Astronomi

Har Big Crunch uteslutits?

Har Big Crunch uteslutits?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Om den mörka energiekvationen av tillstånd $ omega $ utvecklas med tiden och blir större, skulle detta resultera i bromsad expansion och så småningom en Big Crunch. Om $ omega $ minskar med tiden, blir mer negativ, då skulle en Big Rip inträffa. Jag förstår att Big Rip ännu inte har uteslutits av aktuella observationer, men jag hör ofta att Big Crunch har uteslutits eftersom vi vet att universum expanderar (och accelererar).

Om Big Rip för närvarande inte kan uteslutas, hur kan då Big Crunch uteslutas? Borde inte båda fortfarande vara på bordet, såvida vi inte på något sätt kan dra slutsatsen i vilken riktning $ omega $ utvecklas under en kvintessensmodell?


The Big Rip händer om tillståndsekvationen för den mörka energin har $ p / rho = w <-1 $, och all empirisk data ger oss $ w ca -1 $. En Big Crunch kräver ett ganska högt värde på $ w $ (det måste gå över -1/3 för att bara stoppa accelerationen), men naturligtvis om mörk energi förändras över tiden kan det göra det.

Så uteslutande att utesluta Big Crunches är det rimliga att göra med observationsbevis och antagandet att framtiden inte kommer att vara helt annorlunda. Om man tycker att vi borde vara mer öppna för att förändra mörk energi (vilket kommer att vara ganska obegränsat av observation under överskådlig framtid) bör vi också vara mer öppna för $ w $ rör sig över Big Rip-gränsen.


Hur är en "Big Crunch" möjlig?


Förenklat tankeexperiment: Tänk dig att universum är homogent fyllt med partiklar. Vi kan beräkna kraften på en viss partikel som kraften på grund av tyngdkraften hos alla andra partiklar inom en sfär i det synliga universumet runt den. Eftersom denna partikel är i centrum för denna synlighetssfär kommer nettokraften att vara 0. Använd samma logik på alla andra partiklar i universum, och du fortsätter att få en nettogravitationskraft på 0. Därför kommer all materia att bete sig som ett stabilt tillstånd utan expansion eller kontraktion inom denna enkla modell.

Detta verkar ha en liknande effekt för ett icke-homogent universum också. När synfältet expanderar, förväntar du dig att få lokal klump, med kanske större och större klumpar när sikten ökar, men det skulle inte finnas någon Big Crunch.

Tankar? Detta enkla påstående har stört mig i flera år. Kan någon påpeka var argumentet går sönder, om alls?


Har Big Crunch Theory motbevisats?

Jag är inte så bra med vetenskapen men jag känner till grunderna i Big Crunch-teorin. Min bror och jag diskuterade om teorin har motbevisats. Jag kunde inte hitta några bevis som säger att det har varit men han säger att det har blivit officiellt motbevisat så jag ville ha lite hjälp med att ta reda på vem som hade rätt.

Det utesluts i grunden av 1997 års upptäckt av universums accelererande expansion, med tanke på vad vi vet om fysik. Om vår förståelse av högenergifysik förändras kan detta också förändras.

Så finns det inga bevis på att expansionsmomentet saktar ner, dvs. universum expanderar fortfarande i samma takt som var ögonblicket efter big bang?

Är det inte möjligt att tidsskalan för något avtagande momentum helt enkelt är för stor för att observera den? Eller skulle vi märka någon liten minskning av expansionshastigheten?

Allt vi kan säga är att universums expansion för närvarande accelererar och förväntas bli i framtiden med våra nuvarande modeller. Om strängteori visar sig vara korrekt är det möjligt att universum så småningom bromsas upp och kraschar.

Det förvånar mig alltid att jag & # x27 har levt tillräckligt länge för att en evolutionär modell av universum ska uteslutas.

När jag var yngre besattes jag av universum och lärde mig om Big Bang den efterföljande, antagna stora krisen. Sedan hörde jag om den stora ripen (för mycket acceleration) och nu äntligen, värme död. Cirka sju år efter att den stora krisen uteslutits är dock böcker om rymd för ungdomar en betydande tidsfördröjning.

Jag känner till grunderna i Big Crunch-teorin. Min bror och jag diskuterade om teorin har motbevisats

& QuotBig Crunch & quot var aldrig en vetenskaplig teori, det var bara ett förslag eller hypotes.

I den fysiska kosmologin är Big Crunch ett möjligt scenario för universums ultimata öde, där den metriska expansionen av rymden så småningom vänder och universum återfår sig och slutligen slutar som en svart håls singularitet eller orsakar en reformering av universum som börjar med en annan big bang.

I vetenskapen är en vetenskaplig teori det en väl underbyggd förklaring av någon aspekt av den naturliga världen, baserad på kunskap som upprepade gånger har bekräftats genom observation och experiment.

Big Crunch-hypotesen är inte baserad på kunskap och har aldrig bekräftats via några observationer eller experiment alls.


Svar och svar

Jag minns att jag läste för en tid sedan att de 2001 upptäckte att den hastighet med vilken universum expanderade accelererade. Enligt nuvarande modeller skulle det innebära att universum kan expandera för alltid och kanske till och med riva sig. Men då finns det fortfarande en del debatt om huruvida det kommer att fortsätta att accelerera eller inte.

Just nu ser universumets framtid så ut:

1) Galaxer kommer att vara så långt ifrån varandra att vi en dag inte kommer att kunna se någon annan än vår egen.

2) Så småningom kommer alla stjärnor att dö och lämnar bara bruna dvärgar, döda stjärnor och svarta hål.

3) All materia kommer så småningom att förfalla och delas i subatomära partiklar.

4) Så småningom kommer det enda kvar att vara svarta hål, och temperaturen i universum kommer att gå till absolut noll och nå ett tillstånd av fullständig oordning där allt har samma temperatur.

Jag kan inte se hur allt går till absolut noll eller har samma temperatur. Om mörk energi fortsätter att påskynda universums expansion skulle det inte finnas lokala regioner i universum där det alltid skulle finnas fotoner för att värma upp det.

Många har föreslagit en stor gravitation av universum om mörk energi minskar med tiden och universums expansion bromsas till en sådan punkt att tyngdkraften tar över som den primära kraften med sin negativa attraktionskraft. Detta innebär att universum så småningom kommer att samlas i en jätte massa som blir mindre och mindre och därför extremt tät. Vissa skulle spekulera att denna extremt täta massa sedan skulle explodera i en ny big bang. Och så går cykeln.

Som en teori är det en intressant filosofisk syn på universum som helhet, men mörk energi visar inga tecken på att försvaga dess inflytande på universum för närvarande, så den stora krisen kommer att vara svår för forskare att bevisa :)

Den "stora ripen" förekommer i kosmologiska modeller där universums skalfaktor går till oändlig storlek vid en ändlig tid. För att vara teknisk inträffar detta om gränsen för tillståndsekvationen för mörk energi när t går till oändligheten är mindre än -1. Detta kallas ofta 'fantomenergi'.

Sättet att tänka på den stora ripen är så här. Bundna strukturer, som galaxer och galaxhopar, deltar inte i universums allmänna expansion, eftersom den lokala gravitationskällan de befinner sig i dominerar över den globala expansionen. När universums expansion expanderar i fantomkosmologier ökar påverkan av den globala expansionen och storleken på den lokala potentialen som behövs för att övervinna detta ökar.

Därför blir galaxkluster först obundna, sedan galaxer själva, sedan solsystem, stjärnor, molekyler, atomer, subatomära partiklar.

Bokstavligen rivs sönder allt i universum vid en ändlig tidpunkt. För fantomenergimodeller som inte har uteslutits till hög betydelse av aktuella data, från minnet den här punkten i cirka 30 miljarder år från nu, men det beror på många olika parametervärden exakt när det kommer att vara.

Wallace, tack för ett utmärkt tydligt uttalande.
Dessa dagar verkar en hel del av kosmologilitteraturen handla om att begränsa felstaplarna på w

Mitt intryck är ju bättre de mäter, desto mer sannolikt ser det ut att w inte är mindre än -1. Så & quotphantom energy & quot-scenarier med w & lt -1 tas mindre allvarligt nu AFAICS än de var, säg för 3 eller 4 år sedan.

Jag kommer att försöka fånga upp några länkar till det senaste observationsarbetet som begränsar w.
Om du känner till något särskilt bra offhand, skulle jag uppskatta det.

Som jag förstår har modellen som kosmologer föredrar dessa dagar, nämligen platt LambdaCDM, w exakt lika med -1
som det skulle vara om den mörka energin var en ren Lambda (kosmologisk konstant) term.

Här är en referens som talar om begränsningar på w och citerar nyligen observationsarbete.
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0701584
Begränsningar av mörk energi från Supernova, Gamma Ray Bursts, Acoustic Oscillations, Nucleosynthesis and Large Scale Structure and the Hubble constant
Edward L. Wright (UCLA)
17 sidor, 8 figurer. Inlämnad till ApJ

Av särskilt intresse är figur 7 på sidan 11.
Det ser ut som den bästa passformen gör w runt -0.9. så man är antingen antagande att det är exakt -1 eller, om inte det, då större än -1,
så ingen stor rip i båda fallen.

& quotLjusstyrkaavståndet jämfört med rödförskjutningslagen mäts nu med hjälp av supernovaer och gammastråleskurvor, och vinkelstorleken mäts vid ytan av den sista spridningen av CMB och vid z = 0,35 av akustiska svängningar av baryon. I detta dokument är dessa data anpassade till modeller för tillståndsekvationen med w = -1, w = const och w (z) = w_0 + w_a (1-a). En platt LambdaCDM-modell överensstämmer med all data. & Quot

Marcus, du har rätt i att du föreslår att mycket kosmologi idag fokuserar på att ta reda på w, och ja begränsningar har skärpts under de senaste åren, men nästa språng i begränsningar kommer att behöva vänta på nästa generations undersökningar, i bästa fall ungefär fem år borta.

Det finns många teoretiska problem med w & lt-1 mörk energi också, eftersom det bryter mot en rad fysiska principer, så det är inte bara observationer som missgynnar det.

Inte desto mindre utesluts fantomenergi inte av den aktuella informationen till någon meningsfull betydelse, även om få kosmologer skulle satsa på att den skulle visa sig vara den vinnande mörka energikandidaten!

LCDM-modellen är den mest gynnade modellen med tanke på aktuell data eftersom den passar data väl med relativt få parametrar, totalt 6 som beskriver hela universum, ganska snyggt va! Att utöka LCDM-modellen till 7 parametrar genom att låta w vara fri att hitta sitt bästa passningsvärde ger ett bästa passningsvärde inte riktigt -1. Men med hjälp av statistiska tester är det möjligt att bedöma om uppgifterna är "tillräckligt bra" för att motivera den ytterligare parametern. Fler parametrar ger dig mer frihet att justera modellen så att den passar data så att du måste vara säker på att passformen har förbättrats tillräckligt för att motivera att inkludera den ytterligare parametern.

För närvarande släpper vi inte testet, men uppgifterna är inte tillräckligt bra för att motivera det och säger att vi ännu inte kan säga säkert vilket värde w har. w = -1 är ett bra val ur teoretisk synvinkel och eftersom det är ungefär överensstämmande med data är LCDM-modellen den nuvarande bästa gissningen. Bli inte förvånad om detta ändras i framtiden!

Den "stora ripen" förekommer i kosmologiska modeller där universums skalfaktor går till oändlig storlek vid en ändlig tid. För att vara teknisk inträffar detta om gränsen för tillståndsekvationen för mörk energi när t går till oändligheten är mindre än -1. Detta kallas ofta 'fantomenergi'.

Sättet att tänka på den stora ripen är så här. Bundna strukturer, som galaxer och kluster av galaxer, deltar inte i universums allmänna expansion, eftersom den lokala gravitationskällan de befinner sig i dominerar över den globala expansionen. När universums expansion expanderar i fantomkosmologier ökar påverkan av den globala expansionen och storleken på den lokala potentialen som behövs för att övervinna detta ökar.

Därför blir galaxkluster först obundna, sedan galaxer själva, sedan solsystem, stjärnor, molekyler, atomer, subatomära partiklar.

Bokstavligen rivs sönder allt i universum vid en ändlig tidpunkt. För fantomenergimodeller som inte har uteslutits till hög betydelse av aktuella data, från minnet den här punkten i cirka 30 miljarder år från nu, men det beror på många olika parametervärden exakt när det kommer att vara.

Mycket trevligt inlägg, låt mig se om jag förstår det korrekt.

Säger du att den allmänna expansionen av universum, styrd av den mörka energins acceleration, en dag kommer att riva sönder alla föremål i universum, nämligen kluster, galaxer, solsystem och sedan till och med betyda sig själva?

Så skulle de starka kärnkraftsbindande nukleonerna utnyttjas av DEs expansiva kraft?

Jag har svårt att föreställa mig detta om jag förstår det rätt.

Mycket trevligt inlägg, låt mig se om jag förstår det korrekt.

Säger du att den allmänna expansionen av universum, styrd av den mörka energins acceleration, en dag kommer att riva sönder alla föremål i universum, nämligen kluster, galaxer, solsystem och sedan till och med betyda sig själva?

Så skulle de starka kärnkraftsbindande nukleonerna utnyttjas av DEs expansiva kraft?

Jag har svårt att föreställa mig detta om jag förstår det rätt.

Inte riktigt, kom ihåg att en Big Rip bara kommer att inträffa om mörk energi har en viss egenskap, nämligen att dess tillståndsekvation är mindre än -1. Detta utesluts inte av aktuella data, men en tillståndsekvation större än -1 är föredraget av uppgifterna. Så det bästa är att en Big Rip inte kommer att ske, men det är långt ifrån säkert. Dessutom finns det de teoretiska problemen med existensen av energi med ett EOS mindre än -1.

När det gäller vad som händer med partiklar som hålls samman av den starka kraften, kom ihåg att vi inte har en kvantteori om gravitation så det blir lite grumligt. Vad vi kan säga är att generella relativitetens ekvationer styr universums expansion, och de förutsäger att det i Big Rip-ögonblicket krävs en oändlig Four Force för att förhindra att avståndet mellan två objekt blir oändligt.

Nu i allmän relativitet kan vi beskriva de andra krafterna på naturen fenomenologiskt som att de ger fyra krafter. Till exempel när gravitationella tidvattenkrafter sliter sönder dig när du kastar dig in i ett svart hål, måste tidvattenkraften övervinna de elektrostatiska krafterna som håller dig ihop (dvs. de kemiska bindningarna mellan atomerna i din kropp). Detsamma inträffar i en Big Rip, i huvudsak är kraften som sliter sönder dig en gravitationell tidvattenkraft som blir oändlig och övervinner all ändlig kraft som tillhandahålls av den starka kraften eller någon annan som håller fast vid partiklar tillsammans.

Nu finns det faktiskt flera problem med detta. The Big Rip är en unikhet, och som sådan borde vi vara misstänksamma mot lösningen. Precis som de mer kända singularitetslösningarna till allmän relativitet (Big Bang och Black Holes) vet vi att allmän relativitet inte ger oss den fullständiga bilden och vi behöver kvantitet för att avslöja alla detaljer. Anledningen till detta är att GR hanterar bra saker i stor skala där tyngdkraften dominerar och QM-effekter kan behandlas i bulk snarare än individuellt (dvs. behandla de andra krafterna och bara fyra krafter mellan partiklar) och QM behandlar småskaliga saker där tyngdkraften spelar i princip ingen del. När tyngdkraften är viktig i liten skala är ingen av teorierna giltiga! Detta gäller för de tre ovanstående lösningarna.

Så när en kosmolog (som jag själv) säger att i en Big Rip sönderdelas allt ända ner till de minsta partiklarna, var medveten om varningen att vi inte har den fullständiga teorin för att beskriva denna situation.


Fråga Ethan: Kan universum fortfarande sluta i en stor kris?

En 'Big Bounce' kräver en återfallande fas (dvs. en Big Crunch) följt av en expanderande fas. [+] (som ser ut som en ny Big Bang).

E. Siegel, härledd från Ævar Arnfjörð Bjarmason

En av 1900-talets största framsteg har varit att identifiera exakt hur rikt, expansivt och massivt vårt universum faktiskt är. Med cirka två biljoner galaxer i en volym som är cirka 46 miljarder ljusår i radie centrerad på oss, tillåter vårt observerbara universum oss att rekonstruera hela berättelsen om vår kosmiska historia, sträcker sig hela vägen tillbaka till Big Bang och till och med, kanske, något innan. Men hur är det med framtiden? Vad sägs om universums öde? Är det en säkerhet? Det är vad Andy Moss vill veta när han frågar:

Du [skrev] att universum expanderar i en minskande takt. Jag trodde att Nobelpriset delades ut för "upptäckten" att universum expanderade i ökande takt. Kan du snälla förtydliga de ledande teorierna? Är "Big Crunch" fortfarande en möjlighet?

Den bästa förutsägaren för framtida beteende är tidigare beteende, det är sant. Men precis som människor ibland kan överraska oss kan universum också.

Efter Big Bang var universum nästan helt enhetligt och fullt av materia, energi och. [+] strålning i ett snabbt expanderande tillstånd. Universums utveckling bestäms hela tiden av energitätheten av vad som finns i den.

Universums expansionshastighet, när som helst i tiden, är bara beroende av två saker: den totala energitätheten som finns inom rymdtiden och mängden rumslig krökning närvarande. Om vi ​​förstår gravitationens lagar och hur de olika typerna av energi utvecklas över tiden kan vi rekonstruera vad expansionstakten borde ha varit när som helst i det förflutna. Vi kan också titta på en mängd avlägsna föremål på olika avstånd och mäta hur ljuset har sträckts ut på grund av rymdens expansion. Varje galax, supernova, molekylärt gasmoln, etc. - allt som absorberar eller avger ljus - kommer att berätta den kosmiska historien om hur rymdens expansion har sträckt det från det ögonblick det släpptes ut tills vi observerade det.

Ju längre en galax är, desto snabbare expanderar den från oss och desto mer blir dess ljus rödförskjutet. [+] kräver att vi tittar på längre och längre våglängder.

Larry McNish från RASC Calgary Center

Vi har kunnat dra slutsatsen, från en mängd oberoende observationslinjer, exakt vad universum består av. De tre stora, oberoende observationslinjerna är:

  • Temperaturfluktuationerna i den kosmiska mikrovågsbakgrunden, som kodar information om universums krökning, normal materia, mörk materia, neutrino och total densitetsinnehåll.
  • Korrelationerna mellan galaxer på de största skalorna - känd som akustiska svängningar i baryon - som ger mycket strikta mätningar av den totala materiets densitet, förhållandet mellan normal materia och mörk materia och expansionshastigheten genom tiden.
  • Och de mest avlägsna, lysande standardljuset i universum, typ Ia supernova, som berättar om expansionshastigheten och den mörka energin när den utvecklades över tiden.

Standardljus (L) och standardlinjaler (R) är två olika tekniker som astronomer använder för att mäta. [+] expanderingen av rymden vid olika tidpunkter / avstånd tidigare.

Dessa bevis, tillsammans, pekar alla på en konsekvent bild av universum. De berättar vad som finns i universum idag och ger oss en kosmologi där:

  • 4,9% av universums energi är i normal materia (som protoner, neutroner och elektroner),
  • 0,1% av universums energi är i form av massiva neutriner (som fungerar som materia vid sena tider och strålning vid tidiga tider),
  • 0,01% av universums energi är i form av strålning (som fotoner),
  • 27% av universums energi är i form av mörk materia, och
  • 68% är i form av energi som är inneboende i själva rymden: mörk energi.

De ger oss ett platt universum (med 0% krökning), ett universum utan topologiska defekter (magnetiska monopol, kosmiska strängar, domänväggar eller kosmiska strukturer) och ett universum vars tidigare expansionshistoria är känd.

Den relativa betydelsen av olika energikomponenter i universum vid olika tidpunkter tidigare. . [+] I framtiden kommer mörk energi att närma sig 100% betydelse.

Ekvationerna som styr allmän relativitet är väldigt deterministiska i denna mening: om vi vet vad universum består av idag och tyngdlagen, vet vi exakt hur viktigt varje komponent var vid varje tidpunkt i det förflutna. Tidigt dominerade strålning och neutriner. I miljarder år var mörk materia och normal materia de viktigaste bitarna. Och under de senaste miljarder åren - och detta kommer att bli allvarligare med tiden - är mörk energi den dominerande faktorn i universums expansion. Det gör att universum accelererar, och det är här förvirringen (för de flesta) börjar.

Möjliga öden till det expanderande universum. Lägg märke till skillnaderna mellan olika modeller tidigare.

The Cosmic Perspective / Jeffrey O. Bennett, Megan O. Donahue, Nicholas Schneider och Mark Voit

Det finns två saker vi kan mäta när det gäller universums expansion: expansionshastigheten och den hastighet med vilken en enskild galax verkar avta från vårt perspektiv. Dessa är relaterade, men de är inte desamma. Expansionshastigheten, å ena sidan, talar om hur själva rymdens tyg sträcker sig över tiden. Det kvantifieras alltid som en hastighet per enhetsträcka, som vanligtvis ges i kilometer per sekund (hastigheten) per Megaparsec (avståndet), där en Megaparsec är cirka 3,26 miljoner ljusår.

Hur materia (överst), strålning (mitten) och en kosmologisk konstant (botten) utvecklas allt med tiden in. [+] ett expanderande universum.

E. Siegel / Beyond the Galaxy

Om det inte fanns någon mörk energi skulle expansionshastigheten sjunka över tiden och närma sig noll, eftersom materia- och strålningstätheten skulle sjunka till noll när volymen expanderar. Men med mörk energi närmar sig denna expansionshastighet oavsett vilken energitäthet mörk energi har. Om mörk energi till exempel är en kosmologisk konstant, antyder expansionshastigheten ett konstant värde. Men om det är vad expansionshastigheten gör, kommer enskilda galaxer som avtar från oss att se deras hastigheter accelerera.

Optisk bild av den avlägsna galaxen Markarian 1018, med en överläggning av VLT (radio) data.

Föreställ dig att expansionstakten är något värde: 50 km / s / Mpc. Om en galax är 20 Mpc bort, verkar den avta från oss vid 1000 km / s. Men ge det tid när rymdens tyg expanderar, den här galaxen kommer så småningom att vara längre från oss. Med tiden är det dubbelt så avlägset, 40 Mpc från oss, det verkar minska i 2000 km / s. Över ännu mer tid kommer det att vara tio gånger så långt som det började: 200 Mpc, där det nu går tillbaka vid 10 000 km / s. Med tiden kommer det till ett avstånd på 6000 Mpc från oss, det ser ut att avta vid 300 000 km / s, vilket är snabbare än ljusets hastighet. Men detta fortsätter och ju mer tid går, desto snabbare verkar galaxen röra sig bort från oss. Detta är vad som "accelererar" med universum: expansionshastigheten sjunker, men hastigheten som en enskild galax rör sig från oss stiger och stiger med tiden.

Den fullständiga UV-synliga IR-kompositen från Hubble eXtreme Deep Field är den största bilden som någonsin släppts. [+] i det avlägsna universum.

NASA, ESA, H. Teplitz och M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University) och Z. Levay (STScI)

Allt detta överensstämmer med våra bästa mätningar: att mörk energi representerar en konstant energitäthet som är inneboende i själva rymden. När rymden sträcker sig förblir den mörka energitätheten konstant och universum kommer att sluta i detta "Big Freeze" öde, där allt som inte är gravitationellt bundet ihop (som vår lokala grupp, galax, solsystem etc.) hamnar skjuts ifrån varandra. Om mörk energi verkligen är en kosmologisk konstant, fortsätter expansionen på obestämd tid och ger upphov till ett kallt, tomt universum.

När astronomer först insåg att universum accelererade var den konventionella visdomen att det. [+] skulle expandera för alltid. Men tills vi bättre förstår naturen hos mörk energi är andra scenarier för universums öde möjliga. Detta diagram beskriver dessa möjliga öden.

NASA / ESA och A. Riess (STScI)

Men om mörk energi är dynamisk - något teoretiskt möjligt men observationsmässigt utan stöd - kan det ändå sluta i en Big Crunch eller en Big Rip. I en stor krasch skulle mörk energi försvagas och vända om och orsaka universum att nå en maximal storlek, vända sig och dra sig samman. Det kan till och med ge upphov till ett cykliskt universum, där "krisen" ger upphov till ännu en Big Bang. Om mörk energi fortsätter att stärka, inträffar emellertid det motsatta ödet, där bundna strukturer så småningom slits sönder av den ökande expansionstakten. Bevisen vi har idag stöder dock överväldigande en "Big Freeze", villkoret för expansion fortsätter i konstant takt för alltid.

De viktigaste vetenskapliga målen för kommande observatorier som ESA: s Euclid, NASA: s WFIRST och den markbaserade LSST inkluderar att mäta om mörk energi verkligen är en kosmologisk konstant eller inte. Även om den ledande teoretiska idén faktiskt är till förmån för konstant mörk energi är det viktigt att underhålla alla möjligheter som inte utesluts av våra mätningar och observationer. Så långt som det kan tyckas är en Big Crunch fortfarande inte utesluten. Med mer och bättre data kan vi ännu hitta en övertygande antydan om att verkligheten är ännu konstigare än de flesta av oss har föreställt oss!


Har Big Crunch uteslutits? - Astronomi

Universums ultimata öde är ett ämne i fysisk kosmologi, vars teoretiska begränsningar gör det möjligt att beskriva och utvärdera möjliga scenarier för universums utveckling och ultimata öde. Baserat på tillgängliga observationsbevis har beslutet om universums öde och utveckling blivit en giltig kosmologisk fråga som ligger utanför de mest otestabla begränsningarna för mytologiska eller teologiska övertygelser. Flera möjliga framtider har förutspåtts av olika vetenskapliga hypoteser, bland annat att universum kan ha funnits under en ändlig och oändlig varaktighet, eller för att förklara sättet och omständigheterna för dess början.

Observationer gjorda av Edwin Hubble under 1920-50-talet fann att galaxer tycktes röra sig bort från varandra, vilket ledde till den för närvarande accepterade Big Bang-teorin. Detta antyder att universum började - mycket litet och mycket tätt - för ungefär 13,82 miljarder år sedan, och det har expanderat och (i genomsnitt) blivit mindre tätt sedan dess. Bekräftelse av Big Bang beror främst på att känna till expansionshastigheten, materiens genomsnittliga densitet och de fysiska egenskaperna hos massa – energi i universum.

Det finns en stark enighet bland kosmologer om att universum betraktas som & quotflat & quot (se Form av universum) och kommer att fortsätta att expandera för alltid.

Universums öde bestäms av dess densitet. Bevisets övervägande hittills, baserat på mätningar av expansionshastigheten och massdensiteten, gynnar ett universum som kommer att fortsätta att expandera på obestämd tid, vilket resulterar i & quotBig Freeze & quot -scenariot nedan. Observationer är dock inte avgörande och alternativa modeller är fortfarande möjliga.

The Big Freeze (eller Big Chill) är ett scenario under vilket fortsatt expansion resulterar i ett universum som asymptotiskt närmar sig absolut noll temperatur. Detta scenario, i kombination med Big Rip-scenariot, vinner mark som den viktigaste hypotesen. I frånvaro av mörk energi kan det bara ske under en platt eller hyperbol geometri. Med en positiv kosmologisk konstant kan den också förekomma i ett slutet universum. I detta scenario förväntas stjärnor bildas normalt under 1012 till 1014 (1–100 biljoner) år, men så småningom kommer den gasförsörjning som behövs för stjärnbildningen att vara slut. När befintliga stjärnor har slut på bränsle och slutar lysa kommer universum långsamt och oförlåtligt att bli mörkare. Så småningom kommer svarta hål att dominera universum, som själva kommer att försvinna med tiden när de avger Hawking-strålning. Under oändlig tid skulle det bli en spontan entropi minskning av Poincaré återfallssats, termiska fluktuationer och fluktuationssatsen.

Ett relaterat scenario är värmedöd, som säger att universum går till ett tillstånd av maximal entropi där allt är jämnt fördelat och det inte finns några gradienter - som behövs för att upprätthålla informationsbehandling, varav en form är liv. Värmedödsscenariot är kompatibelt med någon av de tre rumsliga modellerna, men kräver att universum når ett eventuellt temperaturminimum.

Den nuvarande Hubble-konstanten definierar en accelerationshastighet för universum som inte är tillräckligt stor för att förstöra lokala strukturer som galaxer, som hålls samman av tyngdkraften, men tillräckligt stora för att öka utrymmet mellan dem. En stadig ökning av Hubble-konstanten till oändlighet skulle resultera i att alla materiella föremål i universum började med galaxer och så småningom (på en begränsad tid) alla former, oavsett hur små, sönderfaller till obundna elementära partiklar, strålning och bortom. När energitätheten, skalfaktorn och expansionshastigheten blir oändlig slutar universum som vad som är en singularitet.

I det speciella fallet med fantommörk energi, som antar negativ kinetisk energi som skulle resultera i en högre accelerationshastighet än andra kosmologiska konstanter förutspår, kan en mer plötslig stor rippning uppstå.

Big Crunch-hypotesen är en symmetrisk syn på universums yttersta öde. Precis som Big Bang startade som en kosmologisk expansion, antar denna teori att universums genomsnittliga densitet kommer att vara tillräckligt för att stoppa dess expansion och att universum kommer att börja samlas. Slutresultatet är okänt, en enkel uppskattning skulle få all materia och rymdtid i universum att kollapsa i en dimensionlös singularitet tillbaka till hur universum började med Big Bang, men vid dessa skalor måste okända kvanteffekter beaktas (se Quantum allvar). Senaste bevis tyder på att detta scenario är osannolikt men inte har uteslutits, eftersom mätningar har varit tillgängliga endast under en kort tidsperiod, relativt sett, och kan vända i framtiden.

Detta scenario tillåter Big Bang att inträffa omedelbart efter Big Crunch i ett föregående universum. Om detta händer upprepade gånger skapar det en cyklisk modell, som också kallas ett oscillerande universum. Universum kan då bestå av en oändlig sekvens av ändliga universum, där varje ändligt universum slutar med en Big Crunch som också är Big Bang i nästa universum. Ett problem med det cykliska universum är att det inte förenas med termodynamikens andra lag, eftersom entropi skulle byggas upp från svängning till svängning och orsaka universums eventuella värmedöd. Nuvarande bevis tyder också på att universum inte är stängt. Detta har fått kosmologer att överge den oscillerande universummodellen. A somewhat similar idea is embraced by the cyclic model, but this idea evades heat death because of an expansion of the branes that dilutes entropy accumulated in the previous cycle.

The Big Bounce is a theorized scientific model related to the beginning of the known universe. It derives from the oscillatory universe or cyclic repetition interpretation of the Big Bang where the first cosmological event was the result of the collapse of a previous universe.

According to one version of the Big Bang theory of cosmology, in the beginning the universe was infinitely dense. Such a description seems to be at odds with other more widely accepted theories, especially quantum mechanics and its uncertainty principle. It is not surprising, therefore, that quantum mechanics has given rise to an alternative version of the Big Bang theory. Also, if the universe is closed, this theory would predict that once this universe collapses it will spawn another universe in an event similar to the Big Bang after a universal singularity is reached or a repulsive quantum force causes re-expansion.

In simple terms, this theory states that the universe will continuously repeat the cycle of a Big Bang, followed up with a Big Crunch.

This theory posits that the universe currently exists in a false vacuum and that it could become a true vacuum at any moment.


Has the Big Crunch been ruled out? - Astronomi

From: "Al G"
Date: 16 Nov 2006

Q What is the difference between "the big Rip" vs "the big Crunch"?

A "Big Rip" and "Big Crunch" are colorful descriptions for possible ultimate fates for our universe.

We've known since Hubble's work in the 1920s that our universe is expanding, since we see the galaxies within it rushing apart from one another. One of the great questions of cosmology is whether this expansion will continue on forever or if the universe will eventually recollapse upon itself under its own gravity - a "Big Crunch" to match the "Big Bang".

To answer this question we need to know the amount (and kinds) of stuff there is in the universe. If the universe has enough matter in it the gravitational pull of that matter will eventually halt the expansion and draw space back in on itself. If not, the expansion will continue. Recent measurements of the microwave background and of distant supernovae have led us to believe that this will not happen - there is not enough matter in the universe to cause a recollapse, and the universe will indeed expand forever. Surprisingly, recent observations have also taught us that the universe's expansion is actually speeding up due to a repulsive force we call "dark energy". So the "Big Crunch" has mostly been ruled out as a fate for our universe.

The "Big Rip" is a much more speculative fate. The question here is just how strong the repulsive force of dark energy is, characterized by an "equation of state" parameter called w. If w is greater than or equal to -1, the universe's expansion will continue to accelerate but bound objects within the universe will remain bound. The stars in our own galaxy, for example, are bound to one another by their own gravity and so orbit the galactic center. As the expansion accelerates in the distant future, distant galaxies will zoom away from us but our own galaxy will always hang together. This is what happens in nearly all mainstream theories.

The Big Rip is an intriguing thought, but it's very speculative and there is no evidence that it will actually take place. Current observations suggest that w is fairly close to -1, the value expected from a cosmological constant. Cosmologists continue to work on measuring w more accurately (it's extremely difficult), and hopefully we can someday get a handle on how things will finally play out.


The Big Crunch, the Big Freeze and the Big Rip

Clearly, further advances in fundamental physics are required before it will be possible to know the ultimate fate of the universe with any level of certainty. However, scientists generally agree that this fate will depend on three things: the universe’s overall shape or geometry, on how much dark energy it contains, and on the so-called “equation of state” (which essentially determines how the density of the dark energy responds to the expansion of the universe).

If the geometry of the universe is “closed” (like the surface of a sphere), then there are two main possibilities, as has been mentioned in the section on Accelerating Universe and Dark Energy. If the universe has a large amount of dark energy (as recent findings suggest it may well have), then the expansion of the universe could theoretically continue forever. If, however, the universe lacks the repulsive effect of dark energy, then gravity will eventually stop the expansion of the universe and it will start to contract until all the matter in the universe collapses to a final singularity, a mirror image of the Big Bang known as the "Big Crunch”, somewhere in the region of a hundred billion years from now.


(Click for a larger version)
The expansion and contraction of a closed universe to a Big Crunch
(Source: How Stuff Works: http://science.howstuffworks.com/
big-crunch3.htm)

Models of a collapsing universe of this kind suggest that, at first, the universe would shrink more or less evenly, because, on a gross scale, matter is reasonably consistently distributed. At first, the rate of contraction would be slow, but the pace would gradually pick up. As the temperature begins to increase exponentially, stars would explode and vaporize, and eventually atoms and even nuclei would break apart in a reverse performance of the early stages after the Big Bang.

As the universe becomes compacted into a very small volume, any slight irregularities will become ever more magnified and, in the final stages, the collapse will probably be wildly chaotic, and gravity and the warping of space-time will vary immensely depending on the direction the singularity is approached by an in-falling body. According to some predictions, very close to the singularity, the warpage of space-time will become so violent and chaotic that space and time will actually “shatter” into “droplets” and all current concepts of time, distance and direction will become meaningless.

This model offers intriguing possibilities of an oscillating or cyclic universe (or “Big Bounce”), where the Big Crunch is succeeded by the Big Bang of a new universe, and so on, potentially ad infinitum. However, in the light of recent findings in the 1990s (such as the evidence for an accelerating universe described previously), this is no longer considered the most likely outcome.


(Click for a larger version)
Possible shapes of the universe (closed, open and flat)
(Source: Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/
Shape_of_the_universe)

If, on the other hand, the geometry of space is “open” (negatively curved like the surface of a saddle), or even “flat”, the possibilities are very different. Even without dark energy, a negatively curved universe would continue expanding forever, with gravity barely slowing the rate of expansion. With dark energy thrown into the equation, the expansion not only continues but accelerates, and just how things develop depends on the properties of the dark energy itself, which remain largely unknown to us.

One possibility is where the acceleration caused by dark energy increases without limit, with the dark energy eventually becoming so strong that it completely overwhelms the effects of the gravitational, electromagnetic and weak nuclear forces. Known as the “Big Rip”, this would result in galaxies, stars and eventually even atoms themselves being literally torn apart, with the universe as we know it ending dramatically in an unusual kind of gravitational singularity within the relatively short time horizon of just 35 - 50 billion years.

Perhaps the most likely possibility, however, based on current knowledge, is a long, slow decline known as the "Big Freeze" (or the “Big Chill” or “Heat Death”). In this scenario, the universe continues expanding and gradually “runs down” to a state of zero thermodynamic free energy in which it is unable to sustain motion or life. Eventually, over a time scale of 10 14 (a hundred trillion) years or more, it would reach a state of maximum entropy at a temperature of very close to absolute zero, where the universe simply becomes too cold to sustain life, and all that would remain are burned-out stars, cold dead planets and black holes.

What happens after that is even more speculative but, eventually, even the atoms making up the remaining matter would start to degrade and disintegrate, as protons and neutrons decay into positrons and electrons, which over time would collide and annihilate each other. Depending on the rate of expansion of the universe at that time, it is possible that some electrons and positrons may form bizarre atoms billions of light years in size, known as positronium, with the distant particles orbiting around each other so slowly it would take a million years for them to move a single centimeter. After perhaps 10 116 years, even the positronium will have collapsed and the particles annihilated each other.

In this way, all matter would slowly evaporate away as a feeble energy, leaving only black holes, ever more widely dispersed as the universe continues to expand. The black holes themselves would break down eventually, slowly leaking away "Hawking radiation", until, after 10 200 years, the universe will exist as just empty space and weak radiation at a temperature infinitesimally above absolute zero. At the end of the universe, time itself will lose all meaning as there will be no events of any kind, and therefore no frame of reference to indicate the passage of time or even its direction.

Interestingly, recent analyses from the WMAP satellite and the Cosmic Background Imager, seem to be confirming other recent observations indicating that the universe is in fact flat (as opposed to closed or open). These experiments have revealed hot and cold spots with a size range of approximately one degree across, which, according to current theory, would be indicative of a flat universe.


Ask Ethan: Can the Universe still end in a Big Crunch?

“It’s everywhere, really. It’s between the galaxies. It is in this room. We believe that everywhere that you have space, empty space, that you cannot avoid having some of this dark energy.” -Adam Riess

One of the biggest advances of the 20th century has been to identify exactly how rich, expansive, and massive our Universe actually is. With approximately two trillion galaxies contained in a volume some 46 billion light years in radius centered on us, our Observable Universe allows us to reconstruct the entire tale of our cosmic history, stretching all the way back to the Big Bang and even, perhaps, slightly before. But what about the future? What about the fate of the Universe? Is that a certainty? That’s what Andy Moss wants to know, as he asks:

You [wrote] that the Universe is expanding at a decreasing rate. I thought a Nobel Prize was awarded for the “discovery” that the Universe was expanding at an increasing rate. Can you please clarify the leading theories? Is the “Big Crunch” still a possibility?

The best predictor of future behavior is past behavior, it’s true. But just as people can sometimes surprise us, the Universe might, too.

The expansion rate of the Universe, at any moment in time, is only dependent on two things: the total energy density present within spacetime and the amount of spatial curvature present. If we understand the laws of gravitation and how the different types of energy evolve over time, we can reconstruct what the expansion rate should have been at any moment in the past. We can also look out at a variety of distant objects at various distances, and measure how that light has been stretched due to the expansion of space. Every galaxy, supernova, molecular gas cloud, etc. — everything that absorbs or emits light — will tell the cosmic history of how the expansion of space has stretched it from the moment it was emitted until we observe it.

We’ve been able to conclude, from a variety of independent lines of observation, exactly what the Universe is made out of. The three big, independent lines of observation are:

  • The temperature fluctuations present in the cosmic microwave background, which encode information about the Universe’s curvature, normal matter, dark matter, neutrino, and total density contents.
  • The correlations between galaxies on the largest scales — known as baryon acoustic oscillations — which give very strict measurements on the total matter density, the normal matter to dark matter ratio, and the expansion rate throughout time.
  • And the most distant, luminous standard candles in the Universe, type Ia supernova, which tell us about the expansion rate and dark energy as it evolved over time.

These lines of evidence, combined, all point to one consistent picture of the Universe. They tell us what’s in the Universe today, and give us a cosmology where:

  • 4.9% of the Universe’s energy is in normal matter (like protons, neutrons and electrons),
  • 0.1% of the Universe’s energy is in the form of massive neutrinos (which act like matter at late times and radiation at early times),
  • 0.01% of the Universe’s energy is in the form of radiation (like photons),
  • 27% of the Universe’s energy is in the form of dark matter, and
  • 68% is in the form of energy inherent to space itself: dark energy.

They give us a flat Universe (with 0% curvature), a Universe with no topological defects (magnetic monopoles, cosmic strings, domain walls, or cosmic textures), and a Universe whose past expansion history is known.

The equations governing General Relativity are very deterministic in this sense: if we know what the Universe is made of today and the laws of gravity, we know exactly how important each component was at every juncture in the past. Early on, radiation and neutrinos dominated. For billions of years, dark matter and normal matter were the most important pieces. And for the past few billion years — and this will get more severe as time goes on — dark energy is the dominant factor in the Universe’s expansion. It’s causing the Universe to accelerate, and this is where the confusion (for most people) begins.

There are two things we can measure when it comes to the Universe’s expansion: the expansion rate and the speed at which an individual galaxy appears to recede from our perspective. These are related, but they are not the same. The expansion rate, on one hand, talks about how the fabric of space itself stretches over time. It’s always quantified as a speed-per-unit-distance, which is typically given in kilometers-per-second (the speed) per Megaparsec (the distance), where a Megaparsec is about 3.26 million light years.

If there were no dark energy, the expansion rate would drop over time, approaching zero, since the matter-and-radiation density would drop to zero as the volume expands. But with dark energy, that expansion rate approaches whatever energy density dark energy has. If dark energy, for example, is a cosmological constant, then the expansion rate asymptotes to a constant value. But if that’s what the expansion rate does, then individual galaxies receding from us will see their speeds accelerate.

Imagine the expansion rate is some value: 50 km/s/Mpc. If a galaxy is 20 Mpc away, then it appears to recede from us at 1,000 km/s. But give it time as the fabric of space expands, this galaxy will eventually be farther from us. By time it’s twice as distant, 40 Mpc away from us, it will appear to recede at 2,000 km/s. Over even more time, it will be ten times as far as it began: 200 Mpc, where it now recedes at 10,000 km/s. By time it gets to a distance of 6,000 Mpc from us, it will appear to recede at 300,000 km/s, which is faster than the speed of light. But this goes on and on the more time passes, the faster the galaxy appears to move away from us. This is what’s “accelerating” about the Universe: the expansion rate goes down, but the speed an individual galaxy moves away from us just rises and rises over time.

All of this is consistent with our best measurements: that dark energy represents a constant energy density inherent to space itself. As space stretches, the dark energy density remains constant, and the Universe will end in this “Big Freeze” fate, where everything that isn’t gravitationally bound together (like our local group, galaxy, solar system, etc.) winds up being pushed apart from one another. If dark energy is truly a cosmological constant, then the expansion will continue indefinitely, giving rise to a cold, empty Universe.

But if dark energy is dynamical — something theoretically possible but observationally without support — it could yet end in a Big Crunch or a Big Rip. In a Big Crunch, dark energy would weaken and reverse sign, causing the Universe to reach a maximum size, turn around, and contract. It could even give rise to a cyclical Universe, where the “crunch” gives rise to another Big Bang. If dark energy continues to strengthen, however, the opposite fate occurs, where bound structures eventually get torn apart by the increasing expansion rate. The evidence we have today, however, overwhelmingly supports a “Big Freeze,” the condition of expansion continuing at a constant rate forever.

The major science goals of upcoming observatories like the ESA’s Euclid, NASA’s WFIRST, and the ground-based LSST include measuring whether dark energy is truly a cosmological constant or not. Although the leading theoretical idea is, in fact, in favor of constant dark energy, it’s important to entertain all the possibilities not ruled out by our measurements and observations. As far fetched as it may seem, a Big Crunch still isn’t ruled out. With more and better data, we may yet find a compelling hint that reality is even stranger than most of us have imagined!


What problems does it have?

According to this theory, the universe is an oscillating universe, in which, after the Great Implosion, a new Great Explosion could take place but if this had happened several times, we would be faced an oscillating universe. However, the theory of an oscillating universe contradicts the second law of thermodynamics unless in each cycle a total destruction och restart of the universe occurs, including the disappearance of physical laws and the creation of new physical laws.

In addition, the recent discovery of dark energy has meant that many cosmologists no longer believe in the theory of the oscillating universe, nor do they believe that the universe is closed, although they do not completely rule out future collapse.