Закончится ли Вселенная взрывом или хныканьем? Пара физиков-теоретиков предложила третий путь: возможно, Вселенная никогда не закончится.
В исследовании, посвященном попытке определить природу темной энергии — загадочного явления, которое, как считается, заставляет Вселенную расширяться с каждым мгновением все быстрее и быстрее — физики обнаружили, что космическое расширение не всегда является само собой разумеющимся. Скорее, пишут они, темная энергия может периодически "включаться" и выключаться, то расширяя космос, то сжимая его, пока не возникнут условия для нового Большого взрыва — и для рождения новой Вселенной.
Великий побег
В настоящее время наша Вселенная переживает фазу ускоренного расширения: с каждым мгновением космос становится все больше и больше. Космологи не понимают причину этого ускорения, которое они называют темной энергией. Если это ускорение сохранится, то наша Вселенная в конце концов превратится в небытие, а вся материя и излучение будут разорваны на части.
Это был бы не первый период беглого роста. В самые ранние моменты Большого взрыва энергия и плотность были настолько экстремальными, что существующая физика не смогла с ними справиться — она предсказывает сингулярность, точку бесконечной плотности, где математика разрушается. После этого Вселенная пережила период невероятно быстрого расширения, известный как инфляция, который также плохо изучен.
Астрономы давно задаются вопросом, связаны ли эти две фазы ускоренного расширения — одна в самые ранние моменты Большого взрыва, а другая в нынешнюю эпоху — друг с другом, и может ли существо, управляющее обеими фазами, избежать проблемы сингулярности Большого взрыва.
Динамические демоны
Чтобы ответить на этот вопрос, пара физиков-теоретиков опубликовала 7 февраля в базе данных препринтов arXiv (открывается в новой вкладке) исследование, в котором рассматривается модель Вселенной, в которой темная энергия всегда играла определенную роль. В предыдущих исследованиях темная энергия "включалась" в разное время, чтобы стимулировать космическое расширение, но в новом исследовании предлагается более реалистичная модель, включающая материю и излучение.
Они хотели выяснить, может ли темная энергия избежать сингулярности Большого взрыва, привести к инфляции и ускорить развитие поздней Вселенной. Чтобы избежать начальной сингулярности, Вселенная не может начаться из точки с бесконечной плотностью. Вместо этого Вселенная, в которой мы живем, должна быть одной из бесконечной серии повторяющихся "Больших скачков".
В этом сценарии темная энергия движет Вселенной, пока она не достигнет определенного размера. Но затем темная энергия трансформируется, заставляя Вселенную сжиматься. Затем космос терпит большой крах, но прямо перед достижением состояния бесконечной плотности темная энергия снова разворачивается, вызывая период невероятно быстрой инфляции и начиная цикл заново.
Тонко настроенный механизм
Исследователи нашли модель темной энергии, которая выполняет триединую задачу. Но, что очень важно, материя и излучение не могли присутствовать в чрезвычайно ранней Вселенной, иначе они испортили бы инфляцию. Вместо этого материя и излучение должны были появиться сразу после инфляции, когда часть темной энергии распадалась, наполняя Вселенную светом и материей.
Несмотря на первоначальный успех, исследователи не смогли найти общий класс моделей темной энергии, которые всегда приводили бы к одинаковым результатам. Вместо этого им пришлось искусственно вводить меньшее значение для современного ускоренного расширения, чем предсказывает квантовая механика, чтобы получить точный результат.
Однако это новое исследование указывает на перспективное направление, обеспечивая жизнеспособную платформу для дальнейшего изучения подобных моделей. Людям не обязательно суждено жить в холодном, пустом космосе, потому что в далеком будущем темная энергия может повести себя по-другому. Только дальнейшие исследования позволят выяснить нашу окончательную судьбу.
