Wszechświat skończy się w Wielkim Kolapsie za 20 mld lat, wynika z danych DES i DESI

Fakty

• Wszechświat ma 13,8 mld lat, a jego całkowite życie wyniesie 33 mld lat.
• Dark Energy Survey (DES) i Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) dostarczyły danych sugerujących ujemną stałą kosmologiczną.
• Henry Tye z Cornell University wraz z zespołem opublikował wyniki w 'Journal of Cosmology and Astroparticle Physics'.
• Wielki Kolaps rozpocznie się za około 11 mld lat, gdy wszechświat osiągnie maksymalne rozmiary.
• Ciemna energia stanowi 68% masy i energii wszechświata; nowe dane wskazują, że nie jest stałą, lecz cząstką o zmiennym charakterze.
• Chińscy naukowcy z Uniwersytetu Tsinghua odtworzyli w laboratorium rozpad fałszywej próżni na pierścieniu atomów Rydberga.
• Rozpad fałszywej próżni mógłby zniszczyć wszechświat z prędkością światła, ale tylko w niektórych scenariuszach.

Nowe dane z obserwatoriów przyspieszają koniec kosmosu

Los wszechświata jest przesądzony, a jego koniec nastąpi szybciej, niż dotychczas sądzono. Raporty z dwóch prestiżowych obserwatoriów – Dark Energy Survey (DES) w Chile oraz Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) w Arizonie – dostarczyły naukowcom niepokojących informacji. Zamiast wiecznej ekspansji, wszechświat może zakończyć swoje istnienie w Wielkim Kolapsie za około 20 miliardów lat. Wszechświat liczy dziś około 13,8 miliarda lat, a według nowych obliczeń jego całkowite życie wyniesie 33 miliardy lat. Oznacza to, że znajduje się już w połowie swojej egzystencji. Po osiągnięciu szczytowych rozmiarów za około 11 miliardów lat zacznie się kurczyć, zatrzaskując się jak gumka recepturka do jednego punktu.

Stała kosmologiczna okazuje się ujemna

Przez ostatnie 20 lat naukowcy byli przekonani, że stała kosmologiczna – pojęcie wprowadzone przez Alberta Einsteina w 1917 roku – ma wartość dodatnią. Oznaczało to, że wszechświat będzie rozszerzał się w nieskończoność. Najnowsze dane z DES i DESI zburzyły ten obraz. Henry Tye, emerytowany profesor fizyki z Cornell University, wyjaśnia: „Przez ostatnie 20 lat ludzie wierzyli, że stała kosmologiczna jest dodatnia, a wszechświat będzie się rozszerzał w nieskończoność. Nowe dane zdają się wskazywać, że stała kosmologiczna jest ujemna, a wszechświat zakończy się Wielkim Kolapsem.” Tye wraz z Hoangiem Nhanem Luu i Yu-Chengiem Qiu opublikował wyniki w „Journal of Cosmology and Astroparticle Physics”.

Ciemna energia kryje cząstkę o zmiennym charakterze

Dotychczas zakładano, że ciemna energia – stanowiąca 68 procent masy i energii wszechświata – jest po prostu stałą kosmologiczną. Okazuje się jednak, że to zbyt proste wyjaśnienie. Ciemna energia kryje w sobie cząstkę o ekstremalnie małej masie, która we wczesnym wszechświecie zachowywała się jak stała kosmologiczna, lecz z czasem zmieniła swój charakter. Naukowcy wskazują dwa scenariusze: jeśli stała kosmologiczna jest dodatnia (Λ≥0), wszechświat kontynuuje ekspansję w nieskończoność. Jeśli jednak staje się ujemna (Λ<0), dochodzi do Wielkiego Kolapsu – wszechświat zapada się do zera. Obecne dane przechylają szalę na korzyść tego drugiego scenariusza.

Rozpad fałszywej próżni – alternatywny scenariusz zagłady

Równolegle fizycy kwantowi badają inny, równie niepokojący mechanizm: rozpad fałszywej próżni. W kwantowej teorii pola próżnia nie jest pustą przestrzenią, lecz stanem o najniższej energii. Jeśli istnieje jeszcze niższy stan – prawdziwa próżnia – nasza próżnia może być jedynie fałszywa i niestabilna. Naukowcy z Uniwersytetu Tsinghua w Chinach odtworzyli ten proces w laboratorium, używając pierścienia atomów Rydberga. W eksperymencie atomy ułożono w naprzemienny układ spinów, a następnie pobudzono laserami, łamiąc symetrię. Powstały dwie konfiguracje o różnych energiach – jedna odpowiadająca fałszywej, druga prawdziwej próżni. Wyniki opublikowano w „Physical Review Letters”.

Bańka zagłady pędząca z prędkością światła

Gdyby fragment przestrzeni przeszedł do prawdziwej próżni, utworzyłby bańkę, która po osiągnięciu krytycznego rozmiaru zaczęłaby rozszerzać się z prędkością bliską prędkości światła. Bańka przekształciłaby wszystko, czego dotknie, w nowy stan, nadpisując prawa fizyki. Na całe szczęście rozpad fałszywej próżni prowadzi do zniszczenia wszechświata tylko w niektórych scenariuszach teoretycznych. Zjawisko to leży na styku teorii kwantowej i ogólnej teorii względności – dwóch filarów współczesnej fizyki, które w ekstremalnych warunkach popadają w sprzeczność. Badanie rozpadu fałszywej próżni może pomóc w rozwiązaniu tych różnic i przybliżyć nas do teorii wszystkiego.

Koniec wszechświata – pytania pozostają otwarte

Mimo że nowe dane wskazują na Wielki Kolaps za 20 miliardów lat, naukowcy podkreślają, że modele wciąż ewoluują. Zarówno DES, jak i DESI kontynuują zbieranie danych, które mogą potwierdzić lub obalić hipotezę ujemnej stałej kosmologicznej. Równocześnie eksperymenty z atomami Rydberga otwierają nowe możliwości badania próżni kwantowej. Dla przeciętnego obserwatora koniec wszechświata w odległej przyszłości może wydawać się abstrakcją. Jednak dla fizyków te badania mają fundamentalne znaczenie – pozwalają zrozumieć, czy nasz kosmos jest stabilny, czy też istnieje w stanie tymczasowego spokoju, który może zostać przerwany w mgnieniu oka.

Podsumowanie

• Wszechświat ma przed sobą około 20 mld lat życia, po czym może zapaść się w Wielkim Kolapsie.
• Nowe dane z DES i DESI sugerują, że stała kosmologiczna jest ujemna, co odwraca kierunek ekspansji.
• Ciemna energia nie jest stałą, lecz cząstką o zmiennym charakterze, co zmienia dotychczasowe modele kosmologiczne.
• Rozpad fałszywej próżni, odtworzony w laboratorium, stanowi alternatywny scenariusz zagłady, ale tylko w niektórych teoriach.
• Badania nad próżnią kwantową mogą pomóc w połączeniu teorii kwantowej z ogólną teorią względności.
• Koniec wszechświata, choć odległy, jest przedmiotem intensywnych badań, które mogą zmienić nasze rozumienie kosmosu.