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?
Ismerjük világegyetemünk múltját: az ősrobbanás-elmélet értelmében minden anyag, idő és tér egy rendkívül kicsiny, tömör állapotból fejlődött ki 14 milliárd évvel ezelőtt. Ismerjük a jelent is: a tudósok megfigyelései a galaxisok mozgásáról azt mutatják, hogy az univerzum gyorsuló ütemben tágul. De ismerjük-e a jövőt? Tudjuk, hogyan ér véget az univerzum?
Cosmologists have three possible answers for this question, called the Big Freeze, the Big Rip and the Big Crunch.
A kozmológusok három lehetséges választ adnak a kérdésre, melyek elnevezése: "nagy fagy", "nagy szakadás" és "nagy reccs".
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.
Hogy megértsük ezt a három forgatókönyvet, képzeljünk el két tárgyat, melyek galaxisokat jelképeznek. Egy rövid, szoros gumiszalag fogja össze őket – ez a gravitációs vonzerő. Közben két kampó húzza őket szét – ez az univerzumot tágító taszítóerő. Képzeljünk el sok ilyen rendszert egymás mellé, és nagyjából képet kapunk a világegyetemről. A két ellentétes erő csatájának kimenetele határozza meg az univerzum sorsát.
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.
A "nagy fagy" forgatókönyv esetében az objektumokat egymástól eltaszító erő olyan erős, hogy addig nyújtja a szalagot, amíg az el nem veszti rugalmasságát. A tágulás nem gyorsul tovább, de az univerzum egyre nagyobb lesz. A galaxishalmazok elkülönülnek egymástól. A bennük levő objektumok – napok, bolygók, naprendszerek – eltávolodnak egymástól, végül a galaxisok magányos objektumokra esnek szét, melyek elszigetelt töredékekként lebegnek a hatalmas űrben. Az általuk kibocsátott fény a nagyobb hullámhosszak felé tolódik el, energiája nagyon kicsi, gyenge, és a kiáradó ritka csillagközi gáz már nem tud új csillagokká alakulni. Az univerzum egyre sötétebb és hidegebb lesz, közel kerül a megfagyáshoz. Ezt az állapotot "nagy brrr"-nek vagy az univerzum hőhalálának is nevezik.
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.
De mi történik, ha a taszítóerő olyan erős, hogy meghaladja a gumiszalag rugalmassági határát, és elszakítja a szalagot? Ha az univerzum tágulása tovább gyorsul, végül nemcsak a gravitációs erőn lesz úrrá – szétszakítva a galaxisokat és naprendszereket –, hanem az elektromágneses, a gyenge és erős nukleáris erőkön is, amelyek összetartják az atomokat és atommagokat. Ennek következtében a csillagok alapanyaga apró darabokra hull. Még az atomok és szubatomi részecskék is szétesnek. Ez a "nagy szakadás" elmélete.
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.
Mi a helyzet a harmadik forgatókönyvvel, amelyben a gumiszalag kerekedik felül? Ez olyan jövőt jelent, amelyben a gravitációs erő megállítja, majd visszafordítja az univerzum tágulását. A galaxisok nagy sebességgel közelednek egymás felé, és ahogy összetömörülnek, gravitációs húzóerejük még erősebb lesz. A csillagok is felgyorsulnak és összeütköznek. A hőmérséklet megemelkedik, ahogy a tér egyre szűkebb lesz. Az univerzum mérete addig zsugorodik, amíg minden olyan kis térbe nem sűrűsödik össze, hogy még az atomok és a szubatomi részecskék is összeroppanak. Tehát az univerzum rendkívül sűrű, forró, tömör állapotba kerülne, amely nagyban hasonlítana az ősrobbanás előtti állapothoz. Ez a "nagy reccs" elmélete.
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.
Lehet-e újabb ősrobbanás ebből a pontszerű anyagból? Tágulhat és összehúzódhat-e az univerzum újra és újra, megismételve teljes történelmét? Egy ilyen világegyetemet ír le a "nagy visszapattanás" elmélete. Nem lehet tudni, hány visszapattanás következhetett be eddig, és hány következhet be a jövőben. Mindegyik elsöpörhette az univerzum korábbi történetének nyomait.
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.
Melyik forgatókönyv fog megvalósulni? A válasz az univerzum pontos alakjától, a benne található sötét anyag mennyiségétől és a tágulás ütemének változásaitól függ. A megfigyelések szerint jelenleg a "nagy fagyás" felé haladunk. Jó hír azonban, hogy van még feltehetően 10 a századikon évünk a kihűlés bekövetkeztéig – úgyhogy most még nem kell betáraznunk kesztyűkből.