Pēc astrofiziķa domām, visums beigsies šādi

"Mūsu apceres par kosmosu mūs rosina," reiz teica nelaiķis atronoms Karls Sagans. "Mugurkaulā ir tirpšana, balss aizķeršanās, vāja sajūta, it kā tāla atmiņa par kritienu no liela augstuma." Ja, domājot par Visumu, rodas drebuļi, domāšana par tā beigām var likt jums likties zemestrīce.

Savā jaunajā grāmatā Visa beigas: (astrofiziski runājot), teorētiskā astrofiziķe Dr. Keitija Maka sāk ar Lielo sprādzienu — teoriju par to, kā radās Visums. Tās sākums var daudz pastāstīt tādiem kosmologiem kā viņa par tās neizbēgamajām beigām. Viņa jautri izved lasītājus cauri piecām astrofizikas apokalipsēm: lielajai kraukšķīgai, karstuma nāvei, lielajai plīsumam, vakuuma sabrukšanai un lielajam atlēcienam. Lai jūs neiestrēgtu kvarka-gluona plazmā (neuztraucieties, viņa to paskaidro), Maks nodrošina, ka viss ir pieejams un sarunājams. Tas ir daudz jautrāk, nekā jūs varētu gaidīt no grāmatas par Visuma beigām. Neļaujiet eksistenciālajām bailēm, ka Visums beidzas, jūs nomākt, šķiet, viņa saka.

Mēs runājām ar Mack par tumšo enerģiju pret tumšo matēriju, kā teleskopi ļauj mums burtiski ieskatīties pagātnē un kosmosa dīvainībām.

(Šī saruna skaidrības labad ir nedaudz rediģēta.)

Digitālās tendences: kas jūs pamudināja uzrakstīt šo grāmatu?

Mack: Gadu gaitā esmu pētījis daudz dažādu lietu kosmoloģijas jomā. Tātad, kosmoloģija aptver Visumu kopumā un tā sastāvdaļas un evolūciju. Esmu strādājis pie agrīnā Visuma. Esmu strādājis pie tumšās matērijas, melnajiem caurumiem, galaktiku evolūcijas un tamlīdzīgām lietām. Un pēdējā laikā mani ļoti interesē Visuma gals. un tā radās šī grāmata.

Jūsu grāmata piedāvā ļoti saprotamu skaidrojumu tam, kā mēs varam novērot Lielo sprādzienu. Vai varat mums to izstāstīt?

Tātad ideja ir tāda, ka, ja Visums pašlaik izplešas, ko mēs novērojam, mēs redzam galaktikas attālinās viens no otra — tad ir pašsaprotami, ka pagātnē Visums bija vairāk saspiests. Tātad viss bija tuvāk kopā. Un jūs varat sastādīt šo paplašinājumu atpakaļ, un jūs nonāksit punktā, kur viss bija viens otram virsū.

Tātad, Visumam izplešoties, tas kļūst vēsāks, matērija kļūst izkliedētāka, enerģija kļūst izkliedētāka. Agrāk tas noteikti bija karstāks un blīvāks un savā ziņā mazāks nekā šodien. Tātad tā būtībā ir Lielā sprādziena teorija. Tas ir visvienkāršākais Lielā sprādziena teorijas apgalvojums, ka Visums agrāk bija karstāks, mazāks un blīvāks.

Un, ja tas tā ir, tad ir arī pašsaprotami, ka, skatoties pietiekami tālu, jūs skatāties arvien tālāk un tālāk atpakaļ laikā, jo gaismai ir nepieciešams laiks, lai nokļūtu līdz jums. Un tāpēc jums vajadzētu būt iespējai sasniegt punktu, kurā, ja Visums patiešām visur būtu karsts un blīvs — ja Lielais sprādziens būtu kaut kas tāds, kas notika visā kosmosā, tad jūs vajadzētu būt iespējai redzēt Visuma daļas, kas atrodas tik tālu, ka joprojām atrodas karstā, blīvā stāvoklī, ka tās joprojām atrodas šāda veida pirmatnējās uguns lodes beigu stadijā. esamību.

Un, lai tur nokļūtu, jums ir jāpieņem, ka Visums ir liels un vienmēr ir bijis paplašināts, kam mēs ticam. Mēs domājam, ka Lielais sprādziens ir kaut kas tāds, kas notika visur. Nav viena izejas punkta. Un tāpēc, ja jūs ievērojat šo argumentāciju, tad ir jābūt fona gaismai. Gaismai vajadzētu nākt pie mums no katra virziena, no visattālākajiem, tālākajiem, ko mēs varētu redzēt. Ir jābūt gaismai, kas ir pārpalikušā gaisma pēc šī kosmosa ugunīgā stāvokļa galīgās dzesēšanas.

Grāmatā ir apskatīti pieci iespējamie veidi, kā Visums varētu beigties. Kāpēc ir tik daudz dažādu veidu, kā tas varētu notikt?

Nu, tas ir saistīts ar dažām lietām. Viens no tiem ir tas, ka mēs pilnībā nesaprotam, kas liek Visumam paplašināties tā, kā tas ir šobrīd. Bija laiks, kad mēs domājām, ka tas būs diezgan vienkārši, jo mums bija laba gravitācijas teorija, vispārējā relativitāte, un mēs varēja izmērīt Visuma izplešanās ātrumu, un mēs zinājām, kā visam Visuma saturam vajadzētu palēnināt paplašināšana. Un tā tad bija tikai jāizdomā līdzsvars starp izplešanos un gravitāciju.

Tātad, ja izplešanās būtu pārāk ātra visai gravitācijai, tad tas to pietiekami nepalēninātu un paplašinātos uz visiem laikiem. Un, ja izplešanās nebūtu pietiekami ātra vai ja būtu pārāk daudz gravitācijas, tad gravitācija uzvarētu, palēninātu izplešanos, apturētu to, un mēs piedzīvotu recolspe — lielo krīzi. Un tāpēc kādu laiku tās bija vienīgās iespējas, kurām bija kāda jēga.

Bet tad, kad tika atklāts, ka Visums patiešām paātrinās tā izplešanās procesā, mums bija jāpievieno Visumam jauns komponents. Mums bija jāpārskata sava izpratne un jāievieto šī lieta, ko sauc par tumšo enerģiju. Un tumšā enerģija ir kaut kas tāds, kas liek Visumam ātrāk izplesties. Bet, tā kā mēs īsti nesaprotam tumšo enerģiju, mēs nevaram ar lielu pārliecību teikt, ka viss notiek tieši tur. Tāpēc tādas lietas kā liels plīsums vai liela gurkstēšana joprojām ir aktuāla, un šķiet, ka mēs virzāmies uz karstuma nāvi.

Un tad divas dīvainas idejas, vakuuma sabrukšana un atlēcošās kosmoloģijas, izriet no tā, ka mēs joprojām daudz cenšamies saprast par ļoti agrīno Visumu un daļiņu fiziku. Tātad atlecošā kosmoloģija ir radusies no domas, ka varbūt mūsu pašreizējais labākais minējums par ļoti agrīno Visumu, šo inflācijas fāzi, iespējams, tas nav viss stāsts. Varbūt tas nenotika. Varbūt ļoti agrīnā Visumā bija kāda cita evolūcija, kas noveda pie tādiem apstākļiem, kādus mēs redzam šodien. Un, ja tā ir taisnība, tad dažas no šīm idejām var novest pie šīm dīvainajām cikliskajām kosmoloģijām.

Un tad ideja par vakuuma samazināšanos patiešām rodas no tā, ka mūsu daļiņu fizikas zināšanas ir nepilnīgas un pašreiz vislabāk izprot mūsu daļiņu fizikas zināšanas liecina, ka veids, kā pašlaik darbojas daļiņu fizika, vienkārši nav pilnībā stabils, kas padara Visumu neaizsargātu pret šo sabrukšanu. process. Tātad, ja mēs labāk izprastu daļiņu fiziku, ja mēs labāk izprastu Visuma ļoti, ļoti agrīnās daļas, tad mēs varētu kaut ko teikt par šiem diviem modeļiem. Taču pagaidām mēs nevaram tos izslēgt vai droši apgalvot, ka viss notiks tieši tā.

Kurš no visiem scenārijiem ir visticamākais?

Karstuma nāve tiek uzskatīta par visticamāko, daļēji tāpēc, ka tas prasa vismazāk papildu dīvaino lietu. Tātad kosmoloģijā mums patīk lietas padarīt pēc iespējas vienkāršākas. Mums patīk neuzņemties nekādus jaunus Visuma komponentus, ja vien mums tas nav absolūti nepieciešams. Un karstuma nāves scenārijam ir sava veida tumšā enerģija, kas ir šī kosmoloģiskā konstante, ko mēs līdz galam nesaprotam. Bet tā ir ideja, kas pastāv kopš Einšteina, un tā ir tikai telpas laika īpašība, ka tajā ir iebūvēts šis nelielais paplašinājums.

Tādējādi mēs iegūstam ļoti vienkāršu, nepārprotamu evolūciju, kurā Visums turpina paātrināt savu izplešanos uz visiem laikiem, un tas viss vienkārši izgaist. Un tam ir liela jēga, ja Visumam ir tumšā matērija, parastā matērija un kosmoloģiskā konstante kā tumšā enerģija. Jums nav jāpieņem nekas sarežģītāks par to. Tas nozīmē, ka inflācija patiešām notika, un tas bija Visuma sākums. Tā ir daļa no tā sauktā kosmoloģijas saskaņas modeļa, kurā viss ir tik vienkārši un garlaicīgi, kā jūs varat iedomāties.

Bet iemesls, kāpēc mēs ne tikai samierināmies ar to un nesakām, ka esam pabeiguši, ir tas, ka mēs patiešām nezinām, ka tumšā enerģija ir kosmoloģisks jēdziens. Un tāpēc tas atstāj vietu. Mēs arī nevaram droši teikt, ka mēs pietiekami saprotam daļiņu fiziku, lai teiktu, ka vakuuma sabrukšana nenotiks vai arī agrīnā Visuma evolūcija nebija pietiekami atšķirīga, lai norādītu uz kādu ciklisku fāzi beigas.

Jūs pieminējat dažus jauni radioteleskopi kas ļaus zinātniekiem vērot, kā veidojas pirmās Visuma struktūras. Ko eksperti cer no tā mācīties?

Mēs iegūsim labāku priekšstatu par kosmosa attīstību šajā periodā starp fona gaismu un mūsdienu Visumu, kur mēs, ziniet, esam galaktiku pilns Visums. Ir pietiekami liels laika posms, kurā mums ir maz informācijas par to, kas toreiz notika. Tātad mēs daudz uzzināsim par kosmosa evolūciju. Mēs iegūsim tikai daudz vairāk galaktiku mērījumus. Tāpēc es grāmatā pieminēju Veras Rubīnas observatoriju, kurā tiks plānots kaut kas līdzīgs miljardiem galaktikas un parādiet mums, kā tās pārvietojas pa Visumu un kā tās laika gaitā attīstās un kā tās ir izplatīts. Un tas mums sniegs daudz informācijas tikai par Visuma izkārtojumu un kosmosa evolūciju. Tātad tās būs svarīgas norādes.

Mēs varētu arī uzzināt par citiem fizikas aspektiem. Tāpēc mani interesē daži no šiem lielajiem radioteleskopu blokiem, jo ​​tie varētu mums kaut ko pastāstīt par tumšo vielu, ja tumšā viela tālā Visumā iznīcinās. Tas var mainīt to, kā attīstās pirmās zvaigznes un galaktikas, un tas varētu sniegt mums dažas norādes uz nākamo soli daļiņu fizikā. Tāpēc ir daudz lietu, ko mēs varētu aizpildīt, ja mums būs daudz vairāk datu par tāls Visums, agrīnais Visums, citas galaktikas — tāda veida galaktikas laikmeta rītausma, jūs varētu saki. Tas patiešām ir tikai labākas kartes iegūšana, labākas vēstures iegūšana un pārsteigumu meklēšana. Ziniet, mēs ļoti ceram, ka, iegūstot arvien vairāk datu, mēs redzēsim jaunas un interesantas parādības.

Vai varat izskaidrot atšķirību starp tumšā enerģija un tumšā matērija?

Jā, tumšā matērija un tumšā enerģija iedarbojas uz Visumu gluži pretēji. Starp tiem abiem tie ir vissvarīgākie kosmosa aspekti, ja domājat par tā ilgtermiņa attīstību. Tātad tumšā enerģija ir kaut kas tāds, kas liek Visumam izplesties ātrāk. Tas kaut kā izstiepj telpu. Tas patiešām pārvalda kosmosa evolūciju no šejienes. Tas sāka kļūt patiešām, patiešām svarīgs apmēram pirms pieciem miljardiem gadu. Un tas tagad pārņem Visumu. Un tāpēc mēs esam tās žēlastībā attiecībā uz kosmosa attīstību no šī brīža.

Bet tumšā matērija ir sava veida tā, kas ir atbildīga par visu kosmosa struktūru veidošanos, tātad galaktiku un galaktiku kopu augšanu. Tie visi ir veidoti uz tumšās vielas sastatnēm. Tātad tumšā matērija ir kaut kāda neredzama matērija, taču tā ir lielākā daļa no Visuma matērijas, un tai ir dažas īpašības, kas ļauj tai vieglāk apvienoties un uzbūvēt sastatnes, uz kurām attiecas viss pārējais ir uzbūvēts. Un tā kā tā ir matērija, jo tā ir lielākā daļa no Visuma matērijas, tā darbojas, lai mēģinātu palēnināt Visuma izplešanos. Un kādu laiku tas palēnināja Visuma izplešanos, un tikai pirms aptuveni pieciem miljardiem gadu Visums kļuva tik liels, ka tumšā enerģija vienkārši pārņēma virsroku.

Jūsu entuziasms grāmatā daudz izpaužas, it īpaši, ja runājat par tādām lietām kā Habla rādiuss. Kas ir dažas citas lietas, kas ir tik aizraujošas jūsu jomā, ka jūs vienkārši dalāties ar citiem cilvēkiem?

Es domāju, ka tikai fakts, ka mēs varam ļoti tieši redzēt pagātni, turpina satricināt manu prātu. To, ka Lielā sprādziena beigu posmus varam redzēt tieši ar teleskopiem, ar mikroviļņu uztvērējiem. Mēs uzņemam Lielā sprādziena pēdējo posmu gaismu visos virzienos. Fakts, ka mēs varam vienkārši skatīties uz Visumu un redzēt pagātni un tādējādi uzzināt par savu vēsturi, manuprāt, ir ļoti pārsteidzoši. Tas mani visu laiku pārsteidz. Un tad, ziniet, ir tikai visi šie dīvainie kosmoloģijas aspekti, dīvainās lietas fizikā, kas parādās, ja atrodaties Visumā, kas paplašinās un ko pārvalda relativitāte. Tātad jūs pieminējāt šo lietu par to, ka noteiktā brīdī galaktikas vairs neizskatās mazākas. Ziniet, tāda paša izmēra galaktika sāktu izskatīties lielāka, kas ir dīvaini, ejot tālāk un tālāk.

Apbrīnojami ir tikai tas, ka mēs varam redzēt Visuma paplašināšanos un ka mēs varam to noteikt laika gaitā. Es pat nezinu, vai es tiešām par to runāju grāmatā, bet, skatoties uz ļoti tālām supernovām, saules sprādzieniem, tie parādās notiek lēnāk, ja tie atrodas tālu, jo Visuma izplešanās pagarina laiku arī šajā patiešām dīvainajā veidā. Tāpēc veids, kā telpa un laiks mijiedarbojas viens ar otru, kļūst ļoti mulsinoši un dīvaini, kad jūs nodarbojaties ar kosmoloģiju, un tas ir patiešām interesanti. Jūs zināt, relativitāte vienkārši rada dīvainas lietas telpai un laikam visdažādākajos kontekstos. Kas man šķiet pārsteidzošs un foršs.

Kosmoloģijā ir daudz nezināma. Kādu noslēpumu jūs vēlētos atrisināt?

Ak, to ir tik daudz. Visa tumšās matērijas/tumšās enerģijas lieta ir milzīga. Ja mēs zinātu tumšās matērijas būtību, tas noteikti būtu liels atbalsts mūsu izpratnei par fiziku kopumā.

Bet es domāju, ka visspēcīgākais būtu zināt, vai inflācija ir notikusi un pēc tam, piemēram, kā un kāpēc. Tātad, aizpildot tikai niecīgu, niecīgu laika mirkli pašā Visuma sākumā, tas patiešām mainītu visu mūsu kosmosa attēlā. Ja mēs droši zinātu, ka tas ir noticis, tas mums pastāstītu kaut ko par Visuma izcelsmi, kas palīdzētu mums kaut ko pateikt arī par tā nākotni. Tas patiešām ļautu mums izprast Kosmosa pamatstruktūru. Tātad, jā, saprotot inflāciju, tumšo matēriju, tumšo enerģiju, tie ir lielākie, es domāju. Un tad, ziniet, ir tādas lietas kā izdomāšana, kā savienot vispārējo relativitāti un daļiņu fiziku. Bet es domāju, ka, ja mēs zinātu atbildes uz inflāciju, tumšo matēriju un tumšo enerģiju, es domāju, ka tas mums sniegtu daudz norādes par to, kā izveidot pilnīgāku fizikas priekšstatu.

Jūs grāmatā rakstāt mazliet par eksistenciālismu un bailēm. Vai tas ir tikai kaut kas tāds, par ko jūs domājat tāpēc, ka rakstāt šo grāmatu, vai arī tas vienmēr pastāv?

Vai es esmu spoks? Es domāju, ka tas noteikti ir kaut kas tāds, ar ko man šķita, ka man bija jācīnās par grāmatu, jo es domā, ka ir dabiski uzdot jautājumu, zini, ja mēs neturpinām mūžīgi, ko tas vispār nozīmē nozīmē? Piemēram, kāda ir dzīves jēga? Kāds ir pastāvēšanas mērķis, ja tam ir beigu datums? Tāpēc tas noteikti radās, domājot par visiem šiem lielajiem jautājumiem. Es neesmu cilvēks, kurš visu savu laiku pavada, apdomājot dzīves jēgu kopumā. Es parasti neiespringstu šajās lietās. Un es arī neesmu cilvēks, kam patīk domāt par nāvi. Es ļoti centos izvairīties no domām par nāvi, jo man tā šķiet ļoti satraucoša. Tāpēc to patiešām pamudināja domāšana par šo grāmatu un mēģinājums šīm lielajām idejām likt kontekstu, jo realitāte ir tāda, ka mums ir emocionāla reakcija uz Visumu. Pat ja tas šķiet neracionāli no praktiskā viedokļa, ir grūti izvairīties no šādas atbildes.

Redaktoru ieteikumi

• 5000 “acu” skenēs naksnīgās debesis, meklējot norādes uz tumšās enerģijas mīklu
• Kā sejas atpazīšana palīdz astronomiem atklāt tumšās matērijas noslēpumus
• Kosmiskais teleskops, lai izpētītu tumšās enerģijas un tumšās matērijas noslēpumus