Wenn wir etwas genau über unser Universum wissen, ist es nicht statisch und ändert sich im Laufe der Zeit. Was hält die Zukunft für sie bereit?
Heute haben wir ein kosmologisches Standardmodell, das die Geschichte des Universums fast vom Moment seiner Geburt bis zu unserer Zeit gut beschreibt. Darüber hinaus gibt es jetzt keinen ernsthaften Grund zu der Annahme, dass dieses Modell nicht als Grundlage für die Vorhersage der späteren Entwicklung unserer Welt dienen kann. Es stimmt, es gibt Konkurrenten, die völlig unterschiedliche Szenarien für zukünftige Ereignisse anbieten. Wir haben jedoch noch keine Beobachtungsdaten, die darauf hindeuten, dass das Standardmodell nicht nur überarbeitet, sondern sogar ernsthaft korrigiert werden muss.
Leere oder Fetzen
Jetzt über die Zukunft. Aus dem Standardmodell folgt, dass in sehr ferner Zukunft die Rolle der Schwerkraft praktisch verschwinden wird und die Expansionsrate des Universums exponentiell ansteigen wird. Der Weltraum wird leer und schneller und schneller. Diese Geschwindigkeit wird jedoch von der gegenwärtigen Ära bis zum Ende der Zeit immer monoton ansteigen. Das Standardmodell schließt Szenarien aus, in denen das Vakuum an Stabilität verliert und die Dichte seiner Energie in einer endlichen Zeit ins Unendliche springt. In diesem Fall tendiert die Expansionsrate des Universums auch zur Unendlichkeit, was zum Aufbrechen und Verschwinden aller materiellen Objekte führt - von Galaxien und Sternen zu Atomen und Atomkernen. Einige Konkurrenten des Standardmodells sagen dieses Ergebnis voraus, aber Astronomen haben keine Daten, um diese Theorien zu stützen. Um ehrlich zu sein,Ich selbst nehme sie nicht ernst, sie basieren auf sehr ungewöhnlicher Physik. Das Standardmodell stimmt hervorragend mit den Beobachtungen überein, und es macht keinen Sinn, es aufzugeben.
Die beschleunigte Expansion des Universums wird nur eine Zunahme der Expansionsrate von Galaxien bedeuten. Da sich die Dichte der Dunklen Energie nicht ändern wird, kann sie keine Galaxien und andere schwerkraftstabile Strukturen zerstören, was in der heutigen Zeit nicht verhindert wird. Dies bedeutet natürlich nicht, dass die Galaxien selbst in der Form bleiben, in der sie heute existieren. Mit der Zeit verbrennen alle Sterne Fusionsbrennstoff und verwandeln sich in weiße Zwerge, Neutronensterne oder Schwarze Löcher. Die Löcher wachsen, verschmelzen miteinander und verbrauchen Sternreste und interstellares Gas. Diese und andere zerstörerische Prozesse werden jedoch ohne die Beteiligung von Dunkler Energie stattfinden.
Lokalnachrichten
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Was erwartet unsere eigene Galaxie, die Milchstraße? Es nähert sich der benachbarten großen Spiralgalaxie Andromeda - jetzt mit einer Geschwindigkeit von 110 km / s. In 6 Milliarden Jahren werden beide Galaxien verschmelzen und einen neuen Sternhaufen bilden, Milcomedou. Die Sonne wird in Milcomed bleiben, nur um sich an ihre Peripherie im Vergleich zu ihrer aktuellen Position in der Milchstraße zu bewegen. Durch einen interessanten Zufall wird es in diesem Moment Wasserstoff verbrennen und sich auf den Weg katastrophaler Veränderungen begeben, die in seiner Umwandlung in einen weißen Zwerg enden werden.
Bisher haben wir über eine ziemlich nahe Zukunft gesprochen. Nach der Stabilisierung wird Milcomed die Gravitationsstabilität für gigantische Zeiträume aufrechterhalten, mindestens das Tausendfache des gegenwärtigen Alters des Universums. Aber sie wird viel früher allein sein. In ungefähr 100 Milliarden Jahren oder etwas später werden alle fernen Galaxien, die wir heute beobachten können, von ihrem Firmament verschwinden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Geschwindigkeit ihrer Expansion, die durch die Expansion des Universums verursacht wird, die Lichtgeschwindigkeit überschreiten, so dass die von ihnen emittierten Photonen niemals Milcomed erreichen werden. In der Sprache der Kosmologie werden Galaxien irreversibel über ihren Ereignishorizont hinausgehen. Ihre scheinbare Helligkeit wird abnehmen und schließlich werden sie alle verblassen und ausgehen. Beobachter in Milcomed werden also nur ihre eigenen Sterne sehen - natürlich nur diejenigen, die bis dahin noch Licht emittieren. Die hellsten roten Zwerge bleiben am längsten aktiv, aber in maximal 10 Billionen Jahren beginnen sie auch zu sterben.
Standarduniversum
Das Standardmodell behauptet, dass sich das Universum in unserer Zeit unter dem Einfluss von zwei Hauptfaktoren verändert: der Schwerkraft der gewöhnlichen und der dunklen Materie und der Anti-Gravitations-Wirkung der Vakuumenergie ungleich Null, die üblicherweise als Dunkle Energie bezeichnet wird.
In der frühen Jugend des Universums trug auch die Energie der elektromagnetischen Strahlung und der Neutrino-Flüsse wesentlich zu seiner Entwicklung bei. Jetzt ist seine Rolle sehr gering, da die Dichte der Strahlungsenergie extrem gering ist und darüber hinaus aufgrund der Ausdehnung des Weltraums ständig abnimmt. Gleichzeitig bleibt die Dichte der Dunklen Energie, wie sie im Standardmodell erscheint, konstant. Sie nimmt mit der Ausdehnung des Universums nicht ab und ist bereits dreimal höher als die monoton fallende Dichte gewöhnlicher und dunkler Materie. Dunkle Energie bewirkt daher eine beschleunigte Expansion des Universums, die durch die schwächere Schwerkraft der Galaxien und des intergalaktischen Mediums nicht eingedämmt werden kann.
Strategische Pläne
Wenn das Alter des Universums eine Billion Jahre erreicht, entspricht die Wellenlänge des CMB seiner Größe. Dann und noch später können keine Detektoren diese ultrakalten Photonen registrieren. Daher können Beobachter, egal wie perfekt ihre Instrumente sind, die Reliktstrahlung nicht als Quelle für astronomische Informationen verwenden.
Jetzt liegt der Peak des Spektrums dieser Photonen im Mikrowellenbereich, und sie können von unseren Geräten leicht erkannt werden und liefern die wichtigsten Informationen über die frühe Geschichte des Universums. Die ferne Zukunft geht weit über das kosmologische Standardmodell hinaus. Wir können davon ausgehen, dass wachsende Schwarze Löcher einen erheblichen Teil der baryonischen und dunklen Materie absorbieren. Aber was passiert mit ihrem Rest, der über die weiten Weiten des Weltraums verstreut ist?
Die Physik behauptet, dass Elektronen keiner Form von Zerfall unterliegen, aber es gibt keine solche Gewissheit über Protonen. Nach modernen Daten kann die Halbwertszeit eines Protons nicht weniger als 1034 Jahre betragen - das ist viel, aber immer noch nicht die Ewigkeit. Wir kennen auch nicht das langfristige Schicksal von Partikeln der dunklen Materie, die noch gar nicht entdeckt wurden. Die wahrscheinlichste Vorhersage für die weit entfernte Zukunft läuft darauf hinaus, dass das Universum extrem leer und kühl bis fast zum absoluten Nullpunkt wird.
Wie genau dies geschehen wird, ist noch unbekannt, hier liegt es an der Grundlagenphysik. Die Zukunft im Billionenjahresmaßstab ist jedoch auf der Grundlage des Standardmodells ziemlich vorhersehbar. Wenn im Vakuum einige neue Eigenschaften entdeckt werden, muss dieses Szenario natürlich überarbeitet werden, aber dies ist bereits spekulativ.
Avi Loeb, Professor, Leiter der Abteilung für Astronomie an der Harvard University, Direktor des Instituts für Theorie und Computersimulation, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Interview: Alexey Levin, Oleg Makarov, Dmitry Mamontov
