Wissenschaftler sagen, dass das Universum bald „deutlich“ schrumpfen könnte

Nach fast 13,8 Milliarden Jahren kontinuierlicher Expansion könnte das Universum bald zum Stillstand kommen und dann langsam zu schrumpfen beginnen, laut neuen Forschungsergebnissen, die in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden. Proceedings of the National Academy of Sciences Es schlägt vor.

In der neuen Arbeit versuchen drei Wissenschaftler, eine Natur zu modellieren dunkle Energie Eine mysteriöse Kraft, die das Universum anscheinend schneller ausdehnt – basierend auf früheren Beobachtungen der kosmischen Expansion.

Beim Teammodell dunkle Energie Es ist keine unveränderliche Naturgewalt, sondern eine Wesenheit namens Essenz, die sich mit der Zeit auflösen kann.

Forscher haben herausgefunden, dass, obwohl sich die Expansion des Universums seit Milliarden von Jahren beschleunigt hat, die abstoßende Kraft der dunklen Energie möglicherweise schwächer wird.

Nach ihrem Modell könnte die Beschleunigung des Universums innerhalb der nächsten 65 Millionen Jahre schnell enden – dann könnte das Universum in 100 Millionen Jahren vollständig zum Stillstand kommen und stattdessen in eine Ära der langsamen Kontraktion eintreten, die in Milliarden von Jahren endet Tod – oder vielleicht Wiedergeburt – Zeit und Ort.

All dies könne „bemerkenswert“ schnell geschehen, sagte der Co-Autor der Studie, Paul Steinhardt, Direktor des Princeton Center for Theoretical Science an der Princeton University in New Jersey.

„Also 65 Millionen Jahre in der Zeit zurück Asteroid Chicxulub Auf den Boden schlagen und eliminieren DinosaurierSteinhardt für Live-Science. Im kosmischen Maßstab sind 65 Millionen Jahre bemerkenswert kurz. „

Nichts darüber Theorie Es ist umstritten oder unplausibel, sagte Gary Henshaw, Professor für Physik und Astronomie an der University of British Columbia, der nicht an der Studie beteiligt war, gegenüber Live Science.

Da das Modell jedoch allein auf früheren Beobachtungen der Expansion beruht – und da die derzeitige Natur der Dunklen Energie im Universum ein Rätsel ist – ist es derzeit unmöglich, die Vorhersagen in diesem Papier zu testen. Das können vorerst nur Theorien bleiben.

Vakuumenergie

Seit den 1990er Jahren haben Wissenschaftler erkannt, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt; Die Entfernung zwischen Galaxien dehnt sich heute schneller aus als vor Milliarden von Jahren.

Wissenschaftler haben die mysteriöse Quelle dieser Beschleunigung dunkle Energie getauft – eine unsichtbare Einheit, die das Gegenteil zu bewirken scheint Schwerewodurch die größten Objekte im Universum voneinander weggeschoben werden, anstatt sich zusammenzuballen.

Obwohl dunkle Energie fast 70 Prozent der Gesamtenergie des Universums ausmacht, bleiben ihre Eigenschaften ein absolutes Rätsel.

populäre Theorie, präsentiert von Albert EinsteinIst diese dunkle Energie a kosmische Konstante – Eine konstante Form von Energie, die in einen Stoff eingewebt ist Freizeit. Wenn dies der Fall ist und sich die von der dunklen Energie ausgeübte Kraft niemals ändern kann, muss sich das Universum für immer weiter ausdehnen (und beschleunigen).

Eine konkurrierende Theorie legt jedoch nahe, dass dunkle Energie nicht statisch sein muss, um frühere Beobachtungen der kosmischen Expansion aufzunehmen.

Alternativ könnte die dunkle Energie etwas sein, das Kern genannt wird – ein dynamisches Feld, das sich mit der Zeit verändert. (Steinhardt war einer von drei Wissenschaftlern, die die Idee in einem 1998 in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel vorschlugen Briefe zur körperlichen Überprüfung.)

Anders als die kosmologische Konstante kann eine Substanz abstoßend oder anziehend sein, abhängig vom Verhältnis ihrer kinetischen Energie zu ihrer potentiellen Energie zu einem bestimmten Zeitpunkt. In den letzten 14 Milliarden Jahren war die Essenz ekelhaft.

Während des größten Teils dieses Zeitraums trugen Strahlung und Materie im Vergleich zur Expansion des Universums unbedeutend bei. Das änderte sich vor etwa fünf Milliarden Jahren, als der Kern zur dominierenden Komponente wurde und die Wirkung der Gravitationsabstoßung die Expansion des Universums beschleunigte.

„Die Frage, die wir in diesem Papier stellen, lautet: Sollte diese Beschleunigung für immer anhalten?“, sagte Steinhardt. „Und wenn nicht, was sind die Alternativen und wann könnte sich das bald ändern?“

Tod durch dunkle Energie

In ihrer Studie sagen Steinhardt und seine Kollegen, Anna Egas von der New York University und Cosmin Andre von der Princeton University, voraus, wie sich die Eigenschaften der Substanz in den nächsten Milliarden Jahren verändern könnten.

Zu diesem Zweck erstellte das Team ein physikalisches Modell des Kerns, das seine abstoßenden und anziehenden Stärken im Laufe der Zeit zeigt, um früheren Beobachtungen der Expansion des Universums zu entsprechen. Nachdem das Modell des Teams die Geschichte der Expansion des Universums zuverlässig reproduzieren konnte, erweiterten sie ihre Vorhersagen für die Zukunft.

„Zu ihrer Überraschung kann die dunkle Energie in ihrem Modell mit der Zeit zerfallen“, sagte Henshaw. „Es kann seine Kraft schwächen. Und wenn man es auf eine bestimmte Weise tut, verschwindet die Antigravitationseigenschaft der dunklen Energie schließlich und verwandelt sich wieder in etwas, das gewöhnlicher Materie ähnelt.“

Nach dem Modell des Teams könnte die Zentrifugalkraft der dunklen Energie inmitten eines rapiden Niedergangs vor Milliarden von Jahren begonnen haben.

In diesem Szenario verlangsamt sich die beschleunigte Expansion des Universums bereits heute. Bald, vielleicht in 65 Millionen Jahren, könnte diese Beschleunigung vollständig aufhören – dann, in 100 Millionen Jahren, könnte dunkle Energie anziehend werden und das gesamte Universum zu schrumpfen beginnen.

Mit anderen Worten, nach fast 14 Milliarden Jahren Wachstum könnte der Weltraum zu schrumpfen beginnen.

„Das wird eine ganz besondere Art von Kontraktion sein, die wir als langsame Kontraktion bezeichnen“, sagte Steinhardt. „Anstatt sich auszudehnen, schrumpft der Weltraum sehr, sehr langsam.“

Zunächst wird die Kontraktion des Universums so langsam sein, dass jeder hypothetische Mensch noch am Leben ist Land Er würde die Veränderung gar nicht bemerken, sagte Steinhardt. Nach dem Modell des Teams würde das Universum einige Milliarden Jahre langsamer Kontraktion benötigen, um die Hälfte seiner heutigen Größe zu erreichen.

das ende des universums?

Von dort, sagte Steinhardt, kann eines von zwei Dingen passieren. Entweder schrumpft das Universum, bis es in einer großen „Krise“ in sich zusammenbricht und die Raumzeit, wie wir sie kennen, zu Ende geht – oder das Universum schrumpft genug, um in einen Zustand zurückzukehren, der seinen ursprünglichen Bedingungen ähnelt, und in einen anderen die große Explosion – oder ein großer „Aufprall“ – findet statt und formt ein neues Universum aus der Asche des alten Universums.

In diesem zweiten Szenario (beschrieben von Steinhardt und einem anderen Kollegen in einem 2019 in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Physikbriefe B) folgt das Universum einem periodischen Muster aus Expansion und Kontraktion, Knirschen und Springen, das ständig zusammenbricht und sich neu formt.

Wenn dies zutrifft, ist unser gegenwärtiges Universum möglicherweise nicht das erste oder einzige Universum, sondern das jüngste in einer endlosen Kette von Universen, die sich vor unserem ausdehnten und zusammenzogen. Und alles hängt von der sich verändernden Natur der Dunklen Energie ab.

Wie sinnvoll ist das alles? Henshaw sagte, die Interpretation des Kerns durch das neue Papier sei eine „völlig vernünftige Annahme dessen, was dunkle Energie ist“.

Er fügte hinzu, da alle unsere Beobachtungen der kosmischen Expansion von Objekten stammen, die Millionen bis Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sind, können aktuelle Daten Wissenschaftler nur über die Vergangenheit des Universums informieren, nicht über seine Gegenwart oder Zukunft.

Daher könnte das Universum auf dem Weg in eine Krise sein, und wir werden es erst lange nach Beginn der Kontraktionsphase wissen.

„Ich denke, es läuft einfach darauf hinaus, wie überzeugend Sie von dieser Theorie sind und, was noch wichtiger ist, wie überprüfbar Sie sie finden?“ Hinshaw wurde hinzugefügt.

Leider gibt es keine gute Möglichkeit zu testen, ob die Essenz echt ist oder ob die kosmische Expansion langsamer wird, gab Steinhardt zu. Im Moment geht es nur darum, die Theorie mit früheren Beobachtungen in Einklang zu bringen – und die Autoren tun dies in ihrer neuen Arbeit gekonnt.

Ob eine Zukunft endlosen Wachstums oder schnellen Verfalls auf unser Universum wartet, nur die Zeit werde erzählen.

Dieser Artikel wurde ursprünglich von veröffentlicht Live-Wissenschaft. Lies das Der Originalartikel ist hier.