Το Μεγάλο Σχίσμα: Μια νέα Κοσμική Ημέρα της Κρίσεως

Από σελίδα του Physics News Update, 28 Αυγούστου 2003 

Το Μεγάλο Σχίσμα (Big Rip): Ένα νέο κοσμικό σενάριο της Ημέρας της Κρίσεως φέρνει τη σημερινή επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος σε νέα άκρα. Ο φυσικός Robert Caldwell Dartmouth και οι συνάδελφοι του Marc Kamionkowski και Nevin Weinberg στο Caltech έχουν καθορίσει ότι εάν η υποτιθέμενη σκοτεινή ενέργεια, που είναι υπεύθυνη για την επιτάχυνση της διαστολής, είναι αρκετά ισχυρή όχι μόνο το διάστημα, ο χώρος, μεταξύ των γαλαξιών θα συνεχίσει να αυξάνει αλλά και ότι οι ίδιοι οι γαλαξίες θα απομακρυνθούν μεταξύ τους και σε διαδοχικά χρονικά διαστήματα αστέρια, πλανήτες, και ακόμη και τα άτομα και οι πυρήνες.

Από τότε που η ιδέα της επιτάχυνσης καθιερώθηκε από τους αστρονόμους, πριν μερικά χρόνια αμέσως μετά τις παρατηρήσεις των πιο απόμακρων υπερκαινοφανών, βρέθηκε ότι η κατανομή της ύλης-ενέργειας στο Σύμπαν είναι η εξής: 5% υπό μορφή συμβατικής βαρυονικής ύλης (από την οποία φτιάχνονται τα άτομα), 25% υπό μορφή σκοτεινής ύλης, και το μεγαλύτερο μέρος, το 70%, υπό μορφή σκοτεινής ενέργειας. Δεν γνωρίζουμε πολλά για την σκοτεινή ύλη, και ακόμα λιγότερο για τη σκοτεινή ενέργεια.

Οι κοσμολόγοι έχουν ξεκινήσει συζητήσεις για την αινιγματική ιδιότητα της σκοτεινής ενέργειας με τη χρήση μιας νέας παραμέτρου, w, η οποία ισούται με το λόγο της μέσης πίεσης της προς την ενεργειακή πυκνότητα. Ο βαθμός αυτής της 'αχαλίνωτης' ώθησης για την κοσμική διαστολή εκφράζεται με το w.

Ποια είναι όμως η φύση της σκοτεινής ενέργειας και πώς υπερνικά την έλξη της βαρύτητας προκειμένου να επιταχυνθεί η κοσμική διαστολή, αλλά και ποια είναι η κατάλληλη τιμή του w;

Στο καλύτερα γνωστό μοντέλο, η "κοσμολογική σταθερά λ" στις διάσημες εξισώσεις του Einstein της γενικής σχετικότητας αντιστοιχεί στην ενέργεια και την πίεση του συμπαντικού κβαντικού κενού, και είναι σταθερή στο χώρο και το χρόνο. Εδώ η τιμή του w είναι -1. Όμως σε ένα δεύτερο δημοφιλές μοντέλο, το μοντέλο της πεμπτουσίας (quintessence), η σκοτεινή ενέργεια συνδέεται με ένα συμπαντικό κβαντικό πεδίο που μεταβάλλεται αργά προς κάποια τελική κατάσταση. Εδώ η ενεργειακή πυκνότητα και η πίεση της σκοτεινής ενέργειας μειώνονται αργά με το χρόνο, και η τιμή του w είναι κάπου μεταξύ του 1/3 και -1 (το w πρέπει να είναι μικρότερο από το 1/3 για να εμφανίζεται η κοσμική επιτάχυνση).

Στο μοντέλο της "φανταστικής ενέργειας" του Caldwell από το Caltech, δεν υπάρχει καμιά σταθερή κατάσταση κβαντικού κενού και η ενεργειακή πυκνότητα και η διαστολική πίεση που ασκούνται στο Σύμπαν φαίνονται να αυξάνουν ακόμα και όταν ο ίδιος ο χωρόχρονος επεκτείνεται (στα συνηθισμένα αέρια όταν διαστέλλονται πέφτει η πίεση). Σε αυτό το σενάριο το w είναι μικρότερο από -1. Οι επιπτώσεις αυτού του νέου τύπου κοσμολογίας είναι ότι τα συνδεδεμένα συστήματα θα πρέπει κατά τη διάρκεια του χρόνου να σχίζονται.

Παραδείγματος χάριν, με μια τιμή του w=-1,5 το Σύμπαν θα διαρκούσε μόνο για 35 δισεκατομμύρια χρόνια πριν από το μεγάλο θρυμματισμό ή σχίσμα. Περίπου 60 εκατομμύρια χρόνια πριν από το τέλος, ο Γαλαξίας θα διαχωριζόταν. Περίπου 3 μήνες πριν από το τέλος το ηλιακό σύστημα θα εκραγεί. Περίπου 30 λεπτά πριν από αυτό η Γη θα εκρηγνυόταν. Και περίπου 10^-19 δευτερόλεπτα πριν από την τελευταία μοιραία στιγμή, τα άτομα θα απομακρυνθούν μεταξύ τους.

Δηλαδή στο μοντέλο της Μεγάλης Σχισμής ή Θρυμματισμού, η "φανταστική ενέργεια," ένα ιδιαίτερο είδος σκοτεινής ενέργειας που τροφοδοτεί υποθετικά την επιταχυνομένη διαστολή  του Σύμπαντος, όσο περνάει ο χρόνος, θα ανατρέψει όλες τις συνδεδεμένες καταστάσεις που επικρατούν στη φύση. Κατ' αυτό τον τρόπο οι γαλαξίες θα χάσουν τα αστέρια τους. Τα πιο πρόσφατα αστρικά συστήματα, όπως το ηλιακό, θα διασπώνταν. Και στο τέλος ακόμα και τα άτομα θα χωρίζονταν δεδομένου ότι τα ηλεκτρόνια δεν θα συγκρατιόνταν πλέον από τους πυρήνες τους.

Ο Caldwell λέει ότι το ποιο μοντέλο θα προταθεί στο μέλλον, μεταξύ αυτού του μοντέλου και των άλλων, εξαρτάται από τα πολύ καλύτερα στοιχεία που θα μαζευτούν από τις παρατηρήσεις του Κοσμικού υπόβαθρου των μικροκυμάτων, τους υπερκαινοφανείς και τις μετρήσεις των γαλαξιών (Caldwell et al., Physical Review Letters, 15 Αυγούστου 2003).