Así terminará el universo, según un astrofísico

“Nuestras contemplaciones del cosmos nos conmueven” El difunto astrónomo Carl Sagan dijo una vez. “Hay un cosquilleo en la columna, un corte en la voz, una sensación débil, como si un recuerdo lejano de una caída desde una gran altura”. Si reflexionar sobre el universo te produce escalofríos, pensar en su fin puede hacerte sentir terremoto.

En su nuevo libro, El fin de todo: (Astrofísicamente hablando), la astrofísica teórica Dra. Katie Mack comienza con el Big Bang, la teoría de cómo comenzó el universo. Su comienzo puede decirles mucho a los cosmólogos como ella sobre su inevitable final. Ella lleva alegremente a los lectores a través de cinco apocalipsis de la astrofísica: el gran crujido, la muerte por calor, el gran desgarro, la decadencia del vacío y el gran rebote. Para evitar que te quedes atrapado en el plasma de quarks y gluones (no te preocupes, ella lo explica), Mack mantiene todo accesible y conversacional. Es mucho más divertido de lo que cabría esperar de un libro sobre el fin del universo. No dejes que el temor existencial al fin del universo te deprima, parece decir.

Hablamos con Mack sobre la energía oscura versus la materia oscura, cómo los telescopios nos permiten literalmente mirar hacia el pasado y las rarezas del espacio.

(Esta conversación ha sido ligeramente editada para mayor claridad..)

Tendencias digitales: ¿Qué te impulsó a escribir este libro?

mack: A lo largo de los años, he estudiado muchas cosas diferentes en el área, en términos generales, de la cosmología. Entonces, la cosmología cubre, ya sabes, el universo en su conjunto y sus componentes y su evolución. He trabajado en el universo primitivo. He trabajado en materia oscura, agujeros negros, evolución de galaxias y todo ese tipo de cosas. Y últimamente me ha interesado mucho el fin del universo. Y así es como surgió este libro.

Su libro ofrece una explicación muy accesible de cómo podemos observar el Big Bang. ¿Puedes explicarnos eso?

Entonces, la idea es que si el universo se está expandiendo actualmente (lo cual observamos, vemos galaxias). separándose unos de otros, entonces es lógico que en el pasado, el universo fuera más comprimido. Entonces todo estaba más cerca. Y puedes volver a marcar esa extensión y llegar a un punto en el que todo estaba uno encima del otro.

Entonces, a medida que el universo se expande, se enfría, la materia se vuelve más difusa y la energía se vuelve más difusa. En el pasado, debió haber sido más caliente y más denso y, en cierto sentido, más pequeño que hoy. Esa es básicamente la teoría del Big Bang. Ésa es la afirmación más simplista de la teoría del Big Bang: simplemente que el universo era más caliente, más pequeño y más denso en el pasado.

Y si ese es el caso, entonces también es lógico que si miras lo suficientemente lejos, estés mirando cada vez más atrás en el tiempo, debido al tiempo que tarda la luz en viajar hasta ti. Y entonces deberíamos poder llegar a un punto en el que, si el universo fuera realmente caliente y denso en todas partes (si el Big Bang fue algo que ocurrió en todo el cosmos), entonces Deberíamos poder ver partes del universo que están tan lejos que todavía están en ese estado caliente y denso, que todavía están en las etapas finales de ese tipo de bola de fuego primordial. existencia.

Y para llegar allí, hay que asumir que el universo es grande y que siempre fue algo extenso, lo cual sí creemos. Creemos que el Big Bang es algo que ocurrió en todas partes. No existe un único punto de origen. Y si sigues ese razonamiento, entonces debería haber luz de fondo. Debería llegarnos luz desde todas direcciones, desde los lugares más distantes, lo más lejos que podamos ver. Debería existir la luz que es la luz sobrante del enfriamiento final de ese estado ardiente del cosmos.

El libro explora cinco posibles formas en que el universo podría terminar. ¿Por qué hay tantas maneras diferentes en que podría suceder?

Bueno, todo se reduce a algunas cosas. Una es que no entendemos del todo qué está haciendo que el universo se expanda como lo hace ahora. Hubo un tiempo en el que pensamos que sería bastante sencillo porque teníamos una buena teoría de la gravedad, la relatividad general, y Podíamos medir la tasa de expansión del universo y sabíamos cómo todas las cosas en el universo deberían estar frenando la velocidad. expansión. Y entonces, era sólo cuestión de descubrir el equilibrio entre la expansión y la gravedad.

Entonces, si la expansión fuera demasiado rápida para toda la gravedad, entonces no la desaceleraría lo suficiente y se expandiría para siempre. Y si la expansión no fuera lo suficientemente rápida o si hubiera demasiada gravedad, entonces la gravedad ganaría, ralentizaría la expansión, la detendría y tendríamos un retroceso: la gran crisis. Y así, durante un tiempo, esas fueron las únicas opciones que tenían algún sentido.

Pero luego, cuando se descubrió que el universo en realidad se estaba acelerando en su expansión, tuvimos que agregar un nuevo componente al universo. Tuvimos que revisar nuestra comprensión e incorporar esto llamado energía oscura. Y la energía oscura es algo que está haciendo que el universo se expanda más rápido. Pero como realmente no entendemos la energía oscura, no podemos decir con mucha certeza hacia dónde van las cosas. Entonces, es por eso que cosas como el gran desgarro o la gran crisis todavía están sobre la mesa y la muerte por calor es hacia donde parece que nos dirigimos.

Y luego las dos ideas extrañas, la desintegración del vacío y las cosmologías de rebote, provienen del hecho de que todavía estamos tratando de comprender muchas cosas sobre el universo primitivo y la física de partículas. Entonces, la cosmología del rebote surgió de la idea de que tal vez nuestra mejor suposición actual sobre el universo primitivo, esta fase inflacionaria, tal vez no sea toda la historia. Quizás eso no sucedió. Quizás hubo alguna otra evolución en el universo primitivo que condujo a las condiciones que vemos hoy. Y si eso es cierto, entonces algunas de esas ideas pueden conducir a estas cosmologías cíclicas más extrañas.

Y luego la idea de la desintegración del vacío realmente surge del hecho de que nuestro conocimiento de la física de partículas es incompleto, y la mejor comprensión actual de nuestra El conocimiento de la física de partículas sugiere que la forma en que funciona la física de partículas en este momento simplemente no es completamente estable, lo que deja al universo vulnerable a esta descomposición. proceso. Entonces, si entendiéramos mejor la física de partículas, si entendiéramos mejor las partes muy, muy tempranas del universo, entonces podríamos decir algo sobre esos dos modelos. Pero por ahora, no podemos descartarlos ni decir con certeza que así serán las cosas.

De todos los escenarios, ¿cuál es el más probable?

La muerte por calor se considera la más probable, en parte porque requiere la menor cantidad de cosas extrañas adicionales. Por eso, en cosmología nos gusta mantener las cosas lo más simples posible. Nos gusta no asumir ningún componente nuevo del universo a menos que sea absolutamente necesario. Y el escenario de la muerte por calor tiene un tipo de energía oscura que es esta constante cosmológica, que es algo que no entendemos del todo. Pero es una idea que ha existido desde Einstein, y es simplemente una propiedad del espacio-tiempo, que tiene esta pequeña expansión incorporada.

Eso nos da una evolución muy simple y directa, donde el universo continúa acelerándose en su expansión para siempre y todo simplemente se desvanece. Y eso tiene mucho sentido si el universo tiene materia oscura, materia regular y una constante cosmológica como la energía oscura. No tienes que asumir nada más complicado que eso. Implícito en eso está que la inflación sí ocurrió, y ese fue el comienzo del universo. Eso es parte del llamado modelo de cosmología de concordancia, donde todo es tan simple y aburrido como puedas imaginar.

Pero la razón por la que no nos conformamos con eso y decimos que hemos terminado es porque realmente no sabemos con certeza si la energía oscura es un concepto cosmológico. Y eso deja algo de espacio. Tampoco podemos decir con seguridad que entendamos la física de partículas lo suficiente como para decir que la desintegración del vacío no ocurrirá. suceder o que la evolución temprana del universo no fue lo suficientemente diferente como para implicar alguna fase cíclica en el fin.

mencionas algunos nuevos radiotelescopios que permitirá a los científicos observar cómo se forman las primeras estructuras del universo. ¿Qué esperan aprender los expertos de esto?

Obtendremos una mejor imagen de la evolución del cosmos durante este período entre la luz de fondo y el universo moderno donde somos, ya sabes, el universo lleno de galaxias. Hay un período de tiempo razonable en el que tenemos poca información sobre lo que estaba sucediendo en ese momento. Entonces aprenderemos mucho sobre la evolución del cosmos. Obtendremos solo mediciones de muchas más galaxias. Así que mencioné en el libro el Observatorio Vera Rubin, que va a mapear algo así como miles de millones de galaxias y nos muestran cómo se mueven a través del universo y cómo evolucionan con el tiempo y cómo están repartido. Y eso nos dará mucha información sobre la disposición del universo y la evolución del cosmos. Entonces esas serán pistas importantes.

También podríamos aprender sobre otros aspectos de la física. Por eso estoy interesado en algunos de estos grandes conjuntos de radiotelescopios, porque podrían decirnos algo sobre la materia oscura, si la materia oscura se está aniquilando en el universo distante. Eso puede cambiar la forma en que evolucionan las primeras estrellas y galaxias, y podría darnos algunas pistas para el siguiente paso en la física de partículas. Y entonces hay muchas cosas que podríamos completar si tuviéramos muchos más datos sobre el universo distante, el universo primitivo, otras galaxias: la especie de amanecer de la era galáctica, como se podría imaginar. decir. En realidad, es cuestión de conseguir un mejor mapa, una mejor historia y buscar sorpresas. Sabes, realmente esperamos ver fenómenos nuevos e interesantes a medida que obtengamos más y más datos.

¿Puedes explicar la diferencia entre energía oscura y materia oscura?

Sí, la materia oscura y la energía oscura actúan sobre el universo de maneras bastante opuestas. Entre los dos, son los aspectos más importantes del cosmos si se piensa en su evolución a largo plazo. Entonces la energía oscura es algo que hace que el universo se expanda más rápido. En cierto modo extiende el espacio. Realmente gobierna la evolución del cosmos, de aquí en adelante. Comenzó a volverse realmente importante hace unos cinco mil millones de años. Y ahora está apoderándose del universo. Y por eso estamos a su merced en términos de la evolución del cosmos de aquí en adelante.

Pero la materia oscura es en cierto modo la responsable de toda la acumulación de estructura en el cosmos, es decir, del crecimiento de galaxias y cúmulos de galaxias. Todos ellos están construidos sobre el andamiaje de la materia oscura. Entonces, la materia oscura es una especie de materia invisible, pero es la mayor parte de la materia del universo y tiene algunas propiedades que le facilitan unirse y construir el andamiaje sobre el que se sustenta toda la demás materia. está construído. Y debido a que es materia, debido a que es la mayor parte de la materia en el universo, actúa para intentar frenar la expansión del universo. Y durante un tiempo estuvo desacelerando la expansión del universo, y no fue hasta hace unos cinco mil millones de años que el universo se hizo tan grande que la energía oscura simplemente se hizo cargo.

Su entusiasmo se refleja mucho en el libro, especialmente cuando habla de cosas como el radio de Hubble. ¿Cuáles son algunas de las otras cosas que son tan interesantes en tu campo que puedes compartir con otras personas?

Quiero decir, el solo hecho de que podamos ver el pasado de manera muy directa sigue sorprendiéndome. El hecho de que podemos ver las etapas finales del Big Bang directamente con telescopios, con receptores de microondas. Estamos captando la luz de las etapas finales del Big Bang en todas direcciones. El hecho de que podamos simplemente mirar el universo y ver el pasado y, por lo tanto, aprender sobre nuestra propia historia, creo que es súper sorprendente. Eso me sorprende todo el tiempo. Y luego, ya sabes, están todos estos aspectos extraños de la cosmología, cosas raras en la física que surgen si estás en un universo que se está expandiendo y gobernado por la relatividad. Entonces mencionaste esto de que, en cierto momento, las galaxias dejan de verse más pequeñas. Ya sabes, una galaxia del mismo tamaño empezaría a parecer más grande, lo cual es extraño, a medida que te alejas más y más.

Luego está el hecho de que podemos ver la expansión del universo, que podemos mapearla a lo largo del tiempo, es asombroso. Ni siquiera sé si realmente hablé de esto en el libro, pero cuando miramos supernovas muy distantes, explosiones solares, aparecen ocurrir más lentamente si están lejos, porque la expansión del universo también alarga el tiempo en este lugar realmente extraño. forma. Entonces, la forma en que el espacio y el tiempo interactúan entre sí se vuelve muy confusa y extraña cuando se trata de cosmología, y eso es realmente interesante. Ya sabes, la relatividad simplemente hace cosas raras con el espacio y el tiempo en todo tipo de contextos. Eso me parece increíble y genial.

Hay muchas cosas en cosmología que se desconocen. ¿Cuál es un misterio que te encantaría resolver?

Oh, hay tantos. Todo el asunto de la materia oscura y la energía oscura es enorme. Si supiéramos la naturaleza de la materia oscura, definitivamente sería de gran ayuda para nuestra comprensión de la física en general.

Pero creo que lo que quizás tendría mayor impacto sería saber realmente si se produjo inflación y luego cómo y por qué. Así que ocupar tan sólo un minúsculo momento de tiempo en el comienzo mismo del universo realmente cambiaría todo en nuestra imagen del cosmos. Si supiéramos con certeza que esto sucedió, eso nos diría algo sobre el origen del universo que nos ayudaría a poder decir algo también sobre su futuro. Realmente nos permitiría tener una idea de la estructura fundamental del cosmos. Entonces, sí, entender la inflación, la materia oscura y la energía oscura, creo que esos son los más importantes. Y luego, ya sabes, hay cosas como descubrir cómo conectar la relatividad general y la física de partículas. Pero creo que si supiéramos las respuestas a la inflación, la materia oscura y la energía oscura, creo que eso nos daría muchas pistas sobre cómo armar una imagen más completa de la física.

Escribes un poco sobre existencialismo y pavor en el libro. ¿Es eso simplemente algo en lo que estás reflexionando mientras estás escribiendo este libro, o es algo que siempre está ahí?

¿Estoy embrujado? Quiero decir, creo que definitivamente es algo con lo que sentí que tenía que luchar para el libro, porque Pienso que es natural hacer la pregunta de, ya sabes, si no continuamos para siempre, ¿qué significa eso? ¿significar? ¿Cuál es el significado de la vida? ¿Cuál es el propósito de la existencia si tiene una fecha de finalización? Definitivamente fue algo que surgió al pensar en todas estas grandes preguntas. No soy alguien que pase todo el tiempo reflexionando sobre el significado de la vida en general. Normalmente no me dejo atrapar por esas cosas. Y a mí tampoco soy alguien a quien le guste pensar en la muerte. Intenté con todas mis fuerzas evitar pensar en la muerte porque la encuentro muy preocupante. Así que realmente surgió al pensar en este libro y tratar de poner algo de contexto en torno a estas grandes ideas, porque la realidad es que tenemos una respuesta emocional al universo. Incluso si eso parece irracional desde un punto de vista estrictamente práctico, es difícil evitar tener esa respuesta.

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