Soarta finală a universului

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

Soarta finală a universului sau întrebarea dacă universul este destinat să se sfârșească și, dacă da, cum și când se va termina evoluția sa, este un subiect fierbinte dezbătut în istoria umanității la nivel mitologic , religios și filosofic ( vezi escatologie ). În contextul științei moderne , există mai multe teorii cu privire la aceasta.

Teorii științifice despre soarta universului

Până de curând, chiar și viziunea științifică a Universului era aceea a unei existențe eterne și neschimbătoare . După descoperirea unui univers în expansiune ( legea lui Hubble ) de către Edwin Hubble la începutul secolului al XX-lea , noțiunea de început și, în consecință, de sfârșit a fost brusc supusă cercetării științifice.

Teoriile universului pot fi împărțite în patru mari categorii:

  • teoriile universului etern : cele pentru care, în ciuda observațiilor, universul este etern așa cum s-a crezut anterior cu teoria stării de echilibru , teoria luminii obosite , cosmologia plasmei și universul static ; expansiunea și gravitația rămân în echilibru
  • teorii ale universului cu existență aparent finită : în care universul are un început și un „sfârșit”
  • teorii multiverse : unde universul face parte dintr-un spațiu mai mare format din multe universuri
  • teoriile universului ciclic : în care universul se naște și se termină și apoi renaște la nesfârșit

Primul grup nu este discutat în acest articol, deoarece neagă însăși ideea unui sfârșit al Universului și adesea și ideea unui Big Bang așa cum a prezis modelul standard al cosmologiei . În aceste teorii, un fel de activitate semnificativă poate dura pentru totdeauna. Toate teoriile standard trebuie, de asemenea, să se reconcilieze cu relativitatea generală , care oferă un fundal teoretic comun pentru speculațiile cosmologice . Majoritatea acestor teorii sunt soluții ale ecuațiilor relativității generale, modificând parametrii precum densitatea medie, constanta cosmologică etc. Teoriile științifice care nu se recunosc în relativitate și mecanica cuantică sau care neagă Big Bang-ul și modelul standard al cosmologiei (cum ar fi teoria stării staționare sau cosmologia newtoniană ) constituie așa-numita cosmologie non-standard , tratată în voce adecvată.

Teoriile despre nașterea, dezvoltarea și destinul universului care acceptă modelul standard pot fi, de asemenea, împărțite în două grupuri majoritare în funcție de tipul de evoluție prevăzut pentru universul nostru în conformitate cu relativitatea:

  1. teorii inflaționiste ( inflația simplă, inflația eternă , teoria bulei )
  2. teorii ale universului ciclic ( univers oscilant , Big Bounce , cosmologie ciclică conformă , univers ecpirotic )

Rolul formei universului

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Forma Universului , Fluctuația Cuantică , Starea Hartle-Hawking și Singularitatea .

În modelul Big Bang, soarta finală a universului depinde de forma sa și de cantitatea de energie întunecată prezentă în el.

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

Univers închis

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

Având în vedere parametrul de densitate Omega (Ω) , dacă Ω> 1, geometria spațiului este închisă ca suprafața unei sfere . Suma unghiurilor unui triunghi este mai mare de 180 de grade și nu există linii paralele; toate liniile se întâlnesc la un moment dat. Geometria acestui univers este, pe scară largă, eliptică .

Într-un univers închis, când efectul respingător al energiei întunecate lipsește, gravitația ar opri expansiunea universului, care ar începe apoi să se prăbușească într-o singură singularitate ( Big Crunch ) analogă Big Bang-ului . Cu toate acestea, dacă universul conține o cantitate mare de energie întunecată (așa cum sugerează descoperirile recente), expansiunea poate continua la nesfârșit, chiar dacă Ω> 1.

Univers deschis

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Universul Deschis și Inflația Eternă .

Dacă Ω <1, geometria spațiului este deschisă, curbată negativ ca suprafața unei șei. Unghiurile unui triunghi adăugat împreună dau o valoare mai mică de 180 de grade, iar liniile drepte care nu se întâlnesc nu sunt niciodată echidistante; au un punct de distanță minimă și continuă să se separe. Geometria universului este hiperbolică .

Chiar și fără energie întunecată, un univers curbat negativ se extinde la nesfârșit, încetinindu-și ușor mișcarea datorită gravitației. Cu energia întunecată, expansiunea nu este doar continuă, ci accelerează și ea. Posibilitățile despre soarta supremă a unui univers deschis sunt fie Big Freeze (și deci o moarte termică), fie Big Rip , în care accelerația cauzată de energia întunecată devine atât de puternică încât depășește efectele forțelor gravitaționale , electromagnetice . și nuclear slab .

Univers plat

Dacă densitatea medie a universului este exact egală cu densitatea critică, adică Ω = 1, atunci geometria universului este plană: la fel ca în geometria euclidiană suma unghiurilor unui triunghi este de 180 de grade, iar paralelele sunt întotdeauna echidistant și nu se întâlnesc niciodată.

Fără energie întunecată, un univers plat se extinde pentru totdeauna cu o rată descrescătoare, ajungând asimptotic la zero. Cu toate acestea, în prezența energiei întunecate, expansiunea încetinește inițial, dar crește mai târziu. Soarta finală a unui univers plat este similară cu cea a unui univers deschis: moartea termică , adică o „ îngheț mare ” sau Big Rip . Majoritatea datelor astrofizice sunt interpretate ca parte a unui univers plat. Cu toate acestea, conform teoriei inflației eterne , susținută de date observaționale, expansiunea continuă în orice caz într-un mod haotic ( inflația haotică) și în toate direcțiile, dar la densități diferite, până când formează bule de universuri infinite: unele sunt destinate sfârșesc într-un singur Big Rip, altele nu, și întregul univers ar exista etern.

Teorii despre sfârșitul universului

Soarta universului este determinată de densitatea universului, așa cum s-a văzut mai sus. Majoritatea dovezilor adunate până acum, bazate pe măsurători ale vitezei de expansiune și densității masei, susțin că universul nu se va prăbuși, condus de energia întunecată , o forță perturbatoare care este în prezent mai puternică decât materia întunecată și gravitația , care sunt în schimb forțe de atracție . [1]

Principalele modele evolutive ale universului cele mai răspândite printre cosmologi sunt inflația (în special varianta inflației eterne ) și universul oscilant sau modelul ciclic.

Teoriile universului cu existență aparent finită

Inghet mare si moarte termica

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

Big Freeze (sau Big Chill) este un scenariu în care expansiunea continuă ar duce la un univers prea rece pentru a susține viața . S-ar putea întâmpla în cazul unei geometrii plane sau hiperbolice, deoarece astfel de sisteme sunt o condiție necesară pentru expansiunea continuă a universului. Teoria este susținută, cel puțin în ceea ce privește universul observabil , de majoritatea fizicienilor și cosmologilor.

Universul ar atinge o stare de entropie maximă în care totul ar fi omogen și nu ar exista gradienți . Expansiunea accelerată datorată energiei întunecate depășește gravitatea materiei întunecate și a materiei normale. De exemplu, aceasta este o posibilă cronologie, bazată pe teoriile fizice contemporane, a unui univers deschis care se confruntă cu moartea termică :

  • 10 14 ani: toate stelele s-au răcit
  • 10 15 ani: toate planetele s-au separat de stele
  • 10 19 ani: Majoritatea stelelor s-au separat de galaxii
  • 10 20 de ani: orbitele de tot felul au decăzut din cauza undelor gravitaționale
  • 10 31 de ani: descompunerea protonului , dacă teoriile marii unificări sunt corecte
  • 10 64 de ani: găurile negre stelare se evaporă conform procesului Hawking
  • 10 65 de ani: toată materia a devenit un lichid la zero absolut
  • 10 100 de ani: găurile negre supermasive se evaporă conform procesului Hawking (care a susținut însă că nu toate informațiile dispar, pentru a nu încălca legile termodinamicii)
  • 10 1500 de ani: toată materia se descompune în fier (dacă protonul nu s-a degradat înainte)
  • 10 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 de ani ( ): limita inferioară astfel încât toată materia să fie încorporată în găurile negre
  • 10 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 ani ( ): limita superioară, astfel încât toată materia să fie încorporată în găurile negre.

În cele din urmă, materia și energia se vor dizolva, găurile negre vor absorbi restul, apoi se vor evapora prin radiația Hawking ; numai fotonii vor continua să existe, fără gravitație. [1] Unii oameni de știință, care acceptă modelul, susțin că timpul se va opri și dimensiunile și distanțele se vor anula. [2] Această teorie se bazează pe constanta Hubble și este susținută de mulți fizicieni, inclusiv de Alexei Filippenko (unul dintre descoperitorii energiei întunecate); a fost considerat probabil și de Margherita Hack . [3] Cu multiversul este cea mai răspândită teorie astăzi în rândul fizicienilor teoretici. [1] Stephen Hawking a susținut că nu se poate spune că universul a avut un adevărat început sau că va avea un adevărat sfârșit. [4]

Viitorul universului extins

Ceea ce se întâmplă peste 10 2500 de ani este speculativ. Dacă starea curentă de vid este un vid fals , vidul se poate descompune într-o stare de energie mai mică ( dezastru de metastabilitate în vid ). [5] [6]

Probabil, stările extreme de energie scăzută implică faptul că evenimentele cuantice localizate devin fenomene macroscopice mai mari, mai degrabă decât evenimente microscopice neglijabile, deoarece cele mai mici perturbații fac cea mai mare diferență în această eră (așa cum se întâmplă în stările anomale ale materiei, de exemplu condensatul de Bose-Einstein ), deci nu se spune ce se poate întâmpla în spațiu sau timp. Se percepe că legile „ macro-fizicii ” vor eșua și legile „ fizicii cuantice ” vor prevala. [7]

Universul ar putea evita moartea termică prin tuneluri cuantice aleatorii, tranziții cuantice și fluctuații cuantice , având în vedere probabilitatea non-zero de a produce un nou Big Bang în aproximativ 10 101056 ani [8] , cu mult înainte de absorbția întregii materii din găurile negre mai târziu. , și evaporarea lor.

Într-un timp infinit ar putea exista o scădere spontană a entropiei , așa cum este previzibilă teorema recurenței lui Poincaré , care prezice modul în care în anumite momente poate fi contrazisă a doua lege a termodinamicii. [9] [10] [11] [12]

Posibilitățile de mai sus se bazează pe un tip simplu de energie întunecată similar cu o constantă cosmologică sau o formă de energie de vid , dar fizica energiei întunecate este încă o zonă de cercetare foarte activă și forma actuală ar putea fi foarte mai complexă, ca în așa-numita teoria chintesenței . De exemplu, în timpul inflației , energia întunecată a acționat asupra universului foarte diferit față de astăzi, deci este posibil ca aceasta să declanșeze o altă perioadă inflaționistă în viitor. Până când energia întunecată nu este mai bine înțeleasă, posibilele sale efecte sunt foarte greu de prezis sau parametrizat. [1] Există patru scenarii principale ale universului nostru după o moarte termică:

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

Big Rip

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

În 2003 , revista britanică New Scientist a publicat un articol de Robert R. Caldwell, Marc Kamionkowski și Nevin N. Weinberg în care aceștia, pe baza unor observații, au emis ipoteza că sfârșitul universului s-ar putea întâmpla ca un „ Big Rip ” (Mare) Lacrima), care ar distruge structura fizică a universului. [1]

Într-un univers deschis , relativitatea generală prezice că va avea o existență viitoare nedeterminată, dar că va ajunge la o condiție în care viața, așa cum o înțelegem noi, nu poate exista. În acest model, constanta cosmologică determină o accelerare a ritmului de expansiune al universului. Luată la extrem, expansiunea accelerată constant înseamnă că fiecare obiect fizic din Univers va fi în cele din urmă sfâșiat și apoi redus la particule elementare nelegate. Starea finală va fi un gaz de fotoni , leptoni și protoni (sau numai primii doi dacă protonul se descompune) care va deveni din ce în ce mai puțin dens. Implicațiile finale pot fi aceleași ca Big Freeze: un univers rece și inert pentru totdeauna sau ceva nou. În ciuda faptului că este o versiune accelerată a Big Freeze, spațiul gol de aici va fi, de asemenea, distrus și spațiu-timp va dispărea; în prezent, însă, mulți fizicieni cred că aceasta nu va avea loc, deoarece energia întunecată nu depășește gravitatea atât de mult încât provoacă un Big Rip, dar raportul este mai mic, deci 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 al universului ciclic, strâns legat de Big Rip; modelul Baum-Frampton implică faptul că un moment foarte mic înainte de Big Rip implicând distrugerea completă a țesăturii cosmice a spațiului-timp, de ordinul a 10 ^ (- 27) secunde, spațiul s-ar împărți într-un număr mare de volume independente. Aceste volume de spațiu sunt legate de „universuri observabile”, care sunt contractate la o dimensiune extrem de mică, de ordinul lungimii Planck . Fiecare dintre aceste volume de spațiu nu ar conține materie sau energie din cauza prezenței Big Rip, prin urmare - ca în modelul Penrose - entropia din fiecare volum unic ar fi redusă la practic zero, rămânând substanțial neschimbată în timpul acestei contracții. 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 .
Marele criză

Teoria Big Crunch este o viziune simetrică asupra vieții Universului . Așa cum Big Bang-ul a inițiat o expansiune cosmologică, această teorie presupune că densitatea medie a Universului este suficientă pentru a opri expansiunea și a iniția o contracție cosmică. Fizicianul Andrej Linde este o posibilitate în această teorie.

Nu se știe care ar fi rezultatul: o simplă extrapolare ar vedea că toată materia și spațiul-timp al Universului se prăbușesc într-un punct matematic, o singularitate gravitațională adimensională, dar la aceste scale ar fi necesar să se ia în considerare efectele cuantice mecanică , ignorată de relativitatea generală. Unii folosesc această ocazie pentru a postula un univers oscilant , începând să se extindă din nou (vezi și: Gravitatea cuantică ). [1]

Acest scenariu nu elimină teoria conform căreia Big Bang-ul a fost precedat de un Big Crunch dintr-un univers anterior. Dacă acest lucru se întâmplă în mod repetat, avem un univers oscilant . Prin urmare, universul ar putea consta dintr-o secvență infinită de universuri finite, fiecare dintre ele încheindu-se cu un Big Crunch care coincide cu Big Bang-ul următorului. În acest moment, ar fi inutil să distingem un Big Bang de un Big Crunch și am vorbi despre singularități recurente. [1]

Multivers

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Multivers , Teoria M și Teoria șirurilor .

Din punct de vedere științific, conceptul de multivers a fost propus riguros pentru prima dată de Hugh Everett III în 1957 în interpretarea multianuală a mecanicii cuantice . Ipoteza este o sursă de dezacord în comunitatea fizicii. Unii fizicieni nu sunt de acord și susțin că teoria trebuie să facă obiectul unui studiu științific adecvat. [14] Susținătorii a cel puțin unuia dintre modelele multiverse includ Stephen Hawking , [15] Steven Weinberg , [16] Brian Greene , Max Tegmark , Andrej Linde și Alex Vilenkin . Printre cei care nu acceptă ipoteza sau o critică se numără David Gross , [17] Paul Steinhardt (care a împărtășit-o odată), [18] și Paul Davies , care susțin că întrebarea este mai mult filozofică decât științifică, sau chiar că teoria multiversului este dăunător fizicii teoretice sau că este pseudostiință . [18]

World-Brane

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

Scenariul multivers (sau univers paralel ) dictează că, deși universul nostru are un sfârșit, acesta este unul dintre multele universuri. Fizica multiversului ar putea permite acest lucru să existe la nesfârșit. În special, alte universuri pot fi supuse unor legi fizice diferite de cele din universul nostru; acest lucru este legat de teoria corzilor și brane, susținută de Michio Kaku , Gabriele Veneziano , Neil Turok și mulți alții. [19] Odată cu înghețul mare și inflația, este astăzi cea mai răspândită teorie din cercurile fizicienilor teoretici. [1] La fel de asemănătoare cu infinitele universuri ale lui Smolin, criticii multiversului susțin că nu există dovezi sau că ar fi o aplicare forțată și forțată a teoriilor biologice ale lui Charles Darwin , bazată doar pe calcule teoretice și ecuații, în timp ce haotice. inflația este verificabilă experimental. [20] Kaku afirmă că teoria corzilor nu merge împotriva Big Bangului și a inflației cosmice , ci vrea să explice ce le-a provocat, care este un fel de ecpiroză numită Big Splat . Turok a propus că ecpiroza este ciclică. [21]

Selecția cosmologică

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: gaura neagră primordială , gaura albă și selecția naturală cosmologică .

Potrivit unora, cum ar fi Stephen Hawking ( găurile negre și universurile nou-născuților ), găurile negre vor absorbi tot ce a mai rămas și, probabil, vor putea da naștere, cu toată materia absorbită, la o gaură albă corespunzătoare și, prin urmare, , către universuri noi. Hawking afirmă, de asemenea, că s-au putut naște multe universuri contemporane, dintre care doar unele sunt potrivite pentru viață, datorită legii probabilității ( teoria M , legată de multivers și teoria șirurilor : vezi paragrafele ulterioare), care totuși nu s-au născut din mulți Big Bang (în sensul exploziilor). [4] Conform teoriei sale, dezvoltată împreună cu James Hartle , universul nu are limite reale, dar soarta sa depinde, așa cum s-a menționat, de dacă este deschis sau închis. Big Bang-ul este înlocuit de o stare comparabilă cu limitele unei sfere, care depășește problema singularității. Acest model se bazează pe cosmologia cuantică și gravitația cuantică, dar folosește o geometrie complexă în patru dimensiuni, cu o anumită unitate numită instanton. [22] Teoria se ocupă de nașterea universului, dar sfârșitul va urma celelalte teorii: inflație infinită și universuri noi, o „revenire” sau ruperea țesăturii spațiu-timp. Pentru Neil Turok , ieșirea ideală pentru această teorie nu este inflația, ci lumea brane . [23]

Teoria „ evoluționistă ” este susținută de Lee Smolin , deși cu specificitățile sale. Exploziile de raze gamma ale găurilor negre sunt asemănate cu semnale din universul original sau „părinte”. Această teorie este similară cu cea a găurii negre primordiale, dar se numește selecție naturală cosmologică . [1]

Fals gol

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Inflația eternă , inflația haotică , falsul vid și selecția naturală cosmologică § Alte selecții cosmologice .
Reprezentarea inflației după modelul standard al cosmologiei

Inflația eternă este un model de inflație cosmologică a universului, prezis de unele extensii ale teoriei Big Bang. 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 la nesfârșit și din ce în ce mai rapid, până la Big Rip (modelul de bază) sau reproducerea unui nou univers (modelul lui Andrej Linde ). Inflația eternă este prezisă de multe modele diferite de inflație cosmică. Modelul inițial al lui Alan Guth de inflație a inclus o fază de „ fals vid ” cu energie de vid pozitivă. Părți ale universului în acel stadiu se extind inflaționist și doar ocazional se descompun într-o stare energetică minoră, neinflaționistă, numită și starea fundamentală. Fizicianul Andrej Linde a propus o variantă numită inflația haotică sau teoria bulei, în care vârfurile din evoluția unui câmp scalar, care determină energia vidului, corespund regiunilor în care domina inflația.

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

1) Teoria bulelor
Reprezentarea unui univers mare și infinit (multivers sau superunivers): „universurile 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 bulelor , susținută de Andrej Linde preluând unele teorii din trecut (cum ar fi cele ale lui Alan Guth , bazate și pe lucrările și studiile lui Stephen Hawking [24] ), fiecare bulă inflaționistă a acestei „spume cuantice” este în schimb un univers (ca al nostru), conectat la alte universuri prin găurile de vierme teoretizate de Einstein [25] ; unele dintre aceste universuri sunt locuibile, altele nu, și fiecare are propriul său trecut și istorie și evoluție specifice. Linde numește în glumă acest model „univers de brânză elvețiană ” sau „pahar de șampanie ”. Inflația teorizată a lui Linde se numește inflație haotică sau inflație eternă . Dincolo de universul observabil, spațiul-timp poate fi încă într-o stare de inflație, cu alte universuri „cu bule” care se formează ori de câte ori inflația se oprește la un moment dat.

Dacă universul nostru ar fi singurul care există, atunci am avea nevoie de o explicație științifică de ce pare atât de bine calibrat pentru a permite o anumită ordine și viață 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]

Falsul vid este o stare de energie superioară metastabilă situată în jurul unui minim local al potențialului. Întregul spațiu-timp conform modelelor inflației eterne ar trebui să fie în falsul vid, unele regiuni ale acestuia se prăbușesc treptat în adevăratul vid, generând bule care corespund diferitelor universuri posibile, inclusiv ale noastre.

Unele rezultate de observare și experimentare ar confirma în mare măsură această teorie, verificând teoria inflaționistă, prin unde gravitaționale , ceea ce duce, potrivit lui Linde și Alan Guth , la varianta unui multivers cu bule. Universul nostru (sau partea vizibilă și observabilă de către noi, care este doar o zonă foarte mică a existentului, așa-numitul univers observabil ) poate fi, prin urmare, stins în Big Freeze sau „distrus” într-un Big Rip sau Big Îngheață, dar acest lucru nu se va întâmpla în alte zone ale multiversului (sau al universului în sine). [20] Regiunile formate de inflația haotică se extind la rate exponențiale, întregul volum al universului crește la nesfârșit și din ce în ce mai repede. Deci universul ar fi infinit și etern și se va reproduce de sine; finit și observabil sunt doar câteva părți ale acestuia. [25]

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

Acest concept este strâns legat de teoria bulei 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 un 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 acel stadiu se extind inflaționist și doar ocazional se degradează într-o stare energetică minoră, neinflaționistă, numită și starea fundamentală. În inflația haotică, vârfurile evoluției unui câmp scalar sunt regiunile în care există inflație. [25]

Falsul vid ar trebui să se descompună exponențial, totuși bulele false de vid s-ar putea extinde exponențial astfel încât o regiune dominată de falsul vid să nu dispară 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 "