Майбутнє Всесвіту
§ 16. Еволюція Всесвіту
4. Майбутнє Всесвіту
Гравітаційна взаємодія речовини в майбутньому може зменшити швидкість розширення Всесвіту. Виявляється, якщо середня густина Всесвіту має критичне значення 510-27 кг/м3, а стала Габбла Н = 70 км/(с-Мпк), розширення може відбуватися вічно. Розрахунки показують, що майбутня доля нашого Всесвіту залежить від значення справжньої середньої густини щодо критичної густини р0 Можуть бути три сценарії майбутнього розвитку подій:
1) рр0; 3) р = р0.
Розгляньмо ці моделі можливої еволюції нашого світу:
1.
2. Якщо в космосі виявиться значна прихована маса і середня густина буде р > р0 , тоді розширення Всесвіту через деякий час припиниться. Такий Всесвіт називають закритим – він не має межі у просторі, але має початок і кінець у часі (рис. 16.3).
Через кілька мільярдів років розлітання галактик може зупинитися, а потім почнеться стиснення Всесвіту, бо гравітаційна сила змусить галактики зближуватись. Зближення галактик призведе до трагічних наслідків для живих організмів, бо енергія фонового випромінювання і температура Всесвіту будуть зростати (рис. 16.4). Небо почне світитися спочатку
Рис. 16.2. У відкритому Всесвіті справедлива неевклідова геометрія, коли сума кутів у трикутнику менша від 180°
Рис. 16.3. Для закритого Всесвіту є правильною неевклідова геометрія, коли сума кутів у трикутнику більша за 180°
Рис. 16.4. Еволюція закритого Всесвіту. Такий світ збільшується до певних максимальних розмірів, після чого галактики почнуть зближуватись. Початок і кінець такого Всесвіту мають нескінченно велику температуру і густину
Рис. 16.5. У геометрії Евкліда паралельні прямі не перетинаються, а сума кутів у трикутнику дорівнює 180°
3. Існує також імовірність того, що середня густина Всесвіту дорівнює критичній густині р = р0. У цьому випадку безмежний та нескінченний Всесвіт має нульову кривизну, і для нього справедлива геометрія Евкліда (рис. 16.5). Галактики будуть розлітатися вічно, температура Всесвіту буде вічно наближуватися до абсолютного нуля… Цей сценарій еволюції цікавий ще й тим, що при ньому загальна енергія Всесвіту залишається рівною нулю: Еk+- En = 0. Тобто якщо вважати потенціальну енергію тяжіння негативною, а кінетичну енергію руху – позитивною, то Всесвіт міг виникнути з нічого у фізичному вакуумі як дивовижне збурення, тому з часом він теж може перетворитися на ніщо.
Сучасні спостереження підтверджують Існування у Всесвіті прихованої маси (так звана темна матерія), яка зосереджена в тілах, що випромінюють незначну енергію у вигляді електромагнітних хвиль – чорні діри, пульсари, нейтринне випромінювання, гравітаційні хвилі тощо. Астрономи, які займаються проблемами космології, запропонували гіпотезу щодо Існування нового класу елементарних частинок, яким дали таку умовну назву – Слабко Взаємодіючі Масивні Частинки (СВМЧ). Якщо ці гіпотези про приховану масу підтвердяться, то середня густина Всесвіту може бути більша за критичну, І майбутня еволюція Всесвіту відбуватиметься за сценарієм, який викладено у п. 2 (рис, 16.3, 16.4)). Такий Всесвіт нагадує казкову птицю Фенікс, яка періодично спалюється, а потім із попелу відроджується молодою,
Останні дослідження руху зір у галактиках підтверджують гіпотезу про існування класу елементарних частинок із прихованою масою, які отримали назву темна матерія. Крім того виявлено, що в міжгалактичному просторі існують сильні поля невідомої природи, які астрономи назвали темна енергія. Новітні гіпотези припускають, що в наш час за допомогою телескопів ми спостерігаємо тільки 5 % матерії Всесвіту, а 95 % припадає на загадкові поля темної енергії та темної матерії, яка не випромінює електромагнітні хвилі.
Висновки
Еволюція Всесвіту почалася з Великого Вибуху надзвичайно щільної матерії 13-20 млрд років тому, коли сталося загадкове розширення космічного простору. Про це свідчить розлітання галактик, яке триває до цього часу, і вміст Гелію (25%) та Гідрогену (75%) у речовині. Надзвичайно високу температуру молодого Всесвіту підтверджує реліктове електромагнітне випромінювання.
Майбутнє Всесвіту залежить від середньої густини речовини, яка взаємодіє згідно із законом всесвітнього тяжіння. Можливо, що Всесвіт є відкритим і нескінченним, і його розширення буде тривати вічно. Але якщо середня густина речовини у Всесвіті більша ніж деяка критична величина, то такий Всесвіт може періодично розширюватися, а потім стискатися.
