Меню

Что такое коллапс вселенной

Коллапс Вселенной может произойти быстрее, чем ожидалось

Физики пришли к новым расчетам, когда Вселенная перестанет расширяться и коллапсирует в себя — а это, как вы понимаете, крайне плохие новости для материи внутри, — и утверждают, что это произойдет в ближайшие несколько десятков миллиардов лет или около того.

По меркам людей, это произойдет, мягко говоря, не скоро. Но на космологической шкале времени ученые называют это «неизбежным», и коллапс не заставит себя ждать. «То, что мы видим темную материю в настоящее время, может прямо указывать на обреченность Вселенной, и мы пытаемся обозначить дату конца, изучая эти данные», — рассказал Phys.org один из авторов исследования Антонио Падилья из Университета Ноттингема в Великобритании.

Предлагая новый «механизм космологического коллапса», команда пытается ответить на один из самых сложных вопросов в физике — почему скорость расширения Вселенной в настоящее время увеличивается?

В 1917 году, когда ученым даже в голову не приходило, что Вселенная может расширяться, Эйнштейн пришел к своей «космологической постоянной», которая определяла энергию плотности космического вакуума и уравновешивала притяжение материи. Спустя чуть больше, чем десять лет, астроном Эдвин Хаббл понял, что Вселенная на самом деле расширяется, и Эйнштейн отказался от идеи космологической постоянной. Однако в последнее время физики все больше приходят к выводу, что темная энергия могла бы занять ее роль.

Темная энергия — это форма энергии, которая, по мнению физиков, составляет порядка 68% Вселенной. Темная матери составляет около 27%, и на «обычную материю» приходится менее 5%. Проблема заключается в том, что такой высокий процент темной материи мог обеспечить только рост крошечной Вселенной, а не той огромной, которую мы все знаем и любим, потому что она расширялась бы слишком быстро, чтобы дать галактикам шанс на формирование.

«В соответствии с новым механизмом, Вселенная возникла с набором конкретных начальных условий, естественным образом эволюционировала в текущее состояние и будет продолжать двигаться по этому пути к полному коллапсу. В таком сценарии, как только возобладает двигатель коллапса, Вселенная войдет в период «медленного движения», которое приведет к ускоренному расширению, наблюдаемому сегодня. В конце концов, Вселенная перестанет расширяться и начнет движение в обратном направлении, начнет сжиматься, что приведет к Большому Сжатию (противоположности Большому Взрыву)».

Работа ученых была опубликована в Physical Review Letters. Впрочем, даже если ученые и правы, у нас будут десятки миллиардов лет на подготовку к этому грандиозному событию.

Источник

10 теорий о конце Вселенной

Больше всего во Вселенной нас удивляет то, как мало мы о ней знаем. И точно так же, как мы хотим знать, что происходит с нашей смертью, наука задается вопросом о том, что происходит в конце Вселенной. Научное сообщество произвело много теорий — и некоторые действительно впечатляют.

Большое Сжатие

Большое Сжатие, как вы можете догадаться, это противоположность Большому Взрыву. Вся материя расширяется наружу к краям Вселенной под воздействием гравитации нашей вселенной. Согласно этой теории, гравитация в конечном счете замедлится и начнет сокращаться. Это сокращение вернет всю материю (планеты, звезды, галактики, черные дыры — все) обратно в центр, с которого все началось, и сожмет в сингулярность. Мы окажемся в тех же условиях, в которых была вселенная до Большого Взрыва — вся материя вселенной сожмется в бесконечно малую точку — инфинитезималь.

Однако вряд ли это произойдет, если верить тем знаниям, которые у нас сейчас есть, поскольку Вселенная расширяется все более быстрыми темпами.

Читайте также:  Сочинение моя вселенная 2 класс

Неизбежная тепловая смерть Вселенной

Вселенная живет по тем же правилам, что и любая термодинамическая система, и все они в конечном счете закончат одинаково: когда тепло равномерно распределится. Грубо говоря, ветер разнесет тепло по всей Вселенной, и она станет холодной, темной и скучной. Все звезды, которые мы знаем, померкнут одна за одной, и однажды не хватит энергии зажечь новые. Вся вселенная погаснет. Материя будет, но в форме частиц, и их движение будет совершенно случайно. Вселенная будет в состоянии равновесия, и эти частицы будут отскакивать друг от друга, не обмениваясь энергией. Мы останемся «смятым окурком, плевком, в тени под скамьей, куда угол проникнуть лучу не даст. И слежимся в обнимку с грязью, считая дни, в перегной, в осадок, в культурный пласт».

Тепловая смерть из-за черных дыр

В конечной вселенной эти черные дыры в конечном итоге поглотят большую часть материи и мы останемся наедине с темной вселенной. Время от времени будет вспышка света, почти как молния, когда объект подойдет достаточно близко к черной дыре, чтобы испустить энергию, и снова все погрузится во тьму. В конечном итоге останутся только гравитационные колодцы в нигде. Массивные черные дыры поглотят меньшие и станут еще больше. Таким будет финальное состояние вселенной. Со временем черные дыры испаряются (теряют свою массу), излучая так называемое излучение Хокинга. Поэтому, когда умрет последняя черная дыра, мы останемся с равномерно распределенными субатомными частицами излучения Хокинга.

Конец времени

Предположим, что мы живем во Вселенной, когда никогда не закончится. С бесконечным количеством временем все, что может случиться, случится со 100-процентной вероятностью (согласно теории Пуанкаре). Этот же парадокс произойдет, если вы будете жить вечно. Вы живете бесконечное время, поэтому любое событие случится гарантированно (и произойдет бесконечное количество раз). Поэтому, если вы будете жить вечно, шанс того, что вы застынете во времени, 100-процентный. Поскольку это допущение спутало множество расчетов, которые пытались предсказать конец нашей вселенной, ученые предположили кое-что еще: само время должно однажды остановиться.

Допустим, вы будете живы, чтобы это испытать (миллиарды лет после конца Земли), но вы не сможете понять, что что-то пошло не так. Время просто остановится и все замерзнет, как снимок, как слепок, навсегда. Но и навсегда это не будет, потому что время просто не будет двигаться вперед. Это будет просто один момент времени. Вы никогда не умрете и не постареете. Это своего рода псевдобессмертие, но вы об этом никогда не узнаете.

Большой Отскок

Физикам не нравится это объяснение, поэтому некоторые ученые полагают, что вселенная просто не вернется обратно к сингулярности. Скорее она очень близко приблизится к этому состоянию и отскочит, подобно тому, как мяч отскакивает от пола. Большой Отскок в этом плане очень похож на Большой Взрыв и теоретически может породить новую вселенную. В этом колеблющемся цикле наша вселенная может стать первой вселенной в серии или четырехсотой. Никто не узнает об этом.

Большой Разрыв

Самая страшная часть этой теории в том, что хотя большинство этих сценариев случаются после того, как сгорают звезды, Большой Разрыв должен произойти, по ранним оценкам, через 16 миллиардов лет. На этой стадии Вселенная, планеты и теоретически жизнь еще будут существовать. Этот катаклизм может сжечь ее живьем, оторвать от всего сущего и скормить космическим львам, которые живут между вселенными. Неизвестно, что будет. Но эта смерть явно более жестокая, чем медленная тепловая смерть.

Читайте также:  Инфляционная стадия образования вселенной это

Событие вакуумной метастабильности

Но не переживайте: вселенная все еще будет там. Законы физики будут другими, а возможно — и другая жизнь. Но во вселенной не будет ничего, чего мы не смогли бы понять.

Временной барьер

Поскольку законы физики не имеют смысла в бесконечной вселенной, единственный вывод, который можно сделать, это то, что существует физическая граница, предел, за который выйти нельзя. И если верить физикам, в следующие 3,7 миллиарда лет мы пересечем этот временной барьер, и для нас вселенная закончится. Хотя куда более вероятно то, что мы просто не можем понять и описать этот принцип с нашей физической терминологией.

Этого не будет (поскольку мы живем в мультивселенной)

Количество новых вселенных всегда будет большем, чем старых, поэтому в теории число вселенных увеличивается.

Вечная вселенная

Так вот, не с сингулярности Большого Взрыва начался отсчет времени, время могло существовать и раньше (за бесконечность до этого), а сингулярность и результирующий взрыв могли стать следствием столкновения двух бран (структур пространства-времени более высокого уровня бытия). В этой модели Вселенная циклична и будет продолжать расширяться и сжиматься всегда.

Мы, кстати, можем выяснить это в ближайшие 20 лет — у нас есть спутник Планк, исследовавший космос в поисках паттернов микроволнового фона, которые подскажут нам что-нибудь о происхождении Вселенной. Это долгий процесс, но он предоставит нам знания о том, с чего началась наша Вселенная, а возможно подскажет, чем она закончится.

Источник

Из пустого в порожнее

Почему наш вакуум — ложный, и грозит ли это коллапсом Вселенной

Недавно Science сообщила о подготовке к публикации любопытной статьи, посвященной задаче распада нестабильного Хиггcовского вакуума. Краткое ее содержание сводится к следующему: в рамках стандартной модели крошечная черная дыра может вызвать коллапс Вселенной, запустив образование «истинного вакуума». Однако этого, как мы видим по себе, пока не произошло. Мы решили разобраться в том, что такое «истинный вакуум», почему коллапс Вселенной вообще возможен и как с этим всем связаны черные дыры, в этом нам помог один из авторов работы — Филипп Бурда, аспирант Университета Дарема и сотрудник Института Теоретической и Экспериментальной Физики.

Авторы работы — физики-теоретики из Университетов Дарема (Филипп Бурда и Рут Грегори) и Ньюкасла (Иэн Мосс). Кстати, в 1982-1983 годах Иэн Мосс совместно со Стивеном Хокингом опубликовал серию работ, посвященных физике ранней Вселенной. На данный момент доступны два препринта (1, 2), посвященных тематике новой статьи. Первый из них уже принят к публикации Physical Review Letters, расширенный вариант статьи будет опубликован в Journal of High Energy Physics.

Для начала нужно разобраться с тем, как физики в данном случае понимают вакуум. Интуитивно считается, что вакуум — область пространства без частиц, но физики учитывают еще и поле. Под вакуумом в работе подразумевается состояние, в котором энергия полей внутри данного объема пространства минимальна. Обычные поля в вакууме равны нулю.

Однако с введением поля Хиггса вакуум перестал быть пустым. Это поле, ответственное за возникновение массы у элементарных частиц, пронизывает все пространство и его состояние в вакууме отлично от нуля. В Стандартной модели потенциал поля Хиггса выглядит как симметричная кривая с одним минимумом, описываемая выражением U= λ ×((h(r)) 2 -v 2 ) 2 . Здесь λ — константа, описывающая взаимодействие между бозонами Хиггса, h(r) — функция, описывающая поле Хиггса, r — пространственная координата, v — некоторая константа, благодаря которой поле Хиггса не равно нулю в вакууме.

Если раскрыть скобки в этом в выражении, то можно заметить, что его можно представить в виде U=λ×(h(r)) 4 + некая поправка, пренебрежимо малая по сравнению с первым слагаемым при больших энергиях. Важно отметить, что как и многие величины в Стандартной модели величина λ меняется в зависимости от энергий, на которых происходят взаимодействия, происходит так называемая перенормировка. Если предположить, что и на очень больших энергиях Стандартная модель по прежнему верна, то наблюдается довольно необычная зависимость.

Читайте также:  Посмотреть все планеты во вселенной

Зависимость потенциала поля Хиггса от рассматриваемого масштаба энергий

Источник

Что будет, если Вселенная начнет сжиматься?

Общепринятой теорией начала Вселенной является Большой взрыв. Это событие считается точкой отсчета. Большой взрыв повлек за собой зарождение Вселенной и стал началом ее расширения, которое продолжается до сих пор. Но также существует теория Большого сжатия, по которой Вселенная в определенный момент начнет сжиматься. К чему это приведет, что будет происходить при сжатии и при каких условиях возможен такой сценарий?

Условия при которых Вселенная может начать сжиматься

Расширение или сжатие вселенной зависит от силы гравитации между галактиками и от плотности материи. Если плотность будет ниже критической, то Вселенная продолжит расширяться. Но, если плотность будет выше критической, то силы гравитации остановят расширение Вселенной и она начнет сжиматься.

В каком состоянии Вселенная находится сейчас?

Понять в каком состоянии сейчас находится Вселенная нам помогает постоянная Хаббла. С ее помощью мы знаем с какой скоростью от нас удаляются галактики. На данный момент известно, что галактики на расстоянии 10 мегапарсек (3.26*10^7 световых лет) от Земли отдаляется от нас со скоростью 700 км/сек. А вот галактика в 100 мегапарсек (3.26*10^8 световых лет) становятся дальше от земли со скоростью 7,000 км/сек. Из этого мы делаем вывод, что чем дальше от нас объект, тем быстрее он отдаляется.

13.8 миллиардов лет назад Большой взрыв запустил расширение Вселенной, которое продолжается до сих пор. По логике вещей со временем ускорение должно замедляться. Но исследования показали обратные результаты. Вселенная продолжает ускоряться и делает это все быстрее и быстрее. Узнать точную причину, почему так происходит пока не удалось.

Что будет происходить при сжатии ?

Сжатие приведет к разрушению всего во Вселенной. Между собой начнут сталкиваться галактики, звезды, планеты и частицы. При этом Вселенная будет становится все горячее, температура поднимется до точки на которой будет происходить распад атомов. Начнут образовываться черные дыры, сначала небольших размеров, после они будут соединяться друг с другом. В итоге этот процесс приведет к появлению одной большой черной дыры, а она в свою очередь сожмется в сингулярность — первоначальное состояние Вселенной.

При таком раскладе существует теория, что Вселенная является цикличной. То есть после Большого сжатия вполне возможно снова последует Большой взрыв или другими словами Большой отскок. Но пока исследования в этой области малы и подобный сценарий допустим только на уровне гипотезы. В частности более подробно будет известно о Большом сжатии после исследования темной энергии, о которой мы пока знаем не много, но которая как раз и ответственна за расширение Вселенной.

Но даже если Вселенная не начнет сжиматься, а продолжит расширение это не приведет ни к чему хорошему. В сценарии постоянного расширения в далеком будущем Вселенная станет пустой, холодной, однородной и изотропной на всех масштабах.

Делитесь этой статьей в своих социальных сетях, а также не забывайте поставить палец вверх, подписаться на наш канал и оставить комментарий, если вам понравилась данная публикация!

Источник