Tudósok szerint az univerzum hamarosan figyelemre méltó módon zsugorodni kezdhet

A Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban megjelent új kutatás szerint az univerzum csaknem 13,8 milliárd évnyi folyama...

A Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban megjelent új kutatás szerint az univerzum csaknem 13,8 milliárd évnyi folyamatos tágulás után hamarosan megtorpanhat, majd lassan összehúzódhat.

Az új cikkben három tudós megpróbálja modellezni a sötét energia természetét - egy titokzatos erőt, amely a jelek szerint az univerzum egyre gyorsabb tágulását okozza - a kozmikus tágulás múltbeli megfigyelései alapján. (1)

A csapat modelljében a sötét energia nem egy állandó természeti erő, hanem egy kvintesszenciának nevezett entitás, amely idővel lebomolhat.

A kutatók azt találták, hogy bár az univerzum tágulása évmilliárdok óta gyorsul, a sötét energia taszító ereje gyengülhet.

Modelljük szerint az univerzum gyorsulása a következő 65 millió éven belül gyorsan véget érhet - akkor 100 millió éven belül az univerzum teljesen leállhat a tágulással, és ehelyett a lassú összehúzódás korszakába léphet, amely évmilliárdok múlva véget ér az idő és a tér halálával - vagy talán újjászületésével.

És mindez "feltűnően" gyorsan megtörténhet, mondta Paul Steinhardt, a tanulmány társszerzője, a New Jersey-i Princeton Egyetem Princeton Elméleti Tudományok Központjának igazgatója.

"65 millió évvel visszafelé haladva a Chicxulub aszteroida elérte a Földet, és elpusztította a dinoszauruszokat," - mondta Steinhardt. "Kozmikus léptékben 65 millió év rendkívül rövid idő."

Ebben az elméletben semmi sem vitatható vagy valószínűtlen, mondta Gary Hinshaw, a Brit Columbiai Egyetem fizika és csillagászat professzora, aki nem vett részt a tanulmányban.

Mivel azonban a modell pusztán a tágulás múltbeli megfigyelésein alapul - és mivel a sötét energia jelenlegi természete az univerzumban igen rejtélyes -, a jelen tanulmányban szereplő előrejelzések jelenleg nem tesztelhetők. Egyelőre csak elméletek maradhatnak.

Az üresség energiája

Az 1990-es évek óta a tudósok megértették, hogy az univerzum tágulása gyorsul; a galaxisok közötti tér most gyorsabban tágul, mint évmilliárdokkal ezelőtt.

A tudósok a sötét energiát nevezték meg ezen gyorsulás forrásának - egy láthatatlan entitásnak, amely úgy tűnik, hogy a gravitáció ellenében működik, és az univerzum legmasszívabb objektumait távolabb tolja egymástól, nem pedig összehúzza őket.

Bár a sötét energia az öniverzum össztömeg-energiájának körülbelül 70 százalékát teszi ki, tulajdonságai továbbra is rejtélyesek.

Az Albert Einstein által bevezetett népszerű elmélet szerint a sötét energia egy kozmológiai állandó - az energia változatlan formája, amely a téridő szövetébe van szőve. Ha ez a helyzet, és a sötét energia által kifejtett erő soha nem tud megváltozni, akkor az uiverzumnak örökké tovább kellene tágulnia (és gyorsulnia).

Egy versengő elmélet azonban azt sugallja, hogy a sötét energiának nem kell állandónak lennie ahhoz, hogy illeszkedjen a múltbeli kozmikus tágulás megfigyeléseihez.

Inkább a sötét energia valami kvintesszenciának nevezhető - egy dinamikus mező, amely idővel változik. (Steinhardt egyike volt annak a három tudósnak, akik a Physical Review Letters folyóiratban megjelent 1998-as cikkben bemutatta az ötletet.)

A kozmológiai állandótól eltérően a kvintesszencia lehet taszító vagy vonzó, attól függően, hogy egy adott időpontban mekkora a kinetikus és potenciális energiája. Az elmúlt 14 milliárd évben a kvintesszencia taszító volt.

Ennek az időszaknak a nagy részében azonban a sugárzáshoz és az anyaghoz képest jelentéktelen mértékben járult hozzá az univerzum tágulásához. Ez körülbelül ötmilliárd éve megváltozott, amikor a kvintesszencia lett a domináns összetevő, és gravitációs taszító hatása az univerzum tágulásának felgyorsulását okozta.

"A kérdés, amelyet ebben az tanulmányban felvetünk, az, hogy ennek a gyorsulásnak vajon örökké kell-e tartania?" - mondta Steinhardt. "És ha nem, mik az alternatívák, és mennyi időn belül változhatnak a dolgok?"

A sötét energia halála

Steinhardt és munkatársai, Anna Ijjas a New York-i Egyetemről és Cosmin Andrei, a Princeton munkatársa tanulmányukban azt jósolták meg, hogy a kvintesszencia tulajdonságai hogyan változhatnak a következő néhány milliárd évben.

Ennek érdekében a csapat létrehozta a kvintesszencia fizikai modelljét, amely megmutatja annak taszító és vonzó erejét az idő múlásával, hogy illeszkedjen az univerzum tágulásáról szóló korábbi megfigyelésekhez. Miután a csapat modellje megbízhatóan reprodukálni tudta az univerzum tágulási történetét, előrejelzéseiket kiterjesztették a jövőre.

"Meglepetésükre modelljükben a sötét energia idővel leépülhet," - mondta Hinshaw. "Erőssége gyengülhet. És ha ezt bizonyos módon teszi, akkor végül a sötét energia antigravitációs tulajdonsága megszűnik, és visszavált valamivé, ami inkább közönséges anyag."

A csapat modellje szerint a sötét energia taszító ereje egy gyors hanyatlás kellős közepén lehet, amely potenciálisan évmilliárdokkal ezelőtt kezdődött.

Ebben a forgatókönyvben az univerzum felgyorsult tágulása már ma is lassul. Hamarosan, talán körülbelül 65 millió éven belül, ez a gyorsulás teljesen leállhat - majd 100 millió éven belül a sötét energia vonzó erővé válhat, ami az egész univerzum összehúzódását okozhatja.

Más szóval, közel 14 milliárd éves növekedés után a tér zsugorodni kezdhet.

"Ez egy nagyon különleges összehúzódás lenne, amit lassú összehúzódásnak nevezünk," - mondta Steinhardt. "Tágulás helyett a tér nagyon-nagyon lassan összehúzódik."

Kezdetben az univerzum összehúzódása olyan lassú lenne, hogy a Földön még élő feltételezett emberek észre sem vennék a változást, mondta Steinhardt. A csapat modellje szerint néhány milliárd év lassú összehúzódásra lenne szükség ahhoz, hogy az univerzum elérje a mai méretének körülbelül a felét.

Az univerzum vége?

Innentől kezdve két dolog történhet, mondta Steinhardt. Az univerzum addig zsugorodik, amíg magába nem omlik egy nagy "reccsenésben," véget vetve az általunk ismert téridőnek, vagy az univerzum éppen annyira húzódik össze, hogy visszatérjen az eredeti körülményeihez hasonló állapotba, és egy újabb ősrobbanás - vagy nagy "pattanás" - történik, új univerzumot hozva létre a régi hamvaiból.

Ebben a második forgatókönyvben (amelyet Steinhardt és egy másik munkatársa a Physics Letters B folyóirat 2019-es cikkében írt le ) az univerzum a tágulás és összehúzódás ciklikus mintáját követi, ami folyamatosan összeomlik és újjáéled.

Ha ez igaz, akkor lehet, hogy a jelenlegi univerzumunk nem az első vagy az egyetlen univerzum, hanem csak a legújabb a végtelen számú univerzumok sorában, amelyek a miénk előtt kitágultak és összezsugorodtak, mondta Steinhardt. És mindez a sötét energia változékony természetén múlik.

Mennyire hihető mindez? Hinshaw szerint az új tanulmánynak a kvintesszenciáról szóló értelmezése "tökéletesen ésszerű feltevés arra vonatkozóan, hogy mi a sötét energia".

Mivel a kozmikus tágulásra vonatkozó összes megfigyelésünk olyan objektumokból származik, amelyek több millió-milliárd fényévnyire vannak a Földtől, a jelenlegi adatok csak az univerzum múltjáról tájékoztathatják a tudósokat, nem a jelenéről vagy jövőjéről, tette hozzá.

Tehát az univerzum nagyon könnyen összeomlik, és csak jóval az összehúzódási szakasz kezdete után tudhatnánk ezt meg.

"Azt hiszem, ez tényleg csak azon múlik, hogy mennyire tartjuk meggyőzőnek ezt az elméletet, és ami még fontosabb, mennyire találjuk tesztelhetőnek?" - tette hozzá Hinshaw.

Sajnos nincs jó módszer annak tesztelésére, hogy a kvintesszencia valódi-e, vagy hogy a kozmikus tágulás lassulni kezdett, ismerte el Steinhardt. Egyelőre csak az a kérdés, hogy az elméletet összeillesszük a múltbeli megfigyelésekkel, és a szerzők ezt az új írásukban meg is teszik.

Hogy a végtelen növekedés vagy a gyors hanyatlás jövője vár-e univerzumunkra, csak az idő fogja eldönteni. (2)

(1) - https://www.pnas.org/doi/full/
(2) - https://www.sciencealert.com/