Așa se va încheia universul, potrivit unui astrofizician

„Contemplările noastre asupra cosmosului ne stârnesc” a spus odată regretatul aronomer Carl Sagan. „Există o furnicătură în coloana vertebrală, o captură în voce, o senzație slabă, ca și cum o amintire îndepărtată a căderii de la mare înălțime.” Dacă reflectarea asupra universului îți dă un fior, gândul la sfârșitul lui te poate face cutremur.

În noua ei carte, Sfârșitul tuturor: (astrofizic vorbind), astrofizicianul teoretic Dr. Katie Mack începe cu Big Bang - teoria modului în care a început universul. Începutul său poate spune cosmologilor ca ea multe despre sfârșitul său inevitabil. Ea îi duce veselă pe cititori prin cinci apocalipse astrofizice: marea criză, moartea la căldură, marea ruptură, dezintegrarea în vid și marea săritură. Pentru a nu rămâne blocat în plasma cu quarc-gluon (nu vă faceți griji, explică ea), Mack păstrează totul accesibil și conversațional. Este mult mai distractiv decât v-ați aștepta să fie o carte despre sfârșitul universului. Nu lăsa teama existențială care se termină universul să te doboare, pare să spună ea.

Am vorbit cu Mack despre energia întunecată versus materia întunecată, despre modul în care telescoapele ne permit să privim literalmente în trecut și despre ciudățenia spațiului.

(Această conversație a fost ușor editată pentru claritate.)

Digital Trends: Ce v-a determinat să scrieți această carte?

Mack: De-a lungul anilor, am studiat o mulțime de lucruri diferite în zonă, în linii mari, despre cosmologie. Deci, cosmologia acoperă, știți, universul ca întreg și componentele sale și evoluția lui. Am lucrat la universul timpuriu. Am lucrat la materia întunecată, găurile negre, evoluția galaxiilor, toate astea. Și în ultimul timp am fost foarte interesat de sfârșitul universului. și cam așa a apărut această carte.

Cartea ta oferă o explicație foarte accesibilă pentru modul în care putem observa Big Bang-ul. Poți să ne ghidezi prin asta?

Deci, ideea este că dacă universul se extinde în prezent - ceea ce observăm, vedem galaxii depărtându-se unul de celălalt - atunci este de înțeles că în trecut, universul era mai mult comprimat. Deci totul era mai aproape unul de altul. Și poți să apelezi acea extensie înapoi și ajungi la un punct în care totul era cam unul peste altul.

Deci, pe măsură ce universul se extinde, se răcește, materia devine mai difuză, energia devine mai difuză. În trecut, trebuie să fi fost mai cald și mai dens și, într-un fel, mai mic decât în ​​prezent. Deci asta este practic teoria Big Bang. Aceasta este afirmația cea mai simplistă a Teoriei Big Bang, doar că universul era mai fierbinte, mai mic și mai dens în trecut.

Și dacă acesta este cazul, atunci este, de asemenea, logic că, dacă privești suficient de departe, te uiți din ce în ce mai departe în timp, din cauza timpului necesar luminii pentru a călători până la tine. Și așa ar trebui să poți ajunge într-un punct în care, dacă universul era într-adevăr fierbinte și dens peste tot - dacă Big Bang-ul a fost ceva care sa întâmplat în întregul cosmos - atunci tu ar trebui să poată vedea părți ale universului care sunt atât de departe încât sunt încă în starea aceea fierbinte, densă, încât sunt încă în etapele finale ale acelui tip de minge de foc primordială. existenţă.

Și pentru a ajunge acolo, trebuie să presupunem că universul este mare și a fost întotdeauna un lucru extins, ceea ce credem. Credem că Big Bang-ul este ceva care s-a întâmplat peste tot. Nu există un singur punct de origine. Și deci, dacă urmați acest raționament, atunci ar trebui să existe lumină de fundal. Ar trebui să fie lumină să vină la noi din toate direcțiile, din cele mai îndepărtate zone, din cele mai îndepărtate pe care le-am putea vedea. Ar trebui să existe lumina care este lumina rămasă de la răcirea finală a acelei stări de foc a cosmosului.

Cartea explorează cinci moduri posibile prin care universul s-ar putea termina. De ce există atât de multe moduri diferite în care ar putea merge?

Ei bine, se rezumă la câteva lucruri. Una este că nu înțelegem pe deplin ce face universul să se extindă așa cum este acum. A fost o vreme când ne-am gândit că va fi destul de simplu pentru că aveam o bună teorie a gravitației, relativitatea generală și puteam măsura rata de expansiune a universului și știam cum toate lucrurile din univers ar trebui să încetinească expansiune. Și atunci, a fost doar o chestiune de a afla echilibrul dintre expansiune și gravitație.

Deci, dacă expansiunea ar fi prea rapidă pentru toată gravitația, atunci nu ar încetini suficient și s-ar extinde pentru totdeauna. Și dacă expansiunea nu ar fi suficient de rapidă sau dacă ar fi prea multă gravitație, atunci gravitația ar câștiga, încetinește expansiunea, o oprește și am avea o refacere - marea criză. Și astfel, pentru o vreme, acelea au fost singurele opțiuni care au avut sens.

Dar apoi, când s-a descoperit că universul se accelerează de fapt în expansiunea sa, a trebuit să adăugăm o nouă componentă universului. A trebuit să ne revizuim înțelegerea și să introducem acest lucru numit energie întunecată. Iar energia întunecată este ceva care face ca universul să se extindă mai repede. Dar pentru că nu înțelegem cu adevărat energia întunecată, nu putem spune cu multă siguranță că acolo merg lucrurile. Deci, de aceea, lucruri precum ruptura mare sau criza mare sunt încă pe masă și moartea caldă este cea spre care se pare că ne îndreptăm.

Și apoi cele două idei ciudate, dezintegrarea în vid și cosmologiile care sări, provin din faptul că încă încercăm să înțelegem multe despre universul foarte timpuriu și fizica particulelor. Așadar, cosmologia răsturnată a ieșit din ideea că poate cea mai bună presupunere a noastră actuală despre universul foarte timpuriu, această fază inflaționistă, poate că asta nu este toată povestea. Poate că nu s-a întâmplat. Poate că a existat o altă evoluție în universul foarte timpuriu care a condus la condițiile pe care le vedem astăzi. Și dacă acest lucru este adevărat, atunci unele dintre aceste idei pot duce la aceste cosmologii ciclice ciudate.

Și apoi ideea dezintegrarii în vid vine cu adevărat din faptul că cunoștințele noastre despre fizica particulelor sunt incomplete, iar cea mai bună înțelegere actuală a noastră. cunoștințele despre fizica particulelor sugerează că modul în care funcționează fizica particulelor în acest moment nu este pe deplin stabil, ceea ce lasă universul vulnerabil la această dezintegrare. proces. Deci, dacă am înțelege mai bine fizica particulelor, dacă am înțelege mai bine părțile foarte, foarte timpurii ale universului, atunci am putea spune ceva despre aceste două modele. Dar deocamdată, nici nu le putem exclude, nici nu putem spune cu certitudine că sunt așa cum vor merge lucrurile.

Dintre toate scenariile, care este cel mai probabil?

Moartea prin căldură este considerată a fi cea mai probabilă, parțial pentru că necesită cele mai puține lucruri ciudate suplimentare. Deci, în cosmologie, ne place să păstrăm lucrurile cât mai simple posibil. Ne place să nu ne asumăm noi componente ale universului decât dacă trebuie neapărat. Și scenariul morții prin căldură are un fel de energie întunecată care este această constantă cosmologică, ceea ce nu înțelegem în totalitate. Dar este o idee care există încă de la Einstein și este doar o proprietate a spațiu-timpului, că are această mică expansiune încorporată în ea.

Deci asta ne oferă o evoluție foarte simplă, directă, în care universul continuă să accelereze în expansiune pentru totdeauna și totul se estompează. Și asta are mult sens dacă universul are materie întunecată, materie obișnuită și o constantă cosmologică ca energia întunecată. Nu trebuie să presupuneți nimic mai complicat decât atât. Acest lucru implică faptul că inflația a avut loc, iar acesta a fost începutul universului. Aceasta face parte din așa-numitul model de concordanță al cosmologiei, în care totul este la fel de simplu și plictisitor pe cât vă puteți imagina.

Dar motivul pentru care nu ne hotărâm doar cu asta și spunem că am terminat este pentru că nu știm cu siguranță că energia întunecată este un concept cosmologic. Și asta lasă loc. De asemenea, nu putem spune cu siguranță că înțelegem suficient de mult fizica particulelor pentru a spune că dezintegrarea în vid nu va se întâmplă sau că evoluția timpurie a universului nu a fost suficient de diferită pentru a implica o fază ciclică la Sfârşit.

Menționați câteva noi radiotelescoape care va permite oamenilor de știință să urmărească primele structuri ale universului. Ce speră experții să învețe din asta?

Vom obține o imagine mai bună a evoluției cosmosului în această perioadă dintre lumina de fundal și universul modern unde suntem, știți, universul plin de galaxii. Există o porțiune de timp de dimensiuni rezonabile în care avem puține informații despre ceea ce se întâmpla atunci. Așa că vom învăța multe despre evoluția cosmosului. Vom obține doar măsurători ale mult mai multe galaxii. Așa că am menționat în carte Observatorul Vera Rubin, care va reprezenta ceva de genul miliardelor galaxii și ne arată cum se mișcă ele prin univers și cum evoluează în timp și cum sunt distribuite. Și asta ne va oferi o mulțime de informații doar despre aspectul universului și despre evoluția cosmosului. Deci acestea vor fi indicii importante.

De asemenea, s-ar putea să învățăm despre alte aspecte ale fizicii. Așa că sunt interesat de unele dintre aceste matrice mari de radiotelescoape, pentru că ar putea să ne spună ceva despre materia întunecată, dacă materia întunecată se anihilează în universul îndepărtat. Acest lucru poate schimba modul în care evoluează primele stele și galaxii și ne-ar putea oferi câteva indicii pentru următorul pas în fizica particulelor. Și așa că există o mulțime de lucruri pe care le-am putea completa dacă avem mult mai multe date despre univers îndepărtat, universul timpuriu, alte galaxii - genul de zori a erei galaxiilor, s-ar putea Spune. Este într-adevăr o chestiune de a obține o hartă mai bună și de a obține o istorie mai bună și de a căuta surprize. Știi, sperăm cu adevărat că vom vedea fenomene noi și interesante pe măsură ce obținem din ce în ce mai multe date.

Puteți explica diferența dintre energie întunecată și materie întunecată?

Da, deci, materia întunecată și energia întunecată acționează asupra universului în moduri destul de opuse. Între cei doi, ele sunt cele mai importante aspecte ale cosmosului dacă vă gândiți la evoluția sa pe termen lung. Deci, energia întunecată este ceva care face ca universul să se extindă mai repede. Cam întinde spațiul. Acesta guvernează cu adevărat evoluția cosmosului, de aici încolo. A început să devină foarte, foarte important în urmă cu aproximativ cinci miliarde de ani. Și acum preia universul. Și așa suntem la cheremul ei în ceea ce privește evoluția cosmosului de aici încolo.

Dar materia întunecată este într-un fel responsabilă pentru toată formarea structurii în cosmos, deci creșterea galaxiilor și a clusterelor de galaxii. Toate acestea sunt construite pe schelele materiei întunecate. Deci materia întunecată este un fel de materie invizibilă, dar este cea mai mare parte a materiei din univers și are ceva proprietăți care îi ajută să se reunească și să construiască schela pe care contează toate celelalte este construit. Și pentru că este materie, pentru că este cea mai mare parte a materiei din univers, acționează pentru a încerca să încetinească expansiunea universului. Și pentru o vreme a încetinit expansiunea universului și abia acum aproximativ cinci miliarde de ani universul a devenit atât de mare încât energia întunecată tocmai a preluat controlul.

Entuziasmul tău se manifestă prin multe în carte, mai ales când vorbești despre lucruri precum raza Hubble. Care sunt unele dintre celelalte lucruri de genul care sunt atât de interesante în domeniul tău pe care le poți împărtăși cu alți oameni?

Adică doar faptul că putem vedea trecutul foarte direct continuă să-mi sufle mintea. Faptul că putem vedea etapele finale ale Big Bang-ului direct cu telescoape, cu receptoare cu microunde. Primim lumina din etapele finale ale Big Bang-ului în toate direcțiile. Faptul că putem doar să privim în univers și să vedem trecutul și, prin urmare, să învățăm despre propria noastră istorie, cred că este super-uimitor. Asta mă uimește tot timpul. Și apoi, știi, există doar toate aceste aspecte ciudate ale cosmologiei, lucruri ciudate în fizică care apar dacă te afli într-un univers care se extinde și guvernat de relativitate. Deci ai menționat chestia asta despre, la un moment dat, galaxiile nu mai arată mai mici. Știi, o galaxie de aceeași dimensiune ar începe să pară mai mare, ceea ce este ciudat, pe măsură ce mergi din ce în ce mai departe.

Apoi, este doar faptul că putem vedea expansiunea universului, că putem mapa asta în timp, este uimitor. Nici măcar nu știu dacă am vorbit cu adevărat despre asta în carte, dar când ne uităm la supernove foarte îndepărtate, explozii solare, ele apar să se întâmple mai încet dacă sunt departe, pentru că expansiunea universului prelungește și timpul în acest lucru cu adevărat ciudat. cale. Deci felul în care spațiul și timpul interacționează unul cu celălalt devine foarte confuz și ciudat atunci când ai de-a face cu cosmologie și asta este cu adevărat interesant. Știi, relativitatea face lucruri ciudate spațiului și timpului în tot felul de contexte. Pe care mi se pare uimitor și cool.

Există multe în cosmologie care sunt necunoscute. Care este un mister pe care ți-ar plăcea să-l rezolvi?

Oh, sunt atât de multe. Întreaga chestiune cu materia întunecată/energia întunecată este uriașă. Dacă am cunoaște natura materiei întunecate, asta ar fi cu siguranță un mare ajutor pentru înțelegerea noastră a fizicii în general.

Dar cred că lucrul care ar avea cel mai impact ar fi să știm dacă a avut loc inflația și apoi, cum și de ce. Așa că completarea unui mic, mic moment de timp chiar la începutul universului ar schimba cu adevărat totul despre imaginea noastră despre cosmos. Dacă am ști cu siguranță că acest lucru s-a întâmplat, asta ne-ar spune ceva despre originea universului care ne-ar ajuta să putem spune ceva și despre viitorul său. Ne-ar permite cu adevărat să ne ocupăm de structura fundamentală a cosmosului. Deci, da, înțelegând inflația, materia întunecată, energia întunecată, acestea sunt genul celor mari, cred. Și apoi, știi, sunt lucruri precum să descoperi cum să conectezi relativitatea generală și fizica particulelor. Dar cred că dacă am ști răspunsurile la inflație, materia întunecată și energia întunecată, cred că asta ne-ar da o mulțime de indicii despre cum să punem cap la cap ca o imagine mai completă a fizicii.

Scrii puțin despre existențialism și spaimă în carte. Este doar ceva la care reflectezi pentru că scrii această carte, sau este mereu acolo?

Sunt bântuit? Adică, cred că este cu siguranță ceva cu care am simțit că trebuie să mă confrunt pentru carte, pentru că am cred că este firesc să punem întrebarea, știi, dacă nu continuăm pentru totdeauna, ce înseamnă Rău? Cum ar fi, care este sensul vieții? Care este scopul existenței dacă are o dată de încheiere? Deci a fost cu siguranță ceva care a apărut când ne gândim la toate aceste întrebări mari. Nu sunt cineva care îmi petrece tot timpul gândindu-mă la sensul vieții în general. De obicei nu mă las prins în chestiile astea. Și, de asemenea, nu sunt cineva căruia îi place să se gândească la moarte. M-am străduit din greu să evit să mă gândesc la moarte pentru că mi se pare foarte tulburătoare. Așadar, chiar a fost determinat de gândirea la această carte și încercarea de a pune un context în jurul acestor idei mari, pentru că realitatea este că avem un răspuns emoțional la univers. Chiar dacă acest lucru pare irațional din punct de vedere strict practic, este greu să eviți să ai acest răspuns.

Recomandările editorilor

• 5.000 de „ochi” vor scana cerul nopții pentru a găsi indicii despre puzzle-ul energiei întunecate
• Cum îi ajută recunoașterea facială pe astronomi să dezvăluie secretele materiei întunecate
• Telescopul spațial pentru a sonda misterele energiei întunecate și ale materiei întunecate