Postoji nekoliko pitanja koja nas drže budnima noću i odnose se na konačnu sudbinu cijelog kozmosa. Zvijezde svijetle, zamjenjuju ih nove, one također izgaraju i sve se ponavlja sve dok Svemiru ne ponesta goriva. Galaksije će se spojiti i izbaciti materiju, a prostor između skupina i nakupina galaksija će se zauvijek proširiti. Tamna energija uzrokuje da to širenje ne samo bude neumoljivo, već i ubrzava. No, hoće li to biti kraj? Može li ovaj "veliki jaz" (kada se sve završi na beskonačno udaljenoj udaljenosti jedan od drugog) dovesti do novog "velikog praska"? Kad se Svemir širi dovoljno brzo da rastrgne atome i odvoji kvarkove od njih … Hoće li nastati kvark-gluonska juha?
U pitanju je sudbina svemira, što god netko rekao.
Što se na kraju čeka za svemir?
Ako pogledate daleku, nasumičnu galaksiju u svemiru, velike su šanse da ćete vidjeti da je njegov sjaj crveniji od zvijezda koje svijetle u našoj galaksiji. Još u 1920-ima znanstvenici su otkrili da ovaj obrazac postoji kao cjelina: što je galaksija udaljenija od vas, to je svjetlost crvena. U kontekstu opće relativnosti brzo je postalo jasno da je to zbog širenja same tkanine prostora tijekom vremena.
Sljedeći je korak bio odrediti koliko se brzo svemir širi i kako se ta brzina vremenom mijenjala. Razlog zbog kojeg je to bilo važno s teorijskog stajališta je taj što je povijest širenja svemira određivala ono što je u njemu. Ako želite znati od čega se sastoji vaš svemir, pomoći će vam mjerenje kako se svemir proširio tijekom kozmičkog vremena.
Ako je vaš svemir ispunjen materijom, očekivali biste da se brzina širenja smanji srazmjerno tome koliko je tvari razrijeđeno. Ako se ispuni zračenjem, brzina ekspanzije će se još više smanjiti, jer se samo zračenje crveni pomak i gubi dodatnu energiju. Svemir s prostornom zakrivljenošću, kozmičkim strunama ili energijom svojstvenom samom prostoru, i dalje će se razvijati na drugačiji način, ovisno o omjerima svih energetskih komponenti.
Promotivni video:
Na temelju punog mjerenja koje smo uspjeli napraviti, uključujući promjenjive zvijezde, galaksije različitih vrsta i svojstava i supernove iz tipa Ia, kao i kozmičku mikrovalnu pozadinu i grupiranje i korelaciju galaksija, uspjeli smo precizno odrediti od čega se svemir sastoji. Ono se posebno sastoji od:
- 68% od tamne energije;
- 27% tamne materije;
- 4,9% od obične materije;
- 0,09% neutrina;
- 0,01% zračenja.
Plus ili minus prilagodba od nekoliko desetina posto u svakom slučaju.
Naš Svemir, kojim dominira tamna energija, posebno je zanimljiv jer ta komponenta nije postojala u Svemiru, a kamoli njegova prevladavanje. Pa ipak, ovdje smo, 13,8 milijardi godina nakon Velikog praska, živjeli u svemiru u kojem tamna energija pokreće širenje svemira.
Toliko je pitanja oko tamne energije. Kakva je njegova priroda? Odakle dolazi? Je li stalno ili se mijenja s vremenom? Nema definitivnih odgovora, ali sve ukazuje da je tamna energija kosmološka konstanta. Drugim riječima, ponaša se poput novog oblika energije svojstvenog samom prostoru. Kako se svemir širi, on stvara novi prostor koji sadrži istu ujednačenu količinu tamne energije.
U svakom slučaju, ovo je naš najbolji pogled do sada. S teorijskog stajališta, nekoliko je poznatih načina stvaranja kozmološke konstante i zato će ovo objašnjenje - sve dok se podaci slažu s njim - ostati preferirano. Ali nema razloga zašto tamna energija ne bi mogla biti složenija.
To može biti nešto što s vremenom erodira, postajući sve manje i manje gusto, iako malo. To bi moglo biti nešto što mijenja znak u dalekoj budućnosti i dovodi do ponovnog stvaranja Svemira u velikom stisku. To bi moglo biti i nešto što s vremenom postaje sve jače, s vremenom se ubrzava i širi svemir. Upravo ta varijacija dovodi do scenarija Big Rip.
Kada govorimo o bilo kojoj komponenti energije u Svemiru, govorimo o njegovoj jednadžbi stanja, koja opisuje kako se razvija s vremenom u Svemiru. Astrofizičari za to koriste parametar w, gdje w = 0 odgovara materiji, w = 1/3 odgovara zračenju, w = -1 odgovara kozmološkoj konstanti.
Čini se da tamna energija ima w = -1, ali to nije točno. Na primjer, novo djelo iz suradnje Subaru Hyper Suprime-Cam dodalo je nova ograničenja jednadžbi tamne energije. Iako se tamna energija podudara s w = -1 prilično uvjerljivo, postoje i nagađanja da bi ona mogla biti još negativnija. Ako doista jest - ako se pokaže da je w <-1, a nije jednak -1 - tada je Veliki Rip neizbježan.
Ako je Veliki Rip neizbježan, ne samo širi Svemir, već i udaljeni predmeti ubrzavat će se od nas sve brže i brže s vremenom (zbog tamne energije). Ali predmeti koje drži neka temeljna sila s vremenom će biti rastrgani sve većom silom tamne energije.
Mnogo milijardi godina u budućnosti naša će lokalna skupina vidjeti kako će se zvijezde na periferiji bacati u svemir, jer će se gravitacijski odvezati iz naše buduće daleke galaksije: Milkomed. Kako vrijeme prolazi, sve će više zvijezda biti izbačeno prema van dok se strukture koje poznajemo kao galaksije uruše i ne postanu zbirka milijardi nepovezanih zvijezda i zvjezdanih leševa.
S vremenom će se planeti izbaciti iz njihovih sunčevih sustava jer će se tamna energija pojačati, a onda će se i sami planeti rastrgati. U posljednjim trenucima predmeti koje drže atomska i molekularna sila razdirat će se, elektroni će im biti oduzeti od atoma, atomska jezgra će se raspasti, a čak će i sami kvarkovi biti razdvojeni. A onda će provaliti.
Čekamo li novi Veliki prasak?
Ako je Big Rip ispravan model razvoja Svemira, sve se u Svemiru svodi na najosnovnije komponente, što na neki način snažno odgovara prvim fazama Velikog praska.
Međutim, ova će se kvark-gluonska plazma razlikovati od one koja je bila tijekom Velikog praska. Prvo, Veliki prasak je vruć i gust, a Veliki Rip bit će izuzetno hladan i difuzan. Drugo, Veliki prasak karakterizira činjenica da se sva materija i energija u Svemiru sažima u maleni volumen prostora, ali u Velikom Rippu oni će se rasipati tijekom trilijuna svjetlosnih godina. Pored toga, Veliki prasak predstavlja stanje relativno niske entropije, ali u Velikom prasku će entropija biti 10 (do snage 35) puta veća nego u Velikom prasku.
Ali ima nade.
Možda tamna energija koja će dovesti do Velikog otvora može ponovno pokrenuti svemir. Ako se jačina tamne energije poveća, ta tamna energija svojstvena je samoj površini prostora, što znači da može biti potpuno analogna ranom razdoblju u povijesti našeg Svemira, kada se svemir širi ogromnom brzinom: kozmička inflacija. Inflacija eliminira svu postojeću tvar i energiju u svemiru, ostavljajući iza sebe samo tkivo prostora. Nakon razdoblja inflacije, energija se nekako pretvara u čestice, antičestice i zračenje, što dovodi do Velikog praska. Taj je scenarij već razmatran i poznat je kao pomlađeni svemir.
Ako je Veliki Rip pravi scenarij kraja Svemira, on će jednostavno rastrgati svu materiju i Svemir će biti vrlo prazan, ali s ogromnom količinom energije svojstvene samom prostoru. Ako je energija vrlo velika, moguće je da će se i sama tkanina prostora rasprsnuti - ali to je potpuno drugačiji scenarij.
Ilya Khel