Jeśli wiemy coś dokładnie o naszym wszechświecie, to znaczy, że nie jest on statyczny i zmienia się w czasie. Jaka jest dla niej przyszłość?
Dziś mamy standardowy model kosmologiczny, który dobrze opisuje historię Wszechświata niemal od momentu jego narodzin do naszych czasów. Co więcej, obecnie nie ma poważnych powodów, by sądzić, że model ten nie może służyć jako podstawa do przewidywania późniejszej ewolucji naszego świata. To prawda, że ma konkurentów, którzy oferują zupełnie inne scenariusze przyszłych wydarzeń. Nie mamy jednak jeszcze danych obserwacyjnych, które wskazywałyby na rzeczywistą potrzebę nie tylko rewizji standardowego modelu, ale nawet poważnej korekty.
Pustka lub strzępy
Teraz o przyszłości. Ze standardowego modelu wynika, że w bardzo odległej przyszłości rola grawitacji praktycznie zniknie, a tempo rozszerzania się Wszechświata będzie rosło wykładniczo. Przestrzeń kosmiczna stanie się pusta i coraz szybsza. Jednak prędkość ta zawsze będzie rosła monotonnie, od obecnej epoki do końca czasów. Model standardowy wyklucza scenariusze, w których próżnia traci stabilność, a jej gęstość energii przeskakuje do nieskończoności w skończonym czasie. W tym przypadku tempo ekspansji Wszechświata będzie również dążyło do nieskończoności, co doprowadzi do pęknięcia i zniknięcia wszystkich obiektów materialnych - od galaktyk i gwiazd po atomy i jądra atomowe. Niektórzy konkurenci Modelu Standardowego przewidują ten wynik, ale astronomowie nie mają danych na poparcie tych teorii. Szczerze,Ja sam nie traktuję ich poważnie, są oparte na bardzo nietypowej fizyce. Model Standardowy doskonale zgadza się z obserwacjami i nie ma sensu z niego rezygnować.
Przyspieszająca ekspansja Wszechświata będzie oznaczać jedynie wzrost tempa ekspansji galaktyk. Ponieważ gęstość ciemnej energii nie zmieni się, nie będzie w stanie zniszczyć galaktyk i innych stabilnych grawitacyjnie struktur, których nie zapobiega w obecnej erze. Oczywiście nie oznacza to, że same galaktyki pozostaną w takiej postaci, w jakiej istnieją dzisiaj. Z biegiem czasu wszystkie gwiazdy spalą paliwo fuzyjne i zamienią się w białe karły, gwiazdy neutronowe lub czarne dziury. Dziury będą rosnąć, łącząc się ze sobą i pochłaniając pozostałości gwiazd i gaz międzygwiazdowy. Jednak te i inne destrukcyjne procesy będą miały miejsce bez udziału ciemnej energii.
Wiadomości lokalne
Film promocyjny:
Więc co czeka na naszą Galaktykę, Drogę Mleczną? Zbliża się do sąsiedniej dużej galaktyki spiralnej Andromeda - teraz z prędkością 110 km / s. Za 6 miliardów lat obie galaktyki połączą się i utworzą nową gromadę gwiazd, Milcomedou. Słońce pozostanie wewnątrz Milcomed tylko po to, by przesunąć się na jego peryferia w porównaniu do jego obecnej pozycji w Drodze Mlecznej. Ciekawym zbiegiem okoliczności właśnie wtedy spali paliwo wodorowe i wyruszy na ścieżkę kataklizmicznych przemian, które zakończą się przemianą w białego karła.
Jak dotąd rozmawialiśmy o dość bliskiej przyszłości. Po ustabilizowaniu Milcomed zachowa stabilność grawitacyjną przez gigantyczne okresy, co najmniej tysiąc razy więcej niż obecny wiek Wszechświata. Ale dużo wcześniej będzie sama. Za około 100 miliardów lat lub trochę później wszystkie odległe galaktyki, które możemy dziś obserwować, znikną z jego firmamentu. Do tego czasu prędkość ich rozszerzania się, spowodowana rozszerzaniem się Wszechświata, przekroczy prędkość światła, tak że emitowane przez nie fotony nigdy nie dotrą do Milcomed. Mówiąc językiem kosmologii, galaktyki nieodwracalnie wyjdą poza swój horyzont zdarzeń. Ich pozorna jasność spadnie, a ostatecznie wszystkie blakną i gasną. Zatem obserwatorzy w Milcomed zobaczą tylko jej własne gwiazdy - oczywiście tylko te, które do tego czasu nadal będą emitować światło. Najlżejsze czerwone karły pozostaną aktywne przez najdłuższy czas, ale za maksymalnie 10 bilionów lat też zaczną umierać.
Wszechświat standardowy
Model Standardowy twierdzi, że w naszych czasach Wszechświat zmienia się pod wpływem dwóch głównych czynników: grawitacji zwykłej i ciemnej materii oraz antygrawitacyjnego efektu niezerowej energii próżni, która jest powszechnie nazywana ciemną energią.
We wczesnej młodości Wszechświata energia promieniowania elektromagnetycznego i strumienie neutrin również wniosły znaczący wkład w jego ewolucję. Teraz jego rola jest bardzo mała, ponieważ gęstość energii promienistej jest niezwykle niska, a ponadto stale spada z powodu rozszerzania się przestrzeni kosmicznej. Jednocześnie gęstość ciemnej energii, jaka pojawia się w modelu standardowym, pozostaje stała. Nie zmniejsza się wraz z rozszerzaniem się Wszechświata i jest już trzykrotnie wyższa niż monotonicznie opadająca gęstość zwykłej i ciemnej materii. Dlatego ciemna energia powoduje przyspieszającą ekspansję Wszechświata, której nie może powstrzymać słabnąca grawitacja galaktyk i ośrodek międzygalaktyczny.
Plany strategiczne
Kiedy wiek Wszechświata osiągnie bilion lat, długość fali CMB będzie równa jego rozmiarowi. Wtedy, a tym bardziej później, żadne detektory nie będą w stanie zarejestrować tych ultrazimnych fotonów. Dlatego żaden obserwator, bez względu na to, jak doskonałe są ich instrumenty, nie będzie w stanie wykorzystać promieniowania reliktowego jako źródła informacji astronomicznych.
Teraz szczyt widma tych fotonów znajduje się w zakresie mikrofal i są one łatwo wykrywane przez nasz sprzęt, dostarczając najważniejszych informacji o wczesnej historii Wszechświata. Daleka przyszłość wykracza daleko poza standardowy model kosmologiczny. Możemy rozsądnie założyć, że rosnące czarne dziury pochłoną znaczną część zarówno barionowej, jak i ciemnej materii, ale co stanie się z jej pozostałością, rozproszoną po rozległych przestrzeniach kosmosu?
Fizyka twierdzi, że elektrony nie podlegają żadnej formie rozpadu, ale nie ma takiej pewności co do protonów. Według współczesnych danych okres półtrwania protonu nie może być krótszy niż 1034 lata - to dużo, ale wciąż nie jest to wieczność. Nie znamy też długofalowego losu cząstek ciemnej materii, które nie zostały jeszcze w ogóle odkryte. Najbardziej prawdopodobne przewidywanie bardzo odległej przyszłości sprowadza się do tego, że Wszechświat stanie się skrajnie pusty i chłodny prawie do zera absolutnego.
Jak dokładnie to się stanie, wciąż nie jest znane, tutaj kwestia podstaw fizyki. Jednak przyszłość w skali bilionów lat jest dość przewidywalna w oparciu o model standardowy. Oczywiście, jeśli w próżni zostaną odkryte jakieś nowe właściwości, ten scenariusz będzie musiał zostać zrewidowany, ale jest to już poza spekulacjami.
Avi Loeb, profesor, kierownik Wydziału Astronomii na Uniwersytecie Harvarda, dyrektor Instytutu Teorii i Modelowania Komputerowego, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Rozmawiali: Alexey Levin, Oleg Makarov, Dmitry Mamontov
