De Fem Måter Universet Kan Ende

Ser ut i Universet i dag, er det lett å bli helt overveldet av alle som vi kan finne. Stjernene i vår nattehimmelen er bare en liten brøkdel — et par tusen ut av hundrevis av milliarder — av hva som er til stede i vår melkevei., Melkeveien i seg selv er bare en ensom galaxy ut av trillioner til stede i det observerbare Universet, som strekker seg i alle retninger for noen 46 milliarder lysår.

Og det hele begynte noen med 13,8 milliarder år siden fra en varm, tett, raskt voksende tilstand kjent som Big Bang. Det er første øyeblikk der vi kan beskrive Universet vårt, som å være full av materie og stråling, og stepping fremover fra at staten gitt de kjente fysiske lover gjør det mulig for oss å forklare hvordan kosmos fant sin moderne form. Men det er fortsatt voksende, og danner nye stjerner, og utvikler seg. Hvordan vil det ende?, Her er hva vitenskapen har å si.

For en lang tid, forskere som har studert struktur og utviklingen av Universet vurdert tre muligheter, basert på enkel fysikk Generell Relativitetsteori og sammenheng med det ekspanderende Univers. På den ene siden, gravitasjon jobber for å få alt sammen; det er en attraktiv kraft reguleres av materie og energi, i alle sine former, er til stede i Universet. På den annen side, det er den første utvidelsen pris, og arbeider for å drive alt fra hverandre.,

The Big Bang markerer start pistol av de største løp hele tiden: mellom tyngdekraften og utvidelse pris. Som en vil til slutt vinne i vårt Univers? Svaret på det spørsmålet, den klassiske begrunnelsen gikk, bør avgjøre vår Universets skjebne.

Her er hva vi syntes mulighetene var:

1. Universet recollapses i en Big Crunch. Utvidelsen starter raskt, og den store mengden av materie og stråling arbeidet med å trekke alt tilbake sammen. Hvis det er mer enn nok spørsmål-og-energi, Universet utvider seg slik at noen maksimal størrelse, utvidelsen vil snu til nedgang, og Universet vil recollapse.
2. Universet utvider seg for alltid, noe som resulterer i en Stor Fryse., Alt starter ut det samme som ovenfor, bare denne gangen, mengden av materie og energi er tilstrekkelig til å motvirke ekspansjon. Universet holder utvide evig, som utvidelse pris holder slippe, men aldri når null.
3. Universets ekspansjon asymptoter til null. Tenk deg borderline situasjon midt mellom de to ovennevnte eksemplene. Hvis det var ett proton mer, vil vi recollapse, ett færre, og vi vil utvide for alltid. I denne kritiske (eller gullhår og de tre bjørnene) tilfelle, Universet utvider seg alltid, men på den lavest mulig pris.,

Å vite hva som var riktig, alle vi hadde å gjøre var å måle hvor raskt Universet var voksende, og hvordan denne utvidelsen rangere endret seg over tid. Fysikk ville finne ut resten.

Det var en av de store oppdrag i moderne astrofysikk., Måle hastigheten som Universet var voksende, og du vet hvordan stoffet på plass er i endring i dag. Måle hvordan utvidelsen pris har endret seg over tid, og du vet hvordan stoffet på plass endret seg i det siste.

Sette de to biter av informasjon sammen, og hvordan utvidelse pris både er og har også endret lar deg bestemme hva Universet er laget av, og i hvilke forholdstall.

for Å det beste av vår kunnskap, informert av disse målingene, vi har funnet ut at Universet er laget av ca 0.01% stråling, 0.1% neutrinos, 4.,9% normal materie, 27% mørk materie, og 68% mørk energi. Denne søken, som begynte så tidlig som i 1920-årene for noen, fikk et uventet svar i slutten av 1990-tallet.

Så hvis mørk energi dominerer utvidelsen av Universet, hva betyr det for vår skjebne? Det hele avhenger av hvor — eller om — mørk energi utvikler seg med tiden. Her er fem muligheter.

1.) Mørk energi er en utvidelse-dominerende kosmologiske konstant. Dette er standard alternativ gitt best data vi har i dag. Mens saken blir mindre tett som Universet utvider seg, fortynne som volum utvides, mørk energi representerer en ikke-null mengden av energien som ligger til stoffet på plass i seg selv., Som Universet utvider seg, mørk energi tetthet forblir konstant, noe som fører til utvidelse pris til asymptoten ikke til null, men en positiv verdi.

Dette fører til en eksponentielt voksende Universet, og til slutt vil skyve unna alt som ikke er en del av vår lokale gruppe. Allerede, 97% av det synlige Universet er utilgjengelig under disse forholdene.

2.,) Mørk energi er dynamiske, og vokser mer kraftig over tid. Mørk energi ser ut til å være en ny form for energi som er knyttet til plass i seg selv, noe som tyder på at det har en konstant energi tetthet. Men det kan også være i endring over tid. En mulig måte kan det være i endring er at det kan være styrket i omfang, noe som ville føre til at Universets ekspansjon pris til speed opp over tid.

Ikke bare ville fjernere objekter synes å akselerere bort fra oss, og de ville gjøre det i en økende pris., Enda verre, objekter som er nå med tyngdekraft bundet i dag — som galaxy klynger, enkelte galakser, solsystemet, og med atomer — ønsker alle en dag bli ubundne som mørk energi styrket. I de siste øyeblikkene av Universet, subatomære partikler og stoffet på plass selv ville bli revet i stykker. Dette «Big Rip» skjebne er en annen mulighet.

3.) Mørk energi er dynamiske, og henfaller over tid. Hvordan ellers kunne mørk energi endring? I stedet for å styrke det kunne svekke. Kontrollere at utvidelsen pris er konsistent med en konstant mengde energi som tilhører plass i seg selv, men dette energitetthet kunne slippe også.

Dersom den forfaller bort til null, kan det lede til en av de opprinnelige muligheter uttrykt ovenfor: den Store Fryse., Universet vil fortsatt utvide, men uten nok saken og andre former for energi til recollapse.

Dersom den forfaller unna å bli negativ, men det kan føre til en annen av de muligheter: a Big Crunch. Universet kan være fylt med energi iboende plass som plutselig slått tegn og fikk plass til å recollapse. Mens tidsskalaen for disse endringene er nødt til å være mye lenger enn den tiden da Big Bang, kan det fortsatt forekomme.

4.) Mørk energi kan overgang til en annen form for energi, foryngende Universet. Om mørk energi ikke forfall, men i stedet forblir konstant eller til og med styrker, det er en annen mulighet som byr seg. Denne energien, iboende stoffet på plass i dag, kan ikke forbli i form alltid., I stedet, det kan bli omgjort til sak-og-stråling, i likhet med hva som skjedde når kosmisk inflasjon ferdig og varm Big Bang begynte.

Om mørk energi forblir konstant til det punktet, vil det skape en veldig, veldig kaldt og diffuse versjon av hot Big Bang, der bare neutrinos og fotoner kan selv lage. Men om mørk energi øker i styrke, det kan føre til en inflasjon-lignende tilstand, etterfulgt av en ny, virkelig hot Big Bang igjen., Dette er den enkleste måten å forynge Universet, og skaper en syklisk-som sett med parametre, der det nylig skapte Universet får en ny sjanse til å oppføre seg akkurat som oss gjorde.

5.) Mørk energi er knyttet til null-punkt energi av quantum vakuum, og vil forfalle, ødelegge Universet vi kjenner. Dette er den mest destruktive mulighet for alle., Hva om mørk energi er ikke den sanne verdien av tomme rommet i laveste-energi-konfigurasjon, men er resultatet av symmetrier tidlig i Universet etter å ha brutt seg inn på en falsk-minimum konfigurasjon?

Hvis så, det ville være en måte for det å quantum-tunnel til et lavere energi tilstand, endring av lovene i fysikk og ødelegge alle bundne tilstander (dvs., partikler) av quantum felt i dag. Hvis quantum vakuum er ustabil i denne spesielle måten, uansett hvor dette forfallet skjer vil resultere i ødeleggelse av alt i Universet i en boble som strekker seg utover i lysets hastighet., Hvis et slikt signal noensinne har nådd oss, ville det være ledsaget av våre øyeblikkelig ødeleggelse, også.

Selv om vi ikke vet hvilken av disse mulighetene er sant for Universet vårt, dataene er utrolig konsistent med det første alternativet: mørk energi virkelig være en konstant. Akkurat nå er våre observasjoner av hvordan Universet har utviklet seg — spesielt på grunn av den kosmiske mikrobølgeovn bakgrunn stråling og stor skala, og strukturen i Universet — sted stramme begrensninger på hvor mye wiggle-rom det er for mørk energi til å endre.,

Med den kommende bruk av NASA ‘ s flaggskip astrofysikk oppdrag av 2020s, WFIRST, vi er klar for å stramme opp som wiggle-rom med kanskje en annen faktor på 10 eller så. Om mørk energi har noen indikasjoner på at vår skjebne vil være forskjellig fra det vi forventer i dag, at observatoriet vil være den med best sjanse til vitenskapelig avsløre denne nye sannheten om vårt Univers. Inntil da, alle vi har, er mulighetene vi vet å vurdere. Resten er opp til vitenskap.