Im Big Rip-Szenario: Wird es einen Gleichgewichtspunkt geben?

Phantomenergie ist etwas, das in gewisser Weise pathologisch erscheint. Die Chandra-Daten haben w = -0,98 + -0,07, und dennoch ist der Wert für den wichtigen Parameter aus den Daten von Reiss et al$w = −1.007 ± 0.081$. Die Daten sind nicht präzise genug, um Phantomenergie von direkter dunkler Energie auszuschließen$w~=~-1$. Man könnte sich das also ernsthaft überlegen, denn es könnte sich herausstellen, dass es so ist.

Der Skalenfaktor für die Entwicklung der Raumzeit, den ich hier in einem Newtonschen Rahmen ausarbeite Wie hat sich das Universum von "dunkler Materie dominiert" zu "dunkler Energie dominiert" verändert? in einem Newtonschen Kontext, ist

Der Fall$w~=~-1/3$ist die Küstenkosmologie und für kleinere$w$Es gibt eine exponentielle Expansion. Für$w~=~-1$dies ist der dunkle Energiezustand, und für kleinere haben wir Phantomenergie.

Dies hat den Effekt, dass die Vakuumenergie oder dunkle Energie erhöht wird, so dass sich die Vakuumenergie innerhalb einer endlichen Zeit der Planck-Energiedichte nähert und das Universum effektiv zu einer Singularität wird. Dieser große Riss tritt auf einmal auf$t~\simeq~t_0~-~(2/3)H_0^{-1}(1~-~\Omega_m)^{-1/2}$der Hubble-Parameter ist ungefähr$70km/sec-Mpc$. Wenn wir davon ausgehen, dass der Riess-Wert reell ist$w~=~-1.007$dann wird der große Riss herum auftreten$1.6\times 10^{12}$Jahre. Dies wäre ungefähr zu der Zeit, als die letzten Sterne erloschen sind.

Auch dies können wir uns bei einer Zunahme der kosmologischen Konstante vorstellen. Durch irgendeinen Mechanismus nimmt die Vakuumenergie zu und die kosmologische Konstante zu. Die kosmologische Konstante steigt um$\Lambda~\simeq~\Lambda_0(1~-~w)t$. Für die kosmologische Konstante$H^2~=~\Lambda/3c^2$ $=~8\pi G\rho/3$ist klar, dass die Vakuumenergie zunimmt und sich der kosmologische Horizontabstand verengt$r_h~=~\sqrt{3/\Lambda}$. Die Temperatur des Horizonts ist dann$T~=~(2\pi\hbar/k)\sqrt{\Lambda/3}$oder proportional zu$1/r_h$wie es einschnürt.

Die Frage des Gleichgewichts ähnelt dem Problem der schwarzen Quantenlöcher. Angesichts eines schwarzen Masselochs$M$es hat temperatur$T~=~1/8\pi M$. Angenommen, dies befindet sich in einer Welt mit derselben Hintergrundtemperatur. Wenn nun das Schwarze Loch ein Masse-Energie-Photon absorbiert$\delta m$dann bringt es durch die Zunahme der Masse des Schwarzen Lochs das Schwarze Loch auf eine kältere Temperatur und weg von diesem ausgeglichenen (nicht gleichgewichtigen) Zustand. Das Gegenteil bedeutet natürlich, wenn das Schwarze Loch ein Photon emittiert, ist es nicht heißer und strahlt Photonen nicht bevorzugt in den Hintergrund. Passiert etwas Ähnliches mit einer Big-Rip-Kosmologie?

Betrachten wir ein Schwarzes Loch in der de Sitter-Raumzeit. Das stationäre metrische Element$g_{tt}~=~1~-~2m/r~-~\lambda r^3/3$ist unten für verschiedene Werte der kosmologischen Konstante aufgetragen.

Das Lustige ist, dass die Horizonte des Schwarzen Lochs und der Kosmologie verschmelzen und die Metrik unter der horizontalen schwarzen Linie praktisch raumartig ist. Davor scheint sich der Horizont des Schwarzen Lochs nach außen zu bewegen, die Horizontfläche zu vergrößern und dadurch seine Temperatur zu verringern. Für$w~=~-1$Es gibt einen schönen Fall, wo die Energiedichte$\rho$und die „Arbeit“ durch Druck$pc$sind betragsmäßig gleich und haben entgegengesetztes Vorzeichen. Es gibt also keine Nettoenergie aus dunkler Energie oder dem Vakuum, das schwarze Löcher zu größerer Masse aufpumpt. Allerdings z$w~<~-1$Wir können uns vorstellen, dass das Schwarze Loch direkt aus dem Vakuum an Masse gewinnt, bis es eine Art Gleichgewichtszustand mit dem kosmologischen Horizont erreicht. Wenn sich der kosmologische Horizont jedoch verengt, ist dies nur ein vorübergehender Zustand.

Die Verengung des kosmologischen Horizonts bedeutet, dass die Temperatur zunimmt, und durch die Ausdehnung wird die Materie durch das Ziehen des Rahmens von ausgedehnten Objekten und aus dem Hintergrund erwärmt. Die Einschnürung wird jedoch nicht dadurch aufgehoben, dass Materie eine Temperaturgrenze erreicht, es sei denn, dies ist die Saiten-Hagedorn- oder Planck-Temperatur.