Takto sa skončí vesmír podľa astrofyzika

"Naše kontemplácie o vesmíre nás vzrušujú," povedal raz zosnulý astronóm Carl Sagan. "Je tu brnenie v chrbtici, zachytenie v hlase, slabý pocit, akoby vzdialená spomienka na pád." z veľkej výšky." Ak vám pri úvahách o vesmíre behá mráz po chrbte, pomyslenie na jeho koniec vás môže vyvolať zemetrasenie.

Vo svojej novej knihe Koniec všetkého: (astrofyzikálne povedané), teoretická astrofyzička Dr. Katie Mack začína Veľkým treskom – teóriou o tom, ako vznikol vesmír. Jej začiatok môže kozmológom, ako je ona, veľa povedať o jej nevyhnutnom konci. Veselo prevedie čitateľov piatimi astrofyzikálnymi apokalypsami: veľkou krízou, tepelnou smrťou, veľkým trhaním, rozpadom vákua a veľkým odrazom. Aby ste neuviazli v kvark-gluónovej plazme (nebojte sa, vysvetľuje to), Mack udržiava všetko dostupné a konverzačné. Je to oveľa zábavnejšie, než by ste od knihy o konci vesmíru čakali. Zdá sa, že nedovoľte, aby vás existenciálny strach, ktorý sa končí vesmírom, dostal dole.

Rozprávali sme sa s Mackom o temnej energii verzus temnej hmote, o tom, ako nám teleskopy umožňujú doslova nahliadnuť do minulosti a o zvláštnosti vesmíru.

(Táto konverzácia bola mierne upravená kvôli prehľadnosti.)

Digitálne trendy: Čo vás podnietilo napísať túto knihu?

Mack: V priebehu rokov som študoval veľa rôznych vecí v oblasti kozmológie. Takže, viete, kozmológia pokrýva vesmír ako celok a jeho zložky a jeho vývoj. Pracoval som na ranom vesmíre. Pracoval som na temnej hmote, čiernych dierach, evolúcii galaxií, na všetkých týchto druhoch vecí. A v poslednej dobe ma veľmi zaujíma koniec vesmíru. a tak nejako vznikla táto kniha.

Vaša kniha ponúka veľmi dostupné vysvetlenie toho, ako sme schopní pozorovať Veľký tresk. Môžete nám to priblížiť?

Myšlienka je teda taká, že ak sa vesmír momentálne rozpína ​​– čo pozorujeme, vidíme galaxie vzdialiť sa od seba – potom je logické, že v minulosti bol vesmír viac stlačený. Takže všetko bolo bližšie k sebe. A môžete toto rozšírenie vytočiť späť a dostanete sa do bodu, kedy bolo všetko akosi na sebe.

Takže ako sa vesmír rozpína, ochladzuje sa, hmota sa viac rozptýli, energia sa rozšíri viac. V minulosti muselo byť horúcejšie a hustejšie a v istom zmysle menšie ako dnes. Takže to je v podstate teória veľkého tresku. To je najzjednodušenejšie tvrdenie teórie veľkého tresku, len to, že vesmír bol v minulosti teplejší, menší a hustejší.

A ak je to tak, potom je tiež logické, že ak sa pozriete dostatočne ďaleko, pozeráte sa stále ďalej a ďalej späť v čase, pretože svetlo potrebuje čas, aby sa k vám dostalo. A tak by ste mali byť schopní dostať sa do bodu, v ktorom keby bol vesmír naozaj horúci a hustý všade – ak Veľký tresk bol niečím, čo sa stalo v celom vesmíre – potom mali by byť schopní vidieť časti vesmíru, ktoré sú tak ďaleko, že sú stále v tom horúcom, hustom stave, že sú stále v záverečnej fáze tohto druhu prvotnej ohnivej gule existencie.

A aby ste sa tam dostali, musíte predpokladať, že vesmír je veľký a vždy bol predĺženou vecou, ​​čomu veríme. Myslíme si, že Veľký tresk je niečo, čo sa stalo všade. Neexistuje jediný východiskový bod. A tak ak sa budete riadiť týmto uvažovaním, potom by tam malo byť podsvietenie. Svetlo by k nám malo prichádzať zo všetkých strán, z tých najvzdialenejších končín, z tých najvzdialenejších, ktoré sme mohli vidieť. Malo by tam byť svetlo, ktoré je zvyškom svetla po konečnom ochladení tohto ohnivého stavu vesmíru.

Kniha skúma päť možných spôsobov zániku vesmíru. Prečo existuje toľko rôznych spôsobov, ako by to mohlo ísť?

No, záleží na niekoľkých veciach. Jedným z nich je, že úplne nerozumieme tomu, čo spôsobuje, že vesmír expanduje tak, ako je práve teraz. Boli časy, keď sme si mysleli, že to bude celkom jednoduché, pretože sme mali dobrú teóriu gravitácie, všeobecnú teóriu relativity a mohli merať rýchlosť rozpínania vesmíru a vedeli sme, ako by sa všetky veci vo vesmíre mali spomaľovať rozšírenie. A tak potom išlo len o to nájsť rovnováhu medzi expanziou a gravitáciou.

Takže, ak by expanzia bola príliš rýchla pre všetku gravitáciu, potom by ju dostatočne nespomalila a rozpínala by sa navždy. A ak by expanzia nebola dostatočne rýchla alebo ak by bola príliš veľká gravitácia, potom by gravitácia zvíťazila, spomalila expanziu, zastavila ju a my by sme mali recollaspe – veľkú krízu. A tak to boli istý čas jediné možnosti, ktoré dávali zmysel.

Ale potom, keď sa zistilo, že vesmír skutočne zrýchľuje svoju expanziu, museli sme do vesmíru pridať novú zložku. Museli sme prehodnotiť naše chápanie a vložiť do toho vec zvanú temná energia. A temná energia je niečo, vďaka čomu sa vesmír rozpína ​​rýchlejšie. Ale pretože temnej energii v skutočnosti nerozumieme, nemôžeme s istotou povedať, že tam sa veci dejú. Takže to je dôvod, prečo sú veci ako veľké trhanie alebo veľké crunch stále na stole a smrť z tepla je tá, ku ktorej zrejme smerujeme.

A potom dve čudné myšlienky, rozpad vákua a skákacie kozmológie, pochádzajú zo skutočnosti, že sa stále snažíme veľa pochopiť o veľmi ranom vesmíre a fyzike častíc. Poskakujúca kozmológia teda vychádza z myšlienky, že možno náš súčasný najlepší odhad veľmi raného vesmíru, tejto inflačnej fázy, možno nie je celý príbeh. Možno sa tak nestalo. Možno vo veľmi ranom vesmíre existoval nejaký iný vývoj, ktorý viedol k podmienkam, ktoré vidíme dnes. A ak je to pravda, potom niektoré z týchto myšlienok môžu viesť k týmto podivnejším cyklickým kozmológiám.

A potom myšlienka rozpadu vákua skutočne vychádza zo skutočnosti, že naše znalosti fyziky častíc sú neúplné a súčasné najlepšie pochopenie znalosti časticovej fyziky naznačujú, že spôsob, akým práve teraz funguje časticová fyzika, jednoducho nie je úplne stabilný, čo spôsobuje, že vesmír je náchylný na tento rozpad. proces. Takže ak by sme lepšie porozumeli časticovej fyzike, ak by sme lepšie pochopili veľmi, veľmi rané časti vesmíru, potom by sme mohli povedať niečo o týchto dvoch modeloch. Momentálne ich však nemôžeme vylúčiť ani s istotou povedať, že to tak bude.

Ktorý zo všetkých scenárov je najpravdepodobnejší?

Smrť z tepla sa považuje za najpravdepodobnejšiu, čiastočne preto, že vyžaduje najmenej ďalších podivných vecí. Takže v kozmológii radi robíme veci čo najjednoduchšie. Radi nepredpokladáme žiadne nové zložky vesmíru, pokiaľ to absolútne nemusíme. A scenár tepelnej smrti má určitý druh temnej energie, ktorá je touto kozmologickou konštantou, čo je niečo, čomu úplne nerozumieme. Ale je to myšlienka, ktorá existuje už od Einsteina, a je to len vlastnosť časopriestoru, že má v sebe zabudovanú túto malú expanziu.

Takže to nám dáva veľmi jednoduchý, priamočiary vývoj, kde sa vesmír neustále zrýchľuje vo svojej expanzii a všetko len mizne. A to dáva veľký zmysel, ak má vesmír temnú hmotu, pravidelnú hmotu a kozmologickú konštantu ako temnú energiu. Nemusíte predpokladať nič zložitejšie. Implicitne z toho vyplýva, že k inflácii skutočne došlo, a to bol začiatok vesmíru. To je časť takzvaného konkordančného modelu kozmológie, kde je všetko také jednoduché a nudné, ako si to dokážete predstaviť.

Ale dôvod, prečo sa na to neuspokojíme a nepovieme, že sme skončili, je ten, že naozaj nevieme s istotou, že temná energia je kozmologický koncept. A tak to necháva nejaký priestor. Nemôžeme tiež s istotou povedať, že rozumieme časticovej fyzike dostatočne na to, aby sme mohli povedať, že rozpad vákua nie sa stalo alebo že raná evolúcia vesmíru nebola dostatočne odlišná, aby naznačovala určitú cyklickú fázu koniec.

Spomínate niektoré nové rádioteleskopy to umožní vedcom sledovať formovanie prvých štruktúr vesmíru. Aké ponaučenie z toho očakávajú odborníci?

Získame lepší obraz o vývoji kozmu cez toto obdobie medzi svetlom v pozadí a moderným vesmírom, kde sme, viete, vesmír plný galaxií. Existuje primerane veľký kus času, keď máme málo informácií o tom, čo sa vtedy dialo. Dozvieme sa teda veľa o vývoji vesmíru. Získame len merania oveľa väčšieho počtu galaxií. V knihe som teda spomenul Observatórium Vera Rubin, ktoré zmapuje niečo ako miliardy galaxie a ukážte nám, ako sa pohybujú vesmírom a ako sa časom vyvíjajú a ako sa distribuované. A to nám dá veľa informácií len o rozložení vesmíru a vývoji vesmíru. Takže to budú dôležité indície.

Mohli by sme sa tiež dozvedieť o iných aspektoch fyziky. Takže ma zaujímajú niektoré z týchto veľkých rádiových teleskopických polí, pretože by nám mohli povedať niečo o temnej hmote, ak temná hmota vo vzdialenom vesmíre anihiluje. To môže zmeniť spôsob, akým sa prvé hviezdy a galaxie vyvíjajú, a to by nám mohlo poskytnúť nejaké vodítka k ďalšiemu kroku v časticovej fyzike. A tak existuje veľa vecí, ktoré by sme mohli vyplniť, ak by sme o nich mali oveľa viac údajov vzdialený vesmír, raný vesmír, iné galaxie – akýsi úsvit éry galaxií, môžete povedať. Je to naozaj otázka získania lepšej mapy a lepšej histórie a hľadania prekvapení. Naozaj dúfame, že s pribúdajúcimi údajmi uvidíme nové a zaujímavé javy.

Môžete vysvetliť rozdiel medzi temná energia a temná hmota?

Áno, temná hmota a temná energia pôsobia na vesmír celkom opačným spôsobom. Medzi nimi sú najdôležitejšie aspekty vesmíru, ak uvažujete o jeho dlhodobom vývoji. Temná energia je teda niečo, vďaka čomu sa vesmír rozpína ​​rýchlejšie. Nejako rozťahuje priestor. Odtiaľto skutočne riadi vývoj vesmíru. Začalo to byť naozaj dôležité asi pred piatimi miliardami rokov. A teraz akosi preberá vládu nad vesmírom. A tak sme vydaní na milosť a nemilosť, pokiaľ ide o vývoj kozmu odtiaľto.

Ale temná hmota je niečo, čo je zodpovedné za všetko nahromadenie štruktúry vo vesmíre, takže rast galaxií a zhlukov galaxií. Všetky sú postavené na lešení temnej hmoty. Čiže temná hmota je nejaký druh neviditeľnej hmoty, ale je to väčšina hmoty vo vesmíre a má vlastnosti, vďaka ktorým sa dá ľahšie spojiť a postaviť lešenie, na ktorom záleží všetko ostatné je postavená. A pretože je to hmota, pretože je to väčšina hmoty vo vesmíre, snaží sa spomaliť expanziu vesmíru. A na chvíľu to spomaľovalo expanziu vesmíru a až pred piatimi miliardami rokov sa vesmír tak zväčšil, že ho prevzala temná energia.

Vaše nadšenie sa v knihe prejavuje veľa, najmä keď hovoríte o veciach, ako je Hubbleov rádius. Ktoré ďalšie veci sú vo vašom odbore také vzrušujúce, že sa o ne môžete podeliť s inými ľuďmi?

Chcem tým povedať, že už len skutočnosť, že môžeme vidieť minulosť veľmi priamo, mi stále vŕta v hlave. Skutočnosť, že konečné fázy Veľkého tresku môžeme vidieť priamo pomocou ďalekohľadov, s mikrovlnnými prijímačmi. V každom smere zachytávame svetlo z posledných fáz Veľkého tresku. Skutočnosť, že sa môžeme len tak pozerať do vesmíru a vidieť minulosť, a preto sa dozvedieť o našej vlastnej histórii, je podľa mňa super-úžasná. To ma neustále udivuje. A potom, viete, sú tu len všetky tieto zvláštne aspekty kozmológie, zvláštne veci vo fyzike, ktoré sa objavia, ak ste vo vesmíre, ktorý sa rozpína ​​a riadi sa teóriou relativity. Takže ste spomenuli túto vec o tom, že v určitom bode galaxie prestanú vyzerať menšie. Viete, galaxia rovnakej veľkosti by začala vyzerať väčšia, čo je zvláštne, keď idete ďalej a ďalej.

Potom je tu už len fakt, že môžeme vidieť expanziu vesmíru, že to môžeme zmapovať v priebehu času, je úžasný. Ani neviem, či som o tom v knihe naozaj hovoril, ale keď sa pozrieme na veľmi vzdialené supernovy, slnečné výbuchy, objavia sa aby sa to dialo pomalšie, ak sú ďaleko, pretože expanzia vesmíru predlžuje čas aj v tomto naozaj zvláštnom spôsobom. Takže spôsob, akým sa priestor a čas navzájom ovplyvňujú, je veľmi mätúci a zvláštny, keď sa zaoberáte kozmológiou, a to je naozaj zaujímavé. Viete, relativita robí zvláštne veci s priestorom a časom vo všetkých možných kontextoch. To považujem za úžasné a cool.

V kozmológii je veľa neznámych. Akú záhadu by ste chceli vyriešiť?

Och, je toho veľa. Celá temná hmota/tmavá energia je obrovská. Ak by sme poznali podstatu temnej hmoty, určite by to veľmi pomohlo nášmu chápaniu fyziky vo všeobecnosti.

Ale myslím si, že to, čo by bolo možno najvplyvnejšie, by bolo naozaj vedieť, či nastala inflácia a potom, ako a prečo. Takže vyplnenie len malého, malého momentu času na samom začiatku vesmíru by skutočne zmenilo všetko na našom obraze vesmíru. Ak by sme s istotou vedeli, že sa to stalo, napovedalo by nám to niečo o vzniku vesmíru, čo by nám pomohlo povedať niečo aj o jeho budúcnosti. Naozaj by nám to umožnilo ovládať základnú štruktúru vesmíru. Takže, áno, rozumiem inflácii, temnej hmote, temnej energii, myslím si, že to sú tie veľké. A potom, viete, existujú veci ako zisťovanie, ako prepojiť všeobecnú teóriu relativity a fyziku častíc. Ale myslím si, že keby sme poznali odpovede na infláciu, temnú hmotu a temnú energiu, myslím si, že by nám to dalo veľa záchytných bodov o tom, ako si dať dokopy ucelenejší obraz fyziky.

V knihe píšeš trochu o existencializme a hrôze. Je to len niečo, o čom uvažujete, pretože píšete túto knihu, alebo je to tak nejako vždy?

Som strašidelný? Myslím, že je to určite niečo, o čom som mal pocit, že sa musím kvôli knihe popasovať, pretože ja Myslím si, že je prirodzené položiť si otázku, viete, ak nebudeme pokračovať navždy, čo to vlastne znamená znamenať? Napríklad, aký je zmysel života? Aký je účel existencie, ak má konečný dátum? Takže to bolo určite niečo, čo sa objavilo pri premýšľaní o všetkých týchto veľkých otázkach. Nie som niekto, kto trávi všetok svoj čas premýšľaním o zmysle života vo všeobecnosti. Zvyčajne sa do týchto vecí nezamotám. A tiež nie som niekto, kto rád premýšľa o smrti. Veľmi som sa snažil vyhnúť premýšľaniu o smrti, pretože ma to veľmi znepokojuje. Takže to bolo naozaj podnietené premýšľaním o tejto knihe a snahou dať nejaký kontext okolo týchto veľkých myšlienok, pretože realita je taká, že máme emocionálnu reakciu na vesmír. Aj keď sa to z prísne praktického hľadiska zdá iracionálne, je ťažké vyhnúť sa takejto reakcii.

Odporúčania redaktorov

• 5 000 „očí“ bude skenovať nočnú oblohu a hľadať vodítka k hádanke temnej energie
• Ako rozpoznávanie tváre pomáha astronómom odhaliť tajomstvá temnej hmoty
• Vesmírny teleskop na skúmanie tajomstiev temnej energie a temnej hmoty