Большой разрыв
| Часть серии о |
| Физическая космология |
|---|
 |
В физической космологии Большой Разрыв — это гипотетическая космологическая модель , касающаяся окончательной судьбы Вселенной , в которой материя Вселенной , от звезд и галактик до атомов и субатомных частиц и даже само пространство-время , постепенно разрывается на части в результате расширения. Вселенной в определенный момент в будущем, пока расстояния между частицами не начнут бесконечно увеличиваться. Согласно стандартной модели космологии, масштабный фактор Вселенной ускоряется и в будущую эпоху доминирования космологической постоянной будет увеличиваться экспоненциально. Однако это расширение одинаково для каждого момента времени (отсюда и экспоненциальный закон – расширение локального объема происходит одинаковое количество раз за один и тот же интервал времени) и характеризуется неизменной малой постоянной Хаббла , эффективно игнорируемой любые связанные материальные структуры. Напротив, в сценарии Большого Разрыва постоянная Хаббла увеличивается до бесконечности за конечное время.
Возможность внезапного разрыва сингулярности возникает только для гипотетической материи ( фантомной энергии ) с неправдоподобными физическими свойствами. [1]
Обзор [ править ]
Истинность гипотезы зависит от типа темной энергии , присутствующей в нашей Вселенной . Тип, который мог бы доказать эту гипотезу, — это постоянно растущая форма темной энергии, известная как фантомная энергия . Если темная энергия во Вселенной будет увеличиваться без ограничений, она сможет преодолеть все силы, удерживающие Вселенную вместе. Ключевым значением является состояния уравнение параметра w , соотношение между давлением темной энергии и плотностью ее энергии . Если −1 < w < 0, расширение Вселенной имеет тенденцию ускоряться, но темная энергия имеет тенденцию рассеиваться с течением времени, и Большого Разрыва не происходит. Фантомная энергия имеет w < −1, а это означает, что ее плотность увеличивается по мере расширения Вселенной.
Вселенная, в которой доминирует фантомная энергия, является ускоряющейся Вселенной , расширяющейся со все возрастающей скоростью. Однако это означает, что размер наблюдаемой Вселенной и космологического горизонта событий постоянно сокращается — расстояние, на котором объекты могут влиять на наблюдателя, становится все ближе, а расстояние, на котором могут распространяться взаимодействия, становится все короче. Когда размер горизонта становится меньше, чем любая конкретная структура, никакого взаимодействия каких-либо фундаментальных сил между наиболее удаленными частями структуры не может происходить , и структура «разрывается на части». Ход времени сам остановится. Модель подразумевает, что через конечное время наступит финальная сингулярность, называемая «Большим разрывом», при которой наблюдаемая Вселенная в конечном итоге достигнет нулевого размера, а все расстояния начнут расходиться до бесконечных значений.
Авторы этой гипотезы во главе с Робертом Р. Колдуэллом из Дартмутского колледжа подсчитали, что время от настоящего до Большого Разрыва составит
где w определено выше, H 0 — постоянная Хаббла , а Ω m — современное значение плотности всей материи во Вселенной.
Наблюдения за скоплений галактик скоростью , проведенные рентгеновской обсерваторией Чандра, по-видимому, позволяют предположить, что значение w находится между примерно от -0,907 до -1,075, а это означает, что нельзя окончательно исключить Большой Разрыв. На основании приведенного выше уравнения, если наблюдение определит, что значение w меньше -1, но больше или равно -1,075, Большой Разрыв произойдет самое раннее примерно через 152 миллиарда лет в будущем. [2]
Пример авторов [ править ]
В своей статье авторы рассматривают гипотетический пример с w = -1,5, H 0 = 70 км/с/Мпк и Ω m = 0,3, и в этом случае Большой Разрыв произойдет примерно через 22 миллиарда лет от настоящего времени. В этом сценарии галактики впервые отделятся друг от друга примерно за 200 миллионов лет до Большого Разрыва. Примерно за 60 миллионов лет до Большого Разрыва галактики начали распадаться, поскольку гравитация стала слишком слабой, чтобы удерживать их вместе. Планетарные системы, такие как Солнечная система, потеряют свою гравитационную связь примерно за три месяца до Большого Разрыва, и планеты улетят в быстро расширяющуюся Вселенную. В последние минуты звезды и планеты разорвутся на части, а теперь уже рассеянные атомы будут уничтожены примерно через 10 минут. −19 секунд до конца (сначала атомы будут ионизированы по мере электронов отлета , после чего произойдет диссоциация атомных ядер ). В момент Большого Разрыва даже само пространство-время будет разорвано на части, а масштабный коэффициент будет равен бесконечности. Другие вселенные и вещи, состоящие из вселенных, также будут разорваны на части, и они станут бесконечными. [3]
Наблюдаемая вселенная [ править ]
Данные показывают w , что в нашей Вселенной очень близко к -1, что делает w доминирующим членом в уравнении. Чем ближе w к −1, тем ближе знаменатель к нулю и тем дальше будет Большой Разрыв в будущем. Если бы w было точно равно −1, Большого Разрыва не могло бы произойти, независимо от значений H 0 или Ω m .
Согласно последним доступным космологическим данным, неопределенности все еще слишком велики, чтобы различать три случая w < −1, w = −1 и w > −1. [4] [5]
Более того, почти невозможно измерить значение w точно равное -1 из-за статистических флуктуаций. Это означает, что измеренное значение w может быть сколь угодно близким к -1, но не точно к -1, следовательно, самая ранняя возможная дата Большого Разрыва может быть отодвинута еще дальше с помощью более точных измерений, но Большой Разрыв очень трудно полностью исключить. . [6]
См. также [ править ]
- Big Bounce – Модель происхождения Вселенной
- Большое сжатие – теоретический сценарий окончательной судьбы Вселенной.
- Big Chill – Сценарий будущего, будет ли расширение Вселенной продолжаться вечно или нет.
- Энтропия (стрела времени) – использование второго закона термодинамики, чтобы отличить прошлое от будущего.
- Ложный затухание вакуума – гипотетический вакуум, менее стабильный, чем истинный вакуум.
- Тепловая смерть Вселенной – Возможная судьба Вселенной
- « Последний контакт » – рассказ, описывающий, каким будет Big Rip с повседневной точки зрения.
Ссылки [ править ]
- ^ Эллис, Джордж Франция ; Мартенс, Рой и Маккаллум, Малкольм А.Х. (2012). Релятивистская космология . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета . стр. 146–147 . ISBN 978-0-52138-115-4 .
- ^ Вихлинин А.; Кравцов А.В.; Буренин РА; и др. (2009). «Космологический проект скопления Чандра III: ограничения космологических параметров». Астрофизический журнал . 692 (2): 1060–1074. arXiv : 0812.2720 . Бибкод : 2009ApJ...692.1060V . дои : 10.1088/0004-637X/692/2/1060 . S2CID 15719158 .
- ^ Колдуэлл, Роберт Р.; Камионковски, Марк; Вайнберг, Невин Н. (2003). «Фантомная энергия и космический Судный день». Письма о физических отзывах . 91 (7): 071301. arXiv : astro-ph/0302506 . Бибкод : 2003PhRvL..91g1301C . doi : 10.1103/PhysRevLett.91.071301 . ПМИД 12935004 . S2CID 119498512 .
- ^ «Результаты миссии WMAP за 9 лет» . wmap.gsfc.nasa.gov . Проверено 22 сентября 2017 г.
- ^ Аллен, Юго-Запад; Рапетти, Д.А.; Шмидт, Р.В.; Эбелинг, Х.; Моррис, Р.Г.; Фабиан, AC (2008). «Улучшенные ограничения на темную энергию на основе рентгеновских наблюдений Чандрой крупнейших релаксированных скоплений галактик». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 383 (3): 879. arXiv : 0706.0033 . Бибкод : 2008MNRAS.383..879A . дои : 10.1111/j.1365-2966.2007.12610.x . S2CID 18200810 .
- ^ Кэти Мак (7 октября 2020 г.), Разрывая Вселенную
Внешние ссылки [ править ]
- Прощай, Деннис (17 февраля 2004 г.). «Из космоса: новый взгляд на Судный день» . Нью-Йорк Таймс .
- Девлин, Ханна (3 июля 2015 г.). «Вот так и заканчивается мир: не взрывом, а Большим Разрывом» . Хранитель .
- Мастин, Люк (2009). «Большое сжатие, большое замораживание и большой разрыв» . Физика Вселенной .
