Спросите Итана: может ли тёмная энергия привести к повтору жизненного цикла Вселенной?

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/03/18/ask-ethan-could-dark-energy-recycle-the-universe/#85bb7357d9ef
  • Перевод
image

Есть какое-то сверхъестественное сходство с началом нашей Вселенной – периодом космической инфляции, и определяющим конечную судьбу Вселенной ускоренным расширением тёмной материи. Поневоле начнёшь размышлять, не связаны ли они между собою. На этой неделе я выбрал вопрос читателя Эндрю Жилетта, спрашивающего:
Если верна вечная инфляция, может ли тёмная энергия быть предшественником возвращения к этому изначальному состоянию?

Это не только возможно, тёмная энергия вообще не зависит от правильности теории вечной инфляции. Начнём с этапа, предшествовавшего началу Вселенной и подготовившего его наступление: с космической инфляции.


Температура Вселенной везде одинакова, даже в причинно независимых участках неба

Когда начала своё существование знакомая нам Вселенная – заполненная материей и излучением – некоторые её начальные свойства были довольно странными, и в принципе, они не обязаны были быть именно такими. Она была пространственно плоской, повсюду в ней была одинаковая температура, у неё не осталось реликтов ультравысоких энергий, и она обладала очень специфической картиной регионов повышенной и пониженной плотности. Возможно, что Вселенная родилась именно с такими свойствами, но идея космической инфляции состоит в том, что если Вселенная началась с периода экспоненциального расширения, во время которого пространство обладало внутренней энергией, а затем этот период закончился – то получился бы Большой взрыв именно с такими свойствами. Потребовалось много лет, чтобы правильно просчитать все последствия этой идеи, и ещё больше времени на то, чтобы получить её подтверждение из данных по флуктуациям реликтового излучения. Но теперь, космическая инфляция – это самый первый процесс, доказательства существования которого имеются у нас.



Вечная инфляция – это идея, родственная инфляции, основанная на свойстве, о котором вы, вероятно, редко размышляли. Обычно любой естественный переходный процесс – к примеру, чайник с горячей водой, переходящей от жидкого в газообразное состояние – происходит сразу в нескольких местах, и эти места расширяются и затем сливаются вместе. В случае с кипящей водой мы называем это «перколяцией», появление внизу небольших пузырей, объединяющихся по пути наверх, и к моменту достижения поверхности становящихся уже большими. Но с инфляцией есть проблема: те регионы, в которых инфляция не закончилась, продолжают экспоненциально расширяться, что мешает регионам, где она закончилась, «перколировать». Соответственно, наша обозреваемая Вселенная должна была появиться внутри цельного пузыря, в котором инфляция закончилась, а не из нескольких, слившихся друг с другом пузырьков.



Но на противоположном конце спектра существует факт ускорения расширения Вселенной. Лучшее объяснение ему, соответствующее измеряемой реальности с наивысшей из доступных нам точностью, состоит в том, что самому пространству присуща небольшая энергия: мы называем её тёмной энергией. Эта энергия вездесуща, она одинаково присутствует во всех местах, и она чрезвычайно мала: если преобразовать её в массу через эйнштейновское E = mc2, получится эквивалент одного протона на кубический метр. Но пространство не только огромно, оно ещё и расширяется! Так что, со временем, эта тёмная энергия становится всё важнее, и в результате, после 8 миллиардов лет, она привела к ускорению расширения Вселенной, и позже стала доминирующей энергией.



Эти два периода могут казаться разными: инфляция и ускоренное расширение через какое-то время после начала. Действительно, порядок энергий различается примерно в 10120 раз, то есть, чрезвычайно! Но оба они имеют дело с энергией, присущей самому пространству, оба они заставляют ткань космоса экспоненциально расширяться, и со временем, – от долей секунды в случае инфляции, до триллионов лет в случае тёмной энергии – они разнесут далеко в стороны всё, что не связано в цельную структуру. Существует великое множество моделей, пытающихся объединить эти процессы, известных как квинтэссенция.

Так каковы же возможности Вселенной по повторению цикла своего существования? Пока что есть два неплохих кандидата.



1) Если тёмная энергия – это космологическая константа, она может оказаться остаточной энергией от периода инфляции, с которого всё началось. В таком случае нет причин, по которым она по прошествии времени не может распасться до ещё более низкого энергетического состояния. Возможно, это породит огромное количество частиц чрезвычайно малой массы, таких, как нейтрино, аксионы или что-нибудь ещё более экзотическое, что, вероятно, сможет объединиться вместе, сформировать свои аналоги звёзд, планет или даже людей на достаточно больших временных масштабах. Только то, что это недоступно нам, не означает, что это невозможно, и это одна из вероятных судеб Вселенной на больших масштабах времени, даже если для её наступления потребуются гуголы лет.

2) Тёмная энергия может и не быть космологической константой, но может увеличивать её силу со временем. В таком случае она будет продолжать расти, что приведёт к сценарию «большого разрыва», в котором каждая связанная структура Вселенной в итоге будет разорвана. Но по сценарию Эрика Гавизера [Eric Gawiser] возможно, что в самый последний момент – когда само пространство уже будет готово разорваться – эта присущая пространству энергия, неотличимая от инфляции, совершит переход в горячий Большой взрыв! Сценарий «восстановленной» Вселенной может быть реальностью не только для нашего далёкого будущего, но и для нашего прошлого – из-за него Вселенная может оказаться гораздо старше, чем выглядит, и может быть, даже бесконечно старой!



Пока что лучшие из имеющихся у нас доказательств указывают на то, что тёмная энергия – это космологическая константа, т.е. 2-й сценарий не работает. Если не существует никакого более низкого энергетического состояния, то и 1-й сценарий исключается – но пока что у нас нет достаточно сведений, чтобы исключить любой из них. Если бы мне пришлось выбирать, я бы сказал, что переход на более низкий уровень энергии более вероятен, но имеющиеся у нас данные лучше поддерживают идею тёмной энергии как настоящей космологической константы. Но пока это точно не подтвердится, необходимо быть готовым к любым возможностям!

Миссии EUCLID, WFIRST и LSST помогут нам измерить тёмную энергию с ещё большей точностью, что должно предоставить аргументы за или против двух упомянутых возможностях, а наработки в теоретической физике высоких энергий могут больше рассказать нам о первой возможности. В любом случае ответ на вопрос Эндрю такой, что тёмная энергия может возвещать возвращение горячего Большого взрыва после состояния, напоминающего инфляцию, но это не зависит от вечной природы самой инфляции!
  • +13
  • 12,8k
  • 4
Поделиться публикацией
Ой, у вас баннер убежал!

Ну. И что?
Реклама
Комментарии 4
    –1

    Учёные пытаются предвидеть будущее Вселенной, не зная, откуда она взялась. И не зная, почему она ведёт себя так в настоящем. Им не известно, почему её космическая среда — пространство/эфир/вакуум — расширяется с ускорением и при этом сохраняет свою плотность. Поэтому прежде чем заглядывать в будущее Вселенной, не мешало бы лучше понять её настоящее — данное свойство космической среды.


    Почему никто из космологов не предлагает обсудить какую-нибудь другую среду с аналогичным поведением? Пусть с меньшим числом измерений, если так проще для наглядности? Представляют же гравитационное искривление пространства массивным телом в виде горизонтальной упругой плёнки, продавленной вниз тяжёлым шаром, находящимся на этой плёнке. Может, для понимания природы космической среды как раз не хватает наглядности. С наглядной аналогией легче было бы найти решение проблемы космологической постоянной. И будущее Вселенной обрисовалось бы точнее.


    Я уже в первой публикации предложил такую аналогию: растущая на поверхности пруда плёнка растений ряски. Эта среда расширяется не только в двумерном пространстве, но и во времени. Расширяется при сохранении своей плотности, потому что в неё постоянно и повсеместно внедряются новые растения ряски, а образуются они за счёт дополнительного 4 измерения — пространства воды и воздуха — поставщика молекул для новых растений.
    Аналогия довольно точная. У расширяющейся плёнки ряски есть своя "космологическая постоянная" — плотность среды, значение которой задаётся сопротивлением внешней для ряски среды. Пока сопротивление минимально, оно вызвано, допустим, поверхностным натяжением воды, и поэтому расширение ряски можно считать свободным. Но оно может начать расти, если плёнка упрётся в берега водоёма. Или если её расширение ограничат другие соседние плёнки, расширяющиеся ей навстречу.


    Такая аналогия показывает, что и космологическая постоянная может расти, если расширение нашей Вселенной ограничат соседние вселенные, сдавив её своими плотными средами. Тогда начнётся упомянутый здесь сценарий Эрика Гавизера [Eric Gawiser]: "в самый последний момент – когда само пространство уже будет готово разорваться – эта присущая пространству энергия, неотличимая от инфляции, совершит переход в горячий Большой взрыв!"


    Только это будет Большой взрыв для более масштабной вселенной — макровселенной, чьё пространство образовано из взаимно сжатых вселенных, соразмерных нашей. Плотность их сред продолжит расти за счёт 5 измерения, которое подобно 4 измерению в аналогичном росте плотности и расширении плёнки ряски. И только после достижения критической плотности их сред и всего их объёма — среды макровселенной — начнётся её Большой взрыв.


    Таким же образом возникла и наша, в частности Вселенная — путём перехода свободно расширявшихся микровселенных во взаимно сжатое состояние. С их известным для многих разделением на разумные и неразумные, вскоре безжизненные микровселенные. С их мгновенной связью, которая у них есть согласно общему закону эволюции материи. И которую мы фиксируем у частиц в запутанном состоянии. Пора уже переходить в их понимании от Копенгагенской интерпретации к новой. Общий закон эволюции позволяет обойти барьер неопределённости Гейзенберга.

      +1
      У Роджера Пенроуза, есть теория, что полностью умершая тепловой семртью вселенная, наполненная только фотонами крайне низкой энергии, в которой исчезли все частицы имеющие массу покоя, ничем не отличается от вселенной в момент завершения инфляции. А вопрос чудовищной разницы в плотности энергии, есть лишь вопрос нормировки: так как в отсутствии массивных частиц понятие времени теряет смысл. То есть ли нет бозонов то и померить энергию фотона нечем, а значит и говорить о скорости света, массе и тп бесмысленно. Пенроуз ставит знак тождества между двумя состояниями. То есть невероятно плотная вселенная в начале времен и пустое плоское пространство в конце невозможно отличить друг от друга, потому как не с чем сравнить, нет ни электронов ни кварков. Далее по Пенроузу, спонтанно запускается механизм Хиггса, во вселенной рождается масса, время появляются массивные частицы, материя, звезды, черные дыры, галактики и все повторяется.
      То есть каждую «вечность» кто то убирает из модели бесконечное количество нулей, дает вселенной нового пинка.
      Собственно лекция Пенроуза: https://youtu.be/5lB9m49zUag
        0
        А может вселенная не расширяется, а наоборот, скатывается в одну большую сингулярность.
          –1
          Все это так похоже на компьютерную симуляцию. Нам словно говорят, вот ваши рамки E=mc2, а все остальное не для вас. Что на квантовом уровне, что на обьектах больших масс таких как галактик.

          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

          Самое читаемое