É assim que o universo terminará, segundo um astrofísico

“Nossas contemplações do cosmos nos emocionam”, o falecido astrônomo Carl Sagan disse uma vez. “Há um formigamento na espinha, uma voz embargada, uma sensação de desmaio, como se fosse uma lembrança distante de uma queda. de uma grande altura.” Se refletir sobre o universo lhe dá arrepios, pensar no seu fim pode fazer você terremoto.

Em seu novo livro, O fim de tudo: (falando astrofisicamente), a astrofísica teórica Dra. Katie Mack começa com o Big Bang - a teoria de como o universo começou. Seu início pode dizer muito a cosmólogos como ela sobre seu fim inevitável. Ela alegremente conduz os leitores através de cinco apocalipses astrofísicos: a grande crise, a morte pelo calor, o grande rasgo, a decadência do vácuo e o grande salto. Para evitar que você fique preso no plasma quark-gluon (não se preocupe, ela explica), Mack mantém tudo acessível e conversacional. É muito mais divertido do que você esperaria que fosse um livro sobre o fim do universo. Não deixe que o pavor existencial do fim do universo o desanime, ela parece dizer.

Conversamos com Mack sobre energia escura versus matéria escura, como os telescópios nos permitem literalmente olhar para o passado e a estranheza do espaço.

(Esta conversa foi ligeiramente editada para maior clareza.)

Tendências Digitais: O que o levou a escrever este livro?

Mac: Ao longo dos anos, estudei muitas coisas diferentes na área, de forma ampla, da cosmologia. Então, a cosmologia cobre, você sabe, o universo como um todo e seus componentes e sua evolução. Eu trabalhei no universo primitivo. Trabalhei com matéria escura, buracos negros, evolução de galáxias e todo esse tipo de coisa. E ultimamente tenho estado muito interessado no fim do universo. e foi assim que este livro surgiu.

Seu livro oferece uma explicação muito acessível de como conseguimos observar o Big Bang. Você pode nos explicar isso?

Então, a ideia é que se o universo estiver se expandindo atualmente – o que observamos, vemos galáxias afastando-se um do outro - então é lógico que, no passado, o universo era mais comprimido. Então tudo estava mais próximo. E você pode discar essa extensão de volta e chegar a um ponto em que tudo estava meio que um em cima do outro.

Assim, à medida que o universo se expande, fica mais frio, a matéria fica mais difusa, a energia fica mais difusa. No passado, deve ter sido mais quente e denso e, em certo sentido, menor do que hoje. Então essa é basicamente a Teoria do Big Bang. Esta é a afirmação mais simplista da Teoria do Big Bang, apenas que o Universo era mais quente, mais pequeno e mais denso no passado.

E se for esse o caso, então também é lógico que se você olhar para longe o suficiente, estará olhando cada vez mais para trás no tempo, por causa do tempo que a luz leva para viajar até você. E então você deveria ser capaz de chegar a um ponto em que se o universo fosse realmente quente e denso em todos os lugares - se o Big Bang fosse algo que aconteceu em todo o cosmos - então você deveriam ser capazes de ver partes do universo que estão tão distantes que ainda estão naquele estado quente e denso, que ainda estão nos estágios finais daquele tipo de bola de fogo primordial existência.

E para chegar lá, é preciso assumir que o universo é grande e sempre foi extenso, no que acreditamos. Achamos que o Big Bang foi algo que aconteceu em todos os lugares. Não há um único ponto de origem. E então, se você seguir esse raciocínio, então deveria haver luz de fundo. Deveria haver luz vindo até nós de todas as direções, dos confins mais distantes, do mais longe que pudéssemos ver. Deveria haver a luz que sobrou do resfriamento final daquele estado ígneo do cosmos.

O livro explora cinco maneiras possíveis pelas quais o universo poderia acabar. Por que existem tantas maneiras diferentes de acontecer?

Bem, tudo se resume a algumas coisas. Uma é que não entendemos completamente o que está fazendo o universo se expandir da maneira como está agora. Houve um tempo em que pensávamos que seria bastante simples porque tínhamos uma boa teoria da gravidade, da relatividade geral, e podíamos medir a taxa de expansão do universo, e sabíamos como todas as coisas no universo deveriam estar desacelerando o expansão. E então, foi apenas uma questão de descobrir o equilíbrio entre a expansão e a gravidade.

Portanto, se a expansão fosse demasiado rápida para toda a gravidade, então não a desaceleraria o suficiente e expandir-se-ia para sempre. E se a expansão não fosse rápida o suficiente ou se houvesse muita gravidade, então a gravidade venceria, desaceleraria a expansão, pararia-a, e teríamos um recollaspe – a grande crise. E assim, por um tempo, essas foram as únicas opções que faziam algum sentido.

Mas então, quando se descobriu que o universo estava realmente acelerando em sua expansão, tivemos que adicionar um novo componente ao universo. Tivemos que revisar nosso entendimento e incluir essa coisa chamada energia escura. E a energia escura é algo que está fazendo o universo se expandir mais rapidamente. Mas porque não entendemos realmente a energia escura, não podemos dizer com muita certeza que é para lá que as coisas estão indo. Então, é por isso que coisas como o grande rasgo ou a grande crise ainda estão sobre a mesa e a morte por calor é aquela para a qual parecemos estar caminhando.

E então as duas ideias excêntricas, decaimento do vácuo e cosmologias saltitantes, vêm do fato de que ainda há muita coisa que ainda estamos tentando entender sobre o universo primitivo e a física de partículas. Portanto, a cosmologia saltitante surgiu da ideia de que talvez a nossa melhor estimativa actual sobre o Universo muito primitivo, esta fase inflacionária, talvez não seja toda a história. Talvez isso não tenha acontecido. Talvez tenha havido alguma outra evolução no universo primitivo que levou às condições que vemos hoje. E se isso for verdade, então algumas dessas ideias podem levar a estas estranhas cosmologias cíclicas.

E então a ideia do decaimento do vácuo realmente surge do fato de que nosso conhecimento de física de partículas é incompleto, e o atual melhor entendimento de nosso o conhecimento da física de partículas sugere que a forma como a física de partículas funciona atualmente não é totalmente estável, o que deixa o universo vulnerável a esta decadência processo. Portanto, se entendêssemos melhor a física das partículas, se entendêssemos melhor as primeiras partes do universo, seríamos capazes de dizer algo sobre esses dois modelos. Mas, por enquanto, não podemos descartá-los ou dizer com certeza que será assim que as coisas acontecerão.

De todos os cenários, qual é o mais provável?

A morte por calor é considerada a mais provável, em parte porque requer menos coisas estranhas adicionais. Então, na cosmologia, gostamos de manter as coisas o mais simples possível. Gostamos de não assumir quaisquer novos componentes do universo, a menos que seja absolutamente necessário. E o cenário de morte por calor tem uma espécie de energia escura que é esta constante cosmológica, que é algo que não entendemos totalmente. Mas é uma ideia que existe desde Einstein, e é apenas uma propriedade do espaço-tempo, que tem esta pequena expansão incorporada.

Isso nos dá uma evolução muito simples e direta, onde o universo continua a acelerar sua expansão para sempre e tudo simplesmente desaparece. E isso faz muito sentido se o universo tiver matéria escura, matéria regular e uma constante cosmológica como a energia escura. Você não precisa assumir nada mais complicado do que isso. Implícito nisso está que a inflação aconteceu e esse foi o começo do universo. Isso faz parte do chamado modelo de concordância da cosmologia, onde tudo é tão simples e chato quanto você pode imaginar.

Mas a razão pela qual não aceitamos isso e dizemos que terminamos é porque realmente não sabemos ao certo se a energia escura é um conceito cosmológico. E isso deixa algum espaço. Também não podemos dizer com certeza que entendemos a física das partículas o suficiente para dizer que a decadência do vácuo não ocorrerá. aconteceu ou que a evolução inicial do universo não foi diferente o suficiente para implicar alguma fase cíclica no fim.

Você menciona alguns novos radiotelescópios isso permitirá aos cientistas observar a formação das primeiras estruturas do universo. O que os especialistas esperam aprender com isso?

Teremos uma imagem melhor da evolução do cosmos durante este período entre a luz de fundo e o universo moderno onde somos, você sabe, o universo cheio de galáxias. Há um período de tempo razoável em que temos poucas informações sobre o que estava acontecendo naquele momento. Portanto, aprenderemos muito sobre a evolução do cosmos. Obteremos apenas medições de muito mais galáxias. Então mencionei no livro o Observatório Vera Rubin, que vai mapear algo como bilhões de galáxias e nos mostrar como elas estão se movendo pelo universo e como estão evoluindo ao longo do tempo e como estão distribuído. E isso nos dará muitas informações apenas sobre o layout do universo e a evolução do cosmos. Portanto, essas serão pistas importantes.

Também podemos aprender sobre outros aspectos da física. Então, estou interessado em alguns desses grandes conjuntos de radiotelescópios, porque eles podem ser capazes de nos dizer algo sobre a matéria escura, se a matéria escura estiver se aniquilando no universo distante. Isso pode mudar a forma como as primeiras estrelas e galáxias estão a evoluir e pode dar-nos algumas pistas para o próximo passo na física de partículas. E há muitas coisas que poderíamos preencher se tivéssemos muito mais dados sobre o universo distante, o universo primitivo, outras galáxias - a espécie de alvorecer da era das galáxias, você pode dizer. Na verdade, é apenas uma questão de conseguir um mapa melhor, uma história melhor e procurar surpresas. Você sabe, realmente esperamos ver fenômenos novos e interessantes à medida que obtemos mais e mais dados.

Você pode explicar a diferença entre energia escura e matéria escura?

Sim, então, a matéria escura e a energia escura agem no universo de maneiras bastante opostas. Entre os dois, são os aspectos mais importantes do cosmos se você estiver pensando em sua evolução a longo prazo. Portanto, a energia escura é algo que faz o universo se expandir mais rapidamente. Isso meio que amplia o espaço. Está realmente governando a evolução do cosmos, de agora em diante. Começou a tornar-se muito, muito importante há cerca de cinco mil milhões de anos. E está meio que dominando o universo agora. E assim estaremos à sua mercê em termos da evolução do cosmos daqui em diante.

Mas a matéria escura é responsável por todo o acúmulo de estrutura no cosmos, ou seja, pelo crescimento de galáxias e aglomerados de galáxias. Tudo isso é construído sobre a estrutura da matéria escura. Portanto, a matéria escura é algum tipo de matéria invisível, mas é a maior parte da matéria do universo e tem alguns propriedades que tornam mais fácil sua união e construção da estrutura sobre a qual todas as outras matérias É construído. E porque é matéria, porque é a maior parte da matéria do universo, está agindo para tentar desacelerar a expansão do universo. E durante algum tempo a expansão do Universo foi abrandando, e só há cerca de cinco mil milhões de anos é que o Universo se tornou tão grande que a energia escura simplesmente assumiu o controlo.

Seu entusiasmo transparece muito no livro, especialmente quando você fala sobre coisas como o raio do Hubble. Quais são algumas das outras coisas tão interessantes em sua área que você acabou de compartilhar com outras pessoas?

Quero dizer, só o fato de podermos ver o passado muito diretamente continua a me surpreender. O fato de podermos ver os estágios finais do Big Bang diretamente com telescópios, com receptores de micro-ondas. Estamos captando a luz dos estágios finais do Big Bang em todas as direções. O fato de podermos simplesmente olhar para o universo e ver o passado e, portanto, aprender sobre nossa própria história, acho isso incrível. Isso me surpreende o tempo todo. E então, você sabe, existem todos esses aspectos estranhos da cosmologia, coisas estranhas na física que surgem se você estiver em um universo que está se expandindo e governado pela relatividade. Então você mencionou isso a certa altura, as galáxias param de parecer menores. Você sabe, uma galáxia do mesmo tamanho começaria a parecer maior, o que é estranho, à medida que você se afasta cada vez mais.

Depois, há apenas o fato de podermos ver a expansão do universo, de podermos mapear isso ao longo do tempo, é incrível. Nem sei se realmente falei sobre isso no livro, mas quando olhamos para supernovas muito distantes, explosões solares, elas aparecem estar acontecendo mais lentamente se eles estiverem longe, porque a expansão do universo também estende o tempo neste estranho caminho. Então, a forma como o espaço e o tempo interagem entre si fica muito confusa e estranha quando você lida com cosmologia, e isso é realmente interessante. Você sabe, a relatividade faz coisas estranhas com o espaço e o tempo em todos os tipos de contextos. Isso eu acho incrível e legal.

Há muita coisa na cosmologia que é desconhecida. Qual é o mistério que você adoraria resolver?

Ah, são tantos. Toda a questão da matéria escura/energia escura é enorme. Se soubéssemos a natureza da matéria escura, isso seria definitivamente uma grande ajuda para a nossa compreensão da física em geral.

Mas acho que o que talvez tivesse mais impacto seria realmente saber se a inflação ocorreu e então, como e por quê. Portanto, preencher apenas um minúsculo momento no início do universo realmente mudaria tudo sobre a nossa imagem do cosmos. Se soubéssemos com certeza que isto aconteceu, isso nos diria algo sobre a origem do universo que nos ajudaria a sermos capazes de dizer algo também sobre o seu futuro. Isso realmente nos permitiria ter uma ideia da estrutura fundamental do cosmos. Então, sim, entendendo a inflação, a matéria escura, a energia escura, esses são os grandes, eu acho. E então, você sabe, há coisas como descobrir como conectar a relatividade geral e a física de partículas. Mas acho que se soubéssemos as respostas para a inflação, a matéria escura e a energia escura, acho que isso nos daria muitas pistas sobre como montar uma imagem mais completa da física.

Você escreve um pouco sobre existencialismo e pavor no livro. Isso é apenas algo sobre o qual você está refletindo porque está escrevendo este livro, ou está sempre lá?

Estou assombrado? Quer dizer, acho que é definitivamente algo que senti que teria que enfrentar para o livro, porque Acho que é natural fazer a pergunta: você sabe, se não continuarmos para sempre, o que isso significa? significar? Tipo, qual é o sentido da vida? Qual é o propósito da existência se ela tem uma data de fim? Então foi definitivamente algo que surgiu ao pensar sobre todas essas grandes questões. Não sou alguém que passa todo o tempo refletindo sobre o significado da vida em geral. Normalmente não me envolvo com essas coisas. E eu também não sou alguém que gosta de pensar na morte. Tentei muito evitar pensar na morte porque acho isso muito preocupante. Então, foi realmente motivado por pensar neste livro e tentar contextualizar essas grandes ideias, porque a realidade é que temos uma resposta emocional ao universo. Mesmo que isso pareça irracional do ponto de vista estritamente prático, é difícil evitar essa resposta.

Recomendações dos Editores

• 5.000 ‘olhos’ irão examinar o céu noturno em busca de pistas para o quebra-cabeça da energia escura
• Como o reconhecimento facial está ajudando os astrônomos a revelar os segredos da matéria escura
• Telescópio espacial para investigar os mistérios da energia escura e da matéria escura