A questão do destino do Universo é uma das questões fundamentais da cosmologia . Relaciona-se com o curso futuro da expansão do Universo .
Por muito tempo esteve focado na questão de saber se a expansão observada no presente continuaria indefinidamente, ou pararia para dar lugar a uma fase de contração que levasse ao Big Crunch , um colapso geral do Universo, analogicamente inverso do Big Bang . No início do XXI th século a primeira questão parece em grande parte resolvido, porque todas as observações indicam que a expansão não vai parar.
No entanto, o destino exato do Universo é provável que seja descrito por vários cenários bastante diferentes, que vão desde a morte térmica do Universo (em inglês Heat death , isto é, resfriamento indefinido resultante da expansão), a Big Rip , um catastrófico cenário onde o Universo é destruído em um tempo finito .
A descrição da evolução do Universo , como sistema físico, é feita pelos dados de um modelo cosmológico e pelo viés da teoria da relatividade geral . Isso é de fato capaz de descrever a evolução de um universo homogêneo e isotrópico , por meio das equações de Friedmann . Estes indicam o valor da taxa de expansão do Universo (cujo valor atual é a constante de Hubble ) em função da densidade de energia média do Universo, bem como uma de suas propriedades geométricas, sua curvatura espacial . Existem também certas propriedades das diferentes formas de matéria que preenchem o Universo, em particular sua pressão .
A equação que dita o valor da taxa de expansão do Universo, notada H , é uma das duas equações de Friedmann . Está escrito:
,onde c é a velocidade da luz , K / a 2 a curvatura espacial, G a constante gravitacional e ρ o conjunto de densidades de energia das diferentes formas de matéria que preenchem o universo. A curvatura espacial representa a forma geométrica do espaço:
A equação de Friedmann pode ser reescrita como:
.A expansão para por definição quando a taxa de expansão H é zero. Isso só pode acontecer se a curvatura espacial for positiva ou possivelmente se a densidade de energia total se tornar negativa. Sendo esta última suposição a priori pouco realista, apenas o caso de uma curvatura espacial positiva é provável que esteja na origem de uma parada da expansão do Universo. Porém, mesmo que a curvatura espacial seja positiva, não há necessariamente uma parada da expansão: é necessário que a densidade de energia total diminua com rapidez suficiente para que o lado direito da equação ci acima seja cancelado.
A expansão do Universo pode continuar indefinidamente. Nesse caso, o Universo se expandirá e esfriará, eventualmente se tornando muito frio para abrigar vida . Por essas razões, esse cenário às vezes é chamado de Grande Congelamento .
Se a energia escura - representada pela constante cosmológica , uma constante de energia que preenche homogeneamente o espaço, ou campos escalares (in) , como quintessência ou módulo , quantidades dinâmicas cuja densidade de energia pode variar no tempo e no espaço - acelera a expansão do universo , então o espaço entre os aglomerados de galáxias aumentará em uma taxa crescente. O desvio para o vermelho se expandirá e os fótons (mesmo os raios gama ) terão comprimentos de onda longos na chegada, tornando-se indetectáveis. As estrelas devem se formar normalmente por 10 12 a 10 14 (1 a 100 trilhões ) anos antes que o estoque de gás necessário para a formação de estrelas seja finalmente exaurido. As estrelas já formadas esgotarão seu combustível e deixarão de brilhar. O universo escurecerá lenta e inexoravelmente. De acordo com as teorias que prevêem a decadência do próton , os resíduos evolutivos estelares restantes irão desaparecer, deixando apenas os buracos negros , eventualmente desaparecendo por radiação Hawking . Em última análise, se o universo atinge um estado em que a temperatura se aproxima de um valor uniforme, nenhum trabalho posterior será possível, resultando na morte térmica do universo .
Um artigo publicado em janeiro de 2011 na revista Physical Review conclui que o tempo vai parar dentro de 5 bilhões de anos. Para chegar a essa conclusão, os pesquisadores estudaram as implicações da teoria da inflação eterna e a existência de multiverso associada a essa teoria.
O problema que resulta da existência de multiversos é que tudo o que pode acontecer acontecerá um número infinito de vezes. Não é possível calcular probabilidades com quantidades infinitas. Em uma loteria no multiverso, entre o número infinito de participantes, haverá um número infinito de vencedores. Como então concluir que ganhar na loteria é improvável? Para contornar esse problema e poder calcular probabilidades no multiverso, os físicos usam uma abordagem matemática chamada “ corte geométrico” , que permite calcular as probabilidades em uma porção finita do multiverso. Para os pesquisadores do estudo citado, o fato de ser necessário utilizar um corte geométrico para poder calcular as probabilidades dentro da teoria da inflação eterna significa que esse evento existe e irá ocorrer. Esses pesquisadores então estimaram a probabilidade de um evento importante acontecer.