Wie kann das beobachtbare Universum in einem Big Rip schrumpfen?

Soweit ich weiß, tritt der Big Rip auf, wenn der Skalierungsfaktor in einer endlichen Zeit unendlich wird. Dies wird nur in einem von Phantomenergie dominierten Universum passieren (dh einem Universum mit einer Zustandsgleichung von < − 1 ). Allerdings laut Wikipedia

Ein Universum, das von Phantomenergie dominiert wird, ist ein sich beschleunigendes Universum, das sich mit immer größerer Geschwindigkeit ausdehnt. Dies impliziert jedoch, dass die Größe des beobachtbaren Universums kontinuierlich schrumpft; die Entfernung zum Rand des beobachtbaren Universums, der sich mit Lichtgeschwindigkeit von jedem Punkt entfernt, rückt immer näher. Wenn die Größe des beobachtbaren Universums kleiner wird als irgendeine bestimmte Struktur, kann zwischen den entferntesten Teilen der Struktur keine Wechselwirkung durch irgendeine der fundamentalen Kräfte stattfinden. Wenn diese Wechselwirkungen unmöglich werden, wird die Struktur "auseinander gerissen".

Auf Wikipedia gibt es ein "[why]"-Tag, das darauf hinweist, dass dies nicht sehr gut erklärt wurde.

Dies wirft zwei Fragen auf. Warum sollte das beobachtbare Universum in einem von Phantomenergie dominierten Universum nicht weiter wachsen und sich dem kosmischen Ereignishorizont nähern? Schließlich ist seine Bewegungsdistanz gerecht ∫ 0 t d t a ( t ) , sollte es also nicht einfach monoton zunehmen?

Noch verwirrender ist, dass Wikipedia angedeutet hat, dass der Big Rip auftritt, wenn der Radius des beobachtbaren Universums unglaublich klein wird und die fundamentalen Kräfte keine Struktur mehr zusammenhalten können, anstatt wenn der Skalierungsfaktor unendlich wird. Gehe ich recht in der Annahme, dass dies getrennte Ereignisse sind, oder treten sie gleichzeitig auf?

Seufz ... eine Ablehnung ohne Erklärung? Welcher Teil dieser Frage war unklar?
Es kann sein, dass jemand "großen Riss" gesehen und angenommen hat, dass es eine schlechte Frage war. Ich denke, Sie haben eine solide Frage gestellt, und ich stimme Ihrer Schlussfolgerung zu, dass dies zwei getrennte Ereignisse sind und der Wiki-Artikel wahrscheinlich fehlerhaft ist. Ihre Frage hat mich dazu gebracht, darüber nachzudenken und zu lesen - also, Daumen hoch dafür, obwohl ich den großen Riss im Allgemeinen eher für einen Boogeyman des Wissenschaftskanals als für echte Wissenschaft halte, aber es steckt echte Mathematik dahinter und darauf haben Sie sich konzentriert in deiner frage. Vielleicht versuchen Sie es mit dem Physik-Board, einige Antworten gibt es bereits: physical.stackexchange.com/search?q=big+rip
@userLTK Danke! Ich bin mir jedoch nicht sicher, was Sie mit "Boogeyman des Wissenschaftskanals" meinen, da es tatsächlich ein wirklich interessantes (und kompliziertes) kosmologisches Modell ist und immer noch eine Möglichkeit für unser eigenes Universum darstellt.
Es ist etwas, worüber einige Wissenschaftssendungen gerne mit ominöser Musik im Hintergrund sprechen, weil es „beängstigend“ ist und ein gutes Ende für eine 60-minütige Sendung darstellt. Gammastrahlenausbrüche, die unseren Planeten verdampfen, sind eine weitere Sache, die sie mögen. Nicht der Kanal selbst, nur einige der "Universum"-Shows auf dem Kanal.

Antworten (1)

Ich fand die Antwort darauf eigentlich sehr interessant und (zumindest für mich) überraschend – es ist nicht nur der Lichtkegel, der schrumpft, sondern auch der kosmische Ereignishorizont! Um dies zu erklären, betrachten wir zunächst ein de Sitter-Universum. Der Skalierungsfaktor a eines de Sitter-Universums kann als Funktion der Zeit ausgedrückt werden mit:

a ( t ) = e k t

wo k eine gewisse Konstante ist, abhängig von den Besonderheiten unseres Universums (in einem de Sitter-Universum k = H , der Hubble-Parameter). Ein von Phantomenergie dominiertes Universum ist einem de Sitter-Universum eigentlich ziemlich ähnlich, aber die Expansionsrate wird exponentiell schneller. Also in einem Big Rip-Universum k ist zeitabhängig ( k ˙ > 0 ), sodass der Skalierungsfaktor geschrieben werden kann als:

a ( t ) = e k ( t ) t

Warum ist das relevant? Nun, die mitbewegte Entfernung zum Ereignishorizont ist tatsächlich umgekehrt proportional zu a und k :

d e h ( t ) ∝ 1 a ( t ) k ( t )

In einem de Sitter-Universum (und unserem eigenen Universum, vorausgesetzt w = − 1 ), k gleich der Hubble-Konstante ist, so dass die Entfernung des Ereignishorizonts konstant bleibt (in einem de Sitter-Universum die H ˙ = 0 weil der Verzögerungsparameter q = − 1 ). In einem Rip-Universum, k ist zeitabhängig; als k nimmt zu, nimmt der Abstand zum Horizont ab.

Aus dieser Formel können wir ersehen, dass die Entfernung des Ereignishorizonts umgekehrt proportional zum Skalierungsfaktor ist; also wenn a ( t ) Unendlich erreicht, wird die Entfernung des Ereignishorizonts Null erreichen. Das bedeutet, dass der Big Rip entweder als der Maßstabsfaktor definiert werden kann, der unendlich erreicht, oder als der Durchmesser des beobachtbaren Universums, der Null erreicht – diese beiden Ereignisse finden gleichzeitig statt.

In diesem Fall scheint der Rand des "beobachtbaren Universums" als Ereignishorizont definiert zu sein, aber ich habe gelesen, dass der Rand des beobachtbaren Universums tatsächlich der Teilchenhorizont ist. Haben Sie etwas dagegen, das zu klären?
Wie kann das beobachtbare Universum in einem Big Rip schrumpfen?
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