Destí final de l'Univers

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

El destí final de l'Univers és un tema de la cosmologia física. Hi ha moltes teories científiques rivals que prediuen si l'Univers tindrà una durada finita o infinita. Un cop el concepte de que l'Univers hauria començat amb el Big Bang va ser acceptat dins d'un consens científic, el destí final de l'Univers es va convertir en una pregunta cosmològica vàlida, qüestió que depèn de les propietats físiques de la massa/energia de l'Univers, la seva densitat mitjana i la taxa d'expansió.

Durant un llarg temps la qüestió estava localitzada en saber si l'expansió que s'observa actualment seguirà indefinidament o quedarà interrompuda per donar lloc a una fase de contracció que ens portaria a un Big Crunch.

Avui aquesta primera qüestió sembla essencialment resolta en el sentit que totes les observacions indiquen que l'expansió no s'aturarà pas. Els escenaris futurs van des de la mort tèrmica de l'Univers (en anglès Big Chill), és a dir un refredament indefinit resultant de l'expansió, al Big Rip, un escenari catastròfic on l'Univers és destruït en un temps finit.

Per extensió la taxa d'expansió de l'univers és popular en les obres de ciència ficció.

Càlculs[modifica | modifica el codi]

S'ha pogut calcular que si la densitat de l'Univers és menor de tres àtoms per metre cúbic, serà insuficient per frenar l'expansió, l'Univers s'expandirà indefinidament (Big Rip) i tindria una mort freda en mig de la foscor més absoluta. En aquest cas el temps s'acabaria en uns 35.000 milions d'anys. Però si la massa és suficient per detenir l'expansió, tindria lloc el Big Crunch o sigui que, l'Univers, forçat per la gran quantitat de massa, començaria a comprimir-se fins que, dins d'uns 20.000 millones d'anys, acabaria colapasant-se en una singularitat, quelcom semblant al Big Bang, pero a l'inrevés. En aquest cas darrere del Big Crunch és possible que l'Univers torni a començar amb un altre (o, segons el model cíclic, el mateix) Big Bang.

L'Univers està actualment en expansió. Tanmateix, els mesuraments que Allan R. Sandage va fer a la dècada de 1960 amb el seu telescopi de 200 polzades mostren que el ritme de expansió actual és menor que el de fa 1.000 milions d'anys. Aquest fet pot implicar o no que l'expansió es detingui, plantejant aleshores dues alternatives per al destí final de l'Univers.

Segons les teories cosmològiques actuals, la quantitat de matèria que hi ha a l'Univers és la que en decidirà el futur. Actualment tenim una idea força aproximada de la quantitat de matèria visible que existeix, però no de la quantitat de matèria fosca, per la qual cosa el futur de l'Univers depèn d'aquesta darrera.

En aquest cas el temps s'acabaria en uns 35.000 milions d'anys. Però si la massa és suficient per a detenir l'expansió, tindrà lloc el Big Crunch o, el que és el mateix, l'Univers, forçat per la gran quantitat de massa, començaria a comprimir-se fins que, dins d'uns 20.000 milions d'anys, acabi per col·lapsar-se en una singularitat, una mica semblant al Big Bang, però al revés. En aquest cas després del Big Crunch és possible que l'Univers comenci de nou amb altre (o, segons el model cíclic, el mateix) Big Bang.


Alexander Friedman

Problemàtica[modifica | modifica el codi]

La descripció de l'evolució de l'Univers, en tant que sistema físic, es fa amb un model cosmològic i la teoria de la relativitat general. Aquesta descriu l'evolució d'un univers homogeni i isòtrop, per mitjà de les equacions de Friedmann. Alexander Friedmann va proposar una solució el 1921. Aquestes equacions de Friedmann impliquen que l'Univers ha estat expandint-se des d'una singularitat inicial; és a dir, essencialment el Big Bang.

Per tant, indiquen el valor de la taxa d'expansió de l'Univers (on el valor actual és la constant de Hubble) en funció de la densitat d'energia mitjana de l'Univers i també d'alguna de les seves propietats geomètriques, la seva curvatura espacial. A més hi intervenen algunes propietats de diferents formes de matèria, en particular la seva pressió.

Equació fonamental[modifica | modifica el codi]

L'equació dicta el valor de la taxa d'expansió de l'Univers, H, i és una de les dues equacions de Friedmann:

3 \left( \frac{H^2}{c^2} + \frac{K}{a^2} \right) = \frac{8 \pi G}{c^4} \rho,

on c és la velocitat de la llum, K / a^2 la curvatura espacial, G la constant de gravitació i rho; el conjunt de densitats d'energia de les diferents formes de matèria que omple l'univers. La curvatura espacial representa la forma geomètrica de l'espai: si aquesta és nul·la, l'espai correspon a l'espai euclidià usual; si és positiva, l'espai s'anomena esfèric (en particular, és de volum finit); i finalment si la curvatura espacial és negativa, l'espai s'anomena hiperbòlic.

L'equació de Friedmann es pot tornar a escriure sota la forma :

H^2= -\frac{K c^2 }{a^2} + \frac{8 \pi G}{3 c^2} \rho.

L'expansió s'atura per definició quan la taxa d'expansió H és nul·la amb densitat d'energia total negativa, i això darrer és una hipòtesi poc realista, ja que en aquestes condicions no hi pot haver expansió.

Teories sobre la fi de l'Univers[modifica | modifica el codi]

Dependrà de la densitat de l'Univers actualment preponderen les proves sobre que l'Univers no es col·lapasarà.

Bases científiques emergents[modifica | modifica el codi]

Vegeu també: Cronologia de la cosmologia i Cronologia del Big Bang

L'exploració científica teòrica del destí final de l'Univers es va fer possible amb la teoria de la relativitat general formulada per Albert Einstein el 1915. La relativitat general es pot emprar per a descriure l'Univers amb la major escala possible. Hi ha moltes solucions possibles a les equacions de la relativitat general i cada solució implica una possible destí final de l'Univers.

Les proves observacionals no van tardar a arribar. En 1929, Edwin Hubble va publicar les seves conclusions, basat en les observacions de les estrelles variable Cefeida en galàxies llunyanes, que l'Univers estava en expansió. Des de llavors, el principi de l'Univers i el seu possible final han estat objecte de seriosa investigació científica. En 1933, Georges Lemaître va presentar una teoria que s'havia cridat la teoria del Big Bang de l'origen de l'Univers. En 1948, Fred Hoyle va proposar la teoria oposada d'un Univers estàtic, cridada la Teoria de l'Estat Estacionari. Aquestes dues teories van ser contendents actius fins al descobriment d'Arno Penzias i Robert Wilson en 1965, del fons còsmic de microones, un fet que és una predicció senzilla de la teoria del Big Bang i una que la Teoria de l'Estat Estacionari no és vàlida. La teoria del Big Bang immediatament es va convertir en el més àmpliament sostingut punt de vista de l'origen de l'Univers.

Quan Einstein va formular la relativitat general, ell i els seus contemporanis creien en un Univers estàtic. Quan Einstein va trobar que les seues equacions podien fàcilment ser resoltes de tal manera que es permetera que l'Univers estiguera en expansió i es contraguera en un futur llunyà, va afegir a aquestes equacions el que ell va cridar una constant cosmològica el paper de la qual era compensar l'efecte de la gravetat en l'Univers en conjunt de tal manera que l'Univers romanga estàtic. Després que Hubble anunciara la seua conclusió que l'Univers estava en expansió, Einstein va escriure que la seua constant cosmològica era la seua "gran ficada de pota".

Començant en 1998, les observacions de les supernova en galàxies distants han estat interpretades com a consistents amb un Univers la taxa del qual d'expansió s'està accelerant. S'han formulat teories cosmològiques posteriors per a permetre aquesta possible acceleració, quasi sempre apel·lant a l'energia fosca i a la matèria fosca. D'ací les recents teories sobre la destí final de l'Univers que permeten una constant cosmològica distinta de zero.

Gran Refredament o la Mort Calenta (Big Freeze o Heat Death)[modifica | modifica el codi]

Aquest escenari es considera com el més probable i tindria lloc si l'Univers segueix en expansió com fins ara. En un bilió danys les estrelles s'apagarien i la major part de l'Univers es tornaria fosc. L'Univers s'aproximaria a un estat altament entròpic. A una escala de temps encara més llarga les galàxies passarien a ser forats negres. En algunes teories de la Gran Unificació, la descomposició dels protons convertiria el gas interestelar subjacent en positrons i electrons que es recombinarien en protons. En aquest cas l'Univers indefinidament consisteria només en una "sopa de radiació" uniforme que es refredaria.

La Mort Calenta és una teoria que diu que l'Univers aniria a un estat de màxima entropia en el qual cada cosa es distribueix uniformement i no hi ha gradients, que són necessaris per mantenir el tractament de la informació, una forma de vida. L'escenari de la Mort Calenta és compatible amb qualsevol dels tres models espacials, però necessita que l'Univers arribi a una eventual temperatura mínima.

Big Rip[modifica | modifica el codi]

Simulació del Big Rip

En un Univers obert, la relativitat general prediu que l'Univers tindrà una existència indefinida, però amb un estat on la vida com la coneixem no pot existir. Sota aquest escenari, l'energia fosca causa que la taxa d'expansió de l'Univers s'acceleri. Portant això a l'extrem.una acceleració de l'expansió eterna significa que tota la matèria de l'Univers començant per les galàxies i eventualment totes les formes de vida es disgregaran en partícules elementals deslligades. L'estat final de l'Univers és una singularitat donat que la taxa d'expansió és infinita.

Big Crunch[modifica | modifica el codi]

El Big Crunch. L'eix vertical es pot considerar com temps positiu o negatiu.

La teoria del Big Crunch és un punt de vista simètric del destí final de l'Univers. Aquesta teoria proposa que la densitat mitjana de l'Univers és suficient per aturar la seva expansió i començar la contracció. Si és així, es veuria com les estrelles tendeixen a l'ultraviolat per efecte Doppler. El resultat final es desconeix; una simple extrapolació seria que toda la matèria i l'espai-temps en l'Univers es col·lapsaria en una singularita espai-temporal adimensional, però a aquestes escales no se saben els efectes quàntics.

Aquest escenari permet que el Big Bang estigui precedit immediatament pel Big Crunch d'Univers precedent. Si això ocorre repetidament, es té un univers oscilant. L'Univers podria consistir en una seqüència infinita d'Universos finits, cadascun dels Universos finits acabant amb un Big Crunch que és també el Big Bang del següent Univers. Teòricament, l'Univers oscil·lant no podria reconciliar- amb la segona llei de la termodinàmica: l'entropia augmentarí d'oscil·lació en oscil·lació i causaría la mort calenta. Altres mesuraments suggereixen que l'Univers no és tancat. Aquests arguments induïren als cosmòlegs a abandonar el model de l'Univers oscil·lant. Una idea similar és adoptada pel model cíclic, però aquesta idea evita la mort calenta.

Gran Rebot (Big bounce)[modifica | modifica el codi]

Segons alguns teòrics de l'Univers oscil·lant hi ha haurà un Big Crunch seguit d'un Big Bang (gran rebot)i això suggereix que estem vivint el primer d'un cicle d'Universos però es igualment probable que sigui un nombre d'ordre qualsevol d'una seqüència infinita d'universos.

Multivers[modifica | modifica el codi]

El multivers (conjunt d'Universos paral·lels) és un escenari en el qual encara que l'Univers pot ser de durada finita, és un Univers entre molts. A més, la física del multivers podria permetre'ls existir indefinidament. En particular, altres Universos podrien ser objecte de lleis físiques diferents de les que s'apliquen en l'Univers conegut.

Fals buit[modifica | modifica el codi]

Si el buit no és l'estat d'energia més baix (un fals buit), es podria colapsar en un estat d'energia menor. Això és anomenat "esdeveniment de metaestabilitat en el buit". Això fonamentalment alteraria l'Univers, les constantes físiques podrien tenir valors diferents, afectant en gran manera als fonaments de la matèria.

Nivells indefinits[modifica | modifica el codi]

El model cosmològic multi-nivell proposa l'existència de nivells indefinits de l'Univers. Mentre l'existència del nostre nivell de l'Univers és finita, hi ha un nombre indefinit de nivells de l'Univers cadascun amb el seu principi i la seva fi, però el el complet té una existència a.[1]

Restriccions observacionals en les teories[modifica | modifica el codi]

L'elecció entre aquests escenaris rivals es fa 'pesant' l'Univers, per exemple, mesurant les contribucions relatives de matèria, radiació, matèria fosca i energia fosca a la densitat crítica. Més concretament, competint amb escenaris que són avaluats contra les dades obtingudes en agrupacions galàctiques i supernoves llunyanes en anisotropies en el fons còsmic de microones.

Vida en un Univers mortal[modifica | modifica el codi]

La hipòtesi de la intel·ligència eterna de Dyson proposa que una civilització avançada podria sobreviure durant un període de temps infinit consumint només una suma finita de energia. Una civilització com aquesta alternaríi breus períodes d'activitat amb llargs períodes d'hibernació.

John Barrow i Frank Tipler (1986) proposaren al principi del final antròpic: que l'emergència de vida intel·ligent és inevitable i una vegada que la vida arribi a estar en alguna part de l'Univers, mai morirà. Barrow i Tipler fins i tot diuen que el destí de la vida intel·ligent és expandir-se per l'Univers controlant-ne tots els aspectes excepte el Big Crunch.

L'escenari del punt Omega de Tipler (Tipler 1994) conclou que una civilització en els instants finals d'un Big Crunch experimentaria una suma infinita de temps "subjectiu" durant la vida finita restant de l'Univers, usant l'enorme energia de la implosió per accelerar el tractament de la informació més de pressa que l'alternativa de la singularitat final.


Els recents treballs en cosmologia inflaccionaria, la teoria de cordes i la mecànica quàntica ha portat la discussió cap a diferents direccions que les de Dyson i Tipler. El treball teòric d'Eric Chaisson i David Layzer troba que una expansió de l'espai-temps facilita el pas a un salt d'entropia creixent, posa en dubte la hipòtesi de la mort calenta de l'Univers. Ilya Prigogine en el seu treball de termodinàmica lluny de l'equilibri suggereix que aquest salt entròpic pot contribuir a la informació i així a la formació d'estructures.

A més, Andrei Linde, Alan Guth, Edward Harrison i Ernest Sternglass insiteixen en la presència possible de multiversos. Alan Guth ha especulat amb una civilització dalt de l'escala de Kardaixov que fes universos personalitzats.[2] S'ha de tenir en compte els problemes encara no resolts de la gravetat quàntica i i el principi hologràfic i els intercanvis d'informació com possibles descriptors de les quantitats físiques tradicionals.

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. www.slovio.com: multi-level-universe
  2. www.universetoday.com: Advanced civilization become

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]