Egy asztrofizikus szerint így fog véget érni az Univerzum

"A kozmoszról való elmélkedéseink felkavarnak bennünket" Carl Sagan néhai csillagász mondta egyszer. „Bizsergés van a gerincben, elakad a hang, halk érzés, mintha az esés távoli emléke lenne nagy magasságból." Ha az univerzumról való elmélkedés megborzong, akkor a végére gondolva megrázhatja remeg.

Új könyvében Mindennek vége: (asztrofikusan szólva), Dr. Katie Mack elméleti asztrofizikus az ősrobbanással kezdi – az univerzum keletkezésének elméletével. Kezdete sokat elárulhat a hozzá hasonló kozmológusoknak az elkerülhetetlen végéről. Vidáman vezeti végig az olvasókat öt asztrofizikai apokalipszisen: a nagy roppanáson, a hőhalálon, a nagy szakadáson, a vákuumbomláson és a nagy ugráláson. Hogy ne ragadj bele a kvark-gluon plazmába (ne aggódj, ő elmagyarázza), Mack mindent elérhetővé és beszélgetőképes. Sokkal szórakoztatóbb, mint azt az univerzum végéről szóló könyvtől elvárnád. Ne hagyd, hogy az univerzum véget érő egzisztenciális rettegés cserbenhagyjon, úgy tűnik, mondja.

Beszéltünk Mackkel a sötét energiáról és a sötét anyagról, arról, hogy a teleszkópok szó szerint a múltba engednek bennünket, és az űr furcsaságáról.

(Ez a beszélgetés az egyértelműség kedvéért enyhén szerkesztett.)

Digitális trendek: Mi késztetett arra, hogy megírja ezt a könyvet?

Mack: Az évek során sok különböző dolgot tanulmányoztam a kozmológia területén. Tehát a kozmológia lefedi, tudod, az univerzum egészét, annak összetevőit és fejlődését. Dolgoztam a korai univerzumon. Dolgoztam a sötét anyagon, a fekete lyukakon, a galaxisok evolúcióján, és minden ilyesmin. És mostanában nagyon érdekelt az univerzum vége. és valahogy így született ez a könyv.

Könyve nagyon érthető magyarázatot ad arra vonatkozóan, hogyan tudjuk megfigyelni az Ősrobbanást. El tudsz vezetni minket ezen?

Tehát az ötlet az, hogy ha az univerzum jelenleg tágul – amit megfigyelünk, akkor galaxisokat látunk eltávolodnak egymástól – akkor magától értetődik, hogy a múltban az univerzum több volt összenyomva. Tehát minden közelebb volt egymáshoz. És visszahívhatja azt a melléket, és eljut egy olyan pontra, ahol minden egymás hegyén-hátán volt.

Tehát ahogy az univerzum tágul, lehűl, az anyag szétterjedtebb lesz, az energia pedig diffúzabb lesz. A múltban melegebb és sűrűbb lehetett, és bizonyos értelemben kisebb is, mint ma. Tehát ez alapvetően az Ősrobbanás-elmélet. Ez az Ősrobbanás-elmélet legegyszerűbb állítása, csak hogy az univerzum forróbb, kisebb és sűrűbb volt a múltban.

És ha ez a helyzet, akkor az is magától értetődő, hogy ha elég messzire nézel, egyre messzebbre nézel vissza az időben, mert az idő kell ahhoz, hogy a fény eljut hozzád. És így el kell jutnod arra a pontra, ahol ha az univerzum valóban mindenhol forró és sűrű volt – ha az Ősrobbanás valami az egész kozmoszban történt –, akkor látniuk kell az univerzum azon részeit, amelyek olyan távol vannak, hogy még mindig abban a forró, sűrű állapotban vannak, hogy még mindig az ilyen ősi tűzgömb végső szakaszában vannak. létezés.

És ahhoz, hogy eljussunk oda, fel kell tételeznünk, hogy az univerzum nagy, és mindig is kiterjedt dolog volt, amit mi hiszünk. Úgy gondoljuk, hogy az ősrobbanás mindenhol megtörtént. Nincs egyetlen kiindulási pont. És ha követi ezt az érvelést, akkor háttérvilágításnak kell lennie. Fénynek kell érkeznie hozzánk minden irányból, a legtávolabbról, a legtávolabbról, ahonnan csak láthatunk. Ott kell lennie annak a fénynek, amely a kozmosz tüzes állapotának végső lehűlése után megmaradt fény.

A könyv öt lehetséges módot tár fel a világegyetem végére. Miért létezik olyan sokféle út?

Nos, ez néhány dologtól függ. Az egyik az, hogy nem értjük teljesen, mi készteti az univerzumot úgy tágulni, ahogy jelenleg van. Volt idő, amikor azt hittük, hogy ez nagyon egyszerű lesz, mert volt egy jó gravitációs elméletünk, az általános relativitáselméletünk, és mérni tudtuk az univerzum tágulási sebességét, és tudtuk, hogy az univerzum minden anyagának hogyan kell lassítania terjeszkedés. Így aztán csak az volt a kérdés, hogy megtaláljuk az egyensúlyt a tágulás és a gravitáció között.

Tehát, ha a tágulás túl gyors lenne az egész gravitációhoz, akkor nem lassítaná le eléggé, és örökké tágulna. És ha a tágulás nem lenne elég gyors, vagy ha túl sok lenne a gravitáció, akkor a gravitáció győz, lelassítja a tágulást, leállítja, és újra összeomlik – a nagy összeroppanás. Így egy ideig ezek voltak az egyetlen értelmes lehetőségek.

De aztán, amikor kiderült, hogy az univerzum valóban felgyorsul a tágulása során, új komponenst kellett adnunk az univerzumhoz. Felül kellett vizsgálnunk a megértésünket, és be kellett hoznunk ezt a sötét energiának nevezett dolgot. A sötét energia pedig olyan dolog, ami az univerzumot gyorsabban tágul. De mivel nem igazán értjük a sötét energiát, nem mondhatjuk nagy bizonyossággal, hogy a dolgok ezen mennek. Szóval, ezért vannak még mindig az asztalon olyan dolgok, mint a nagy szakadás vagy a nagy összeroppanás, és úgy tűnik, hogy a hőhalál felé tartunk.

Aztán a két furcsa ötlet, a vákuum-bomlás és a pattogó kozmológia abból a tényből fakad, hogy még mindig sok mindent próbálunk megérteni a nagyon korai univerzumról és a részecskefizikáról. Tehát a pattogó kozmológia abból a gondolatból jött ki, hogy talán a jelenlegi legjobb tippünk a nagyon korai univerzumról, erre az inflációs szakaszra, talán nem ez a teljes történet. Lehet, hogy ez nem történt meg. Lehet, hogy volt valami más evolúció a nagyon korai univerzumban, amely a mai állapotokhoz vezetett. És ha ez igaz, akkor ezen elképzelések egy része ezekhez az idegen ciklikus kozmológiákhoz vezethet.

És akkor a vákuum-bomlás gondolata valóban abból fakad, hogy részecskefizikai ismereteink hiányosak, és a jelenlegi legjobban értjük a részecskefizikai ismeretek azt sugallják, hogy a részecskefizika jelenlegi működése nem teljesen stabil, ami az univerzumot sebezhetővé teszi ennek a bomlásnak. folyamat. Tehát ha jobban megértenénk a részecskefizikát, ha jobban megértenénk az univerzum nagyon-nagyon korai részeit, akkor tudnánk mondani valamit erről a két modellről. De egyelőre nem zárhatjuk ki őket, és nem állíthatjuk biztosan, hogy a dolgok így fognak menni.

Az összes forgatókönyv közül melyik a legvalószínűbb?

A hőhalált tartják a legvalószínűbbnek, részben azért, mert ehhez kell a legkevesebb további furcsaság. Tehát a kozmológiában szeretjük a dolgokat a lehető legegyszerűbben tartani. Szeretjük nem feltételezni az univerzum új összetevőit, hacsak nem feltétlenül muszáj. És a hőhalál forgatókönyvének van egyfajta sötét energiája, ez a kozmológiai állandó, amit nem teljesen értünk. De ez egy olyan ötlet, ami Einstein óta létezik, és ez csak a téridő tulajdonsága, hogy ez a kis tágulás be van építve.

Tehát ez egy nagyon egyszerű, egyértelmű evolúciót ad nekünk, ahol az univerzum folyamatosan gyorsul a tágulásában, és mindez egyszerűen elhalványul. És ennek nagyon sok értelme van, ha az univerzumban sötét anyag, szabályos anyag és egy kozmológiai állandó sötét energia. Nem kell ennél bonyolultabbat feltételezned. Ebből az következik, hogy az infláció megtörtént, és ez volt az univerzum kezdete. Ez része a kozmológia úgynevezett konkordancia-modelljének, ahol minden olyan egyszerű és unalmas, mint ahogyan csak el tudod képzelni.

De azért nem dőlünk el, és nem mondjuk, hogy végeztünk, mert valójában nem tudjuk biztosan, hogy a sötét energia kozmológiai fogalom. És így hagy némi teret. Azt sem mondhatjuk biztosan, hogy eléggé értjük a részecskefizikát ahhoz, hogy kijelenthessük, a vákuumbomlás nem fog megtörténhet, vagy hogy a korai univerzum evolúciója nem volt eléggé különböző ahhoz, hogy valamilyen ciklikus fázist jelezzen vége.

Említesz néhányat új rádióteleszkópok amely lehetővé teszi a tudósok számára, hogy megfigyeljék az univerzum első szerkezeteinek kialakulását. Mit remélnek a szakértők tanulni ebből?

Jobb képet fogunk kapni a kozmosz evolúciójáról ebben az időszakban a háttérfény és a modern univerzum között, ahol, tudod, a galaxisokkal teli univerzumban vagyunk. Van egy ésszerű méretű idődarab, ahol kevés információnk van arról, hogy mi történt akkor. Tehát sokat fogunk megtudni a kozmosz evolúciójáról. Csak méréseket fogunk kapni sokkal több galaxisról. Említettem tehát a könyvben a Vera Rubin Obszervatóriumot, amely mintegy milliárdokat fog feltérképezni galaxisokat, és mutasd meg, hogyan mozognak az univerzumban, hogyan fejlődnek az idő múlásával és hogyan megosztott. És ez sok információt fog adni nekünk csupán az univerzum elrendezéséről és a kozmosz fejlődéséről. Tehát ezek fontos nyomok lesznek.

A fizika egyéb vonatkozásairól is tanulhatunk. Szóval érdekelnek ezek a nagy rádióteleszkóp-tömbök, mert talán tudnak valamit mondani a sötét anyagról, ha a sötét anyag megsemmisül a távoli univerzumban. Ez megváltoztathatja az első csillagok és galaxisok fejlődését, és ez adhat némi támpontot a részecskefizika következő lépéséhez. Így sok olyan dolgot is ki tudnánk tölteni, ha sokkal több adatunk van a távoli univerzum, a korai univerzum, más galaxisok – a galaxiskorszak egyfajta hajnala, talán mond. Valójában arról van szó, hogy jobb térképet kell készíteni, jobb történelmet kell készíteni, és meglepetéseket kell keresni. Tudod, nagyon reméljük, hogy új és érdekes jelenségeket látunk, ahogy egyre több adathoz jutunk.

Meg tudod magyarázni a különbséget sötét energia és sötét anyag?

Igen, a sötét anyag és a sötét energia ellentétes módon hatnak az univerzumra. Kettejük között ők jelentik a kozmosz legfontosabb aspektusait, ha hosszú távú evolúciójára gondolunk. Tehát a sötét energia olyan valami, ami az univerzumot gyorsabban tágul. Valahogy kinyújtja a teret. Valójában ez irányítja a kozmosz evolúcióját, innentől kezdve. Talán ötmilliárd évvel ezelőtt kezdett igazán fontossá válni. És ez most valahogy átveszi az uralmat az univerzumot. Így innentől kezdve ki vagyunk szolgáltatva a kozmosz fejlődésének.

De a sötét anyag a felelős a kozmosz összes szerkezetének felhalmozódásáért, tehát a galaxisok és galaxishalmazok növekedéséért. Ezek mind a sötét anyag állványzatára épülnek. Tehát a sötét anyag valamiféle láthatatlan anyag, de ez a világegyetem anyagának nagy része, és van néhány tulajdonságok, amelyek megkönnyítik, hogy összeálljon, és megépítse azt az állványzatot, amelyre az összes többi számít épül. És mivel ez anyag, mivel ez a legtöbb anyag az univerzumban, azért cselekszik, hogy lelassítsa az univerzum tágulását. És egy ideig lelassította az univerzum tágulását, és csak körülbelül ötmilliárd évvel ezelőtt lett akkora az univerzum, hogy a sötét energia átvette az uralmat.

A lelkesedésed sokat megmutat a könyvből, különösen, ha olyan dolgokról beszélsz, mint a Hubble-sugár. Melyek azok a dolgok, amelyek annyira izgalmasak az Ön területén, hogy megoszthatja másokkal?

Mármint az a tény, hogy nagyon közvetlenül láthatjuk a múltat, továbbra is feldobja a fejemet. Az, hogy teleszkópokkal, mikrohullámú vevőkészülékekkel közvetlenül láthatjuk az Ősrobbanás végső szakaszát. Az Ősrobbanás utolsó szakaszának fényét minden irányban felvesszük. Az a tény, hogy egyszerűen csak kinézhetünk az univerzumba, megláthatjuk a múltat, és ezáltal saját történelmünket is megismerhetjük, szerintem ez elképesztő. Ez állandóan meglep. Aztán tudod, a kozmológiának csak ezek a furcsa aspektusai vannak, furcsa dolgok a fizikában, amelyek akkor jönnek elő, ha egy táguló univerzumban vagy, amelyet a relativitáselmélet irányít. Szóval említetted ezt a dolgot, hogy egy bizonyos ponton a galaxisok többé nem látszanak kisebbnek. Tudod, egy ugyanilyen méretű galaxis kezd nagyobbnak tűnni, ami furcsa, ahogy egyre messzebbre mész.

Aztán csak az a tény, hogy láthatjuk az univerzum tágulását, hogy ezt idővel fel tudjuk térképezni, elképesztő. Nem is tudom, hogy tényleg beszéltem-e erről a könyvben, de ha nagyon távoli szupernóvákat, naprobbanásokat nézünk, feltűnnek. lassabban történnek, ha távol vannak, mert az univerzum tágulása ebben az igazán furcsa helyzetben is megnyújtja az időt. út. Tehát az, ahogyan a tér és az idő kölcsönhatásba lép egymással, nagyon zavaró és furcsa lesz, amikor a kozmológiával foglalkozunk, és ez nagyon érdekes. Tudod, a relativitáselmélet furcsa dolgokat művel térrel és idővel mindenféle összefüggésben. Amit csodálatosnak és menőnek találok.

A kozmológiában sok minden ismeretlen. Mi az a rejtély, amit szívesen megfejtenél?

Ó, olyan sok van. Az egész sötét anyag/sötét energia dolog hatalmas. Ha ismernénk a sötét anyag természetét, az határozottan nagy segítséget jelentene a fizika általános megértéséhez.

De szerintem az lenne a leghatásosabb, ha tudnánk, hogy bekövetkezett-e az infláció, majd például, hogyan és miért. Tehát, ha az univerzum legelején csak egy parányi időpillanatot töltünk be, az valóban mindent megváltoztatna a kozmoszról alkotott képünkön. Ha biztosan tudnánk, hogy ez megtörtént, az elárulna valamit az univerzum keletkezéséről, ami segítene abban, hogy a jövőjéről is tudjunk mondani valamit. Ez valóban lehetővé tenné számunkra a kozmosz alapvető szerkezetének kezelését. Szóval, igen, az infláció, a sötét anyag, a sötét energia megértése, szerintem ezek a nagyok. Aztán, tudod, vannak olyan dolgok, mint például az általános relativitáselmélet és a részecskefizika összekapcsolásának kitalálása. De úgy gondolom, hogy ha tudnánk a választ az inflációra, a sötét anyagra és a sötét energiára, az sok támpontot adna nekünk arra vonatkozóan, hogyan állítsunk össze egy teljesebb képet a fizikáról.

Írsz egy kicsit az egzisztencializmusról és a rettegésről a könyvben. Csak azért gondolsz erre, mert ezt a könyvet írod, vagy mindig ott van?

Kísértet vagyok? Úgy értem, azt hiszem, határozottan úgy éreztem, hogy meg kell küzdenem a könyvért, mert én úgy gondolja, hogy természetes feltenni a kérdést, ha nem megy örökké, mit jelent? átlagos? Például mi az élet értelme? Mi a létezés célja, ha van egy befejezési dátuma? Tehát határozottan ez merült fel, amikor ezekről a nagy kérdésekről gondolkodunk. Nem vagyok olyan, aki minden időmet az élet értelmén töprengve tölti. Általában nem ragadok meg ezeken a dolgokon. És én sem vagyok olyan, aki szeret a halálra gondolni. Nagyon igyekeztem elkerülni, hogy a halálra gondoljak, mert nagyon aggasztónak találom. Valójában az ösztönözte, hogy ezen a könyvön gondolkodtam, és megpróbáltunk kontextust helyezni ezekhez a nagy gondolatokhoz, mert a valóság az, hogy érzelmi reakcióink vannak az univerzumra. Még ha ez szigorúan gyakorlati szempontból irracionálisnak tűnik is, nehéz elkerülni ezt a választ.

Szerkesztői ajánlások

• 5000 „szem” fogja pásztázni az éjszakai égboltot a sötét energia rejtvényének nyomai után
• Hogyan segít az arcfelismerés a csillagászoknak felfedni a sötét anyag titkait
• Űrteleszkóp a sötét energia és a sötét anyag titkaiba