Universums framtid

Från Rilpedia

Version från den 6 maj 2009 kl. 05.57 av MagnusA (Diskussion)
(skillnad) ← Äldre version | Nuvarande version (skillnad) | Nyare version → (skillnad)
Hoppa till: navigering, sök
Wikipedia_letter_w.pngTexten från svenska WikipediaWikipedialogo_12pt.gif
rpsv.header.diskuteraikon2.gif

Till relativt nyligen, vid 1900-talets början, trodde i princip alla forskare att universum var oändligt och oföränderligt. Det fanns därför ingen större anledning att vetenskapligt spekulera om en början eller ett slut för universum. Men när Edwin Hubble visade att universum utvidgar sig blev universums förflutna och framtid en viktig forskningsgren. Hur började det, och hur kommer det att sluta?

Universum som vi känner det idag expanderar. Men frågan är: Kommer denna expansion att fortgå i all oändlighet eller kommer den att stanna av och eventuellt vändas till en kontraktion?

Innehåll

Masstätheten avgör universums framtid

Vad som kommer att ske med universum beror på universums masstäthet. Universum utvidgar sig men gravitationskrafterna bromsar utvidgningen. Om gravitationskrafterna är för svaga för att hejda utvidgningen kommer universum att utvidgas för all framtid och om gravitationskrafterna är tillräckligt starka, så kommer universum att börja dra sig samman. Det är den genomsnittliga masstätheten i universum som avgör universums öde.

Utvidgningen kommer att antingen fortsätta eller avstanna, beroende på om masstätheten är mindre eller större än värdet:

\rho_c = \frac{3 H^2}{8 \pi G} = 5 x 10-27 kg/m3.

Detta är den kritiska tätheten för universum. Den motsvarar tre väteatomer per kubikmeter. Figuren som syns nedan visar hur avståndet mellan två galaxhoper varierar med tiden, för tre olika värden på universums nuvarande masstäthet ρ, det vill säga storleken på universum som funktion av tiden för de tre olika scenarierna för universums expansion. Tiden t räknas från den stora smällen, Big Bang.

Avståndet mellan två galaxhopar som funktion av tiden för de tre olika scenarierna för universums expansion; ρ< ρc, ρ= ρc och ρ> ρc.

  • Om ρ > ρc, säger man att universum är slutet. Då kommer utvidgningen att avstanna när universum har uppnått en maximal storlek. Därefter kommer universum att dra sig samman, och tätheten och temperaturen ökar. Till slut går tätheten och temperaturen mot oändligheten och universum bryter samman. Astronomerna kallar det för Det stora sammanbrottet eller The Big Crunch.
  • Om ρ < ρc, säger man att universum är öppet. Då är gravitationskrafterna för svaga för att hejda utvidgningen, och universum kommer att utvidga sig i all framtid. Tätheten och temperaturen kommer att gå mot noll när tiden går mot oändligheten.
  • Om ρ = ρc, säger man att universum är plant. Även då kommer universum att utvidga sig i all framtid, men långsammare och långsammare. Utvidgningen går mot noll när tiden går mot oändligheten.

Det finns alltså tre olika scenarier för universums framtid enligt denna teori: universum är öppet, universum är plant och universum är slutet. Det är dessa tre teorier som denna artikel kommer att fördjupa sig i.

Scenarier för universums framtid

Universum är öppet

Sedan början av 1900-talet vet vi att universum expanderar. Universums radie har alltså hela tiden ökat sedan starten. Det var dessa observationer som ledde till teorin om Big Bang. Om vårt universum kommer att fortsätta att följa denna utveckling säger vi att vi har ett öppet universum som expanderar för evigt.

Universums öde och utveckling beror som tidigare sagt helt på dess densitet. Om densiteten är mindre än ρc (ρ < ρc), så ökar universums radie enligt den översta linjen i figuren ovan. Idag tyder flera observationer att den genomsnittliga tätheten i universum är mindre än den kritiska tätheten, och att detta scenario alltså är det som kommer att ske.

Enligt denna teori skulle universum alltså fortsätta att utvidga sig i all evighet. Temperaturen och tätheten skulle gå mot noll när tiden gick mot oändligheten.

Skulle då liv, teoretiskt sett, vara möjligt i all evighet i detta universum? Eftersom temperaturen och tätheten skulle bli mindre och mindre hela tiden kan man tänka sig att liv till slut omöjligt kunde överleva i slutändan, eftersom liv behöver värme. Då får man dock tänka på att man här talar om den genomsnittliga temperaturen och tätheten. Den enda skillnaden mellan vårt universum idag och hur det skulle se ut om det utvecklades enligt detta scenario under oändligt lång tid skulle troligen vara det att avstånden blivit oändligt mycket större, inget mer. Alltså kunde liv teoretiskt sett existera så länge det finns kvar stjärnor universum.

En del forskare tror inte detta, eftersom termodynamikens andra lag säger att graden av entropi (oordning) i ett system hela tiden ökar. Eftersom universum i detta scenario skulle existera i all evighet skulle till slut hela universum bli en enda blandning, där all materia och energi är jämnt utspridd. Detta skulle definitivt göra liv omöjligt.

Universum är plant

Om masstätheten däremot är lika stor som den kritiska tätheten (ρ = ρc), säger man att universum är plant. Precis som i scenariot ovan så kommer de gravitationella krafterna inte att vara tillräckligt starka för att stoppa utvidgningen, och universum kommer att utvidga sig i all evighet. Dock kommer universum att utvidga sig långsammare och långsammare efterhand. Utvidgningen kommer till slut att gå mot topp när tiden går mot oändligheten. Alltså kommer det till slut att vara omöjligt att märka att universum utvidgas, och det skulle verka som om expansionen har avstannat. Livet skulle troligen ha samma möjligheter att fortsätta existera som i det tidigare scenariet, det vill säga att så länge det finns stjärnor som brinner så kan liv fortsätta finnas. Även termodynamikens andra lag skulle kunna sätta käppar i hjulet för livets forsatta existens, genom all materia i universum blir som en enda soppa, där liv omöjligtvis kan frodas.

Universum är slutet

Vad händer då om värdet på den genomsnittliga masstätheten är större än den kritiska tätheten (ρ > ρc), det vill säga om universum är slutet?

Om masstätheten är större än den kritiska tätheten, kommer utvidgningen att avstanna, när universum nått en maximal storlek. Därefter kommer universum att börja dra sig samman, komprimeras. På grund av detta kommer tätheten och temperaturen att öka. Universum blir alltså mindre och mindre hela tiden.

Det blir det totalt motsatta förhållandet mot det vi har idag, där universum utvidgar sig hela tiden. Till slut, när universum har dragit sig samman enormt mycket, går tätheten och temperaturen mot oändligheten och hela universum bryter samman. Astronomerna kallar detta för ”Det stora sammanbrottet”, eller ”The Big Crunch”.

The Big Crunch

All materia i universum skulle bli koncenterat till en punkt, en singularitet. Till och med tiden skulle sluta att existera i denna singularitet. The Big Crunch kallas ibland för The Gnab Gib, Big Bang baklänges just för att det är den omvända processen av Big Bang.

Många tror att efter ett ”Big Crunch” så kommer det att komma ett nytt ”Big Bang”, eftersom all materia i Universum är sammanpressad en singularitet, precis som forskarna föreställer sig att universum såg ut före Big Bang. Efter detta Big Bang skulle universum utvidga sig tills det fick sin maximala storlek, sedan dra ihop sig till ett nytt Big Crunch, som skulle leda till ett nytt Big Bang. Processen skulle upprepas igen och igen och igen. Vi skulle alltså ha ett cykliskt universum. Om detta skulle vara sant, skulle man inte kunna tala om ett början eller ett slut av universum, eftersom allt går som i ett kretslopp.

Hur skulle möjligheterna för liv att överleva i denna sorts universum vara? Visserligen skulle ju allt liv förgöras i den stora krossen, men sedan vid ett nytt Big Bang skulle liv kunna uppstå igen. Liv skulle ersättas av död, som skulle ersättas liv och så vidare i all oändlighet, precis som i de hinduistiska och buddhistiska mytologierna.

Denna teori var för länge sedan mycket populär, men är mindre populär idag. Bland annat visar termodynamikens andra lag att oordningen skulle öka i universum efter varje cykel, och på så sätt skulle det omöjligtvis kunna fortsätta i all evighet. Dessutom visar de senaste forskningsrönen på att universum inte alls är slutet.

Senaste forskningen

De senaste forskningsresultaten, bland annat med hjälp av Rymdteleskopet Hubble och WMAP-satelliten, har tolkats som att universums expansion accelererar, det vill säga det expanderar allt snabbare. Universum kommer alltså inte att sluta i en Big Crunch, utan kommer att expandera för evigt. Universums geometri är däremot mycket nära plan, det vill säga densiteten är mycket nära den kritiska. Detta beror på att en stor del av universums energidensitet inte kommer från materia utan från mörk energi, möjligen i form av en kosmologisk konstant. Denna energi leder till expansion, och i dess närvaro är det inte de tre fall som diskuterats ovan som bestämmer universums framtid.

Begrepp som diskuteras i sammanhanget är

Sammanfattning

Vi vet alltså inte vad den genomsnittliga tätheten i universum är, och alltså vad ρ har för värde. Den massan som hittills har observerats i universum ger en genomsnittlig täthet på 1/10 av ρc. Då skulle det alltså verka som om vi har ett öppet universum. Men då glömmer man bort den mörka materian, som vi alltså inte kan se. Gravitationen mellan och inom galaxerna tyder på att de innehåller fem gånger mer massa än vi kan se.

Det som kommer att avgöra hela universum öde är alltså hur mycket mörk materia och mörk energi det innehåller. De högsta beräknade värdena ligger nära den kritiska densiteten och många forskare räknar med att den verkliga masstätheten är ungefär lika med den kritiska.

Se även

Källförteckning

Personliga verktyg