Вселенная может прекратить существование через 33 миллиарда лет

В этой работе результаты наблюдений масштабных космологических обзоров сочетаются с конкретной теоретической базой. Исследовательская группа подобрала параметры модели, в которой поле сверхлегких аксионоподобных частиц взаимодействует с привычной космологической постоянной (Λ в модели ΛCDM). Наилучшим образом соответствующие данным параметры, в сочетании с недавними измерениями уравнения состояния темной энергии, указывают на отрицательную эффективную космологическую постоянную в рамках этой модели. Отрицательная Λ приводит к тому, что гравитационное притяжение начинает доминировать в космологических масштабах, вызывая смену расширения на сжатие и финальное «Большое сжатие» (Big Crunch). Согласно расчетам авторов, контрольное время жизни Вселенной в этой модели составляет около 33 миллиардов лет.

Почему новые данные имеют значение

На протяжении двух десятилетий стандартная космологическая картина была простой и надежной: положительная космологическая постоянная вызывает ускоренное расширение, которое продолжается бесконечно, ведя к холодному пустому будущему, часто называемому «Большим замерзанием» (Big Freeze). Однако недавние публикации крупных наборов данных — в частности, карт барионных акустических осцилляций, расстояний до сверхновых и крупномасштабного распределения галактик — открыли возможность того, что параметр уравнения состояния темной энергии w может отличаться от константы w = −1, ожидаемой для чистой энергии вакуума. Несколько независимых анализов обнаружили небольшие, но не пренебрежимо малые расхождения с концепцией чистой космологической постоянной, и именно эти расхождения позволяют динамическим моделям, таким как гипотеза об аксионах, предсказывать качественно иной финал на поздних этапах эволюции Вселенной.

Какую роль играют аксионы?

Цифры и временные рамки простыми словами

• Возраст Вселенной сегодня: ~13,8 миллиарда лет.
• Смоделированная общая продолжительность жизни в сценарии «аксион + отрицательная Λ»: ~33 миллиарда лет с момента Большого взрыва.
• Расширение будет продолжаться до максимума еще примерно 11 миллиардов лет; затем начнется фаза сжатия, которая завершится «схлопыванием» примерно через 20 миллиардов лет от настоящего момента.

Важные оговорки

Результат привлекает внимание, но он далек от окончательного вердикта о судьбе космоса. Во-первых, вывод об отрицательной космологической постоянной возникает в рамках конкретной модели, включающей дополнительную степень свободы (аксион). Другие параметризации или модели могут соответствовать тем же данным, не требуя Λ<0. Во-вторых, текущие измерения уравнения состояния темной энергии указывают на признаки динамического поведения на уровне нескольких сигм в некоторых комбинациях наборов данных, но эти противоречия умеренны и зависят от модели; они еще не признаны повсеместно в качестве окончательного доказательства того, что энергия вакуума меняется во времени. В-третьих, вырождения при оценке космологических параметров — когда различные комбинации параметров дают схожие наблюдаемые результаты — означают, что альтернативные объяснения остаются правдоподобными. Вкратце: это интересно и возможно, но пока предварительно.

Другие возможные варианты финала Вселенной

Космологи продолжают рассматривать несколько качественно различных сценариев будущего, включая:

Сжатие в модели «аксион + отрицательная Λ» — лишь один из вариантов в этом списке: самобытный и драматичный, но не единственный. Каждый сценарий зависит от допущений, которые будут проверяться теорией и текущими наблюдениями.

Почему это важно — и что будет дальше

Определение судьбы Вселенной — это больше, чем просто упражнение в космологической эрудиции: это исследование глубочайшей неизвестности в современной физике, природы темной энергии и ее связи с фундаментальными полями. Предложение датировать конец всего сущего через несколько десятков миллиардов лет — это пример того, как быстро совершенствующиеся наборы данных позволяют теоретикам превращать философские вопросы в количественные гипотезы, поддающиеся проверке.

В ближайшие несколько лет целый ряд экспериментов и обзоров поможет прояснить картину: ожидается, что дополнительные выпуски данных от DESI, повторные анализы выборок сверхновых типа Ia, а также наблюдения Euclid, SPHEREx и Обсерватории Веры Рубин (Vera Rubin Observatory) снизят неопределенность параметров и проверят, действительно ли необходима динамическая темная энергия. Если повторные модельно-независимые реконструкции истории темной энергии продолжат указывать на отклонение от чистой космологической постоянной, аксионные механизмы потребуют самого пристального внимания; если нет — стандартная модель ΛCDM вернет себе первенство.

Итог

Утверждение о том, что «все исчезнет» в конкретную дату, является преувеличением, если рассматривать его вне контекста. Новый, хорошо документированный теоретический анализ показывает, что в рамках правдоподобной модели «аксион плюс космологическая постоянная», сопоставленной с данными последних обзоров, Вселенная может начать обратный процесс и закончиться Большим сжатием примерно через 33 миллиарда лет. Но этот вывод критически зависит от выбора модели и данных, которые остаются предметом активного изучения. Предстоящее десятилетие наблюдений станет решающим и покажет, перейдет ли этот драматичный вывод из разряда спекулятивных возможностей в разряд надежных прогнозов, или же космос ждет иная, более спокойная судьба.

James Lawson — научный журналист в Dark Matter, пишущий о физике, космосе и новых технологиях. Он получил степень магистра в области научной коммуникации и степень бакалавра физики в University College London и живет в Великобритании.