Als we iets precies weten over ons universum, is het dat het niet-statisch is en in de loop van de tijd verandert. Wat heeft de toekomst voor haar in petto?
Tegenwoordig hebben we een standaard kosmologisch model dat de geschiedenis van het universum goed beschrijft, bijna vanaf het moment van zijn geboorte tot aan onze tijd. Bovendien is er nu geen serieuze reden om aan te nemen dat dit model niet als basis kan dienen voor het voorspellen van de daaropvolgende evolutie van onze wereld. Toegegeven, het heeft concurrenten die totaal verschillende scenario's voor toekomstige evenementen bieden. We hebben echter nog geen observatiegegevens die erop zouden duiden dat het echt nodig is om niet alleen het standaardmodel te herzien, maar zelfs serieus te corrigeren.
Leegte of stukjes
Nu over de toekomst. Uit het standaardmodel volgt dat in de zeer verre toekomst de rol van de zwaartekracht praktisch zal verdwijnen en de expansiesnelheid van het heelal exponentieel zal toenemen. De ruimte wordt leeg, en sneller en sneller. Deze snelheid zal echter altijd monotoon toenemen, van het huidige tijdperk tot het einde der tijden. Het standaardmodel sluit scenario's uit waarin het vacuüm zijn stabiliteit verliest en zijn energiedichtheid in een eindige tijd naar oneindig springt. In dit geval zal de expansiesnelheid van het heelal ook neigen naar oneindig, wat zal leiden tot het scheuren en verdwijnen van alle materiële objecten - van sterrenstelsels en sterren tot atomen en atoomkernen. Sommige concurrenten van het standaardmodel voorspellen deze uitkomst, maar astronomen hebben geen gegevens om deze theorieën te ondersteunen. Eerlijk,Ik neem ze zelf niet serieus, ze zijn gebaseerd op zeer ongebruikelijke fysica. Het standaardmodel is het uitstekend eens met de waarnemingen, en het heeft geen zin om ervan af te zien.
De versnellende uitdijing van het heelal betekent alleen maar een toename van de uitdijingssnelheid van sterrenstelsels. Omdat de dichtheid van donkere energie niet zal veranderen, zal het niet in staat zijn om sterrenstelsels en andere gravitatie-stabiele structuren te vernietigen die het in het huidige tijdperk niet verhindert. Dit betekent natuurlijk niet dat de sterrenstelsels zelf zullen blijven in de vorm waarin ze nu bestaan. Na verloop van tijd zullen alle sterren fusiebrandstof verbranden en veranderen in witte dwergen, neutronensterren of zwarte gaten. De gaten zullen groeien, met elkaar versmelten en stellaire restanten en interstellair gas opslokken. Deze en andere destructieve processen zullen echter plaatsvinden zonder de deelname van donkere energie.
Lokaal nieuws
Promotie video:
Dus wat staat ons eigen Melkwegstelsel te wachten, de Melkweg? Hij nadert het aangrenzende grote spiraalstelsel Andromeda - nu met een snelheid van 110 km / s. Over 6 miljard jaar zullen beide sterrenstelsels samensmelten en een nieuwe sterrenhoop vormen, Milcomedou. De zon zal binnen Milcomed blijven, om vervolgens naar zijn periferie te bewegen in vergelijking met zijn huidige positie in de Melkweg. Door een interessant toeval zal het op dat moment waterstof als brandstof verbranden en het pad van cataclysmische veranderingen ingaan, die zullen eindigen in zijn transformatie in een witte dwerg.
Tot nu toe hebben we gesproken over een redelijk nabije toekomst. Na stabilisatie zal Milcomed de zwaartekrachtstabiliteit gedurende gigantische tijdsperioden behouden, minstens duizend keer de huidige leeftijd van het heelal. Maar ze zal veel eerder alleen zijn. Over ongeveer 100 miljard jaar of iets later zullen alle verre sterrenstelsels die we vandaag kunnen observeren, aan het firmament verdwijnen. Tegen die tijd zal de snelheid van hun expansie, veroorzaakt door de expansie van het heelal, de lichtsnelheid overschrijden, zodat de fotonen die ze uitzenden nooit Milcomed zullen bereiken. In de taal van de kosmologie zullen sterrenstelsels onomkeerbaar voorbij hun waarnemingshorizon gaan. Hun schijnbare helderheid zal afnemen en uiteindelijk zullen ze allemaal vervagen en uitgaan. Waarnemers in Milcomed zullen dus alleen haar eigen sterren zien - natuurlijk alleen degenen die tegen die tijd nog licht zullen uitstralen. De lichtste rode dwergen zullen het langst actief blijven, maar over maximaal 10 triljoen jaar zullen ze ook beginnen te sterven.
Standaard Universum
Het standaardmodel beweert dat het heelal in onze tijd verandert onder invloed van twee hoofdfactoren: de zwaartekracht van gewone en donkere materie en het antizwaartekrachteffect van niet-nul-vacuümenergie, die gewoonlijk donkere energie wordt genoemd.
In de vroege jeugd van het heelal leverde ook de energie van elektromagnetische straling en neutrino-fluxen een belangrijke bijdrage aan de evolutie ervan. Nu is zijn rol erg klein, omdat de dichtheid van stralingsenergie extreem laag is en bovendien constant daalt als gevolg van de uitbreiding van de ruimte. Tegelijkertijd blijft de dichtheid van donkere energie, zoals die in het standaardmodel verschijnt, constant. Het neemt niet af met de uitbreiding van het heelal en is al drie keer hoger dan de monotoon dalende dichtheid van gewone en donkere materie. Daarom veroorzaakt donkere energie een versnelde uitdijing van het universum, die niet kan worden ingeperkt door de afnemende zwaartekracht van sterrenstelsels en het intergalactische medium.
Strategische plannen
Wanneer de leeftijd van het universum een biljoen jaar bereikt, zal de golflengte van de CMB gelijk zijn aan zijn grootte. Dan, en nog meer later, zullen geen detectoren deze ultrakoude fotonen kunnen registreren. Daarom zullen waarnemers, hoe perfect hun instrumenten ook zijn, de straling van het relikwie niet kunnen gebruiken als bron van astronomische informatie.
Nu ligt de piek van het spectrum van deze fotonen in het microgolfbereik, en ze worden gemakkelijk gedetecteerd door onze apparatuur, die de belangrijkste informatie verschaft over de vroege geschiedenis van het heelal. De verre toekomst gaat veel verder dan het standaard kosmologische model. We kunnen redelijkerwijs aannemen dat groeiende zwarte gaten een aanzienlijk deel van zowel baryonische als donkere materie zullen absorberen, maar wat zal er gebeuren met het overblijfsel ervan, verspreid over de uitgestrekte ruimte?
De natuurkunde beweert dat elektronen niet onderhevig zijn aan enige vorm van verval, maar die zekerheid bestaat niet over protonen. Volgens moderne gegevens mag de halfwaardetijd van een proton niet minder zijn dan 1034 jaar - dit is veel, maar nog steeds niet de eeuwigheid. We kennen ook het lot van donkere materiedeeltjes op lange termijn niet, die nog helemaal niet zijn ontdekt. De meest waarschijnlijke voorspelling van de ultra verre toekomst komt neer op het feit dat het heelal extreem leeg en koel zal worden tot bijna het absolute nulpunt.
Hoe dit precies zal gebeuren is nog onbekend, hier is het aan de fundamentele fysica. De toekomst op een schaal van een biljoen jaar is echter vrij voorspelbaar op basis van het standaardmodel. Als er in het vacuüm nieuwe eigenschappen worden ontdekt, moet dit scenario natuurlijk worden herzien, maar dit is al buiten speculatie.
Avi Loeb, professor, hoofd van de afdeling astronomie aan de Harvard University, directeur van het Institute for Theory and Computer Modeling, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Geïnterviewd door: Alexey Levin, Oleg Makarov, Dmitry Mamontov
