Het lot van het heelal wordt bepaald door de dichtheid van het heelal. Het overgrote deel van de huidige bewijzen, gebaseerd op metingen van de uitdijingssnelheid en de massadichtheid, pleit voor een heelal dat oneindig blijft uitdijen, wat resulteert in het onderstaande “Big Freeze”-scenario. De waarnemingen geven echter geen uitsluitsel, en alternatieve modellen zijn nog steeds mogelijk.
Grote bevriezing of hittedoodEdit
De Big Freeze (of Big Chill) is een scenario waarin voortdurende uitdijing resulteert in een heelal dat asymptotisch de absolute nultemperatuur nadert. Dit scenario, in combinatie met het Big Rip scenario, wint steeds meer terrein als de belangrijkste hypothese. Het zou, bij afwezigheid van donkere energie, alleen kunnen voorkomen bij een vlakke of hyperbolische geometrie. Met een positieve kosmologische constante zou het ook kunnen voorkomen in een gesloten heelal. In dit scenario zullen sterren zich naar verwachting 1012 tot 1014 (1-100 biljoen) jaar lang normaal vormen, maar uiteindelijk zal de voorraad gas die nodig is voor stervorming uitgeput raken. Naarmate de brandstof van bestaande sterren opraakt en zij ophouden te schijnen, zal het heelal langzaam en onverbiddelijk donkerder worden. Uiteindelijk zullen zwarte gaten het heelal overheersen, die zelf na verloop van tijd zullen verdwijnen omdat zij Hawking-straling uitzenden. Over oneindige tijd zou er een spontane entropie afname zijn door het Poincaré recurrentie theorema, thermische fluctuaties, en het fluctuatie theorema.
Een verwant scenario is de hittedood, die stelt dat het universum naar een toestand van maximale entropie gaat waarin alles gelijkmatig verdeeld is en er geen gradiënten zijn – die nodig zijn om informatieverwerking in stand te houden, een vorm waarvan leven is. Het hittedoodscenario is verenigbaar met elk van de drie ruimtelijke modellen, maar vereist dat het heelal een uiteindelijk temperatuurminimum bereikt.
Big RipEdit
De huidige Hubble-constante definieert een versnelling van het heelal die niet groot genoeg is om lokale structuren zoals sterrenstelsels, die door de zwaartekracht bij elkaar worden gehouden, te vernietigen, maar groot genoeg om de ruimte tussen hen te vergroten. Een gestage toename van de Hubble-constante tot in het oneindige zou ertoe leiden dat alle materiële objecten in het heelal, te beginnen met melkwegstelsels en uiteindelijk (in een eindige tijd) alle vormen, hoe klein ook, uiteenvallen in ongebonden elementaire deeltjes, straling en verder. Wanneer de energiedichtheid, de schaalfactor en de uitdijingssnelheid oneindig worden, eindigt het heelal als wat effectief een singulariteit is.
In het speciale geval van fantoom donkere energie, die veronderstelde negatieve kinetische energie heeft die zou resulteren in een hogere versnelling dan andere kosmologische constanten voorspellen, zou een meer plotselinge big rip kunnen optreden.
Big CrunchEdit
De Big Crunch-hypothese is een symmetrische kijk op het uiteindelijke lot van het heelal. Net zoals de Big Bang begon als een kosmologische expansie, gaat deze theorie ervan uit dat de gemiddelde dichtheid van het heelal voldoende zal zijn om de expansie te stoppen en het heelal zal beginnen samen te trekken. Het eindresultaat is onbekend; een eenvoudige schatting zou inhouden dat alle materie en ruimte-tijd in het heelal ineenstort in een dimensieloze singulariteit, terug naar hoe het heelal begon met de Big Bang, maar op deze schalen moet rekening worden gehouden met onbekende kwantumeffecten (zie Kwantumzwaartekracht). Recente gegevens suggereren dat dit scenario onwaarschijnlijk is, maar het is niet uitgesloten, omdat metingen slechts over een korte periode beschikbaar zijn geweest, relatief gezien, en in de toekomst zouden kunnen omkeren.
Dit scenario maakt het mogelijk dat de Big Bang plaatsvindt onmiddellijk na de Big Crunch van een voorafgaand universum. Als dit herhaaldelijk gebeurt, ontstaat er een cyclisch model, dat ook wel een oscillerend heelal wordt genoemd. Het universum zou dan kunnen bestaan uit een oneindige reeks van eindige universa, waarbij elk eindig universum eindigt met een Big Crunch die tevens de Big Bang is van het volgende universum. Een probleem met het cyclische universum is dat het niet verenigbaar is met de tweede wet van de thermodynamica, omdat de entropie zich van oscillatie tot oscillatie zou opstapelen en uiteindelijk de hittedood van het universum zou veroorzaken. Het huidige bewijs toont ook aan dat het heelal niet gesloten is. Dit heeft kosmologen ertoe gebracht het model van het oscillerende heelal te verlaten. Een enigszins vergelijkbaar idee wordt omarmd door het cyclische model, maar dit idee ontloopt de hittedood door een expansie van de zemen die de in de vorige cyclus geaccumuleerde entropie verdunt.
Big BounceEdit
De Big Bounce is een getheoretiseerd wetenschappelijk model met betrekking tot het begin van het bekende heelal. Het is afgeleid van de oscillerende universum of cyclische herhaling interpretatie van de Big Bang, waarbij de eerste kosmologische gebeurtenis het resultaat was van de ineenstorting van een eerder universum.
Volgens één versie van de Big Bang theorie van de kosmologie, was het universum in het begin oneindig dicht. Een dergelijke beschrijving lijkt in strijd te zijn met andere, meer algemeen aanvaarde theorieën, met name de kwantummechanica en haar onzekerheidsprincipe. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de kwantummechanica aanleiding heeft gegeven tot een alternatieve versie van de oerknaltheorie. Ook zou deze theorie, als het heelal gesloten is, voorspellen dat als dit heelal eenmaal instort het een ander heelal zal voortbrengen in een gebeurtenis die vergelijkbaar is met de Big Bang nadat een universele singulariteit is bereikt of een afstotende kwantumkracht een nieuwe uitdijing veroorzaakt.
In eenvoudige bewoordingen stelt deze theorie dat het heelal voortdurend de cyclus van een Big Bang zal herhalen, gevolgd door een Big Crunch.
Big SlurpEdit
Deze theorie stelt dat het heelal momenteel in een vals vacuüm bestaat en dat het elk moment een echt vacuüm zou kunnen worden.
Om de vals vacuümverval-theorie het beste te begrijpen, moet men eerst het Higgs-veld begrijpen dat het heelal doordringt. Net als een elektromagnetisch veld varieert het in sterkte, afhankelijk van zijn potentieel. Een echt vacuüm bestaat zolang het universum bestaat in zijn laagste energietoestand, in welk geval de vals vacuüm theorie irrelevant is. Maar als het vacuüm niet in zijn laagste energietoestand is (een vals vacuüm), kan het naar een lagere energietoestand tunnelen. Dit wordt vacuümverval genoemd. Dit heeft het potentieel om ons universum fundamenteel te veranderen; in gewaagdere scenario’s zouden zelfs de verschillende natuurkundige constanten andere waarden kunnen hebben, waardoor de fundamenten van materie, energie en ruimtetijd ernstig zouden worden aangetast. Het is ook mogelijk dat alle structuren onmiddellijk worden vernietigd, zonder enige waarschuwing vooraf.
Kosmische onzekerheidEdit
Elke mogelijkheid die tot nu toe is beschreven, is gebaseerd op een zeer eenvoudige vorm voor de toestandsvergelijking van donkere energie. Maar zoals de naam al aangeeft, is er nog maar weinig bekend over de fysica van donkere energie. Als de inflatietheorie juist is, heeft het heelal in de eerste momenten van de oerknal een episode doorgemaakt die gedomineerd werd door een andere vorm van donkere energie; maar de inflatie eindigde, wat wijst op een toestandsvergelijking die veel complexer is dan de tot nu toe aangenomen vergelijkingen voor de huidige donkere energie. Het is mogelijk dat de toestandsvergelijking van donkere energie opnieuw verandert, wat zou leiden tot een gebeurtenis met gevolgen die uiterst moeilijk te voorspellen of te parametriseren zijn. Aangezien de aard van donkere energie en donkere materie raadselachtig en zelfs hypothetisch blijft, zijn de mogelijkheden rond hun komende rol in het heelal momenteel onbekend. Geen van deze theoretische eindes voor het heelal is zeker.