Почему вселенная расширяется? И как долго?
Наша вселенная расширяется. С ускорением. Каждую секунду пространство между космическими галактиками растет все быстрее и быстрее.
Какова будет конечная судьба Вселенной — вечное расширение или великий крах? Ключом к этому является понимание «темной энергии» — самой большой загадки современной астрофизики, которая также является причиной ускорения, которое началось внезапно 4-5 миллиардов лет назад.
Только в конце двадцатого века ученые обнаружили, что вселенная расширяется с ускорением. Его начало — около 5 миллиардов лет назад, относительно скоро до возраста вселенной, которой почти 14 миллиардов лет. Это оказался огромным сюрпризом для всех ученых, потому что, согласно тогдашним теориям, вселенная должна замедляться, а не ускорять свое расширение.
На самом деле, сам Эйнштейн столкнулся с проблемами, связанными с идеей об изменяющейся, а не статичной вселенной. Великий ученый считает, что почти до самого конца своей жизни вселенная должна быть статичной и неизменной — и при этом она не должна расширяться или уменьшаться. Именно по этой причине он меняет свои уравнения, которые говорят об обратном, и добавляет к ним так называемые космологическая постоянная, которая препятствует расширению пространства.
Когда в 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл открыл так называемую красное смещение галактик, становится ясно, что кажется, что все другие галактики в космосе «убегают» от нас.
Когда автомобиль движется к нам, его звук меняется, а когда галактика движется, ее «цвет» меняется, и мы можем определить, приближается ли он к Земле или удаляется от нее.
Хаббл наблюдает за смещением видимого света галактик в красный спектр, что означает, что объект удаляется, и мы можем измерить его скорость. Это так называемый закон Хаббла, и скорость расширения сегодня известна как постоянная Хаббла (около 72 км в секунду на мегапарсек, равная 1 парсек = 31 триллион километров или 206 265 раз расстояния между Землей и Солнцем, и 1 мегапарсек = 1 миллион парсек).
Поэтому единственно возможное объяснение состоит в том, что пространство вселенной расширяется и не может быть статичным. И хотя эксперименты Хаббла являются эмпирическим доказательством, математическое изложение этого факта было сделано еще раньше бельгийским математиком Жоржем Ломмером в 1927 году. Перед лицом этого доказательства Эйнштейн отказался от космологической постоянной и даже назвал ее «самой большой ошибкой в его карьера».
Сегодня, однако, совершенно неожиданно, что нам снова нужна космологическая константа, хотя и немного другим способом.
Теория большого взрыва и эволюция вселенной
Как только станет ясно, что галактики убегают друг от друга, логично предположить, что в начале все они были сгруппированы в одном месте. Более того, мы можем предположить, что в самом начале вселенная была сжата в одну взорвавшуюся точку. Так рождается теория большого взрыва.
Сегодня это одна из широко признанных и проверенных теорий развития вселенной. Причина в ее огромной объяснительной силе. Действительно, если все когда-либо было собрано в одной точке, то это состояние должно быть с огромной температурой и невероятной плотностью. Моделирование таких условий является одной из задач современных ускорителей частиц, таких как Большой адронный ускоритель в ЦЕРНе. Объясняя появление химических элементов в результате Большого взрыва, Первичный нуклеосинтез, также является одним из больших успехов теоретической ядерной физики.
Но это остается проблемой. Предполагая, что был начальный Большой взрыв, который «раздувает вселенную» и обеспечивает сравнительную однородность пространства в большом масштабе, и в любом направлении, которое так, и мы наблюдаем это, если будет какой-либо энергетический след этого первичного колоссального взрыва, который мы можем видеть? Оказывается, есть доказательство.
Это так называемый космическое микроволновое фоновое излучение, также называемое остаточным или реликтовым излучением. Идея состоит в том, что, когда вселенная очень молода, она находится в чрезвычайно плотном и горячем состоянии плазмы и непрозрачна. Во время процесса расширения его температура снижается, и он начинает охлаждаться. При более низкой температуре могут образовываться стабильные атомы, но они не могут поглощать тепло, и Вселенная становится прозрачной (примерно через 300-400 лет после взрыва). Это время, когда испускаются первые фотоны, которые даже сегодня циркулируют в пространстве и могут быть обнаружены нами. Поэтому их излучение называется реликтовым, т.е. остаточное. Этот момент — также самая далекая вещь, которую мы можем видеть с нашими телескопами.
В 1964 году два радиоастронома — Арно Пензиас и Роберт Уилсон — экспериментально обнаружили эффект реликтового фона — устойчивый микроволновый «шум» с температурой около 2,7 Кельвина, равномерный в любой точке неба без связи со звездой или другим объектом. Это голос космоса, остаток взрыва, породившего нашу вселенную. Это окончательное доказательство справедливости теории Большого взрыва, за которую два радиоастронома получили Нобелевскую премию в 1978 году.
Космическое микроволновое фоновое излучение
Помимо неоспоримого доказательства Большого взрыва, реликтовое излучение дало нам еще кое-что. Зонд WMAP (микроволновый зонд анизотропии Уилкинсона), запущенный в 2001 году, отображает космическое фоновое излучение в наблюдаемой Вселенной. Различный цвет рисунка соответствует небольшой разнице в температуре излучения. В результате излучение является однородным с точностью до пяти знаков после запятой. Однако там, после пятого знака, что-то интересное и удивительное — темная материя.
Он взаимодействует только гравитационно, и мы не можем установить или доказать это каким-либо другим способом. По оценкам, его содержание составляет около 25 процентов от общей плотности вселенной, в то время как обычная, наша материя, составляет всего 4-5 процентов.
Хотя темную материю нельзя наблюдать непосредственно, ее присутствие было предложено Фрицем Цвицким в 1934 году для объяснения так называемой «Проблема с недостающей массой».
Оказывается, что галактики не могут быть стабильными и вращаться, как они это делают, если не существует огромного количества скрытой массы, удерживающей звезды в соединенной галактике. Результаты исследования космического фонового излучения однозначно подтверждают наличие большого количества темной материи.
Результаты WMAP также можно использовать для проверки геометрии юниверса — закрытой, открытой или плоской.
Сегодня мы знаем, что Вселенная плоская с точностью до 0,5 процента. Это хорошо, но это также означает, что в зависимости от плотности вещества и энергии во вселенной у нас может быть другой конец эволюции пространства. Если общая плотность (так называемый космологический параметр Омеги) превышает критическую массу, Вселенная может сжаться в так называемую Большой крах, прямо противоположный большому взрыву. Или, наоборот, мы можем расширяться до бесконечности, пока сама вселенная не станет довольно холодной, пустынной и относительно скучной. Это теория Большого охлаждения.
Темная энергия и конечная судьба Вселенной
На самом деле, как мы можем знать, что произошло с пространством Вселенной, и что будет с ним в будущем? Поскольку скорость света ограничена, чем дальше находится объект, тем дольше свет должен будет добраться до нас. Например, путь света от нашего Солнца до Земли составляет чуть более 8 минут. Наблюдая с помощью наших телескопов далеких звезд, мы на самом деле видим прошлое, когда ловим свет, который давно покинул их и только сейчас достигает нас. Тогда, если мы знаем, что наблюдаем два одинаковых объекта, но на разном расстоянии, мы можем вывести изменение пространства между ними во времени.
Объекты, которые относительно «идентичны» в космосе, известны как стандартные свечи.
Это могут быть переменные звезды особого типа, так называемые Цефеиды. Они пульсируют одинаково, т.е. излучать один и тот же световой поток через равные промежутки времени. Другими такими объектами, которые являются еще более точными показателями расстояний, являются вспышки сверхновых типа IA. Они представляют собой термоядерное разрушение звезды (фактически пары звезд). Из-за особенностей процесса всегда выделяется одна и та же энергия. Вот почему сверхновые IA — наши самые известные стандартные свечи.
В частности, в 1997 году исследования сверхновых показали, что Вселенная расширяется с ускорением. Поскольку энергия вспышки всегда одна и та же, разница, которую мы наблюдаем (более тусклые или более яркие вспышки), обусловлена исключительно разницей в динамике пространства. Таким образом, мы можем получить карту эволюции пространства во времени. Оказывается, что в первые 8-9 миллиардов лет после взрыва Вселенная замедляется, как и следовало ожидать, а затем внезапно начинает расширяться с ускорением!
Это огромный парадокс, и причина ускоренного расширения пока неизвестна. Чтобы объяснить это, ученые вновь вводят космологическую постоянную Эйнштейна в уравнения, но с противоположным знаком — то есть он действует как антигравитация и целесообразно расширяет пространство.
Тем не менее похоже, что Эйнштейн не так сильно ошибался.
Сегодня мы знаем, что темная энергия занимает около 70 процентов от общей плотности энергии Вселенной. Мы понятия не имеем, почему он начинает свое действие или какова его природа. Вполне возможно, что его сила будет уменьшаться или увеличиваться со временем.
В зависимости от этого, есть два сценария конца нашей вселенной. Если космологическая постоянная продолжает работать и расти, мы будем расширяться вечно. Если, наоборот, его сила уменьшается и гравитация побеждает, тогда концом нашего космоса может стать Великое Падение. Тогда, почему бы и нет, возможно, новая вселенная родится в новом космическом Большом Взрыве. Но пока это просто загадки, ответы на которые скоро будут раскрыты.
Источник
Ускоряющееся расширение Вселенной — Accelerating expansion of the universe
Категория- Астрономический портал
Категория
Астрономический портал
Наблюдения показывают , что расширение по Вселенной ускоряется, таким образом, что скорость , при которой далекой галактике отступает от наблюдателя непрерывно увеличивается со временем.
Ускоренное расширение было обнаружено в 1998 году двумя независимыми проектами, Проектом по космологии сверхновых звезд и группой по поиску сверхновых с высоким Z , которые оба использовали далекие сверхновые типа Ia для измерения ускорения. Идея заключалась в том, что, поскольку сверхновые типа Ia имеют почти такую же внутреннюю яркость ( стандартная свеча ), и поскольку объекты, находящиеся дальше, кажутся более тусклыми, мы можем использовать наблюдаемую яркость этих сверхновых, чтобы измерить расстояние до них. Затем расстояние можно сравнить с космологическим красным смещением сверхновой , которое измеряет, насколько Вселенная расширилась с момента возникновения сверхновой. Неожиданным результатом стало то, что объекты во Вселенной удаляются друг от друга с ускоренной скоростью. В то время космологи ожидали, что скорость удаления всегда будет замедляться из-за гравитационного притяжения материи во Вселенной. Три члена этих двух групп впоследствии были удостоены Нобелевских премий за свое открытие. Подтверждающие доказательства были найдены в барионных акустических колебаниях и при анализе скоплений галактик.
Считается, что ускоренное расширение Вселенной началось с тех пор, как Вселенная вступила в эру доминирования темной энергии примерно 4 миллиарда лет назад. В рамках общей теории относительности ускоренное расширение можно объяснить положительным значением космологической постоянной Λ , эквивалентным наличию положительной энергии вакуума , получившей название « темная энергия ». Хотя есть альтернативные возможные объяснения, описание, предполагающее темную энергию (положительное Λ ), используется в текущей стандартной модели космологии , которая также включает холодную темную материю (CDM) и известна как модель Lambda-CDM .
СОДЕРЖАНИЕ
Задний план
За десятилетия, прошедшие с момента обнаружения космического микроволнового фона (CMB) в 1965 году, модель Большого взрыва стала наиболее распространенной моделью, объясняющей эволюцию нашей Вселенной. Уравнение Фридмана определяет, как энергия Вселенной управляет ее расширением.
ЧАС 2 знак равно ( а ˙ а ) 2 знак равно 8 π грамм 3 ρ — κ c 2 а 2 <\ displaystyle H ^ <2>= <\ left (<\ frac <\ dot > > \ right)> ^ <2>= <\ frac <8 <\ pi>G> <3>> \ rho — <\ frac <<\ kappa>c ^ <2>> >>> 
где κ представляет собой кривизну Вселенной , a ( t ) — масштабный фактор , ρ — полная плотность энергии Вселенной, а H — параметр Хаббла .
ρ c знак равно 3 ЧАС 2 8 π грамм <\ displaystyle \ rho _
Ω знак равно ρ ρ c <\ Displaystyle \ Omega = <\ гидроразрыва <\ rho><\ rho _
Затем мы можем переписать параметр Хаббла как
ЧАС ( а ) знак равно ЧАС 0 Ω k а — 2 + Ω м а — 3 + Ω р а — 4 + Ω D E а — 3 ( 1 + ш ) <\ displaystyle H (a) = H_ <0> <\ sqrt <<\ Omega _
где четыре предполагаемых в настоящее время вкладчика в плотность энергии Вселенной — кривизна , материя , излучение и темная энергия . Каждый из компонентов уменьшается с расширением Вселенной (увеличение масштабного фактора), за исключением, возможно, члена темной энергии. Именно значения этих космологических параметров используют физики для определения ускорения Вселенной.
Уравнение ускорения описывает эволюцию масштабного фактора во времени.
а ¨ а знак равно — 4 π грамм 3 ( ρ + 3 п c 2 ) <\ displaystyle <\ frac <\ ddot > > = — <\ frac <4 <\ pi>G> <3>> \ left (\ rho + <\ frac <3P>
где давление P определяется выбранной космологической моделью. (см. пояснительные модели ниже)
Одно время физики были настолько уверены в замедлении расширения Вселенной, что ввели так называемый параметр замедления q 0 . Текущие наблюдения показывают, что этот параметр замедления отрицательный.
Отношение к инфляции
Согласно теории космической инфляции , очень ранняя Вселенная пережила период очень быстрого квазиэкспоненциального расширения. Хотя временной масштаб для этого периода расширения был намного короче, чем у текущего расширения, это был период ускоренного расширения с некоторым сходством с текущей эпохой.
Техническое определение
Определение «ускорение расширения» является то , что вторая производная по времени космического масштабного коэффициента, является положительной, что эквивалентно параметром замедления , , будучи отрицательным. Однако обратите внимание, что это не означает, что параметр Хаббла увеличивается со временем. Поскольку параметр Хаббла определяется как , из определений следует, что производная параметра Хаббла определяется выражением а ¨ <\ Displaystyle <\ ddot <а>>> q <\ displaystyle q> ЧАС ( т ) ≡ а ˙ ( т ) / а ( т ) <\ Displaystyle Н (т) \ экв <\ точка <а>> (т) / а (т)>
d ЧАС d т знак равно — ЧАС 2 ( 1 + q ) <\ displaystyle <\ frac
поэтому параметр Хаббла со временем уменьшается, если только . Предпочтение отдается наблюдению , что подразумевает, что положительно, но отрицательно. По сути, это означает, что космическая скорость удаления любой конкретной галактики увеличивается со временем, но ее соотношение скорость / расстояние все еще уменьшается; таким образом, различные галактики, расширяющиеся по сфере фиксированного радиуса, в более поздние времена пересекают сферу медленнее. q — 1 <\ displaystyle q q ≈ — 0,55 <\ displaystyle q \ приблизительно -0,55> а ¨ <\ Displaystyle <\ ddot <а>>> d ЧАС / d т <\ displaystyle dH / dt>
Как видно из выше , что в случае «нулевого ускорения / замедления» соответствует является линейной функцией , , , и . а ( т ) <\ Displaystyle а (т)> т <\ displaystyle t> q знак равно 0 <\ displaystyle q = 0> а ˙ знак равно c о п s т <\ displaystyle <\ dot > = const> ЧАС ( т ) знак равно 1 / т <\ Displaystyle Н (т) = 1 / т>
Доказательства ускорения
Чтобы узнать о скорости расширения Вселенной, мы смотрим на соотношение звездных величин и красного смещения астрономических объектов с использованием стандартных свечей или на их соотношение расстояние-красное смещение с использованием стандартных линейок . Мы также можем посмотреть на рост крупномасштабной структуры и обнаружить, что наблюдаемые значения космологических параметров лучше всего описываются моделями, которые включают ускоряющееся расширение.
Наблюдение за сверхновой
В 1998 году первое свидетельство ускорения было получено при наблюдении сверхновых типа Ia , которые представляют собой взрывающиеся белые карлики , превысившие предел своей устойчивости . Поскольку все они имеют одинаковую массу, их собственная светимость может быть стандартизирована. Для обнаружения сверхновых используется повторное отображение выбранных областей неба, затем последующие наблюдения дают их пиковую яркость, которая конвертируется в величину, известную как расстояние светимости (подробности см. В разделе « Измерения расстояний в космологии» ). Спектральные линии их света можно использовать для определения их красного смещения .
Для сверхновых с красным смещением менее 0,1 или временем прохождения света менее 10 процентов возраста Вселенной это дает почти линейную зависимость между расстоянием и красным смещением в соответствии с законом Хаббла . На больших расстояниях, поскольку скорость расширения Вселенной менялась со временем, соотношение расстояние-красное смещение отклоняется от линейности, и это отклонение зависит от того, как скорость расширения изменялась с течением времени. Полный расчет требует компьютерного интегрирования уравнения Фридмана, но простой вывод можно дать следующим образом: красное смещение z напрямую дает космический масштабный коэффициент в момент взрыва сверхновой.
а ( т ) знак равно 1 1 + z <\ Displaystyle а (т) = <\ гидроразрыва <1><1 + z>>>
Таким образом, сверхновая с измеренным красным смещением z = 0,5 означает, что Вселенная была 1 / 1 + 0,5 знак равно 2 / 3 нынешнего размера, когда взорвалась сверхновая. В случае ускоренного расширения, положительное значение было меньше в прошлом, чем сегодня. Таким образом, ускоряющейся Вселенной потребовалось больше времени, чтобы расшириться от 2/3 до 1 раза от ее нынешнего размера, по сравнению с неускоряющейся Вселенной с постоянным и таким же современным значением постоянной Хаббла. Это приводит к большему времени прохождения света, большему расстоянию и более слабым сверхновым, что соответствует реальным наблюдениям. Адам Рисс и др. обнаружили, что «расстояния до SNe Ia с большим красным смещением были в среднем на 10–15% больше, чем ожидалось во Вселенной с низкой плотностью массы Ω M = 0,2 без космологической постоянной». Это означает, что измеренные расстояния с большим красным смещением были слишком большими по сравнению с ближайшими расстояниями для замедляющейся Вселенной. а ¨ <\ Displaystyle <\ ddot <а>>> а ˙ <\ displaystyle <\ dot >> а ˙ <\ displaystyle <\ dot >>
Барионные акустические колебания
В ранней Вселенной до того, как произошла рекомбинация и разделение , фотоны и материя существовали в первичной плазме . Точки с более высокой плотностью в фотонно-барионной плазме сжимались под действием силы тяжести до тех пор, пока давление не становилось слишком большим, и они снова расширялись. Это сжатие и расширение создавало в плазме вибрации, аналогичные звуковым волнам . Поскольку темная материя взаимодействует только гравитационно, она остается в центре звуковой волны, источнике первоначальной сверхплотности. Когда произошло разделение, примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, фотоны отделились от материи и смогли свободно течь через Вселенную, создавая космический микроволновый фон, каким мы его знаем. Это оставило оболочки барионной материи на фиксированном радиусе от сверхплотности темной материи, на расстоянии, известном как звуковой горизонт. Со временем, когда Вселенная расширилась, именно при этих анизотропии плотности материи начали формироваться галактики. Таким образом, глядя на расстояния, на которых галактики с разным красным смещением стремятся к скоплению, можно определить расстояние стандартного углового диаметра и использовать его для сравнения с расстояниями, предсказанными различными космологическими моделями.
Были обнаружены пики в корреляционной функции (вероятность того, что две галактики будут находиться на определенном расстоянии друг от друга) при 100 ч -1 Мпк (где h — безразмерная постоянная Хаббла ), что указывает на то, что это размер звукового горизонта сегодня, и сравнивая это со звуковым горизонтом во время разделения (используя CMB), мы можем подтвердить ускоренное расширение Вселенной.
Скопления галактик
Измерение функций масс скоплений галактик , которые описывают плотность скоплений выше пороговой массы, также свидетельствует о темной энергии. Путем сравнения этих массовых функций при больших и малых красных смещениях с предсказанными различными космологическими моделями, получены значения w и Ω m , которые подтверждают низкую плотность вещества и ненулевое количество темной энергии.
Возраст вселенной
Имея космологическую модель с определенными значениями космологических параметров плотности, можно интегрировать уравнения Фридмана и получить возраст Вселенной.
т 0 знак равно ∫ 0 1 d а а ˙ <\ displaystyle t_ <0>= \ int _ <0>^ <1> <\ frac
Сравнивая это с фактическими измеренными значениями космологических параметров, мы можем подтвердить справедливость модели, которая ускоряется сейчас и имела более медленное расширение в прошлом.
Гравитационные волны как стандартные сирены
Недавние открытия гравитационных волн с помощью LIGO и VIRGO не только подтвердили предсказания Эйнштейна, но и открыли новое окно во Вселенную. Эти гравитационные волны могут работать как стандартные сирены для измерения скорости расширения Вселенной. Abbot et al. В 2017 году значение постоянной Хаббла составило примерно 70 километров в секунду на мегапарсек. Амплитуды деформации h зависят от масс объектов, вызывающих волны, расстояния от точки наблюдения и частоты обнаружения гравитационных волн. Соответствующие меры расстояния зависят от космологических параметров, таких как постоянная Хаббла для близлежащих объектов, и будут зависеть от других космологических параметров, таких как плотность темной энергии, плотность материи и т. Д. Для удаленных источников.
Пояснительные модели
Темная энергия
Самым важным свойством темной энергии является то, что она имеет отрицательное давление (отталкивающее действие), которое относительно равномерно распределяется в пространстве.
п знак равно ш c 2 ρ <\ displaystyle P = wc ^ <2>\ rho>
где c — скорость света, а ρ — плотность энергии. Различные теории темной энергии предполагают разные значения w , причем w 1 / 3 для космического ускорения (это приводит к положительному значению ä в уравнении ускорения выше).
Самое простое объяснение темной энергии состоит в том, что это космологическая постоянная или энергия вакуума ; в этом случае w = −1 . Это приводит к модели лямбда-CDM , которая с 2003 года по настоящее время известна как Стандартная модель космологии, поскольку это простейшая модель, хорошо согласующаяся с множеством недавних наблюдений. Riess et al. обнаружили, что их результаты по наблюдениям сверхновых отдают предпочтение расширяющимся моделям с положительной космологической постоянной ( Ω λ > 0 ) и текущим ускоренным расширением ( q 0 ).
Фантомная энергия
Текущие наблюдения допускают возможность космологической модели, содержащей компонент темной энергии с уравнением состояния w . Эта фантомная плотность энергии станет бесконечной за конечное время, вызывая такое огромное гравитационное отталкивание, что Вселенная потеряет всю структуру и закончится Большим разрывом . Например, для w = — 3 / 2 и H 0 = 70 км · с −1 · Мпк −1 , время, оставшееся до того, как Вселенная закончится в этом Большом разломе, составляет 22 миллиарда лет.
Альтернативные теории
Есть много альтернативных объяснений ускоряющейся Вселенной. Некоторые примеры — квинтэссенция , предложенная форма темной энергии с непостоянным уравнением состояния, плотность которой со временем уменьшается. Отрицательная масса космология не предполагает , что плотность массы Вселенной положительна (как это сделано в наблюдениях сверхновых), и вместо этого находит отрицательную космологическую постоянную. Бритва Оккама также предполагает, что это «более экономная гипотеза». Темная жидкость — альтернативное объяснение ускоренного расширения, которое пытается объединить темную материю и темную энергию в единую структуру. В качестве альтернативы, некоторые авторы утверждали, что ускоренное расширение Вселенной может быть связано с отталкивающим гравитационным взаимодействием антивещества или отклонением законов гравитации от общей теории относительности, таких как массивная гравитация , что означает, что гравитоны сами имеют массу. Измерение скорости гравитации с помощью гравитационного волнового события GW170817 исключило многие модифицированные теории гравитации в качестве альтернативного объяснения темной энергии.
Другой тип модели, гипотеза обратной реакции, была предложена космологом Сикси Рясяненом: скорость расширения неоднородна, но мы находимся в области, где расширение происходит быстрее, чем фон. Неоднородности в ранней Вселенной вызывают образование стенок и пузырей, причем внутри пузыря содержится меньше вещества, чем в среднем. Согласно общей теории относительности, пространство менее искривлено, чем стены, и поэтому кажется, что оно имеет больший объем и более высокую скорость расширения. В более плотных областях расширение замедляется более сильным гравитационным притяжением. Следовательно, внутренний коллапс более плотных областей выглядит так же, как ускоренное расширение пузырьков, что приводит нас к выводу, что Вселенная подвергается ускоренному расширению. Преимущество в том, что для этого не требуется никакой новой физики, такой как темная энергия. Рясянен не считает эту модель вероятной, но без каких-либо фальсификаций она должна оставаться возможной. Для работы потребуются довольно большие колебания плотности (20%).
Последняя возможность состоит в том, что темная энергия — это иллюзия, вызванная некоторым смещением в измерениях. Например, если мы находимся в более пустой, чем в среднем, области пространства, наблюдаемая скорость космического расширения может быть ошибочно принята за изменение во времени или за ускорение. Другой подход использует космологическое расширение принципа эквивалентности, чтобы показать, как может казаться, что пространство расширяется быстрее в пустотах, окружающих наше локальное скопление. Будучи слабыми, такие эффекты, совокупно рассматриваемые в течение миллиардов лет, могут стать значительными, создавая иллюзию космического ускорения и создавая впечатление, будто мы живем в пузыре Хаббла . Еще одна возможность состоит в том, что ускоренное расширение Вселенной — это иллюзия, вызванная нашим относительным движением по отношению к остальной Вселенной, или что использованный размер выборки сверхновых не был достаточно большим.
Теории последствий для Вселенной
По мере расширения Вселенной плотность излучения и обычной темной материи снижается быстрее, чем плотность темной энергии (см. Уравнение состояния ), и, в конечном итоге, темная энергия доминирует. В частности, когда масштаб Вселенной удваивается, плотность материи уменьшается в 8 раз, но плотность темной энергии почти не меняется (она точно постоянна, если темная энергия является космологической постоянной ).
В моделях, где темная энергия является космологической постоянной, Вселенная будет экспоненциально расширяться со временем в далеком будущем, приближаясь к Вселенной де Ситтера . Это в конечном итоге приведет к исчезновению всех свидетельств Большого взрыва, поскольку космический микроволновый фон смещается в сторону более низких интенсивностей и длин волн. В конце концов, его частота станет достаточно низкой, чтобы он был поглощен межзвездной средой и, таким образом, был скрыт от любого наблюдателя в галактике. Это произойдет, когда возраст Вселенной будет меньше чем в 50 раз больше своего нынешнего возраста, что приведет к концу космологии в том виде, в каком мы ее знаем, поскольку далекая Вселенная потемнеет.
Постоянно расширяющаяся Вселенная с ненулевой космологической постоянной имеет плотность массы, уменьшающуюся со временем. В таком сценарии текущее понимание состоит в том, что вся материя будет ионизироваться и распадаться на изолированные стабильные частицы, такие как электроны и нейтрино , при этом все сложные структуры рассеиваются. Этот сценарий известен как « тепловая смерть Вселенной ».
Источник
➤ Adblockdetector