Темная энергия и будущее Вселенной

[zubik67]

Известно, что пространство расширяется с ускорением за счет темной энергии. При этом количество темной энергии также возрастает, что приводит к еще большему ускорению расширения. Поскольку энергия эквивалентна массе, получается, что масса Вселенной увеличивается. Известен сценарий big rip, при котором темная энергия разорвет все вещество. Интересно обсудить и другие сценарии. Не будет ли ускорение замедляться из-за гравитации возросшего количества темной энергии? Может вещество некоторое время будет разлетаться по инерции, а затем расширение сменится сжатием? Не ждет ли в будущем Вселенную участь огромной черной дыры?

[Dmitriy40]

Что тут обсуждать, все эти варианты уже были просчитаны и сменили друг друга по мере получения наблюдательных фактов. И последний вариант - с тёмной энергией.
А что уж там в будущем будет, и не обнаружится ли на огромных масштабах ещё что-то сильнее тёмной энергии - неизвестно.

[doom701]

Я не уверен,что это правильно, но из книги Зельдовича понял что для этого нужно знать чему равно $\Omega$. Больше или меньше 1. И вроде с требуемой точностью этот параметр пока неизвестен.

[Dmitriy40]

(Ошибочка, не на то ответил)

Нет, кажется это было важно без тёмной энергии, когда расширение было инерциальным и тормозилось гравитацией. Вот тогда было важно, успеет ли гравитация остановить расширение или не успеет, а если успеет, то на самой грани (с результатом в виде плоского пространства-времени) или же сменится сжатием (и вселенской сингулярностью).
С тёмной энергией же расширение не остановится и средняя плотность материи уже не принципиальна. Так что вопрос снят.

[Munin]

zubik67 в сообщении #1129338 писал(а):

Поскольку энергия эквивалентна массе, получается, что масса Вселенной увеличивается.

Нет.

Во Вселенной соблюдается баланс: положительная энергия "содержимого" скомпенсирована отрицательной энергией гравитационного поля.

А в каком-то механическом смысле "массу Вселенной" невозможно дефинировать, потому что Вселенная не летает как единый шарик где-то в пространстве.

zubik67 в сообщении #1129338 писал(а):

Не будет ли ускорение замедляться из-за гравитации возросшего количества темной энергии?

Расчёты проводятся уже с учётом гравитации. Именно эта гравитация от тёмной энергии - и ускоряет расширение. И ничего не замедляет.

zubik67 в сообщении #1129338 писал(а):

Может вещество некоторое время будет разлетаться по инерции, а затем расширение сменится сжатием? Не ждет ли в будущем Вселенную участь огромной черной дыры?

Это всё было возможно в космологии до открытия тёмной энергии. А сейчас - уже нет.

Модели тёмной энергии различаются по уравнению состояния. По современным наблюдательным оценкам $p\approx-\varepsilon.$ Поэтому базовые модели таковы:
- $p=-\varepsilon$ - вакуумная тёмная энергия, Λ-член - стандартная космологическая модель;
- $0>p>-\varepsilon$ - "квинтэссенция", или некоторые другие теоретические модели;
- $p<-\varepsilon$ - "фантомная энергия".
Из них, вакуумная модель общепринята, а остальные разрабатываются "на всякий случай", хотя наблюдательная погрешность очень велика. Сценарий Big Rip соответствует фантомной модели, а в вакуумной - вечное деситтеровское (экспоненциальное) расширение.

Кроме того, уравнение состояния также может зависеть от времени, и меняться вместе с эволюцией Вселенной. Это даёт ещё дополнительно кучу моделей.

-- 06.06.2016 01:05:32 --

doom701 в сообщении #1129347 писал(а):

Я не уверен,что это правильно, но из книги Зельдовича понял что для этого нужно знать чему равно $\Omega$. Больше или меньше 1. И вроде с требуемой точностью этот параметр пока неизвестен.

Здесь многое изменилось в 1998 году. А "книга Зельдовича" (хорошо бы уточнять: он автор не одной книги) была написана раньше. $\Omega,$ конечно, важный параметр, но уже не единственный, который надо знать.

[Degen1103]

zubik67 в сообщении #1129338 писал(а):

Поскольку энергия эквивалентна массе, получается, что масса Вселенной увеличивается.

Уверен, что полная энергия Вселенной тождественно равна нулю. Иначе просто быть не может.

[Munin]

Ну, кажется, там не всё так просто, хотя не помню деталей вычислений.

[zubik67]

А что непросто?

[zubik67]

Munin в сообщении #1129350 писал(а):

Расчёты проводятся уже с учётом гравитации. Именно эта гравитация от тёмной энергии - и ускоряет расширение. И ничего не замедляет.

Как гравитация может ускорять расширение? Она может ускорять сжатие. Или это какая-то хитрая гравитация? Приведу пример: возьмем тонну тротила и взорвем ее. За счет внутренней энергии произойдет расширение продуктов взрыва. Но гравитация этой тонны не изменится.

[Munin]

zubik67 в сообщении #1129481 писал(а):

Как гравитация может ускорять расширение? Она может ускорять сжатие. Или это какая-то хитрая гравитация?

Обычная гравитация. Там стоит множитель, который равен гравитирующей массе. В случае с тёмной энергией, этот множитель отрицателен (за счёт учёта отрицательного давления). Вот и получается, что гравитация отталкивает.

Вы большой любитель утверждать что-то, о чём вы не в курсе. Охолоните.

[zubik67]

Так я вроде и не горячился ). Понял! Темная энергия действует как газ при надувании воздушного шарика, заставляя обычную материю расширяться. Потенциальная энергия гравитационного притяжения материи уравновешивается давлением темной энергии. Их сумма равна нулю. Правильно? Понятно пока, что расширение с ускорением будет продолжаться и дальше. Могут его затормозить квантовые эффекты, такие как эффект Унру? А при экстремальных ускорениях и со стабильностью протонов могут быть проблемы.

[Munin]

zubik67 в сообщении #1129668 писал(а):

Понял! Темная энергия действует как газ при надувании воздушного шарика, заставляя обычную материю расширяться.

Увы, до понимания здесь ещё очень далеко.

zubik67 в сообщении #1129668 писал(а):

Потенциальная энергия гравитационного притяжения материи уравновешивается давлением темной энергии. Их сумма равна нулю. Правильно?

Неправильно. Если бы это было так, то расширение происходило бы с постоянной скоростью, а оно происходит с постоянным ускорением.

В общем, на вашем уровне, я бы порекомендовал начать с "ньютоновской космологии", изложенной в начале книги
Нагирнер. Элементы космологии.