Czy wszechświat zakończy się hukiem czy kaprysem? Para fizyków teoretycznych zaproponowała trzecią drogę: być może wszechświat nigdy się nie skończy.
W badaniach, które próbują określić naturę ciemnej energii — tajemniczego zjawiska, które jak się uważa powoduje, że wszechświat z każdą chwilą rozszerza się coraz szybciej — fizycy stwierdzają, że kosmiczna ekspansja nie jest zawsze czymś oczywistym. Raczej, piszą, ciemna energia może okresowo "włączać się" i wyłączać, czasem powiększając kosmos, czasem go kurcząc, aż warunki będą odpowiednie dla nowego Wielkiego Wybuchu — i dla narodzin nowego wszechświata.
Wielka ucieczka
Nasz wszechświat przeżywa obecnie fazę uciekającej ekspansji: kosmos z każdą chwilą powiększa się coraz szybciej. Kosmolodzy nie rozumieją przyczyny tego przyspieszenia, które nazywają ciemną energią. Jeśli to przyspieszenie się utrzyma, to nasz Wszechświat w końcu rozszerzy się w zapomnienie, a cała materia i promieniowanie zostaną rozerwane.
Nie byłby to pierwszy okres gwałtownego wzrostu. W najwcześniejszych chwilach Wielkiego Wybuchu energie i gęstości były tak ekstremalne, że istniejąca fizyka nie mogła sobie z nimi poradzić — przewiduje ona osobliwość, punkt o nieskończonej gęstości, w którym matematyka się załamuje. Następnie wszechświat doświadczył okresu niewiarygodnie szybkiej ekspansji znanej jako inflacja, która również jest słabo rozumiana.
Astronomowie od dawna zastanawiają się, czy te dwie fazy przyspieszonej ekspansji — jedna w najwcześniejszych momentach Wielkiego Wybuchu, a druga w obecnej epoce — są ze sobą powiązane i czy istota, która napędza obie z nich, pozwala uniknąć problemu osobliwości Wielkiego Wybuchu.
Demony dynamiczne
Aby odpowiedzieć na to pytanie, para fizyków teoretycznych opublikowała 7 lutego w bazie danych preprintów arXiv (otwiera się w nowej karcie) pracę badającą model wszechświata, w którym ciemna energia zawsze odgrywała rolę. Poprzednie badania modelowały ciemną energię jako "włączającą się" w różnych momentach, aby napędzać kosmiczną ekspansję, ale nowe badania proponują bardziej realistyczny model, który obejmuje materię i promieniowanie.
Chcieli sprawdzić, czy ciemna energia może uniknąć osobliwości Wielkiego Wybuchu, napędzić inflację i przyspieszyć późny wszechświat. Aby uniknąć tej początkowej osobliwości, wszechświat nie może rozpocząć się z punktu o nieskończonej gęstości. Zamiast tego, wszechświat w którym żyjemy musiałby być jednym z nieskończonej serii powtarzających się "Wielkich Odbić".
W tym scenariuszu ciemna energia napędza wszechświat, aż osiągnie on pewien rozmiar. Ale wtedy ciemna energia przekształca się, zmuszając wszechświat do skurczenia się. Kosmos doznaje wtedy wielkiego rozpadu, ale tuż przed osiągnięciem stanu nieskończonej gęstości ciemna energia odwraca się ponownie, napędzając okres niewiarygodnie szybkiej inflacji i rozpoczynając cykl od nowa.
Precyzyjnie dostrojony mechanizm
Badacze znaleźli model ciemnej energii, który spełniał tę trifectę. Ale co najważniejsze, materia i promieniowanie nie mogły być obecne w ekstremalnie wczesnym wszechświecie, bo inaczej zepsułyby inflację. Zamiast tego, materia i promieniowanie musiały pojawić się tuż po inflacji, gdy część ciemnej energii rozpadła się, zalewając wszechświat światłem i materią.
Chociaż początkowo udało się, naukowcy nie byli w stanie znaleźć ogólnej klasy modeli ciemnej energii, które zawsze prowadziłyby do tych samych wyników. Zamiast tego musieli sztucznie wprowadzić mniejszą wartość dla obecnego przyspieszonego rozszerzenia niż przewiduje mechanika kwantowa, aby uzyskać dokładnie taki sam wynik.
Jednak nowe badania wskazują na obiecujący kierunek, zapewniając realną platformę do dalszego badania modeli takich jak ten. Ludzie nie są koniecznie skazani na życie w zimnym, pustym kosmosie, ponieważ ciemna energia może zachowywać się inaczej w dalekiej przyszłości. Tylko dalsze badania odkryją nasz ostateczny los.
