stoletja je Aleksander Friedmann y Georges Lemaître Pokazali so širjenje rešitev in kmalu zatem Edwin Hubble Opazil je (iz spremenljivk cefeid v oddaljenih galaksijah), da vesolje pravzaprav se širiširjenje vizije opazljivo vesolje.
Einstein je predstavil kozmološka konstanta z idejo o ohranjanju statičnega vesolja; po Hubblovem odkritju je to prilagoditev obžaloval. Desetletja pozneje je z oddaljene supernove leta 1998Opazovanja so bila interpretirana kot širitev, ki se ne le nadaljuje, ampak pospešuje, ki je ponovno uvedla kozmološko konstanto (ali nekaj enakovrednega) kot temno energijo: negativno pritisnjeno sestavino, ki prevladuje v energijskem proračunu.
Praktičen način za organiziranje potencialnih destinacij je parameter Ω (omega), ki primerja povprečno gostoto vesolja s kritično gostoto: če je Ω večji, manjši ali enak 1, se vesolje izkaže za zaprto, odprto o plano z različnimi splošnimi geometrijskimi posledicami (trikotniki, ki seštevajo več kot 180 stopinj v zaprtem, manj kot 180 v odprtem, natanko 180 v ravnini; vzporednice, ki se na koncu srečajo, ki se razhajajo ali ki ostanejo enako oddaljen).
- Zaprto vesolje (Ω>1)Z malo ali nič temne energije lahko gravitacija upočasni širjenje in povzroči krčenje Skratka, odpiranje vrat Velikemu stiskanju. Če pa prevladuje temna energija, bi lahko kljub zaprti geometriji prišlo do nadaljnjega širjenja.
- Odprto vesolje (Ω<1)Tudi brez temne energije se širi v nedogled; s temno energijo se širjenje ne le nadaljuje, ampak pospešuje, kar nagiba tehtnico k koncem, kot sta Velika zmrzal ali Veliki raztrganina.
- Plosko vesolje (Ω=1)Brez temne energije bi bilo širjenje večno, vendar upočasnjeno in se asimptotično približevalo ničli; s temno energijo se vesolje pospešuje in se s hlajenjem ali razpadom bliža koncu.
Trenutno soglasje mnogih kozmologov je, da je končna usoda odvisna od globalna oblika prostora in predvsem vedenje temna energijaČeprav obstajajo manjšinski modeli (na primer predlogi iz leta 2005 o usodi fermionov in bozonov z Bose-Einsteinovi kondenzati (v velikem obsegu), ki raziskujejo alternativne scenarije, ključnega pomena ostaja natančno merjenje gostote, stopnje širjenja in njihov razvoj.
Kdaj bi lahko prišlo do krčenja? Predlagani datumi in scenariji
V nedavnih publikacijah sta se pojavili dve presenetljivi smeri razmišljanja. Po eni strani je bil prisoten odmev Raziskovalci iz Princetona objavljanje v PNAS ki je govoril o znakih, ki so skladni z možno pospešeno prihodnje krčenjeZaradi tega bi bil Veliki stisk bližje, kot je bilo pričakovano. Ti rezultati so bili interpretirani kot preobrat v zgodbi glede konstantne temne energije.
Po drugi strani pa je mednarodna študija, ki jo je vodil Univerza Cornell z njim Mednarodni center za fiziko v Donostiji in Šanghajska univerza Jiao Tong, razširjeno v arXiv, raziskuje model, v katerem temna energija ne bi bila fiksna, ampak dinamičenV skladu s to hipotezo je širitev bi se upočasnil in obrnil v približno 7.000 milijardah let, popolni kolaps pa bi se zgodil približno 13.000 milijard let kasneje, s čimer se zaključi cikel velikega poka in velikega krča, dolg približno 33.000 milijard.
Druge objavljene ocene kažejo na krčenje v časovnem okviru približno 20.000 milijone letV človeškem merilu se sliši kot znanstvena fantastika, ampak v človeškem merilu kozmično To je relativno "zgodaj", če se spomnimo, da je vesolje staro približno 13.800 milijarde let. V vsakem primeru gre za približno Modeli ki tekmujejo s še vedno prevladujočim scenarijem večnega širjenja in so odvisni od tega, kako se temna energija razvija.
Ali je Veliki Crunch v nasprotju z drugim zakonom termodinamike?
Pogosto vprašanje je, ali kolaps proti singularnosti "krši" drugi zakon, saj entropija izoliranega sistema ne bi smela zmanjšatiKratek odgovor je, da Veliki krč ne pomeni nujno nižje entropije: gravitacija odpira nove stopnje svobode (nastanek struktur, kolaps, črne luknje) in pravzaprav črne luknje To so objekti z ogromno entropijo. Skupna entropija lahko še naprej narašča tudi med fazo krčenja.
Z opaznega vidika bi globalno krčenje pomenilo, da bi bilo sevanje iz oddaljenih galaksij izpodriva modro, s čimer se povečuje njegova navidezna energija, medtem ko se povprečna gostota vesolja povečuje. To pomeni, da kozmos ne "ureja" svoje vsebine z zmanjševanjem entropije; temveč proces gravitacijsko krčenje Ustvari stanja z večjo gravitacijsko motnjo, kar je skladno z drugim zakonom. Ta točka je zelo tehnična, vendar ovrže idejo, da je Veliki krč iz termodinamičnih razlogov "absurden".
Odboj: od velikega poskoka do velikega poskoka
Nekateri teoretični okviri, kot npr. Zanka kvantne gravitacije Pod vodstvom Abhaya Ashtekarja namigujejo na možnost Velik poskokKo gostota doseže ekstremne vrednosti, bi kvantni učinki geometrije preprečili singularnost in povzročili odboj, ki bi sprožil nov širitevV tem scenariju se vesolje izmenično prebija med fazami širjenja in krčenja v potencialno neskončnem zaporedju.
Klasična različica nihajoče vesolje Vendar pa je to v nasprotju z drugim zakonom: z vsakim nihanjem se entropija poveča, zaradi česar se je težko vrniti v stanje, ki je "enako" prejšnjemu. Nekatere sodobne ideje, kot je na primer ciklični modeli branTo težavo so poskušali zaobiti tako, da so dovolili, da se s širjenjem razredči nakopičena entropija pred novim ciklom. To so sicer sugestivni predlogi, vendar vseeno špekulativno.
Obstajajo tudi bolj eksotični pristopi, kot je npr. večnivojski kozmološki modelki si predstavlja neskončne ravni vesolij z lastnimi začetki in konci, medtem ko bi celota imela neskončen obstoj. Danes so teoretični scenariji brez neposredne opazovalne podpore.
Drugi konci na mizi: Big Freeze, Big Rip, lažni vakuum ...
Če temna energija vztraja in je geometrija ravna ali odprta, je najbolj priljubljena destinacija Big Freeze ali toplotna smrt: širjenje se nadaljuje v nedogled, zvezde umirajo v časovnih okvirih približno enega milijarde let, galaksije na koncu prevladujejo črne luknje da z nepredstavljivo dolgimi časi, izhlapevajo zaradi Hawkingovega sevanja.
V nekaterih teorijah velikega poenotenja, protoni Razpadli bi, pri čemer bi medzvezdni plin spremenili v pare elektronov in pozitronov, ki bi se sčasoma medsebojno anihilirali. fotoni in leptoniVesolje bi se končalo kot vse bolj hladna in razredčena sevalna juha, pri čemer bi se energija zaradi širjenja postopoma premikala proti rdečemu koncu.
Če pospešimo do skrajnosti, se pojavi naslednje: Velik ripTemna energija bi premagala ne le gravitacijo, ampak tudi sile elektromagnetno že tako šibke jedrne vezi, ki trgajo galaksije, zvezde, planete in navsezadnje samo materijo.
Drug špekulativni izid je vakuumska metastabilnostČe bi bil naš kvantni vakuum lažen (ne bi bil stanje z najnižjo energijo), bi se lahko oblikoval "pravejši" vakuumski mehurček, ki bi napredoval prepisovanje fizikalne konstante in sama struktura snovi. To bi bil tih, a uničujoč konec za zakoni fizike kot jih poznamo.
V absurdno dolgih obzorjih so nekateri avtorji, kot npr. Sean Carroll in Jennifer Chen, so razpravljali o majhni možnosti, da kvantna nihanja povzročijo nove velike poke znotraj termalnega morja, s časi ohlajanja reda 10101056 let. V poštev pride tudi izrek o Poincare in toplotna nihanja, da si predstavljamo "ponovitve" kozmološkega reda.
Kako se odloči: s tehtanjem vesolja
Izbira med tema koncema se obravnava z merjenjem relativnega prispevka materiasevanje, temna snov in temna energija pri kritični gostoti ter preverjanje scenarijev s podatki iz Supernove tipa Iajate galaksij in anizotropije kozmičnega mikrovalovnega ozadja. Na splošno je veliko podatkov danes združljivih z vesoljem plano in prevladuje temna energija, ki tehtnico nagiba k velikemu zamrzovanju, ne da bi izključila nianse o dinamičen te temne energije.
Kraj religije, kulture in znanstvene fantastike
Praktično vse večje religije imajo pripovedi o Konec svetaTeološka študija teh vizij je znana kot eshatologijaTe pripovedi so bile pogosto na novo interpretirane glede na znanstveni napredek, pri čemer se je izogibalo dobesednemu branju izrazov, kot je »zvezde bodo padale z neba«, ki odražajo starodavno razumevanje nebes.
Popularna kultura je konec vesolja naredila rodovitna tla. V literaturi zgodba o Isaac Asimov, Zadnje vprašanje (toplotna smrt in računalniško ponovno rojstvo), roman Tau ničla Poul Anderson (ciklično vesolje z Velikim pokom, ki mu sledi nov Veliki pok), pripovedna pesem Dolgo umiranje avtorja Geoffreyja A. Landisa ali Big Chill Alana Moora, kjer superjunak priča kozmičnemu ohlajanju. Obstajajo tudi poskusi, kot je Svet ob koncu časa avtorja Frederika Pohla.
Humor in satira sta opravila svoje: restavracija Milliways, restavracija na koncu vesolja Douglasovo Adamsovo delo nam omogoča, da o koncu razmišljamo kot o spektaklu; Woody Allen vključeno v Annie Hall šala o otroku, ki ga skrbi širjenje vesolja.
V televiziji in filmu je vse: Red Dwarf Špekulira o času, ki se "vrne nazaj" v kozmosu, ki se bliža Velikemu krču; Lexx Predstavljajte si krčenje, ki ga povzroči legija mehanskih rok; Zvezdne steze: Globoko vesolje devet Temo obravnava v delu »Chrysalis«; Načrt 9 iz vesolja uporablja grožnjo uničenja vesolja; Doctor Who Ima "vakuumsko ladjo", kroglo, ki je sposobna preživeti cikel ciklično.
Pojavlja se tudi anime: Eureka 7 Predpostavlja mejo "biološke gostote", ki sproži singularnost; Futurama potovanje v prihodnost Velikega razpoka, ki mu sledi nov, skoraj identičen Veliki pok; Neverjeten svet Gumballa Igra se s praznino med vesolji.
V videoigrah in stripih se pojavljajo reference, kot je umetna inteligenca. Durandal v sagi Maratonobsedena z begom pred koncem; Marvelov multiverzum z osjo kristala M'Kraan; Magic: The Gathering Svojo pripoved organizira v ravnine znotraj multiverzuma; Ninja želve y Farscape Raziskujejo presečišča med dimenzijami; JoJo's Bizarre Adventure (Kamniti ocean) uvaja moč, ki pospeši čas in ustvari novo vesoljein strip za oboževalce Multiverzum Dragon Ball organizira turnirje med vzporednimi vesolji.
Tudi nedavno avdiovizualno razširjanje je ponovno vzbudilo zanimanje. 20. marca 2019 je ustvarjalec melodysheep Objavil je 29-minutni videoposnetek »TIMELAPS OF THE FUTURE: A Journey to the End of Time«, ki raziskuje možne kozmične prihodnostinabirajo več deset milijonov ogledov in ogromno število "všečkov".
Zavrženi klasični modeli in obnovljene možnosti
V 20. stoletju so nekateri modeli vesolje obravnavali kot zaprto in končno ki bi se po razširitvi skrčila v katastrofalna implozija (Velika implozija). Danes je večina teh modelov opuščenih, ker opazovanja kažejo na širjenje. pospešeno kar nakazuje na veliko zamrznitev in ne na veliko drobljenje.
Kljub temu pa nove interpretacije temna snov in predvsem predlogi, v katerih je temna energija dinamičen in bi lahko razredčile ali spremenile predznak, so v ospredje postavile možnost obstoja vesolja nihajoče ali enega reverzija prihodnosti. Od tod tudi zanimanje za modele, ki začetek krčenja postavljajo čez nekaj milijard let.
Metafora, ki presega fiziko
Poleg znanosti se Big Crunch uporablja tudi kot metafora zaprtja in ponovnega rojstva. Ni neobičajno najti podjetja ali projekte, ki jih navdihuje ta ideja, govorijo o ustaviti se, skrčiti in se ponovno roditi z novo identiteto, kot se dogaja v zgodbah o korporativnih »filozofijah«, ki so predstavljene kot »veliki propad« sam po sebi, da bi sprožile novo vesolje priložnosti. To je kulturni namig, ki prikazuje, v kolikšni meri usoda kozmosa prežema našo domišljijo.
Kaj bi videli v vesolju, ki se upočasni in se sesede?
Če bi bil Big Crunch naš končni cilj, bi najprej opazili, da pospešek širjenje se upočasni: temna energija izgublja paro, gravitacija Ponovno prevzame nadzor in kozmološki rdeči premiki postanejo manj intenzivni. Po točki največje velikosti se širjenje obrne in modri premiki bi pridobil na veljavi.
Sčasoma so se kopice in superkopice bi se pregrupiralGalaksije bi se trčile v kaskadah, povprečne temperature bi se zvišale in vesolje bi postalo gostejše in bolj vročeV zadnji fazi bi morala priti v poštev kvantna fizika gravitacije, ki bi natančno opisala, kaj se dogaja v bližini domnevnega singularnost.
V tem scenariju so nekateri avtorji domnevali, da bi po zlomu lahko prišlo do novega velikega poka. vklopite Še ena širitev. Drugi postavljajo končno točko v singularnost, ki ne povzroči ničesar več. Razlika med obema slikama je odvisna od fizika onkraj trenutnih modelov, zato ostaja odprto področje za raziskave.
Trenutno so najboljši ukrepi za "tehtanje" vesolja v prid nedoločena širitev in izid s strani toplotna smrtToda zanimanje skupnosti za parametre, kot so ΩNarava temne energije in možni vakuumski prehodi so ogromni, saj je od njih odvisen veliki finale. večni zamrzovalnikraztrganina, zlom ali odboj.
