Физики представили новые доводы в пользу того, что Вселенная прекратит свое существование через 22 миллиарда лет в результате так называемого Большого разрыва. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review D, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Университета Вандербильта.
В своем исследовании ученые использовали новый подход к так называемой космологической объемной вязкости. Как показывает применение термодинамики и гидродинамики к уравнениям общей теории относительности, описывающим эволюцию Вселенной, вклад космологической объемной (или второй) вязкости в уравнение состояния Вселенной, описывающее ее энергетический баланс, является, по сравнению со вкладом сдвиговой вязкости, определяющим.
В отличие от сдвиговой вязкости, отвечающей за диссипацию (рассеяние) энергии в веществе в результате перемещения и взаимного трения его слоев друг о друга, объемная вязкость возникает в сжимаемых жидкостях и газах и даже на уровне классической гидродинамики мало изучена. В случае, если Вселенную рассматривать как пространство, заполненное релятивистской (движущейся с околосветовыми скоростями) жидкостью, такое описание позволяет сделать выводы о ее развитии в будущем, однако приводит к сверхсветовому перемещению, противоречащему современной физике.
При однородном (свойства не зависят от местоположения) и изотропном (свойства не зависят от направления) расширении Вселенной, которое наблюдается в настоящее время, уравнение состояния Вселенной обычно определяется как отношение давления темной энергии к ее плотности, выраженное (в специальной системе единиц измерения) безразмерным параметром w. Его величина и определяет эволюцию Вселенной.
В настоящее время неизвестно, чему равна эта величина. В случае, если w меньше минус единицы, оказывается справедливой гипотеза Большого разрыва. Согласно ей, Вселенная прекратит свое существование в результате ускоренного расширения, которое приведет к распаду материи. В этой модели наблюдатель, оказавшийся в таком прекращающем свое существование мире, будет замечать распад материи вплоть до масштабов применимости современных законов физики элементарных частиц.
Изображение: Vanderbilt University
В своем исследовании ученым удалось обойти проблему сверхсветового перемещения материи при описании Вселенной как заполненного сжимаемой жидкостью пространства, модифицируя подход, предложенный в 1950-х годах французским математиком Андре Лихнеровичем. Как отмечают ученые, их исследование позволяет пересмотреть возможную роль темной энергии, которую ввели для объяснения наблюдаемого ускоренного расширения Вселенной.
По словам ученых, в этом процессе объемная вязкость может играть значимую роль, а некоторые эффекты, которые описываются введением темной энергии, могут быть объяснены влиянием объемной вязкости. В большинстве теорий с темной энергией, по словам ученых, влияние объемной вязкости не учитывается. Информация о последней, по словам исследователей, может послужить ограничением на данные по темной энергии.
Если ранее значение w, меньшее минус единицы, определяло порог, при котором появляется Большой разрыв, то теперь, по словам ученых, необходимость в пороге отпадает, а Вселенная допускает естественное развитие до w, меньшей минус единицы. По мнению ученых, полученная ими теоретическая модель может быть проверена численно при помощи суперкомпьютеров. Полученную после этого информацию ученые собираются сверить с наблюдательными данными.