soarta finală a universului

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Soarta finală a universului, care este întrebarea dacă " universul este destinat să se încheie în sus , și dacă da , cum și când se va sfârși evoluția sa, este un subiect extrem de dezbătut în istoria omenirii în termeni mitologice , religioase și filosofice (vezi escatologie ). În contextul științei moderne , există mai multe teorii despre.

Teoriile științifice privind soarta universului

Până de curând, chiar și viziunea științifică Universul a fost la viața veșnică și fără schimbare. După descoperirea unui univers în expansiune ( legea lui Hubble ) de Edwin Hubble la începutul secolului XX , noțiunea de un început și, prin urmare, un ordin a fost brusc obiectul unei investigații științifice.

Teoriile Universe pot fi împărțite în patru categorii majore:

  • Teoriile univers etern: cele pentru care, în ciuda observațiilor, universul este etern așa cum se credea anterior cu teoria la starea de echilibru , teoria luminii obosit , The cosmologia plasmă și " universul static ; expansiune și gravitate rămân în echilibru
  • teorii ale universului , cu existență aparent finită: atunci când universul are un început și un „capăt“
  • Teoriile multiversuri: că universul este parte dintr - un spațiu mai mare compus din mai multe universuri
  • teorii ciclice ale universului: că universul se naște și se termină doar pentru a renaște la nesfârșit

Primul grup nu este discutat în acest articol, deoarece neagă însăși ideea unui univers fin și de multe ori ideea unui Big Bang - ului în conformitate cu modelul standard al cosmologiei . În aceste teorii, un fel de activitate semnificativă poate dura pentru totdeauna. Toate teoriile standard , trebuie să fie reconciliate cu relativitatea generală , care oferă un cadru teoretic comun pentru speculații cosmologice . Cele mai multe dintre aceste teorii sunt soluții ale ecuațiilor relativității generale, prin modificarea parametrilor , cum ar fi densitatea mass - media, constanta cosmologică și așa mai departe. Teoriile științifice care nu recunosc relativitatea si mecanica cuantica , sau care neagă Big Bang - ul și modelul standard al cosmologiei (cum ar fi teoria sau cosmologia la starea de echilibru newtonian ) sunt constituenți ai așa-numitei cosmologiei non-standard , tratate în voce.

Teoriile privind nașterea, dezvoltarea și destinul universului care accepta modelul standard poate fi, de asemenea, împărțite în două grupe majoritare în funcție de tipul de evoluție prevăzut pentru universul nostru, în conformitate cu teoria relativității:

  1. Teoriile inflaționiste ( inflație simplu, inflație eternă , teoria cu bule )
  2. Teoriile ciclice ale universului ( oscilant univers , Big Bounce , compatibil cosmologie ciclică , universul ekpyrotic )

Rolul formei universului

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: forma universul , fluctuația cuantică , starea Hartle-Hawking și Singularity .

În modelul Big Bang, soarta finală a universului depinde de forma sa, și cantitatea de " energie întunecată conține.

Geometria universului este determinată de valoarea Ω, dacă aceasta este mai mică, egală sau mai mare decât 1.

univers închis

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: închis Universul .

Dată fiind densitatea parametrului Omega (Ω) , dacă Ω> 1, geometria spațiului este închis ca suprafata unei sfere . Suma unghiurilor unui triunghi este mai mare de 180 de grade și nu există linii paralele; toate liniile întâlnesc la un moment dat. Geometria universului este, pe scară largă, eliptic .

Într - un univers închis, atunci când lipsește efectul respingător al " energia întunecată , gravitația va opri expansiunea universului, care ar începe apoi să se prăbușească într - o singură singularitate ( Big Crunch ) analog cu Big Bang . Cu toate acestea, în cazul în care universul conține o cantitate mare de energie întunecată (așa cum este sugerat de descoperirile recente), expansiunea poate continua la nesfârșit, chiar dacă Ω> 1.

Deschideți universul

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Deschideți Universul și Inflația veșnică .

Dacă Ω <1, geometria spațiului este deschis, curbat negativ ca suprafața unei șa. Unghiurile unui triunghi însumate dau o valoare mai mică de 180 de grade, iar liniile care nu îndeplinesc sunt niciodată echidistante; ei au un punct de la distanță minimă și să continue să se separe. Geometria universului este hiperbolică .

Chiar și fără energie întunecată, un univers curbat negativ se extinde la infinit, încetinirea mișcării sale ușor datorită gravitației. Cu energia întunecată, expansiunea nu este numai continuu, se accelerează, de asemenea. Posibilitățile despre soarta finală a unui univers deschis sunt sau Big Freeze (și , prin urmare , o moarte de căldură), sau Big Rip , în cazul în care accelerația cauzată de energia întunecată devine atât de puternică încât depășește efectele forțelor gravitaționale , electromagnetice și nucleare slab .

Univers plat

Dacă densitatea medie a universului este exact egală cu densitatea critică, adică Ω = 1, atunci geometria universului este plat: ca în geometria euclidiană suma unghiurilor unui triunghi este de 180 de grade, iar paralelele sunt întotdeauna echidistante și ei nu îndeplinesc.

Fără energie întunecată, un univers plat se extinde pentru totdeauna la o rată de scădere, ajungând la asimptotic zero. În prezența energiei întunecate, cu toate acestea, expansiunea incetineste initial, dar creste mai tarziu. Soarta finală a unui univers plat este similar cu cel al unui univers deschis: a morții de căldură , de exemplu, un „ Big Freeze “, sau Big Rip . Cele mai multe date astrofizicienii sunt interpretate ca parte a unui univers plat. Cu toate acestea, în conformitate cu teoria inflației eterne , susținută de date observaționale, extinderea continuă , în orice caz , într - un mod haotic (haotic inflație ) și în toate direcțiile , dar la diferite densități, până când se formează bule de universuri infinite: unele sunt destinate încheia cu un Big Rip, unele nu, și întregul univers ar fi veșnic existent.

Teorii privind sfârșitul universului

Soarta universului este determinată de densitatea Universului, așa cum se vede mai sus. Majoritatea probelor adunate până în prezent, pe baza măsurătorilor de densitate a vitezei de expansiune și de masă, susțin că universul nu se prăbușește, așa cum împins de " energie întunecată , o forță perturbator care acum este mai puternic decât materia întunecată și de gravitație , care sunt forțe atractive. [1]

Principalele modele evolutive universul cel mai comun între cosmologi sunt l „ inflație ( în special a“ varianta inflație eternă ) și l ' oscilantă univers sau model ciclic.

Teorii ale universului cu existență aparent finită

Big Freeze și moartea termică

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: universul Moartea termică .

Big Freeze (sau Big Chill) este un scenariu în care universul în continuă expansiune ar cauza prea rece pentru susținerea vieții . S-ar putea întâmpla în cazul unei geometrie plană sau hiperbolică, deoarece astfel de sisteme sunt o condiție necesară pentru extinderea continuă a universului. Teoria este susținută, cel puțin în ceea ce privește " universul observabil , de majoritatea fizicieni și cosmologi.

Universul ar ajunge la un maxim de stat entropie , în care totul se va dovedi a fi omogene și nu ar exista gradienti . L „ accelerat de expansiune datorită“ energie întunecată depășește gravitatea a materiei întunecate și materia normală. De exemplu, acest lucru este posibil , o cronologie bazată pe teorii fizice contemporane, a unui univers deschis care suferă o moarte de căldură :

  • 10 14 ani: toate stelele au răcite
  • 10 15 ani: toate planetele sunt separate de stele
  • 10 19 ani: cele mai multe dintre stele a fost separat de galaxii
  • 10 20 ani: orbitele de tot felul au fost pierdute din cauza undelor gravitaționale
  • 10 31 ani: degradare de protoni , în cazul în care teoriile unificate mari sunt corecte
  • 10 64 ani: a negrii găuri evapore stelare potrivit procesului Hawking
  • 10 65 ani: toată materia a devenit un lichid la zero absolut
  • 10 100 ani: negru de găuri supermasive se evapore conform procedeului Hawking (care, cu toate acestea, a declarat că nu toate informațiile vor dispărea, să nu încalce legile termodinamicii)
  • 10 1500 ani: toate dezintegrări materiei în fier ( în cazul în care protonul nu este putrezit înainte)
  • 10 100 000 000 000 000 000 000 000 000 ani ( ): Limita inferioară, astfel încât toată materia este încorporată în găuri negre
  • De 10 000 000 de 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 de ani ( ): Limita superioară, astfel încât toată materia este încorporată în găuri negre.

La sfârșitul problemei și " energia va dizolva , de asemenea, de negru de găuri absorb restul, apoi evaporarea prin radiația Hawking ; Numai fotoni vor continua să existe, fără gravitate. [1] Unii oameni de știință, care acceptă modelul, susțin că timpul se va opri și inversa dimensiunile și distanțele. [2] Această teorie se bazează pe constanta Hubble , și este susținută de mulți fizicieni, printre care Alexei Filippenko (unul dintre descoperitorii de energie întunecată); sa considerat chiar puțin probabil de către Margherita Hack . [3] Cu multivers este cea mai răspândită teorie astăzi printre fizicienii teoretice. [1] Stephen Hawking a susținut că nu se poate spune că universul a avut un început real sau va avea un sfârșit reală. [4]

Viitorul universului extins

Ce se întâmplă de peste 10 ani este de 2500 speculativă. În cazul în care starea curentă de vacuum este un vid fals , vidul poate pierde valabilitatea într - o stare de energie mai mic ( dezastru al metastability vid ). [5] [6]

Probabil, stări de extreme energetice scăzute implică faptul că evenimentele cuantice localizate devin fenomene macroscopice mai mult de evenimente microscopice neglijabile, deoarece perturbațiile mici fac cea mai mare diferență în această eră (așa cum se întâmplă în stările de eroare ale materiei, cum ar fi condensat Bose-Einstein ), atunci nu se poate spune ce se poate întâmpla în spațiu sau în timp. Una simțurile că legile „ macro-fizice “ nu va prevala, și legile „ fizicii cuantice “. [7]

Universul ar putea evita moartea termică prin efect cuantic de tunel aleatoare, cuantice tranziții și cuantice fluctuații , având în vedere probabilitatea nenulă de a produce un nou Big Bang în aproximativ 10 101056 de ani [8] , cu mult înainte de absorbția tuturor materiei în găurile negre mai târziu Și lor evaporare .

Într - un timp infinit , poate exista o scădere a spontană entropie la fel de previzibil din teorema lui Poincare recurență , predicată ca uneori poate fi contrazică a doua lege a termodinamicii. [9] [10] [11] [12]

Posibilitățile menționate mai sus sunt bazate pe un tip simplu de energie întunecată ca o constantă cosmologică sau o formă de energie în vid , dar fizica de energie întunecată este încă domeniu de cercetare foarte activ și forma actuală ar putea fi foarte mult mai complexă, ca în așa-numita teorie a chintesență . De exemplu, în timpul " inflație , energia întunecată universul a acționat în mod foarte diferit decât în prezent, astfel încât este posibil ca acesta ar putea declanșa o altă perioadă inflaționistă în viitor. Până la energia întunecată este mai bine înțeleasă, efectele sale posibile sunt foarte dificil de prezis sau parametrizarea. [1] Există patru scenarii principale ale universului nostru , după o moarte de căldură:

  1. Un univers gol, încă și rece pentru totdeauna
  2. Vacuum fals
  3. Modelul Baum-Frampton
  4. " Universul ciclic

Big Rip

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Big Rip .

In 2003 , revista britanica New Scientist a publicat un articol de Robert R. Caldwell, Marc Kamionkowski și Nevin N. Weinberg, că ei, potrivit unor observații, a făcut ipoteza că universul poate avea loc în cele din urmă ca un „ Big Rip “ ( Big Tear), ceea ce ar distruge structura fizică a universului. [1]

Într - un univers deschis , The relativitatea generală prezice că acest lucru va avea o existență viitor nedefinit, dar care se va ajunge la o stare în care viața așa cum o înțelegem, nu va mai exista. In acest model constanta cosmologică ca urmare o accelerare a ratei de expansiune a universului. Luate la extrem, accelerat constant expansiunea mijloacelor Universe pe care fiecare obiect fizic va fi în cele din urmă rupte în bucăți, și apoi redus la particule elementare care nu sunt legate între ele. Statul final va fi un gaz de fotoni , leptonii și protoni (sau doar primele două decenii dacă protonul) va deveni mai puțin și mai puțin dens. Implicațiile finale pot fi la fel ca Big Freeze: o răceală și univers inert pentru totdeauna sau ceva nou. În ciuda faptului că o versiune accelerată a Big Freeze, spațiul gol de aici va fi, de asemenea distruse și spațiu-timp va dispărea; în prezent, cu toate acestea, mulți fizicieni cred că nu se va produce, ca energie întunecată nu depășește gravitația atât de mult încât se produce un Big rip, dar raportul este mai mic, astfel încât cel mult ar putea provoca Big Freeze. [1]

Modelul Baum-Frampton
Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: modelul Baum-Frampton .

Lauris Baum și Paul H. Frampton au propus un model suplimentar univers ciclic, în strânsă legătură cu Big Rip; modelul Baum-Frampton implică faptul că o clipă mică înainte de Big Rip care implică distrugerea completă a materialului cosmic spațiu - timp, de ordinul a 10 ^ (- 27) secunde, spațiul ar fi împărțit într - un număr mare de volume independente. Aceste volume de spațiu sunt legate de „universul observabil“, care sunt contractate la o dimensiune extrem de mică, de ordinul a lungimii Planck . Fiecare dintre aceste volume de spațiu nu ar conține materie sau energie datorită prezenței Big Rip, prin urmare - ca și în modelul Penrose - entropia în fiecare singur volum ar fi redus practic la zero, rămânând practic neschimbată în această contracție. Ulterior, modelul ar urma scenariul „Big Bang”, entropia crescând din nou din cauza inflației cosmice în crearea universului. Acest lucru s-ar întâmpla în fiecare „volum” de spațiu derivat din universul original, rezultând un număr extraordinar de mare, dar finit de universuri noi. [13]

Big Crunch

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Big Crunch .
Criza mare

Teoria Big Crunch este o viziune simetrică „viață Univers . Așa cum Big Bang a început o expansiune cosmologică, această teorie presupune că densitatea mediei Universului este suficientă pentru a opri expansiunea și pentru a începe o contracție cosmică. Fizicianul Andrei Linde este possibilist pe această teorie.

Nu este clar ce ar fi rezultatul: o simplă extrapolare ar avea toată materia și spațiu-timp prăbușirea universului într - un punct matematic, o singularitate gravitațională adimensională, dar la aceste scale ar trebui să ia în considerare efectele mecanicii cuantice , teoria relativității generale ignorate. Unii folosesc această ocazie pentru a postula un univers oscilant , care începe să se extindă din nou ( a se vedea , de asemenea: gravitația cuantică ). [1]

Acest scenariu nu elimină teoria că Big Bang - ul a fost precedat de un Big Crunch a unui univers precedent. Dacă acest lucru se întâmplă în mod repetat , are un univers oscilant . Prin urmare, Universul ar putea consta dintr-un șir infinit de universuri finite, fiecare dintre care sa încheiat cu un Big Crunch care coincide cu Big Bang următoare. În acest moment, ar fi inutil să se distingă un Big Bang-ului de la un Big Crunch, și ne-ar vorbi de singularități recurente. [1]

Multiverse

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Multiverse , M-teoria și teoria corzilor .

Din punct de vedere științific conceptul de multivers a fost propusă riguros pentru prima dată de către Hugh Everett III , în 1957 , în " interpretarea lumilor multiple a mecanicii cuantice . Ipoteza este o sursă de dezacord în comunitatea fizica. Unii fizicieni nu sunt de acord, și susțin că teoria trebuie să fie obiectul de studiu științific corespunzător. [14] Printre susținătorii cel puțin unul dintre modelele multiversuri sunt Stephen Hawking , [15] Steven Weinberg , [16] Brian Greene , Max Tegmark , Andrei Linde și Alex Vilenkin . Printre cei care nu acceptă ipoteza sau ne critică sunt David Gross , [17] Paul Steinhardt (care o dată în comun), [18] și Paul Davies , care a spus că problema este mai filosofică decât științifică, sau chiar că teoria multivers este în detrimentul fizicii teoretice, sau dacă pseudostiinta . [18]

Lumea-brane

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: teoria Brane lumea și universul ecpirotic .

Scenariul multiversului (sau a " univers paralel ) vrea, în timp ce universul nostru are un scop, aceasta este una dintre multele universuri. Fizica multiversului ar putea permite ca acest lucru să existe pe termen nelimitat. În special, alte universuri pot fi supuse unor legi fizice diferite de cele ale universului nostru; Acest lucru este legat de teoria corzilor teoria și Brane, susținută de Michio Kaku , Gabriele Veneziano , Neil Turok si multe altele. [19] Cu Big Freeze și inflația, este acum cea mai populara teorie în mediile fizice teoretice. [1] ca fiind similar cu universuri infinite Smolin, criticii de cuvânt multiversului nu există nicio dovadă sau că o cerere ar fi de la birou, și forțate, teoriile biologice ale lui Charles Darwin , numai pe baza calculelor teoretice și ecuații, în timp ce L ' inflația haotică poate fi verificată experimental. [20] Kaku spune că teoria corzilor nu merge împotriva Big Bang și " inflația cosmică , ci vrea să explice ceea ce le -a cauzat, adică un fel de ekpyrosis numit Big bulină . Turok a propus ca ecpirosis este ciclică. [21]

selecție cosmologic

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: primordial gaura neagra , gaura alba si selectia naturala cosmologică .

Unele, cum ar fi Stephen Hawking (negrii Găuri Baby Universurile), a găurilor negri absorbi tot ceea ce rămâne și probabil poate da naștere, cu tot materialul absorbit, la o corespunzătoare gaură albă și, prin urmare, noi universuri. Hawking , de asemenea , afirmă că multe universuri contemporane ar fi fost născut, dintre care numai unele sunt potrivite pentru viață, datorită legii de probabilitate ( teoria M , legată de multiversului și teoria corzilor : a se vedea punctele ulterioare), care însă nu s- au născut din multe Big Bangs (în sensul de explozii). [4] Conform unei teorii dezvoltate de James Hartle , universul nu are granițe reale, dar soarta sa depinde, așa cum am spus, dacă acesta este deschis sau închis. Big Bang-ul este înlocuit de un stat comparabil cu limitele unei sfere, care depășește problema singularitate. Acest model se bazează pe cosmologia cuantică și gravitația cuantică, dar folosește un complex de geometrie cu patru dimensiuni, cu o anumită unitate numită InstantOn. [22] abordează teoria cu nașterea universului, dar la sfârșitul anului va urma celelalte teorii: inflație fără sfârșit și noi universuri, un „Bounce“ sau ruperea materialului de spațiu - timp. Pentru Neil Turok , priza ideal pentru această teorie este " inflația , dar -brane mondială . [23]

„Teoria evoluției “, este susținută de Lee Smolin , în ciuda specificității sale. Cele exploziile de raze gama de găuri negri sunt comparate cu semnalele universului originale sau „părinte“. Această teorie este similară cu cea a găurii negre primordiale se numește selecție naturală cosmologică . [1]

martor fals

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: inflația eternă , inflația haotică , vid fals și selecție naturală cosmologică cosmologică § Alte selecții .
Reprezentarea inflației în conformitate cu modelul standard al cosmologiei

" Inflația eternă este un model de inflație cosmologică a universului, a solicitat de mai multe extensii ale teoriei Big Bang - ului. În teoriile inflației eterne, faza de expansiune accelerată a universului continuă pentru totdeauna, cel puțin în unele regiuni ale universului. Pe măsură ce aceste regiuni se extind la rate exponențiale, întregul volum al universului crește pe termen nelimitat și mai repede și mai repede, până când Big Rip (model standard) sau reproducerea unui nou univers (model de Andrei Linde ). Inflația eternă este prezisă de multe modele diferite de inflație cosmică. Modelul original al lui Alan Guth inflației a inclus o fază de „ vid fals “ cu energie în vid pozitiv. Părți ale universului în acel stadiu se extind inflaționist și se degradează doar ocazional într-o stare energetică minoră, neinflaționistă, numită și starea fundamentală. Fizice Andrej Linde a propus o variantă numită inflație haotică sau teoria de bule, în care vârfurile din evoluția unui câmp scalar, care determină energia de vid, corespund regiunilor în care domină inflație.

Aceste teorii se bazează pe relativitatea generală și mecanica cuantică , în special studiile asupra gravitației cuantice și teoria câmpului cuantic .

1) Teoria bule
Reprezentarea unui univers mare și infinit (multivers sau suprauniversală): a „universuri cu bule“, fiecare disc este un univers cu constante fizice diferite de cele ale celorlalți. Această imagine ilustrează conceptul cum universul nostru poate fi doar unul dintre multe bule (posibil infinite).

În teoria cu bule , susținută de Andrei Linde recuperarea unor teorii ale trecutului (cum ar fi cele ale lui Alan Guth , bazat de asemenea pe locul de muncă și studii de Stephen Hawking [24] ), fiecare balon inflaționistă a acestui „spuma cuantică“ în loc de un univers (ca al nostru), conectat la alte universuri prin găurile de vierme teoretizat de Einstein [25] ; unele dintre aceste universuri sunt locuibile, altele nu, și fiecare are propriul său trecut și istorie și evoluție specifice. Linde numit acest model, în glumă, „un univers brânză elvețiană “ sau „cană de șampanie .“ Inflația teoretizat Linde se numește inflație haotică sau inflație eternă . Dincolo de universul observabil, spațiu-timp poate fi încă într-o stare de inflație, cu alte universuri „bule“ de formare ori de câte ori inflația se oprește la un moment dat.

Dacă universul nostru ar fi singurul din existență, atunci vom avea nevoie de o explicație științifică ce se pare atât de bine calibrat pentru a permite o anumită ordine și viața biologică (de asemenea, pentru că altfel nu ar exista). Dacă, pe de altă parte, este doar una dintre multele existente, fiecare dintre ele poate avea parametri diferiți și constante diferite și doar un singur univers (sau câteva) s-a întâmplat să aibă astfel de valori care au permis viața. [26]

vid fals este o stare de energie mai mare metastabile situat în jurul unui minim local a potențialului. Întregul spațiu-timp, în conformitate cu modelele de inflație veșnică ar trebui să fie în vid fals, unele regiuni ale colaps treptat în vid adevărat, generatoare de bule care corespund diferitelor universuri posibile, inclusiv a noastră.

Unele rezultate de observare și experimentare pentru a confirma această teorie în linii mari, verificarea teoriei inflaționist, prin intermediul undelor gravitaționale , ceea ce conduce, în conformitate cu Linde si Alan Guth , varianta unui multivers cu bule. Universul nostru (sau partea vizibilă și observabile de către noi, care este doar o zonă foarte mică a existente, așa-numitul univers observabil ) , prin urmare , poate fi stins în Big Freeze sau „distrus“ într - un Big Rip sau Big Freeze, dar acest lucru nu se va întâmpla în alte zone ale multiversului (sau universul în sine). [20] Regiunile de formate inflația haotică extinderea la rate exponențială, întregul volum al universului crește la infinit și rapid. Deci, universul ar fi infinit și etern și autoreproduce; finit și observabile sunt doar unele părți ale acesteia. [25]

Exemplu de colaps al falsului vid într-un sistem metastabil: 1) Configurația este inițial stabilă (minim local de energie); 2) (regiune de instabilitate ridicată): sistemul face o tranziție. 3) Sistemul se prăbușește la o stare de stabilitate maximă (energie minimă)
2) Posibila nouă Big Bang

Acest concept este strâns legată de teoria bule și mecanica cuantică . Inflația eternă este prezisă de multe modele diferite de inflație cosmică. Modelul original al inflației lui Alan Guth a inclus o fază de „ fals vid ” cu energie de vid pozitivă. Dacă vidul nu este starea cu cea mai mică energie (un fals fals, prin urmare), s-ar putea prăbuși în starea cu cea mai mică energie. Aceasta se numește dezastru de metastabilitate în vid . Acest fapt ne-ar schimba complet universul; constantele fizice ar putea avea valori diferite, ceea ce ar altera baza materiei. Părți ale universului în acest stadiu extinde inflaționistă și doar ocazional dezintegra ocazional la un minor, starea de energie neinflaționistă, de asemenea, numit de stat la sol. În inflația haotică, vârfurile în evoluția unui câmp scalar sunt regiunile unde există inflație. [25]

Vacuumul fals ar trebui să descresc exponențial, cu toate acestea bule de vid false ar putea, de asemenea, extinde exponențial în așa fel încât o regiune dominată de vidul fals nu dispare niciodată. În aceste regiuni de fals vid, pot fi create ocazional noi bule, și astfel noi universuri, ca un simplu rezultat al decăderii falsului vid. Prin urmare, perioada inflaționistă a universului continuă să persiste pentru totdeauna în diferite regiuni ale spațiului-timp. L'universo che noi effettivamente osserviamo sarebbe quindi solo una delle possibili bolle che si sono sviluppate, molti altri universi anche simili al nostro sarebbero quindi possibili. Talvolta le bolle possono toccarsi e influire sullo spaziotempo con nuova produzione di energia. [25] Con il Big Freeze e le stringhe, queste teorie sono le più diffuse negli ambienti dei fisici teorici. [1]

Alle scale più piccole (quantistiche, come la lunghezza di Planck ), lo spazio ribollirebbe a causa di fluttuazioni di energia e transizioni di fase : questo può causare la scomparsa di un universo precedente, o cambiarne le leggi come avvenuto col campo di Higgs , o generare un nuovo Big Bang (qua entra in gioco anche la questione se il tempo sia o no una grandezza infinita; se sia possibile misurarlo sempre, ecc.); ci si trova in un falso vuoto, in quanto in fisica quantistica, a differenza che nella teoria della relatività generale, non esiste il vuoto o il nulla , nemmeno in caso di Big Rip o morte termica dell'universo . Il fenomeno del ribollire è forse dovuto al principio di indeterminazione di Heisenberg , e uno dei suoi effetti è la schiuma quantica. Lo spaziotempo infatti sarebbe "schiumoso" e impossibile da lacerare e distruggere anche per l' energia oscura . Da questa schiuma quantistica , presente nella teoria dell'inflazione cosmologica, ha origine l'universo secondo la teoria delle bolle e quella del falso vuoto. [27]

Modelli ciclici

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Universo oscillante .

Cosmologia ciclica conforme

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Cosmologia ciclica conforme .
Dipinto ad olio di Urs Schmid (1995) raffigurante una tassellatura di Penrose

Il modello della Cosmologia ciclica conforme (CCC) [28] è stato proposto dal 2001 in poi da Roger Penrose . Secondo Penrose, un tempo sostenitore della teoria del "nulla prima del Big Bang" (che sostituì quella sostenuta dal suo maestro, Dennis Sciama , la teoria dello stato stazionario di Fred Hoyle e altri), afferma nel libro Dal Big Bang all'eternità che l'infinitamente piccolo allora - forse - equivarrà all'infinitamente grande, e l'universo apparentemente freddo e morto potrebbe così dare origine, per effetto dell'annullamento delle leggi fisiche precedenti, ad un nuovo Big Bang (la bassa entropia sarebbe la stessa della nascita del primo universo), anche se diverso da quello della teoria del Big Bounce . L'attuale universo sarebbe uno degli infiniti "eoni" (ognuno della durata di 10 100 , ovvero 1 seguito da 100 zeri, un numero chiamato Googol ) che costituiscono l'eterno universo; non vengono esclusi né l'inflazione né il multiverso. [29] Penrose afferma che la prova sarebbe contenuta nella radiazione di fondo , e nelle onde concentriche scoperte in essa, che sarebbero i residui materiali degli universi precedenti. [30] [31]

Big Bounce

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Big Bounce .

Il Big Bounce ("grande rimbalzo"), riproposizione della vecchia teoria sostenuta da Einstein dell' universo oscillante , prevede che la gravità faccia contrarre in un Big Crunch e poi esplodere l'universo all'infinito, e che l'espansione, l'accelerazione o l'inflazione non possano essere infinite. Propone nuovi tipi di gravitazione, come la gravità quantistica a loop (teoria che fu sviluppata da Lee Smolin e Carlo Rovelli ed è parte della cosmologia quantistica ), il fatto che l' energia oscura si possa esaurire o una teoria ecpirotica (chiamata così dal termine " ecpirosi ", la conflagrazione ciclica della filosofia eraclitea e stoica ) diversa da quella di Neil Turok e Paul Steinhardt [32] . Sostenitori di questa teoria del rimbalzo sono Martin Bojowald , Param Singh , Leonardo Fernández e Ruth Lazkoz , che mettono in discussione (specialmente Singh, che ha elaborato una nuova matematica della gravità che punta a mettere d'accordo la quantistica, la gravitazione e la relatività generale ) la teoria della singolarità iniziale. [1]

Singh si pone ancora più avanti, affermando che il Big Bang - come comunemente inteso - non è mai avvenuto, ponendosi quindi nel gruppo variegato di sostenitori delle cosmologie non standard ; inoltre sostiene che la gravità quantistica a loop risolva il problema della singolarità e dell' energia oscura in maniera coerente. [1] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40]

Il modello ciclico oscillante, almeno nella sua formulazione più classica, sarebbe smentito da alcune osservazioni del 2014, secondo Neil Turok direttore del Perimeter Institute (dove lavora anche Param Singh) [41] , opinione non pienamente condivisa da altri studiosi. [42] [43]

Prime evidenze sperimentali di universo infinito

Possibile verifica dell'inflazione

Come detto, il 17 marzo 2014 gli astrofisici John Kovac e Chao-Lin Kuo , dell'Università di Harvard (Boston), hanno presentato alcune prove che l'universo, dopo il Big Bang, ha subìto una inflazione . Sono le evidenze che trasformano l'ipotesi dell'universo inflazionario in una teoria verificata sperimentalmente, il che, secondo Andrej Linde , Alan Guth e altri (non coinvolti direttamente con lo studio, ma che hanno formulato la fisica teorica inflazionaria), è la prova che i calcoli teorici della teoria dell' inflazione eterna e caotica (non un'esplosione o un'inflazione ordinata, ma una dilatazione iniziale superiore a quella della velocità della luce), la base per la teoria delle bolle che generano eternamente universi (in quanto espansi con velocità differenti), sono veritieri. L'energia oscura sarebbe una delle forze di questo fenomeno. [44] [45] [46]

La perfezione cosmica di alcune leggi ( fine-tuned Universe ), atte a favorire la nascita della vita, spingerebbe quindi a scegliere, secondo la maggioranza dei fisici, o la teoria probabilistica degli universi infiniti (simile all' evoluzionismo ), o la teoria dell'universo progettato apposta (quindi una sorta di creazionismo o disegno intelligente ): la seconda non è però scienza ma fede [47] , mentre la prima [48] è scientifica e ha una buona possibilità di essere veritiera, come è stato osservato da Stephen Hawking . [49] [50]

Quindi, secondo queste ultime osservazioni, l'universo (o il multiverso, o ciò che esiste) ha forse avuto un qualche inizio - ma potrebbe anche non averlo - e probabilmente esso e la materia / energia non avranno mai una fine, come indicano anche le leggi di conservazione della massa di Antoine Lavoisier . L'inflazione caotica di Linde e Guth viene anche ad assomigliare alla teoria dello stato stazionario di Fred Hoyle , una teoria oggi considerata non standard . Guth, Linde e altri hanno osservato che se l'inflazione è veritiera, allora è reale - con alta probabilità - anche il multiverso, in quanto modelli teorici inflazionari senza multiverso sono fattibili ma molto difficili da costruire e l'inflazione caotica è uno dei pochi che regge il confronto con i dati. [51] [52] [53] [54] [55] [56]

Sebbene una teoria dell'inflazione sia abbastanza accreditata tra la comunità scientifica e abbia ricevuto delle prime evidenze sperimentali, nel 19 settembre 2014 il team di scienziati responsabili del satellite Planck ha pubblicato un lungo articolo [57] in cui era ridimensionato il valore di queste prove, attribuendo la maggior parte del segnale ricevuto dagli astrofisici di Boston alla polvere galattica presente in tutto l'universo. Questo non significa che la teoria dell'inflazione non sia più considerata valida ma che una prova scientifica per la suddetta teoria deve ancora essere scoperta, ea tal proposito i due team hanno deciso di unirsi per trovare un segnale valido. [58] [59] [60] [61] [62]

La vita in un Universo mortale

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Civiltà eterna di Dyson , Principio antropico e Teoria del punto Omega .

Alcuni fisici famosi hanno speculato che una civiltà avanzata potrebbe usare un ammontare finito di energia per sopravvivere un tempo effettivamente infinito. La strategia è quella di avere brevi periodi di attività, alternati da periodi di ibernazione sempre più lunghi (vedi la voce sulla civiltà eterna di Dyson ).

Anche il contrario è vero, per una civiltà che si trovasse nel mezzo del Big Crunch. Qui, un ammontare infinito di tempo soggettivo può essere estratto dal tempo finito rimanente, usando l'enorme energia del Big Crunch per "accelerare" la vita più di quanto il limite si stia avvicinando (vedi la teoria del punto Omega di Frank J. Tipler ).

Anche se possibile in teoria ( Singolarità tecnologica ), non è ben chiaro se possa esistere una possibilità pratica di utilizzare tali meccanismi, per quanto avanzata possa essere una civiltà.

Note

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m What happened Before the Big Bang
  2. ^ "Il tempo sta rallentando e si fermerà del tutto"
  3. ^ Walter Ferreri, Pippo Battaglia, Margherita Hack, Origine e fine dell'universo
  4. ^ a b Hawking: l'universo non ha avuto bisogno dell'aiuto divino , su tomshw.it . URL consultato il 15 maggio 2014 (archiviato dall' url originale il 17 maggio 2014) .
  5. ^ Caldwell, Robert R.; Kamionkowski, Marc; and Weinberg, Nevin N. (2003). "Phantom energy and cosmic doomsday". arXiv:astro-ph/0302506. Bibcode:2003PhRvL..91g1301C. doi:10.1103/PhysRevLett.91.071301.
  6. ^ Adams & Laughlin (1997), §VE.
  7. ^ Adams & Laughlin (1997), §VID
  8. ^ Carroll, Sean M. and Chen, Jennifer (2004). "Spontaneous Inflation and Origin of the Arrow of Time". arXiv:hep-th/0410270. Bibcode:2004hep.th...10270C.
  9. ^ Tegmark, Max (2003) "Parallel Universes". arXiv:astro-ph/0302131. Bibcode:2003SciAm.288e..40T. doi:10.1038/scientificamerican0503-40.
  10. ^ Werlang, T., Ribeiro, GAP and Rigolin, Gustavo (2012) "Interplay between quantum phase transitions and the behavior of quantum correlations at finite temperatures". arXiv:1205.1046. Bibcode:2012IJMPB..2745032W. doi:10.1142/S021797921345032X.
  11. ^ Xing, Xiu-San (2007) "Spontaneous entropy decrease and its statistical formula". arXiv:0710.4624. Bibcode:2007arXiv0710.4624X.
  12. ^ Linde, Andrei (2007) "Sinks in the Landscape, Boltzmann Brains, and the Cosmological Constant Problem". arXiv:hep-th/0611043. Bibcode:2007JCAP...01..022L. doi:10.1088/1475-7516/2007/01/022.
  13. ^ L. Baum and PH Frampton, Turnaround in Cyclic Cosmology , in Physical Review Letters , vol. 98, n. 7, 2007, p. 071301, Bibcode : 2007PhRvL..98g1301B , DOI : 10.1103/PhysRevLett.98.071301 , PMID 17359014 , arXiv : hep-th/0610213 .
  14. ^ DOI : 10.1080/00033790903047725
  15. ^ Universe or Multiverse , p. 19, ISBN 978-0-521-84841-1 .
    «Some physicists would prefer to believe that string theory, or M-theory, will answer these questions and uniquely predict the features of the Universe. Others adopt the view that the initial state of the Universe is prescribed by an outside agency, code-named God, or that there are many universes, with ours being picked out by the anthropic principle. Hawking argues that string theory is unlikely to predict the distinctive features of the Universe. But neither is he is an advocate of God. He therefore opts for the last approach, favouring the type of multiverse which arises naturally within the context of his own work in quantum cosmology.» .
  16. ^ New Physics Complications Lend Support to Multiverse Hypothesis - Scientific American
  17. ^ Paul Davies, Many Scientists Hate the Multiverse Idea , in The Goldilocks Enigma: Why Is the Universe Just Right for Life? , Houghton Mifflin Harcourt, 2008, p. 207, ISBN 978-0-547-34846-9 .
  18. ^ a b Paul Steinhardt , Theories of Anything , su edge.org , 9 marzo 2014, 2014 : WHAT SCIENTIFIC IDEA IS READY FOR RETIREMENT?. URL consultato il 9 marzo 2014 (archiviato dall' url originale il 10 marzo 2014) .
  19. ^ Michio Kaku, Iperspazio. Un viaggio scientifico attraverso gli universi paralleli, le distorsioni del tempo e la decima dimensione
  20. ^ a b I risultati di BICEP2 alimentano la polemica sul multiverso , Le scienze, 5 aprile 2014
  21. ^ B-mode News | Not Even Wrong News Math Columbia
  22. ^ Cosmologia quantistica Archiviato il 19 maggio 2014 in Internet Archive .
  23. ^ Paul J. Steinhardt, Neil Turok, Universo senza fine. Oltre il Big Bang , 127-129
  24. ^ Hawking, l'universo ciclico e il ristorante di Alice
  25. ^ a b c d Andrej Linde, Un universo inflazionario che si autoriproduce , in Cosmologia, Le scienza illustrate, n. 117
  26. ^ TV review: Horizon: What Happened Before the Big Bang? and Wild Britain with Ray Mears
  27. ^ Via Lattea - chiedi all'esperto: risponde Nicola Fusco
  28. ^ Sono infiniti i Big Bang che hanno fatto il mondo , su foglianuova.files.wordpress.com . URL consultato il 16 maggio 2014 (archiviato dall' url originale il 17 maggio 2014) .
  29. ^ Ritorno al futuro. Intervista a Roger Penrose , su humorrisk.com . URL consultato il 17 maggio 2014 (archiviato dall' url originale il 17 maggio 2014) .
  30. ^ Prima del Big Bang? Un altro universo identico: la teoria di Roger Penrose divide i cosmologi
  31. ^ L'universo prima del Big Bang , su nationalgeographic.it . URL consultato l'11 febbraio 2014 (archiviato dall' url originale il 22 febbraio 2014) .
  32. ^ Cosa c'era prima del Big Bang
  33. ^ Expanding Universe: Retracing Hubble is impossible - mathematically Horizon - Before the Big Bang , su mymultiplesclerosis.co.uk . URL consultato il 18 maggio 2014 (archiviato dall' url originale il 28 settembre 2014) .
  34. ^ Parampreet Singh - Perimeter Institute page
  35. ^ Param Singh, Transcending Big Bang in Loop Quantum Cosmology: Recent Advances, Based on Plenary talk at the Sixth International Conference on Gravitation and Cosmology at IUCAA , Pune (2007), J.Phys.Conf.Ser.140:012005,2008, arXiv: 0901.1301.
  36. ^ Parampreet Singh, Are loop quantum cosmos never singular? , Class.Quant.Grav.26:125005,2009, arXiv: 0901.2750. (Selected for Research Highlights of Classical and Quantum Gravity 2008-2009)
  37. ^ Alejandro Corichi, Parampreet Singh, A geometric perspective on singularity resolution and uniqueness in loop quantum cosmology , Phys.Rev.D80:044024,2009
  38. ^ Thomas Cailleteau, Parampreet Singh, Kevin Vandersloot, Non-singular Ekpyrotic/Cyclic model in Loop Quantum Cosmology , Phys. Rev. D 80, 124013 (2009)
  39. ^ Ashtekar, Abhay; Corichi, Alejandro; Singh, Parampreet (2008). Robustness of key features of loop quantum cosmology . Physical Review D 77
  40. ^ Dr. Parampreet Singh, PhD - Assistant Professor of Physics - Info and research interests
  41. ^ A New Window to the Big Bang , Perimeter Institute
  42. ^ Yi-Fu Cai, Jerome Quintin, Emmanuel N. Saridakis, Edward Wilson-Ewing, Nonsingular bouncing cosmologies in light of BICEP2
  43. ^ Ramón Herrera, Marco Olivares, Nelson Videla, General dissipative coefficient in warm intermediate inflation in loop quantum cosmology in light of Planck and BICEP2
  44. ^ Ascoltato l'eco del Big Bang. Prime prove dell'inflazione cosmica
  45. ^ L'Inflazione Cosmica Avvalora La Tesi del Multiverso – Our Universe May Exist in a Multiverse, Cosmic Inflation Discovery Suggests
  46. ^ Big Bang: trovate le prime prove dell'inflazione cosmica
  47. ^ come nelle teorie del fisico cattolico Antonino Zichichi ; cfr. Quel difetto nel cosmo che ci ha salvato dall'annientamento
  48. ^ quella sostenuta da Linde, il multiverso che è anche stato filosoficamente appoggiato, nei secoli passati, da pensatori come Giordano Bruno , Lucrezio ei materialisti o dal teologo Roberto Grossatesta
  49. ^ Stephen Hawking, Curiosity: Did God create the Universe? , Discovery Channel
  50. ^ L'inflazione cosmica e il multiverso Archiviato il 17 maggio 2014 in Internet Archive .
  51. ^ Scontro tra universi Archiviato il 17 maggio 2014 in Internet Archive .
  52. ^ Alan H. Guth, Eternal inflation and its implications
  53. ^ Scott Shackelford, Worlds Without End , Stanford Magazine
  54. ^ Linde, Andrei, The Self-Reproducing Inflationary Universe ( PDF ), in Scientific American , November 1994, pp. page 51.
  55. ^ Linde, AD, Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Universe ( PDF ), in Physics Letters B , vol. 175, n. 4, August 1986, pp. 395-400, Bibcode : 1986PhLB..175..395L , DOI : 10.1016/0370-2693(86)90611-8 .
  56. ^ Linde, A., Eternal Chaotic Inflation , in Mod. Phys. Lett. , A1, n. 2, 1986, p. 81, Bibcode : 1986MPLA....1...81L , DOI : 10.1142/S0217732386000129 .
  57. ^ Planck Collaboration, Planck intermediate results. XXX. The angular power spectrum of polarized dust emission at intermediate and high Galactic latitudes , su arxiv.org .
  58. ^ Paolo de Bernardis, LA POLVERE DI STELLE CONFONDE LA MISURA DEL BIG BANG , su phys.uniroma1.it , 24 settembre 2014.
  59. ^ Marco Malaspina, Era il Big Bang? Chiedi alla polvere , su media.inaf.it , 22 settembre 2014.
  60. ^ Misura Big Bang da rifare, l'errore causato dalla polvere cosmica - Repubblica , su repubblica.it , 24 settembre 2014.
  61. ^ Big Bang, misura 'sporcata' dalla polvere interstellare: Plank corregge Bicep2 , su blitzquotidiano.it , 29 settembre 2014.
  62. ^ ANSA, Misura del Big Bang da rifare, colpa della polvere cosmica , su ansa.it , 24 settembre 2014.

Bibliografia

  • Fred Adams & Greg Laughlin, The Five Ages of the Universe
  • Stephen Baxter , Deep Future
  • Paul Davies , The Last Three Minutes
  • Stephen Hawking , La teoria del tutto. Origine e destino dell'Universo
  • Stephen Hawking, Dal Big Bang ai buchi neri. Breve storia del tempo
  • Roger Penrose , Dal Big Bang all'eternità
  • Andrej Linde , Inflation, Quantum Cosmology and the Anthropic Principle (2004) in: John Barrow, Paul CW Davies, and CL Harper, eds., Science and Ultimate Reality: From Quantum to Cosmos , a volume honoring John A. Wheeler's 90th birthday. Cambridge University Press.
  • Paul J. Steinhardt, Neil Turok , Universo senza fine. Oltre il big bang

Letteratura

«Ma siccome i mortali, se bene in sul primo tempo di ciascun giorno racquistano alcuna parte di giovanezza, pure invecchiano tutto dì, e finalmente si estinguono; così l'universo, benché nel principio degli anni ringiovanisca, nondimeno continuamente invecchia. Tempo verrà, che esso universo, e la natura medesima, sarà spenta. E nel modo che di grandissimi regni ed imperi umani, e loro maravigliosi moti, che furono famosissimi in altre età, non resta oggi segno né fama alcuna; parimente del mondo intero, e delle infinite vicende e calamità delle cose create, non rimarrà pure un vestigio; ma un silenzio nudo, e una quiete altissima, empieranno lo spazio immenso. Così questo arcano mirabile e spaventoso dell'esistenza universale, innanzi di essere dichiarato né inteso, si dileguerà e perderassi.»

Voci correlate

Fisici

Cultura di massa

Collegamenti esterni

Controllo di autorità LCCN ( EN ) sh85141084
Astronomia Portale Astronomia : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di astronomia e astrofisica
Estratto da " https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Destino_ultimo_dell%27universo&oldid=121879398 "