Po prawie 13,8 miliardach lat nieprzerwanej ekspansji wszechświat może wkrótce się zatrzymać, a następnie zacząć powoli kurczyć. Tak przynajmniej sugerują nowe badania opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences.

W nowym artykule trzej naukowcy próbują modelować naturę ciemnej energii – tajemniczej siły, która wydaje się powodować coraz szybsze rozszerzanie się wszechświata – w oparciu o wcześniejsze obserwacje ekspansji kosmicznej. W modelu zespołu ciemna energia nie jest trwałą siłą natury, ale bytem zwanym kwintesencją, który może z czasem ulec rozkładowi.

Naukowcy odkryli, że pomimo tego, że ekspansja Wszechświata przyspiesza od miliardów lat, odpychająca siła ciemnej energii może słabnąć. Zgodnie z ich modelem, przyspieszenie wszechświata może się szybko zakończyć w ciągu następnych 65 milionów lat, a następnie, w ciągu 100 milionów lat, wszechświat może całkowicie przestać się rozszerzać i zamiast tego wejść w erę powolnego kurczenia się, która zakończy się śmiercią miliardy lat później. - a może odrodzenie - czasu i przestrzeni.

A wszystko to może wydarzyć się „zaskakująco” szybko. Jeśli cofniemy się o 65 milionów lat, to właśnie wtedy asteroida Chicxulub uderzyła w Ziemię i zniszczyła dinozaury. W skali kosmicznej 65 milionów lat to zaskakująco krótki czas. Jednak, ponieważ model opiera się tylko na wcześniejszych obserwacjach ekspansji – a obecny charakter ciemnej energii we wszechświecie jest taką tajemnicą – przewidywań zawartych w tej pracy nie można obecnie zweryfikować. Na razie mogą pozostać tylko teoriami.

Od lat 90 - tych ubiegłego wieku, naukowcy zdali sobie sprawę, że ekspansja wszechświata przyspiesza, a przestrzeń między galaktykami rozszerza się teraz szybciej niż miliardy lat temu. Tajemnicze źródło tego przyspieszenia naukowcy nazwali ciemną energią – niewidzialnym bytem, ​​który wydaje się działać wbrew grawitacji, odpychając najbardziej masywne obiekty we wszechświecie dalej od siebie, zamiast przyciągać je do siebie. Chociaż ciemna energia stanowi około 70 procent całkowitej masy-energii Wszechświata, jej właściwości pozostają całkowitą tajemnicą.

Popularna teoria wysunięta przez Alberta Einsteina mówi, że ciemna energia jest stałą kosmologiczną – niezmienną formą energii wplecioną w tkankę czasoprzestrzeni. Jeśli tak jest, a siła wywierana przez ciemną energię nigdy nie może się zmienić, wszechświat musi się rozszerzać i przyspieszać w nieskończoność. Jednak konkurencyjna teoria sugeruje, że ciemna energia nie musi być stała, aby była spójna z obserwacjami kosmicznej ekspansji w przeszłości. Ciemna energia może być raczej czymś, co nazywa się kwintesencją – dynamicznym polem, które zmienia się w czasie.

W przeciwieństwie do stałej kosmologicznej, kwintesencja może być zarówno odpychająca, jak i atrakcyjna, w zależności od stosunku jej energii kinetycznej i potencjalnej w danym czasie. Przez ostatnie 14 miliardów lat ta kwintesencja była odpychająca. Jednak przez większość tego okresu wnosiła znikomy, w porównaniu z promieniowaniem i materią, wkład w ekspansję Wszechświata. Wszystko zmieniło się około pięciu miliardów lat temu, kiedy kwintesencja stała się dominującym składnikiem, a jej odpychanie grawitacyjne doprowadziło do przyspieszenia ekspansji Wszechświata.

W swoich badaniach naukowcy przewidzieli, jak właściwości tej kwintesencji mogą się zmienić w ciągu najbliższych kilku miliardów lat. W tym celu zespół stworzył fizyczny model kwintesencji, pokazujący jej odpychającą i przyciągającą siłę w czasie, aby dopasować wcześniejsze obserwacje rozszerzania się wszechświata. Gdy model zespołu był w stanie wiernie odtworzyć historię ekspansji wszechświata, rozszerzyli swoje przewidywania na przyszłość. Ku ich zdziwieniu ciemna energia w ich modelu może z czasem zanikać. Jej siła może słabnąć, a jeśli dzieje się to w określony sposób, to w końcu antygrawitacyjna właściwość ciemnej energii zanika i zamienia się z powrotem w coś bardziej przypominającego zwykłą materię.

Zgodnie z modelem zespołu odpychająca siła ciemnej energii może być w trakcie gwałtownego spadku, który mógł rozpocząć się miliardy lat temu. Zgodnie z tym scenariuszem już dziś przyspieszona ekspansja Wszechświata spowalnia. Wkrótce, być może za około 65 milionów lat, to przyspieszenie może całkowicie się zatrzymać – wtedy, po 100 milionach lat, ciemna energia może stać się atrakcyjna, co spowoduje, że cały Wszechświat zacznie się kurczyć. Innymi słowy, po prawie 14 miliardach lat wzrostu cały kosmos może zacząć się kurczyć.

Początkowo kurczenie się wszechświata będzie tak powolne, że hipotetyczni ludzie wciąż żyjący na Ziemi nawet nie zauważą zmian. Zgodnie z modelem zespołu, aby wszechświat osiągnął około połowę swojego obecnego rozmiaru, potrzeba kilku miliardów lat powolnego kurczenia się. To, co stanie się dalej, jest jedną z dwóch opcji. Albo Wszechświat skurczy się, aż zapadnie się na siebie z wielkim „antywybuchem”, kończącym czasoprzestrzeń, jaką znamy, albo Wszechświat skurczy się na tyle, że powróci do stanu podobnego do swoich pierwotnych warunków i nastąpi kolejny Wielki Wybuch, czyli stworzenie nowego wszechświata z popiołów starego.

W drugim scenariuszu wszechświat podąża za cyklicznym wzorcem rozszerzania się i kurczenia, kurczenia się i odbijania, który nieustannie go niszczy i przekształca. Jeśli tak, to nasz obecny wszechświat może nie być pierwszym lub jedynym wszechświatem, ale tylko ostatnim z nieskończonej serii wszechświatów, które rozszerzyły się i skurczyły do ​​naszego. A wszystko zależy od ulotnej natury ciemnej energii.

Co czeka nasz Wszechświat w przyszłości – niekończący się wzrost czy szybki rozpad – tylko czas to pokaże.