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?
Znamy przeszłość wszechświata: teoria Wielkiego Wybuchu zakłada, że cała materia, czas i przestrzeń zaczęły się od maleńkiego, ściśniętego punktu 14 miliardów lat temu. Znamy też jego teraźniejszość: obserwacje naukowe ruchu galaktyk dowodzą, że wszechświat rozszerza się w coraz szybszym tempie. A co z przyszłością? Czy wiemy, jak się zakończy wszechświat?
Cosmologists have three possible answers for this question, called the Big Freeze, the Big Rip and the Big Crunch.
Kosmologowie mają trzy możliwe odpowiedzi na to pytanie: Wielki Chłód, Wielkie Rozdarcie i Wielki Kolaps.
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.
Aby zrozumieć te trzy scenariusze, wyobraźcie sobie dwa obiekty przedstawiające galaktyki. Krótka, gruba gumka trzyma je razem, to siła przyciągania grawitacyjnego. Tymczasem dwa haki odciągają je od siebie, to siła odpychania, rozszerzająca wszechświat. Powtórzcie ten układ niezliczoną ilość razy, a powstanie coś na kształt prawdziwego wszechświata. Rezultat starcia tych dwóch przeciwstawnych sił pokaże, jak się zakończy wszechświat.
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.
Scenariusz Wielkiego Chłodu zajdzie, kiedy siła odpychająca obiekty będzie na tyle silna, że gumka straci sprężystość. Rozszerzanie przestanie przyśpieszać, ale wszechświat wciąż będzie się powiększał. Gromady galaktyk rozdzielą się. Obiekty wewnątrz galaktyk: słońca, planety i układy słoneczne oddalą się od siebie, aż galaktyki rozpadną się na pojedyncze obiekty unoszące się samotnie w rozległej przestrzeni. Ich światło przesunie się ku czerwieni, w stronę fal długich, emitując przy tym nikłą ilość energii. Emitowane przez nie gazy będą za rzadkie, by wytworzyć nowe gwiazdy. Wszechświat będzie stopniowo coraz ciemniejszy i zimniejszy, osiągając stan zamrożenia, zwany Wielkim Chłodem lub Śmiercią Cieplną wszechświata.
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.
A jeśli siła odpychania będzie tak silna, że rozciągnie gumkę tak mocno, że się rozerwie? Jeżeli rozszerzanie wszechświata będzie dalej przyśpieszać, pokona w końcu nie tylko siłę grawitacji, rozrywając galaktyki i układy słoneczne, ale też elektromagnetyczne oddziaływanie słabe i silne, spajające ze sobą atomy i ich jądra. W rezultacie materia tworząca gwiazdy rozpadnie się na kawałeczki. Nawet atomy i cząstki subatomowe zostaną zniszczone. To Wielkie Rozdarcie.
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.
A trzeci scenariusz, w którym gumka wygrywa? To odpowiada hipotetycznej przyszłości, gdzie siła grawitacji powstrzymuje dalsze rozszerzanie się wszechświata i je odwraca. Galaktyki zaczęłyby zderzać się ze sobą, po zbiciu się w jedną całość ich siła grawitacji stałaby się jeszcze silniejsza. Gwiazdy też zaczęłyby na siebie wpadać. Temperatura rosłaby, w miarę jak wszechświat robiłby się coraz ciaśniejszy. Jego wielkość zmniejszałaby się, aż wszystko skurczyłoby się do tak maleńkiej przestrzeni, że nawet atomy i cząstki subatomowe zostałyby zgniecione. Efektem byłby niezwykle gęsty, gorący, ściśnięty wszechświat. Tak było przed Wielkim Wybuchem. To Wielki Kolaps.
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.
Czy ta maleńka cząstka mogłaby eksplodować w kolejny Wielki Wybuch? Czy wszechświat rozszerza się i kurczy na przemian, powtarzając nieustannie cykl? Ta teoria opisująca wszechświat to tak zwane Wielkie Odbicie. Nie ma możliwości sprawdzenia, jak wiele razy to nastąpiło, oraz czy i ile razy nastąpi w przyszłości. Każde takie odbicie wymazuje całą historię poprzedniego wszechświata.
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.
Który z tych scenariuszy się sprawdzi? Odpowiedź zależy od kształtu wszechświata, ilości ciemnej energii w nim, oraz zmian w tempie rozszerzania się. Na razie nasze obserwacje sugerują powstanie Wielkiego Chłodu. Ale dobra wiadomość jest taka, że przed nami przynajmniej 10 do potęgi 100 lat, zanim zacznie się ochładzanie,