عندما نتحدث عن نهاية الكون، تظهر فكرة واحدة مرارًا وتكرارًا: أزمة كبيرة أو انهيار عظيموفقًا لهذا الاقتراح، سيتباطأ الكون المتمدد في النهاية، وينعكس اتجاهه، وينكمش حتى يصل إلى حالة قصوى. هذا ليس مجرد خيال، بل هو... الإمكانية الكونية والتي تمت دراستها لعقود من الزمن، مدعومة بنفس الأدوات التي نستخدمها لوصف الانفجار الكبير.
وفي السنوات الأخيرة، شهدت هذه الفرضية انتعاشًا طفيفًا: إذ اقترحت بعض الدراسات أن التوسع قد لا يكون أبديًا وأنه في ظل ظروف معينة فيما يتعلق الطاقة المظلمةسينعكس الإيقاع الكوني. حتى أن هناك نماذج تغامر نوافذ زمنية محددة لقد كانت بداية الانكماش هي التي أعادت فتح النقاش ودفعت كثيرين إلى التساؤل عما إذا كانت نهاية الكون ستأتي من الانهيار وليس من التبريد اللانهائي.
ما هي الأزمة الكبرى: من الانفجار الكبير إلى الانهيار العظيم
الأزمة الكبرى، والتي تسمى أيضًا الانفجار العظيم أو الانهيار العظيمإنه يقترح مصيرًا معاكسًا للانفجار الكبير: إذا نشأ الكون من حالة كثيفة وساخنة وبدأ في التوسع، فقد يأتي وقت حيث توقف التوسعتسود الجاذبية وتبدأ جميع محتويات الكون في الاقتراب من بعضها البعض مرة أخرى، وتنضغط إلى حالة متطرفة، ربما تفرد الزمكان.
هذه الرؤية هي النظير المتماثل للاقتراح الانفجار الكبيريتمدد الكون، ويتباطأ، وينعكس مساره، ثم ينهار. في هذا السيناريو، ستتعرض الأجسام البعيدة لتأثير ملحوظ. التحول الأزرق مع اقترابها؛ في بعض المصادر العلمية الشعبية القديمة، تم ذكر هذا التأثير بأسماء غير قياسية مثل "تأثير تودون"، ولكن ما هو مهم هو التحول نحو ترددات أكثر نشاطًا. الانكماش استمر.
الأساس النظري: النسبية العامة، فريدمان، لوميتر وشركاه
تنشأ إمكانية التنبؤ بالمصير الكوني مع النسبية العامة لأينشتاين (1915)معادلاته، عند تطبيقها على الكون ككل، تتيح حلولاً متعددة. في عشرينيات القرن العشرين، ألكسندر فريدمان y جورج ليميتر لقد أظهروا حلولاً متوسعة، وبعد فترة وجيزة إدوين هابل لقد لاحظ (من متغيرات القيفاوية في المجرات البعيدة) أن الكون، في الواقع، يتوسعتوسيع الرؤية الكون المرئي.
قدم أينشتاين الثابت الكوني مع فكرة الحفاظ على كون ثابت؛ بعد اكتشاف هابل، ندم على هذا التعديل. بعد عقود، مع المستعرات العظمى البعيدة لعام 1998تم تفسير الملاحظات على أنها توسع لا يستمر فحسب، بل يتسارع، والتي أعادت تقديم الثابت الكوني (أو ما يعادله) كطاقة مظلمة: وهي مكون مضغوط سلبًا يهيمن على ميزانية الطاقة.
الطريقة العملية لتنظيم الوجهات المحتملة هي المعلمة Ω (أوميغا)، الذي يقارن الكثافة المتوسطة للكون بالكثافة الحرجة: إذا كانت Ω أكبر من أو أقل من أو تساوي 1، فإن الكون يصبح سيرادو, فتح o خطة على التوالي، مع عواقب هندسية إجمالية مختلفة (المثلثات التي يصل مجموعها إلى أكثر من 180 درجة في المثلث المغلق، وأقل من 180 في المثلث المفتوح، و180 بالضبط في المستوى؛ المتوازيات التي تنتهي بالالتقاء، أو التي تتباعد أو التي تبقى متساوي البعد).
- الكون المغلق (Ω>1)مع وجود القليل من الطاقة المظلمة أو بدونها، يمكن للجاذبية أن تبطئ التوسع وتسبب انقباض باختصار، هذا يفتح الباب أمام الانسحاق العظيم. إذا سيطرت الطاقة المظلمة، فقد يستمر التوسع رغم الهندسة المغلقة.
- الكون المفتوح (Ω<1)حتى بدون الطاقة المظلمة، فإنها تتوسع إلى الأبد؛ ومع الطاقة المظلمة، لا يستمر التوسع فحسب، بل يتسارع، مما يرجح كفة النهاية نحو نهايات مثل التجمد الكبير أو التمزق الكبير.
- الكون المسطح (Ω=1)بدون الطاقة المظلمة، فإن التوسع سيكون أبديًا ولكن بطيئًا، ويقترب بشكل مقارب من الصفر؛ مع الطاقة المظلمة، يتسارع الكون ويتجه نحو النهاية عن طريق التبريد أو التفكك.
الإجماع الحالي بين العديد من علماء الكونيات هو أن المصير النهائي يعتمد على الشكل العالمي للفضاء وفوق كل ذلك، سلوك الطاقة المظلمةعلى الرغم من وجود نماذج أقلية (على سبيل المثال، مقترحات عام 2005 بشأن مصير الفرميون-البوزون مع مكثفات بوز-أينشتاين (على نطاق واسع) التي تستكشف السيناريوهات البديلة، يبقى المفتاح هو القياس الدقيق الكثافات ومعدلات التوسع وتطورها.
متى قد يحدث الانكماش؟ التواريخ والسيناريوهات المقترحة
برز في المنشورات الأخيرة خطان فكريان بارزان. من ناحية، كان هناك صدى لـ باحثون من جامعة برينستون النشر في PNAS الذين تحدثوا عن علامات تتفق مع احتمال انكماش مستقبلي متسارعهذا من شأنه أن يجعل الانسحاق العظيم أقرب مما كان متوقعًا. وقد فُسِّرت هذه النتائج على أنها تحريفٌ في أحداث الطاقة المظلمة الثابتة.
ومن ناحية أخرى، أظهرت دراسة دولية أجراها جامعة كورنيل جنبا إلى جنب مع المركز الدولي للفيزياء في دونوستيا و جامعة شنغهاي جياو تونغ، منتشرة في arXivيستكشف نموذجًا لا تكون فيه الطاقة المظلمة ثابتة ولكن ديناميكيوبموجب هذه الفرضية، فإن التوسع سوف يبطئ وينعكس في حوالي 7.000 مليارات سنة، وسيصل الانهيار الكامل إلى حوالي بعد 13.000 مليار سنة، إكمال دورة الانفجار العظيم - الأزمة العظيمة التي دامت حوالي 33.000 مليار سنة.
وتشير تقديرات منشورة أخرى إلى انكماش خلال فترة زمنية تبلغ حوالي 20.000 مليون سنةعلى المستوى البشري يبدو الأمر وكأنه خيال علمي، ولكن على المستوى البشري كوني إنه "مبكر" نسبيًا إذا تذكرنا أن عمر الكون حوالي 13.800 مليار سنة. على أي حال، إنه يتعلق بـ نماذج التي تتنافس مع السيناريو السائد للتوسع الأبدي والتي تعتمد على كيفية تطور الطاقة المظلمة.
هل يتعارض الانكماش الكبير مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟
السؤال الشائع هو ما إذا كان الانهيار نحو التفرد "ينتهك" القانون الثاني، حيث لا ينبغي أن تكون إنتروبيا النظام المعزول انخفاضالإجابة المختصرة هي أن الأزمة الكبرى لا تعني بالضرورة انخفاض الإنتروبيا: الجاذبية يفتح درجات جديدة من الحرية (تكوين الهياكل، الانهيار، الثقوب السوداء)، وفي الواقع، الثقوب السوداء هذه أجسامٌ ذات إنتروبيا هائلة. يُمكن أن تستمر الإنتروبيا الكلية في النمو حتى خلال مرحلة الانكماش.
من الناحية الملاحظة، فإن الانكماش العالمي يعني أن الإشعاع القادم من المجرات البعيدة سيكون يحل محل اللون الأزرق، مما يزيد من طاقته الظاهرية، بينما يزداد متوسط كثافة الكون. أي أن الكون لا "يُنظّم" محتوياته عن طريق تقليل الإنتروبيا؛ بل إن عملية انكماش الجاذبية يُولّد حالات ذات اضطراب جاذبية أكبر، بما يتوافق مع القانون الثاني. هذه النقطة فنية للغاية، لكنها تُفنّد فكرة أن الانسحاق العظيم "عبثي" لأسباب ترموديناميكية.
الارتداد: من الأزمة الكبرى إلى الارتداد الكبير
بعض الأطر النظرية، مثل الجاذبية الكمومية الحلقية بقيادة أبهاي أشتيكار، يقترحون إمكانية ترتد كبيرعندما تصل الكثافة إلى قيم متطرفة، فإن التأثيرات الكمومية للهندسة ستمنع التفرد وتسبب ارتدادًا، مما يؤدي إلى بدء مرحلة جديدة توسعفي هذا السيناريو، يتناوب الكون بين مراحل التوسع والانكماش في تسلسل لا نهاية له.
النسخة الكلاسيكية من الكون المتذبذب ومع ذلك، يتعارض هذا مع القانون الثاني: مع كل تذبذب، تزداد الإنتروبيا، مما يجعل العودة إلى حالة "مساوية" للحالة السابقة أمرًا صعبًا. بعض الأفكار الحديثة، مثل نماذج الأغشية الدوريةحاولوا الالتفاف على هذه المشكلة بالسماح للتوسع بتخفيف الإنتروبيا المتراكمة قبل دورة جديدة. هذه اقتراحاتٌ مُوحية، لكنها لا تزال... تخميني.
هناك أيضًا طرق أكثر غرابة، مثل نموذج كوني متعدد المستوياتالذي يتخيل مستويات لا نهائية من الأكوان، لكل منها بداياتها ونهاياتها الخاصة، بينما يكون للكل وجود لا نهائي. وحتى اليوم، هم السيناريوهات النظرية بدون دعم المراقبة المباشرة.
نهايات أخرى على الطاولة: التجميد الكبير، التمزق الكبير، الفراغ المزيف…
إذا استمرت الطاقة المظلمة وكانت الهندسة مسطحة أو مفتوحة، فإن الوجهة الأكثر شعبية هي تجميد كبير أو الموت الحراري: يستمر التوسع إلى الأبد، وتموت النجوم في فترات زمنية تبلغ حوالي عام واحد. مليار سنة، المجرات تنتهي بالهيمنة عليها الثقوب السوداء أنه مع مرور الوقت لفترة طويلة لا يمكن تصورها، يتبخرون بسبب إشعاع هوكينج.
في بعض النظريات الموحدة الكبرى، البروتونات وسوف تتحلل هذه الجسيمات، فتحول الغاز بين النجوم إلى أزواج من الإلكترونات والبوزيترونات التي تفني بعضها البعض في نهاية المطاف. الفوتونات واللبتوناتوسوف ينتهي الأمر بالكون إلى حساء إشعاعي بارد ومخفف بشكل متزايد، مع تحول الطاقة تدريجيا نحو الطرف الأحمر بسبب التوسع.
عند زيادة التسارع إلى أقصى حد، يظهر ما يلي: مزق كبيرستتغلب الطاقة المظلمة ليس فقط على الجاذبية، بل أيضًا على القوى الكهرومغناطيسي الروابط النووية الضعيفة بالفعل، تؤدي إلى تمزيق المجرات والنجوم والكواكب، وفي نهاية المطاف، تمزيق المادة نفسها.
النتيجة التخمينية الأخرى هي عدم استقرار الفراغإذا كان فراغنا الكمي زائفًا (ليس حالة الطاقة الأدنى)، فمن الممكن تشكيل فقاعة فراغ "أكثر صحة" من شأنها أن تتقدم إعادة الكتابة الثوابت الفيزيائية وبنية المادة ذاتها. ستكون نهاية صامتة لكنها مدمرة للبشرية. قوانين الفيزياء كما نعرفهم.
في آفاق طويلة بشكل سخيف، بعض المؤلفين، مثل شون كارول وجنيفر تشين، وقد ناقشنا الاحتمال الصغير بأن التقلبات الكمومية إنتاج انفجارات عظيمة جديدة داخل بحر حراري، مع أوقات تبريد تصل إلى حوالي 10101056 سنوات. نظرية تدخل أيضًا في الاعتبار بوانكاريه والتقلبات الحرارية لتصور "تكرارات" النظام الكوني.
كيف يتم اتخاذ القرار: عن طريق وزن الكون
يتم التعامل مع الاختيار بين هذه النهايات من خلال قياس المساهمة النسبية لـ أمرالإشعاع والمادة المظلمة والطاقة المظلمة عند الكثافة الحرجة، والتحقق من السيناريوهات مقابل البيانات من المستعرات العظمى من النوع Iaمجموعات المجرات و تباين الخواص من خلفية الموجات الميكروية الكونية. بشكل عام، تتوافق الكثير من البيانات اليوم مع نظرية كونية. خطة وتهيمن عليها الطاقة المظلمة، التي تميل الميزان نحو التجمد الكبير، دون استبعاد الفروق الدقيقة حول ديناميكي من تلك الطاقة المظلمة.
مكان الدين والثقافة والخيال العلمي
تحتوي جميع الأديان الرئيسية تقريبًا على روايات حول نهاية العالمالدراسة اللاهوتية لهذه الرؤى تُعرف باسم علم الغيبياتفي كثير من الأحيان، تمت إعادة تفسير هذه الحسابات في ضوء التقدم العلمي، وتجنب القراءات الحرفية لتعبيرات مثل "ستسقط النجوم من السماء"، والتي تعكس الفهم القديم للسموات.
جعلت الثقافة الشعبية نهاية الكون أرضًا خصبة. في الأدب، قصة إسحاق أسيموف، السؤال الأخير (الموت الحراري والبعث الحاسوبي)، الرواية تاو زيرو بقلم بول أندرسون (عالم دوري مع أزمة كبيرة تليها انفجار كبير جديد)، القصيدة السردية موت طويل الأمد بقلم جيفري أ. لانديس، أو والبرد الكبير بقلم آلان مور، حيث يشهد بطل خارق التبريد الكوني. وهناك أيضًا غزوات مثل العالم في نهاية الزمان بقلم فريدريك بول.
لقد لعب الفكاهة والسخرية دورهما: المطعم ميليوايز، المطعم في نهاية الكون يسمح لنا عمل دوغلاس آدمز بالتأمل في النهاية باعتبارها مشهدًا رائعًا؛ وودي آلن متضمن في آني هول النكتة عن الطفل الذي كان قلقاً بشأن توسع الكون.
في التلفزيون والسينما، هناك كل شيء: القزم الأحمر إنها تتكهن بالزمن الذي "يسير إلى الوراء" في الكون الذي يتجه نحو الأزمة الكبرى؛ LEXX تخيل انكماشًا ناتجًا عن جيش من الأذرع الميكانيكية؛ ستار تريك: ديب سبيس ناين ويتناول هذا الموضوع في قصيدته "شرنقة"؛ خطة 9 من الفضاء الخارجي يستخدم التهديد بتدمير الكون؛ طبيب تتميز بوجود كرة "سفينة فراغية" قادرة على النجاة من دورة دوري.
الأنمي يظهر أيضًا: يوريكا 7 إنها تفترض وجود حد "للكثافة البيولوجية" التي تؤدي إلى حدوث تفرد؛ فوتثرما السفر إلى مستقبل التمزق الكبير يليه انفجار كبير جديد متطابق تقريبًا؛ عالم غامبول المدهش إنه يلعب بالفراغ بين الأكوان.
في ألعاب الفيديو والقصص المصورة، تظهر إشارات مثل الذكاء الاصطناعي. دوراندال في الملحمة ماراثونمهووس بالهروب من النهاية؛ عالم مارفل المتعدد مع بلورة مكران كمحور لها؛ ماجيك: التجمع فهو ينظم روايته في مستويات داخل عوالم متعددة؛ سلاحف النينجا y [فرسكب] إنهم يستكشفون التقاطعات بين الأبعاد؛ جوجو مغامرة غريبة (Stone Ocean) يقدم قوة تعمل على تسريع الوقت لإنشاء الكون الجديد؛ و المعجب الكوميدي دراغون بول متعدد الأكوان تنظم بطولات بين الأكوان المتوازية.
حتى الانتشار السمعي البصري الحديث جدد الاهتمام. في 20 مارس 2019، أعلن المبدع لحن غنم نشر "الفاصل الزمني للمستقبل: رحلة إلى نهاية الزمن"، وهو فيديو مدته 29 دقيقة يستكشف الاحتمالات المستقبل الكونيتجميع عشرات الملايين من المشاهدات وعدد كبير من "الإعجابات".
نماذج كلاسيكية تم التخلص منها وإمكانيات متجددة
خلال القرن العشرين، اعتبرت بعض النماذج أن الكون عبارة عن مغلقة ومحدودة والتي بعد التوسع سوف تنكمش إلى انفجار كارثي (الانفجار العظيم). واليوم، تم التخلي عن معظم هذه النماذج لأن الملاحظات تشير إلى توسع الكون. معجل وهو ما يشير إلى تجميد كبير وليس أزمة كبيرة.
ومع ذلك، هناك تفسيرات جديدة لـ المادة المظلمة وفوق كل ذلك، المقترحات التي تتناول الطاقة المظلمة ديناميكي وقد يؤدي ذلك إلى تخفيف أو تغيير الإشارة، مما أعاد إلى الواجهة إمكانية وجود كون تتأرجح أو واحد العودة ومن هنا يأتي الاهتمام بالنماذج التي تضع بداية الانكماش بعد عدة مليارات من السنين من الآن.
استعارة تتجاوز الفيزياء
بعيدًا عن العلم، يتم استخدام نظرية الأزمة الكبرى كـ تشابه مستعار من الإغلاق والبعث. ليس من غير المألوف أن نجد شركات أو مشاريع مستوحاة من هذه الفكرة، تتحدث عن للتوقف والتقلص والولادة من جديد بهوية جديدة، كما يحدث في قصص "فلسفات" الشركات التي يتم تقديمها على أنها "انهيار عظيم" خاص بها لبدء الكون الجديد من الفرص. إنها إشارة ثقافية تُظهر مدى تأثير مصير الكون في مخيلتنا.
ماذا سنرى في الكون الذي يتباطأ وينهار؟
إذا كانت الأزمة الكبرى هي وجهتنا النهائية، فسوف نلاحظ في البداية أن تسارع يتباطأ التوسع: تفقد الطاقة المظلمة قوتها، خطورة يستعيد السيطرة، وتصبح الانزياحات الكونية الحمراء أقل شدة. بعد نقطة الحجم الأقصى، ينعكس التمدد، التحولات الزرقاء سوف تكتسب شهرة.
مع مرور الوقت، تشكلت مجموعات ومجموعات مجرية عملاقة سوف يعيد تجميع نفسهستصطدم المجرات في مجموعات متتالية، وسترتفع درجات الحرارة المتوسطة، وسيصبح الكون أكثر كثافة وسخونةفي المرحلة النهائية، يجب أن تلعب فيزياء الكم الخاصة بالجاذبية دورًا في وصف ما يحدث بالضبط بالقرب من الجسم المفترض. التفرد.
في هذا السيناريو، تكهن بعض المؤلفين بأنه بعد الانهيار، قد يحدث انفجار كبير جديد. ضوء توسع آخر. يضع آخرون نقطة النهاية عند نقطة مفردة لا تُنتج شيئًا آخر. يعتمد الفرق بين الصورتين على الفيزياء أبعد من ذلك من النماذج الحالية، لذا يظل المجال مفتوحا للبحث.
في الوقت الحالي، فإن أفضل المقاييس "لوزن" الكون هي التي تصب في صالح التوسع غير المحدود ونتيجة لذلك الموت الحراريلكن اهتمام المجتمع بمعايير مثل Ωإن طبيعة الطاقة المظلمة والتحولات الفراغية المحتملة هائلة، لأن النهاية الكبرى تعتمد عليها. الفريزر الأبديتمزق، انهيار، أو ارتداد.
