Теория большого разрыва


Один из величайших сюрпризов в физике случился в конце XX века, а именно в 1998 году. Посмотрев на одно из самых удаленных явлений на одиночной звезде (это была сверхновая звезда типа 1А), мы сумели определить, что Вселенная не просто расширяется, а расширяется с ускорением. Ее наверняка заполняет не только материя, радиация и кривизна пространства.

Нужна была новая форма энергии, которая заставляет далекие галактики ускоренно удаляться от нас. Эта таинственная темная энергия должна была быть космологической константой, но в ней могло оказаться нечто более интересное. Один любопытный вариант мог изменить судьбу всей Вселенной, приведя к Большому Разрыву. Кен Блэкмен (Ken Blackman) задает вопрос:

«Считается ли Большой Разрыв, при котором расширение превосходит все прочие силы, по-прежнему возможным будущим для нашей Вселенной? Каковы аргументы «за» и «против»? И если так, то как все будет происходить, и что будет происходить?»


Давайте выясним.

Глядя на отдаленные части Вселенной, мы обнаруживаем, что в ней полно испускающих и поглощающих свет источников. Есть звезды, галактики, квазары, скопления галактик, а также огромная космическая паутина звездным систем. Есть также пыль, нейтральный газ, ионизированная плазма, темная материя и гигантские космические пустоты между структурами. Есть большое разнообразие типов излучения; есть нейтрино, и есть черные дыры.

Но если все объединить, это составит лишь одну треть всей энергии во Вселенной. «Вещество», которое перемещается под действием силы тяжести известным нам способом, составляет меньшую часть того, что имеется во Вселенной.

Мы знаем об этом из того, как расширялась Вселенная в ходе своей истории. Около шести миллиардов лет назад далекие галактики начали с ускорением удаляться от нас. Вселенная ускорялась. Основываясь на наблюдениях за тем, как они двигаются сейчас, а также на наблюдениях за космическим сверхвысокочастотным фоном, крупномасштабной структурой и прочих показателях, мы определили, что Вселенная на 68% состоит из темной энергии.

Плотность этой энергии, по всей видимости, не уменьшается по мере расширения Вселенной, в отличие от материи и радиации. В то время как материя становится менее плотной с увеличением объема Вселенной, а излучение смещается в сторону более длинных и энергетически менее насыщенных длин волн, темная энергия является энергией, изначально присущей самому пространству. Когда возникает новое пространство, плотность энергии остается без изменений.


Теоретически это позволяет нам предсказать судьбу Вселенной. Если бы темная энергия действительно являлась энергией постоянного типа, которая не меняется с расширением Вселенной, то Вселенная просто расширялась бы бесконечно. Темпы расширения Хаббла имели бы постоянное и конечное значение, составляющее примерно 55 км/сек на мегапарсек. По мере удаления далеких галактик, от 10 до 100 мегапарсеков, а затем до 1 гигапарсека, скорость удаления увеличилась бы до 550 км/сек, затем до 5 500 км/сек, а потом до 55 000 км/сек.

В отличие от сценария, в котором отсутствует темная энергия, Вселенная расширяется с ускорением. Как показывают наши наблюдения, она и в далеком будущем продолжит произвольное ускоренное расширение с постоянными темпами. Судьба Вселенной будет незавидна: холодная, пустая и одинокая. А в зоне взаимной досягаемости останутся лишь тела, которые и сегодня связаны друг с другом.


Но конечно, это, если исходить из того, что темная энергия действительно является космологической константой. То есть, у нее не увеличивается и не уменьшается сила, плотность, не меняются признаки, и сама она не меняется в пространстве. У нас есть немало доказательств того, что так оно и есть. В основном это данные наблюдений за крупнейшими скоплениями галактик.

Но даже имея данные самых лучших наблюдений, мы не можем с уверенностью утверждать, что темная энергия — космологическая константа. Со временем она может довольно существенно меняться, уменьшаясь или увеличиваясь не более чем на определенную величину. У нас есть параметр «w», который равен отношению давления среды к плотности ее энергии, и с его помощью мы можем количественно определить, какой объем темной энергии может меняться. Если w = —1, то мы имеем космологическую константу. Но по данным наблюдений, w = —1.00 ± 0.08 или около того. У нас есть все основания полагать, что его значение составляет ровно —1.

Если темная энергия не является постоянной, то существуют две главные возможности того, как она может меняться. Если w со временем приобретает более положительное значение, тогда темная энергия теряет силу и может даже изменить свой знак на противоположный. Если так, значит, Вселенная прекратит ускорение, и скорость ее расширения упадет до нуля. Если же знак поменяется на противоположный, Вселенная может даже снова «схлопнуться», будучи обреченной на Большое Сжатие.


У нас нет серьезных доказательств того, что будет именно так, но телескопы нового поколения, такие как LSST (Большой обзорный телескоп), WFIRST (Широкодиапазонный инфракрасный телескоп) и «Евклид» (EUCLID), будут иметь возможность измерять параметр w с точностью до 1-2%. Это намного точнее по сравнению с тем, что мы имеем сегодня. Такие обсерватории должны появиться в 2020-х годах, а «Евклид» планируется запустить в первую очередь — в 2021 году.

Конечно, нельзя исключать, что со временем значение w станет отрицательным, упадет ниже —1 и останется там. Если это случится, Вселенную ждет нечто поразительное: Большой Разрыв.

Если темная энергия поистине постоянна, то в этом случае наша Солнечная система, наша галактика и даже наша местная группа галактик в составе Млечного Пути, Андромеды, галактики Треугольника, Магеллановых Облаков и нескольких десятков карликовых галактик малого размера будет связана силой притяжения многие триллионы и триллионы лет.

Но если темная энергия набирает силу (что имеет место, если w < —1), то темпы ускорения не только будут удалять от нас далекие галактики. Со временем эти крупномасштабные структуры потеряют с нами гравитационную связь.


Темная энергия со временем будет становиться все сильнее, и это будет иметь самые негативные последствия для всего того, что сегодня составляет нашу Вселенную.

Когда энергетическая плотность темной энергии увеличится примерно в 10 раз по сравнению со своим сегодняшним значением, этого будет достаточно для того, чтобы помешать Млечному Пути слиться с Андромедой. Вместо этого, по сценарию Большого Разрыва, соседствующая с нами галактика будет удаляться от нас, как и все прочие далекие галактики во Вселенной. От нас удалится галактика Треугольника, а также большинство карликовых галактик. Но это еще не конец, ибо темная энергия будет и дальше набирать силу.

Когда энергетическая плотность темной энергии увеличится примерно в 100 раз по сравнению со своим сегодняшним значением, звезды на окраине Млечного Пути начнут улетать из нашей галактики. Метрическое расширение пространства преодолеет даже силу притяжения всей ближайшей материи, как обычной, так и темной.

А если сила темной энергии увеличится в 200 или 300 раз по сравнению с сегодняшним значением, то и наше Солнце присоединится к звездам с окраины и оторвется от нашей галактики. И полетит наша Солнечная система в печальном одиночестве через межгалактическое пространство.


Но и это еще не все. По сценарию Большого Разрыва, мы потеряем еще кое-что. Энергетическая плотность темной энергии будет и дальше возрастать, и со временем она начнет угрожать не только нашей Солнечной системе, но и всем системам во Вселенной. Когда темная энергия обретет достаточную силу, сами планеты начнут отлетать от Солнца.

Первым улетит облако Оорта, за ним последует пояс Койпера, а потом Нептун, Уран, Сатурн и Юпитер. Вслед за ними уйдут астероиды, а потом оторвется Марс. Землю сорвет с орбиты, когда плотность темной энергии в 100 миллиардов раз превысит свое нынешнее значение.

И вот тогда страшная катастрофа постигнет на Земле все то, что останется. Люди освободятся от силы тяжести Земли, клетки, молекулы, атомы и ядра разорвутся на части, а плотность темной энергии будет все нарастать до бесконечности. Можно предположить, что даже основополагающая ткань пространства-времени в самом конце разорвется.

К счастью, сегодня темная энергия держится в рамках, поскольку w = —1.00 ± 0.08, и время у нас есть. Если Вселенной все же суждено закончить свое существование Большим Разрывом, то такая судьба ждет нас не раньше, чем через 80 миллиардов лет. Это почти в шесть раз больше сегодняшнего возраста Вселенной. Отрыв галактик друг от друга, который станет первым заметным шагом на пути к Большому Разрыву, даже в самом пессимистическом сценарии произойдет через много десятков миллиардов лет.


Насколько нам известно, сейчас нет никаких надежных данных в подтверждение увеличения силы темной энергии и в опровержение того, что она постоянна. Но чтобы узнать это наверняка, нам нужны очень чувствительные приборы. Но одно мы уже знаем наверняка. На что бы ни указывали научные данные, в 2020-х годах мы сможем измерить силу темной энергии намного точнее, чем раньше. И еще. Землю, Солнце, галактику и местную группу галактик такая печальная судьба не постигнет еще много миллиардов лет. Большой Разрыв исключать нельзя, но до него еще очень и очень далеко.

Источник: inosmi.ru

Здравствуйте всем, кто увлекается астрономией и хотя бы немного в этом что-нибудь смыслит. Я, вот, решил заняться изучением (поверхностным, по крайней мере) квантовой теории гравитации. Она изучает и вещество до Большого взрыва. Сейчас принято считать, что Вселенная до Большого взрыва была малых размеров, но сверхплотной; там было семь измерений пространства. Хотя это еще никому неизвестно. Но есть такая теория Большого разрыва. И сейчас я приведу материал из Википедии.

 

 

Большой разрыв (англ. Big Rip) — космологическая гипотеза о судьбе Вселенной, предсказывающая развал (разрыв) всей материи за конечное время.


Справедливость этой гипотезы сильно зависит от природы тёмной энергии, а именно, от параметра w, равного отношению давления темной энергии к её плотности (см. уравнение состояния). Если w < −1, то Вселенная будет ускоренно расширяться, и величина масштабного фактора станет равной бесконечности за конечное время.

Если гипотеза «Большого разрыва» верна, то, по мере увеличения скорости расширения, расстояние до горизонта событий, — т. е. той части Вселенной, которая удаляется от наблюдателя со скоростью света — будет уменьшаться. Все, что находится за горизонтом, недоступно наблюдению, потому что скорость света является пределом для любых взаимодействий. Объект, расположенный в центре наблюдаемой вселенной, не взаимодействует ни с чем, находящимся за горизонтом. Если размер горизонта событий становится меньше размеров какого-либо объекта, то между частями этого объекта невозможны никакие взаимодействия — ни гравитационное, ни электромагнитное, ни сильное или слабое.

При w = −3/2, по расчётам, конец Вселенной (Большой разрыв) наступит приблизительно через 22 миллиарда лет от сегодняшнего дня.[источник не указан 135 дней]

  • За миллиард лет до Большого разрыва распадутся скопления галактик.
  • Примерно за 60 млн лет до Большого разрыва гравитация станет слишком слабой, чтобы удерживать галактики. Распадётся и наша галактика.
  • За 3 месяца до Большого разрыва Солнечная система станет гравитационно несвязанной.
  • За 30 минут до Большого разрыва разрушится Земля.
  • За 10−9с до конца — разрушатся атомы.

На сегодняшний день неизвестно, обладает ли тёмная энергия такими свойствами, при которых может реализоваться этот сценарий.

——————————

Так что вот. Если и будет когда-то конец света, то вот один из РЕАЛЬНЫХ сценариев, а не Ванги, экстрасенсы там всякие. Но я думаю, что человечество не проживет 22 млрд лет! :sarcastic: Люди тут перебьют друг друга! :)

А что об этом думаете Вы?

Источник: www.avsim.su

Одной из самых популярных гипотез о конечной судьбе Вселенной является теория Большого Хруста или Большого Сжатия.

В соответствии с этой теорией, космос постепенно прекратит свое расширение и начнет сжиматься до тех пор, пока все объекты (галактики, звезды, планеты и т.д.) не вернутся к той исходной точке, в которой они зародились, в результате чего и произойдет Большой Хруст.

Но существует и другая теория, являющаяся сегодня одной из самых признанных, под названием Big Rip (Большой Разрыв), в соответствии с которой темная энергия, эта таинственная сила, противостоящая силе тяжести и ответственная за все более ускоренное расширение Вселенной, играет ключевую роль.


Несмотря на то, что сценарий Большого Разрыва не менее трагичен, чем другие теории о судьбе космоса, он утверждает совсем обратное: Вселенная не сжимается, а, наоборот, расширяется до тех пор, пока не достигнет той точки, где все существующее в ней разрывается, словно платок в руках двоих детей, каждый из которых со всей силой тянет этот платок на себя. Группа ученых из университета науки и технологии Китая, института теоретической физики Китайской академии наук и Пекинского университета недавно рассчитали, сколько времени осталось Вселенной до этого трагического финала.

Мы можем быть спокойны: никто из нас не увидит его через 17000 млн. лет.

На протяжении тысячелетий люди не переставали задаваться двумя основными вопросами: «Откуда мы пришли?» и «Куда мы идем?»

Вопросами, которые побуждали и продолжают побуждать к нескончаемым дискуссиям в области теологии и философии. «Благодаря быстрому развитию современной космологии в течение трех последних десятилетий, ученые располагают сегодня значительно большей информацией для того, чтобы на них ответить», утверждают китайские исследователи.

Они также считают, что загадочная темная энергия, составляющая 74% Вселенной (всего 4% космоса приходится на обычную материю и 22% — на темную материю), будет играть фундаментальную роль в дальнейшей судьбе космического пространства. Если количество темной энергии во Вселенной будет достаточным, и ее плотность (W) будет равняться <-1 в какой-то момент в будущем, все объекты в космосе будут немедленно разрушены. Это и станет Большим Разрывом.

Когда же наступит этот день — остается пока одним из самых интригующих вопросов.

По подсчетам исследователей, время, оставшееся для жизни Вселенной, составляет 16,7 Гига лет (т.е., 16 700 млн. лет).

А что же произойдет со звездами и галактиками?

Считается, что гравитационное отталкивание темной энергии будет постоянно увеличиваться до тех пор, пока не преодолеет все силы, удерживающие объекты между собой, и именно в этот момент все они будут уничтожены. Ни одна звезда или галактика не сможет избежать этой участи.

Опять же, по расчетам ученых, если к тому моменту все космические тела каким-то чудесным образом сохранятся в прежнем виде, и предположив, что Солнце и Земля все еще будут существовать, «сценарий» развития событий может быть определен с большой точностью. Млечный Путь будет разрушен за 32,9 млн. лет до Большого Разрыва. За два месяца до апокалипсиса Земля будет оторвана от солнечной орбиты, и за пять дней до этого Луна вырвется из гравитационного поля Земли. Солнце будет уничтожено за 28 минут до конца света. И, наконец, за 16 минут до того, как все закончится, Земля взорвется.

Тем не менее, основываясь на том, что ученые знают сегодня о темной энергии, у нас впереди еще большое будущее!

Константин Моканов: магистр фармации и профессиональный медицинский переводчик

Источник: medbe.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.