СЦЕНАРІЇ МАЙБУТНЬОГО ДЛЯ ВСЕСВІТУ

Факти свідчать про розширення Всесвіту «на всі боки» в сучасну епоху. Чи буде цей процес продовжуватиметься надалі? Що могло б вплинути на швидкість розширення і чи можливо стиснення Всесвіту? Такі питання неминуче встають після відкриття Хаббла. Намагаючись розібратися в ситуації «на пальцях», фізики використовують найпростішу модель Всесвіту у вигляді ізотропної і однорідної сфери зростаючого радіусу R.

Модель однорідної Всесвіту

Мал. 77. Модель однорідної Всесвіту

Ми знаємо, що реальна Всесвіт «в розрізі» схожа на губку (див. Рис. 68), але це в даному випадку великої ролі не грає. Досить ввести в розгляд середню щільність р Всесвіту. Маса Всесвіту М тоді буде дорівнює щільності, помноженої на обсяг сфери:

Виділимо деяку масу речовини т на краю Всесвіту (рис. 77). Обрана матеріальна точка буде мати кінетичну енергію W c руху зі швидкістю V і потенційною енергією W p тяжіння до центру мас всесвіту. Відповідні вирази відомі зі шкільного курсу фізики:

Ясно, що поки кінетична енергія вище потенційної, виділена нами маса речовини т повинна віддалятися від центру Всесвіту. Висловимо масу всесвіту по (49), візьмемо відношення двох енергій і замінимо швидкість V твором постійної Хаббла па радіус Всесвіту:

Як видно, величина відносини Q не залежить від розміру Всесвіту і прямо пропорційна середньої щільності Всесвіту р. Коефіцієнт пропорційності визначається відношенням гравітаційної постійної до квадрату постійної Хаббла. Комбінацію величин, що стоять як співмножник у формулі (51) перед середньою щільністю р, можна замінити однією новою константою р *:

Фізичний сенс введеної константи в тому, що її величина визначає значення щільності всесвіту, при якій відношення двох енергій дорівнює одиниці. Якщо середнє значення щільності речовини у Всесвіті менше критичної позначки р *, то переважає кінетична енергія і Всесвіт буде тільки розширюватися. Навпаки, якщо щільність Всесвіту вище критичної позначки, то поступово процес розширення перейде в процес стиснення, колапсу Всесвіту.

Третій варіант, коли виконується рівність критичного значення і реальної щільності всесвіту, відповідає поступового уповільнення розширення без звернення процесу до колапсу.

Різниця сценаріїв майбутнього Всесвіту представлено на рис. 78 трясучи якісними графіками.

Три теоретичних варіанти майбутнього Всесвіту

Мал. 78. Три теоретичних варіанти майбутнього Всесвіту:

  • 1 - подальше стиснення, 2 - уповільнене розширення,
  • 3 -равномерноерасшіреніе

Безрозмірний параметр Q, вказаний біля кривих, показує величину відносини спостерігається середньої щільності і критичного значення Q. = р / р *. Щоб зробити прогноз подальшого розвитку Всесвіту, необхідно експериментально визначити чисельне значення середньої щільності Всесвіту. Це досить важке завдання для астрофізиків.

При спробі її рішення в попередні кілька років були отримані сенсаційні результати, які теоретична модель не могла передбачити. Тут в черговий раз позначилася незавершеність досягнутого в космології наукового знання. За спостереженнями за спалахами наднових зірок, що відбувалися багато років тому, був зроблений висновок про прискореному розширенні всесвіту. Оцінки 2003 р показали, що, при збереженні спостерігається сьогодні темпу прискорення, через 22 млрд років стане можливим Великий розрив всесвіту. Художня інтерпретація процесу приведена на рис. 79.

Розбіжність спостережуваного стану Всесвіту і теоретичної моделі Всесвіту з однорідним розподілом речовини в ній показує, що якісь фактори не були в моделі враховані.

Для пояснення теоретики постулювали присутність нового виду енергії, рівномірно заповнює простір Всесвіту. Оскільки природа цього виду енергії зараз не встановлена, її назвали «темною енергією» (не плутати з темною матерією !). Важливою особливістю цієї енергії є створення тиску на простір всесвіту.

Великий розрив всесвіту

Мал. 79. Великий розрив всесвіту

Вважають, що раніше дію тиску розширення було

скомпенсировано силами тяжіння речовини за законом всесвітнього тяжіння. Але в результаті розширення Всесвіту (за сценаріями рис. 78), коли на певному етапі об'ємна щільність речовини зменшилася і стала менше об'ємної щільності темної енергії (згадаємо формулу Ейнштейна), дія цієї енергії себе проявило. У цьому поясненні прийнято, що щільність енергії в розширенні просторі залишається без зміни (що можливо, якщо джерелом енергії служить сам простір).

Таким чином, в останні роки в сучасній космології намітився певний переворот в уявленнях про властивості простору мсгаміра.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >