Der
Big Rip ist in der
Kosmologie neben dem
Big Crunch und dem
Big Chill(ewige
Expansion, auch als
Big Freeze oder
Big Whimper bezeichnet) ein drittes
hypothetisches Ende des
Universums. Das Szenario des Big Rip geht von einer immer stärker zunehmenden und schließlich extrem ansteigenden Entstehung neuen Raumes aus, so dass sich
alle Objekte immer schneller voneinander entfernen und nicht mehr in Wechselwirkung treten können. Dieses finale „Zerreißen“ wird als „Knall“ bezeichnet, weil man annimmt, dass die Geschwindigkeit der Raumentstehung ab einem bestimmten Punkt
explosionsartig divergiert. Die Explosion erfolgt „in den Raum hinein“.
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Modelle[Bearbeiten]
Nach dem Modell von
Robert Caldwell (
Dartmouth College,
New Hampshire) aus dem Jahre 2003 würde eine
kontinuierliche Expansion des Universums in sich selbst unter Umständen nicht ewig dauern, sondern könnte instabil werden und zu einem
Big Rip entarten. Dieses Modell geht davon aus, dass die hypothetische
dunkle Energie für die Raumentstehung verantwortlich ist und alle
Materie progressiv
beschleunigt. Ihre Gegenkraft, die
Gravitation, kann die Strukturen nur zusammenhalten, solange sie die Wirkung der dunklen Energie übertrifft. Je mehr dunkle Energie entsteht, desto schwächer wird der Einfluss konventioneller Massen.
Die Autoren dieses Modells erhalten folgende Formel für die Zeit vom jetzigen Zeitpunkt
bis zum Zeitpunkt
der explosionsartigen Divergenz:
Dabei ist
- ein Maß für die Expansionsstärke infolge der Dunkelenergie; in der Arbeit wird ein Beispiel mit durchgerechnet.
- die Hubble-Konstante
- der reduzierte Wert für die gegenwärtige Materiedichte im Universum.
Die Ursachen der Raumausdehnung sind jedoch bis heute nicht verstanden. Ob dieses Szenario eintreten kann, hängt davon ab,
- ob sich die Raumausdehnung (Neuentstehung von Raum) überhaupt beschleunigt
- ob sie exponentiell verläuft und
- ob oder wo sie eine obere Grenze findet.
Diese Grenze kann z.B. durch die Dichte der Dunklen Energie gesetzt sein, die die Raumausdehnung erzeugt, sofern sie ebenfalls
mit ausdünnt. Der Big Rip könnte demnach auch als eine weitere, zeitlich begrenzte
inflationäre Phase ablaufen, die sich wieder in eine konventionelle Raumausdehung rückbildet, so dass kleinere masseführende Strukturen wie Sterne, Planeten oder Atome doch nicht „zerrissen“ werden.
Der mögliche Zeitpunkt für einen solchen „Endknall“ wurde zunächst einfach exponentiell hochgerechnet und in 22 Milliarden Jahren prognostiziert. Ausgangspunkt dieser Überlegung war die Beobachtung der bisher entferntesten
Supernova-Explosion mit dem
Hubble-Weltraumteleskop im Jahre 2001. Diese Daten legten zunächst die Vermutung nahe, die Expansionsrate des
Kosmos sei in der Vergangenheit
langsamer gewesen und beschleunige sich daher. Ursache der Beschleunigung sei die anwachsende Phantom-
Energiedichte – die wohl bizarrste Form der Dunklen Energie. Ihre Dichte könne in endlicher Zeit über alle Maßen anwachsen.
Neuere Messdaten des Hubble-Teleskops (Riess et al. 2004 und 2006) belegen jedoch, dass die Dunkle Energie auf den betrachteten kosmologischen Distanzen kaum variierte. Dies lässt den Schluss zu, dass sich diese Energie – wenn überhaupt – nur sehr langsam ändert. Der Big Rip wird nunmehr eher in dem Zeitraum zwischen 30 und 50 Milliarden Jahren in der Zukunft angenommen. Im Vergleich zu den Zeiträumen, die für den
entropischen Wärmetod des Universums (Big Chill) veranschlagt werden, liegt dies jedoch in nächster Zukunft, in der noch genug konventionelle Materie, Sterne und Galaxien vorhanden sein werden, um Zeitzeugen und potentielle Beobachter beherbergen zu können.
Unwahrscheinlich sind Annahmen, dass sich derartige zerreißende Ereignisse lokal ereignen könnten, weil das Universum auf großen Skalen homogen ist und somit auch die zur Entstehung von neuem Raum führenden Prozesse überall gleichmäßig ablaufen dürften. Unter der Annahme, dass Dunkle Energie (oder ihre exotischen Spezialformen) für die Raumausdehnung verantwortlich ist, könnte die Explosion aber in Gebieten, in denen die Bedingungen zur Entstehung dunkler Energie günstig waren, eher anlaufen, darauf begrenzt bleiben oder vorerst nicht auf das restliche Universum übergreifen. Es wäre denkbar, dass vorerst nur einzelne Galaxien oder
Galaxienhaufen betroffen sind. Dort, wo sie sich befinden, wäre „mehr Raum“ enthalten als geometrisch zu erwarten, d. h., der Umfang dieser Gebiete wäre kleiner als ihr Durchmesser mal
π.
Weil
Lichtquanten einen sich explosionsartig neu bildenden lokalen Raum nicht schneller als mit
Lichtgeschwindigkeit durchqueren und daher nicht verlassen können, wären lokal ablaufende Rips nicht direkt beobachtbar. Sofern sich das Phänomen aber nicht unbegrenzt schnell in die Umgebung fortpflanzt und Licht entkommen kann, könnte ein solches Ereignis unter Umständen durch die
Rotverschiebung beobachtet werden. Bei raschem, ständigem Absinken der Dichte und steigendem Innendurchmesser würden von diesen Gebieten auch keine
Gravitationswellen mehr ausgehen können.
Alternativen[Bearbeiten]
Der
Big Crunch gilt nach den neuesten Daten als eher unwahrscheinliches Szenario. Ob letztlich eine der Theorien zur ewig unbeschleunigten Expansion (
Big Chill) oder doch eher der Big Rip das Rennen um die Zukunft unseres Universum machen wird, kann derzeit noch nicht genau genug abgeschätzt werden.
Der Unterschied zwischen Big Rip und Big Chill besteht darin, dass beim Big Chill die kosmischen Massen zunächst kompakt bleiben und sich in sehr langer, aber endlicher Zeit in Strahlung umwandeln. Je nach Hochrechnung geht man davon aus, dass bei einem Alter zwischen 10150 und 101000 Jahren der endgültige
Wärmetod eintritt, d. h. alle
Protonen zerfallen und jegliche Strahlung soweit ausgedünnt ist, dass ein
falsches Vakuum bei 0 K vorliegt. Der Big Rip würde diesen Zustand in wesentlich kürzerer Zeit und schlagartig herbeiführen und auch kombinierte Teilchen mit unendlich großer
Halbwertszeit zerreißen, die hypothetisch existieren könnten und dann auch in einem ewig expandierenden Universum vereinzelt vorkommen. Vermutlich wären auch supermassive Objekte wie
Quasare oder noch größere kosmische Schwarze Löcher, die im Big Chill zwischen 1040 bis 10100 Jahre überdauern könnten, bei einem Big Rip sofort verschwunden.