Jak skończy się wszechświat? W tej chwili kosmolodzy mają dwa równie niepokojące scenariusze nakreślone dla długoterminowego losu Wszechświata. Z drugiej strony ekspansja Wszechświata może trwać w nieskończoność dzięki przyspieszeniu ciemnej energii. Stoimy w obliczu zimnej, samotnej przyszłości, gdy inne galaktyki znikną w oddali. Moim dzisiejszym gościem jest Eric Linder z Lawrence Berkeley National Laboratory i proponuje eksperymenty, które mogłyby pomóc nam dowiedzieć się, który z tych dwóch losów nas czeka.
Posłuchaj wywiadu: The Fate of the Universe (6.2 MB)
Lub subskrybuj podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Czy potrafisz określić dwa losy, które mogą oczekiwać na nasz Wszechświat?
Eric Linder: Cóż, nasze wyobrażenie o tym, jaki jest los Wszechświata, zmieniło się diametralnie w ciągu ostatnich 5-10 lat. Kiedyś uważaliśmy, że to dość proste, to tylko kwestia ilości treści we Wszechświecie, ile materii. Gdyby było wystarczająco dużo materii, wówczas przyciąganie grawitacyjne spowodowałoby spowolnienie Wszechświata w jego obecnej ekspansji i zasadniczo zawaliłoby się, a my mielibyśmy coś, co niektórzy nazywają Wielkim Chrupnięciem, aby zakończyć nasz Wszechświat. A gdyby nie było wystarczającej ilości materii, grawitacja nie byłaby wystarczająca, aby spowolnić obecną ekspansję, a ona stawałaby się coraz bardziej rozproszona - zimniejsze i bardziej samotne miejsce do życia. W 1998 r. Te dwie grupy naukowców odkryły bardzo dziwne zdarzenie, że ekspansja Wszechświata nie zwalnia ani gwałtownie, ani nawet stopniowo, pod wpływem grawitacji materii we Wszechświecie, ale raczej przyspiesza. To przyspieszało. Tak jakby rzucić baseball w powietrze, wiesz, że w końcu zwolni, osiągnie szczyt i zwykle zejdzie na Ziemię. Jeśli rzucisz go wystarczająco mocno, odleci na orbitę. Ale tutaj Wszechświat rzucił baseball w powietrze, a teraz, gdy baseball przyspiesza coraz szybciej. To całkowicie zaskoczyło naukowców i było całkowicie sprzeczne z naszymi oczekiwaniami. Zgodnie z tym nowym obrazem los Wszechświata wydaje się polegać na tym, że po prostu rozszerzy się na zawsze i stanie się zimniejszy, bardziej rozproszony, atomy będą się coraz bardziej rozprzestrzeniać, odległość między galaktykami wzrośnie. Będziemy mieli ten los Wszechświata, który czasami nazywa się „Śmiercią Upałów”, gdzie wszystko staje się bardzo zimne, nieruchome i odizolowane od siebie.
Ale to zależy od tego, co powoduje to przyspieszenie. To wielka tajemnica. Możliwe, że fizyka dająca nam to przyspieszenie nagle odejdzie, w takim przypadku wrócilibyśmy do wcześniejszego obrazu, w którym Wszechświat mógłby się zawalić. Lub może zrobić coś zupełnie dziwnego i nie wiemy. To wielkie pytanie, które chcemy poznać. Jaki jest los Wszechświata, ale próbuje dowiedzieć się, jaka jest fizyka w tym przyspieszeniu.
Fraser: Dlaczego jak dotąd nie udzielono odpowiedzi na to pytanie? Czy nie przyjrzeliśmy się wystarczająco supernowym?
Linder: Tak, jak powiedziałem, przyspieszenie tego rozszerzenia odkryto dopiero w 1998 roku. A ludzie nie siedzieli na rękach, próbowali odpowiedzieć na to pytanie z pasją. Zdobywając więcej supernowych, możemy użyć tych eksplodujących gwiazd w rodzaju fajerwerków we Wszechświecie. Jeśli wiemy, że fajerwerki zawsze wybuchają z tą samą energią, z taką samą jasnością, możemy stwierdzić, jak daleko są od tego, jak jasne są nam dzisiaj. Dlatego potrzebujemy więcej tych supernowych i potrzebujemy coraz bardziej odległych, abyśmy mogli zmapować historię Wszechświata; ekspansja Wszechświata w dłuższym okresie czasu. I ludzie stopniowo to robią. Trwają bardzo duże projekty z teleskopami na ziemi, które próbują uzyskać coś, co było zaledwie dziesiątkami supernowych, teraz staramy się uzyskać setki supernowych. Ale ostatecznie, aby naprawdę odpowiedzieć na te fundamentalne pytania, będziemy potrzebować tysięcy supernowych w dużych odległościach. Aby to osiągnąć, będziemy potrzebować obserwacji z kosmosu, dlatego obecnie mamy jeden teleskop kosmiczny - Kosmiczny Teleskop Hubble'a - odpowiedni do tego rodzaju obserwacji, i robi świetną robotę. Widzi najbardziej odległe supernowe, które dotąd odkryliśmy; około 10 miliardów lat w historii kosmosu, ale widzi je tylko jeden po drugim. A zatem naukowcy zaproponowali, abyśmy zbudowali nowe obserwatorium kosmiczne, nowy teleskop w kosmosie, zwany SNAP (Supernova Acceleration Probe), i będzie w stanie uzyskać tysiące supernowych bardzo skutecznie, bardzo szybko, widząc je wyjątkowo słabo i bardzo głęboki. I to naprawdę pobudziło wyobraźnię społeczności naukowej. Istnieje wiele zaleceń od National Academy of Sciences, z różnych organizacji zawodowych, że pewnego rodzaju takie obserwatorium kosmiczne odkryje: co to za tajemnicza fizyka powoduje zupełnie niezwykłe przyspieszenie, które działa przeciwnie do grawitacji? Jest więc prawie jak odpychająca wersja grawitacji, która naprawdę przepisze wszystkie podręczniki fizyki. Dlatego wiele osób uważa, że naprawdę musimy iść naprzód z tymi obserwacjami, bardziej precyzyjnymi obserwacjami i wieloma innymi obserwacjami, o których mówiłeś. Musimy tylko poprawić dane, które już mamy, a technologia jest wystarczająco dobra, abyśmy mogli to zrobić. To po prostu wymaga od nas usiąść i zbudować rzecz, uruchomić ją i spróbować znaleźć te odpowiedzi.
Fraser: Teraz słyszałem sporo sugestii dotyczących tego, czym może być ta ciemna energia. Jakiego rodzaju rzeczy szukałbyś w swoich obserwacjach, które mogłyby odwzorować niektóre z przedstawionych teorii?
Linder: Więc dziadek wszystkich koncepcji ciemnej energii został wysunięty przez Alberta Einsteina już w 1917 roku, co nazwał stałą kosmologiczną. I wtedy nie było to zgodne z obserwacjami, więc na jakiś czas przeszło na emeryturę. Co kilka dziesięcioleci naukowcy przywoływali to z powrotem, mówiąc: cóż, może to wyjaśnia niektóre inne poczynione przez nas obserwacje. A potem wraca na emeryturę, ponieważ tak naprawdę nie pasuje. Ale teraz wydaje się, że nadszedł czas, aby przywrócić tę 90-letnią koncepcję Einsteina, ponieważ może on przyspieszyć ekspansję Wszechświata. To bardzo prosty obraz tego, jak można uzyskać to przyspieszenie, ale nie rozwiązuje wszystkiego. Jest kilka bardzo zagadkowych aspektów. Pomyślałbyś, gdybyś wykonał jakieś naiwne obliczenia, że powinien on przyspieszyć Wszechświat, ale powinien był zacząć przyspieszać Wszechświat już od pierwszej chwili, i nie mielibyśmy Wszechświata, który widzimy dzisiaj, gdyby to się stało . W rzeczywistości nie bylibyśmy w stanie uzyskać gwiazd i galaktyk oraz struktury, którą widzimy we Wszechświecie. I dlatego z jakiegoś powodu musi być znacznie słabszy, niż uważamy za jego naturalną wartość. Możliwe, że to jest odpowiedź, ale nie rozumiemy, dlaczego jest tak słaba w stosunku do tego, co naszym zdaniem powinno być. Aby obejść ten problem, ludzie wymyślają te inne idee, ideę kwintesencji lub piątej substancji wszechświata, w której działa ona jak stała kosmologiczna, ale zmienia się w czasie, a więc może zacząć od bardzo słabego i teraz może dominować ekspansja Wszechświata. I to jest atrakcyjny pomysł, ale nikt tak naprawdę nie ma pierwszego, podstawowego pomysłu, jak sprawić, by działał dokładnie. W tej chwili jest to koncepcja, ale nie opracowano szczegółów, w jaki sposób wynika ona z fizyki. To kolejna rzecz, którą możemy być bardzo zainteresowani. Inną możliwością jest sposób, w jaki analizowaliśmy dane, mówiąc, że grawitacja jest atrakcyjną siłą, podaną przez Teorię ogólnej teorii względności Einsteina. Może coś tam się psuje. Być może to, co widzimy, to załamanie teorii grawitacji w jej rozumieniu. Ludzie wpadli na pomysły, które obejmują na przykład dodatkowe wymiary. Zamiast tylko trzech wymiarów w przestrzeni, może istnieć kilka dodatkowych wymiarów w przestrzeni, a grawitacja stopniowo przenika do tego dodatkowego wymiaru w przestrzeni, co powoduje, że jest on słabszy i działa w przeciwieństwie do grawitacji i przyspiesza . Mamy więc wszystkie te niezwykle ekscytujące możliwości zmiany fizyki i nie wiemy, które to są. Potrzebujemy więc tych bardzo szczegółowych obserwacji mapowania ekspansji Wszechświata, na przykład poprzez supernowe, te wybuchające gwiazdy - i są też inne metody - aby naprawdę spróbować i zdecydować, w jaki sposób przepiszemy podręczniki fizyki ; w jakim kierunku musimy zacząć wymazywać i pisać nowe rzeczy. To jest niezwykle ekscytujące dla naukowców, którzy mają przed sobą zagadki.
Fraser: Kiedy planowane są misje? Kiedy powinny działać?
Linder: NASA i Departament Energii Stanów Zjednoczonych uzgodniły, że będą współpracować nad wprowadzeniem misji na orbitę. Jego ogólna nazwa to Wspólna Misja Ciemnej Energii. Obecnie trwają badania nad tym, jak zaprojektować taki teleskop kosmiczny. Mamy nadzieję, że jeśli wystarczająco dużo opinii publicznej wykaże duże zainteresowanie, a stowarzyszenia zawodowe - takie jak National Academies of Sciences, które zaleciły taką misję. Jeśli nadal będą to wspierać, mamy nadzieję, że możemy iść naprzód i wprowadzić go w życie w ciągu około 6-7 lat. Jest więc bardzo możliwe, że uczniowie w szkole poznają teraz odpowiedzi na pytania za 6-7 lat, że żaden profesjonalny naukowiec nie ma najmniejszego pojęcia, jaka jest odpowiedź. Dlatego zawsze bardzo ekscytujące jest to, że można powiedzieć uczniom i publiczności: za 6-7 lat będziesz wiedzieć, że nie mamy pojęcia, jaka jest teraz odpowiedź. Będziesz mądrzejszy za 6 lub 7 lat niż my teraz. To naprawdę ekscytujące przedsięwzięcie.
Fraser: A gdybyś miał swoją drogę, czy byłaby to ognista gorąca śmierć, czy zimna, lodowata śmierć?
Linder: Myślę, że najważniejsze, że chciałbym, aby było daleko. Wiemy więc, że koniec Wszechświata nie potrwa co najmniej 10 miliardów lat - mniej więcej tyle, ile czasu spędziliśmy już we Wszechświecie - więc nie ma się czym przejmować z dnia na dzień, ale ja nie wiem, co byłoby najlepszym rozwiązaniem. Można argumentować, że coś w rodzaju obalenia teorii grawitacji Einsteina i zupełnie nowych ram fizyki oraz nowego terytorium do odkrycia. To może być najbardziej ekscytujący wynik, w którym możesz mieć wiele różnych możliwości. Ale jak wspominasz, los Wszechświata, który naprawdę porywa naszą wyobraźnię, od naukowców po dzieci w wieku szkolnym.
