Kako se bo vesolje končalo? Trenutno imajo kozmologi dva enako huda scenarija za dolgoročno usodo vesolja. Po drugi strani bi se širjenje Vesolja lahko nadaljevalo v nedogled zahvaljujoč pospeševanju temne energije. Soočili bi se s hladno, samotno prihodnostjo, ko druge galaksije pojenjajo v daljavo. Moj današnji gost je Eric Linder iz Nacionalnega laboratorija Lawrence Berkeley in predlaga eksperimente, s pomočjo katerih bi lahko izvedeli, katera od teh dveh usod nas čaka.
Poslušajte intervju: Usoda vesolja (6,2 MB)
Ali pa se naročite na Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Ali lahko določite dve usodi, ki lahko čakata na naše vesolje?
Eric Linder: No, naša slika o tem, kakšna je usoda vesolja, se je v zadnjih 5–10 letih resnično močno spremenila. Včasih smo mislili, da je dokaj preprosto, samo vprašanje koliko vsebine je bilo v Vesolju, koliko snovi je bilo. Če bi bilo dovolj snovi, bi gravitacijsko privlačenje povzročilo, da se vesolje upočasni v svoji trenutni širitvi in bi se v bistvu ponovno zrušilo. In če ne bi bilo dovolj materije, ne bi bilo dovolj gravitacije, da bi upočasnila sedanjo širitev in bi se samo še bolj razpršila - hladnejši in bolj osamljen kraj za bivanje. Leta 1998 sta ti dve skupini znanstvenikov odkrili zelo nenavaden pojav, da se širjenje vesolja pod težo snovi v vesolju ni upočasnilo niti dramatično ali celo postopoma, temveč je pospeševalo. Pospeševal je. Nekako tako, kot če bi baseball vrgli v zrak, boste vedeli, da se bo sčasoma upočasnilo, doseglo vrh in se običajno spustilo nazaj na Zemljo. Če ga vržete dovolj močno, bo šel v orbito. Toda tu je Vesolje vrglo baseball v zrak in zdaj, ko baseball odhaja vse hitreje in hitreje. Torej, to je znanstvenike povsem zmedlo in je bilo popolnoma v nasprotju s tistim, kar smo pričakovali. V tej novi sliki se zdi, da se bo usoda Vesolja preprosto širila za vedno in vedno, postajala hladnejša, bolj razpršena, atomi se bodo vedno bolj širili, razdalja med galaksijami se bo povečevala. In imeli bomo to usodo vesolja, ki jo včasih imenujemo "toplotna smrt", kjer vse postane zelo hladno, negibno in izolirano drug od drugega.
Odvisno pa je, kaj povzroča to pospeševanje. To je velika skrivnost. Mogoče bi lahko fizika, ki nam daje to pospeševanje, nenadoma odšla, v tem primeru bi se vrnili k prejšnji sliki, kjer bi se Vesolje lahko sesulo. Ali pa bi lahko naredil nekaj povsem bizarnega in ne vemo. Torej je to veliko vprašanje, ki ga želimo ugotoviti. Kakšna je usoda vesolja, vendar poskušam ugotoviti, kakšna je fizika v tem pospešku.
Fraser: Zakaj na to vprašanje doslej še niso odgovorili? Ali nismo dovolj dobro pogledali supernove?
Linder: Prav, kot sem rekel, pospeševanje te širitve je bilo odkrito šele leta 1998. In ljudje niso sedeli na rokah, poskušajo odgovoriti na to vprašanje zelo strastno. Z več supernove lahko uporabimo te eksplodirajoče zvezde, podobne ognjemetom v vesolju. Če vemo, da ognjemet vedno ugasne z isto energijo, z isto svetlostjo, lahko povemo, kako daleč so, kako svetli so nam danes. In zato potrebujemo več teh supernov in potrebujemo vedno več in bolj oddaljene, da bomo lahko preslikali zgodovino Vesolja; širitev Vesolja v daljšem časovnem obdobju. In ljudje postopoma to počnejo. V teku je nekaj zelo velikih projektov s teleskopi, ki poskušajo pridobiti nekaj deset supernov, zdaj poskušamo pridobiti na stotine supernov. Toda sčasoma, da bomo resnično odgovorili na ta temeljna vprašanja, bomo na velikih razdaljah potrebovali na tisoče supernov. Da bi to dosegli, bomo potrebovali opazovanja iz vesolja, zato imamo trenutno en vesoljski teleskop - vesoljski teleskop Hubble -, ki je primeren za tovrstna opazovanja in opravlja odlično delo. Vidimo najbolj oddaljene supernove, ki smo jih še odkrili; približno 10 milijard let v zgodovini vesolja, vendar jih lahko vidimo le enega za drugim. In tako so znanstveniki predlagali, da zgradimo nov vesoljski observatorij, nov teleskop v vesolju, imenovan SNAP (Supernova pospeševalna sonda), in s tem bomo lahko na tisoče supernov dobili zelo učinkovito, zelo hitro, saj jih bomo videli zelo slabo in izredno globoko. In to je resnično ujelo domišljijo znanstvene skupnosti. Nacionalna akademija znanosti, različnih strokovnih organizacij, je podala številna priporočila, da bo ugotovil takšen vesoljski observatorij, kot je ta: kaj ta skrivnostna fizika povzroča to povsem nenavadno pospeševanje, ki deluje nasprotno od gravitacije? Tako da je skoraj kot odbojna različica gravitacije, ki bo resnično napisala vse učbenike fizike. Zato veliko ljudi misli, da moramo resnično iti naprej s temi opažanji, natančnejšimi in mnogo več opazovanji, kakršna ste govorili. Le izboljšati moramo podatke, ki jih že imamo, in tehnologija je dovolj dobra, da lahko gremo ven in to naredimo. Samo zahteva, da se usedemo in stvar sestavimo ter jo sprožimo in skušamo ugotoviti te odgovore.
Fraser: Zdaj sem slišal kar nekaj predlogov, kakšna bi lahko bila ta temna energija. Kakšne stvari bi iskali v svojih opažanjih, ki bi morda ustrezale nekaterim predstavljenim teorijam?
Linder: Torej je vnuk vseh konceptov temne energije Albert Einstein predstavil vse do leta 1917, kar je poimenoval kozmološka konstanta. In takrat se ni strinjal z opazkami, zato je nekako za nekaj časa odšel v pokoj. In vsakih nekaj desetletij so ga znanstveniki povedali, morda bi to lahko razložilo nekaj drugih opažanj, ki smo jih dali. In potem gre nazaj v pokoj, ker v resnici ne ustreza. Toda zdaj se zdi, da je morda čas, da iz Einsteina vrnemo ta 90 let star koncept, ker lahko ta pospešek razširi vesolje. To je zelo preprosta slika, kako bi lahko dosegli to pospeševanje, vendar ne reši vsega. Obstaja nekaj resnično zagonetnih vidikov tega. Kaj bi si mislili, če bi naredili nekaj naivnih izračunov, je, da bi moralo pospešiti Vesolje, vendar bi morali začeti pospeševati Vesolje vse od prvega trenutka in ne bi imeli Vesolja, ki bi ga videli danes, če bi se to zgodilo . Pravzaprav nam ne bi uspelo dobiti zvezd in galaksij ter strukture, ki jo vidimo v vesolju. In iz nekega razloga mora biti veliko veliko šibkejše, kot bi si mislili kot svojo naravno vrednost. Torej je mogoče, da je odgovor, vendar ne razumemo, zakaj je tako šibek, v primerjavi s tem, kar mislimo, da bi moral biti. Da bi se tega lotili, ljudje pridejo do teh drugih idej, te ideje o kvintesenci ali peti snovi v vesolje, kjer deluje kot kozmološka konstanta, vendar se časovno razlikuje, zato se lahko začne zelo šibko in danes lahko prevladuje nad širjenjem Vesolja. In tako je to privlačna ideja, toda nihče v resnici nima prve, osnovne ideje, kako naj natančneje deluje. Trenutno je to koncept, vendar podrobnosti niso razdelane, kako izhaja iz fizike. To je še ena stvar, ki nas lahko zelo zanima. Druga možnost je, kako analiziramo podatke, rekoč, no, gravitacija je privlačna sila, ki jo daje Einsteinova Teorija splošne relativnosti. Mogoče se tam kaj pokvari. Mogoče to, kar vidimo, je zlom teorije gravitacije, kot jo razumemo. Ljudje so si omislili ideje, ki vključujejo dodatne dimenzije, na primer. Namesto samo treh dimenzij v vesolju bi lahko bilo v prostoru še nekaj razsežnosti in ta gravitacija postopoma nekako pušča v to dodatno dimenzijo v vesolju, zaradi česar je šibkejša, kar bo delovalo v nasprotju z gravitacijo in nam dalo pospešek . Tako imamo vse te neverjetno vznemirljive možnosti, kako se lahko spreminja fizika in ne vemo, kateri so. In zato potrebujemo ta zelo podrobna opažanja preslikave širitve Vesolja, na primer prek supernov, teh eksplodirajočih zvezd - in obstajajo tudi druge metode -, da se resnično preizkusimo in odločimo, kako bomo prepisali učbenike fizike ; v katero smer moramo začeti brisati stvari in pisati nove stvari. Torej, znanstveniki, ki imajo takšne uganke, je neverjetno navdušujoče.
Fraser: Kdaj bodo te misije načrtovane za začetek? Kdaj naj bi delovali?
Linder: Tako sta se NASA in ameriško ministrstvo za energetiko dogovorili, da bosta skupaj delali misijo v orbito. Splošno ime zanj se imenuje Skupna misija za temno energijo. Trenutno potekajo študije o tem, kako bi nekdo zasnoval tak vesoljski teleskop. In upamo, da bodo, če dovolj javnosti pokaže veliko zanimanja, tudi strokovna društva - na primer Nacionalne akademije znanosti, ki so priporočile takšno misijo. Če bodo še naprej podpirali to, potem upamo, da bomo lahko šli naprej in to začeli v približno 6-7 letih. Tako je zelo verjetno, da bodo učenci v šoli zdaj že v 6-7 letih vedeli, kakšen je odgovor, da trenutno noben poklicni znanstvenik niti najmanjšega pojma ne govori. Tako je vedno zelo razburljivo, če lahko študentom in ljudem sporočite: stvari boste vedeli 6-7 let od zdaj, ko pojma še nimamo. V 6 ali 7 letih boste pametnejši, kot smo zdaj. Torej je res vznemirljivo prizadevanje biti sredi leta.
Fraser: In če bi imeli svojo pot, bi bila to ognjevita vroča smrt ali smrt hladna zamrznitev?
Linder: Mislim, da je glavna stvar, ki jo želim, to, da je daleč. Torej vemo, da konca vesolja ne bo vsaj 10 milijard let - približno toliko časa, kot smo ga že imeli v vesolju - zato se čez noč ne smemo ukvarjati, toda jaz ne vem, kaj bi bila najboljša rešitev. Lahko bi trdili, da je nekaj takega kot prevrnitev Einsteinove teorije gravitacije in povsem nov okvir fizike ter novo ozemlje, ki ga je treba raziskati. To bi lahko bil najbolj navdušujoč rezultat, če bi se lahko pojavile različne možnosti. Kot pa namigujete, bo usoda Vesolja, ki resnično zagrabi našo domišljijo, vseh, od znanstvenikov do šolskih otrok.
