Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Космологиялық модель
Cosmological model
Физикалық космологияда, Үлкен Жыртылу – ғаламның соңғы тағдырына қатысты гипотетикалық космологиялық модель. Онда ғаламның материясы – жұлдыздар мен галактикалардан бастап атомдар мен субатомдық бөлшектерге дейін, тіпті кеңістік-уақыттың өзі, болашақта белгілі бір сәтте ғаламның кеңеюімен бірте-бірте жарылады, бөлшектер арасындағы қашықтық шексіздікке дейін ұлғаяды. Космологияның қалыпты моделіне сәйкес, ғаламның масштаб факторы үдеп кеңейеді және болашақта космологиялық тұрақтының басымдығы дәуірінде экспоненциалды түрде өседі. Бірақ, бұл кеңею уақыттың кез келген сәтінде бірдей болады (сондықтан экспоненциалды заң – жергілікті көлемнің кеңеюі бірдей уақыт аралығында бірдей есеге өседі) және өзгермейтін, кішкентай Хаббл тұрақтысымен сипатталады, ол кез келген байланысқан материалдық құрылымдармен ескерілмейді. Ал Үлкен Жыртылу сценарийінде Хаббл тұрақтысы шекті уақыт ішінде шексіздікке жетеді. Кенеттен жыртылу сингулярлығының пайда болу мүмкіндігі тек физикалық қасиеттері күмәнді болжамдық материя үшін (фантомдық энергия) ғана туындайды.
In physical cosmology, the Big Rip is a hypothetical cosmological model concerning the ultimate fate of the universe, in which the matter of the universe, from stars and galaxies to atoms and subatomic particles, and even spacetime itself, is progressively torn apart by the expansion of the universe at a certain time in the future, until distances between particles will infinitely increase. According to the standard model of cosmology, the scale factor of the universe is accelerating, and, in the future era of cosmological constant dominance, will increase exponentially. However, this expansion is similar for every moment of time (hence the exponential law – the expansion of a local volume is the same number of times over the same time interval), and is characterized by an unchanging, small Hubble constant, effectively ignored by any bound material structures. By contrast, in the Big Rip scenario the Hubble constant increases to infinity in a finite time. The possibility of sudden rip singularity occurs only for hypothetical matter (phantom energy) with implausible physical properties.
Шолу
Гипотезаның дұрыстығы біздің ғаламдағы қара энергияның түріне байланысты. Бұл гипотезаны дәлелдейтін түрі – қара энергияның үнемі артып отыратын түрі, ол фантомдық энергия деп аталады. Егер ғаламдағы қара энергия шексіз өсе берсе, ол ғаламды бірге ұстап тұрған барлық күштерді жеңіп шығуы мүмкін. Басты шама – w күй параметрінің теңдеуі, қара энергияның қысымы мен оның энергия тығыздығы арасындағы қатынас. Егер −1 < w < 0 болса, ғаламның кеңеюі үдеп отырады, бірақ қара энергия уақыт өте келе тарап, Үлкен Жыртылыс (Big Rip) болмайды. Фантомдық энергияның w < −1 екені оның тығыздығы ғалам кеңейген сайын артатынын көрсетеді. Фантомдық энергия басым ғалам – үдемелі кеңейіп жатқан ғалам. Алайда, бұл байқалатын ғаламның мөлшері мен космологиялық горизонттың үнемі кішірейіп бара жатқанын білдіреді – объектілердің бақылаушыға әсер ете алатын қашықтығы үнемі жақындап, өзара әрекеттесулер тарала алатын қашықтық үнемі қысқарады. Горизонттың мөлшері кез келген құрылымнан кішірек болғанда, құрылымның ең алыс бөліктері арасында негізгі күштердің ешқандай әрекеттесуі болмайды, және құрылым "жарылып кетеді". Уақыттың өзі тоқтап қалады. Модель бойынша, шекті уақыттан кейін "Үлкен Жыртылыс" деп аталатын соңғы сингулярлық пайда болады, онда байқалатын ғалам ақырында нөлдік мөлшерге жетеді және барлық қашықтықтар шексіздікке ұмтылады. Дартмут колледжінің Роберт Р. Колдуэлл басқаратын осы гипотеза авторлары қазіргі уақыттан Үлкен Жыртылысқа дейінгі уақытты былай есептейді:
The truth of the hypothesis relies on the type of dark energy present in our universe. The type that could prove this hypothesis is a constantly increasing form of dark energy, known as phantom energy. If the dark energy in the universe increases without limit, it could overcome all forces that hold the universe together. The key value is the equation of state parameter w, the ratio between the dark energy pressure and its energy density. If −1 < w < 0, the expansion of the universe tends to accelerate, but the dark energy tends to dissipate over time, and the Big Rip does not happen. Phantom energy has w < −1, which means that its density increases as the universe expands. A universe dominated by phantom energy is an accelerating universe, expanding at an ever increasing rate. However, this implies that the size of the observable universe and the cosmological event horizon is continually shrinking – the distance at which objects can influence an observer becomes ever closer, and the distance over which interactions can propagate becomes ever shorter. When the size of the horizon becomes smaller than any particular structure, no interaction by any of the fundamental forces can occur between the most remote parts of the structure, and the structure is "ripped apart". The progression of time itself will stop. The model implies that after a finite time there will be a final singularity, called the "Big Rip", in which the observable universe eventually reaches zero size and all distances diverge to infinite values. The authors of this hypothesis, led by Robert R. Caldwell of Dartmouth College, calculate the time from the present to the Big Rip to be
мұнда w жоғарыда анықталғандай, H0 – Хаббл тұрақтысы, ал Ωm – ғаламдағы барлық материяның тығыздығының қазіргі мәні. Чандра рентгендік обсерваториясының галактикалар шоғырларының жылдамдықтарын бақылауы w мәні шамамен −0,907 мен −1,075 аралығында екенін көрсетеді, яғни Үлкен Жыртылысты нақты жоққа шығару мүмкін емес. (Жоғарыдағы теңдеуге сүйене отырып, егер бақылау w мәні 1-ден кем, бірақ 1.075-тен үлкен немесе оған тең болса, онда Үлкен Жыртылыс болашақта шамамен 152 миллиард жыл ішінде болады).
where w is defined above, H0 is Hubble's constant and Ωm is the present value of the density of all the matter in the universe. Observations of galaxy cluster speeds by the Chandra X ray Observatory seem to suggest the value of w is between approximately −0.907 and −1.075, meaning the Big Rip cannot be definitively ruled out. (Based on the above equation, if the observation determines that the value of w is less than 1, but greater than or equal to 1.075, the Big Rip would occur approximately 152 billion years into the future at the earliest)
Авторлардың үлгісі
Авторлар өздерінің мақаласында w = -1,5, H0 = 70 км/с/Mpc және Ωm = 0,3 гипотетикалық мысалын қарастырады, онда Үлкен Жыртылыс қазіргі уақыттан шамамен 22 миллиард жыл өткен соң болады. Осы сценарийде галактикалар Үлкен Жыртылыстан шамамен 200 миллион жыл бұрын бір-бірінен ажыратыла бастайды. Үлкен Жыртылыстан 60 миллион жыл бұрын галактикалар күшті тартылыс әлсірегендіктен ыдырай бастайды, оларды бірге ұстап тұру мүмкін болмайды. Күн жүйесі сияқты планеталық жүйелер Үлкен Жыртылыстан үш ай бұрын гравитациялық байланыстан босап, планеталар кеңейіп жатқан ғарышқа ұшып кетеді. Соңғы минуттарда жұлдыздар мен планеталар жарылып кетеді, ал шашыраған атомдар 10−19 секунд бұрын жойлады (бұрын электрондар ұшып кетіп атомдар иондалады, содан кейін атом ядролары ыдырайды). Үлкен Жыртылыс болған кезде тіпті кеңістік-уақыттың өзі де жыртылады және масштаб факторы шексіз болады.
In their paper, the authors consider a hypothetical example with w = −1.5, H0 = 70 km/s/Mpc, and Ωm = 0.3, in which case the Big Rip would happen approximately 22 billion years from the present. In this scenario, galaxies would first be separated from each other about 200 million years before the Big Rip. About 60 million years before the Big Rip, galaxies would begin to disintegrate as gravity becomes too weak to hold them together. Planetary systems like the Solar System would become gravitationally unbound about three months before the Big Rip, and planets would fly off into the rapidly expanding universe. In the last minutes, stars and planets would be torn apart, and the now dispersed atoms would be destroyed about 10−19 seconds before the end (the atoms will first be ionized as electrons fly off, followed by the dissociation of the atomic nuclei). At the time the Big Rip occurs, even spacetime itself would be ripped apart and the scale factor would be infinity.
Байқалған ғалам
Дәлелдер w біздің ғаламда -1-ге өте жақын екенін көрсетеді, бұл w теңдеудегі басым мүше етеді. w -1-ге неғұрлым жақын болса, бөлгіш нөлге соғұрлым жақын болады және Big Rip болашақта соғұрлым алысқа ықпалданады. Егер w дәл -1-ге тең болса, онда H0 немесе Ωm мәндеріне қарамастан, Үлкен Жыртылыс орын алмайды. Қолжетімді соңғы космологиялық деректерге сәйкес, w < -1, w = -1 және w > -1 үш жағдайдың арасын ажырату үшін белгісіздік әлі де тым жоғары. Сонымен қатар, статистикалық ауытқулардың салдарынан w-ді дәл 1-ге тең өлшеуге шама жоқ. Бұл w-нің өлшенген мәні 1-ге кездейсоқ жақын болуы мүмкін, бірақ дәл 1-ге тең емес, сондықтан Үлкен Жыртылыстың болуы мүмкін ең ерте мерзімін дәл өлшеулермен одан әрі ықпалдауға болады, бірақ Үлкен Жыртылысты толыққанды жоққа шығару өте қиын.
Evidence indicates w to be very close to −1 in our universe, which makes w the dominating term in the equation. The closer that w is to −1, the closer the denominator is to zero and the further the Big Rip is in the future. If w were exactly equal to −1, the Big Rip could not happen, regardless of the values of H0 or Ωm. According to the latest cosmological data available, the uncertainties are still too large to discriminate among the three cases w < −1, w = −1, and w > −1. Moreover, it is nearly impossible to measure w to be exactly at 1 due to statistical fluctuations. This means that the measured value of w can be arbitrarily close to 1 but not exactly at 1 hence the earliest possible date of the Big Rip can be pushed back further with more accurate measurements but the Big Rip is very difficult to completely rule out.