כשאנחנו מדברים על סוף הקוסמוס, רעיון אחד עולה שוב ושוב: ה- משבר גדול או קריסה גדולהלפי הצעה זו, היקום המתפשט יאט בסופו של דבר, יהפוך את כיוונו ויתכווץ עד שיגיע למצב קיצוני. זו לא סתם פנטזיה, אלא... אפשרות קוסמולוגית אשר נחקר במשך עשרות שנים, נתמך על ידי אותם כלים בהם אנו משתמשים כדי לתאר את המפץ הגדול.
בשנים האחרונות, השערה זו חוותה תחייה קלה: כמה מחקרים הציעו כי ייתכן שההתרחבות לא תהיה נצחית וכי, בתנאים מסוימים בנוגע ל- אנרגיה שחורההקצב הקוסמי יתהפך. ישנם אפילו מודלים שמעזים חלונות זמן ספציפיים לתחילת ההתכווצות, אשר פתחה מחדש את הוויכוח והובילה רבים לתהות האם סוף היקום יגיע מקריסה ולא מהתקררות אינסופית.
מהו המשבר הגדול: מהמפץ הגדול ועד לקריסה הגדולה
המשיכה הגדולה, המכונה גם קריסה גדולה או קריסה גדולהזה מציע גורל הפוך למפץ הגדול: אם היקום היה יוצא ממצב צפוף וחם ומתחיל להתרחב, יכול היה להגיע זמן שבו ההתרחבות נעצרתכוח המשיכה גובר וכל תכולת הקוסמוס מתחילה להתקרב שוב זה לזה, נדחסת למצב קיצוני, אולי א סינגולריות מרחב-זמן.
חזון זה הוא המקבילה הסימטרית של ההצעה של המפץ הגדולהיקום מתרחב, מאט, הופך את סימנו וקורס. בתרחיש זה, עצמים רחוקים יחוו שינוי משמעותי. היסט כחול ככל שהם מתקרבים; בכמה מקורות מדע פופולרי ישנים יותר, אפקט זה מוזכר בשמות לא סטנדרטיים כמו "אפקט טודון", אך מה שרלוונטי הוא המעבר לתדרים אנרגטיים יותר ככל ש ההתכווצות תתחיל לזוז.
הבסיס התאורטי: תורת היחסות הכללית, פרידמן, למטר וחבריו
האפשרות לחזות את הגורל הקוסמי עולה עם ה- תורת היחסות הכללית של איינשטיין (1915)המשוואות שלו, המיושמות על היקום בכללותו, מאפשרות פתרונות מרובים. בשנות ה-20 של המאה ה-20, אלכסנדר פרידמן y ז'ורז' למאיטר הם הציגו פתרונות מתרחבים, וזמן קצר לאחר מכן אדווין האבל הוא הבחין (ממשתני קפאידים בגלקסיות רחוקות) שהיקום, למעשה, זה מתרחבהרחבת החזון של יקום ניתן לצפייה.
איינשטיין הציג את קבוע קוסמולוגי עם הרעיון של שמירה על יקום סטטי; לאחר גילויו של האבל, הוא התחרט על התאמה זו. עשרות שנים לאחר מכן, עם ה סופרנובות רחוקות של 1998התצפיות פורשו כהתרחבות שלא רק נמשכת אלא מאיץ, אשר הציג מחדש את הקבוע הקוסמולוגי (או משהו שווה ערך) כאנרגיה אפלה: מרכיב הנמצא בלחץ שלילי השולט בתקציב האנרגיה.
דרך מעשית לארגן יעדים פוטנציאליים היא הפרמטר Ω (אומגה), אשר משווה את הצפיפות הממוצעת של היקום עם הצפיפות הקריטית: אם Ω גדול מ-1, קטן מ-1 או שווה ל-1, היקום מתברר כ סגור, פתוח o Plano בהתאמה, עם השלכות גיאומטריות כוללות שונות (משולשים שמסתכמים ביותר מ-180 מעלות במשולש הסגור, פחות מ-180 במשולש הפתוח, בדיוק 180 מעלות במישור; מקבילים שנפגשים בסופו של דבר, מתפצלים או נשארים במרחק שווה).
- יקום סגור (Ω>1)עם מעט מאוד אנרגיה אפלה או ללא אנרגיה אפלה כלל, כוח הכבידה יכול להאט את ההתפשטות ולגרום ל... צִמצוּם בקיצור, פתיחת הדלת למשבר הגדול. עם זאת, אם האנרגיה האפלה תשלוט, התפשטות מתמשכת עשויה להתרחש למרות הגיאומטריה הסגורה.
- יקום פתוח (Ω<1)אפילו בלי אנרגיה אפלה, היא מתפשטת לנצח; עם אנרגיה אפלה, ההתפשטות לא רק ממשיכה אלא... מאיץ, מטה את הכף לכיוון סיומים כמו הקיפאון הגדול או הקרע הגדול.
- יקום שטוח (Ω=1)ללא אנרגיה אפלה, ההתפשטות הייתה נצחית אך מואטת, מתקרבת אסימפטוטית לאפס; עם אנרגיה אפלה, היקום מאיץ ופונה לעבר הסוף על ידי התקררות או התפרקות.
הקונצנזוס הנוכחי בקרב קוסמולוגים רבים הוא שהגורל הסופי תלוי ב... צורת החלל הגלובלית ומעל הכל, התנהגותו של אנרגיה שחורהלמרות שישנם מודלים מיעוטיים (לדוגמה, הצעות משנת 2005 על גורל פרמיון-בוזון עם עיבוי של בוז-איינשטיין (בקנה מידה גדול) שבודקים תרחישים חלופיים, המפתח נותר למדוד במדויק צפיפויות, קצבי התפשטות והתפתחותן.
מתי עשויה להתרחש התכווצות? תאריכים ותרחישים מוצעים
שני קווי מחשבה בולטים צצו בפרסומים האחרונים. מצד אחד היה הד של חוקרי פרינסטון פרסום ב PNAS שדיבר על סימנים התואמים אפשרי התכווצות עתידית מואצתזה יגרום למשבר הגדול להיות קרוב מהצפוי. תוצאות אלו פורשו כתפנית בעלילה בנוגע לאנרגיה אפלה קבועה.
מצד שני, מחקר בינלאומי בראשות אוניברסיטת קורנל איתו המרכז הבינלאומי לפיזיקה של דונוסטיה ו אוניברסיטת שנגחאי ג'יאאו טונג, מופץ ב arXiv, בוחן מודל שבו אנרגיה אפלה לא תהיה קבועה אלא דינמיתחת השערה זו, ההתרחבות יאט ויהפוך את הקצב בעוד כ-7.000 מיליארד שנים, והקריסה המוחלטת תגיע בערך 13.000 מיליארד שנים מאוחר יותר, ומשלים מחזור "המפץ הגדול"-"המשבר הגדול" של כ-33.000 מיליארד.
הערכות אחרות שפורסמו מצביעות על התכווצות בתוך פרק זמן של כ 20.000 מיליוני שניםבקנה מידה אנושי זה נשמע כמו מדע בדיוני, אבל בקנה מידה אנושי קוסמית זה יחסית "מוקדם" אם נזכור שהיקום הוא בן כ-13.800 מיליארד שנים. בכל מקרה, זה בערך דגמים שמתחרים בתרחיש הדומיננטי עדיין של התפשטות נצחית ותלויים באופן שבו אנרגיה אפלה מתפתחת.
האם "המשבר הגדול" מתנגש עם החוק השני של התרמודינמיקה?
שאלה נפוצה היא האם קריסה לעבר סינגולריות "מפרה" את החוק השני, שכן האנטרופיה של מערכת מבודדת לא אמורה לְהַפחִיתהתשובה הקצרה היא שהמשבר הגדול אינו בהכרח מרמז על אנטרופיה נמוכה יותר: כּוֹחַ הַכּוֹבֶד פותח דרגות חופש חדשות (היווצרות מבנים, קריסה, חורים שחורים) ולמעשה, ה חורים שחורים אלו הם עצמים בעלי אנטרופיה עצומה. האנטרופיה הכוללת יכולה להמשיך לגדול גם בשלב של התכווצות.
במונחים נצפים, התכווצות עולמית מרמזת על כך שקרינה מגלקסיות רחוקות תהיה דוחק את הכחול, ומגדיל את האנרגיה הנראית לעין שלו, בעוד שהצפיפות הממוצעת של היקום עולה. כלומר, לא שהקוסמוס "מסדיר" את תוכנו על ידי הפחתת האנטרופיה; אלא, התהליך של התכווצות כבידה זה יוצר מצבים עם אי-סדר כבידתי גדול יותר, בהתאם לחוק השני. נקודה זו טכנית ביותר, אך היא מפרקת את הרעיון שה"התמוטטות הגדולה" היא "אבסורדית" מסיבות תרמודינמיות.
הקפיצה: מהקראנץ' הגדול לקפיצה הגדולה
כמה מסגרות תיאורטיות, כגון כבידה קוונטית לולאה בהובלת אבאי אשתקאר, הם מציעים את האפשרות של להקפיץ הגדולכאשר הצפיפות מגיעה לערכים קיצוניים, השפעות קוונטיות של הגיאומטריה ימנעו את הסינגולריות ויגרמו לריבאונד, שיתחיל מצב חדש. הרחבהבתרחיש זה, היקום מתחלף בין שלבי התפשטות והתכווצות ברצף פוטנציאלי אינסופי.
הגרסה הקלאסית של יקום מתנדנד עם זאת, הדבר מתנגש עם החוק השני: עם כל תנודה, האנטרופיה עולה, מה שמקשה על חזרה למצב "שווה" לקודמו. כמה רעיונות מודרניים, כמו... מודלים של ברין מחזוריהם ניסו לעקוף בעיה זו על ידי מתן אפשרות להתפשטות לדלל את האנטרופיה המצטברת לפני מחזור חדש. אלו הצעות מרמזות, אך עדיין ספֵּקוּלָטִיבִי.
ישנן גם גישות אקזוטיות יותר, כמו למשל מודל קוסמולוגי רב-שכבתיאשר מדמיין רמות אינסופיות של יקומים עם התחלות וסופים משלהם, בעוד שלשלם הכולל יהיה קיום אינסופי. נכון להיום, הם תרחישים תיאורטיים ללא תמיכה תצפיתית ישירה.
סיומים נוספים על השולחן: הקפאה גדולה, קרע גדול, ואקום מזויף...
אם האנרגיה האפלה נמשכת והגיאומטריה שטוחה או פתוחה, היעד הפופולרי ביותר הוא הקפאה גדולה או מוות חום: ההתפשטות נמשכת לנצח, הכוכבים נכחדים בטווח זמן של בערך אחד מיליארד שנים, גלקסיות נשלטות בסופו של דבר על ידי חורים שחורים ש, עם זמנים ארוכים בצורה בלתי נתפסת, הם מתאדים בגלל קרינת הוקינג.
בכמה תיאוריות מאוחדות גדולות, ה- פרוטונים הם יתפרקו, והפכו את הגז הבין-כוכבי לזוגות של אלקטרונים ופוזיטרונים שבסופו של דבר משמידים זה את זה. פוטונים ולפטוניםהיקום יהפוך בסופו של דבר למרק קרינה קר ומדולל יותר ויותר, כאשר האנרגיה נעה בהדרגה לכיוון הקצה האדום עקב התפשטות.
בהאצה קיצונית, מופיעה התוצאה הבאה: קריעה גדולהאנרגיה אפלה תתגבר לא רק על כוח הכבידה, אלא גם על הכוחות אלקטרומגנטית קשרים גרעיניים חלשים ממילא, קורעים לגזרים גלקסיות, כוכבים, כוכבי לכת ובסופו של דבר, את החומר עצמו.
תוצאה ספקולטיבית נוספת היא מטא-סטביליות בוואקוםאם הוואקום הקוונטי שלנו היה שקרי (לא במצב האנרגיה הנמוך ביותר), בועת ואקום "אמיתית" יותר הייתה יכולה להיווצר שתתקדם שִׁכתוּב הקבועים הפיזיקליים ומבנה החומר עצמו. זה יהיה סוף שקט אך הרסני עבור ה חוקי הפיזיקה כפי שאנו מכירים אותם.
באופקים ארוכים באופן אבסורדי, כמה מחברים, כמו שון קרול וג'ניפר צ'ן, דנו באפשרות הקטנה ש- תנודות קוונטיות לייצר מפץ גדול חדש בתוך ים תרמי, עם זמני קירור בסדר גודל של 10101056 שנים. משפט של גם נכנס לתמונה Poincaré ותנודות תרמיות כדי לדמיין "התחדשויות" של סדר קוסמולוגי.
איך זה נקבע: על ידי שקילת היקום
הבחירה בין סיומים אלה נבחנת על ידי מדידת התרומה היחסית של ענייןקרינה, חומר אפל ואנרגיה אפלה בצפיפות קריטית, ובדיקת התרחישים מול נתונים מ סופרנובות מסוג Iaצבירי גלקסיות ו- אניזוטרופיות של קרינת הרקע הקוסמית של המיקרוגל. באופן כללי, נתונים רבים כיום תואמים ליקום Plano ונשלט על ידי אנרגיה אפלה, אשר מטה את הכף לעבר הקיפאון הגדול, מבלי לשלול ניואנסים לגבי ה דינמי של אותה אנרגיה אפלה.
מקומם של הדת, התרבות והמדע הבדיוני
כמעט לכל הדתות הגדולות יש סיפורים על ה... סוף העולםהמחקר התאולוגי של חזיונות אלה ידוע בשם חֲזוֹן אַחֲרִית הַיָמִיםלעתים קרובות, תיאורים אלה פורשו מחדש לאור ההתקדמות המדעית, תוך הימנעות מקריאות מילוליות של ביטויים כמו "הכוכבים יפלו מן השמים", המשקפים הבנות עתיקות של השמיים.
התרבות הפופולרית הפכה את סוף היקום לקרקע פורייה. בספרות, סיפורו של אייזק אסימוב, השאלה האחרונה (מוות חום ולידה מחדש חישובית), הרומן טאו זירו מאת פול אנדרסון (יקום מחזורי עם קראנץ' גדול ואחריו מפץ גדול חדש), הפואמה הנרטיבית גוסס זמן רב מאת ג'פרי א. לנדיס, או החברים של אלכס מאת אלן מור, שם גיבור-על עד להתקררות קוסמית. ישנן גם גיחות כמו העולם בסוף הזמן מאת פרדריק פול.
ההומור והסאטירה עשו את שלהם: המסעדה מיליווייז, המסעדה בקצה היקום עבודתו של דאגלס אדמס מאפשרת לנו להרהר בסוף כמחזה; וודי אלן כלול ב אנני הול הבדיחה על הילד שדואג מהתפשטות היקום.
בטלוויזיה ובקולנוע, יש הכל: ננס אדום זה משער על זמן ש"הולך אחורה" בקוסמוס שפונה לעבר המשבר הגדול; לקס דמיינו התכווצות הנגרמת על ידי לגיון של זרועות מכניות; מסע בין כוכבים: חלל עמוק תשע הוא עוסק בנושא ב"גולם"; תוכנית 9 מהחלל החיצון משתמש באיום של השמדת היקום; דוקטור הו הוא כולל כדור "ספינת ואקום" המסוגל לשרוד מחזור מַחזוֹרִי.
גם אנימה מופיעה: יוריקה 7 היא מניח גבול של "צפיפות ביולוגית" שמפעיל סינגולריות; פיוצ'רמה מסע לעתיד של ביג ריפ ואחריו מפץ גדול חדש, כמעט זהה; העולם המדהים של מסטיק זה משחק עם הריק שבין יקומים.
במשחקי וידאו ובקומיקס מופיעים אזכורים כמו בינה מלאכותית. דורנדל בסאגה מרתוןאובססיבי לברוח מהסוף; ה מארוול מולטיוורס כאשר גביש מ'קראן הוא הציר שלו; קסם: ההתכנסות היא מארגנת את הנרטיב שלה למישורים בתוך מולטי-יקום; צבי הנינג'ה y פארסקייפ הם חוקרים צמתים בין ממדים; ההרפתקה המוזרה של ג'וג'ו (אוקיינוס האבן) מציג כוח שמאיץ את הזמן ליצירת יקום חדשוקומיקס המעריצים דרגון בול מולטי-יקום מארגן טורנירים בין יקומים מקבילים.
אפילו הפצה אודיו-ויזואלית לאחרונה הצית מחדש עניין. ב-20 במרץ 2019, היוצר מלודי כבש הוא פרסם את "זמן ההפסקה של העתיד: מסע אל קץ הזמן", סרטון בן 29 דקות שבוחן אפשרויות עתידים קוסמייםצובר עשרות מיליוני צפיות ומספר עצום של "לייקים".
דגמים קלאסיים נזרקו ואפשרויות מחודשות
במהלך המאה ה-20, כמה מודלים ראו יקום סגור וסופי אשר, לאחר התרחבות, יתכווץ ל- קריסה קטסטרופלית (הקריסה הגדולה). כיום, רוב המודלים הללו ננטשו משום שתצפיות מצביעות על התפשטות. מוּאָץ מה שמרמז על קיפאון גדול ולא על מחנק גדול.
אף על פי כן, פרשנויות חדשות של חומר אפל ומעל הכל, הצעות שבהן אנרגיה אפלה היא דינמי ויכול היה לדלל או לשנות מזל, החזירו לקדמת הבמה את האפשרות של יקום נִדנוּד או אחד חֲזָרָה עתיד. מכאן העניין במודלים הממקמים את תחילת ההתכווצות בעוד כמה מיליארדי שנים.
מטאפורה שמעבר לפיזיקה
מעבר למדע, המשבר הגדול משמש כ מֵטָפוֹרָה של סגירה ולידה מחדש. לא נדיר למצוא חברות או פרויקטים שבהשראת רעיון זה, מדברים על לעצור, להתכווץ ולהיוולד מחדש עם זהות חדשה, כפי שקורה בסיפורים על "פילוסופיות" תאגידיות המוצגות כ"קריסה גדולה" משלהן כדי להתחיל יקום חדש של הזדמנויות. זוהי קריצה תרבותית המדגימה עד כמה גורל הקוסמוס מחלחל לדמיוננו.
מה היינו רואים ביקום שמאט וקורס?
אם המשבר הגדול היה בסופו של דבר היעד שלנו, היינו שמים לב בתחילה לכך תאוצה ההתפשטות מואטת: אנרגיה אפלה מאבדת קיטור, ה הכביד הוא מקבל מחדש שליטה, וההסחות לאדום הקוסמולוגיות הופכות פחות עוצמתיות. לאחר נקודת הגודל המקסימלי, ההתפשטות מתהפכת ו- משמרות כחולות יזכה לגדולה.
עם הזמן, צבירים וסופר-צבירים היה מתארגן מחדשגלקסיות יתנגשו במפלים, הטמפרטורות הממוצעות יעלו, והיקום יהפוך צפוף וחם יותרבשלב הסופי, פיזיקת הקוונטים של כוח הכבידה צריכה להיכנס לתמונה כדי לתאר בדיוק מה קורה ליד המקום המשוער. ייחוד.
בתרחיש זה, כמה מחברים שיערו כי לאחר הקריסה, עלול להתרחש מפץ גדול חדש תדליק הרחבה נוספת. אחרים מציבים את נקודת הקצה בסינגולריות שלא יוצרת דבר נוסף. ההבדל בין שתי התמונות תלוי ב פיזיקה מעבר של המודלים הנוכחיים, כך שזה נותר תחום פתוח למחקר.
נכון לעכשיו, המדדים הטובים ביותר ש"שוקלים" את היקום מעדיפים את הרחבה בלתי מוגבלת ותוצאה על ידי מוות בחוםאבל העניין של הקהילה בפרמטרים כמו Ωטבעה של האנרגיה האפלה ומעברי הוואקום האפשריים הם עצומים, משום שהסיום הגדול תלוי בהם. מקפיא נצחיקרע, קריסה או ריבאונד.
