1.4. Всесвіт у майбутньому
Майбутнє Всесвіту визначається його геометрією та властивостями темної енергії.
Ми побачимо, що внесок просторової кривини в ефективну густину енергії обернено пропорційний до квадрата масштабного фактора. Тому для Всесвіту, що розширюється й має ненульову просторову кривину, настане момент, коли внесок кривини в енергію почне домінувати над внеском нерелятивістської матерії.
У перспективі конкуруватимуть внески просторової кривини та темної енергії. Якщо остання залежить від часу й у далекому майбутньому досить швидко відбудеться її релаксація до нуля, то для Всесвіту з додатною кривиною (замкнений Всесвіт) розширення почне поступово сповільнюватися, потім зміниться стисканням, і життя Всесвіту завершиться колапсом. Для Всесвіту з від’ємною кривиною (відкритий Всесвіт) розширення триватиме вічно, хоча його темп поступово сповільнюватиметься. Скупчення галактик дедалі далі «розлітатимуться» одне від одного. Така сама доля спіткає галактики, що не входять до складу скупчень. Усі гравітаційно не зв’язані структури зникнуть. Аналогічно виглядає доля просторово плоского Всесвіту з нульовою темною енергією (щоправда, розширення в цьому випадку відбуватиметься повільніше).
Якщо ж темна енергія не залежить від часу (як це має місце для енергії вакууму. Ми не обговорюємо тут можливості фазового переходу у Всесвіті, який міг би змінити баланс між різними складовими повної енергії й у такий спосіб вплинути на всю подальшу космологічну еволюцію.), або ця залежність слабка, то саме темна енергія й визначатиме майбутнє. Додатна енергія вакууму приведе до Всесвіту, що експоненційно роздувається; Всесвіт вічно розширюватиметься зі сталим прискоренням.
Не виключена й можливість того, що густина темної енергії в далекому майбутньому стане від’ємною та сталою в часі. У цьому випадку від’ємна темна енергія спочатку спричинить сповільнення розширення Всесвіту, а потім і стискання — еволюція завершиться колапсом.
Якщо для інтерпретації сучасних експериментальних даних використовувати найпростіші космологічні моделі, то цілком імовірною перспективою є сценарій Всесвіту, що експоненційно розширюється. Справді, внесок кривини в ефективну густину енергії вже зараз не перевищує 2 %, причому він зменшується зі зростанням масштабного фактора. Основну роль відіграє темна енергія, і якщо її внесок сталий у часі, то він і підтримуватиме експоненційне розширення. Всесвіт існуватиме вічно.
Наголосимо, що впевнено передбачити долю Всесвіту в далекому майбутньому лише на підставі космологічних спостережень принципово неможливо. Ці спостереження дають змогу, взагалі кажучи, з’ясувати залежність (або незалежність) темної енергії від часу в минулому, і на їхній підставі щодо поведінки темної енергії в майбутньому можна будувати лише більш чи менш правдоподібні гіпотези. Для передбачення далекого майбутнього Всесвіту необхідне знання природи темної енергії (або, у ширшому контексті, природи прискореного розширення Всесвіту в сучасну епоху). Чи можна отримати таке знання, і якщо так, то яким шляхом, сьогодні сказати важко.
У літературі обговорюється й можливість того, що ефективна густина темної енергії в майбутньому зростатиме. Якщо це зростання буде досить швидким, то на Всесвіт чекає «великий розрив» (Big Rip): за скінченний час масштабний фактор стане нескінченним, взаємодій між частинками (навіть електромагнітних і сильних) буде недостатньо для утримання їх у зв’язаному стані, і всі зв’язані системи, включно з атомами та ядрами, розпадуться на свої складові, які розлетяться на нескінченну відстань одна від одної.
Водночас сьогодні можна досить упевнено екстраполювати еволюцію Всесвіту на найближчі 10-20 мільярдів років. Протягом цього часу Всесвіт розширюватиметься, причому темп його розширення буде порівнянним із сучасним.