Теория космологической вязкости: Наша Вселенная может закончить свои дни не Большим хлопком, а Большим разрывом

В течение многих десятилетий космологи были неспособны примирить классическое понятие вязкости из термодинамики с общей теорией относительности Эйнштейна. Математики из Университета Вандербильта сумели найти принципиально новую математическую формулировку проблемы для восполнения этого давнего пробела.

Космологическая вязкость представляет собой одну из форм объёмной вязкости, которая является мерой сопротивления материи расширению или сжатию. В повседневной жизни нам не часто приходится иметь дело с объёмной вязкостью, потому что большинство жидкостей, с которыми мы сталкиваемся, являются несжимаемыми.

В 1990-е годы физическое сообщество было шокировано, когда астрономические измерения показали, что Вселенная расширяется с всё возрастающей скоростью. Для объяснения этого непредвиденного ускорения, они были вынуждены предположить существование неизвестной формы энергии отталкивания, которая распространилась по всей вселенной. Поскольку физики знали о ней очень мало, они назвали её «тёмной энергией».

Большинство теорий тёмной энергии до настоящего времени не учитывали космологической вязкости, несмотря на то, что она имеет отталкивающий эффект, поразительно похожий на эффект тёмной энергии.

Один из интересных результатов релятивистской теории вязкости заключается в определении будущего вселенной. С момента открытия убегающих галактик и расширения Вселенной, космологи пришли к ряду драматических сценариев того, что это может означать для будущего.

Так, например, сценарий «Большой Остановки», прогнозирует, что через 100 триллионов лет Вселенная будет настолько обширной, что плотность космического газа станет слишком малой для формирования звёзд. В результате существующие звезды будут постепенно выгорать, оставляя после себя только чёрные дыры — которые, в свою очередь, медленно испарятся, в то время как само пространство будет становиться всё холоднее и холоднее.

Ещё более радикален сценарий «Большого Разрыва». Он основывается на «фантомной» тёмной энергии, возрастающей с течением времени. В этом случае скорость расширения Вселенной станет настолько велика, что за 22 млрд. лет или около того, материальные объекты начнут разваливаться и даже отдельные атомы распадутся на несвязанные между собой элементарные частицы и излучение.

Ключом к реализации такого сценария является соотношение между давлением и плотностью тёмной энергии, то, что называется её параметрическим уравнением состояния. Если значение этого уравнения упадёт ниже -1, то Вселенная, в конечном счёте, разорвётся. Космологи назвали это «фантом-барьером». В предыдущих моделях Вселенная не может развиваться за этим пределом.