Овако ће се универзум завршити, према астрофизичару

„Наша контемплација космоса нас побуђује,“ рекао је једном покојни атроном Карл Саган. „Трнци у кичми, хватање у гласу, слаба сензација, као да је далека успомена на пад са велике висине“. Ако вас размишљање о универзуму изазива дрхтавица, размишљање о његовом крају може вас учинити потреса.

У својој новој књизи, Крај свега: (астрофизички говорећи), теоријска астрофизичарка др Кејти Мек почиње са Великим праском — теоријом о томе како је свемир настао. Његов почетак може космолозима попут ње много рећи о његовом неизбежном крају. Она весело води читаоце кроз пет астрофизичких апокалипса: велико крцкање, топлотна смрт, велики расцеп, распад вакуума и велики одскок. Да се ​​не бисте заглавили у кварк-глуонској плазми (не брините, она то објашњава), Мек држи све доступним и разговорним. Много је забавније него што бисте очекивали да ће књига о крају универзума бити. Не дозволите да вас обузме егзистенцијални страх од краја свемира, чини се да каже.

Разговарали смо са Меком о тамној енергији против тамне материје, о томе како нам телескопи омогућавају да буквално погледамо у прошлост и чудности свемира.

(Овај разговор је лагано измењен ради јасноће.)

Дигитални трендови: Шта вас је подстакло да напишете ову књигу?

Мацк: Током година, проучавао сам много различитих ствари у области, шире, космологије. Дакле, космологија покрива, знате, универзум у целини и његове компоненте и његову еволуцију. Радио сам на раном универзуму. Радио сам на тамној материји, црним рупама, еволуцији галаксије, свим тим стварима. А у последње време ме веома занима крај универзума. и тако је настала ова књига.

Ваша књига нуди веома приступачно објашњење како можемо да посматрамо Велики прасак. Можете ли нас провести кроз то?

Дакле, идеја је да ако се универзум тренутно шири - што посматрамо, видимо галаксије удаљавају се једно од другог — онда је логично да је у прошлости универзум био више компримовани. Дакле, све је било ближе. И можете некако да вратите тај локал и дођете до тачке у којој је све било једно на другом.

Дакле, како се универзум шири, постаје хладнији, материја постаје све више дифузна, енергија постаје дифузнија. У прошлости је морала бити топлија и гушћа и, у неком смислу, мања него данас. Дакле, то је у основи теорија великог праска. То је најједноставнија изјава теорије великог праска, само да је свемир био топлији, мањи и гушћи у прошлости.

А ако је то случај, онда је логично да ако погледате довољно далеко, гледате све даље и даље у прошлост, због времена које је потребно светлости да путује до вас. И тако би требало да будете у могућности да дођете до тачке у којој ако је универзум заиста био врео и густ свуда – ако је Велики прасак био нешто што се догодило у целом космосу – онда требало би да буде у стању да види делове универзума који су толико удаљени да су још увек у том врелом, густом стању, да су још увек у завршној фази те врсте исконске ватрене лопте постојање.

А да бисте тамо стигли, морате претпоставити да је универзум велик и да је увек био проширена ствар, у шта ми верујемо. Мислимо да је Велики прасак нешто што се дешавало свуда. Не постоји јединствена полазна тачка. И тако, ако следите то резоновање, онда би требало да постоји позадинско светло. Светло би требало да нам долази из свих праваца, из најудаљенијих крајева, најдаље што можемо да видимо. Требало би да постоји светлост која је преостала светлост од коначног хлађења тог ватреног стања космоса.

Књига истражује пет могућих начина да се универзум заврши. Зашто постоји толико различитих начина на које то може да иде?

Па, све се своди на неколико ствари. Једна је да не разумемо у потпуности шта чини да се универзум шири на начин на који је тренутно. Било је времена када смо мислили да ће то бити прилично једноставно јер смо имали добру теорију гравитације, општу релативност и могли да измеримо брзину ширења универзума, и знали смо како би све ствари у универзуму требало да успоравају проширење. И тако је онда било само питање да се пронађе баланс између експанзије и гравитације.

Дакле, ако би ширење било пребрзо за сву гравитацију, онда га не би довољно успорило и ширило би се заувек. А ако експанзија није била довољно брза или ако је гравитација била превелика, онда би гравитација победила, успорила ширење, зауставила га и имали бисмо реколаспе - велику кризу. И тако су једно време то биле једине опције које су имале смисла.

Али онда, када је откривено да се универзум заправо убрзава у свом ширењу, морали смо да додамо нову компоненту универзуму. Морали смо да ревидирамо наше разумевање и убацимо ову ствар која се зове тамна енергија. А тамна енергија је нешто што чини да се универзум шири брже. Али пошто заиста не разумемо тамну енергију, не можемо са пуно сигурности рећи да се ствари одвијају тамо. Дакле, зато су ствари попут великог раскида или велике кризе и даље на столу, а чини се да идемо ка топлотној смрти.

А онда две чудне идеје, распад вакуума и одскачујућа космологија, потичу из чињенице да још много тога покушавамо да разумемо о веома раном универзуму и физици честица. Дакле, поскакујућа космологија произашла је из идеје да можда наша тренутна најбоља претпоставка о врло раном универзуму, овој фази инфлације, можда није цела прича. Можда се то није догодило. Можда је постојала нека друга еволуција у врло раном универзуму која је довела до услова које видимо данас. А ако је то тачно, онда неке од тих идеја могу довести до ових чуднијих цикличних космологија.

А онда идеја о распаду вакуума заиста произлази из чињенице да је наше знање физике честица непотпуно, а тренутно најбоље разумевање нашег знање физике честица сугерише да начин на који физика честица тренутно функционише једноставно није у потпуности стабилан, што чини универзум рањивим на ово распадање процес. Дакле, ако бисмо боље разумели физику честица, ако бисмо боље разумели веома, веома ране делове универзума, онда бисмо могли да кажемо нешто о та два модела. Али за сада, не можемо их искључити или са сигурношћу рећи да су то начин на који ће ствари ићи.

Од свих сценарија, који је највероватнији?

Топлотна смрт се сматра највероватнијом, делимично зато што захтева најмање додатних чудних ствари. Дакле, у космологији волимо да ствари буду што једноставније. Волимо да не претпостављамо никакве нове компоненте универзума осим ако то апсолутно не морамо. А сценарио топлотне смрти има неку врсту тамне енергије која је ова космолошка константа, што је нешто што не разумемо у потпуности. Али то је идеја која постоји још од Ајнштајна, и то је само својство простор-времена, да има ово мало проширења уграђено у себе.

То нам даје врло једноставну, једноставну еволуцију, где универзум наставља да се убрзава у својој експанзији заувек и све само нестаје. И то има много смисла ако универзум има тамну материју, регуларну материју и космолошку константу као тамну енергију. Не морате да претпостављате ништа компликованије од тога. Имплицитно у томе је да се инфлација заиста догодила и да је то био почетак универзума. То је део такозваног модела конкорданције космологије где је све једноставно и досадно колико можете да замислите.

Али разлог зашто се не решимо само на то и кажемо да смо готови је тај што заиста не знамо са сигурношћу да је тамна енергија космолошки концепт. И тако то оставља мало простора. Такође не можемо са сигурношћу рећи да разумемо физику честица довољно да кажемо да распад вакуума неће десити или да рана еволуција универзума није била довољно другачија да би имплицирала неку цикличну фазу у крај.

Помињете неке нови радио телескопи то ће омогућити научницима да посматрају како се формирају прве структуре универзума. Шта се стручњаци надају да ће научити из тога?

Добићемо бољу слику еволуције космоса кроз овај период између позадинског светла и модерног универзума где смо, знате, универзум пун галаксија. Постоји разумно велики део времена где имамо мало информација о томе шта се тада дешавало. Тако ћемо научити много о еволуцији космоса. Добићемо само мерења много више галаксија. Тако сам поменуо у књизи Опсерваторију Вера Рубин, која ће мапирати нешто попут милијарди галаксије и покажу нам како се крећу кроз универзум и како се развијају током времена и како се дистрибуиран. И то ће нам дати много информација само о изгледу универзума и еволуцији космоса. Дакле, то ће бити важни трагови.

Такође бисмо могли научити о другим аспектима физике. Тако да ме занимају неки од ових великих низова радио телескопа, јер би могли да нам кажу нешто о тамној материји, ако се тамна материја уништава у далеком универзуму. То може да промени начин на који се прве звезде и галаксије развијају, а то би нам могло дати неке назнаке за следећи корак у физици честица. И тако, постоји много ствари које бисмо могли да попунимо ако имамо много више података о томе далеки универзум, рани универзум, друге галаксије - нека врста зоре ере галаксије, можда рецимо. Ствар је у томе да добијете бољу мапу и добијете бољу историју и тражите изненађења. Знате, ми се заиста надамо да ћемо видети нове и занимљиве појаве како добијамо све више података.

Можете ли објаснити разлику између тамна енергија и Тамна материја?

Да, дакле, тамна материја и тамна енергија делују на универзум на прилично супротан начин. Између њих двоје, они су најважнији аспекти космоса ако размишљате о његовој дугорочној еволуцији. Дакле, тамна енергија је нешто што чини да се универзум шири брже. То некако протеже простор. Она заиста управља еволуцијом космоса, од сада па надаље. Почео је да постаје заиста, заиста важан пре отприлике пет милијарди година. И сада некако преузима универзум. И тако смо препуштени на милост и немилост у смислу еволуције космоса одавде па надаље.

Али тамна материја је врста онога што је одговорно за све нагомилавање структуре у космосу, тако да је раст галаксија и кластера галаксија. Сви су они изграђени на скелама тамне материје. Дакле, тамна материја је нека врста невидљиве материје, али то је већина материје у универзуму, и има нешто својства која му олакшавају да се окупи и изгради скелу на којој су сви остали битни се гради. И зато што је то материја, јер је то већина материје у универзуму, делује да покушава да успори ширење универзума. И неко време је успоравао ширење универзума, а тек пре око пет милијарди година универзум је постао толико велики да је тамна енергија управо преузела власт.

Ваш ентузијазам долази кроз много тога у књизи, посебно када говорите о стварима попут Хабловог радијуса. Које су неке друге такве ствари толико узбудљиве у вашем пољу да једноставно делите са другим људима?

Мислим, само чињеница да можемо да видимо прошлост веома директно наставља да ме излуђује. Чињеница да завршне фазе Великог праска можемо видети директно телескопима, са микроталасним пријемницима. Прихватамо светлост из завршних фаза Великог праска у свим правцима. Чињеница да можемо само да гледамо у универзум и видимо прошлост и стога учимо о сопственој историји, мислим да је то супер задивљујуће. То ме све време запрепашћује. А онда, знате, постоје само сви ови чудни аспекти космологије, чудне ствари у физици које се појављују ако сте у универзуму који се шири и којим управља релативност. Дакле, поменули сте ову ствар о томе да у одређеном тренутку галаксије више престају да изгледају мање. Знате, галаксија исте величине би почела да изгледа већа, што је чудно, како идете све даље и даље.

Онда постоји само чињеница да можемо да видимо ширење универзума, да то можемо да мапирамо током времена, је невероватно. Не знам ни да ли сам заиста причао о томе у књизи, али када погледамо веома удаљене супернове, соларне експлозије, оне се појављују да се дешавају спорије ако су далеко, јер ширење универзума такође продужава време у овом заиста чудном начин. Дакле, начин на који простор и време међусобно комуницирају постаје веома збуњујући и чудан када се бавите космологијом, и то је заиста занимљиво. Знате, релативност само чини чудне ствари простору и времену у свим врстама контекста. То сматрам невероватном и кул.

У космологији постоји много тога што је непознато. Која је мистерија коју бисте волели да решите?

Ох, има их толико. Цела ствар тамне материје/тамне енергије је огромна. Када бисмо знали природу тамне материје, то би дефинитивно била велика помоћ нашем разумевању физике уопште.

Али мислим да би ствар која би била можда најутицајнија била да се заиста зна да ли је дошло до инфлације, а затим, како и зашто. Дакле, попуњавање само малог, малог тренутка времена на самом почетку универзума би заиста променило све у нашој слици космоса. Када бисмо са сигурношћу знали да се то догодило, то би нам говорило нешто о настанку универзума што би нам помогло да можемо да кажемо нешто и о његовој будућности. То би нам заиста омогућило да се бавимо фундаменталном структуром космоса. Дакле, да, разумевање инфлације, тамне материје, тамне енергије, то су оне велике, мислим. А онда, знате, постоје ствари попут проналажења како да повежете општу релативност и физику честица. Али мислим да када бисмо знали одговоре на инфлацију, тамну материју и тамну енергију, мислим да би нам то дало много назнака о томе како да саставимо потпунију слику физике.

У књизи пишете нешто о егзистенцијализму и страху. Да ли је то само нешто о чему размишљате јер пишете ову књигу, или је то некако увек ту?

Да ли сам уклет? Мислим, мислим да је то дефинитивно нешто са чиме сам се морао борити за књигу, јер ја мислим да је природно поставити питање, знате, ако не наставимо заувек, шта то значи значити? Као, шта је смисао живота? Која је сврха постојања ако има крајњи датум? Тако да је то дефинитивно било нешто што се појавило у размишљању о свим овим великим питањима. Нисам неко ко све своје време проводи размишљајући о смислу живота уопште. Обично се не бавим тим стварима. И такође, нисам неко ко воли да размишља о смрти. Веома сам се трудио да избегнем размишљање о смрти јер ми је то веома забрињавајуће. Тако да је то заиста било подстакнуто размишљањем о овој књизи и покушајем да ставимо неки контекст око ових великих идеја, јер реалност је да имамо емоционални одговор на универзум. Чак и ако се то чини ирационалним са строго практичне тачке гледишта, тешко је избећи такав одговор.

Препоруке уредника

• 5.000 'очија' ће скенирати ноћно небо у потрази за траговима загонетке тамне енергије
• Како препознавање лица помаже астрономима да открију тајне тамне материје
• Свемирски телескоп за истраживање мистерија тамне енергије и тамне материје