„Нашите съзерцания на космоса ни вълнуват,“ каза веднъж покойният астроном Карл Сейгън. „Има изтръпване в гръбначния стълб, улавяне в гласа, слабо усещане, сякаш далечен спомен от падане от голяма височина.” Ако от размисъла за Вселената те побиват тръпки, мисълта за нейния край може да те накара трус.
В новата си книга, Краят на всичко: (Астрофизически казано), теоретичният астрофизик д-р Кейти Мак започва с Големия взрив - теорията за това как е възникнала Вселената. Началото му може да каже много на космолози като нея за неизбежния му край. Тя весело превежда читателите през пет астрофизични апокалипсиса: голямото схрускване, топлинната смърт, голямото разкъсване, разпадането на вакуума и голямото отскачане. За да ви предпази от засядане в кварк-глуонната плазма (не се притеснявайте, тя го обяснява), Мак поддържа всичко достъпно и разговорно. Много по-забавно е, отколкото бихте очаквали книга за края на Вселената. Не позволявайте на екзистенциалния страх от края на вселената да ви съблазни, сякаш казва тя.
Препоръчани видеоклипове
Говорихме с Мак за тъмната енергия срещу тъмната материя, как телескопите ни позволяват буквално да погледнем в миналото и странността на космоса.
Свързани
- Нобелова награда, присъдена на физици, променили нашето разбиране за космоса
- Машината за виртуална вселена моделира галактики, за да научи за тъмната материя
(Този разговор е леко редактиран за яснота.)
Digital Trends: Какво ви подтикна да напишете тази книга?
Мак: През годините съм изучавал много различни неща в областта, като цяло, на космологията. И така, космологията обхваща, разбирате ли, вселената като цяло и нейните компоненти и нейната еволюция. Работил съм върху ранната вселена. Работил съм върху тъмната материя, черните дупки, еволюцията на галактиките и всички тези неща. И напоследък много се интересувам от края на Вселената. и така се появи тази книга.
Вашата книга предлага много достъпно обяснение за това как можем да наблюдаваме Големия взрив. Можете ли да ни преведете през това?
И така, идеята е, че ако вселената в момента се разширява - което наблюдаваме, виждаме галактики като се отдалечават един от друг — тогава е логично, че в миналото Вселената е била повече компресиран. Така всичко беше по-близо едно до друго. И можете да наберете това разширение обратно и да стигнете до момент, в който всичко е някак едно върху друго.
И така, докато Вселената се разширява, тя става по-хладна, материята става по-дифузна, енергията става по-дифузна. В миналото трябва да е било по-горещо и по-плътно и в известен смисъл по-малко от днес. Така че това е основно теорията за Големия взрив. Това е най-опростеното твърдение на теорията за Големия взрив, само че Вселената е била по-гореща, по-малка и по-плътна в миналото.
И ако това е така, тогава също така е логично, че ако погледнете достатъчно далеч, вие гледате все по-далеч и по-назад във времето, поради времето, необходимо на светлината, за да стигне до вас. И така би трябвало да можете да стигнете до точка, в която, ако вселената наистина е била гореща и плътна навсякъде - ако Големият взрив е нещо, което се е случило в целия космос - тогава вие трябва да могат да видят части от вселената, които са толкова далеч, че все още са в това горещо, плътно състояние, че все още са в последните етапи на този вид първично огнено кълбо съществуване.
И за да стигнете до там, трябва да приемете, че Вселената е голяма и винаги е била разширено нещо, в което вярваме. Смятаме, че Големият взрив е нещо, което се е случило навсякъде. Няма единична начална точка. И така, ако следвате това разсъждение, тогава трябва да има фонова светлина. Трябва да има светлина, идваща към нас от всички посоки, от най-далечните краища, най-далечните, които можем да видим. Трябва да има светлина, която е останалата светлина от окончателното охлаждане на това огнено състояние на космоса.
Книгата изследва пет възможни начина, по които вселената може да свърши. Защо има толкова много различни начини?
Е, това се свежда до няколко неща. Едната е, че не разбираме напълно какво кара Вселената да се разширява по начина, по който е в момента. Имаше време, когато си мислехме, че ще бъде доста просто, защото имахме добра теория на гравитацията, общата теория на относителността и можехме да измерим скоростта на разширяване на Вселената и знаехме как всички неща във Вселената трябва да забавят разширение. И тогава беше просто въпрос на намиране на баланса между разширяването и гравитацията.
Така че, ако разширяването беше твърде бързо за цялата гравитация, то нямаше да го забави достатъчно и щеше да се разширява завинаги. И ако разширяването не беше достатъчно бързо или ако имаше твърде много гравитация, тогава гравитацията щеше да победи, да забави разширяването, да го спре и щяхме да имаме повторно колапс - голямата криза. И така за известно време това бяха единствените варианти, които имаха някакъв смисъл.
Едната е, че не разбираме напълно какво кара Вселената да се разширява по начина, по който е в момента.
Но тогава, когато беше открито, че вселената действително се ускорява в разширяването си, трябваше да добавим нов компонент към вселената. Трябваше да преразгледаме нашето разбиране и да вложим това нещо, наречено тъмна енергия. А тъмната енергия е нещо, което кара вселената да се разширява по-бързо. Но тъй като всъщност не разбираме тъмната енергия, не можем да кажем с голяма сигурност, че натам вървят нещата. Ето защо неща като голямото разкъсване или голямото схрусване все още са на масата и топлинната смърт е тази, към която изглежда се насочваме.
И тогава двете странни идеи, вакуумният разпад и подскачащите космологии, идват от факта, че има много неща, които все още се опитваме да разберем за много ранната вселена и физиката на частиците. Така че подскачащата космология произтича от идеята, че може би най-доброто ни предположение за най-ранната вселена, тази инфлационна фаза, може би това не е цялата история. Може би това не се е случило. Може би е имало някаква друга еволюция в много ранната вселена, която е довела до условията, които виждаме днес. И ако това е вярно, тогава някои от тези идеи могат да доведат до тези по-странни циклични космологии.
И тогава идеята за разпадане на вакуума наистина произтича от факта, че познанията ни по физиката на елементарните частици са непълни и сегашното най-добро разбиране на нашите знанията по физиката на частиците предполагат, че начинът, по който работи физиката на частиците в момента, просто не е напълно стабилен, което оставя Вселената уязвима към този разпад процес. Така че, ако разберем по-добре физиката на частиците, ако разберем по-добре много, много ранните части на Вселената, тогава ще можем да кажем нещо за тези два модела. Но засега не можем нито да ги изключим, нито да кажем със сигурност, че те са начинът, по който нещата ще се развият.
От всички сценарии кой е най-вероятният?
Топлинната смърт се счита за най-вероятната, отчасти защото изисква най-малко допълнителни странни неща. Така че в космологията ние обичаме да поддържаме нещата възможно най-прости. Обичаме да не приемаме никакви нови компоненти на вселената, освен ако не е абсолютно необходимо. И сценарият на топлинна смърт има вид тъмна енергия, която е тази космологична константа, което е нещо, което не разбираме напълно. Но това е идея, която съществува още от Айнщайн, и това е просто свойство на пространство-времето, че в него е вградено това малко разширение.
Така че това ни дава много проста, ясна еволюция, при която Вселената продължава да се ускорява в разширяването си завинаги и всичко просто изчезва. И това има много смисъл, ако Вселената има тъмна материя, нормална материя и космологична константа като тъмна енергия. Не е нужно да приемате нещо по-сложно от това. Имплицитно в това е, че инфлацията се е случила и това е началото на Вселената. Това е част от така наречения конкордантен модел на космологията, където всичко е толкова просто и скучно, колкото можете да си го представите.
Но причината, поради която не се спираме просто на това и казваме, че сме готови, е, че наистина не знаем със сигурност, че тъмната енергия е космологична концепция. И това оставя малко място. Също така не можем да кажем със сигурност, че разбираме достатъчно физиката на елементарните частици, за да кажем, че вакуумният разпад няма или че ранната еволюция на вселената не е била достатъчно различна, за да предполага някаква циклична фаза в край.
Споменаваш някои нови радиотелескопи което ще позволи на учените да наблюдават формирането на първите структури на Вселената. Какво се надяват да научат експертите от това?
Ще получим по-добра картина на еволюцията на космоса през този период между фоновата светлина и съвременната вселена, където ние сме, знаете, вселената, пълна с галактики. Има сравнително голям отрязък от време, в който имаме малко информация какво се е случило тогава. Така че ще научим много за еволюцията на космоса. Ще получим само измервания на много повече галактики. Така че споменах в книгата обсерваторията Вера Рубин, която ще начертае нещо като милиарди галактики и ни показват как се движат във Вселената и как се развиват във времето и как се разпределени. И това ще ни даде много информация само за оформлението на Вселената и еволюцията на космоса. Така че това ще бъдат важни улики.
Можем също да научим за други аспекти на физиката. Така че се интересувам от някои от тези големи радиотелескопи, защото те може да са в състояние да ни кажат нещо за тъмната материя, ако тъмната материя се унищожава в далечната вселена. Това може да промени начина, по който се развиват първите звезди и галактики, и това може да ни даде някои улики към следващата стъпка във физиката на елементарните частици. И така, има много неща, които може да успеем да попълним, ако имаме много повече данни за далечна вселена, ранната вселена, други галактики - нещо като зората на ерата на галактиките, може да казвам. Наистина е въпрос на получаване на по-добра карта и по-добра история и търсене на изненади. Знаете ли, наистина се надяваме да видим нови и интересни явления, когато получаваме все повече и повече данни.
Можете ли да обясните разликата между тъмна енергия и тъмна материя?
Да, така че тъмната материя и тъмната енергия действат върху Вселената по доста противоположни начини. Между тях двамата те са най-важните аспекти на космоса, ако мислите за неговата дългосрочна еволюция. Така че тъмната енергия е нещо, което кара вселената да се разширява по-бързо. Някак разтяга пространството. Той наистина управлява еволюцията на космоса от тук нататък. Започна да става наистина, наистина важно преди около пет милиарда години. И сега някак превзема вселената. И така ние сме на неговата милост по отношение на еволюцията на космоса от тук нататък.
Тъмната материя и тъмната енергия действат върху Вселената по доста противоположни начини.
Но тъмната материя е нещо като това, което е отговорно за цялото натрупване на структура в космоса, така че растежът на галактиките и клъстерите от галактики. Всички те са изградени върху скелето на тъмната материя. Така че тъмната материя е някакъв вид невидима материя, но това е по-голямата част от материята във Вселената и има някои свойства, които го улесняват да се събере и да изгради скелето, върху което всички останали имат значение е изградена. И тъй като това е материя, тъй като е по-голямата част от материята във Вселената, тя действа, за да се опита да забави разширяването на Вселената. И за известно време това забавяше разширяването на Вселената и едва преди около пет милиарда години Вселената стана толкова голяма, че тъмната енергия просто я пое.
Вашият ентусиазъм се проявява много в книгата, особено когато говорите за неща като радиуса на Хъбъл. Кои са някои от другите подобни неща, които са толкова вълнуващи във вашата област, че просто можете да ги споделите с други хора?
Искам да кажа, че просто фактът, че можем да видим миналото много директно, продължава да ме изумява. Фактът, че можем да видим последните етапи на Големия взрив директно с телескопи, с микровълнови приемници. Ние улавяме светлината от последните етапи на Големия взрив във всяка посока. Фактът, че можем просто да погледнем във вселената и да видим миналото и следователно да научим за нашата собствена история, мисля, че това е супер невероятно. Това ме учудва през цялото време. И тогава, знаете ли, има просто всички тези странни аспекти на космологията, странни неща във физиката, които се появяват, ако сте във вселена, която се разширява и се управлява от относителността. Споменахте това нещо за това, че в определен момент галактиките спират да изглеждат по-малки. Знаете ли, галактика със същия размер ще започне да изглежда по-голяма, което е странно, докато отивате все по-далеч и по-далеч.
Освен това има просто фактът, че можем да видим разширяването на Вселената, че можем да го начертаем във времето, е невероятно. Дори не знам дали наистина говорих за това в книгата, но когато погледнем много далечни свръхнови, слънчеви експлозии, те изглеждат да се случват по-бавно, ако са далече, защото разширяването на Вселената също удължава времето в това наистина странно начин. Така че начинът, по който пространството и времето взаимодействат едно с друго, става много объркващ и странен, когато се занимавате с космология, и това е наистина интересно. Знаете ли, относителността просто прави странни неща с пространството и времето във всякакви контексти. Това намирам за невероятно и готино.
Има много неща в космологията, които са неизвестни. Коя е мистерията, която бихте искали да разрешите?
О, има толкова много. Цялата работа с тъмната материя/тъмната енергия е огромна. Ако познавахме природата на тъмната материя, това определено би било от голяма помощ само за нашето разбиране на физиката като цяло.
Но мисля, че нещото, което би било може би най-въздействащо, би било наистина да знаем дали е настъпила инфлация и след това как и защо. Така че запълването само на един малък, малък момент от време в самото начало на Вселената наистина би променило всичко в нашата представа за космоса. Ако знаем със сигурност, че това се е случило, това ще ни каже нещо за произхода на Вселената, което ще ни помогне да можем да кажем нещо и за нейното бъдеще. Това наистина би ни позволило да се справим с фундаменталната структура на космоса. Така че, да, разбирайки инфлацията, тъмната материя, тъмната енергия, това са най-големите, според мен. И тогава, знаете ли, има неща като измисляне как да се свържат общата теория на относителността и физиката на елементарните частици. Но мисля, че ако знаехме отговорите на инфлацията, тъмната материя и тъмната енергия, мисля, че това ще ни даде много улики за това как да съберем една по-пълна картина на физиката.
Пишеш малко за екзистенциализма и страха в книгата. Това ли е просто нещо, върху което размишлявате, защото пишете тази книга, или винаги е там?
Преследван ли съм? Искам да кажа, мисля, че определено е нещо, с което чувствах, че трябва да се боря за книгата, защото аз мисля, че е естествено да зададем въпроса, нали разбирате, ако не продължим вечно, какво изобщо означава означава? Например, какъв е смисълът на живота? Каква е целта на съществуването, ако има крайна дата? Така че определено беше нещо, което се появи при мисленето на всички тези големи въпроси. Не съм човек, който прекарва цялото си време в размишления за смисъла на живота като цяло. Обикновено не се увличам по тези неща. Освен това аз не съм човек, който обича да мисли за смъртта. Опитвах се много да избягвам да мисля за смъртта, защото намирам това за много тревожно. Така че това наистина беше подтикнато от мисленето за тази книга и опита да се постави някакъв контекст около тези големи идеи, защото реалността е, че имаме емоционална реакция към Вселената. Дори това да изглежда ирационално от строго практическа гледна точка, трудно е да се избегне този отговор.
Препоръки на редакторите
- 5000 „очи“ ще сканират нощното небе за улики към пъзела на тъмната енергия
- Как лицевото разпознаване помага на астрономите да разкрият тайните на тъмната материя
- Космически телескоп за изследване на мистериите на тъмната енергия и тъмната материя
