След близо 13,8 милиарда години непрекъснато разширение Вселената може скоро да спре и след това да започне бавно да се свива, предполага ново изследване, публикувано в списание PNAS.
В него трима учени се опитват да моделират природата на тъмната енергия - мистериозна сила, която, изглежда, кара Вселената да се разширява все по-бързо - въз основа на минали наблюдения на космическото разширение. В модела на изследователите тъмната енергия не е постоянна сила на природата, а същност, наречена квинтесенция, която може да се разпадне с времето.
Изследователите са открили, че независимо че разширението на Вселената се ускорява вече милиарди години, отблъскващата сила на тъмната енергия може да отслабва. Според техния модел ускорението на Вселената може да приключи бързо през следващите 65 милиона години – след това, в рамките на 100 милиона години, Вселената може напълно да спре да се разширява и вместо това да влезе в епоха на бавно свиване, което ще приключи милиарди години по-късно с смърт - или може би с прераждане - на времето и пространството.
И всичко това може да се случи "удивително" бързо, казва съавторът на изследването Пол Щайнхард, директор на центъра за теоретични науки в Принстънския университет в Ню Джърси.
„Ако се върнем 65 милиона години назад, то именно тогава Чиксулубският метеорит е ударил Земята и е унищожил динозаврите - казва Щайнхард пред Live Science. - В космически мащаби 65 милиона години са удивително кратък срок."
Няма нищо противоречиво или неправдоподобно в тази теория, отбелязва Гари Хиншоу, професор по физика и астрономия в Университета на Британска Колумбия, който не е участвал в изследването. Но тъй като моделът се основава само на минали наблюдения на разширението - и тъй като природата на тъмната енергия във Вселената е такава мистерия - прогнозите, съдържащи се в тази работа, в момента не могат да бъдат проверени. Засега те могат да останат само теории.
Енергията на празнината
През 90-те години на миналия век учените осъзнават, че разширяването на Вселената се ускорява; пространството между галактиките сега се разширява по-бързо, отколкото преди милиарди години. Учените назовават за тайнствен източник на това ускорение тъмната енергия - невидима същност, която, изглежда, действа въпреки гравитацията, отблъсквайки най-масивните обекти във Вселената по-далеч един от друг, вместо да ги привлича един към друг.
Въпреки че тъмната енергия съставлява приблизително 70% от общата маса-енергия на Вселената, нейните свойства остават пълна загадка. Популярна теория, изложена от Алберт Айнщайн, гласи, че тъмната енергия е космологична константа - неизменна форма на енергия, която е вплетена в тъканта на пространство-времето. Ако това е така и силата, упражнявана от тъмната енергия, никога не може да се измени, тогава Вселената трябва да продължи да се разширява (и ускорява) вечно.
Но конкурентна теория предполага, че тъмната енергия не трябва задължително да е постоянна, за да бъде в съответствие с наблюденията на миналото космическо разширение. По-скоро тъмната енергия може да бъде нещо, наречено квинтесенция - динамично поле, което се променя с времето. Щайнхард е един от тримата учени, представили тази идея в статия през 1998 г. в списанието Physical Review Letters.
За разлика от космологичната константа квинтесенцията може да бъде едновременно отблъскваща и привличаща, в зависимост от съотношението на нейната кинетична и потенциална енергия в даден момент от времето. През последните 14 милиарда години квинтесенцията е била отблъскваща. Но през по-голямата част от този период тя е допринесла малко за разширението на Вселената в сравнение с радиацията и материята, казва Щайнхард. Всичко се е променило преди около пет милиарда години, когато квинтесенцията се е превърнала в доминиращ компонент и нейното гравитационно отблъскване е довело до ускорено разширение на Вселената.
„Въпросът, който повдигаме в тази статия, е: „Трябва ли това ускорение да продължава вечно? - казва Щайнхард. - И ако не, какви са алтернативите и колко скоро всичко може да се промени?"
Смъртта на тъмната енергия
В своето изследване Щайнхард и неговите колеги - Анна Иджас от Нюйоркския университет и Козмин Андрей от Принстън, прогнозират как свойствата на квинтесенцията могат да се променят през следващите няколко милиарда години. За да направи това, екипът създал физически модел на квинтесенцията, показващ нейната отблъскваща и привличаща сила с течение на времето, за да съответства на миналите наблюдения на разширението на Вселената. След като моделът на екипа успял достоверно да възпроизведе историята на разширението на Вселената, те разшириха своите прогнози върху бъдещето.
„За тяхна изненада тъмната енергия в техния модел може да се разпадне с времето - казва Хиншоу. - Нейната сила може да отслабне. И ако това се случи по определен начин, то в крайна сметка антигравитационното свойство на тъмната енергия ще изчезне и тя отново ще се превърне в нещо подобно на обикновена материя."
Според модела на учените, отблъскващата сила на тъмната енергия може да се намира в процес на бърз спад, който потенциално е започнал преди милиарди години.
При този сценарий ускореното разширение на Вселената вече се забавя. Скоро, може би в рамките на около 65 милиона години, това ускорение може да спре напълно - тогава, след още 100 милиона, тъмната енергия може да стане привличаща, което ще доведе до свиване на цялата Вселена. С други думи, след близо 14 милиарда години на растеж Космосът може да започне да се свива.
"Това ще бъде особен вид свиване, което ние наричаме бавно свиване - казва Щайнхард. - Вместо да се разширява, пространството се свива много, много бавно."
Първоначално свиването на Вселената ще бъде толкова бавно, че всички хипотетични хора, които все още живеят на Земята, дори не биха забелязали промяна, обяснява Щайнхард. Според модела на екипа ще са необходими няколко милиарда години бавно свиване, за да достигне Вселената около половината на днешния си размер.
Краят на Вселената?
След това може да се случи едно от тези две събития, продължава Щайнхард. Или Вселената ще се свие, докато не се срути върху себе си в голямо "хрускане", слагайки край на пространство-времето, каквото го познаваме, или Вселената ще се свие толкова, че да се върне в състояние, подобно на изходното, и ще настъпи още един Голям взрив - или голям "отскок" - създаване на нова вселена от пепелта на старата.
Във втория сценарий (който Шайнхард и колегите му са описали в статия, публикувана през 2019 г. в списание Physics Letters B), Вселената следва цикличен модел на разширение и свиване, хрускане и отскачане, който непрекъснато я свива и преработва. Ако това е вярно, тогава настоящата ни Вселена може да не е първата или единствената, а само последната в безкрайна поредица от вселени, които са се разширявали и свивали преди нашата, казва Щайнхард. И всичко това зависи от променливата природа на тъмната енергия.
Колко правдоподобно е всичко това? Според Хиншоу интерпретацията на квинтесенцията в новата статия е „съвършено разумно предположение за това какво е тъмната енергия“. Тъй като всички наши наблюдения на космическото разширяване идват от обекти, които са на милиони до милиарди светлинни години от Земята, съществуващите данни могат да информират учените само за миналото на Вселената, но не за нейното настояще или бъдеще, добавя той. Така че напълно е възможно Вселената вече да върви към свиване и ние няма да можем да разберем за това, докато не започне фазата на свиване.
„Мисля, че всичко се свежда до това за колко убедителна смятате тази теория, и, което е по-важно, за колко проверима я смятате?“ — добавя Хиншоу.
За съжаление, няма надежден начин да се провери дали квинтесенцията съществува, или космическото разширение е започнало да се забавя, признава Щайнхард. Засега остава само да се съпостави теорията с минали наблюдения - и авторите са направили това в новата си работа. Какво очаква нашата Вселена в бъдеще – безкраен ръст или бързо свиване – ще покаже само времето.
ВИЖТЕ ОЩЕ: Съществуват ли двойник на Земята и паралелна вселена: физиците имат отговор
