Salah satu pencapaian terpenting abad ke-20 adalah definisi yang tepat tentang betapa besar, luas dan besarnya alam semesta kita. Dengan kira-kira dua trilion galaksi yang tertutup dalam radius 46 miliar tahun cahaya, alam semesta kita yang dapat diperhatikan memungkinkan kita menyusun semula seluruh sejarah kosmos kita, hingga ke Big Bang dan bahkan mungkin sedikit lebih awal. Tetapi bagaimana dengan masa depan? Seperti apa alam semesta? Adakah ia?
Seseorang mengatakan bahawa pengembangan alam semesta semakin perlahan. Hadiah Nobel dianugerahkan untuk "penemuan" bahawa pengembangan alam semesta semakin meningkat. Tetapi siapa yang betul? Mungkinkah alam semesta akan runtuh suatu hari dalam proses yang disebut Big Compression (terbalik ke Big Bang)?
Tingkah laku masa depan diramalkan berdasarkan tingkah laku masa lalu. Tetapi sama seperti manusia kadang-kadang dapat mengejutkan kita, Alam Semesta juga boleh.
Kadar pengembangan Alam Semesta pada waktu tertentu hanya bergantung pada dua faktor: jumlah ketumpatan tenaga yang wujud dalam ruang-waktu dan jumlah kelengkungan ruang yang ada. Sekiranya kita memahami undang-undang graviti dan bagaimana pelbagai jenis tenaga berevolusi dari masa ke masa, kita dapat menyusun semula semua yang berlaku pada titik tertentu pada masa lalu. Kita juga dapat melihat objek yang berbeza pada jarak yang berbeza dan mengukur bagaimana cahaya diregangkan kerana pengembangan ruang. Setiap galaksi, supernova, awan gas molekul, dan sejenisnya - apa sahaja yang menyerap atau memancarkan cahaya - akan menceritakan kisah kosmik tentang bagaimana pengembangan ruang meregangkannya dari saat cahaya dilahirkan hingga saat kita memerhatikannya.
Dari banyak pemerhatian bebas, kami dapat menyimpulkan apa yang terdiri daripada alam semesta itu sendiri. Kami membuat tiga rantaian pemerhatian bebas yang besar:
- Dalam latar gelombang mikro kosmik, terdapat turun naik suhu yang menyandikan maklumat mengenai kelengkungan alam semesta, bahan normal, bahan gelap, neutrino dan kepadatan total.
- Hubungan antara galaksi pada skala terbesar - dikenali sebagai getaran akustik baryonic - memberikan pengukuran yang sangat ketat dari jumlah ketumpatan jirim, nisbah jirim normal dengan bahan gelap, dan bagaimana kadar pengembangannya berubah dari masa ke masa.
Video promosi:
“Dan lilin standard yang paling jauh dan terang di Alam Semesta, jenis Ia supernova, memberitahu kami mengenai kadar pengembangan dan tenaga gelap, bagaimana ia berubah dari masa ke masa.
Rantai bukti ini, yang dikumpulkan bersama, melukiskan gambaran alam semesta yang koheren. Mereka memberitahu kita apa yang ada di Alam Semesta moden dan memberi kita kosmologi di mana:
- 4.9% tenaga Alam Semesta diwakili oleh bahan normal (proton, neutron dan elektron);
- 0.1% tenaga Alam Semesta wujud dalam bentuk neutrino besar (yang bertindak sebagai bahan pada masa-masa kebelakangan ini dan bertindak sebagai radiasi pada masa awal);
- 0,01% tenaga Alam Semesta wujud dalam bentuk sinaran (seperti foton);
- 27% tenaga Alam Semesta wujud dalam bentuk bahan gelap;
- 68% tenaga wujud dalam ruang itu sendiri: tenaga gelap.
Semua ini memberi kita Alam Semesta yang rata (dengan kelengkungan 0%), Alam Semesta tanpa kecacatan topologi (monopol magnetik, tali kosmik, dinding domain atau tekstur kosmik), Alam Semesta dengan sejarah pengembangan yang diketahui.
Persamaan relativiti umum sangat menentukan dalam pengertian ini: jika kita mengetahui apa yang dibuat oleh Alam Semesta hari ini, dan undang-undang graviti, kita tahu dengan tepat betapa pentingnya setiap komponen pada setiap selang masa yang lalu. Pada mulanya, radiasi dan neutrino mendominasi. Selama berbilion tahun, komponen yang paling penting adalah bahan gelap dan bahan normal. Sejak beberapa bilion tahun yang lalu - dan ini akan bertambah buruk dari masa ke masa - tenaga gelap telah menjadi faktor dominan dalam pengembangan alam semesta. Ini menjadikan alam semesta semakin cepat, dan sejak saat itu, banyak orang berhenti memahami apa yang sedang berlaku.
Ada dua perkara yang dapat kita ukur ketika datang ke pengembangan alam semesta: kadar pengembangan dan kadar di mana galaksi individu, dari sudut pandangan kita, masuk ke perspektif. Mereka berkaitan, tetapi mereka tetap berbeza. Kadar pengembangan, di satu pihak, bercakap mengenai bagaimana struktur ruang itu sendiri terbentang dari masa ke masa. Itu selalu didefinisikan sebagai kelajuan per unit jarak, biasanya diberikan dalam kilometer per detik (kelajuan) per megaparsec (jarak), di mana megaparsec adalah sekitar 3,26 juta tahun cahaya.
Sekiranya tidak ada tenaga gelap, laju pengembangan akan menurun seiring berjalannya waktu, mendekati sifar, kerana ketumpatan jirim dan radiasi akan turun menjadi sifar ketika isipadu mengembang. Tetapi dengan tenaga gelap, kadar pengembangan ini tetap bergantung pada ketumpatan tenaga gelap. Sekiranya tenaga gelap, misalnya, adalah pemalar kosmologi, kadar pengembangannya akan berubah menjadi nilai tetap Tetapi dalam kes ini, galaksi individu yang menjauh dari kita akan semakin cepat.
Bayangkan kelajuan pengembangan dengan magnitud tertentu: 50 km / s / Mpc. Sekiranya galaksi berada pada jarak 20 Mpc dari kita, ia kelihatan surut dari kita pada kelajuan 1000 km / s. Tetapi beri masa, dan seiring dengan pengembangan ruang, galaksi ini akhirnya akan berada lebih jauh dari kita. Dari masa ke masa, ia akan dua kali lebih jauh: 40 Mpc, dan kelajuan penyingkirannya adalah 2000 km / s. Ia memerlukan lebih banyak masa, dan 10 kali lebih jauh: 200 Mpc, dan kelajuan penyingkiran 10,000 km / s. Lama kelamaan, ia akan bergerak pada jarak 6000 Mpc dari kita dan akan bergerak dengan kelajuan 300,000 km / s, yang lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Semakin lama masa berlalu, semakin cepat galaksi akan menjauh dari kita. Itulah sebabnya Alam Semesta "mempercepat": kadar pengembangannya semakin menurun, tetapi kecepatan pemisahan galaksi individu dari kita hanya bertambah.
Semua ini selaras dengan ukuran terbaik kami: tenaga gelap adalah ketumpatan tenaga berterusan yang wujud di ruang itu sendiri. Ketika ruang terbentang, ketumpatan tenaga gelap tetap berterusan, dan Alam Semesta akan berakhir dalam "Pembekuan Besar", apabila segala sesuatu yang tidak terikat bersama oleh graviti (seperti kumpulan tempatan kita, galaksi, sistem suria) akan menyimpang dan menyimpang. Sekiranya tenaga gelap benar-benar pemalar kosmologi, pengembangan ini akan berterusan selama-lamanya sehingga alam semesta menjadi sejuk dan kosong.
Tetapi jika tenaga gelap bersifat dinamik - yang secara teorinya mungkin, tetapi tanpa bukti yang dapat diperhatikan - ia boleh berakhir dengan Big Squeeze atau Big Rip. Dalam Mampatan Besar, tenaga gelap akan melemah dan secara beransur-ansur membalikkan pengembangan alam semesta sehingga ia mula berkontrak. Bahkan mungkin ada alam semesta siklik, di mana "pemampatan" menimbulkan Big Bang baru. Sekiranya tenaga gelap bertambah kuat, nasib yang berbeza menanti kita, apabila struktur yang bersambung akan terputus oleh kadar pengembangan yang secara beransur-ansur meningkat. Namun, hari ini semuanya menunjukkan bahawa Pembekuan Besar menanti kita, ketika Alam Semesta akan berkembang selamanya.
Matlamat saintifik utama untuk pemerhatian masa depan seperti ESA's Euclid atau NASA's WFIRST termasuk mengukur sama ada tenaga gelap adalah pemalar kosmologi. Dan sementara teori terkemuka bercakap mengenai tenaga gelap yang berterusan, penting untuk memahami bahawa mungkin ada kemungkinan yang tidak dikecualikan oleh pengukuran dan pemerhatian. Secara kasar, alam semesta masih boleh runtuh, dan ini mungkin. Lebih banyak data diperlukan.
ILYA KHEL
