Kommer universum att sluta med en smäll eller ett gnäll? Ett par teoretiska fysiker har föreslagit en tredje väg: kanske kommer universum aldrig att ta slut.
I en studie som försöker definiera den mörka energins natur — ett mystiskt fenomen som tros orsaka att universum expanderar snabbare och snabbare för varje ögonblick — finner fysikerna att den kosmiska expansionen inte alltid är en självklarhet. Snarare, skriver de, kan den mörka energin periodiskt "slå på och av" och ibland utvidga kosmos, ibland krympa det tills förutsättningarna är goda för att en ny Big Bang ska inträffa — och för att ett nytt universum ska födas.
Den stora flykten
Vårt universum befinner sig för närvarande i en fas av skenande expansion: kosmos blir större och större för varje ögonblick som går. Kosmologerna förstår inte orsaken till denna acceleration, som de kallar mörk energi. Om denna acceleration fortsätter kommer vårt universum så småningom att expandera in i glömska, med all materia och strålning som slits sönder.
Detta skulle inte vara den första perioden med en galopperande tillväxt. I de tidigaste ögonblicken av Big Bang var energierna och tätheterna så extrema att den existerande fysiken inte kan hantera dem — den förutspår en singularitet, en punkt med oändlig täthet där matematiken bryter samman. Därefter upplevde universum en period av otroligt snabb expansion som kallas inflation, som också är dåligt förstådd.
Astronomer har länge undrat om dessa två faser av accelererad expansion — en i de tidigaste ögonblicken av Big Bang och en i den nuvarande epoken — är kopplade till varandra, och om en enhet som driver båda dessa faser undviker problemet med big bang-singulariteten.
Dynamiska demoner
Ett par teoretiska fysiker publicerade den 7 februari en studie i preprint-databasen arXiv (öppnas i ny flik) där de undersökte en modell av universum där mörk energi alltid har spelat en roll. Tidigare forskning har visat att den mörka energin "slås på" vid olika tidpunkter för att driva den kosmiska expansionen, men i den nya forskningen föreslås en mer realistisk modell som inkluderar materia och strålning.
De ville se om mörk energi kan undvika en Big Bang-singularitet, driva på inflationen och påskynda det sena universumet. För att undvika den första singulariteten kan universum inte börja från en punkt med oändlig täthet. I stället måste det universum vi lever i vara ett i en oändlig serie av upprepade "Big Bounces".
I detta scenario driver den mörka energin universum tills det når en viss storlek. Men sedan omvandlar sig den mörka energin och tvingar universum att dra ihop sig. Kosmos drabbas då av en stor knäckning, men precis innan det når ett tillstånd av oändlig täthet vänder den mörka energin om igen, driver en period av otroligt snabb inflation och startar cykeln på nytt.
En finjusterad mekanism
Forskarna hittade en modell av mörk energi som var perfekt. Men det var avgörande att materia och strålning inte fick finnas i det extremt tidiga universum, annars skulle de förstöra inflationen. Istället måste materia och strålning dyka upp strax efter inflationen, när en del av den mörka energin avklingade och universum översvämmades av ljus och materia.
Även om forskarna inledningsvis lyckades hitta en generisk klass av modeller för mörk energi som alltid leder till samma resultat. Istället var de tvungna att artificiellt sätta in ett mindre värde för dagens accelererade expansion än vad kvantmekaniken förutsäger för att få exakt rätt resultat.
Den nya forskningen pekar dock i en lovande riktning och ger en fungerande plattform för ytterligare utforskning av sådana modeller. Människor är inte nödvändigtvis förutbestämda att leva i ett kallt, tomt kosmos, eftersom den mörka energin kanske kommer att bete sig annorlunda i en avlägsen framtid. Endast fortsatt forskning kommer att avslöja vårt slutliga öde.
