Ученые спорят о том, как выглядит будущее космоса и перестанет ли космос когда-нибудь становиться все больше и больше
С Земли ночное небо выглядит довольно статичным. Конечно, звезды вращаются из вечера в вечер, и планеты движутся между ними. Но с земной точки зрения небесная сфера кажется практически неизменной.
Однако восприятие - это не реальность: наши глазные яблоки не замечают, что за пределами ближайших планет, звезд и галактик все удаляется от нас. Вселенная постоянно расширяется — все более быстрыми темпами.
“Когда мы говорим, что вселенная расширяется, мы имеем в виду нечто довольно буквальное”, - говорит Дэн Сколник, адъюнкт-профессор физики Университета Дьюка, который изучает этот космический рост. “Я думаю, это немного отличается от того, как люди думают об этом. Но мы имеем в виду, что расстояние, на котором объекты удаляются от нас — особенно другие галактики — увеличивается ”.
В настоящее время ученые не знают, будет ли это расширение продолжаться бесконечно, а если да, то будет ли оно ускоряться до бесконечности. конечное состояние вселенной — будет ли она расширяться так быстро, что разорвется на части, продолжит ли спокойно увеличиваться и остывать или в конечном итоге обратится вспять и замкнется в себе — будет определяться балансом темной материи, темной энергии и обычной материи и энергии в космосе. Две неизвестные, или темные, части этого уравнения составляют 95 процентов Вселенной, и их природа продолжает ускользать от ученых, которые не знают, как вклад этих компонентов в историю жизни Вселенной может меняться со временем.
Около 100 лет ученые знали о космическом расширении и о том, что оно было следствием большого взрыва — когда вся материя и энергия во вселенной взорвалась (хотя это несовершенная метафора) из одной плотной горячей точки и распространилась наружу, расширяя по ходу движения само пространство. Ученые ожидали, что это расширение замедлится по мере старения Вселенной; гравитационное притяжение между частицами материи будет действовать как тормоз. И это было правдой — какое-то время. Но это был не конец истории.
Люди — с начала нашего существования и по сегодняшний день — похоже, живут как раз в ту космическую эпоху, когда замедление расширения переросло в ускорение. Астрономы обнаружили этот переворот, хотя им потребовалось некоторое время. “К концу прошлого столетия [точнее, к 1998 году] мы начали понимать, что Вселенная не просто расширяется”, - говорит Сколник. “Это ускоряет ее расширение”.
Объяснение такого нажатия на педаль газа несколько неудовлетворительно. Это вызвано присутствием “темной энергии”, термина, который описывает то, что происходит, но не почему. “Это то, чего мы до сих пор не понимаем на уровне фундаментальной физики”, - говорит Венди Фридман, профессор астрономии и астрофизики Чикагского университета. “Что вызывает это ускорение?”
Темная энергия пронизывает пустую часть Вселенной — вакуум. Чем бы “это” ни было, оно создает силу отталкивания, которая раздвигает все на части и притягивает к себе вопреки силе тяжести. “Чем больше становится места, тем больше предметов отталкивается друг от друга, - говорит Сколник, - а это значит, что Вселенная будет расширяться все быстрее и быстрее, а предметы будут отталкиваться друг от друга все быстрее и быстрее”.
Чтобы понять, как выглядит космическое расширение прямо сейчас, ученые могут наблюдать астрономические сигналы для измерения так называемой постоянной Хаббла. Это число отражает текущую скорость раздувания Вселенной.
У ученых есть несколько методов определения этого числа. Подходы включают наблюдение за сверхновыми и переменными звездами в далеких галактиках и измерение скорости их удаления, а также расстояния до них. В 1990-х годах Фридман возглавлял совместную работу под названием "Ключевой проект космического телескопа Хаббла", в рамках которой постоянная Хаббла была рассчитана точнее, чем кто-либо прежде.
Но в последние годы астрономы обнаружили, что этот расчет — и результаты различных команд, включая сверхновую Н0 группы Сколника для уравнения состояния (SH0ES), — не соответствуют постоянной Хаббла, которую другие ученые рассчитали на основе данных за первые годы существования Вселенной, задолго до того, как когда-либо зарождались сверхновые и переменные звезды.
Это несоответствие называется “хаббловским напряжением" Это может указывать на проблему с тем, как исследователи брали или интерпретировали данные — или это может быть вселенная, кричащая на ученых, что они не понимают ее эволюции, что означало бы, что они также не могут предсказать ее судьбу. “Если это настоящее разногласие, то оно действительно важно”, - говорит Фридман. “Потому что это предполагает, что существует физика, о которой мы не знаем”.
Долгое время, говорит Сколник, у ученых была история расширения Вселенной — и связанного с ней массива темной материи, темной энергии и светлой материи и энергии, — которая имела смысл. Но сейчас, по его словам, повествование не совсем складывается. “Эта история о том, что привело нас в это место, затем определит нашу конечную судьбу — как вселенная продолжает расти, продолжает меняться”, - продолжает он. Чтобы узнать истинный конец истории, ученым, возможно, придется пересмотреть средние главы.
Если базовая картина физиков о том, как устроена Вселенная, верна, нас ждет большая заморозка: космос будет расширяться умеренно быстрее, материя будет распространяться, звезды умрут, новые звезды не смогут образоваться, и космос со стоном погрузится во тьму и холод.
Если, с другой стороны, темная энергия работает не так, как мы предлагаем, мы, возможно, движемся к другому концу. Если, например, ее сила меняется со временем и становится сильнее по мере развития Вселенной, нас ждет большой разрыв: вселенная будет расширяться достаточно быстро, чтобы разорвать саму себя на части. “В любом случае, ответ на первоначальный вопрос - да, вы расширяетесь вечно”, - говорит Сколник. “Это просто своего рода вопрос насилия”.
Но с этим согласны не все. Пол Стейнхардт, физик-теоретик из Принстонского университета, говорит, что теоретические формы темной энергии могут зависеть от времени по-другому. “Это происходит от того, что вселенная ускоряет свое расширение, к тому, что в конечном итоге замедляет его расширение, к тому, что в конечном итоге оно останавливается, а затем начинает сжиматься”, - говорит он. Это называется большим сжатием. В некоторых космологических моделях, которые исследует Стейнхардт, сжатие может снова превратиться в расширение и создать своего рода циклическую вселенную.
Суть, как предполагают все эти возможности, в том, что никто не знает наверняка. “Мы потеряли эту предсказуемость”, - говорит Фридман.
Однако она надеется, что новый космический телескоп Джеймса Уэбба может дать некоторые ответы благодаря своей способности видеть дальше и лучше, чем предыдущие инструменты. “Я думаю, наука развивается таким образом”, - говорит Фридман. “Мы пока не понимаем, что происходит. И иногда на это уходит очень много времени”.
Источник:https://www.scientificamerican.com/article/will-the-universe-ever-stop-expanding1/
