Невже таємнича темна енергія, яку шукають вже багато років, небезпечна? Чи справді вона здатна розірвати на шматки наш Всесвіт? І що буде після цього "Великого розриву"? Астрофізики Лоріс Баум і Підлогу Фремптон впевнені, що навіть при такому сценарії нічого страшного не станеться. Це буде всього лише генеральне прибирання у Всесвіті.

Для початку - трохи історії. Коли геніальний Ньютон ввів гравітаційну постійну в свою знамениту формулу сили тяжіння, він міг припускати, що фізичні константи будуть "наріжними каменями" в основі фізичних знань про Всесвіт. Космологія як наука народилася в ХХ столітті і переживає бурхливий розвиток зараз. Основною проблемою в космологиисо часів Ейнштейна залишається питання про так званої середньої кривизнепространства і швидкості розширення Всесвіту. При нульовій або негативній кривизні розширення необмежена (це відкрита модель Всесвіту); а при позитивної кривизни розширення змінюється стисненням (це закрита модель Всесвіту).

У загальній теорії відносності (ЗТВ) Ейнштейна нульової кривизни відповідає задана критична густина - приблизно п'ять атомів водню на кубічний метр. Спостережуване значення середньої щільності світної матерії - всього 1 відсоток від критичної, спостереження свідчать про саме такому значенні цієї кривизни. Виходить, що Всесвіт "закрили"?

Введення Ейнштейном в 1917 році космологічної постійної ? в модель У незалежності від часу (вона, по суті, є сила відштовхування в гігантських масштабах) дещо знизило гостроту суперечності. Проте у 1922 році Фрідман показав світові нову версію теорії - космологічну модель нестаціонарної і розширюється Всесвіту при ?=0! Більш достовірної цю модель зробило відкриття Хабблом червоного зсуву, що свідчило про розширення нашого всесвіту (і ще у результаті з'явилася постійна Хаббла, характеризує "розбіг" віддалених об'єктів Всесвіту). У результаті великий Ейнштейн, умів визнавати свої поразки, в розмові з Гамовим назвав ідею космологічної постійної своїм найбільшим промахом в науці.

Тим не менше, проблема напрямки еволюції Всесвіту залишилася відкритою. На з'їзді Астрономічного товариства в 2012 році академік Олексій Старобинский заявив, що найближчим часом в космології будуть зроблені відкриття, які будуть полягати в уточненні космологічних постійних. Саме так, через точні дані космічних експериментів, які стають все надійніше і краще, проявиться таємнича поки істина!

Космологія бурхливо розвивалася ще в 1998 році виявили при спостереженні наднових типу Ia в рамках проекту Supernova Cosmology Project, що постійна Хаббла по суті не постійна, і її поведінку можна описати підбором величини космологічною сталою - ?, що вносить внесок у середню щільність Всесвіту. Так народилося уявлення про частини прихованої маси, відомої тепер під назвою темної енергії. Цю неймовірну ідею в середині ХХ століття сформулював астрофізик Цвікі на основі своїх експериментальних спостережень і розрахунків, але його ідея сильно випередила час і тоді не була визнана - вона стала найцікавішим прикладом теоретичного прозріння в науці.

Отже, спостереження наднових у Всесвіті, флуктуацій реліктового випромінювання в експериментах показали, що наш Всесвіт розширюється прискорено. Цей узгоджується з теорією про наявність у Всесвіті речовини з негативним тиском, яке по суті є тією самою виявленої за властивостями темною енергією. З тих пір теоретики сперечаються про її властивості, виписуючи рівняння, в яких проглядаються неймовірні характеристики таємничої субстанції. Уявіть собі, в ній навіть можливі субсветовые швидкості для деяких збурень в скалярних полях!

Дійшло до того, що вчені виділили в області темних енергій спеціальний підвид - примарну енергію. Така ж энергодоминантность потрібно для існування "кротячих нір" - ненаблюденных поки об'єктів, існуючих в теорії. З них можна було б сконструювати своєрідну "машину часу". Але в космології з цих посилок виходять зовсім інші наслідки і передбачення різних космологічних сценаріїв долі Всесвіту.

Однак повернемося до еволюції уявлень про структуру світобудови. У моделі по Фрідману (плоскою і відкритої), без темної енергії, розширення нескінченно, але з уповільненням. При цьому розмір горизонту збільшується швидше, ніж масштабний фактор Всесвіту. По мірі розширення вона стає холодніше (температура реліктового випромінювання теж знижується) і більш темною (галактики і їх скупчення - розбігаються). Число видимих галактик (в межах горизонту) зростає, з'являються нові, раніше не спостерігалися об'єкти.

У моделі ж Всесвіту з темною енергією розширення прискорюється вічно. Вона, знову-таки, стає темніше і холодніше, але її розміри зростають швидше, ніж горизонт. З видимої області поступово будуть зникати об'єкти, розташовані поблизу цієї уявної лінії. Зрештою в центрі спостережуваної області Всесвіту залишиться тільки один гравітаційно зв'язаний об'єкт - для нас це місцева група галактик. Тиск і щільність заповнює всесвіт речовини зменшуються з часом. Щоправда, є і виключення - варіант граничного випадку, коли і тиск, і щільність речовини залишаються постійними.

У моделі Всесвіту з примарною енергією її масштабний фактор звертається в нескінченність за кінцевий інтервал часу. Це і є так званий званий по-англійськи RIP "Великий розрив", за аналогією з Великим вибухом народження Всесвіту. Абревіатура ж фіналу Всесвіту складена з англійської епітафії Rest In Peace - "Спочивай з миром", і означає смерть Всесвіту. У деяких теоріях цей вік смерті настане через 22 мільярди років, а нашій Всесвіту буде тоді 35 мільярдів років. Як і у сценарії з темною енергією, віддалені об'єкти поступово залишать область спостережень, межа осяжній області простору наблизиться до спостерігача за кінцевий час.

Величина примарною енергії, щільність і абсолютна величина тиску речовини зростають і до моменту Великого Розриву звертаються в нескінченність. Настане момент - і гравітаційно пов'язана система нашої Всесвіту розірветься, поклавши межа її існування. Будуть розірвані і всі системи, пов'язані іншими силами, тільки це відбудеться пізніше, оскільки розміри негравитационно пов'язаних систем менше, а скріплюють їх сили - могутніше. Таким чином, Великий розрив є ні що інше, як план генерального прибирання у Всесвіті.

Підсумок варіантів різноманітний: в теорії пропонується (крім давно прогнозованих варіантів стиснення з наступним колапсом або нескінченного розширення) ще одна можливість - Великий Розрив. Поки, щоправда, лише як ідея. Буде реалізований такий варіант і з яким ступенем точності порівняно з передбаченим - сказати складно.

Але можна з упевненістю говорити, що ніяка фізика не зможе змусити речовина володіти властивостями примарною енергії до моменту Великого розриву. Тільки при зміні властивостей речовини розширення Всесвіту піде за сценарієм розриву. І конкретні перетворення уявити собі поки що неможливо.

Але, право, було б дуже нудно без сценариявечно пульсуючої, як серце, Всесвіту - і цей сценарій нещодавно був запропонований фізиками з Університету Північної Кароліни в Чепел-Хіллі. Лоріс Баум і Підлогу Фремптон представили модель такої вічно пульсуючого Всесвіту. Робота була опублікована 16 лютого в Physical Review Letters.

В цій моделі не потрібно породжувати світ з точки Великого вибуху (вони називаються особливостей). У класичних варіантах Всесвіт народжується з подібної точки, а потім або нескінченно розширюється, або звертається в сингулярність у разі фінального схлопування в точку.

Нескінченної енергії в світі не буває - це стверджує і теорія, і практика. Тому сингулярності означає для фізиків такий стан системи, де класичні закони фізики взагалі перестають працювати. На зміну їм приходить квантова фізика зі своїми новими правилами, які частково вирішують проблеми, але не до кінця. А чи не можна взагалі обійтися без підступної сингулярності? Придумати циклічну модель, яка буде гармонійною?

Дві труднощі на цьому шляху, на жаль, очевидні. Перша - це добре знайома нам ентропія (міра невпорядкованості системи), яка в процесі еволюції будь-якої системи може тільки зростати. Після завершення певного циклу Всесвіт утворюють впорядковані структури різних рівнів складності: галактичні скупчення, галактики, зірки і планети.

Ця ієрархія виникає з колишнього безладу. Відновлення порядку - це, по ідеї, зниження ентропії, однак на цей процес накладено заборону в класичній термодинаміці (і ніякому демона Максвелла поки що не вдалося його обійти. Втім, навіть якщо б це вдалося подолати перешкоду, відразу ж виникає друга складність - подовження наступних друг за іншому циклів в моделі пульсуючого Всесвіту. Подумки відступаючи назад по часу, ми отримуємо підступну сингулярність в вигляді неймовірно короткоживучих циклів!

Однак Баум і Фремптон знайшли оригінальний спосіб - ввели в свої рівняння так звану вакуумну енергію, особливу фізичне поле, що створює ефект антигравітації. Воно позбавило від складнощів при суміщенні циклічної космології з вимогами невблаганною термодинаміки. Существание цього поля успішно підтверджується експериментами останніх років. У 1998 році астрономи довели, що швидкість розширення Всесвіту не зменшується, а зростає. Причина - наявність вакуумного поля (воно ж темна енергія). Взаємодії поля з гравітацією можна утворити циклічні моделі Всесвіту.

Їх варіанти можуть бути дуже різноманітні, і їм властива неоднорідна "клаптикова" структура можливих перетворень. Всесвіт пульсуюча дуже варіабельна - вона може розпадатися на окремі світи, стискатися і розширюватися, переживаючи фазу інфляції, зупинятися перед фазою великого розриву і переживати фазові переходи, породжувати матерію... І принципи термодинаміки, знову-таки, зберігаються - адже при цьому кожен світ народжується з досить помірною ентропією.

Найцікавіше відкриття ХХІ століття - темна енергія - вимагає досліджень і експериментальних спостережень. Її особливі властивості лежать в основі світобудови і визначають перебіг процесів у Всесвіті. Фундаментальні основи світобудови досліджуються в космології, а новітні технології космічних досліджень відкривають вченим Всесвіт у всій різноманітності процесів, раніше недоступних спостереженнями і оцінками.