Новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, предполагает, что после почти 13,8 млрд лет непрерывного расширения Вселенная вскоре может остановиться, а затем начать медленно сжиматься.
В статье, трое ученых пытаются смоделировать природу темной энергии (загадочной силы, которая заставляет расширяться Вселенную еще быстрее. В модели команды темная энергия - это не постоянная сила природы, а сущность, называемая квинтэссенцией, которая со временем может распадаться.
Исследователи обнаружили, что, хотя расширение Вселенной ускоряется в течение миллиардов лет, отталкивающая сила темной энергии может ослабевать. Согласно их модели, ускорение Вселенной может быстро закончиться в течение следующих 65 миллионов лет, а затем, в течение 100 миллионов лет, Вселенная может вообще перестать расширяться и вступить в эру медленного сжатия, которая закончится через миллиарды лет смертью или перерождением времени и пространства.
В этой теории нет ничего спорного или неправдоподобного, сказал Гэри Хиншоу, профессор физики и астрономии в Университете Британской Колумбии, который не участвовал в исследовании. Однако, поскольку модель опирается только на прошлые наблюдения за расширением, и поскольку нынешняя природа темной энергии во Вселенной такая загадка, предсказания в этой статье в настоящее время невозможно проверить. Пока они могут оставаться только теориями.
Энергия пустоты
С 1990-х годов ученые поняли, что расширение Вселенной ускоряется; сейчас пространство между галактиками расширяется быстрее, чем миллиарды лет назад. Ученые назвали таинственный источник этого ускорения темной энергией - невидимая сущность, которая, кажется, действует вопреки гравитации, отталкивая самые массивные объекты Вселенной дальше друг от друга, а не сближая их.
Хотя темная энергия составляет примерно 70% всей массы-энергии Вселенной, ее свойства остаются полной загадкой. Популярная теория, предложенная Альбертом Эйнштейном, заключается в том, что темная энергия является космологической константой, вплетенной в ткань пространства-времени. Если это так, то сила, создаваемая темной энергией, никогда не может измениться, тогда Вселенная должна продолжать расширяться (и ускоряться) вечно.
Однако конкурирующая теория предполагает, что темная энергия не обязательно должна быть постоянной, чтобы соответствовать наблюдениям за космическим расширением в прошлом. Скорее темная энергия может быть чем-то, что называется квинтэссенцией - динамическим полем, которое меняется со временем.
В отличие от космологической постоянной квинтэссенция может быть как отталкивающей, так и притягивающей, в зависимости от соотношения ее кинетической и потенциальной энергии в данный момент времени.
Смерть темной энергии
В своем исследовании ученые предсказали, как свойства квинтэссенции могут измениться в течение следующих нескольких миллиардов лет. Для этого команда создала физическую модель квинтэссенции, демонстрирующую ее отталкивающую и притягательную силу с течением времени, чтобы соответствовать прошлым наблюдениям за расширением Вселенной. Как только модель группы смогла надежно воспроизвести историю расширения Вселенной, они расширили свои прогнозы на будущее.
К их удивлению, темная энергия в их модели может со временем распадаться. Ее сила может ослабнуть. И если она делает это определенным образом, то в конечном итоге антигравитационное свойство темной энергии исчезает, и она снова превращается во что-то более похожее на обычную материю.
Согласно модели команды, отталкивающая сила темной энергии может находиться в процессе быстрого снижения, которое потенциально началось миллиарды лет назад.
В этом сценарии ускоренное расширение Вселенной уже сегодня замедляется. Вскоре, возможно, через 65 миллионов лет это ускорение может полностью прекратиться, а затем, всего через 100 миллионов лет, темная энергия может стать стягивающей, заставив всю Вселенную начать сжиматься. Другими словами, после почти 14 миллиардов лет роста пространство может начать сжиматься.
Это был бы особый вид сокращения. Вместо того, чтобы расширяться, пространство сжимается очень и очень медленно.
Изначально сжатие Вселенной будет настолько медленным, что любые гипотетические люди, все еще живущие на Земле, даже не заметят изменений. Согласно модели команды, Вселенной потребуется несколько миллиардов лет медленного сжатия, чтобы достичь примерно половины размера, которым она является сегодня.
Что в конце?
Есть два сценария развития событий. Либо Вселенная сжимается до тех пор пока не схлопнется в большом сжатии, заканчивающем пространство-время каким мы его знаем.
Либо Вселенная сжимается ровно настолько, чтобы вернуться в состояние, похожее на первоначальные условия, и произойдет очередной Большой взрыв.
В этом втором сценарии Вселенная следует циклическому образцу расширения и сжатия, сжимается и разжимается, что постоянно разрушает и перестраивает ее. Если это правда, то наша нынешняя Вселенная может быть не первой и не единственной Вселенной, а просто последней в бесконечной серии Вселенных, которые расширялись и сжимались до нашей. И все это зависит от изменчивой природы темной энергии.
К сожалению, нет хорошего способа проверить, реальна ли квинтэссенция или космическое расширение начало замедляться. На данный момент это просто вопрос согласования теории с прошлыми наблюдениями. Ожидает ли наша Вселенная будущее бесконечного роста или быстрого распада, покажет только время.