Kuinka maailmankaikkeus loppuu? Tällä hetkellä kosmologeilla on kaksi yhtä huolestuttavaa skenaariota, jotka on suunniteltu maailmankaikkeuden pitkän aikavälin kohtaloon. Toisaalta, maailmankaikkeuden laajeneminen voisi jatkua loputtomiin pimeän energian kiihtymisen ansiosta. Meillä olisi edessään kylmä, yksinäinen tulevaisuus, kun muut galaksit katoavat etäisyyteen. Tänään vieraani on Eric Linder Lawrence Berkeleyn kansallisesta laboratoriosta ja hän ehdottaa kokeiluja, jotka auttavat meitä oppimaan, mikä näistä kahdesta kohtalosta odottaa meitä.
Kuuntele haastattelua: Universumin kohtalo (6,2 MB)
Tai tilaa Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Voitko tuoda esiin kaksi kohtaloa, jotka saattavat odottaa maailmankaikkeuttamme?
Eric Linder: No, meidän kuvamme maailmankaikkeuden kohtalosta on todella muuttunut dramaattisesti viimeisen 5-10 vuoden aikana. Aiemmin ajattelimme, että se oli melko yksinkertainen, kysymys oli vain siitä, kuinka paljon sisältöä universumissa oli, kuinka paljon asiaa oli. Jos asiaa olisi riittävästi, painovoimainen vetovoima aiheuttaisi maailmankaikkeuden hidastuvan nykyisessä laajentumisessaan ja pohjimmiltaan romahtavan, ja meillä olisi jotain, jota jotkut kutsuvat suureksi romahdukseksi maailmankaikkeuden lopettamiseksi. Ja jos ei olisi riittävästi asiaa, ei olisi tarpeeksi painovoimaa hidastaa nykyistä laajentumista, ja se muuttuisi vain yhä enemmän ja hajaantuneemmaksi - kylmempi ja yksinäisempi paikka asua. Vuonna 1998 nämä kaksi tutkijaryhmää löysivät hyvin outo tapahtuma, että maailmankaikkeuden laajentuminen ei hidastunut dramaattisesti tai edes vähitellen, maailmankaikkeuden aineen vakavuuden alla, vaan pikemminkin nopeutunut. Se kiihtyi. Tavallaan kuin heität baseballin ilmaan, jonka tiedät lopulta hidastuvan, saavuttavan huipun ja tulevan yleensä takaisin maan päälle. Jos heität sen tarpeeksi kovaa, se menee kiertoradalle. Mutta täällä Universumi heitti baseballin ilmaan ja nyt baseball on nopeutumassa nopeammin. Joten tämä on täysin hämmentynyt tutkijoita ja oli täysin vastoin sitä, mitä odotimme. Tämän uuden kuvan mukaan maailmankaikkeuden kohtalo näyttää siltä, että sen tulee yksinkertaisesti laajentua ikuisesti ja ikuisesti, tulla kylmemmäksi, hajaantuneemmaksi, atomit leviävät yhä enemmän, galaksien välinen etäisyys kasvaa. Ja meillä on tämä maailmankaikkeuden kohtalo, jota kutsutaan toisinaan ”kuumuudeksi”, jossa kaikki muuttuu vain hyvin kylmäksi ja liikkumattomaksi ja eristyksestä toisistaan.
Mutta se riippuu siitä, mikä aiheuttaa tämän kiihtyvyyden. Se on suuri mysteeri. On mahdollista, että fysiikka, joka antaa meille tämän kiihtyvyyden, voisi yhtäkkiä mennä pois, jolloin olisimme takaisin aiempaan kuvaan, jossa maailmankaikkeus voisi romahtaa. Tai se voisi tehdä jotain täysin outoa, emmekä tiedä. Joten tämä on iso kysymys, jonka haluamme selvittää. Mikä on maailmankaikkeuden kohtalo, mutta yritän selvittää, mikä on fysiikka tässä kiihtyvyydessä.
Fraser: Miksi tähän kysymykseen ei ole vastattu toistaiseksi? Emmekö ole saaneet tarpeeksi hyvää katsausta supernoviin?
Linder: Oikein, kuten totesin, tämän laajentumisen kiihtyminen havaittiin vasta vuonna 1998. Ja ihmiset eivät ole istuneet käsillään, he ovat yrittäneet vastata tähän kysymykseen erittäin intohimoisesti. Hankkimalla lisää supernoovia voimme käyttää näitä räjähtäviä tähtiä sellaisenaan kuin ilotulitteita maailmankaikkeudessa. Jos tiedämme, että ilotulitus sammuu aina samalla energialla, samalla kirkkaudella, voimme kertoa, kuinka kaukana he ovat, kuinka kirkkaita ne näyttävät meille tänään. Ja niin me tarvitsemme enemmän näistä supernovoista ja tarvitsemme yhä kauempana olevia, jotta voimme kartoittaa maailmankaikkeuden historian; maailmankaikkeuden laajeneminen pidemmäksi ajaksi. Ja ihmiset tekevät sitä vähitellen. Parhaillaan on meneillään joitain erittäin suuria projekteja, joissa kaukoputket yrittävät saada aikaan vain kymmeniä supernoovia, nyt yritämme saada satoja supernoovia. Mutta loppujen lopuksi tarvitsemme tuhansia supernoovia suurilta etäisyyksiltä, jotta todella vastaamme näihin peruskysymyksiin. Tämän saamiseksi tarvitsemme havaintoja avaruudesta, joten tällä hetkellä meillä on yksi avaruusteleskooppi - Hubble-avaruusteleskooppi -, joka soveltuu tällaisiin havaintoihin, ja se tekee hienoa työtä. Se näkee kaukana olevat supernovat, jotka olemme vielä löytäneet; noin 10 miljardia vuotta avaruuden historiassa, mutta se voi nähdä ne vain yksi kerrallaan. Ja niin, mitä tutkijat ovat ehdottaneet, on rakentaa uusi avaruusseurantakeskus, uusi teleskooppi avaruudessa, nimeltään SNAP (Supernova Acceleration Probe), ja tämä pystyy saamaan tuhansia supernoovia erittäin tehokkaasti, erittäin nopeasti nähdessään ne erittäin heikkona ja erittäin syvä. Ja tämä on todella saanut tiedeyhteisön mielikuvituksen. Kansalliselta tiedeakatemialta, useilta ammatillisilta organisaatioilta, on saatu useita suosituksia, että tällainen avaruuden observatorio selvittää: mitä tämä salaperäinen fysiikka aiheuttaa tämän täysin epätavallisen kiihtyvyyden, joka toimii painovoiman vastaisesti? Joten on melkein kuin vastenmielinen versio painovoimasta, joka todella kirjoittaa kaikki fysiikan oppikirjat. Joten monet ihmiset ajattelevat, että meidän on todellakin edettävä näiden havaintojen, tarkempien havaintojen ja monien muiden havaintojen kanssa, joista puhut. Meidän on vain parannettava jo olemassa olevaa tietoa, ja tekniikka on tarpeeksi hyvä, jotta voimme mennä ulos ja tehdä tämä. Se vain vaatii meitä istumaan ja rakentamaan asian, käynnistämään sen ja yrittämään saada selville nämä vastaukset.
Fraser: Nyt olen kuullut melkoisesti ehdotuksia siitä, mitä tämä tumma energia voi olla. Minkälaisia asioita etsisit havainnoissasi, jotka voisivat ehkä verrata joitain esitetyistä teorioista?
Linder: Joten Albert Einstein esitti kaikkien tumman energian käsitteiden isoisäpoikansa aina vuonna 1917, jota hän kutsui kosmologiseksi vakiona. Ja se ei ollut samaa mieltä tuolloin havainnoista, ja siten se meni jonkin aikaa eläkkeelle. Ja joka muutaman vuosikymmenen ajan tiedemiehet toivat sen takaisin sanomaan, ehkäpä se voisi selittää joitain muita havaintojamme. Ja sitten se palaa eläkkeelle, koska se ei oikein sovi. Mutta nyt näyttää siltä, että tällä hetkellä voi olla aika palauttaa tämä 90 vuotta vanha konsepti Einsteiniltä, koska se voi antaa tämän kiihtymisen maailmankaikkeuden laajenemiselle. Se on hyvin yksinkertainen kuva siitä, kuinka voit saada tämän kiihtyvyyden, mutta se ei ratkaise kaikkea. Siinä on joitain todella hämmentäviä näkökohtia. Mitä luulisi, jos tekisit joitain naiiveja laskelmia, se olisi, että sen pitäisi kiihdyttää maailmankaikkeutta, mutta sen olisi pitänyt aloittaa maailmankaikkeuden kiihdyttäminen aina taaksepäin ensimmäisestä ajanhetkestä lähtien, ja meillä ei olisi tänään näkemäämme maailmankaikkeutta, jos niin tapahtuisi. . Itse asiassa emme olisi voineet saada tähtiä ja galakseja sekä rakennetta, jonka näemme maailmankaikkeudessa. Joten jostakin syystä siellä on oltava paljon heikompia kuin voisimme ajatella sen luonnollisena arvona. Joten on mahdollista, että se on vastaus, mutta emme ymmärrä miksi se on niin heikko suhteessa siihen, minkä meidän mielestämme pitäisi olla. Tämän kiertämiseksi ihmiset keksivät nämä muut ideat, tämän idea kvintesenssistä tai viidennen aineen maailmankaikkeudelle, jossa se toimii kuin kosmologinen vakio, mutta se vaihtelee ajallisesti, joten se voi alkaa hyvin heikolta ja nyt tänään se voi hallita maailmankaikkeuden laajentumista. Ja niin, se on houkutteleva idea, mutta kukaan ei oikeastaan omaa ensimmäistä perusajattaan siitä, kuinka saada se toimimaan tarkasti. Tällä hetkellä se on konsepti, mutta yksityiskohtia ei ole selvitetty siitä, miten se syntyy fysiikasta. Joten se on toinen asia, josta voimme olla kiinnostuneita. Toinen mahdollisuus on tapa, jolla olemme analysoineet tietoja sanomalla, että hyvin, painovoima on houkutteleva voima, sen antaa Einsteinin teoria yleisestä suhteellisuudesta. Ehkä jotain hajoaa siellä. Ehkä se, mitä me näemme, on hajoaminen painovoiman teoriassa sellaisena kuin ymmärrämme sen. Ihmiset ovat keksineet ideoita, joihin sisältyy esimerkiksi ylimääräisiä ulottuvuuksia. Ainoa kolmen ulottuvuuden sijaan avaruudessa voi olla muutama ylimääräinen ulottuvuus, ja että painovoima on vähitellen eräänlainen vuotava tähän ylimääräiseen ulottuvuuteen avaruudessa, ja se tekee siitä heikomman ja toimii vastoin painovoimaa ja antaa meille kiihtyvyyden. . Joten meillä on kaikki nämä uskomattoman jännittävät mahdollisuudet, kuinka fysiikka saattaa muuttua, emmekä tiedä, mitkä he ovat. Joten tarvitsemme näitä erittäin yksityiskohtaisia havaintoja maailmankaikkeuden laajentumisen kartoittamisesta esimerkiksi supernoovien kautta, nämä räjähtävät tähdet - ja on olemassa myös muita menetelmiä - todella yrittää päättää, miten aiomme kirjoittaa fysiikan oppikirjat uudelleen ; mihin suuntaan meidän täytyy alkaa tyhjentää asioita ja kirjoittaa uusia asioita. Joten, se on uskomattoman jännittävää tutkijoille, joilla on palapelit heitä kohtaan näin.
Fraser: Milloin nämä operaatiot on tarkoitus käynnistää? Milloin niiden pitäisi olla toiminnassa?
Linder: Joten NASA ja Yhdysvaltojen energiaministeriö ovat sopineet työskentelevänsä yhdessä operaation asettamiseksi kiertoradalle. Sille on annettu yleinen nimi Dark Energy Joint Mission. Ja parhaillaan on meneillään tutkimuksia siitä, kuinka tällainen avaruus kaukoputki suunnitellaan. Ja toivomme, että jos tarpeeksi yleisö osoittaa suurta kiinnostusta, ja ammatilliset yhteiskunnat - kuten Kansalliset tiedeakatemiat, jotka suosittelivat tällaista tehtävää. Jos he tukevat tätä edelleen, toivomme, että voimme edetä ja käynnistää sen noin 6–7 vuoden kuluessa. Joten on hyvin mahdollista, että koulujen oppilaat tietävät nyt vastaukset asioihin 6-7 vuodessa, ettei tällä hetkellä yhdelläkään ammattimaisella tiedemiehellä ole yhtäänkään aavistustakaan mihin vastaus on. Joten on aina erittäin mielenkiintoista osata kertoa opiskelijoille ja kertoa yleisölle: tiedät asiat 6-7 vuoden kuluttua siitä, kun meillä ei ole aavistustakaan, mikä vastaus on tällä hetkellä. Tulet olemaan fiksumpi 6 tai 7 vuodessa kuin nyt. Joten se on todella jännittävä pyrkimys olla keskellä vuotta.
Fraser: Ja jos sinulla olisi tietä, oliko se tulinen kuuma kuolema vai kylmä jäädyttävä kuolema?
Linder: Mielestäni tärkeintä haluaisin, että se olisi kaukana. Joten tiedämme, että maailmankaikkeuden päät eivät tule olemaan vähintään 10 miljardia vuotta - suunnilleen niin kauan kuin meillä on jo ollut maailmankaikkeudessa - joten meidän ei tarvitse olla huolissaan yön yli, mutta minä en tiedä mikä olisi paras ratkaisu. Voisit väittää, että jotain kuin Einsteinin painovoimateorian kaatuminen ja täysin uusi fysiikan kehys ja uusi alue tutkittavaksi. Se saattaa olla mielenkiintoisin lopputulos, jossa saattaa esiintyä kaikenlaisia erilaisia mahdollisuuksia. Mutta kun viitatte, maailmankaikkeuden kohtalo, joka todella tarttuu mielikuvitukseemme, kaikista, tutkijoista koululaisiin.
