Содержание
Вселенная может начать заметно сжиматься в ближайшее время — новое исследование — Поиск
04.05.2022
Новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, предполагает, что после почти 13,8 миллиардов лет непрерывного расширения Вселенная вскоре может остановиться, а затем начать медленно сжиматься.
В новой статье трое ученых пытаются смоделировать природу темной энергии — загадочной силы, которая, кажется, заставляет Вселенную расширяться еще быстрее — на основе прошлых наблюдений за космическим расширением.
В модели команды темная энергия — это не постоянная сила природы, а сущность, называемая квинтэссенцией, которая со временем может распадаться.
Исследователи обнаружили, что, хотя расширение Вселенной ускоряется в течение миллиардов лет, отталкивающая сила темной энергии может ослабевать.
Согласно их модели, ускорение Вселенной может быстро закончиться в течение следующих 65 миллионов лет – затем, в течение 100 миллионов лет, Вселенная может вообще перестать расширяться, а вместо этого может вступить в эру медленного сжатия, которая закончится через миллиарды лет от теперь со смертью — или, возможно, возрождением — времени и пространства.
И все это может произойти «удивительно» быстро, сказал соавтор исследования Пол Стейнхардт, директор Принстонского центра теоретических наук Принстонского университета в Нью-Джерси.
«Возвращаясь назад во времени на 65 миллионов лет, именно тогда астероид Чиксулуб врезался в Землю и уничтожил динозавров, — сказал Стейнхардт в интервью Live Science. – В космическом масштабе 65 миллионов лет удивительно мало».
В этой теории нет ничего спорного или неправдоподобного, сказал Live Science Гэри Хиншоу, профессор физики и астрономии в Университете Британской Колумбии, который не участвовал в исследовании.
Однако, поскольку модель опирается только на прошлые наблюдения за расширением — и поскольку нынешняя природа темной энергии во Вселенной — такая загадка, предсказания в этой статье в настоящее время невозможно проверить. Пока они могут оставаться только теориями.
С 1990-х годов ученые поняли, что расширение Вселенной ускоряется; сейчас пространство между галактиками расширяется быстрее, чем миллиарды лет назад.
Ученые назвали таинственный источник этого ускорения темной энергией — невидимой сущностью, которая, кажется, действует вопреки гравитации , раздвигая самые массивные объекты Вселенной, а не сближая их.
Хотя темная энергия составляет примерно 70 процентов всей массы-энергии Вселенной, ее свойства остаются полной загадкой.
Популярная теория, предложенная Альбертом Эйнштейном , заключается в том, что темная энергия является космологической константой — неизменной формой энергии, вплетенной в ткань пространства-времени . Если это так, и сила, создаваемая темной энергией, никогда не может измениться, тогда Вселенная должна продолжать расширяться (и ускоряться) вечно.
Однако конкурирующая теория предполагает, что темная энергия не обязательно должна быть постоянной, чтобы соответствовать наблюдениям за космическим расширением в прошлом.
Скорее темная энергия может быть чем-то, что называется квинтэссенцией — динамическим полем, которое меняется со временем.
(Стейнхардт был одним из трех ученых, которые представили эту идею в статье 1998 года в журнале Physical Review Letters .)
В отличие от космологической постоянной квинтэссенция может быть как отталкивающей, так и притягательной, в зависимости от соотношения ее кинетической и потенциальной энергии в данный момент времени. Последние 14 миллиардов лет квинтэссенция была отталкивающей.
Однако большую часть этого периода она вносила незначительный вклад в расширение Вселенной по сравнению с излучением и материей. Ситуация изменилась около пяти миллиардов лет назад, когда квинтэссенция стала доминирующим компонентом, а ее гравитационное отталкивание вызвало ускорение расширения Вселенной.
«Вопрос, который мы поднимаем в этой статье, звучит так: «Должно ли это ускорение длиться вечно?», — сказал Стейнхардт. «А если нет, то каковы альтернативы и как скоро все может измениться?»
В своем исследовании Стейнхардт и его коллеги, Анна Иджас из Нью-Йоркского университета и Космин Андрей из Принстона, предсказали, как свойства квинтэссенции могут измениться в течение следующих нескольких миллиардов лет.
Для этого команда создала физическую модель квинтэссенции, демонстрирующую ее отталкивающую и притягательную силу с течением времени, чтобы соответствовать прошлым наблюдениям за расширением Вселенной. Как только модель команды смогла надежно воспроизвести историю расширения Вселенной, они расширили свои прогнозы на будущее.
«К их удивлению, темная энергия в их модели может со временем распадаться, — сказал Хиншоу. – Ее сила может ослабнуть. И если она делает это определенным образом, то в конечном итоге антигравитационное свойство темной энергии исчезает, и она снова превращается во что-то более похожее на обычную материю».
Согласно модели команды, отталкивающая сила темной энергии может находиться в процессе быстрого снижения, которое потенциально началось миллиарды лет назад.
В этом сценарии ускоренное расширение Вселенной уже сегодня замедляется. Вскоре, возможно, примерно через 65 миллионов лет, это ускорение может полностью прекратиться, а затем, всего через 100 миллионов лет, темная энергия может стать притягательной, заставив всю Вселенную начать сжиматься.
Другими словами, после почти 14 миллиардов лет роста пространство может начать сжиматься.
«Это был бы особый вид сокращения, который мы называем медленным сокращением», — сказал Стейнхардт. «Вместо того, чтобы расширяться, пространство сжимается очень и очень медленно».
По словам Стейнхардта , изначально сжатие Вселенной будет настолько медленным, что любые гипотетические люди, все еще живущие на Земле , даже не заметят изменений. Согласно модели команды, Вселенной потребуется несколько миллиардов лет медленного сжатия, чтобы достичь примерно половины размера, которым она является сегодня.
По словам Стейнхардта, после этого может произойти одно из двух. Либо Вселенная сжимается до тех пор, пока не схлопнется сама с собой в большом «сжатии», заканчивающем пространство-время, каким мы его знаем, либо Вселенная сжимается ровно настолько, чтобы вернуться в состояние, похожее на ее первоначальные условия, и еще один Большой Взрыв — или большой «отскок» – происходит создание новой Вселенной из пепла старой.
В этом втором сценарии (который Стейнхардт и его коллега описали в статье 2019 года в журнале Physics Letters B ) Вселенная следует циклическому образцу расширения и сжатия, сжатия и отскока, которые постоянно схлопываются и переделываются.
Если это правда, то наша нынешняя Вселенная может быть не первой или единственной Вселенной, а просто последней в бесконечной серии Вселенных, которые расширялись и сжимались до нашей, сказал Стейнхардт. И все это зависит от изменчивой природы темной энергии.
Насколько все это правдоподобно? Хиншоу сказал, что интерпретация квинтэссенции в новой статье является «совершенно разумным предположением о том, что такое темная энергия».
Он добавил, что поскольку все наши наблюдения за космическим расширением исходят от объектов, находящихся на расстоянии от миллионов до миллиардов световых лет от Земли, текущие данные могут информировать ученых только о прошлом Вселенной, а не о ее настоящем или будущем.
Таким образом, Вселенная вполне может приближаться к сжатию, и у нас не будет возможности узнать об этом до тех пор, пока не начнется фаза сжатия.
«Я думаю, что на самом деле все сводится к тому, насколько убедительной вы считаете эту теорию и, что более важно, насколько проверяемой вы считаете ее?» — добавил Хиншоу.
К сожалению, нет хорошего способа проверить, реальна ли квинтэссенция или космическое расширение начало замедляться, признал Стейнхардт. На данный момент это просто вопрос согласования теории с прошлыми наблюдениями — и авторы делают это умело в своей новой статье.
Ждет ли нашу Вселенную будущее бесконечного роста или быстрого распада, покажет только время.
Источник
Исследование: Вселенная вот-вот начнет сжиматься
Комсомольская правда
НаукаНаука: Клуб любознательных
Алексей МОРОЗОВ
4 мая 2022 7:00
Неуловимая «темная энергия» распадается на глазах, говорят физики
Вселенная расширяется уже почти 14 миллиардов летФото: Shutterstock
Нас учат, что Вселенная расширяется. Так это или не так (чуть позже мы об этом поговорим), но новейшее исследование утверждает: она вот-вот остановится, а потом начнет сжиматься.
И что тогда с нами станет?
Исследование опубликовано в престижном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, его авторы – Андрей Космин и Пол Стейнхард из Принстона, а также Анна Иджас из Университета Нью-Йорка. Оно посвящено темной энергии, той самой, которая, с точки зрения современной науки, заставляет Вселенную расширяться все быстрее. Оговорка про «точку зрения» крайне важна: темная энергия – самое неуклюжее и непонятное построение астрофизики, и ученые прямо-таки жаждут от нее отказаться. Еще недавно исследователи не соглашались с тем, что Вселенная ускоряется. Затем ускоренное расширение Вселенной с грехом пополам доказали наблюдениями, и встал вопрос о силе, которая придает мирозданию ускорение. Наскоро выдумали некую «темную энергию» — ее не видно, но она есть. Думали – выдумали на время, а уже прошло лет 30, и, кажется, что выдумали навсегда.
Авторы нового исследования применили революционный подход. «Темная энергия», говорят они, все-таки существует, но она не является силой природы.
Это некоторая сущность, которую они назвали квинтэссенцией. И эта сущность вот-вот распадется. А раз так, Вселенная начнет сжиматься.
Доказательства в студию! – требуют читатели, но я вас удивлю: физика работает немного по-другому. Сначала ученые составляют математическую модель. В ней можно предположить что угодно. Например, что Земля плоская. Если модель хорошо объясняет мир, нужно смотреть, а что она ПРЕДСКАЗЫВАЕТ. Наконец, когда ее предсказания «сбудутся», физики скажут, что модель, возможно, верна. Как правило, если модель красива, убедительна и изящна, она оказывается верной. Так вот, авторы предположили, что темная энергия – это какой-то морок, туман, призрак, и что скоро рассвет, и призрак исчезнет. Посчитали – все получилось. Модель красива и убедительна. Это не значит, что она верна, но вероятность этого серьезная.
Что же с предсказаниями? Оказалось, несмотря на то, что Вселенная расширяется уже почти 14 миллиардов лет, ей осталось недолго. Вселенная «удивительно быстро» остановится, и примется сжиматься.
Насколько «быстро»? Тут, возможно, придется разочаровать: все-таки не завтра. Через примерно 100 миллионов лет. Что очень мало по космическим, и даже по земным, масштабам (65 миллионов лет назад закончилась эра динозавров, для науки это если не вчера, так максимум позавчера).
Что произойдет, когда Вселенная сначала остановится, а потом повернется вспять? Проще всего было бы сказать, что «мы на Земле ничего не почувствуем». Вселенная огромная, Земля – песчинка. Но вряд ли это так. Представьте, что вы едете в поезде, который идет удивительно плавно. Вы не чувствуете его хода и ведете себя, как на твердой земле. И вдруг он останавливается. Коробки сверху летят на вас, вы сами отскакиваете в угол, набиваете шишки, отовсюду визги и охи-ахи. Примерно то же самое случится со Вселенной, когда она прекратит расширяться.
Что будет потом? Когда Вселенная сожмется и станет крошечной, она разогреется. Атомы и молекулы будут смяты в прах. Вселенная разгорится, и снова произойдет Большой взрыв.
По крайней мере, мы так думаем.
Но хороший вопрос – а правда ли, что Вселенная расширяется? Это знание основано на том факте, что далекие галактики выглядят все более красными. Их цвет меняется потому, что они как бы удаляются от нас, и срабатывает эффект Доплера (скажем, гудок удаляющегося поезда кажется более низким; для света «низкий» — это красный). Но что, если эффект Доплера ни причем, а фотоны просто «устают» по дороге к нам, теряют энергию и кажутся более красными? Есть и другие возможности. Не исключено, что расширение Вселенной – всего лишь иллюзия, никакой темной энергии нет, а новое построение астрофизиков – лишь изящная игра ума.
Возрастная категория сайта 18+
Сетевое издание (сайт) зарегистрировано Роскомнадзором, свидетельство Эл № ФС77-80505 от 15 марта 2021 г.
И.О. ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА — НОСОВА ОЛЕСЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА.
И.О. шеф-редактора сайта — Канский Виктор Федорович
Сообщения и комментарии читателей сайта размещаются без
предварительного редактирования.
Редакция оставляет за собой
право удалить их с сайта или отредактировать, если указанные
сообщения и комментарии являются злоупотреблением свободой
массовой информации или нарушением иных требований закона.
АО «ИД «Комсомольская правда». ИНН: 7714037217 ОГРН: 1027739295781
127015, Москва, Новодмитровская д. 2Б, Тел. +7 (495) 777-02-82.
Исключительные права на материалы, размещённые на интернет-сайте
www.kp.ru, в соответствии с законодательством Российской
Федерации об охране результатов интеллектуальной деятельности
принадлежат АО «Издательский дом «Комсомольская правда», и не
подлежат использованию другими лицами в какой бы то ни было
форме без письменного разрешения правообладателя.
Приобретение авторских прав и связь с редакцией: [email protected]
Вселенная может начать «заметно» сжиматься, говорят ученые : ScienceAlert
Представление художника о раннем звездообразовании через несколько миллионов лет после Большого взрыва.
(НАСА)
После почти 13,8 миллиардов лет непрерывного расширения Вселенная может вскоре остановиться, а затем начать медленно сжиматься, предполагает новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .
В новой статье трое ученых пытаются смоделировать природу темной энергии — таинственной силы, которая, кажется, заставляет Вселенную расширяться все быстрее — на основе прошлых наблюдений за космическим расширением.
В модели команды темная энергия — это не постоянная сила природы, а сущность, называемая квинтэссенцией, которая со временем может распадаться.
Исследователи обнаружили, что, хотя расширение Вселенной ускоряется в течение миллиардов лет, отталкивающая сила темной энергии может ослабевать.
Согласно их модели, ускорение Вселенной может быстро закончиться в течение следующих 65 миллионов лет – затем, в течение 100 миллионов лет, Вселенная может вообще перестать расширяться, а вместо этого может вступить в эру медленного сжатия, которая завершит миллиарды лет.
через несколько лет со смертью — или, возможно, возрождением — времени и пространства.
И все это может произойти «замечательно» быстро, сказал соавтор исследования Пол Стейнхардт, директор Принстонского центра теоретических наук Принстонского университета в Нью-Джерси.
«Возвращаясь назад во времени на 65 миллионов лет, именно тогда астероид Чиксулуб врезался в Землю и уничтожил динозавров», — сказал Стейнхардт Live Science. «В космическом масштабе 65 миллионов лет удивительно мало».
В этой теории нет ничего спорного или неправдоподобного, сказал Live Science Гэри Хиншоу, профессор физики и астрономии Университета Британской Колумбии, который не участвовал в исследовании.
Однако, поскольку модель опирается только на прошлые наблюдения за расширением, а нынешняя природа темной энергии во Вселенной является такой загадкой, предсказания в этой статье в настоящее время невозможно проверить. Пока они могут оставаться только теориями.
Энергия пустоты
С 1990-х годов ученые поняли, что расширение Вселенной ускоряется; сейчас пространство между галактиками расширяется быстрее, чем миллиарды лет назад.
Ученые назвали загадочный источник этого ускорения темной энергии – невидимую сущность, которая, кажется, действует вопреки гравитации, раздвигая самые массивные объекты Вселенной, а не сближая их.
Хотя темная энергия составляет примерно 70 процентов от общей массы-энергии Вселенной, ее свойства остаются полной загадкой.
Популярная теория, предложенная Альбертом Эйнштейном, состоит в том, что темная энергия является космологической константой — неизменной формой энергии, вплетенной в ткань пространства-времени. Если это так, и сила, создаваемая темной энергией, никогда не может измениться, тогда Вселенная должна продолжать расширяться (и ускоряться) вечно.
Однако конкурирующая теория предполагает, что темная энергия не обязательно должна быть постоянной, чтобы соответствовать наблюдениям за космическим расширением в прошлом.
Скорее темная энергия может быть чем-то, что называется квинтэссенцией — динамическим полем, которое изменяется во времени.
(Стейнхардт был одним из трех ученых, которые представили эту идею в статье 1998 года в журнале Physical Review Letters .) в данное время. Последние 14 миллиардов лет квинтэссенция была отталкивающей.
Однако большую часть этого периода она вносила незначительный вклад в расширение Вселенной по сравнению с излучением и материей. Ситуация изменилась около пяти миллиардов лет назад, когда квинтэссенция стала доминирующим компонентом, а ее гравитационное отталкивание вызвало ускорение расширения Вселенной.
«Вопрос, который мы поднимаем в этой статье: «Должно ли это ускорение длиться вечно?» — сказал Стейнхардт. «А если нет, то каковы альтернативы и как скоро все может измениться?»
Смерть темной энергии
В своем исследовании Стейнхардт и его коллеги Анна Иджас из Нью-Йоркского университета и Космин Андрей из Принстона предсказали, как свойства квинтэссенции могут измениться в течение следующих нескольких миллиардов лет.
Для этого команда создала физическую модель квинтэссенции, демонстрирующую ее отталкивающую и притягательную силу с течением времени, в соответствии с прошлыми наблюдениями за расширением Вселенной.
Как только модель группы смогла надежно воспроизвести историю расширения Вселенной, они расширили свои прогнозы на будущее.
— К их удивлению, темная энергия в их модели может со временем распадаться, — сказал Хиншоу. «Ее сила может ослабнуть. И если она делает это определенным образом, то в конце концов антигравитационное свойство темной энергии исчезает, и она снова превращается во что-то более похожее на обычную материю».
Согласно модели команды, отталкивающая сила темной энергии может находиться в процессе быстрого упадка, который потенциально начался миллиарды лет назад.
При таком сценарии ускоренное расширение Вселенной уже сегодня замедляется. Вскоре, возможно, примерно через 65 миллионов лет, это ускорение может полностью прекратиться, а затем, всего через 100 миллионов лет, темная энергия может стать притягательной, заставив всю Вселенную начать сжиматься.
Другими словами, после почти 14 миллиардов лет роста пространство может начать сжиматься.
«Это особый вид сокращения, который мы называем медленным сокращением», — сказал Стейнхардт. «Вместо того, чтобы расширяться, пространство сжимается очень и очень медленно».
Первоначально сжатие Вселенной было бы настолько медленным, что любые гипотетические люди, все еще живущие на Земле, даже не заметили бы изменений, сказал Стейнхардт. Согласно модели команды, Вселенной потребуется несколько миллиардов лет медленного сжатия, чтобы достичь примерно половины размера, которым она является сегодня.
Конец Вселенной?
После этого может произойти одно из двух, сказал Стейнхардт. Либо Вселенная сжимается до тех пор, пока не схлопнется сама с собой в большом «сжатии», заканчивающем пространство-время, каким мы его знаем, либо Вселенная сжимается ровно настолько, чтобы вернуться в состояние, похожее на ее первоначальные условия, и еще один Большой Взрыв — или большой «отскок» – происходит создание новой Вселенной из пепла старой.
Во втором сценарии (который Стейнхардт и его коллега описали в 2019 г.
статья в журнале Physics Letters B ), Вселенная следует циклическому образцу расширения и сжатия, сжимается и отскакивает, что постоянно разрушает и перестраивает ее.
Если это правда, то наша нынешняя Вселенная может быть не первой и не единственной Вселенной, а просто последней в бесконечной серии Вселенных, которые расширялись и сжимались до нашей, сказал Стейнхардт. И все это зависит от изменчивой природы темной энергии.
Насколько все это правдоподобно? Хиншоу сказал, что интерпретация квинтэссенции в новой статье является «совершенно разумным предположением о том, что такое темная энергия».
Поскольку все наши наблюдения за космическим расширением исходят от объектов, находящихся на расстоянии от миллионов до миллиардов световых лет от Земли, текущие данные могут информировать ученых только о прошлом Вселенной, а не о ее настоящем или будущем, добавил он.
Итак, Вселенная вполне может приближаться к сжатию, и мы не сможем узнать об этом до тех пор, пока не начнется фаза сжатия.
«Я думаю, что все сводится к тому, насколько убедительной вы считаете эту теорию и, что более важно, насколько ее можно проверить?» — добавил Хиншоу.
К сожалению, нет хорошего способа проверить, реальна ли квинтэссенция или началось ли космическое расширение, признал Стейнхардт. На данный момент это просто вопрос согласования теории с прошлыми наблюдениями — и авторы делают это умело в своей новой статье.
Что ждет нашу Вселенную в будущем: бесконечный рост или быстрый упадок, покажет только время.
Эта статья была первоначально опубликована Live Science. Читайте оригинальную статью здесь.
Действительно ли Вселенная сжимается?
Представление временной шкалы Вселенной за 13,7 миллиарда лет и последующего расширения Вселенной. Предоставлено: Научная группа NASA/WMAP.
Ого, есть над чем подумать. Возможно, Вселенная вообще не расширяется. Может быть, все на самом деле просто сжимается, поэтому кажется, что оно расширяется. Оказывается, об этом думали ученые.
Есть люди, которые хотят, чтобы вы поверили, что Вселенная расширяется. Они торгуют этой идеей, что все началось на ура, и это расширение продолжается и ускоряется. Тем не менее, они не могут сказать нам, какая сила вызывает это ускорение. Просто «темная энергия» или что-то еще в стиле Джоан Роулинг. Иначе известное как ускорение, которое не должно называться, и его следует преподавать в классе, который следует за зельями в 3-м периоде.
Предлагаю тебе, преданный зритель, альтернативу этому экспансионистскому заговору. Что, если расстояния остаются прежними, а на самом деле все сокращается? Неужели нам суждено сжаться до самой Микровселенной? Является ли это только вопросом времени, когда наша галактика начнет пить кофе из наперстка или, возможно, запечатанного в кулон, висящий на поясе Ориона? Итак, можем ли мы сказать, действительно ли это происходит?
Первое ужасное и критическое предположение здесь состоит в том, что сжимающиеся объекты и расширяющаяся вселенная будут выглядеть совершенно одинаково, что без магии или взмахов рук просто не имеет места. Но вам не нужно верить мне на слово, у нас есть наука, чтобы пробить дыры в нашем заговоре Шринк-правды.
Начнем с расстояний. Если бы мы предположили, что Земля и все, что на ней, становится меньше, мы бы также уменьшали такие вещи, как измерительные стержни. Раньше они были бы крупнее. Если бы в прошлом все было больше, включая длину в метр, это означало бы, что скорость света в прошлом была меньше. Так была ли скорость света меньше в прошлом? Боюсь, что это не так, что действительно мешает сюжету вселенной психиатра. Но откуда мы это знаем?
Возможно, вы уже видели спектральные линии или, по крайней мере, слышали о них. Ученые используют их для определения химического состава материалов. Изменение скорости света повлияет на спектральные линии далеких объектов, а поскольку некоторые люди просто супер умны и могут вычислить это, мы знаем, что когда мы смотрим на далекие газовые облака, мы обнаруживаем, что скорость света изменилась. не более одной миллиардной за последние 7 миллиардов лет.
Уменьшающиеся объекты также со временем становились бы более плотными. Это означает, что универсальная гравитационная постоянная в прошлом должна казаться меньше. Некоторые действительно изучали это, чтобы определить, изменилось ли оно с течением времени, и они также не заметили никаких изменений.
На диаграмме показан электромагнитный спектр, поглощение света атмосферой Земли, а также показаны астрономические данные, ориентированные на определенные длины волн света. ALMA на чилийской площадке и с современной твердотельной электроникой способна преодолеть ограничения, накладываемые атмосферой Земли. Предоставлено: Викимедиа, Т. Рейес.
Если бы объекты во Вселенной сжимались, Вселенная действительно сжималась бы. Если бы галактики не удалялись друг от друга, их гравитация заставила бы их начать падать навстречу друг другу. Если бы они сжимались, предполагая, что их масса не меняется, их гравитация была бы такой же сильной, поэтому сжатие не остановило бы их взаимное притяжение.