Sonda SuperNova / zrýchlenie, SNAP. Obrazový kredit: Berkeley Lab Kliknite pre zväčšenie
Vypočujte si rozhovor: Osud vesmíru (6,2 MB)
Alebo sa prihláste na odber podcastu: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Dokážete usporiadať dva osudy, ktoré môžu čakať na náš vesmír?
Eric Linder: Náš obraz toho, čo je osud vesmíru, sa za posledných 5 až 10 rokov dramaticky zmenil. Kedysi sme si mysleli, že je to celkom jednoduché, bolo to len o tom, aký obsah bol vo Vesmíre, o koľko bol. Keby existovalo dosť hmoty, gravitačná príťažlivosť by spôsobila, že vesmír sa spomalí v súčasnej expanzii a v podstate sa zrúti a mali by sme, čo niektorí ľudia nazývajú Big Crunch, aby náš vesmír ukončili. A keby nebolo dosť hmoty, nebolo by dosť gravitácie na spomalenie súčasnej expanzie a bolo by to len viac a viac rozptýlené - chladnejšie a osamelejšie miesto na bývanie. V roku 1998 tieto dve skupiny vedcov objavili veľmi bizarným javom, že expanzia vesmíru sa nespomaľovala dramaticky ani postupne, pod gravitáciou záležitosti vo vesmíre, ale skôr sa zrýchlila. Bolo to zrýchlenie. Akoby ste vo vzduchu hodili baseball, viete, že sa nakoniec spomalí, dosiahne vrchol a zvyčajne zostúpi späť na Zem. Ak to hodíte dosť tvrdo, pôjde na obežnú dráhu. Ale tu vesmír hodil baseball do vzduchu a teraz, keď sa bejzbal zrýchľuje rýchlejšie a rýchlejšie. To vedcov úplne zmätilo a bolo to úplne v rozpore s tým, čo sme očakávali. Pod týmto novým obrazom sa zdá, že osud vesmíru bude taký, že sa bude rozširovať naveky a navždy, bude chladnejší, rozptýlenejší, atómy sa budú rozširovať čoraz viac, vzdialenosť medzi galaxiami sa bude zväčšovať. A budeme mať tento osud vesmíru, ktorý sa niekedy nazýva „smrteľná smrť“, kde je všetko jednoducho veľmi chladné a nehybné a izolované od seba navzájom.
Závisí to však od toho, čo spôsobuje toto zrýchlenie. To je veľké tajomstvo. Je možné, že nám fyzika, ktorá nám poskytne toto zrýchlenie, môže zrazu zmiznúť. V takom prípade by sme sa vrátili k predchádzajúcemu obrázku, kde by sa vesmír mohol zrútiť. Alebo by to mohlo urobiť niečo úplne bizarné a my to nevieme. To je veľká otázka, ktorú chceme zistiť. Aký je osud vesmíru, ale snažím sa zistiť, aká je fyzika v tomto zrýchlení.
Fraser: Prečo sa na túto otázku zatiaľ neodpovedalo? Nezískali sme dosť dobrý pohľad na supernovy?
Linder: Správne, ako som už povedal, zrýchlenie tejto expanzie bolo objavené až v roku 1998. A ľudia nesedeli na rukách, snažili sa na túto otázku odpovedať veľmi vášnivo. Tým, že získame viac supernov, môžeme tieto explodujúce hviezdy použiť ako ohňostroje vo vesmíre. Ak vieme, že ohňostroje vždy odchádzajú s rovnakou energiou, s rovnakým jasom, môžeme povedať, ako ďaleko sú, podľa toho, ako sa nám dnes javia. Preto potrebujeme viac týchto supernov a viac a viac vzdialených, aby sme mohli zmapovať históriu vesmíru; expanzia vesmíru po dlhšiu dobu. A ľudia to postupne robia. V súčasnosti prebiehajú veľmi veľké projekty s ďalekohľadmi, ktoré sa snažia dostať to, čo bolo len niekoľko desiatok supernov. Teraz sa snažíme získať stovky supernov. Ale nakoniec, ak chceme skutočne odpovedať na tieto základné otázky, budeme potrebovať tisíce supernov na veľké vzdialenosti. Aby sme to dosiahli, potrebujeme pozorovania z vesmíru, takže v súčasnosti máme jeden vesmírny ďalekohľad - Hubbleov vesmírny teleskop - ktorý je vhodný pre tieto pozorovania a robí skvelú prácu. Vidí najvzdialenejšie supernovy, ktoré sme doteraz objavili; asi 10 miliárd rokov v histórii vesmíru, ale môže ich vidieť iba jeden po druhom. Vedci preto navrhli, aby sme vybudovali nové vesmírne observatórium, nový teleskop vo vesmíre, ktorý sa volá SNAP (Supernova Acceleration Probe), a to dokáže veľmi efektívne, veľmi rýchlo získať tisíce supernov, a vidieť ich extrémne slabé a extrémne hlboká. A to skutočne zaujalo predstavu vedeckej komunity. Existuje niekoľko odporúčaní Národnej akadémie vied, z rôznych profesijných organizácií, že nejaký druh vesmírneho observatória, ako je tento, príde na to: čo je záhadnou fyzikou, ktorá spôsobuje toto úplne nezvyčajné zrýchlenie, ktoré pôsobí opačne ako gravitácia? Existuje teda takmer odpudivá verzia gravitácie, ktorá skutočne prepíše všetky učebnice fyziky. Mnoho ľudí si preto myslí, že skutočne potrebujeme pokročiť v týchto pozorovaniach, presnejších pozorovaniach a oveľa viac pozorovaniach, o ktorých ste hovorili. Potrebujeme iba zlepšiť údaje, ktoré už máme, a technológia je dosť dobrá, aby sme mohli ísť von a urobiť to. Vyžaduje si to len, aby sme si sadli a postavili túto vec a spustili ju a pokúsili sa nájsť tieto odpovede.
Fraser: Teraz som počul niekoľko návrhov, ako by táto temná energia mohla byť. Aké veci by ste hľadali vo svojich pozorovaniach, ktoré by sa mohli zmapovať proti niektorým z tých predložených teórií?
Linder: V roku 1917 Albert Einstein predložil vnuk všetkých koncepcií temnej energie, čo nazval kozmologickou konštantou. A v tom čase nesúhlasilo s pripomienkami, a tak to na chvíľu odišlo do dôchodku. A vedci to každých niekoľko desaťročí priniesli späť, aby sa povedalo, možno by to mohlo vysvetliť niektoré ďalšie pozorovania, ktoré sme urobili. A potom sa vráti do dôchodku, pretože sa naozaj nehodí. Teraz sa však zdá, že je čas, aby sme priviedli tento 90-ročný koncept z Einsteinu, pretože to môže urýchliť rozširovanie vesmíru. Je to veľmi jednoduchý obrázok, ako by ste mohli dosiahnuť toto zrýchlenie, ale nerieši všetko. Existuje niekoľko skutočne veľmi záhadných aspektov. Čo by ste si mysleli, keby ste urobili nejaké naivné výpočty, je to, že by malo urýchliť vesmír, ale malo začať s zrýchľovaním vesmíru už od prvého okamihu, a ak by sa to stalo, nemali by sme vesmír, ktorý dnes vidíme. , V skutočnosti by sme neboli schopní získať hviezdy a galaxie a štruktúru, ktorú vidíme vo vesmíre. A tak z nejakého dôvodu musí byť oveľa slabšie, ako by sme si mysleli ako jeho prirodzenú hodnotu. Je možné, že je to odpoveď, ale nechápeme, prečo je taká slabá v porovnaní s tým, čo si myslíme, že by mala byť. Aby sme to obišli, ľudia prichádzajú s týmito ďalšími myšlienkami, s touto myšlienkou kvintesencie alebo s 5. látkou pre vesmír, kde pôsobí ako kozmologická konštanta, ale mení sa v čase, a tak môže začať veľmi slabá a dnes aj dnes. môže to byť dominantou expanzie vesmíru. Je to atraktívny nápad, ale nikto nemá vôbec prvú základnú predstavu o tom, ako ho dosiahnuť. Momentálne je to koncept, ale podrobnosti neboli vypracované o tom, ako vychádza z fyziky. To je ďalšia vec, o ktorú nás veľmi zaujíma. Ďalšou možnosťou je spôsob, akým analyzujeme údaje, povedzme, že gravitácia je príťažlivá sila, ktorú uvádza Einsteinova teória všeobecnej relativity. Možno sa tam niečo pokazí. Možno to, čo vidíme, je rozpad teórie gravitácie, ako ju chápeme. Ľudia prišli s nápadmi, ktoré zahŕňajú napríklad ďalšie dimenzie. Namiesto troch rozmerov vo vesmíre môže existovať ešte niekoľko rozmerov vo vesmíre, a že gravitácia postupne uniká do tejto extra dimenzie vo vesmíre, a preto je slabšia a bude pôsobiť v protiklade k gravitácii a dá nám zrýchlenie. , Máme teda všetky tieto neuveriteľne vzrušujúce možnosti, ako sa môže zmeniť fyzika, a nevieme, o čo ide. Preto potrebujeme tieto veľmi podrobné pozorovania mapovania rozširovania vesmíru, napríklad prostredníctvom supernov, tieto explodujúce hviezdy - a sú tu aj iné metódy - aby sme sa naozaj pokúsili rozhodnúť, ako prepíšeme učebnice fyziky. ; v ktorom smere musíme začať mazať veci a písať nové veci. Je teda neuveriteľne vzrušujúce pre vedcov, ktorí majú také hádanky, ktorým čelia.
Fraser: Kedy sú plánované tieto misie? Kedy by mali byť funkčné?
Linder: NASA a americké ministerstvo energetiky sa preto dohodli, že budú spoločne pracovať na obnove misie. Všeobecný názov sa nazýva Spoločná misia temnej energie. A v súčasnosti prebiehajú štúdie o tom, ako by sa dal navrhnúť taký vesmírny teleskop. A dúfame, že ak bude mať dostatok verejnosti veľký záujem a profesionálne spoločnosti - napríklad Národné akadémie vied, ktoré takúto misiu odporučia. Ak to budú aj naďalej podporovať, potom dúfame, že sa môžeme pohnúť vpred a spustiť ho do 6 až 7 rokov. Je teda veľmi možné, že študenti v škole teraz budú vedieť odpovede na veci za 6 až 7 rokov, že v súčasnosti žiadny profesionálny vedec nemá najmenšiu stopu v tom, čo je odpoveďou. Takže je vždy veľmi vzrušujúce vedieť to povedať študentom a povedať to verejnosti: od 6 až 7 rokov budete vedieť veci, že teraz nevieme, aká je odpoveď práve teraz. O 6 alebo 7 rokov budeš múdrejší, ako sme teraz. Takže je skutočne vzrušujúce snažiť sa byť uprostred.
Fraser: A keby ste sa dostali na cestu, bola by to horúca horúca smrť alebo chladná smrť?
Linder: Myslím, že hlavná vec, ktorú by som rád, je, že je ďaleko. Takže vieme, že konce vesmíru nebudú aspoň 10 s miliárd rokov - asi tak dlho, ako sme už mali vo vesmíre - takže to nie je nič, čím by sme sa mali zaoberať cez noc, ale ja neviem, aké by bolo najlepšie riešenie. Dalo by sa argumentovať, že niečo ako prevrátenie Einsteinovej teórie gravitácie a iba úplne nový rámec fyziky a nové územie na preskúmanie. To by mohol byť najúžasnejší výsledok, keď by ste mohli mať najrôznejšie možnosti. Ale ako hovoríte, osud vesmíru, ktorý skutočne uchopí našu fantáziu, od vedcov až po školákov.
