Anot astrofiziko, taip baigsis visata

„Mūsų apmąstymai apie kosmosą mus jaudina“, velionis atronomas Carlas Saganas kartą pasakė. „Stuburo dilgčiojimas, balso užgniaužimas, silpnas pojūtis, tarsi tolimas kritimo prisiminimas iš didelio aukščio“. Jei apmąstydamas visatą tau kyla šiurpulys, galvojimas apie jos pabaigą gali tave priversti drebėjimas.

Savo naujoje knygoje Visko pabaiga: (astrofiziškai kalbant), teorinė astrofizikė dr. Katie Mack pradeda nuo Didžiojo sprogimo – teorijos, kaip atsirado visata. Jos pradžia tokiems kosmologams kaip ji gali daug pasakyti apie neišvengiamą jos pabaigą. Ji linksmai nuveda skaitytojus per penkias astrofizikos apokalipses: didelį krizę, karščio mirtį, didelį įtrūkimą, vakuuminį skilimą ir didelį atšokimą. Kad neįstrigtumėte kvarko-gliuono plazmoje (nesijaudinkite, ji tai paaiškina), Mack viską daro prieinamą ir bendrauja. Tai daug smagiau, nei tikitės iš knygos apie visatos pabaigą. Neleisk, kad egzistencinė baimė dėl visatos baigiasi tave nuvilti, atrodo, sako ji.

Kalbėjomės su Macku apie tamsiąją energiją ir tamsiąją materiją, kaip teleskopai leidžia tiesiogine prasme pažvelgti į praeitį ir kosmoso keistumą.

(Šis pokalbis buvo šiek tiek redaguotas siekiant aiškumo.)

Skaitmeninės tendencijos: kas paskatino jus parašyti šią knygą?

Mackas: Per daugelį metų aš studijavau daug įvairių dalykų kosmologijos srityje. Taigi, kosmologija apima visatą kaip visumą ir jos komponentus bei jos evoliuciją. Aš dirbau su ankstyvąja visata. Aš dirbau su tamsiąja medžiaga, juodosiomis skylėmis, galaktikų evoliucija ir visais tokiais dalykais. Ir pastaruoju metu mane labai domina visatos pabaiga. ir taip atsirado ši knyga.

Jūsų knygoje pateikiamas labai prieinamas paaiškinimas, kaip galime stebėti Didįjį sprogimą. Ar galite mums tai padėti?

Taigi, idėja yra ta, kad jei Visata šiuo metu plečiasi – ką mes stebime, mes matome galaktikas tolsta vienas nuo kito – tada aišku, kad praeityje visata buvo daugiau suspaustas. Taigi viskas buvo arčiau. Ir jūs galite surinkti tą plėtinį atgal ir pasieksite tašką, kai viskas buvo tarsi vienas ant kito.

Taigi, visatai plečiantis, ji darosi vėsesnė, materija pasklinda, energija – labiau išsklaidyta. Anksčiau jis turėjo būti karštesnis, tankesnis ir tam tikra prasme mažesnis nei šiandien. Taigi tai iš esmės yra Didžiojo sprogimo teorija. Tai pats paprasčiausias Didžiojo sprogimo teorijos teiginys, kad visata praeityje buvo karštesnė, mažesnė ir tankesnė.

Ir jei taip yra, tai taip pat logiška, kad jei žiūrite pakankamai toli, žiūrite vis tolyn ir tolyn atgal, nes laikas, per kurį šviesa nukeliauja iki jūsų. Taigi jūs turėtumėte sugebėti pasiekti tašką, kai visata tikrai visur buvo karšta ir tanki – jei Didysis sprogimas buvo kažkas, kas įvyko visame kosmose – tada jūs turėtų matyti visatos dalis, kurios yra taip toli, kad vis dar yra karštoje, tankioje būsenoje, kad jos vis dar yra paskutinėje tokio pirmapradžio ugnies kamuolio stadijoje. egzistavimas.

Ir norėdami ten patekti, turite manyti, kad visata yra didelė ir visada buvo išplėstas dalykas, kuriuo mes tikime. Manome, kad Didysis sprogimas yra kažkas, kas nutiko visur. Nėra vieno pradinio taško. Taigi, jei vadovausitės šiais samprotavimais, turėtų būti foninė šviesa. Šviesa turėtų ateiti į mus iš visų pusių, iš pačių tolimiausių, toliausiai, ką tik galime pamatyti. Turėtų būti šviesa, likusi šviesa po galutinio tos ugnies kosmoso būsenos aušinimo.

Knygoje nagrinėjami penki galimi būdai, kaip visata gali baigtis. Kodėl yra tiek daug skirtingų būdų, kaip tai gali vykti?

Na, tai priklauso nuo kelių dalykų. Viena iš jų yra ta, kad mes visiškai nesuprantame, dėl ko visata plečiasi taip, kaip ji yra dabar. Buvo laikas, kai manėme, kad tai bus gana paprasta, nes turėjome gerą gravitacijos teoriją, bendrąjį reliatyvumą ir mes galėjo išmatuoti visatos plėtimosi greitį, ir žinojome, kaip visa visatoje esanti medžiaga turėtų sulėtinti išplėtimas. Taigi tada tereikia išsiaiškinti išsiplėtimo ir gravitacijos pusiausvyrą.

Taigi, jei plėtimasis būtų per greitas visai gravitacijai, jis nepakankamai sulėtintų ir plėstųsi amžinai. Ir jei plėtimasis būtų nepakankamai greitas arba jei būtų per daug gravitacijos, tada gravitacija laimėtų, sulėtintų plėtimąsi, sustabdytų jį ir mes sulauktume atsigavimo – didelio susitraukimo. Taigi kurį laiką tai buvo vienintelės prasmingos galimybės.

Bet tada, kai buvo nustatyta, kad Visata iš tikrųjų spartėja, turėjome į visatą įtraukti naują komponentą. Turėjome peržiūrėti savo supratimą ir įtraukti šį dalyką, vadinamą tamsiąja energija. O tamsioji energija yra kažkas, dėl ko visata plečiasi greičiau. Tačiau kadangi mes nelabai suprantame tamsiąją energiją, negalime tvirtai pasakyti, kad viskas vyksta būtent čia. Taigi, štai kodėl tokie dalykai kaip didelis plyšimas ar didelis smukimas vis dar svarstomi, o karščio mirtis yra ta, kurios link mes artėjame.

Ir tada dvi keistos idėjos, vakuuminis skilimas ir šokinėjančios kosmologijos, kyla iš to, kad mes vis dar daug ką bandome suprasti apie labai ankstyvą visatą ir dalelių fiziką. Taigi šokinėjanti kosmologija kilo iš minties, kad galbūt mūsų dabartinis geriausias spėjimas apie labai ankstyvą visatą, šią infliacijos fazę, galbūt tai dar ne visa istorija. Galbūt tai neįvyko. Galbūt labai ankstyvoje visatoje įvyko kokia nors kita evoliucija, kuri lėmė tokias sąlygas, kokias matome šiandien. Ir jei tai tiesa, kai kurios iš tų idėjų gali sukelti šias keistas ciklines kosmologijas.

Ir tada vakuuminio skilimo idėja iš tikrųjų kyla iš to, kad mūsų dalelių fizikos žinios yra neišsamios, o dabartinės mūsų žinios geriausiai suprantamos. dalelių fizikos žinios rodo, kad dalelių fizikos veikimo būdas šiuo metu nėra visiškai stabilus, todėl visata yra pažeidžiama šio skilimo. procesas. Taigi, jei geriau suprastume dalelių fiziką, jei geriau suprastume labai, labai ankstyvas visatos dalis, galėtume ką nors pasakyti apie tuos du modelius. Tačiau kol kas negalime jų nei atmesti, nei užtikrintai pasakyti, kad taip viskas klostysis.

Kuris iš visų scenarijų yra labiausiai tikėtinas?

Šilumos mirtis laikoma labiausiai tikėtina, iš dalies todėl, kad jai reikia mažiausiai papildomų keistų dalykų. Taigi, kosmologijoje mums patinka, kad viskas būtų kuo paprastesnė. Mums patinka neprisiimti jokių naujų visatos komponentų, nebent tai būtina. O karščio mirties scenarijus turi tam tikrą tamsiąją energiją, kuri yra ši kosmologinė konstanta, kurios mes visiškai nesuprantame. Tačiau tai idėja, kuri gyvuoja nuo Einšteino laikų, ir tai tik erdvėlaikio savybė, kad ji turi šiokį tokį išsiplėtimą.

Taigi tai suteikia mums labai paprastą, nesudėtingą evoliuciją, kai visata ir toliau spartėja amžinai, ir visa tai tiesiog išnyksta. Ir tai yra labai prasminga, jei visatoje yra tamsioji materija, įprasta materija ir kosmologinė konstanta kaip tamsioji energija. Jūs neturite manyti, kad nieko sudėtingesnio už tai. Tai reiškia, kad infliacija tikrai įvyko, ir tai buvo visatos pradžia. Tai dalis vadinamojo kosmologijos suderinamumo modelio, kur viskas yra taip paprasta ir nuobodu, kaip galite įsivaizduoti.

Tačiau priežastis, kodėl mes ne tik apsisprendžiame ir sakome, kad baigėme, yra ta, kad mes tikrai nežinome, ar tamsioji energija yra kosmologinė sąvoka. Ir tai palieka šiek tiek vietos. Taip pat negalime tvirtai pasakyti, kad pakankamai suprantame dalelių fiziką, kad galėtume pasakyti, kad vakuuminis skilimas nebus arba kad ankstyvoji visatos evoliucija nebuvo pakankamai skirtinga, kad reikštų tam tikrą ciklinę fazę galas.

Kai kuriuos minite nauji radijo teleskopai tai leis mokslininkams stebėti, kaip susiformuoja pirmosios visatos struktūros. Ko ekspertai tikisi iš to pasimokyti?

Mes gausime geresnį vaizdą apie kosmoso evoliuciją per šį laikotarpį tarp fono šviesos ir šiuolaikinės visatos, kur mes, žinote, visata, pilna galaktikų. Yra pakankamai didelė laiko dalis, kurioje turime mažai informacijos apie tai, kas tada vyko. Taigi mes daug sužinosime apie kosmoso evoliuciją. Gausime tik daug daugiau galaktikų matavimus. Taigi knygoje paminėjau Vera Rubin observatoriją, kuri ketina suplanuoti kažką panašaus į milijardus galaktikas ir parodykite, kaip jos juda visatoje, kaip jos vystosi laikui bėgant ir kaip jos platinami. Ir tai suteiks mums daug informacijos tik apie visatos išdėstymą ir kosmoso evoliuciją. Taigi tai bus svarbūs patarimai.

Taip pat galime sužinoti apie kitus fizikos aspektus. Taigi mane domina kai kurios iš šių didelių radijo teleskopų matricų, nes jos gali mums ką nors pasakyti apie tamsiąją medžiagą, jei tamsioji medžiaga naikina tolimoje visatoje. Tai gali pakeisti tai, kaip vystosi pirmosios žvaigždės ir galaktikos, ir tai gali duoti užuominų apie kitą dalelių fizikos žingsnį. Taigi yra daug dalykų, kuriuos galėtume užpildyti, jei tik turėsime daugiau duomenų apie tolima visata, ankstyvoji visata, kitos galaktikos – galaktikų eros aušra, galbūt pasakyti. Iš tikrųjų reikia tik gauti geresnį žemėlapį ir geresnę istoriją bei ieškoti staigmenų. Žinote, labai tikimės, kad gaudami vis daugiau duomenų pamatysime naujų ir įdomių reiškinių.

Ar galite paaiškinti skirtumą tarp tamsi energija ir Juodoji medžiaga?

Taip, tamsioji medžiaga ir tamsioji energija visatą veikia gana priešingai. Tarp jų dviejų, jie yra svarbiausi kosmoso aspektai, jei galvojate apie ilgalaikę jo evoliuciją. Taigi tamsioji energija yra kažkas, dėl ko visata plečiasi greičiau. Tai tarsi išplečia erdvę. Tai iš tikrųjų valdo kosmoso evoliuciją nuo čia. Jis pradėjo tapti tikrai labai svarbus maždaug prieš penkis milijardus metų. Ir tai dabar tarsi užvaldo visatą. Taigi mes esame jo malonėje, kalbant apie kosmoso evoliuciją nuo šiol.

Tačiau tamsioji medžiaga yra tarsi tai, kas yra atsakinga už visą kosmoso struktūrų susidarymą, taigi, galaktikų ir galaktikų grupių augimą. Visi jie yra pastatyti ant tamsiosios medžiagos pastolių. Taigi tamsioji materija yra tam tikra nematoma materija, tačiau tai yra didžioji visatos materijos dalis, ir ji turi tam tikrų savybės, dėl kurių jai lengviau susijungti ir pastatyti pastolius, ant kurių priklauso visa kita yra pastatytas. Ir kadangi tai yra materija, kadangi tai yra didžioji visatos materijos dalis, ji bando sulėtinti visatos plėtimąsi. Kurį laiką tai sulėtino visatos plėtimąsi, ir tik maždaug prieš penkis milijardus metų visata tapo tokia didelė, kad tamsioji energija tiesiog užvaldė.

Jūsų entuziazmas išryškėja knygoje, ypač kai kalbate apie tokius dalykus kaip Hablo spindulys. Kokie kiti dalykai jūsų srityje yra tokie įdomūs, kad jūs tiesiog galite pasidalinti su kitais žmonėmis?

Aš turiu galvoje, kad vien tai, kad mes galime labai tiesiogiai matyti praeitį, ir toliau glumina mane. Tai, kad paskutinius Didžiojo sprogimo etapus galime matyti tiesiogiai su teleskopais, su mikrobangų imtuvais. Visomis kryptimis gauname šviesą iš paskutinių Didžiojo sprogimo etapų. Tai, kad galime tiesiog pažvelgti į visatą ir pamatyti praeitį, taigi sužinoti apie savo istoriją, manau, yra nepaprastai nuostabu. Tai mane visą laiką stebina. Ir tada, žinote, yra tiesiog visi šie keisti kosmologijos aspektai, keisti fizikos dalykai, kurie iškyla, jei esate visatoje, kuri plečiasi ir valdoma reliatyvumo. Taigi jūs užsiminėte apie tai, kad tam tikru momentu galaktikos nustoja atrodyti mažesnės. Žinote, tokio pat dydžio galaktika pradėtų atrodyti didesnė, o tai keista, kai einate vis tolyn.

Tada tiesiog nuostabu yra tai, kad mes galime pamatyti visatos plėtimąsi, kad galime tai nustatyti laikui bėgant. Net nežinau, ar tikrai apie tai kalbėjau knygoje, bet kai žiūrime į labai tolimas supernovas, saulės sprogimus, jie pasirodo. tai vyksta lėčiau, jei jie yra toli, nes visatos plėtimasis taip pat prailgina laiką šiame tikrai keistame būdu. Taigi erdvės ir laiko sąveikos vienas su kitu būdas yra labai painus ir keistas, kai susiduriate su kosmologija, ir tai tikrai įdomu. Žinote, reliatyvumas tiesiog daro keistus dalykus erdvei ir laikui įvairiuose kontekstuose. Kad man atrodo nuostabu ir šaunu.

Kosmologijoje yra daug nežinomų dalykų. Kokią paslaptį norėtumėte įminti?

Oi, jų tiek daug. Visas tamsiosios medžiagos / tamsiosios energijos dalykas yra didžiulis. Jei žinotume tamsiosios materijos prigimtį, tai tikrai padėtų mums suprasti fiziką apskritai.

Bet aš manau, kad turbūt didžiausią įtaką turėtų žinoti, ar įvyko infliacija, o tada, kaip ir kodėl. Taigi, užpildžius tik mažytę, mažytę laiko akimirką pačioje visatos pradžioje, viskas mūsų kosmoso paveiksle tikrai pakeistų. Jei mes tikrai žinotume, kad taip atsitiko, tai mums pasakytų ką nors apie visatos kilmę, kuri padėtų mums pasakyti ką nors apie jos ateitį. Tai tikrai leistų mums valdyti pagrindinę kosmoso struktūrą. Taigi, taip, infliacijos supratimas, tamsioji medžiaga, tamsioji energija, manau, tai yra didžiosios. Ir tada, žinote, yra dalykų, pavyzdžiui, išsiaiškinti, kaip sujungti bendrąją reliatyvumą ir dalelių fiziką. Tačiau manau, kad jei žinotume atsakymus į infliaciją, tamsiąją medžiagą ir tamsiąją energiją, tai suteiktų mums daug užuominų, kaip sudaryti išsamesnį fizikos vaizdą.

Knygoje šiek tiek rašote apie egzistencializmą ir baimę. Ar tai tik kažkas, apie ką galvojate, nes rašote šią knygą, ar tai visada yra?

Ar aš persekiojamas? Aš turiu galvoje, kad tai tikrai kažkas, dėl ko jaučiausi taip, lyg turėčiau grumtis dėl knygos, nes aš pagalvokite, kad natūralu užduoti klausimą, žinote, jei mes nesitęsiame amžinai, ką tai reiškia reiškia? Pavyzdžiui, kokia gyvenimo prasmė? Koks egzistavimo tikslas, jei jis turi pabaigos datą? Taigi tai tikrai buvo kažkas, kas iškilo galvojant apie visus šiuos didelius klausimus. Aš nesu tas, kuris visą savo laiką praleidžia apmąstydamas gyvenimo prasmę apskritai. Aš dažniausiai nesusigaudinėju dėl tų dalykų. Ir aš taip pat nesu tas, kuris mėgsta galvoti apie mirtį. Labai stengiausi negalvoti apie mirtį, nes man tai kelia didelį nerimą. Taigi tai tikrai paskatino pagalvojus apie šią knygą ir pabandžius pateikti tam tikrą kontekstą šioms didelėms idėjoms, nes iš tikrųjų mes turime emocinį atsaką į visatą. Net jei tai atrodo neracionalu griežtai praktiniu požiūriu, sunku išvengti tokio atsakymo.

Redaktorių rekomendacijos

• 5 000 „akių“ nuskaitys naktinį dangų, kad rastų tamsios energijos galvosūkį
• Kaip veido atpažinimas padeda astronomams atskleisti tamsiosios materijos paslaptis
• Kosminis teleskopas, skirtas ištirti tamsiosios energijos ir tamsiosios materijos paslaptis