Kosmiczny zegar tyka szybciej: kres wszechświata nastąpi znacznie sz

Współczesna kosmologia przez dekady opierała się na przekonaniu, że wszechświat czeka niewyobrażalnie długa, niemal nieskończona przyszłość, w której materia powoli ulega rozproszeniu w procesie zwanym śmiercią cieplną. Jednak najnowsze badania teoretyczne, przeprowadzone przez fizyków z Uniwersytetu Radboud w Holandii, rzucają zupełnie nowe światło na mechanizmy rządzące rozpadem materii. Sugerują one, że kres wszystkiego, co znamy, może nastąpić biliony lat wcześniej, niż zakładały to dotychczasowe modele, a wszystko to za sprawą subtelnego zjawiska, które dotąd przypisywano wyłącznie czarnym dziurom.

• Uniwersalność promieniowania Hawkinga: Najnowsze badania sugerują, że proces „parowania” materii nie jest zarezerwowany wyłącznie dla czarnych dziur; każde ciało niebieskie o odpowiednio dużej masie i gęstości może emitować promieniowanie ze względu na samo zakrzywienie czasoprzestrzeni.
• Krótszy żywot pozostałości gwiazdowych: Obiekty takie jak białe karły i gwiazdy neutronowe, uznawane dotąd za niemal wieczne, mogą rozpaść się znacznie szybciej, co drastycznie przesuwa w czasie moment ostatecznego opustoszenia wszechświata.
• Niepewna rola ciemnej energii: Oprócz procesów kwantowego wyparowywania materii, na przyspieszony koniec kosmosu mogą wpłynąć zmiany w gęstości ciemnej energii, co grozi gwałtownym rozerwaniem struktury wszechświata w scenariuszu Wielkiego Rozdarcia.

Dziedzictwo Hawkinga w nowym świetle

Kluczowym elementem tej naukowej rewolucji jest ponowne przeanalizowanie promieniowania Hawkinga. Zgodnie z teorią sformułowaną przez Stephena Hawkinga w 1974 roku, czarne dziury nie są całkowicie czarne, lecz emitują cząstki w wyniku efektów kwantowych zachodzących na ich obrzeżach. Proces ten prowadzi do stopniowej utraty masy i ostatecznego wyparowania czarnej dziury.

Przez niemal pół wieku naukowcy byli przekonani, że proces ten dotyczy wyłącznie czarnych dziur – do zaistnienia tego zjawiska niezbędny jest horyzont zdarzeń, czyli granica definiująca czarną dziurę, po przekroczeniu której nie ma  powrotu. To właśnie tam ekstremalne zakrzywienie czasoprzestrzeni miało powodować rozdzielanie par wirtualnych cząstek.

Śmierć bez horyzontu zdarzeń

Najnowsze obliczenia fizyków z Holandii wskazują jednak na fundamentalny błąd w tym tradycyjnym rozumowaniu. Według ich modelu to nie sam horyzont zdarzeń jest kluczowy dla emisji promieniowania, lecz skrajne zakrzywienie czasoprzestrzeni wywołane przez ogromną masę. Oznacza to, że nie tylko czarne dziury, ale każde ciało niebieskie o odpowiednio dużej gęstości, nawet jeśli nie posiada horyzontu zdarzeń, może powoli „parować” i tracić swoją masę.

W ten sposób proces, który miał być zarezerwowany wyłącznie dla czarnych dziur, staje się uniwersalnym mechanizmem niszczenia materii we wszechświecie. To rewolucyjne podejście rzuca zupełnie nowe światło na trwałość materii.

Przyspieszona degradacja kosmicznych fundamentów

Zmiana paradygmatu ma kolosalne znaczenie dla przewidywań dotyczących przyszłości gwiazd i galaktyk. Obiekty takie jak białe karły czy gwiazdy neutronowe – wypalone pozostałości po dawnych słońcach – dotychczas uważano za niezwykle trwałe fundamenty mroźnej przyszłości kosmosu. Według starych prognoz miały one przetrwać setki trylionów lat, zanim uległyby rozpadowi protonów. Jeśli jednak nowa teoria jest słuszna, te gęste pozostałości gwiazdowe zaczną wyparowywać znacznie wcześniej pod wpływem własnego zakrzywienia czasoprzestrzeni. W skali kosmologicznej proces ten przypomina ciche i powolne rozpuszczanie się materii w pustce.

Według nowych szacunków proces ich całkowitego rozpadu zajmie około dziesięć do potęgi siedemdziesiąt osiem lat. Choć liczba ta wciąż przekracza ludzką wyobraźnię, jest ona ułamkiem sekundy w porównaniu do wcześniejszych prognoz. W skali kosmologicznej oznacza to, że wszechświat „wyparuje” niemal błyskawicznie, pozostawiając po sobie jedynie rozproszone światło i cząstki elementarne w czasie znacznie krótszym, niż zakładała klasyczna fizyka.

Wielkie Rozdarcie i nieprzewidywalność ciemnej energii

Nowe teoretyczne rozważania współgrają z innymi niepokojącymi danymi, które docierają do nas z obserwacji odległych galaktyk. Równolegle do badań nad parowaniem materii, inna grupa naukowców analizuje wpływ ciemnej energii na tempo ekspansji wszechświata. Przez lata dominowała teoria, że ciemna energia jest stałą kosmologiczną, która będzie wiecznie rozpychać przestrzeń. Jednak najnowsze dane z instrumentów takich jak DESI sugerują, że jej natura może być zmienna.

Jeśli ciemna energia osłabnie lub zmieni swój charakter na przyciągający, wszechświat może przestać się rozszerzać i zacząć się zapadać. Taki scenariusz, zwany Wielkim Kolapsem, skróciłby życie kosmosu jeszcze bardziej, być może nawet do kilkudziesięciu miliardów lat, co w kontekście wieczności jest zaledwie mgnieniem oka. Jeśli jednak ciemna energia z czasem przybierze na sile, może doprowadzić do scenariusza Wielkiego Rozdarcia, w którym galaktyki, gwiazdy, a na końcu same atomy zostaną dosłownie rozerwane na strzępy. Połączenie teorii o parowaniu materii z dynamiczną naturą ciemnej energii maluje obraz wszechświata znacznie mniej stabilnego i bardziej ulotnego, niż dotąd przypuszczano.

Nowy rozdział w fizyce teoretycznej

Współczesna kosmologia stoi więc przed fascynującym wyzwaniem pogodzenia tych nowych danych z naszą wiedzą o grawitacji i mechanice kwantowej. Odkrycie, że grawitacja sama w sobie, bez udziału horyzontu zdarzeń, prowadzi do powolnego rozpadu materii, zmienia sposób, w jaki postrzegamy fundamentalną stabilność wszechświata. Sugeruje to, że nic w kosmosie nie jest trwałe, a proces degradacji jest wpisany w samą strukturę czasoprzestrzeni wszędzie tam, gdzie gromadzi się masa.

Zrozumienie tych procesów nie jest jedynie ćwiczeniem intelektualnym dla astrofizyków. Pozwala ono na głębszy wgląd w fundamentalne prawa fizyki, łącząc ogólną teorię względności Einsteina z mechaniką kwantową w sposób, którego sam Hawking mógł nie przewidzieć. Odkrycie, że grawitacja sama w sobie prowadzi do degradacji materii, stawia przed nauką nowe pytania o to, czy cokolwiek w naszej rzeczywistości jest naprawdę trwałe. Choć wizja wszechświata znikającego szybciej, niż oczekiwano, może wydawać się pesymistyczna, dla świata nauki jest ona przede wszystkim fascynującym dowodem na to, jak wiele jeszcze nie wiemy o strukturze rzeczywistości.

Źródło: https://www.livescience.com/space/cosmology/the-universe-may-end-trillions-of-years-sooner-than-we-thought