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.
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.
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.
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.
