Il destino dell’universo è determinato dalla sua densità. La preponderanza delle prove ad oggi, basate sulle misurazioni del tasso di espansione e della densità di massa, favorisce un universo che continuerà ad espandersi indefinitamente, dando luogo allo scenario del “Big Freeze” qui sotto. Tuttavia, le osservazioni non sono definitive, e modelli alternativi sono ancora possibili.
Big Freeze o morte termicaModifica
Il Big Freeze (o Big Chill) è uno scenario in cui la continua espansione porta ad un universo che asintoticamente si avvicina alla temperatura dello zero assoluto. Questo scenario, in combinazione con lo scenario del Big Rip, sta guadagnando terreno come l’ipotesi più importante. Potrebbe, in assenza di energia oscura, verificarsi solo sotto una geometria piatta o iperbolica. Con una costante cosmologica positiva, potrebbe verificarsi anche in un universo chiuso. In questo scenario, ci si aspetta che le stelle si formino normalmente per 1012 a 1014 (1-100 trilioni) anni, ma alla fine la fornitura di gas necessaria per la formazione delle stelle si esaurirà. Man mano che le stelle esistenti finiranno il carburante e cesseranno di brillare, l’universo diventerà lentamente e inesorabilmente più scuro. Alla fine i buchi neri domineranno l’universo, che a loro volta scompariranno nel tempo emettendo la radiazione di Hawking. In un tempo infinito, ci sarebbe una diminuzione spontanea dell’entropia per il teorema della ricorrenza di Poincaré, le fluttuazioni termiche e il teorema della fluttuazione.
Uno scenario correlato è la morte termica, che afferma che l’universo va in uno stato di massima entropia in cui tutto è uniformemente distribuito e non ci sono gradienti – che sono necessari per sostenere l’elaborazione delle informazioni, una forma di cui è la vita. Lo scenario della morte termica è compatibile con uno qualsiasi dei tre modelli spaziali, ma richiede che l’universo raggiunga un’eventuale temperatura minima.
Big RipEdit
L’attuale costante di Hubble definisce un tasso di accelerazione dell’universo non abbastanza grande da distruggere strutture locali come le galassie, che sono tenute insieme dalla gravità, ma abbastanza grande da aumentare lo spazio tra loro. Un aumento costante della costante di Hubble all’infinito porterebbe tutti gli oggetti materiali dell’universo, a cominciare dalle galassie e alla fine (in un tempo finito) tutte le forme, non importa quanto piccole, a disintegrarsi in particelle elementari non legate, radiazioni e oltre. Quando la densità di energia, il fattore di scala e il tasso di espansione diventano infiniti, l’universo finisce in quella che è effettivamente una singolarità.
Nel caso speciale di energia oscura fantasma, che ha una supposta energia cinetica negativa che comporterebbe un tasso di accelerazione più alto di quello previsto dalle altre costanti cosmologiche, potrebbe verificarsi un big rip più improvviso.
Big CrunchEdit
L’ipotesi del Big Crunch è una visione simmetrica del destino finale dell’universo. Così come il Big Bang è iniziato come un’espansione cosmologica, questa teoria presuppone che la densità media dell’universo sarà sufficiente a fermare la sua espansione e l’universo inizierà a contrarsi. Il risultato finale è sconosciuto; una semplice stima avrebbe fatto collassare tutta la materia e lo spazio-tempo dell’universo in una singolarità senza dimensione, tornando a come l’universo è iniziato con il Big Bang, ma a queste scale è necessario considerare effetti quantistici sconosciuti (vedi Gravità quantistica). Prove recenti suggeriscono che questo scenario è improbabile ma non è stato escluso, poiché le misurazioni sono state disponibili solo per un breve periodo di tempo, relativamente parlando, e potrebbero invertirsi in futuro.
Questo scenario permette al Big Bang di verificarsi immediatamente dopo il Big Crunch di un universo precedente. Se questo accade ripetutamente, crea un modello ciclico, noto anche come universo oscillatorio. L’universo potrebbe quindi consistere in una sequenza infinita di universi finiti, con ogni universo finito che termina con un Big Crunch che è anche il Big Bang dell’universo successivo. Un problema con l’universo ciclico è che non si concilia con la seconda legge della termodinamica, poiché l’entropia si accumulerebbe di oscillazione in oscillazione e causerebbe l’eventuale morte termica dell’universo. Le prove attuali indicano anche che l’universo non è chiuso. Questo ha portato i cosmologi ad abbandonare il modello dell’universo oscillante. Un’idea in qualche modo simile è abbracciata dal modello ciclico, ma questa idea evita la morte per calore a causa di un’espansione delle crusche che diluisce l’entropia accumulata nel ciclo precedente.
Big BounceEdit
Il Big Bounce è un modello scientifico teorizzato relativo all’inizio dell’universo conosciuto. Deriva dall’interpretazione dell’universo oscillatorio o della ripetizione ciclica del Big Bang, dove il primo evento cosmologico fu il risultato del collasso di un universo precedente.
Secondo una versione della teoria cosmologica del Big Bang, all’inizio l’universo era infinitamente denso. Una tale descrizione sembra essere in contrasto con altre teorie più ampiamente accettate, specialmente la meccanica quantistica e il suo principio di indeterminazione. Non è sorprendente, quindi, che la meccanica quantistica abbia dato origine ad una versione alternativa della teoria del Big Bang. Inoltre, se l’universo è chiuso, questa teoria prevederebbe che una volta che questo universo collassa genererà un altro universo in un evento simile al Big Bang dopo che una singolarità universale è raggiunta o una forza quantistica repulsiva causa la riespansione.
In termini semplici, questa teoria afferma che l’universo ripeterà continuamente il ciclo di un Big Bang, seguito da un Big Crunch.
Big SlurpEdit
Questa teoria postula che l’universo esiste attualmente in un falso vuoto e che potrebbe diventare un vero vuoto in qualsiasi momento.
Per comprendere al meglio la teoria del falso collasso del vuoto, si deve prima comprendere il campo di Higgs che permea l’universo. Proprio come un campo elettromagnetico, la sua forza varia in base al suo potenziale. Un vero vuoto esiste finché l’universo esiste nel suo stato di energia più basso, nel qual caso la teoria del falso vuoto è irrilevante. Tuttavia, se il vuoto non è nel suo stato di energia più basso (un falso vuoto), potrebbe scavare un tunnel verso uno stato di energia inferiore. Questo è chiamato decadimento del vuoto. Questo ha il potenziale di alterare fondamentalmente il nostro universo; in scenari più audaci anche le varie costanti fisiche potrebbero avere valori diversi, influenzando gravemente le basi della materia, dell’energia e dello spaziotempo. È anche possibile che tutte le strutture vengano distrutte istantaneamente, senza alcun preavviso.
Incertezza cosmica
Ogni possibilità descritta finora si basa su una forma molto semplice dell’equazione di stato dell’energia oscura. Ma come il nome vuole suggerire, attualmente si sa molto poco sulla fisica dell’energia oscura. Se la teoria dell’inflazione è vera, l’universo è passato attraverso un episodio dominato da una forma diversa di energia oscura nei primi momenti del Big Bang; ma l’inflazione è finita, indicando un’equazione di stato molto più complessa di quelle assunte finora per l’energia oscura attuale. È possibile che l’equazione di stato dell’energia oscura possa cambiare di nuovo dando luogo ad un evento che avrebbe conseguenze estremamente difficili da prevedere o parametrizzare. Poiché la natura dell’energia oscura e della materia oscura rimane enigmatica, persino ipotetica, le possibilità che circondano il loro futuro ruolo nell’universo sono attualmente sconosciute. Nessuno di questi finali teorici per l’universo è certo.