Когато говорим за края на космоса, една идея се появява отново и отново: Голямо схващане или голям колапсСпоред това предположение, разширяващата се Вселена евентуално ще се забави, ще обърне посоката си и ще се свие, докато достигне екстремно състояние. Това не е просто някаква фантазия, а космологична възможност което е изучавано в продължение на десетилетия, подкрепено от същите инструменти, които използваме, за да опишем Голям взрив.
През последните години тази хипотеза претърпя леко възраждане: някои изследвания предполагат, че разширяването може да не е вечно и че при определени условия относно тъмна енергиякосмическият ритъм би се обърнал. Има дори модели, които се осмеляват специфични времеви прозорци за началото на свиването, което възобнови дебата и накара мнозина да се запитат дали краят на Вселената ще дойде от колапс, а не от безкрайно охлаждане.
Какво е Големият криза: От Големия взрив до Големия колапс
Големият хрущ, наричан още Голяма имплозия или голям колапсТова предлага съдба, обратна на Големия взрив: ако Вселената е възникнала от плътно, горещо състояние и е започнала да се разширява, може да дойде време, когато разширяването спирагравитацията надделява и цялото съдържание на космоса започва отново да се приближава едно към друго, свивайки се до екстремно състояние, може би сингулярност на пространство-времето.
Тази визия е симетричният еквивалент на предложението за Голям взривВселената се разширява, забавя, обръща знака си и се свива. В този сценарий отдалечените обекти биха претърпели забележимо синьо изместване с приближаването им; в някои по-стари научнопопулярни източници този ефект се споменава с нестандартни имена като „ефектът на Тудон“, но това, което е от значение, е изместването към по-енергийни честоти, както свиването Размърдай се.
Теоретична основа: обща теория на относителността, Фридман, Льометр и компания
Възможността за предсказване на космическата съдба възниква с Общата теория на относителността на Айнщайн (1915 г.)Неговите уравнения, приложени към вселената като цяло, позволяват множество решения. През 1920-те години на миналия век, Александър Фридман y Жорж Льометр Те показаха разширяващи се решения и скоро след това Едвин Хъбъл Той наблюдава (от цефеидни променливи в далечни галактики), че вселената всъщност тя се разширяваразширяване на визията на наблюдаема вселена.
Айнщайн въведе космологична константа с идеята за поддържане на статична вселена; след откритието на Хъбъл, той съжалява за тази корекция. Десетилетия по-късно, с далечни свръхнови от 1998 г.Наблюденията бяха интерпретирани като разширение, което не само продължава, но и ускорява, която въведе отново космологичната константа (или нещо еквивалентно) като тъмна енергия: съставка с отрицателно налягане, която доминира в енергийния бюджет.
Практичен начин за организиране на потенциални дестинации е параметърът Ω (Омега), която сравнява средната плътност на Вселената с критичната плътност: ако Ω е по-голямо, по-малко или равно на 1, Вселената се оказва затворен, отворен o Плано съответно с различни общи геометрични последици (триъгълници, които се сумират до повече от 180 градуса в затворения, по-малко от 180 в отворения, точно 180 в равнината; паралели, които се срещат, които се разминават или които остават равноотдалечен).
- Затворена вселена (Ω>1)С малко или никаква тъмна енергия, гравитацията може да забави разширяването и да причини свиване Накратко, отваряне на вратата към Голямото схващане. Ако обаче тъмната енергия доминира, може да се случи продължаващо разширяване въпреки затворената геометрия.
- Отворена вселена (Ω<1)Дори без тъмна енергия, тя се разширява вечно; с тъмна енергия разширяването не само продължава, но ускорява, накланяйки везните към финали като Голямото замръзване или Голямото разкъсване.
- Плоска вселена (Ω=1)Без тъмна енергия разширяването би било вечно, но забавено, асимптотично приближаващо се до нула; с тъмна енергия Вселената се ускорява и се насочва към своя край чрез охлаждане или разпадане.
Настоящият консенсус сред много космолози е, че крайната съдба зависи от глобалната форма на пространството и, най-вече, поведението на тъмна енергияВъпреки че има модели на малцинство (например предложения от 2005 г. за фермионно-бозонна съдба с Бозе-Айнщайнови кондензати (в голям мащаб), които изследват алтернативни сценарии, ключът остава към точното измерване плътности, скорости на разширяване и тяхната еволюция.
Кога може да възникне свиване? Предложени дати и сценарии
В последните публикации се появиха две поразителни насоки на мислене. От една страна, имаше ехо от Изследователи от Принстън публикуване в PNAS който говореше за признаци, съответстващи на възможно ускорено бъдещо свиванеТова би направило Голямото схващане по-близо от очакваното. Тези резултати бяха интерпретирани като обрат в сюжета относно постоянната тъмна енергия.
От друга страна, международно проучване, ръководено от Университет Корнел с него Международен физически център на Доностия и Шанхайски университет Jiao Tong, разпространен в arXiv, изследва модел, в който тъмната енергия не би била фиксирана, а динамиченСъгласно тази хипотеза, разширяването ще се забави и ще се обърне след около 7.000 милиарда години, а пълният колапс ще настъпи приблизително 13.000 милиарда години по-късно, завършвайки цикъла на Големия взрив-Голям срив от около 33.000 милиарда.
Други публикувани оценки предполагат свиване в рамките на период от около 20.000 милиони годиниВ човешки мащаб звучи като научна фантастика, но в човешки мащаб... космически Сравнително „рано“ е, ако си спомним, че Вселената е на около 13.800 милиарда години. Във всеки случай, става въпрос за модели които се конкурират с все още доминиращия сценарий за вечно разширяване и които зависят от това как се развива тъмната енергия.
Противоречи ли Голямото схващане на втория закон на термодинамиката?
Често задаван въпрос е дали колапсът към сингулярност „нарушава“ втория закон, тъй като ентропията на изолирана система не би трябвало намалениеКраткият отговор е, че Голямата криза не означава непременно по-ниска ентропия: гравитация отваря нови степени на свобода (формиране на структури, колапс, черни дупки) и всъщност черни дупки Това са обекти с огромна ентропия. Общата ентропия може да продължи да расте дори по време на фаза на свиване.
В наблюдаеми термини, глобалното свиване би означавало, че радиацията от далечни галактики би била измества синьото, увеличавайки видимата си енергия, докато средната плътност на Вселената се увеличава. Тоест, не е така, че Космосът „подрежда“ съдържанието си чрез намаляване на ентропията; по-скоро процесът на гравитационно свиване Това генерира състояния с по-голям гравитационен безпорядък, в съответствие с втория закон. Тази точка е силно техническа, но опровергава идеята, че Голямото схващане е „абсурдно“ по термодинамични причини.
Отскокът: от Големия хрупкав скок до Големия отскок
Някои теоретични рамки, като например Квантова гравитация на циклите Водени от Абхай Аштекар, те предполагат възможността за Голям отскокКогато плътността достигне екстремни стойности, квантовите ефекти на геометрията биха предотвратили сингулярността и биха предизвикали отскок, инициирайки нов... експанзияВ този сценарий Вселената се редува между фази на разширяване и свиване в потенциално безкрайна последователност.
Класическата версия на осцилираща вселена Това обаче противоречи на втория закон: с всяко трептене ентропията се увеличава, което затруднява връщането към състояние, „равно“ на предишното. Някои съвременни идеи, като например циклични модели на браниТе са се опитали да заобиколят този проблем, като са позволили на разширяването да разреди натрупаната ентропия преди нов цикъл. Това са предполагаеми предложения, но все пак спекулативен.
Съществуват и по-екзотични подходи, като например многостепенен космологичен моделкоето си представя безкрайни нива на вселени със собствено начало и край, докато цялостното цяло би имало безкрайно съществуване. Към днешна дата те са теоретични сценарии без пряка наблюдателна подкрепа.
Други завършеци на масата: Голямо замръзване, Голямо разкъсване, фалшива прахосмукачка…
Ако тъмната енергия се запази и геометрията е плоска или отворена, най-популярната дестинация е Big Freeze или топлинна смърт: разширяването продължава вечно, звездите умират във времеви интервали от около една милиарди години, галактиките в крайна сметка биват доминирани от черни дупки че с невъобразимо дълги времена, те се изпаряват поради радиацията на Хокинг.
В някои теории за великото обединение, протони Те биха се разпаднали, трансформирайки междузвездния газ в двойки електрони и позитрони, които в крайна сметка биха се анихилирали взаимно. фотони и лептониВселената ще се превърне във все по-студена и разредена радиационна супа, като енергията прогресивно ще се измества към червения край поради разширяването.
При достигане на екстремно ускорение се получава следното: Голям рипТъмната енергия би преодолела не само гравитацията, но и силите електромагнити вече слаби ядрени връзки, разкъсващи галактики, звезди, планети и в крайна сметка самата материя.
Друг спекулативен резултат е вакуумна метастабилностАко нашият квантов вакуум беше фалшив (не най-ниското енергийно състояние), би могъл да се образува „по-истински“ вакуумен балон, който би напреднал пренаписване физическите константи и самата структура на материята. Това би бил тих, но опустошителен край за закони на физиката както ги познаваме.
В абсурдно дълги хоризонти, някои автори, като например Шон Карол и Дженифър Чен, са обсъдили малката възможност, че квантови флуктуации произвеждат нови Големи взривове в термално море, с времена на охлаждане от порядъка на 10101056 години. Теоремата за също влиза в действие Поанкаре и термични флуктуации, за да си представим „повтаряния“ на космологичен ред.
Как се решава: чрез претегляне на вселената
Изборът между тези окончания се разглежда чрез измерване на относителния принос на материярадиация, тъмна материя и тъмна енергия при критична плътност, и проверка на сценариите спрямо данни от Свръхнови тип Iaгалактическите купове и анизотропии на космическия микровълнов фон. Най-общо казано, много данни днес са съвместими с вселена Плано и доминирана от тъмна енергия, която накланя везните към Голямото замръзване, без да се изключват нюанси относно динамичен на тази тъмна енергия.
Мястото на религията, културата и научната фантастика
На практика всички основни религии имат разкази за края на светаБогословското изследване на тези видения е известно като есхатологияЧесто тези разкази са били преосмисляни в светлината на научния напредък, като се избягват буквалните тълкувания на изрази като „звездите ще паднат от небето“, които отразяват древни разбирания за небесата.
Популярната култура е превърнала края на вселената в плодородна почва. В литературата историята за Айзък Азимов, „Последният въпрос“ (топлинна смърт и компютърно прераждане), романът Тау Нула от Пол Андерсън (циклична вселена с Голямото схващане, последвано от нов Голям взрив), разказвателната поема Дълго време умиране от Джефри А. Ландис, или The Big Chill от Алън Мур, където супергерой е свидетел на космическо охлаждане. Има и подобни набези Светът в края на времето от Фредерик Пол.
Хуморът и сатирата са свършили своята част: ресторантът Милиуейс, Ресторантът на края на Вселената Творчеството на Дъглас Адамс ни позволява да съзерцаваме края като зрелище; Уди Алън включени в Ани Хол шегата за детето, притеснено от разширяването на Вселената.
В телевизията и киното има всичко: Red Dwarf Спекулира се с време, което „върви назад“ в космос, насочващ се към Големия срив; Lexx Представете си свиване, причинено от легион от механични ръце; Стар Трек: Дълбокият космос 9 Той разглежда темата в „Кризалис“; План 9 от космоса използва заплахата за унищожаване на вселената; Doctor Who Той разполага със сфера тип „вакуумен кораб“, способна да оцелее през цикъл. цикличен.
Аниме също се появява: Eureka 7 Постулира граница на „биологична плътност“, която задейства сингулярност; Futurama пътуване до бъдеще на Голямото Разкъсване, последвано от нов, почти идентичен Голям взрив; Удивителният свят на Гъмбол Играе си с празнотата между вселените.
Във видеоигрите и комиксите се появяват препратки като изкуствен интелект. Дюрандал в сагата Маратонобсебен от идеята да избяга от края; Мултивселената на Марвел с кристала М'Краан като негова ос; Магия: Събирането Той организира разказа си в равнини в рамките на мултивселена; Костенурки нинджа тийнейджъри y farscape Те изследват пресечните точки между измеренията; Бизарското приключение на JoJo (Каменен океан) въвежда сила, която ускорява времето, за да създаде нова вселенаи фен комиксът Мултивселената на Dragon Ball организира турнири между паралелни вселени.
Дори скорошното разпространение на аудиовизуални материали възобнови интереса. На 20 март 2019 г. създателят мелодийшийп Той публикува „TIMELAPS OF THE FUTURE: A Journey to the End of Time“ – 29-минутно видео, което изследва възможните... космическите фючърсинатрупвайки десетки милиони гледания и огромен брой „харесвания“.
Отхвърлени класически модели и подновени възможности
През 20-ти век някои модели са разглеждали вселена затворен и краен което след разширяване би се свило до катастрофална имплозия (Голямата имплозия). Днес повечето от тези модели са изоставени, защото наблюденията сочат към разширяване. ускорено което предполага по-скоро Голямо замръзване, отколкото Голямо хрускане.
Въпреки това, нови интерпретации на тъмна материя и, преди всичко, предложения, в които тъмната енергия е динамичен и биха могли да разредят или да променят знака си, са извели на преден план възможността за вселена трептящ или един реверсия бъдеще. Оттук и интересът към модели, които поставят началото на свиването няколко милиарда години след сега.
Метафора, която надхвърля физиката
Отвъд науката, Големият хрущ се използва като метафора на затваряне и прераждане. Не е необичайно да се намерят компании или проекти, които, вдъхновени от тази идея, говорят за да спреш, да се свиеш и да се преродиш с нова идентичност, както се случва в истории за корпоративни „философии“, които са представени като собствен „Велик колапс“, за да дадат тласък на нова вселена на възможностите. Това е културен намек, който демонстрира до каква степен съдбата на космоса прониква във въображението ни.
Какво бихме видели във вселена, която се забавя и колапсира?
Ако Големият Крънч беше крайната ни дестинация, първоначално щяхме да забележим, че ускорение разширяването се забавя: тъмната енергия губи пара, земно притегляне То си възвръща контрола и космологичните червени отмествания стават по-малко интензивни. След точката на максимален размер, разширяването се обръща и сини промени би придобил известност.
С течение на времето, клъстери и свръхклъстери биха се прегрупиралиГалактиките биха се сблъсквали каскадно, средните температури биха се повишили и Вселената би станала по-плътен и по-горещВ последния етап, квантовата физика на гравитацията би трябвало да влезе в действие, за да опише точно какво се случва близо до предполагаемото сингулярност.
В този сценарий някои автори предполагат, че след колапса може да настъпи нов Голям взрив. включете Друго разширение. Други поставят крайната точка в сингулярност, която не води до нищо повече. Разликата между двете изображения зависи от физика отвъд на настоящите модели, така че остава отворено поле за изследвания.
В момента най-добрите мерки за „претегляне“ на Вселената са в полза на неопределено разширяване и резултат от топлинна смъртНо интересът на общността към параметри като ΩПриродата на тъмната енергия и възможните вакуумни преходи са огромни, защото големият финал зависи от тях. вечен фризерразкъсване, срив или отскок.
