Jaki będzie koniec Wszechświata?

Jaki będzie koniec Wszechświata?

Od czasu gdy Edwin Hubble wykazał, iż Wszechświat się rozszerza, wiedzieliśmy już, że miał on swój początek w określonej chwili w przeszłości (chociaż nadal możemy się spierać, kiedy dokładnie nastąpiło to wydarzenie). Dzisiaj kosmolodzy rutynowo dyskutują o zdarzeniach, jakie miały miejsce w pierwszej mikrosekundzie istnienia Wszechświata. Wydaje się, że mamy dobre wyczucie głównych cech początków Wszechświata.

Nie możemy jednak tego powiedzieć o jego przyszłości. Podstawowe pytanie jest łatwe do sformułowania: czy rozszerzanie, z którym mamy teraz do czynienia, będzie następowało zawsze, czy któregoś dnia odwróci swój bieg? Jeżeli przeznaczeniem Wszechświata jest rozszerzać się przez wieczność, określa się go jako otwarty. Jeśli ekspansja odwróci kiedyś swój bieg tak, że galaktyki powpadają na siebie, a co astronomowie (jedynie półżartem) nazywają „Wielkim Zgniotem”, wtedy określi się, że Wszechświat jest zamknięty. Granica między tymi dwoma wypadkami, na której tempo rozszerzania maleje i po nieskończonym czasie dochodzi do zatrzymania, nazywana jest Wszechświatem płaskim. Otwarty, zamknięty albo płaski – są to trzy opcje, spośród których musimy wybrać, jeśli chcemy wyjaśnić los Wszechświata.

Prosta analogia pozwala zrozumieć to zagadnienie. Jeśli stoimy na powierzchni Ziemi i rzucamy piłkę do góry, to spadnie ona z powrotem. Dzieje się tak dlatego, że cała masa planety pod naszymi stopami działa na tę piłkę siłą przyciągania grawitacyjnego, powodując spowolnienie jej ruchu, zatrzymanie i powrót na ziemię.

Gdyby ktoś natomiast podrzucił piłkę na niewielkiej planetoidzie, mógłby łatwo wyrzucić ją w przestrzeń kosmiczną. Wyrzucając ją nie silniej, niż robimy to na Ziemi, zobaczylibyśmy, że ucieka ona z planetoidy, aby nigdy nie powrócić. To nie dlatego, że planetoida nie wywiera na piłkę siły grawitacyjnej – bo wywiera. Po prostu dlatego, że planetoida nie ma wystarczającej masy, by odwrócić kierunek lotu piłki. Piłka mogłaby trochę zwolnić, ale nie zatrzyma się i nie opadnie z powrotem.

Jeśli wyobrazimy sobie odległą galaktykę jako tę piłkę, wówczas pytanie, czy Wszechświat jest otwarty, czy zamknięty, sprowadza się do tego, czy jest wystarczająca ilość materii w pozostałej jego części, aby odwrócić bieg tej galaktyki. Pytanie o los Wszechświata stanowi więc problem obserwacyjny. Jeżeli wokół jest wystarczająco dużo masy, aby wywrzeć siłę grawitacyjną zdolną przyciągnąć tę galaktykę z powrotem, to Wszechświat jest zamknięty. Jeśli nie – Wszechświat jest otwarty. To wydaje się takie proste.

Nie jest to jednak proste w praktyce, ponieważ stwierdzenie, ile jest masy we Wszechświecie, może być dosyć skomplikowane. Można by zacząć od policzenia masy całej materii, jaką można zobaczyć: gwiazd, mgławic, nawet obłoków pyłu, które „widzimy”, gdyż pochłaniają światło. Ta tak zwana materia świecąca stanowi jedynie około 0,1 procent ilości masy potrzebnej do „zamknięcia Wszechświata” (aby użyć żargonu astronomów). Jeśli dodamy do tego jeszcze całą ciemną materię, o której istnieniu wiemy z wpływu jej przyciągania grawitacyjnego na ruch galaktyk i gromad galaktyk, to liczba ta wzrośnie do około 30 procent.

Ważną kwestią jest to, czy istnieje jeszcze więcej masy. Jeżeli nie, to Wszechświat jest otwarty i dzisiejsze rozszerzanie będzie się ciągnęło w nieskończoność. W ciągu dziesiątków miliardów lat gwiazdy przestaną świecić, gdy zostanie zużyty cały pierwotny wodór, z którego czerpią swoją energię. Z modeli teoretycznych wynika, że w ciągu niewyobrażalnie długiego czasu cała materia Wszechświata albo rozpadnie się na cząstki elementarne, albo będzie przekształcona w czarne dziury. Te czarne dziury, wskutek zjawiska zwanego promieniowaniem Hawkinga, zostaną zmienione w elektrony i pozytony przebiegające pustą przestrzeń.

Obecnie modne teorie genezy Wszechświata („wszechświaty inflacyjne”) przewidują, że ostatecznie okaże się on płaski. To znaczy, że Wszechświat będzie zawierał dokładnie krytyczną ilość materii, by pozostawać w równowadze pomiędzy wieczną ekspansją a ostateczną kontrakcją. Często napotykamy stwierdzenia, że Wszechświat „musi” być płaski, i słyszymy wzmianki o „brakującej masie”. Jest to niezbyt szczęśliwy zwrot, ponieważ o masie moglibyśmy mówić „brakująca” jedynie wtedy, gdybyśmy na pewno wiedzieli, że ona tam jest.

Jest mnóstwo miejsc we Wszechświecie, gdzie może być ukryte jeszcze więcej ciemnej materii. Z wielu teorii wynika, że z koncentracją ciemnej materii jest podobnie jak z pasmem górskim. W wielu miejscach jej skupienie jest małe, lecz od czasu do czasu zdarzają się maksima. Świecąca materia (taka jak galaktyki) zbiera się w tych maksimach jak śnieg w Górach Skalistych, lecz większość ciemnej materii jest w rzeczywistości porozrzucana pomiędzy szczytami, gdzie zgodnie z tymi teoriami nie jesteśmy (jak dotąd) w stanie wykryć jej obecności. Jeżeli tam jest większość ciemnej materii, to Wszechświat mógłby równie dobrze być płaski. W tym wypadku jego przyszłość nie różniłaby się zasadniczo od przyszłości Wszechświata otwartego (stopniowe wyczerpywanie się wszystkiego).

Nie można się zbyt wiele spodziewać, nieprawdaż?

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *