We know about our universe’s past: the Big Bang theory predicts that all matter, time, and space began in an incredibly tiny, compact state about 14 billion years ago. And we know about the present: scientists’ observations of the movement of galaxies tell us that the universe is expanding at an accelerated rate. But what about the future? Do we know how our universe is going to end?
Me tiedämme, miten maailmankaikkeus alkoi: alkuräjähdysteoria ennustaa, että kaikki aine, aika ja avaruus alkoivat uskomattoman pienessä, tiiviissä pisteessä noin 14 miljardia vuotta sitten. Ja me tiedämme, mitä nyt on meneillään: tutkijoiden havainnot galaksien liikkeistä kertovat, että maailmankaikkeus laajenee kiihtyvällä nopeudella. Mutta entä tulevaisuus? Tiedämmekö, miten maailman- kaikkeus tulee loppumaan?
Cosmologists have three possible answers for this question, called the Big Freeze, the Big Rip and the Big Crunch.
Kosmologit tuntevat kolme mahdollista vastausta tähän kysymykseen: Ne ovat Loppujäähtyminen, Loppurepeämä ja Loppurysäys.
To understand these three scenarios, imagine two objects representing galaxies. A short, tight rubber band is holding them together— that’s the attractive force of gravity. Meanwhile, two hooks are pulling them apart— that’s the repulsive force expanding the universe. Copy this system over and over again, and you have something approximating the real universe. The outcome of the battle between these two opposing forces determines how the end of the universe will play out.
Ymmärtääksesi näitä kohtaloita kuvittele kaksi palloa, jotka esittävät galakseja. Lyhyt, kireä kuminauha pitää niitä yhdessä: se kuvaa gravitaation puoleensavetävää voimaa. Samaan aikaan kaksi koukkua vetää palloja erilleen: tämä on se luotaantyöntävä voima, joka laajentaa maailmankaikkeutta. Monista tämä järjestelmä monta kertaa, ja lopputulos on jotain, mikä muistuttaa hiukan oikeaa maailmankaikkeutta. Näiden kahden voiman välisen taistelun lopputulos määrittää, millaisen lopun maailmankaikkeus tulee saamaan.
The Big Freeze scenario is what happens if the force pulling the objects apart is just strong enough to stretch the rubber band until it loses its elasticity. The expansion wouldn’t be able to accelerate anymore, but the universe would keep getting bigger. Clusters of galaxies would separate. The objects within the galaxies– suns, planets, and solar systems would move away from each other, until galaxies dissolved into lonely objects floating separately in the vast space. The light they emit would be redshifted to long wavelengths with very low, faint energies, and the gas emanating from them would be too thin to create new stars. The universe would become darker and colder, approaching a frozen state also known as the Big Chill, or the Heat Death of the Universe.
Loppujäähtyminen seuraa, jos kohteita erilleen vetävä voima on juuri riittävän vahva venyttääkseen kuminauhaa, kunnes se menettää joustonsa. Laajeneminen ei voisi enää kiihtyä, mutta maailmankaikkeus kasvaisi edelleen. Galaksijoukot ajautuisivat erilleen. Kohteet galaksien sisällä, tähdet, planeetat ja aurinkokunnat ajautuisivat kauemmas toisistaan, kunnes galaksit hajoaisivat yksinäisiksi kohteiksi, jotka kelluisivat erillään valtavassa kaikkeudessa. Niiden lähettämä valo punasiirtyisi pitkille aallonpituuksille joilla on hyvin matalat, heikot energiat ja niistä lähtevä kaasu olisi liian ohutta muodostaakseen uusia tähtiä. Maailmankaikkeus muuttuisi pimeämmäksi ja kylmemmäksi, ja lähestyisi jäätynyttä tilannetta, joka tunnetaan myös nimellä "Big Chill", tai maailmankaikkeuden lämpökuolema.
But what if the repulsive force is so strong that it stretches the rubber band past its elastic limit, and actually tears it? If the expansion of the universe continues to accelerate, it will eventually overcome not only the gravitational force – tearing apart galaxies and solar systems– but also the electromagnetic, weak, and strong nuclear forces which hold atoms and nuclei together. As a result, the matter that makes up stars breaks into tiny pieces. Even atoms and subatomic particles will be destroyed. That’s the Big Rip.
Mutta entä, jos luotaantyöntävä voima on niin voimakas, että se venyttää kuminauhan yli sen venymiskyvyn, ja lopulta katkaisee sen? Jos universumin laajeneminen jatkuu kiihtyvällä nopeudella, se päihittää lopulta paitsi gravitaatiovoiman, repien hajalle galaksit ja aurinkokunnat, mutta se päihittää myös sähkömagneettisen, heikon ja vahvan vuorovaikutuksen, jotka pitävät atomeita ja atomiytimiä kasassa. Tämän seurauksena aine, joka muodostaa tähdet, hajoaa pikkuruisiin osiin. Jopa atomit ja niitä pienemmät hiukkaset tuhoutuvat. Tämä on Loppurepeämä.
What about the third scenario, where the rubber band wins out? That corresponds to a possible future in which the force of gravity brings the universe’s expansion to a halt— and then reverses it. Galaxies would start rushing towards each other, and as they clumped together their gravitational pull would get even stronger. Stars too would hurtle together and collide. Temperatures would rise as space would get tighter and tighter. The size of the universe would plummet until everything compressed into such a small space that even atoms and subatomic particles would have to crunch together. The result would be an incredibly dense, hot, compact universe — a lot like the state that preceded the Big Bang. This is the Big Crunch.
Entäpä kolmas lopputulos, jossa kuminauha voittaa? Se vastaa sellaista mahdollista tulevaisuutta, jossa gravitaatiovoima pysäyttää maailmankaikkeuden laajenemisen ja sitten alkaakin kutistaa sitä. Galaksit alkaisivat kiirehtiä toisiaan kohti, ja kun ne ryhmittyisivät yhteen, niiden gravitaation vetovoima muuttuisi entistä vahvemmaksi. Tähdet sinkoaisivat myös toisiaan kohti ja törmäisivät. Lämpötilat nousisivat, kun tilaa olisi yhä vähemmän ja vähemmän. Maailmankaikkeuden koko romahtaisi, kunnes kaikki olisi pusertuneena niin pieneen tilaan, että jopa atomien ja sitä pienempien hiukkasten olisi törmättävä yhteen. Tuloksena olisi uskomattoman tiheä, kuuma, pieni kaikkeus, hieman kuin se tila, joka edelsi alkuräjähdystä. Tämä on Loppurysäys.
Could this tiny point of matter explode in another Big Bang? Could the universe expand and contract over and over again, repeating its entire history? The theory describing such a universe is known as the Big Bounce. In fact, there’s no way to tell how many bounces could’ve already happened— or how many might happen in the future. Each bounce would wipe away any record of the universe’s previous history.
Voisiko tämä pieni ainekertymä synnyttää uuden alkuräjähdyksen? Voisiko kaikkeus laajeta ja kutistua yhä uudelleen ja uudelleen, jatkaen tätä sykintää ikuisesti? Tällaista universumia kuvaava teoria on nimeltään suuri ponnahdus. Itse asiassa, emme voi tietää, miten monta ponnahdusta on ehkä jo tapahtunut tai montako niitä voisi vielä tapahtua. Joka ponnahdus pyyhkisi pois kaiken tiedon universumin historiasta.
Which one of those scenarios will be the real one? The answer depends on the exact shape of the universe, the amount of dark energy it holds, and changes in its expansion rate. As of now, our observations suggest that we’re heading for a Big Freeze. But the good news is that we’ve probably got about 10 to the 100th power years before the chill sets in — so don’t start stocking up on mittens just yet.
Mikä näistä kohtaloista tulee toteutumaan? Vastaus riippuu maailmankaikkeuden tarkasta muodosta, sen sisältämän pimeän energian määrästä, ja muutoksista sen laajenemisnopeudessa. Tällä hetkellä havainnot vihjaavat, että matkaamme kohti Loppujäähtymistä. Mutta hyvä uutinen on, että meillä on noin 10 potenssiin 100 vuotta jäljellä, ennen kuin loppujäähtyminen alkaa, joten ei kannata alkaa jemmaamaan lapasia ihan vielä.