Los
cuatro posibles destinos del universo con sólo la materia, la
radiación, la curvatura y una constante cosmológica permitidos. Crédito de la imagen: E. Siegel, de su libro, Más allá de la galaxia
Desde que el Universo en expansión fue descubierto por primera vez por el propio Hubble, una de las más grandes preguntas existenciales de todo es cuál será el destino del Universo? - De repente saltó de la esfera de poetas, filósofos y teólogos en el campo de la ciencia. En lugar de un misterio desconocido para la gimnasia mental, se hizo una pregunta que la adquisición de datos y un conocimiento de lo que existía y era observable y se podría responder. El descubrimiento de que el Universo estaba lleno de galaxias, que estaba en expansión y que la tasa de expansión se podía medir, tanto hoy como en el pasado, significaba que podíamos utilizar nuestras mejores teorías científicas para predecir con precisión cómo el Universo se comportará en el futuro . Y durante décadas, no estábamos seguros de cuál sería la respuesta.
La
estrella es la gran nebulosa de Andrómeda que cambió nuestra visión del
universo para siempre, como fotografiado por primera vez por Edwin
Hubble en 1923 y luego por el telescopio espacial Hubble casi 90 años
después. Crédito de la imagen: NASA, ESA y Z. Levay (STScI) (para la ilustración); La NASA, la ESA y el equipo de la herencia de Hubble (STScI / AURA) (para la imagen).
Un número de astrónomos y físicos eran detractores de la cosmología (el estudio del Universo), burlarse de ella como una ciencia, alegando que era simplemente "una búsqueda de dos parámetros." Esos parámetros fueron la constante de Hubble, o la actual tasa de expansión , y el llamado parámetro de desaceleración, que mide cómo la tasa de Hubble estaba cambiando con el tiempo. Pero si la física de la relatividad general era correcta, esas dos cosas serían todo lo que necesitamos saber para entender el destino del Universo. Cuanto más distante se puede observar un objeto, cuanto más atrás en el tiempo se mire. Y en un universo en expansión, cuando se ve el Universo a la vez más joven, no sólo son las galaxias más juntos, pero se están moviendo distanciados uno del otro a un ritmo más rápido! En otras palabras, el Hubble "constante" en realidad no es una constante, pero es decreciente en el tiempo.
En el pasado lejano, el Universo se expandió a un ritmo mucho mayor, y ahora se está expandiendo más SLO
WLY de lo que nunca ha hecho antes. El mejor mapa del CMB y las mejores restricciones sobre la energía oscura de la misma. Imágenes de crédito: NASA / CXC / M. Weiss.
Pero la forma en que disminuye con el tiempo depende de todos los diferentes tipos de energía presente en el Universo. La radiación (como los fotones) se comportan de manera diferente de los neutrinos, que se comportan de manera diferente de la materia, que se comporta de forma diferente a las cuerdas cósmicas, las paredes de dominio, una constante cosmológica o alguna otra forma de energía oscura. La materia normal se conserva simplemente en masa, de manera que aumenta el volumen de espacio (como la escala del Universo, una, al cubo), la densidad de la materia cae como-3. La longitud de onda de la radiación se extiende, así, por lo que su densidad cae como-4. Los neutrinos primer acto como la radiación (A-4) y luego como la materia (A-3) una vez que el Universo se enfría más allá de cierto punto. Y cuerdas cósmicas (a-2), paredes de dominio (A-1) y una constante cosmológica (a0) todos evolucionan de acuerdo con sus propias especificaciones físicas.
WLY de lo que nunca ha hecho antes. El mejor mapa del CMB y las mejores restricciones sobre la energía oscura de la misma. Imágenes de crédito: NASA / CXC / M. Weiss.
Pero la forma en que disminuye con el tiempo depende de todos los diferentes tipos de energía presente en el Universo. La radiación (como los fotones) se comportan de manera diferente de los neutrinos, que se comportan de manera diferente de la materia, que se comporta de forma diferente a las cuerdas cósmicas, las paredes de dominio, una constante cosmológica o alguna otra forma de energía oscura. La materia normal se conserva simplemente en masa, de manera que aumenta el volumen de espacio (como la escala del Universo, una, al cubo), la densidad de la materia cae como-3. La longitud de onda de la radiación se extiende, así, por lo que su densidad cae como-4. Los neutrinos primer acto como la radiación (A-4) y luego como la materia (A-3) una vez que el Universo se enfría más allá de cierto punto. Y cuerdas cósmicas (a-2), paredes de dominio (A-1) y una constante cosmológica (a0) todos evolucionan de acuerdo con sus propias especificaciones físicas.
Cómo
la materia (arriba), radiación (en el centro), y una constante
cosmológica (parte inferior) todos evolucionan con el tiempo en un
universo en expansión. Crédito de la imagen: E. Siegel, de su libro, Más allá de la galaxia.
Si usted sabe lo que el Universo se compone de, en cualquier momento dado, sin embargo, y usted sabe qué tan rápido se está expandiendo en ese momento, se puede determinar - gracias a la física - cómo el Universo va a evolucionar en el futuro. Y que se extiende, si se quiere, en el futuro de manera arbitraria el momento, limitado sólo por la precisión de sus mediciones. Teniendo en cuenta los mejores datos de Planck (CMB), desde el Sloan Digital Sky Survey (por Baryon acústica Oscilaciones estructura / gran escala), y de las supernovas de tipo Ia (nuestro más lejano "indicador de distancia"), hemos determinado que nuestro universo es:
68% de energía oscura, en consonancia con una constante cosmológica,
27% de materia oscura,
4.9% materia normal,
0,1% neutrinos,
y 0,01% de los fotones,
para un total de 100% (dentro de los errores de medición) y con una tasa de expansión actual del 67 km / s / Mpc.
El mejor mapa del CMB y las mejores restricciones sobre la energía oscura de la misma. Imágenes de crédito: ESA y la Colaboración Planck (arriba); P. A. R. Ade et al., 2014, A & A (abajo).
Si esto es fiable al 100%, sin más cambios, significa que la tasa de Hubble continuará cayendo, asintóticas en algún lugar alrededor de un valor de ~ 45 km / s / Mpc, pero nunca caiga por debajo de ella. La razón por la que nunca llega a cero se debe a que la energía oscura: la energía inherente al espacio mismo. A medida que se expande el espacio, la materia y otras entidades que pueden obtener más diluido, pero la densidad de energía de la energía oscura sigue siendo el mismo. Esto significa que un objeto que es 10 Mpc lejos en el futuro va a retroceder a 450 km / s; millones de años más tarde, cuando es 20 Mpc de distancia, se retraerá a 900 km / s; Más adelante será de 100 Mpc lejos y retrocediendo a 4.500 km / s; por el tiempo que es 6.666 Mpc distancia que se aleja en 300.000 km / s (o la velocidad de la luz), y que se aleja cada vez más rápido sin falta. Al final, todo lo que no está ya obligado gravitacionalmente a nosotros se expandirá más allá de nuestro alcance. De hecho, el 97% de las galaxias en el Universo ya se han ido, ya que incluso a la velocidad de la luz que nunca llegaríamos a ellos, incluso si viajaramos hoy.
Si esto es fiable al 100%, sin más cambios, significa que la tasa de Hubble continuará cayendo, asintóticas en algún lugar alrededor de un valor de ~ 45 km / s / Mpc, pero nunca caiga por debajo de ella. La razón por la que nunca llega a cero se debe a que la energía oscura: la energía inherente al espacio mismo. A medida que se expande el espacio, la materia y otras entidades que pueden obtener más diluido, pero la densidad de energía de la energía oscura sigue siendo el mismo. Esto significa que un objeto que es 10 Mpc lejos en el futuro va a retroceder a 450 km / s; millones de años más tarde, cuando es 20 Mpc de distancia, se retraerá a 900 km / s; Más adelante será de 100 Mpc lejos y retrocediendo a 4.500 km / s; por el tiempo que es 6.666 Mpc distancia que se aleja en 300.000 km / s (o la velocidad de la luz), y que se aleja cada vez más rápido sin falta. Al final, todo lo que no está ya obligado gravitacionalmente a nosotros se expandirá más allá de nuestro alcance. De hecho, el 97% de las galaxias en el Universo ya se han ido, ya que incluso a la velocidad de la luz que nunca llegaríamos a ellos, incluso si viajaramos hoy.
El observable (amarillo) y las partes accesibles (magenta) del universo. Crédito de la imagen: E. Siegel, basada en el trabajo de los usuarios de Commons Azcolvin 429 y Frédéric MICHEL.
Pero la energía oscura puede no ser realmente una constante. Puede ser que hayamos medido que evoluciona a medida que a0 acuerdo con nuestras mejores mediciones, pero siendo realistas, lo mejor que podemos decir es que evoluciona a medida que a0 ± 0,08, donde hay un poco de margen de maniobra en el exponente. Por otra parte, se podría cambiar con el tiempo, donde la energía oscura podría ser más positivo, más negativo, o incluso podría revertir su signo. Si quisiéramos ser honesto acerca de lo que puede la energía oscura y no podemos estar, que es más preciso para mostrar que el margen de maniobra también.
Pero la energía oscura puede no ser realmente una constante. Puede ser que hayamos medido que evoluciona a medida que a0 acuerdo con nuestras mejores mediciones, pero siendo realistas, lo mejor que podemos decir es que evoluciona a medida que a0 ± 0,08, donde hay un poco de margen de maniobra en el exponente. Por otra parte, se podría cambiar con el tiempo, donde la energía oscura podría ser más positivo, más negativo, o incluso podría revertir su signo. Si quisiéramos ser honesto acerca de lo que puede la energía oscura y no podemos estar, que es más preciso para mostrar que el margen de maniobra también.
El
azul "sombreado" representan las posibles incertidumbres en cómo era la
densidad de energía oscura / será diferente en el pasado y el futuro. Los datos apuntan a un verdadero cosmológicas posibilidades "constantes", pero otros todavía están permitidos. Crédito de la imagen: Historias de Quantum.
Al final, todo lo que podemos ir fuera de es lo que hemos medido, y admitir que las posibilidades de lo que es incierto podrían ir en cualquier número de direcciones. La energía oscura parece consistente con una constante cosmológica, y no hay razón para dudar de esta simple de los modelos en la descripción de la misma. Pero si la energía oscura se hace más fuerte con el tiempo, o si ese exponente resulta ser un número positivo (aunque sea un pequeño número positivo), nuestro Universo podría terminar en un Big Rip lugar, donde el tejido del espacio se desgarra. Es posible que la energía oscura puede cambiar con el tiempo y signo inverso, dando lugar a un Big Crunch lugar. O es posible que la energía oscura puede aumentar en fuerza y someterse a una transición de fase, dando lugar a un Big Bang, una vez más, y reiniciar nuestra "cíclico" Universo.
Al final, todo lo que podemos ir fuera de es lo que hemos medido, y admitir que las posibilidades de lo que es incierto podrían ir en cualquier número de direcciones. La energía oscura parece consistente con una constante cosmológica, y no hay razón para dudar de esta simple de los modelos en la descripción de la misma. Pero si la energía oscura se hace más fuerte con el tiempo, o si ese exponente resulta ser un número positivo (aunque sea un pequeño número positivo), nuestro Universo podría terminar en un Big Rip lugar, donde el tejido del espacio se desgarra. Es posible que la energía oscura puede cambiar con el tiempo y signo inverso, dando lugar a un Big Crunch lugar. O es posible que la energía oscura puede aumentar en fuerza y someterse a una transición de fase, dando lugar a un Big Bang, una vez más, y reiniciar nuestra "cíclico" Universo.
Las diferentes formas de energía oscura podría evolucionar en el futuro. Que permanece constante o creciente en la fuerza (en un Big Rip) podrían rejuvenecer el Universo. Crédito de la imagen: NASA / CXC / M.Weiss.
Pero cuando se trata de el Universo, recuerde la regla de oro: todo lo que no se ha descartado es físicamente posible. Y nos debemos a nosotros mismos para mantener nuestra mente abierta a todas las posibilidades.
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