Большое сжатие
Большое сжатие – один из сценариев смерти Вселенной. Как и все остальные, он отталкивается от теории относительности, созданной Эйнштейном. Если в Большом Взрыве заложено начало всего, то прогнозы Большого сжатия раскрывают детали финала.
В нем говорится, что расширение Вселенной, запущенное Большим Взрывом, не продлится вечность. В определенный временной отрезок Вселенная перестанет расширяться и рухнет в себя, пока не трансформируется в гигантскую черную дыру. Все прекрасно представляют, что это место выступает максимальным компрессором. Отсюда и название «Большое сжатие».
Возможные варианты конца Вселенной
Чтобы точно определить, какова вероятность подобного исхода, исследователям необходимо побольше разузнать об определенных свойствах Вселенной. Одно из важнейших – плотность. Полагают, что если она выше критической, то можно готовиться к коллапсу.
С самого начала предполагалось, что на процесс расширения влияют: гравитация между галактиками (пропорциональна плотности) и внешний импульс от Большого Взрыва. Если вы подбрасываете что-то в воздух, то оно все равно упадет на землю. Поэтому победа гравитационных сил была логичным предсказанием. Но так считали до того, как выяснилось, что Вселенная не замедляется, а ускоряется.
Чтобы разъяснить этот момент, пришлось признать наличие еще одного секретного вещества – темная энергия. Она раздвигает галактики и не состыковывается со сценарием Большого Сжатия. Рентгеновские данные Чандра показывают, что сила темной энергии стабильна. Если бы она росла вместе с расширением, то можно было бы говорить о еще одном варианте – Большой Разрыв, где все (включая атомы) распадается на части.
Но даже при постоянной темной энергии Вселенная продолжает расширяться. Так что, если приборы не найдут ничего нового, то теория с Большим сжатием так и останется теорией.
Источник
Большой отскок: новые данные ставят под сомнение теорию Большого взрыва
Пол Стейнхардт, один из создателей теории возникновения Вселенной в результате Большого взрыва, сейчас сам критикует ее. Он предлагает альтернативную модель — модель отскока, в которой Большой взрыв — не начало времени, а лишь последний из множества повторяющихся циклических процессов сжатия и расширения Вселенной. Подробнее об этой концепции рассказывает Quanta Magazine.
Общепринятая теория возникновения Вселенной звучит примерно так: около 14 миллиардов лет назад из ниоткуда материализовалась огромная масса энергии, всплеск которой в одно мгновение раздул Вселенную, как воздушный шар. В результате быстрого расширения кривизна разгладилась, а материя перемешалась, и сформировалась Вселенная в своем нынешнем виде — плоская и гладкая. Скопления частиц образовали галактики и звезды, но все они — лишь крошечные пятнышки на преимущественно однородном полотне космоса.
Эта теория, которая в учебниках обычно называется инфляционной моделью Вселенной , согласуется со всеми проводившимися до сих пор наблюдениями и пользуется доверием большинства космологов. Но не всех.
Пол Стейнхардт, один из авторов инфляционной модели, стал одним из главных ее критиков. Он отмечает, что, согласно этой модели, в большинстве областей пространства-времени расширение не прекратится никогда, поэтому неизбежно должна возникнуть мультивселенная с бесконечным количеством карманных вселенных, в одной из которых мы живем.
Стейнхардт и его коллеги приступили к разработке другого сценария возникновения нашей Вселенной, взяв за основу циклическую модель, согласно которой Вселенная проходит через последовательные стадии расширения и сжатия.
Их цель — доказать, что наша плоская и однородная Вселенная могла возникнуть и без взрыва.
Чтобы достичь своей цели, Стейнхардт и его коллеги объединились с учеными, занимающимися компьютерным моделированием. Они проанализировали, как меняется структура Вселенной при коллапсировании, и обнаружили, что модель сжатия работает лучше, чем модель расширения: как бы ни выглядела Вселенная до сжатия, коллапсирование сглаживает любые изначальные неровности.
Сужение горизонта
Последним плодом совместной работы Стейнхардта, Анны Ийас из Института гравитационной физики Общества Макса Планка и других ученых стала новая модель циклической Вселенной — экпиротическая модель , согласно которой Вселенная обновляется без коллапсирования.
Чтобы представить себе расширение и сжатие, можно вообразить Вселенную в виде шара.
Говоря об изменении размера Вселенной, как правило, упоминают лишь параметр масштабного фактора , тогда как второй параметр — радиус Хаббла (максимальное расстояние, на котором мы можем видеть объекты во Вселенной) — обходят вниманием. Общая теория относительности допускает изменение этих двух параметров независимо друг от друга, и, что самое главное, изменение любого из них приводит к плоской форме Вселенной.
Представьте, что вы сидите на воздушном шаре. Инфляционная Вселенная — это надувающийся шар. В ней пространство разглаживается и уплощается вследствие расширения. В циклической же Вселенной разглаживание происходит в период сжатия. На этом этапе шар незначительно сдувается, а область обзора сокращается очень сильно. Вы как будто смотрите через увеличительное стекло, которое становится всё более и более мощным. Радиус Хаббла уменьшается, поэтому окружающее пространство становится всё более однообразным.
По версии Стейнхардта и его коллег, Вселенная в течение примерно триллиона лет расширяется под влиянием некоего всепроникающего поля, под которым мы сегодня понимаем темную энергию. Когда это энергетическое поле становится разреженным, пространство постепенно начинает сжиматься. В течение миллиардов лет масштабный фактор уменьшается — частицы сближаются друг с другом, а радиус Хаббла сужается. Сжатие Вселенной перезаряжает энергетическое поле, которое затем нагревает пространство и испаряет его атомы. Происходит отскок — и начинается новый цикл.
В модели отскока микроскопический радиус Хаббла обеспечивает гладкость и плоскостность Вселенной. Инфляция раздувает многочисленные неровности, порождая мультивселенную, тогда как медленное сжатие устраняет их.
В результате получаем Вселенную без начала и конца — и никакой сингулярности, и никакой мультивселенной.
От любой Вселенной к нашей
Один из самых трудных моментов как в инфляционной модели, так и в модели отскока — это доказать, что их энергетические поля могут создать правильную структуру Вселенной.
Ийас и Стейнхардт критикуют инфляционную модель за то, что она работает только при определенных условиях. Они тщательно изучили все сценарии, которые можно рассчитать на бумаге.
А недавно, используя компьютерные симуляции (Ийас и Стейнхардт описали их в двух препринтах, опубликованных в июне), команда подвергла стресс-тесту свою модель медленного сжатия с группой маленьких вселенных, которую нельзя было испытать никаким другим способом.
Адаптировав под свои цели код, разработанный физиком-теоретиком из Принстонского университета Франсом Преториусом, команда исследовала искривленные и комковатые поля; поля, движущиеся в неправильном направлении; и даже поля, разные части которых движутся в противоположных направлениях.
Почти по всех случаях в результате сжатия образовывалась такая же скучная Вселенная, как наша.
Космолог из Оксфордского университета Кэти Клаф, которая занимается численным решением уравнений Эйнштейна, называет новые симуляции «исчерпывающими». Но добавляет, что такой анализ стал возможен только недавно, поэтому полный спектр условий, которые могут выполняться инфляционной моделью, всё еще не исследован.
Отношение к модели Ийас и Стейнхардта остается неоднозначным. Большинство космологов сходятся во мнении, что инфляционная модель по-прежнему не опровергнута.
«На данный момент модель медленного сжатия не может составить конкуренцию инфляционной модели», — говорит космолог из Нью-Йоркского университета Григорий Габададзе.
В дальнейших планах команды Стейнхардта — симулировать сам отскок. У Ийас уже готова одна модель отскока, которую она планирует в скором времени испытать в компьютерной симуляции. Члены команды надеются, что, совместив стадии сжатия и расширения, им удастся определить уникальные характеристики «отскакивающей» Вселенной, которые затем смогут подтвердить в ходе наблюдений астрономы.
Команда еще не описала все детали циклической Вселенной без взрыва и сжатия, не говоря уже о том, чтобы доказать, что мы в ней живем. Но Стейнхардт убежден, что в скором времени его модель станет жизнеспособной альтернативой мультивселенной.
«Препятствия, которых я больше всего опасался, уже преодолены», — утверждает он.
Источник
Сжатие Вселенной, или как уместить все ее звезды в Млечном Пути
Новости партнеров
Мы повседневно сталкиваемся со сжатием в том или ином виде. Когда выжимаем воду из губки, упаковываем чемодан перед отпуском, пытаясь заполнить все пустое пространство необходимыми вещами, сжимаем файлы перед отправкой по электронной почте. Идея удаления «пустого» пространства очень знакома.
Как в космическом, так и в атомном масштабе ученые неоднократно подтверждали, что пустота занимает основное пространство. И все же крайне удивительно, насколько верно это утверждение! Когда доктор Калеб А. Шарф из Колумбийского университета (США) писал свою новую книгу «Масштабируемая Вселенная» («Zoomable Universe»), он, по собственному признанию, планировал использовать его для какого-то драматического эффекта.
Что, если мы сможем каким-то образом собрать все звезды Млечного Пути и установить их рядом друг с другом, словно яблоки, плотно упакованные в большой коробке? Конечно, природа никогда не позволит человеку подчинить гравитацию, и звезды, скорее всего, сольются в одну колоссальную черную дыру. Но, как мысленный эксперимент, это отличный способ проиллюстрировать объем пространства в Галактике.
Результат шокирует. Если предположить, что в Млечном Пути может быть около 200 миллиардов звезд, и мы щедро полагаем, что все они диаметром с Солнце (что завышено, поскольку подавляющее большинство звезд менее массивны и меньше размером), мы все равно могли бы собрать их в куб, длина граней которого соответствует двум расстояниям от Нептуна до Солнца.
«В космосе огромное количество пустого пространства. И это приводит меня на следующий уровень сумасшествия», – пишет доктор Шарф. Согласно наблюдаемой Вселенной, определяемой космическим горизонтом движения света со времен Большого Взрыва, текущие оценки предполагают, что существует от 200 миллиардов до 2 триллионов галактик. Хотя это большое количество включает в себя все маленькие «протогалактики», которые в конечном итоге сольются в большие галактики.
Давайте будем смелыми и примем их наибольшее число, после чего упакуем все звезды во всех этих галактиках. Будучи впечатляюще щедрыми, предположим, что они все размером с Млечный Путь (хотя большинство на самом деле намного меньше нашей Галактики). Мы получим 2 триллиона кубов, грани которых составят 10 13 метров. Поместим эти кубики в более крупный куб, и мы останемся с мегакубом с длиной сторон приблизительно 10 17 метров.
Довольно большой, правильно? Но только не в космическом масштабе. Диаметр Млечного Пути составляет порядка 10 21 метров, поэтому кубик размером 10 17 метров по-прежнему занимает всего 1/10 000 размера Галактики. Фактически, 10 17 метров – это около 10 световых лет!
Естественно, это всего лишь небольшая уловка. Но она эффектно указывает на то, насколько мал объем Вселенной, фактически занятый плотной материей, по сравнению с пустотой пространства, прекрасно охарактеризованной Дугласом Адамсом: «Космос велик. Действительно велик. Вы просто не поверите, насколько обширно, огромно, умопомрачительно велик космос. Вот что мы имеем в виду: вы, возможно, думаете, что до ближайшей закусочной далеко, но для космоса это ничего не значит.» («Путеводитель по Галактике для путешествующих автостопом»).
Источник
Смерть вселенной. Неминуемая участь
Вы когда-нибудь задумывались, может ли исчезнуть все во вселенной? Сможет ли человечество избежать неминуемой гибели? В этой статье я расскажу о возможных концах существования вселенной. С вами канал «Все обо всем» .
Большой разрыв.
Вселенная расширяется с ускорением везде и одновременно с начала своего существования. Из-за расширения пространства увеличивается расстояние между галактиками , а пространство внутри самих галактик так же расширяется, однако гравитация удерживает их вещество от разлета. Согласно теории большого разрыва, настанет час, когда расширение будет происходить так быстро, что никакая гравитация не спасет и в этот момент случится большой разрыв .
Сначала под действием расширяющегося пространства распадутся лишь большие структуры такие как галактики, затем на части разорвутся черные дыры, звезды и планеты , их собственная гравитация слишком слаба, чтобы противостоять разбегающемуся пространству, поэтому их ждет так же участь. Наконец скорость расширения пространства превысит скорость света , все это не обойдет стороной даже атомы, и они когда-нибудь тоже расщепятся. Когда скорость расширения станет больше скорости света частицы просто-напросто не смогут друг с другом взаимодействовать.
Ученые предположили, что большой разрыв произойдет примерно через 22 миллиарда лет .
- За 1 миллиард лет до большого разрыва распадутся скопления галактик.
- За 60 миллионов лет до большого разрыва распадется наша галактика из-за того, что гравитация станет слишком слабой, чтобы ее удержать. Так же распадутся и другие галактики.
- За 3 месяца до большого разрыва станет гравитационно несвязанной Солнечная система.
- За 30 до большого разрыва разрушится наша планета.
- За 1 наносекунду до большого разрыва разрушатся атомы.
В этот момент перестанут работать законы физики . Вселенная превратится в бесчисленное число одиноких частиц, которые никогда больше не встретятся в черном и пустом пространстве.
Большое сжатие.
Если, темня энергия меньше, чем предполагается или ее количество постепенно уменьшается, то гравитация однажды одержит над ней верх и несколько триллионов лет скорость расширения вселенной будет снижаться пока вовсе не остановится, а после пойдет вспять. Вселенная начнет уменьшаться, а галактики сталкиваться друг с другом , сливаясь воедино, повсеместно произойдет повышение температуры, так как чем меньше вселенная, тем она горячей.
Источник