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?
Прошлое Вселенной нам известно: согласно теории Большого взрыва, материя, время и пространство возникли из чрезвычайно малого, сверхплотного состояния примерно 14 миллиардов лет назад. Настоящее нам тоже известно: основываясь на наблюдениях учёных за движением галактик, можно утверждать, что Вселенная расширяется ускоряющимися темпами. Но каково же её будущее? Известно ли нам, как закончит существование наша Вселенная?
Cosmologists have three possible answers for this question, called the Big Freeze, the Big Rip and the Big Crunch.
Учёные-космологи предлагают три возможных ответа на этот вопрос: Большое замерзание, Большой разрыв и Большое сжатие.
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.
Чтобы понять эти три сценария, возьмём для примера два объекта, представляющих собой галактики. Их удерживает вместе короткая упругая резиновая лента — это притягивающая их друг к другу сила гравитации. Вместе с тем в противоположном направлении их тянут закреплённые крючками верёвки — это сила отталкивания, расширяющая Вселенную. Если нашу модель повторить много-много раз, то получится некая модель, отдалённо напоминающая Вселенную в реальности. Исход «битвы» этих двух противоположных сил определит то, как закончит своё существование наша Вселенная.
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.
Сценарий Большого замерзания осуществится, если сила, отдаляющая тела друг от друга окажется сильнее и растянет ленту до потери ею эластичности. Расширение больше не сможет ускоряться, но Вселенная продолжит увеличиваться. Скопления галактик распадутся. Небесные тела внутри галактик: звёзды, планеты и звёздные системы будут отдаляться друг от друга, пока галактики не распадутся на отдельные небесные тела, уединённо дрейфующие в необъятных просторах космоса. Излучаемый ими свет сместится в сторону красных волн и при этом будет иметь низкий, крайне слабый уровень энергии, а исходящий от них газ будет слишком разряжённым для формирования новых звёзд. Во Вселенной станет темнее и холоднее, она приблизится к состоянию полного оцепенения, так называемого Большого замерзания, или Тепловой смерти Вселенной.
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.
Но что если отталкивающая сила окажется настолько сильной, что растянет резиновую ленту за пределы эластичности и в итоге разорвёт её? Расширение Вселенной продолжит ускоряться и в итоге преодолеет не только силу гравитации, — разрушив галактики и звёздные системы, — но и электромагнитные, слабые и сильные атомные силы, удерживающие частицы и ядра внутри них. В результате составляющая звёзды материя разлетится на мелкие кусочки. Уничтожатся даже атомы и субатомные частицы. Это и есть Большой разрыв.
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.
Как насчёт третьего сценария, при котором «победит» резиновая лента? Это соответствует ещё одному будущему развитию событий, при котором в результате силы гравитации расширение Вселенной остановится, а затем начнётся обратный процесс. Галактики начнут стремительно сближаться друг с другом, а от их нагромождения гравитационные силы станут ещё сильнее. Звёзды начнут беспорядочно сталкиваться друг с другом. По мере постепенного уплотнения вырастет температура космоса. Вселенная начнёт стремительно уменьшаться в размерах, пока не сожмётся до настолько небольшого пространства, что уплотнятся даже атомы и субатомные частицы. В результате этого появится необычайно плотная, горячая и компактная Вселенная, очень похожая по своему состоянию на Вселенную до Большого взрыва. Вот что представляет собой Большое сжатие.
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.
Взорвётся ли этот небольшой сгусток материи и случится новый Большой взрыв? Может ли Вселенная снова расширяться, а затем сжиматься, повторив свою историю сначала? Теория, описывающая подобную Вселенную, известна как Большой отскок. На самом деле невозможно определить, сколько таких отскоков уже было раньше или сколько ещё случится в будущем. При каждой такой итерации полностью
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.
уничтожаются все свидетельства существования предыдущей Вселенной. Какой же из сценариев ждёт нас? Ответ зависит от точной формы Вселенной, концентрации содержащейся в ней тёмной энергии и изменений в скорости её расширения. Пока же, согласно нашим наблюдениям, нас ждёт скорее Большое замерзание. Но есть хорошие новости: у нас, возможно, в запасе 10 в сотой степени лет, прежде чем похолодает, поэтому тёплыми варежками пока ещё можно не запасаться.