Wielki kolaps, Wielkie rozdarcie, Wielkie zamrożenie – scenariusze końca wszystkiego

Pogłębione rozważania nad losami wszechświata odsłaniają przed nami trzy fundamentalne scenariusze, w których siły grawitacji i wpływ energii wyznaczają kierunek ostatecznego rozwoju. Każdy z nich niesie ze sobą odmienne konsekwencje dla materii i czasu, a także stawia pytania o granice czasoprzestrzeni i naturę entropii. Niniejszy tekst prezentuje teorie Wielkiego Kolapsu, Wielkiego Rozdarcia oraz Wielkiego Zamrożenia, ukazując mechanizmy i wyzwania, jakie przed nami stoją.

Scenariusz Wielkiego Kolapsu

W modelu Wielkiego Kolapsu krytyczna dla dziejów kosmosu jest równowaga między grawitacją a poziomem energii wypierającej. Jeśli siła przyciągania związana z materią i ciemną materią okaże się dominująca nad ekspansją, to w odległej przyszłości tempo rozszerzania się wszechświata zacznie maleć. Ostatecznie cała zawartość przestrzeni zatrzyma się i zacznie się kurczyć jak w lustrzanym odbiciu Wielkiego Wybuchu.

• Zatrzymanie i odwrócenie ekspansji
• Wzrost gęstości i temperatury
• Fuzja galaktyk i rozpad struktur
• Ostateczne zapadnięcie w singularność

Mechanizmy zapadania

Proces kontrakcji wiąże się ze wzrostem temperatury oraz ciśnienia promieniowania fotony przyspieszają tworzenie się nowych cząstek, prowadząc do stanu podobnego do początków kosmicznych. Pod koniec etapu kolapsu materia i promieniowanie ulegają stopniowemu wzrostowi gęstości, co może zakończyć się nową wersją singularności – ośrodka bez czasu i przestrzeni w dotychczasowym rozumieniu.

Scenariusz Wielkiego Rozdarcia

Koncepcja Wielkiego Rozdarcia (Big Rip) zakłada gwałtowny wzrost wpływu ciemnej energii napędzającej przyspieszoną ekspansję przestrzeni. W tym modelu wartość współczynnika ciśnienia tej energii spada poniżej wartości -1, co oznacza, że siła odpychająca rośnie wraz z upływem czasu i doprowadzi do rozerwania wszelkich wiązań grawitacyjnych.

• Ekspansja galaktyk – unikalne systemy gwiezdne zaczną się od siebie oddalać
• Rozpad układów planetarnych pod wpływem rosnącej siły odpychającej
• Dezintegracja cząstek i atomów
• Całkowita destrukcja struktury czasoprzestrzeni

Rola ciemnej energii

Choć natura ciemnej materii pozostaje niewyjaśniona, za siłę odpowiedzialną za przyspieszoną ekspansję uznajemy pole o ujemnym ciśnieniu. Jego energia wzrasta liniowo bądź wykładniczo z upływem czasu, prowadząc w końcowej fazie do absolutnego zerwania więzi między cząstkami. Według obliczeń fizyków proces ten może przebiegać w skali miliardów lat i zakończyć się zerwaniem samej struktury przestrzeni.

Scenariusz Wielkiego Zamrożenia

Model Wielkiego Zamrożenia (Big Freeze) to przewidywanie oparte na tym, że ekspansja wszechświata będzie nadal trwać, chociaż w tempie coraz wolniejszym, a prędkość wzrostu odległości między galaktykami zbliży się do zera jedynie asymptotycznie. W rezultacie temperatura ośrodka kosmicznego spadnie niemal do zera absolutnego, a struktury utracą możliwość przeprowadzania procesów termodynamicznych.

• Ekspansja przez nieskończoność czasu
• Spadek temperatury promieniowania reliktowego
• Wygasanie gwiazd i zanik fuzji jądrowej
• Entropijne rozpraszanie energii

Entropia i koniec subtelnych procesów

W miarę jak gwiazdy ulegają wypaleniu, a czarne dziury powoli parują przez proces Hawkinga, entropia osiąga maksymalny poziom. W stanie tym nie ma już różnic temperatur pozwalających na pracę termodynamiczną, a każdy pozostawiony obiekt stanie się zimnym, martwym reliktem. Przestrzeń, choć nadal istniejąca, staje się zimna i pozbawiona znaczących zjawisk, zamieniając się w ogromne, niemal niedostępne pustkowie.