Jak skončí vesmír? Právě teď mají kosmologové mapovány dva stejně zoufalé scénáře pro dlouhodobý osud vesmíru. Na druhé straně by expanze vesmíru mohla pokračovat neurčitě díky zrychlení temné energie. Budeme čelit chladné, osamělé budoucnosti, protože ostatní galaxie mizí z dálky. Můj dnešní host je Eric Linder z Národní laboratoře Lawrence Berkeley a navrhuje experimenty, které by nám mohly pomoci zjistit, který z těchto dvou osudů nás čeká.
Poslechněte si rozhovor: Osud vesmíru (6,2 MB)
Nebo si objednejte podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Můžeš rozložit dva osudy, které mohou na náš vesmír čekat?
Eric Linder: Náš obraz toho, co je osud vesmíru, se za posledních 5-10 let dramaticky změnil. Mysleli jsme si, že je to celkem jednoduché, byla to jen otázka toho, jaký obsah ve vesmíru byl, kolik věcí tam bylo. Pokud by toho bylo dost, pak by gravitační přitažlivost způsobila, že se vesmír ve své současné expanzi zpomalil a v podstatě se zhroutil a my bychom měli to, co někteří lidé nazývají Big Crunch, aby náš vesmír ukončili. A kdyby nebylo dost hmoty, nebylo by dostatečné gravitace, aby zpomalilo současnou expanzi, a to by se jen více a více rozptýlilo - chladnější a osamělejší místo k životu. V roce 1998 tyto dvě skupiny vědců objevily velmi bizarní výskyt, že se expanze vesmíru ani dramaticky, ani postupně nezpomalovala, pod gravitací hmoty ve vesmíru, ale spíše se zrychlila. Bylo to zrychlující. Jako kdybyste hodil baseball do vzduchu, víte, že se nakonec zpomalí, dosáhne vrcholu a obvykle se vrátí zpět na Zemi. Pokud to hodíte dost tvrdě, půjde to na oběžné dráze. Ale tady vesmír hodil baseball do vzduchu, a teď, když se baseball rychleji a rychleji. Takže to vědce úplně zmátlo a bylo to naprosto v rozporu s tím, co jsme očekávali. Podle tohoto nového obrazu se osud vesmíru jeví jako to, že se bude navždy a stále rozšiřovat, stát se chladnějším, rozptýlenějším, atomy se budou stále více rozšiřovat, vzdálenost mezi galaxiemi se zvětšuje. A budeme mít tento osud vesmíru, který se někdy nazývá „tepelná smrt“, kde je všechno prostě velmi chladné a nehybné a izolované od sebe navzájem.
Ale záleží na tom, co způsobuje toto zrychlení. To je skvělé tajemství. Je možné, že nám fyzika, která nám toto zrychlení dá, může najednou zmizet. V tom případě bychom se vrátili k předchozímu obrazu, kde by se vesmír mohl zhroutit. Nebo by to mohlo udělat něco úplně bizarního a my to nevíme. To je velká otázka, kterou chceme zjistit. Jaký je osud vesmíru, ale snažím se přijít na to, jaká je fyzika v tomto zrychlení.
Fraser: Proč na tuto otázku dosud nebyla zodpovězena? Nezískali jsme dostatečně dobrý pohled na supernovy?
Linder: Jak jsem řekl, zrychlení této expanze bylo objeveno teprve v roce 1998. A lidé neseděli na rukou, snažili se na tuto otázku odpovědět velmi vášnivě. Když získáme více supernov, můžeme tyto explodující hvězdy použít jako ohňostroje ve vesmíru. Pokud víme, že ohňostroje vždy odcházejí se stejnou energií a se stejným jasem, můžeme říct, jak daleko jsou, podle toho, jak se nám dnes zjevují. A proto potřebujeme více z těchto supernov a potřebujeme více a více vzdálenějších, abychom mohli mapovat historii vesmíru; expanze vesmíru po delší časové období. A lidé to postupně dělají. Probíhají některé velmi velké projekty s dalekohledy na zemi, které se pokoušejí získat to, co bylo jen desítky supernov, nyní se snažíme získat stovky supernov. Ale nakonec, abychom skutečně odpověděli na tyto základní otázky, potřebujeme tisíce supernov na velké vzdálenosti. Abychom toho dosáhli, budeme potřebovat pozorování z vesmíru, takže v současné době máme jeden kosmický dalekohled - Hubbleův kosmický dalekohled -, který je vhodný pro tato pozorování a dělá skvělou práci. Vidí nejvzdálenější supernovy, které jsme dosud objevili; asi 10 miliard let v historii vesmíru, ale může je vidět pouze jeden po druhém. Vědci tedy navrhli, že budujeme novou kosmickou observatoř, nový dalekohled ve vesmíru, nazvaný SNAP (Supernova Acceleration Probe), a to bude schopno získat tisíce supernov velmi efektivně, velmi rychle, a uvidíme je velmi slabé a extrémně hluboká. A to opravdu chytilo představivost vědecké komunity. Národní akademie věd, z různých profesních organizací, vydala řadu doporučení, že nějaký druh vesmírné observatoře přijde na to: co tato záhadná fyzika způsobuje toto zcela neobvyklé zrychlení, které působí opačně než gravitace? Takže existuje skoro jako odpudivá verze gravitace, která skutečně přepíše všechny učebnice fyziky. Mnoho lidí si proto myslí, že opravdu potřebujeme pokročit s těmito pozorováními, přesnějšími pozorováními a mnoha dalšími pozorováními, o kterých jste hovořili. Potřebujeme pouze zlepšit data, která již máme, a technologie je dostatečně dobrá, abychom mohli jít ven a udělat to. Vyžaduje to jen, abychom si sedli a postavili věc a zahájili ji a pokusili se najít tyto odpovědi.
Fraser: Nyní jsem slyšel několik návrhů, jak by tato temná energie mohla být. Jaké druhy věcí byste ve svých pozorováních hledali a které by se mohly namapovat proti některým z těch teorií, které byly předloženy?
Linder: Takže v roce 1917 Albert Einstein předložil dědečka všech konceptů temné energie, co nazval kosmologickou konstantou. A nesouhlasilo s tehdejšími pozorováními, a tak to na chvíli odešlo do důchodu. A každých pár desetiletí to vědci přinesli, aby řekli, že by to mohlo vysvětlit některá další pozorování, která jsme učinili. A pak se vrací zpět do důchodu, protože se opravdu nehodí. Ale teď se zdá, že by to mohl být čas, přivést zpět tento 90letý koncept od Einsteina, protože to může dát toto zrychlení expanze vesmíru. Je to velmi jednoduchý obrázek o tom, jak byste mohli toto zrychlení dosáhnout, ale to vše neřeší. Existuje několik opravdu velmi záhadných aspektů. Co byste si mysleli, kdybyste provedli nějaké naivní výpočty, je to, že by mělo urychlit vesmír, ale mělo začít s akcelerací vesmíru až od prvního okamžiku, a my bychom neměli vesmír, který dnes vidíme, kdyby se to stalo . Ve skutečnosti bychom nebyli schopni získat hvězdy a galaxie a strukturu, kterou vidíme ve vesmíru. A tak z nějakého důvodu musí být mnohem slabší, než bychom si mysleli jako jeho přirozenou hodnotu. Je možné, že je to odpověď, ale nechápeme, proč je tak slabá, vzhledem k tomu, co si myslíme, že by měla být. Abychom to obešli, lidé přicházejí s těmito dalšími myšlenkami, touto myšlenkou kvintesence nebo pátou látkou do vesmíru, kde působí jako kosmologická konstanta, ale mění se v čase, a tak může začít velmi slabým a dnes i dnes může to být dominantou expanze vesmíru. A tak je to atraktivní nápad, ale nikdo nemá vůbec první, základní představu, jak zajistit, aby to fungovalo přesně. Právě teď je to koncept, ale podrobnosti nebyly vypracovány o tom, jak to vychází z fyziky. Takže to je další věc, o kterou se můžeme velmi zajímat. Další možností je způsob, jakým analyzujeme data, říkáme, že gravitace je atraktivní síla, je dána Einsteinovou teorií obecné relativity. Možná se tam něco pokazí. Možná to, co vidíme, je zhroucení teorie gravitace, jak ji chápeme. Lidé přišli s nápady, které zahrnují například další dimenze. Namísto pouhých tří dimenzí ve vesmíru může existovat dalších několik rozměrů ve vesmíru a ta gravitace postupně uniká do této další dimenze ve vesmíru a to je slabší a to bude působit v opozici vůči gravitaci a poskytne nám zrychlení. . Máme tedy všechny tyto neuvěřitelně vzrušující možnosti, jak se může fyzika změnit a nevíme, jaké jsou. Potřebujeme tedy tato velmi podrobná pozorování mapování expanze vesmíru, například prostřednictvím supernov, tyto explodující hvězdy - a existují i jiné metody - abychom se opravdu pokusili a rozhodli, jak přepíšeme učebnice fyziky ; kterým směrem musíme začít mazat věci a psát nové věci. Takže je to neuvěřitelně vzrušující pro vědce, kteří mají takovou hádanku.
Fraser: Kdy jsou plánovány tyto mise? Kdy by měly být funkční?
Linder: NASA a americké ministerstvo energetiky se tedy dohodly, že budou společně pracovat na misi na oběžné dráze. Obecný název se nazývá Společná mise temné energie. A v současné době probíhají studie o tom, jak by člověk navrhl takový kosmický dalekohled. A doufáme, že pokud bude mít dostatek veřejnosti silný zájem a profesní společnosti - jako jsou Národní akademie věd, které doporučily takovou misi. Pokud to budou i nadále podporovat, doufáme, že můžeme pokračovat a spustit jej do 6-7 let. Je tedy velmi možné, že studenti ve škole nyní znají odpovědi na věci za 6-7 let, že v současné době žádný profesionální vědec nemá nejmenší ponětí o tom, co je odpověď. Takže je vždy velmi vzrušující, že to dokážu říct studentům a být schopen říci veřejnosti: od 6 do 7 let budete vědět, že nemáme tušení, jaká je odpověď právě teď. Za 6 nebo 7 let budeš chytřejší než teď. Takže je opravdu vzrušující snažit se být uprostřed.
Fraser: A kdybyste měli svou cestu, byla by to ohnivá horká smrt, nebo chladná mrazivá smrt?
Linder: Myslím, že hlavní věc, kterou bych chtěl, je, že je daleko. Takže víme, že konce vesmíru nebudou po dobu nejméně 10 s miliard let - o délce času, který jsme již měli ve vesmíru - takže to není nic, o co bychom se měli starat přes noc, ale já nevím, jaké by bylo nejlepší řešení. Dalo by se argumentovat, že něco jako převrácení Einsteinovy Teorie gravitace a jen úplně nový rámec fyziky a nové území, které je třeba prozkoumat. To by mohl být ten nejzajímavější výsledek, kde byste mohli mít nejrůznější různé možnosti. Jak ale zmiňujete, osud vesmíru, který opravdu popadne naši představivost, od vědců až po školní děti.
