Das Schicksal des Universums wird durch seine Dichte bestimmt. Die bisherige Beweislage, basierend auf Messungen der Expansionsrate und der Massendichte, spricht für ein Universum, das sich unendlich weiter ausdehnt, was zu dem folgenden „Big Freeze“-Szenario führt. Allerdings sind die Beobachtungen nicht schlüssig, und alternative Modelle sind immer noch möglich.
Big Freeze oder Wärmetod
Der Big Freeze (oder Big Chill) ist ein Szenario, bei dem die fortgesetzte Expansion zu einem Universum führt, das sich asymptotisch dem absoluten Temperaturnullpunkt nähert. Dieses Szenario setzt sich in Kombination mit dem Big-Rip-Szenario als wichtigste Hypothese durch. Es könnte, in Abwesenheit von dunkler Energie, nur unter einer flachen oder hyperbolischen Geometrie auftreten. Mit einer positiven kosmologischen Konstante könnte es auch in einem geschlossenen Universum auftreten. In diesem Szenario wird erwartet, dass sich Sterne für 1012 bis 1014 (1-100 Billionen) Jahre normal bilden, aber irgendwann ist der Vorrat an Gas, der für die Sternbildung benötigt wird, erschöpft. Wenn den bestehenden Sternen der Treibstoff ausgeht und sie aufhören zu leuchten, wird das Universum langsam und unaufhaltsam dunkler werden. Schließlich werden Schwarze Löcher das Universum dominieren, die selbst mit der Zeit verschwinden werden, da sie Hawking-Strahlung aussenden. Über unendlich lange Zeit würde es eine spontane Entropieabnahme durch das Poincaré-Rekurs-Theorem, thermische Fluktuationen und das Fluktuationstheorem geben.
Ein verwandtes Szenario ist der Hitzetod, der besagt, dass das Universum in einen Zustand maximaler Entropie übergeht, in dem alles gleichmäßig verteilt ist und es keine Gradienten gibt – die notwendig sind, um die Informationsverarbeitung aufrechtzuerhalten, von der eine Form das Leben ist. Das Hitzetod-Szenario ist mit jedem der drei Raummodelle kompatibel, erfordert aber, dass das Universum ein Temperaturminimum erreicht.
Big RipEdit
Die aktuelle Hubble-Konstante definiert eine Beschleunigungsrate des Universums, die nicht groß genug ist, um lokale Strukturen wie Galaxien zu zerstören, die durch die Schwerkraft zusammengehalten werden, aber groß genug, um den Raum zwischen ihnen zu vergrößern. Ein stetiger Anstieg der Hubble-Konstante bis ins Unendliche würde dazu führen, dass alle materiellen Objekte im Universum, angefangen bei Galaxien und schließlich (in einer endlichen Zeit) alle Formen, egal wie klein, in ungebundene Elementarteilchen, Strahlung und darüber hinaus zerfallen. Wenn die Energiedichte, der Skalenfaktor und die Expansionsrate unendlich werden, endet das Universum als etwas, das effektiv eine Singularität ist.
Im speziellen Fall der Phantom-Dunklen-Energie, die eine vermeintlich negative kinetische Energie hat, die zu einer höheren Beschleunigungsrate führen würde, als die anderen kosmologischen Konstanten vorhersagen, könnte ein noch plötzlicherer Big Rip auftreten.
Big CrunchEdit
Die Big Crunch-Hypothese ist eine symmetrische Ansicht über das endgültige Schicksal des Universums. So wie der Urknall als kosmologische Expansion begann, geht diese Theorie davon aus, dass die durchschnittliche Dichte des Universums ausreichen wird, um die Expansion zu stoppen und das Universum beginnt zu kontrahieren. Das Endergebnis ist unbekannt; eine einfache Abschätzung würde die gesamte Materie und Raumzeit im Universum in eine dimensionslose Singularität kollabieren lassen, zurück in die Art und Weise, wie das Universum mit dem Urknall begann, aber bei diesen Größenordnungen müssen unbekannte Quanteneffekte berücksichtigt werden (siehe Quantengravitation). Nach neueren Erkenntnissen ist dieses Szenario unwahrscheinlich, aber nicht ausgeschlossen, da Messungen nur über einen relativ kurzen Zeitraum vorliegen und sich in der Zukunft umkehren könnten.
Dieses Szenario erlaubt es, dass der Urknall unmittelbar nach dem Big Crunch eines vorangegangenen Universums stattfindet. Wenn dies wiederholt geschieht, entsteht ein zyklisches Modell, das auch als oszillierendes Universum bezeichnet wird. Das Universum könnte dann aus einer unendlichen Folge von endlichen Universen bestehen, wobei jedes endliche Universum mit einem Big Crunch endet, der gleichzeitig der Urknall des nächsten Universums ist. Ein Problem mit dem zyklischen Universum ist, dass es sich nicht mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik vereinbaren lässt, da sich die Entropie von Oszillation zu Oszillation aufbauen und den letztendlichen Wärmetod des Universums verursachen würde. Aktuelle Beweise zeigen auch, dass das Universum nicht geschlossen ist. Dies hat Kosmologen dazu veranlasst, das Modell des oszillierenden Universums aufzugeben. Eine ähnliche Idee verfolgt das zyklische Modell, aber diese Idee umgeht den Wärmetod aufgrund einer Expansion der Branes, die die im vorherigen Zyklus angesammelte Entropie verdünnt.
Big BounceEdit
Der Big Bounce ist ein theoretisches wissenschaftliches Modell im Zusammenhang mit dem Beginn des bekannten Universums. Es leitet sich von der Interpretation des oszillierenden Universums oder der zyklischen Wiederholung des Urknalls ab, bei der das erste kosmologische Ereignis das Ergebnis des Kollapses eines vorherigen Universums war.
Nach einer Version der Urknalltheorie der Kosmologie war das Universum am Anfang unendlich dicht. Eine solche Beschreibung scheint im Widerspruch zu anderen, weithin akzeptierten Theorien zu stehen, insbesondere zur Quantenmechanik und ihrer Unschärferelation. Es ist daher nicht überraschend, dass die Quantenmechanik zu einer alternativen Version der Urknalltheorie geführt hat. Auch wenn das Universum geschlossen ist, würde diese Theorie vorhersagen, dass, sobald dieses Universum kollabiert, es ein anderes Universum in einem Ereignis ähnlich dem Urknall hervorbringen wird, nachdem eine universelle Singularität erreicht ist oder eine abstoßende Quantenkraft eine erneute Ausdehnung verursacht.
In einfachen Worten besagt diese Theorie, dass das Universum kontinuierlich den Zyklus eines Urknalls wiederholt, gefolgt von einem Big Crunch.
Big SlurpEdit
Diese Theorie postuliert, dass das Universum derzeit in einem falschen Vakuum existiert und dass es jederzeit zu einem echten Vakuum werden könnte.
Um die Theorie des falschen Vakuumzerfalls am besten zu verstehen, muss man zunächst das Higgs-Feld verstehen, das das Universum durchdringt. Ähnlich wie ein elektromagnetisches Feld variiert es in seiner Stärke auf der Grundlage seines Potentials. Ein echtes Vakuum existiert so lange, wie das Universum in seinem niedrigsten Energiezustand existiert, in diesem Fall ist die Theorie des falschen Vakuums irrelevant. Wenn sich das Vakuum jedoch nicht in seinem niedrigsten Energiezustand befindet (ein falsches Vakuum), könnte es in einen niedrigeren Energiezustand tunneln. Dies wird als Vakuumzerfall bezeichnet. Dies hat das Potenzial, unser Universum grundlegend zu verändern; in kühnen Szenarien könnten sogar die verschiedenen physikalischen Konstanten andere Werte haben, was die Grundlagen von Materie, Energie und Raumzeit stark beeinflussen würde. Es ist auch möglich, dass alle Strukturen augenblicklich zerstört werden, ohne jede Vorwarnung.
Kosmische Unschärfe
Jede der bisher beschriebenen Möglichkeiten basiert auf einer sehr einfachen Form für die Zustandsgleichung der dunklen Energie. Doch wie der Name schon sagt, ist über die Physik der dunklen Energie derzeit nur sehr wenig bekannt. Wenn die Inflationstheorie zutrifft, durchlief das Universum in den ersten Momenten des Urknalls eine Episode, die von einer anderen Form der dunklen Energie dominiert wurde; die Inflation endete jedoch, was auf eine Zustandsgleichung hindeutet, die weitaus komplexer ist als die bisher angenommene für die heutige dunkle Energie. Es ist möglich, dass sich die Zustandsgleichung der dunklen Energie erneut ändern könnte, was zu einem Ereignis führen würde, das Konsequenzen hätte, die extrem schwer vorherzusagen oder zu parametrisieren sind. Da die Natur der dunklen Energie und der dunklen Materie rätselhaft, ja sogar hypothetisch bleibt, sind die Möglichkeiten rund um ihre kommende Rolle im Universum derzeit unbekannt. Keines dieser theoretischen Enden für das Universum ist sicher.