Hvernig á alheimurinn eftir að þróast og hvernig mun heimsmyndin breytast við það?

Svar

Í dag telja menn að heimurinn hafi hafist í Miklahvelli. Miklihvellur var sprenging sem varð alls staðar í öllu rúminu á sama tíma. Hann var ekki sprenging í hefðbundnum skilningi, með eldi og reyk, heldur tölum við um sprengingu vegna þess hve ótrúlega mikið heimurinn þandist út á örskömmum tíma. Upp frá þessu hefur alheimurinn þanist út, þó með mismiklum hraða. Þessi kenning er rökstudd með tilvist örbylgjukliðsins svokallaða.

Rétt fyrir aldamótin síðustu, gerðu tveir rannsóknarhópar undir forystu stjarneðlisfræðinganna Sauls Perlmutters og Adams Riess markverða uppgötvun, sem átti eftir að gjörbylta heimsfræði. Edwin Hubble hafði áttað sig á því um 1925 að heimurinn væri að þenjast út. Fram undir aldarmótin 2000 töldu menn að útþenslan væri stöðugt að hægja á sér, en Perlmutter og Riess, sem rannsökuðu fjarlægar sprengistjörnur, sýndu fram á að því væri einmitt öfugt farið. Útþensluhraðinn eykst í sífellu.

Miðja vetrarbrautarinnar. Eftir fimm milljarða ára hefur fjarlægum vetrarbrautum fækkað nokkuð en að 100 milljörðum ára liðnum verða engar vetrarbrautir sýnilegar frá jörðu nema okkar eigin.
Vísindamenn skýra þennan síaukna útþensluhraða með tilvist svokallaðrar hulduorku. Um eðli hennar eru menn ekki alls kostar vissir, en kenna þó um því sem þeir vilja kalla orku tómarúmsins. Samkvæmt skammtafræði er tómarúmið alls ekki tómt. Þar myndast í sífellu eindir og andeindir þeirra sem eyðast síðan jafnharðan. Þessar eindir hafa orku og þá orku vilja margir gera ábyrga fyrir hulduorkunni sem knýr útþensluna.

Helstu áhrif útþenslunnar eru þau að sjónsvið „okkar“ mun minnka. Hinn sýnilegi alheimur er endanlegur og þar sem hann þenst í sífellu út fjarlægjast nú fjölmargar vetrarbrautir okkur með hraða sem er meiri en ljóshraðinn. Það brýtur ekki í bága við afstæðiskenninguna (sem segir að innbyrðis hraði tveggja hluta megi ekki vera meiri en ljóshraðinn), því fráhvarfshraði þeirra er meiri en ljóshraðinn vegna útþenslu rúmsins sjálfs, en ekki vegna ferðar þeirra gegnum rúmið. En ljósið frá þeim berst aldrei til okkar. Þar sem útþensluhraðinn eykst, eykst að sama skapi fráhvarfshraði vetrarbrautanna, svo æ fleiri fjarlægjast okkur með hraða sem er meiri en ljóshraðinn. Smám saman fækkar því þeim vetrarbrautum sem „við“ sjáum á himninum.

Eftir fimm milljarða ára munum „við“ enn sjá fjarlægar vetrarbrautir þó þeim hafi fækkað nokkuð en að 100 milljörðum ára liðnum verða engar vetrarbrautir sýnilegar lengur. Þær síðustu hafa fyrir löngu sest á sjóndeildina og rauðvik ljóss þeirra verður svo mikið að „við“ munum ekki greina þær meir. Þar með hverfa þær upplýsingar sem Hubble byggði á lögmál sitt um útþenslu alheimsins. Frá jörðu verður aðeins ein vetrarbraut sýnileg, það er okkar eigin. Hún mun þá hafa sameinast öðrum vetrarbrautum í grenndarhópnum svokallaða. Heimsmynd afkomenda jarðarbúa verður því talsvert frábrugðin þeirri sem við höfum í dag.

Eftir 100 billjónir ára (10¹⁴ ár) slokknar á síðustu sólstjörnum reginvetrarbrautarinnar. „Við“ fljótum ein í tóminu.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

• Hverjar eru helstu kenningar vísindamanna í heimsfræði um þróun alheimsins? eftir Ottó Elíasson
• Hvernig varð alheimurinn til? eftir Tryggva Þorgeirsson
• Hvað er örbylgjukliður, hvenær uppgötvaðist hann og hvernig er hann útskýrður? eftir Sævar Helga Bragason og Þorstein Vilhjálmsson
• Hvað er hulduorka (dark energy)? eftir Kristján Rúnar Kristjánsson

Ítarefni:

• Örlög alheimsins og framtíð heimsfræði. Grein á Stjörnufræðivefnum.

Heimildir:

• Krauss, L. M. og R. J. Scherrer (2007). The Return of a Static Universe and the End of Cosmology. General Relativity and Gravitation 39:1545–1550. doi:10.1007/s10714-007-0472-9.
• Krauss, L. M. og R. J. Scherrer (2008). The End of Cosmology? Scientific American 298:34–41.
• Weinberg, S. (1998). Ár var alda. Reykjavík: Hið íslenzka bókmenntafélag.

Mynd:

• NASA. NASA/CXC/UMass Amherst/Q.D.Wang og fleiri. Sótt 12.7.2010