THE CONVERSATION
Les dades suggereixen que ens dirigim a un final violent de l’univers
Posem a la coctelera un títol impactant, una pregunta ancestral i unes gotetes de física. Si ho agitem bé només ens faltarà degustar-ho. Però ¿ens deixarà un bon sabor de boca saber el destí de l’univers? Recollim aquí el testimoni de totes les persones que s’han preguntat això mateix des de l’antiguitat. No obstant, juguem amb avantatge: per fi podem donar respostes utilitzant ciència capdavantera i les prediccions suggereixen que podríem dirigir-nos a un final violent, un Big Rip o Gran Esquinç.
Les dades experimentals encaixen molt bé amb el Big Rip, apuntant que és molt probable que passi. La base és que l’univers conté prou energia fosca per anar «estirant-lo», expandint-lo d’una manera cada vegada més accelerada. Les galàxies s’aniran separant cada vegada més, i l’atracció gravitatòria anirà a poc a poc fent-se més insignificant fins que el seu efecte desaparegui. Els planetes i els satèl·lits perdran les seves òrbites i les estrelles es deslligaran de les galàxies. Llavors haurà arribat aquest Gran Esquinç de l’univers.
L’energia fosca expandeix acceleradament l’univers
Definitivament l’univers a gran escala s’està fent cada vegada més gran. En concret, el seu ritme d’expansió s’està accelerant. Les equacions d’Einstein indiquen que la causa és que està compost majoritàriament d’energia fosca, la qual produeix gravetat repulsiva. Però ¿podem afinar més?
Admetem humilment abans d’anar més enllà que els nostres models disfressen la nostra ignorància fent-la passar per saviesa. Imaginem l’energia fosca com un fluid descrit de manera molt elemental. Utilitzaríem per a això variables heretades de la termodinàmica.
D’una banda tindríem la pressió d’aquest fluid i, de l’altra, la seva densitat, és a dir, la quantitat d’energia per unitat de volum. Si només tinguéssim partícules amb velocitats petites, aquesta energia seria essencialment la de les seves masses. Així, en tindríem prou amb pensar en la gravitació a la manera de Newton, sense dependre d’Einstein. Però això no és possible perquè al nostre univers també hi ha partícules molt ràpides, com fotons i neutrins.
En vista d’això, plantegem llavors que l’univers és una sopa de diferents fluids amb les seves propietats diverses. Així, fem que les equacions d’Einstein ens parlin de les propietats que han de tenir els diferents fluids perquè es produeixi l’expansió accelerada. I no només això, ens indiquen en quines proporcions han d’estar aquests ingredients. A part dels fotons (neutrins i altres porqueries) tindrem matèria fosca al sector de components que produeixen gravitació atractiva. I entren en pugna amb l’energia fosca.
El ritme d’expansió podria fer-se infinit
El tipus d’energia fosca més intrigant és la constant cosmològica i representa un barrera molt singular. La hipòtesi de treball més usual per descriure qualsevol fluid dels esmentats és que la pressió i la densitat d’energia són proporcionals entre si.
Entretots
¡Però, compte! Si bé la densitat d’energia és sempre positiva, l’energia fosca té pressió negativa. De fet, ha de ser prou negativa. El número que governa la proporció de pressió davant densitat d’energia juga un paper crucial en les solucions de les equacions d’Einstein. Aquest paràmetre ens diu en primer lloc si l’univers s’expandeix acceleradament o no. Dit d’una altra manera, dicta si la pressió és prou negativa per produir la necessària repulsió.
Però una pressió encara més negativa podria donar lloc a un comportament dramàtic: el ritme d’expansió podria fer-se infinit de sobte. De fet, el mateix li passaria a la mateixa mida de l’univers (i al seu factor d’escala). I això tindria conseqüències catastròfiques, destruint totes les estructures conegudes. De fet, tot seria un disbarat sota aquestes condicions. I també el canvi del canvi es faria infinit sobtadament.
Hi ha evidències
La possibilitat que passi aquesta situació és bé coneguda des de la perspectiva teòrica. La sorpresa és que les dades experimentals semblen afavorir aquesta situació. Dit d’una altra manera, hi ha evidències que l’univers pugui acabar en un Big Rip.
Bé, convé fer un petit matís per esquivar les protestes d’alguns col·legues. Depenent de les fonts consultades, aquest escenari no és necessàriament el que l’estadística recolza amb més força. Però, curiosament, el consens apunta que l’actual rang d’incertesa sí que inclou el Big Rip entre els destins finals molt probables.
L’energia fosca fantasma és la culpable
El tipus d’energia fosca causant d’aquest final de festa violent es diu energia fosca fantasma. Per oferir-ne una miqueta més de detall cal recórrer a un sistema d’unitats escollit a l’efecte. Utilitzant-lo veiem que el Big Rip es produirà si en valor absolut la pressió supera la densitat d’energia. Si són iguals, estem davant un cas límit, precisament la famosa constant cosmològica. Aquest conegut tipus de fluid va ser introduït per Einstein. Paradoxalment, el seu objectiu era aconseguir un univers estàtic, sense expansió. El geni el va abandonar qualificant-lo com el més gran error de la seva vida a l’evidenciar Hubble l’expansió de l’univers.
Falten 130.000 milions d’anys per al Big Rip
Big RipPerò tornem al que importa. ¿Si l’univers es trencarà en mil trossos, de quines coses hem de deixar de preocupar-nos? ¿Respiraran alleujats els que encara contemplen continuar pagant hipoteca 20 anys més? Em temo que no soc portadora de bones notícies. El Gran Esquinç podria trigar a produir-se uns 130.000 milions d’anys. Això equival a 10 vegades l’edat actual de l’univers.
Aquesta estimació es basa a seleccionar un parell de valors dins les finestres estadísticament vàlides. En primer lloc posaríem que l’energia fosca representés un 70% del contingut de l’univers. I en segon lloc faríem la relació entre la pressió i la densitat d’energia tan sols un 10% més gran que per a la constant cosmològica. I amb això, ¡llest! Prediem un Big Rip que trigarà moltíssim temps a arribar.
Notícies relacionadesPer afinar més tot aquest panorama necessitem tenir observacions de l’univers a gran escala en més quantitat i qualitat. Sens dubte hi contribuiran les dades que ens aportaran els telescopis James Webb (en marxa) i Nancy Grace Roman (planificat), combinats amb els altres esforços internacionals. I potser el més interessant no sigui resoldre l’enigma del destí final de l’univers. Tampoc ho és l’oportunitat de resoldre altres dels quals no hem parlats. El veritablement apassionant seria la possibilitat que emergissin enigmes desconeguts. Perquè, com va dir el físic i premi Nobel Kip Thorne, «la resposta correcta és rares vegades tan important com la pregunta correcta».
Aquest article va ser publicat originalment a The Conversation. Llegiu l’original.
