Nešto je jezivo slično u podrijetlu našeg svemira, nazvanom kozmička inflacija, i u ubrzanom širenju tamne energije, koja će u konačnici odlučiti o njezinoj sudbini. To pokreće sumnju da su ove pojave međusobno povezane. Ovaj je tjedan Andrew Gillett postavljao svoja pitanja: ako je teorija vječne inflacije istinita, bi li onda tamna energija mogla biti vjesnik povratka u ovo iskonsko stanje?
To nije samo moguće. To čak ne zahtijeva da teorija bude točna. Započnimo svoj razgovor s fazom prije rođenja Svemira u obliku u kojem ga poznajemo - s kozmičkom inflacijom.
Kad se rodio Svemir koji znamo, pun materije i zračenja, imao je nekoliko prilično neobičnih svojstava: prostorno je bio ravan, svugdje je imao istu temperaturu, nije imao previsoke energetske ostatke i imao je vrlo čudne obrasce u obliku područja s višak i smanjena gustoća. Moguće je da je Svemir rođen već s tim uvjetima. Teorija kozmičke inflacije je sljedeća: da je svemir započeo razdobljem eksponencijalne ekspanzije, u kojem je postojala ogromna količina energije svojstvene svemiru, a onda je to razdoblje završilo, tada bi se dogodio vrući Veliki prasak već u prisutnosti svih ovih uvjeta. Trebalo je neko vrijeme da se shvate implikacije, a trebalo je i dužekako bi potvrdio teoriju podacima o fluktuacijama kozmičke mikrovalne pozadine. Ali sada se kozmička inflacija smatra prvim i najvažnijim od svega u povijesti Svemira, što možemo potvrditi dokazima.
Vječna inflacija posljedica je inflacije na temelju svojstava o kojima rijetko razmišljamo. Obično, kada postoji prijelaz u prirodi, recimo, lonac s kipućom vodom, u kojem voda prelazi iz tekućeg u plinovito stanje, tada taj prijelazni proces započinje u različitim točkama. Te se točkice šire i stapaju, stvarajući velike mjehuriće dok dođu na površinu. Kad govorimo o vodi, kažemo da ona ključa. Tijekom procesa ključanja mali se mjehurići podižu i stapaju u veće mjehuriće dok izlaze na površinu. Ali postoji problem s inflacijom. Područja na kojima inflacija ne prestaje u određenom vremenskom trenutku nastavljaju se eksponencijalno širiti, a to ne dopušta onim područjima na kojima je završila da "zakuha". Stoga Svemir koji promatramo mora biti potpuno u jednom mjehuriću,tamo gdje je inflacija završila, a ne u brojnim mjehurićima koji kipe zajedno.
Ali na krajnjem kraju ovog spektra vidimo činjenicu da se širenje našeg svemira očito ubrzava. Najbolje objašnjenje za to, na temelju naših najtočnijih mjerenja, jest da postoji mala komponenta energije svojstvena svemiru, koju nazivamo tamnom energijom. Ova energetska komponenta je sveprisutna i ravnomjerno prisutna u svim točkama u prostoru. I to je izuzetno malo. Ako ga pretvorimo u masu prema Einsteinovoj formuli E = mc2, to će biti jednako samo jednom protonu po kubnom metru Svemira. Ali prostor nije samo ogroman, već se i širi! Kako vrijeme prolazi, ta tamna energija postaje sve važnija. S vremenom, nakon otprilike osam milijardi godina, ubrzava širenje svemira, a zatim postaje dominantna komponenta energije u svemiru.
Ova dva razdoblja inflacije i ubrzane ekspanzije u kasnijoj fazi mogu se činiti vrlo različita. Razlika na ovim energetskim ljestvicama je jednostavno kolosalna, iznosi 10 do 120. snage! Ali oba razdoblja predstavljaju energiju svojstvenu svemiru, oba uzrokuju eksponencijalno širenje materije svemira. A u prisutnosti vremena (djelići sekundi za inflaciju i bilijun godina za tamnu materiju), oni će sve što nije povezano u jednu strukturu u Svemiru i raširiti. Takvih je modela mnogo, a u svojoj osnovi svi kombiniraju inflaciju i tamnu energiju.
Dakle, kakve su šanse da će svemir početi reciklirati svoj nastanak? Oni su veliki
Promotivni video:
1. Ako je tamna energija doista kozmološka konstanta, to bi mogla biti rezidualna energija iz razdoblja inflacije kad je sve počelo. Ako je tako, postoji razlog za reći da u prisutnosti vremena može još više oslabiti prelazeći u novo, puno niže energetsko stanje. Možda će takav prijelaz dati poticaj za nastanak velikog broja čestica izuzetno male mase, poput neutrina, aksiona ili nečem još egzotičnijem. Te će se čestice, pak, kombinirati i stvoriti vlastite analoge zvijezda, planeta i možda čovječanstva na dovoljno dugoj skali. Ako ovaj proces ne možemo vidjeti, to uopće ne znači da je nemoguć. Možda je ovo sudbina koja čeka naš Svemir u vrlo, vrlo dalekoj budućnosti, čak i ako će trebati googoli godina.
2. Tamna energija možda nije kozmološka konstanta, ali s vremenom se može povećavati. Ako je to tako, tada će rasti i rasti, što može dovesti do scenarija "velikog raskida", kada će s vremenom sve povezane strukture u Svemiru puknuti. No, u ovom scenariju, koji je razvio Eric Gawiser, postoji mogućnost da će u posljednjem trenutku, neposredno prije nego što se prostor raspadne u zaborav, svojstvena energija svemira, nerazlučiva od inflatornih scenarija, prijeći na Veliki prasak! Takav scenarij "oživljenog svemira" ne samo da se može ostvariti u našoj dalekoj budućnosti. U njemu je naš Svemir možda puno stariji nego što se čini. Moguće je da je beskrajno stara.
Pa, sada dokazi koje imamo pokazuju da je tamna energija doista kozmološka konstanta. To znači da je scenarij broj 2 isključen. Ako ne postoji niže energetsko stanje za prijelaz, tada se može izuzeti i opcija br. 1. Ali sada nemamo dovoljno podataka da odbijemo niti jedan od njih. Da imam priliku kladiti se, rekao bih da je vjerojatnija opcija s nižim energetskim stanjem. Ali ideja da je tamna energija doista konstantna i postoji vječno, bolje potkrepljuju dostupni podaci. Dok pouzdano ne znamo, bolje da ne isključujemo bilo kakve mogućnosti. Svemirska letjelica Euclid, NASA-in WFIRST širokokutni infracrveni anketni teleskop, i konačnoVeliki sinoptički istraživački teleskop LSST pomoći će nam da još preciznije izmjerimo tamnu energiju, a to će pružiti nove dokaze koji podupiru prvu ili drugu teoriju. A nova otkrića u teorijskoj fizici visokih energija mogu nam reći više o prvom konceptu. U svakom slučaju, Andrew, odgovor na vaše pitanje je sljedeći: tamna energija može najaviti povratak u vrući Veliki prasak iz inflacijskog stanja, ali to ne ovisi o vječnoj prirodi inflacije.ali to ne ovisi o vječnoj prirodi inflacije.ali to ne ovisi o vječnoj prirodi inflacije.
Ethan Siegel
