Большой Разрыв

Всякий раз, когда мы пишем, что Virgin Galactic и Blue Origin утверждают, что стали ближе к космическому туризму, кто-то закатывает глаза. Конечно, все больше людей собирается в космос, но вы их знаете? Это не я и не вы. Для тех, кто не имеет миллионов на счету, но в детстве хотел быть космонавтов (вроде меня), шанс попасть в космос все равно кажется несбыточной мечтой. Но насколько он мал? Давайте посмотрим, как люди вроде нас с вами могут попасть в космос и сколько нам придется для этого ждать.

Большой Разрыв — один из сценариев дальнейшей судьбы Вселенной, который основывается на уравнении состояния космологической модели и предполагает разрыв всех существующих структур, вплоть до атомов

История

В 1910-1920-х годах рядом ученых было замечено, что близлежащие космические объекты, вроде Туманности Андромеды или цефеид, удаляются от Земли с некоторой скоростью. В результате этих наблюдений выдающийся американский астроном Эдвин Хаббл сформулировал свой одноименный закон, согласно которому Вселенная расширяется. Подобный эффект сразу же нашел объяснение в лице инерции от Большого Взрыва. Предполагалось, что гравитация отрицательно влияет на инерцию, и потому спустя некоторое время расширение остановится, на миг Вселенная окажется в стабильном состоянии, после чего начнет сжиматься обратно.

Колоссальной гравитацией же должна обладать невидимая, но давно известная нам «темная материя», в результате действий которой могло бы произойти так называемое «Большое сжатие». Но последующие наблюдения за космическими телами наводили ученых на мысль, что Вселенная не замедляет свое расширение, а в 1998-м году при исследовании сверхновых астрономы обнаружили, что расширение происходит ускоренно. Для описания наблюдаемого явления в модель Вселенной пришлось ввести новый вид энергии – «темную энергию».

Природа темной энергии

Одной из наиболее вероятных моделей Вселенной, которая также удовлетворяет уравнениям общей теории относительности, является космологическая модель советского ученого – Александра Фридмана, которую он описал еще в 1922-м году. Согласно ней тяготение зависит не только от плотности вещества, но и от давления самой среды. Природа различных сред определяется параметром «w», который равен отношению давления среды к плотности ее энергии.

Далее кратко рассмотрим три наиболее реалистичные модели темной энергии.

Квинтэссенция

Согласно этой гипотезе темная энергия представляется возбуждением частиц некоего скалярного поля, плотность которого может изменяться в пространстве-времени. Параметр w в таком случае имеет значение больше -1 и меньше -1/3.

Энергия вакуума (w = -1)

Предполагается, что темная энергия присуща любому объему пространства, является энергетической плотностью чистого вакуума. В таком случае ее плотность остается неизменной. Примечательно, что значительный вклад в эту гипотезу сделал сам Альберт Эйнштейн. Считая Вселенную стационарной, то есть не расширяющейся, он осознавал, что по закону всемирного тяготения Ньютона мир должен сжиматься. Так как этого не происходит, Эйнштейну пришлось ввести в уравнения общей теории относительности дополнительный «космологический член». Под ним подразумевается некая сила, противодействующая силе гравитации. Возрастание этой силы происходит с коэффициентом пропорциональности, который был назван «космологической постоянной».

Альберт Ейнштейн

Однако, после открытия расширения Вселенной Э. Хабблом, Эйнштейн посчитал космологический член, как он сам говорил, «грубейшей ошибкой из всех допущенных им» и убрал ее из уравнений. Но после открытия факта ускоренного расширения Вселенной, космологический член вновь потребовался для описания космологической модели. Таким образом, Альберту Эйнштейну удалось описать природу темной энергии еще до ее теоретического рождения. Сегодня гипотеза энергии вакуума, основывающаяся на космологической постоянной «Лямбда», включена в современную стандартную космологическую модель Вселенной — Лямбда-CDM.

В случае гипотезы об энергии вакуума, Вселенную ждет так называемый «разлет во тьму», в результате которого все космические объекты значительно отдалятся друг от друга, а после – начнут распадаться на составные, вплоть до элементарных частиц.

Фантомная энергия (w < -1).

Такая модель среды подразумевает отрицательную кинетическую энергию, то бишь отрицательную гравитацию, которая по модулю выше, чем у вакуума. Плотность таковой среды со временем увеличивается, а отрицательная гравитация возрастает до тех пор, пока не приблизится к бесконечному значению. Из этого следует, что расширение Вселенной будет столь стремительно, что приведет ее к Большому Разрыву.

Сценарий Большого Разрыва

Если природа темной энергии такова, что параметр w < -1, то наш мир ждет скоропостижная и эпическая гибель в виде Большого Разрыва, сценарий которого предложил немецкий космолог Роберт Колдуэлл. Как и в случае с гипотезой энергии вакуума, некоторое время все космические тела будут отдаляться друг от друга. Таким образом, с нашего небосвода исчезнет внушительный ряд звезд, вместе с целыми галактиками.

Изучение Вселенной в максимальном ее объеме ограничивает так называемый горизонт событий. За его пределами находятся объекты, с которыми невозможно взаимодействовать и которые даже невозможно увидеть. Дело в том, что информация о любом объекте может передаваться к нам не быстрее, чем со скоростью света. Это значит, что некоторые новообразованные космические тела мы еще не можем увидеть по той причине, что их свет до нас попросту не дошел. Учитывая расширение Вселенной, свет самых старых объектов, которым около 13,75 млрд лет, должен пролететь не 13,75, а 45,7 световых лет, так как эти объекты отдалились от нас за время своего существования.

Если же расширение происходит ускоренно, то в какой-то момент эти объекты перестанут быть видимыми для нас, так как они будут удаляться со скоростью, большей, чем предельная, скорость света. В результате чего их излучение не сможет достичь наблюдателя на Земле. Таким образом, со временем горизонт событий будет все приближаться к нам. По достижению горизонтом событий какого-либо объекта все существующие виды взаимодействия между его составными, расположенными по разные стороны горизонта, не будут осуществляться.

После того как разлетятся скопления галактик (за 1 млрд. лет до Большого Разрыва), темная энергия настолько превысит силы гравитации, что сами галактики начнут постепенно распадаться, в том числе и Млечный Путь (за 60 млн лет). За три меся��а до гибели Вселенной начнут разлетаться все тела Солнечной системы, и если Земля сохранится до того времени, то за полчаса до Большого Разрыва и она разлетится. Далее связи между молекулами начнут ослабевать и за 1 наносекунду до конца существования мира распадутся атомы. Температура такой Вселенной падает до значения близкого к абсолютному нулю.