Niedawne odkrycie, że Wszechświat rozszerza się z coraz większą prędkością doprowadziło wielu astronomów do smutnych wniosków dotyczących naszej galaktyki. Zgodnie z niektórymi przewidywaniami szybko rozszerzający się Wszechświat będzie zwiększał odległości pomiędzy galaktykami i w końcu przestaną one być dla nas widoczne. Zgodnie z tym szeroko akceptowanym scenariuszem za 150 miliardów lat Droga Mleczna stanie się izolowaną wyspą dryfującą w morzu ciemnego Wszechświata.

Jednak nowe badania przeprowadzone przez kosmologów ze Stanford University sugerują, że być może przyszedł czas na ponowne przemyślenie tej wizji przyszłości. Zamiast rozszerzać się eksponencjalnie, Wszechświat może znaleźć się w niebezpieczeństwie kolapsu za około 10 do 20 miliardów lat.

„Standrowa wizja mówi o przyspieszającej ekspansji” – powiedział prof. Andrei Linde. „Byliśmy więc zaskoczeni odkrywając, że w tak krótkim czasie może nastąpić zapadnięcie Wszechświata„.

Linde i jego żona, Renata Kallosh – również profesor fizyki w Stanford, są autorami dwóch badań podnoszących prawdopodobieństwo „wielkiego kolapsu”.

Jeśli teoria Linde-Kallosh jest poprawna, Wszechświat który zdaje się obecnie przyspieszać, zacznie w końcu zwalniać i zapadać się.

„Przeznaczeniem Wszechświata jest zapaść się i zniknąć” – powiedział Linde. „Wszystko co widzimy oraz to, czego nie widzimy zapadnie się do punktu mniejszego niż proton. To będzie koniec istnienia„.

Największa pomyłka Einsteina

Przyszłość Kosmosu była dyskutowana od wielu dziesięcioleci.

Na początku XX wieku Albert Einstein wraz z większością innych fizyków wierzył, że Wszechświat jest statyczny, mimo że równania które sam stworzył w 1917 roku w ramach ogólnej teorii względności mówiły, że przestrzeń jako całość musi rozszerzać się lub zapadać.

Aby zapewnić zgodność swojej nowej teorii z przyrodą, Einstein stworzył „stałą kosmologiczną”: wielkość wprowadzaną do równań w taki sposób, aby zapewnić Wszechświatowi stabilność, przynajmniej na papierze. Dla Einsteina stała kosmologiczna mogła być rodzajem niewidocznej energii istniejącej w próżni, siłą wystarczająco silną aby zrównoważyć grawitacyjne oddziaływanie materii. Bez tego, zgodnie z ogólną teorią względności, Wszechświat musiałby ostatecznie zapaść się do punktu.

Jednak obserwacje Edwina Hubble’a i innych astronomów wykonane w latach dwudziestych udowodniły, że galaktyki nie są stacjonarne, ale oddalają się od siebie. Skoro Wszechświat rozszerza się, Einstein nie potrzebował już antygrawitacyjnego czynnika w swoich równaniach i mógł wyrzucić stałą kosmologiczną jako niepotrzebną.

„Einstein najpierw wprowadził stałą do równań, a później stwierdził, że była to największa pomyłka w jego życiu” – powiedział Linde. „Ostatnio jednak usłyszałem, że w rzeczyistości nadal lubił on ten pomysł i dyslutował go wiele lat później pisząc równania zawierające stałą kosmologiczną„.

Ciemna energia

W 1998 roku dwie niezależne grupy astronomów odkryły, że Wszechświat nie tylko rozszerza się, ale czyni to z coraz większą prędkością. Ich odkrycie opierało się na obserwacjach supernowych – bardzo jasno wybuchających gwiazd.

Supernowa to bardzo rzadkie zjawisko, jednak nowe teleskopy wyposażone w nowoczesne elektroniczne detektory pozwoliły grupom badawczym na obserwacje kilkudziesięciu wybuchów. To co ujrzano, zadziwiło astronomiczny świat: Supernowe oddalały się szybciej niż wynikało to z oddziaływania na nie grawitacji.

Jaka siła może być tak potężna, żeby pokonać grawitację i zmusić Wszechświat do rozszerzania się? Może Einstein miał rację? Może istnieje jakiś rodzaj energii w pustej przestrzeni kosmicznej? Einstein nazwał ją stałą kosmologiczną, 80 lat później kosmologowie nadali tej sile inną nazwę – ciemna energia.

„Badania supernowych 4 lata temu potwierdziły prosty obraz Wszechświata, który składa się w 30 procentach z materii i w 70 procentach z ciemnej energii, czymkolwiek ona jest” – stwierdził Linde.

To, co odrzucił Einstein, okazało się być dominującą siłą w Kosmosie.

„Stała kosmologiczna pozostaje jedną z największych tajemnic współczesnej fizyki” – kończy Linde.

Ujemna energia

Współczesne modele mówiące, że ciemna energia wciąż będzie przeważać nad grawitacją, a Wszechświat będzie się wiecznie rozszerzał, opierają się na założeniu, że całkowita gęstość energii we Wszechświecie jest większa niż zero i że zawsze tak będzie.

Na pierwszy rzut oka wydaje się to oczywiste, ponieważ gęstość ciemnej energii musi być dodatnia. Jak więc Wszechświat może być wypełniony „ujemną energią”?

Jednak w przedziwnym świecie fizyki kwantowej i teorii cząstek elementarnych nie zawsze sprawdza się to, co wydaje się być oczywistym.

„W ciągu ostatniego roku fizycy zdali sobie sprawę, że bardzo trudno jest zrozumieć pochodzenie dodatniej energii w najbardziej zaawansowanych wersjach teorii cząstek elementarnych, takich jak teoria strun i supergrawitacja” – powiedział Linde.

„Odkryliśmy, że niektóre z najlepszych prób opisania ciemnej energii przewidują, że powinna ona stopniowo stawać się ujemna. Spowodować to powinno kolaps Wszechświata” – dodaje. „Ludzie, którzy zajmowali się teorią względności wiele lat temu obawiali się tego, ale wtedy był to czysto akademicki problem. Było szaleństwem myśleć poważnie o ujemnej energii próżni. Teraz mamy powody wierzyć że tak jest naprawdę„.

Z model Linde-Kallosh wynika jeszcze jeden zaskakujący wynik: Wszechświat zapadnie się za 10 do 20 miliardów lat, to znaczy za czas porównywalny z jego obecnym wiekiem szacowanym na 14 miliardów lat.

„To było straszne” – mówi Lince. „Fizycy wiedzieli, że ciemna energia może stać się ujemna i Kosmos może się zapaść w bardzo dalekiej przyszłości, może za bilion lat. Teraz odkryliśmy, że możemy być w środku, a nie na początku historii Wszechświata„.

Dobra nowiną według Linde i Kallosh jest, że „mamy wciąż wiele czasu, żeby dowiedzieć się czy tak się stanie rzeczywiście„.

Kosmiczna bańka

Linde przyznaje jednak, że przedstawiony scenariusz kolapsującego Wszechświata nie jest ostatnim słowem jakie zostanie powiedziane na temat przyszłości Kosmosu.

„Astronomia jest nauką znaną ze swoich ciągłych pomyłek” – powiedział Linde. „Jest nawet taki dowcip: Astrofizyk jest zawsze w błędzie, ale nigdy nie ma wątpliwości. Jesteśmy dopiero na początku naszych badań i byłoby niepoważne traktować nasze dotychczasowe wyniki jako ostateczną wiedzę o losie świata. Jednak nasz model udziela nam interesującej lekcji: Nawet najbardziej abstrakcyjne teorie cząstek elementarnych mogą być bardzo pomocne w zrozumieniu przyszłości Wszechświata i ludzkości„.

Bezpośrednie obserwacje przestrzeni kosmicznej za pomocą będących w fazie projektowania satelitów i innych instrumentów pozwolą odpowiedzieć na wiele pytań. „Wchodzimy w wiek dokładnej kosmologii, w którym zbierzemy wiele bardzo dokładnych danych. Może za 10, 20 czy 30 lat, trudno powiedzieć dokładnie ale na pewno za czas tego rzędu, będziemy w stanie sporządzić mapę Wszechświata z wszystkimi jego obserwowalnymi strukturami. To, co dzisiaj jest spekulacją, stawać się będzie coraz lepiej zrozumiałe„.

Linde wsparł kosmologię inflacyjną. W jej myśl Wszechświat rozpoczął się od okresu bardzo gwałtownego rozszerzania. Zgodnie z ta teorią, to co nazywamy Wszechświatem, jest jedynie niewielką częścią znacznie większego Kosmosu.

„Wszechświat nie wygląda obecnie jak pojedyncza bańka lecz jak bańka produkująca nowe bańki” – wyjaśnił Linde. „żyjemy w niewielkiej części jednej z takich baniek i rozglądamy się dookoła. To jest nasz Wszechświat!„.

Jeśli nasza bańka zapadnie się do punktu, następna powstanie gdzieś indziej – być może stając się początkiem nowej formy życia.

„Nasza część Wszechświata może umrzeć, ale Kosmos jako całość jest nieśmiertelny, zmienia jedynie swoje własności” – podsumował Linde. „Ludzie chcą poznać swoje miejsce w Kosmosie, zrozumieć jak powstał i jaki będzie jego koniec. To jest coś, czego chciałbym się dowiedzieć i coś na co jestem gotów przeznaczyć swoje podatki. Spojrzenie w przyszłość zawsze bywało trudne, ale teraz staje się to możliwe i nie powinniśmy przeoczyć naszej szansy„.