Hvordan vil universet ende? Akkurat nå har kosmologer to like urovekkende scenarier som er kartlagt for universets langsiktige skjebne. På den annen side kunne utvidelsen av universet fortsette på ubestemt tid takket være akselerasjonen av mørk energi. Vi vil møte en kald, ensom fremtid når andre galakser falmer bort i det fjerne. Gjesten min i dag er Eric Linder fra Lawrence Berkeley National Laboratory, og han foreslår eksperimenter som kan hjelpe oss med å lære hvilke av disse to skjebnene som venter oss.
Hør intervjuet: The Fate of the Universe (6,2 MB)
Eller abonner på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Kain: Kan du legge ut de to skjebnene som kan vente på universet vårt?
Eric Linder: Vel, vårt bilde av hva skjebnen til universet er har virkelig endret seg dramatisk de siste 5-10 årene. Vi trodde det var ganske enkelt, det var bare et spørsmål om hvor mye innhold det var i universet, hvor mye materie det var. Hvis det var nok materie, ville tyngdekraftsattraksjonen føre til at universet avtok i den nåværende ekspansjonen, og i utgangspunktet falt sammen igjen, og vi ville ha det som noen kaller en Big Crunch for å avslutte universet vårt. Og hvis det ikke var nok materie, ville det ikke være nok tyngdekraft til å bremse den nåværende ekspansjonen, og den ville bare bli mer og mer diffus - et kaldere og ensomere sted å bo i. I 1998 oppdaget disse to forskergruppene et veldig en bisarr forekomst av at utvidelsen av universet ikke bremset verken dramatisk eller til og med gradvis under tyngdekraften i saken, men snarere hadde det fart. Det var akselererende. Sånn som om du kastet en baseball opp i luften, du vet at det til slutt kommer til å avta, nå et topp og vanligvis komme tilbake til Jorden. Hvis du kaster det hardt nok, vil det gå over i bane. Men her kastet universet en baseball opp i luften, og nå raser baseball raskere og raskere. Så dette har forskere helt overrasket, og var helt i strid med hva vi ventet. Under dette nye bildet ser universets skjebne ut til å være at det bare kommer til å utvide seg for alltid og alltid, bli kaldere, mer diffuse, atomer vil bli mer og mer spredt, avstanden mellom galakser vil øke. Og vi får denne skjebnen til universet som noen ganger kalles “Heat Death”, der alt bare blir veldig kaldt og ubevegelig og isolert fra hverandre.
Men det kommer an på hva som forårsaker denne akselerasjonen. Det er det store mysteriet. Det er mulig at fysikken som gir oss denne akselerasjonen plutselig kan forsvinne, i så fall ville vi være tilbake til det tidligere bildet der universet kan kollapse. Eller det kan gjøre noe helt bisart, og vi vet ikke. Så dette er et stort spørsmål som vi ønsker å finne ut. Hva er skjebnen til universet, men å prøve å finne ut, hva er fysikken i denne akselerasjonen.
Fraser: Hvorfor har ikke dette spørsmålet blitt besvart så langt? Har vi ikke fått et godt nok blikk på supernovaene?
Linder: Som jeg sa, akselerasjonen av utvidelsen ble bare oppdaget i 1998. Og folk har ikke sittet på hendene, de har prøvd å svare på dette spørsmålet veldig lidenskapelig. Ved å få flere supernovaer, kan vi bruke disse eksploderende stjernene som fyrverkerier i Universet. Hvis vi vet at fyrverkeriet alltid går av med samme energi, med samme lysstyrke, kan vi fortelle hvor langt de er av hvor lyse de ser ut for oss i dag. Og derfor trenger vi flere av disse supernovene, og vi trenger flere og fjernere, slik at vi kan kartlegge universets historie; utvidelsen av universet over en større periode. Og folk gjør det gradvis. Det er noen veldig store prosjekter på gang med teleskoper på bakken for å prøve å få det som bare var titalls supernovaer, nå prøver vi å få hundrevis av supernovaer. Men til slutt, for virkelig å svare på disse grunnleggende spørsmålene, trenger vi tusenvis av supernovaer på store avstander. For å få det til, trenger vi observasjoner fra verdensrommet, så for øyeblikket har vi ett romteleskop - Hubble romteleskop - som passer for denne typen observasjoner, og det gjør en god jobb. Det ser de fjerneste supernovaene som vi ennå har oppdaget; rundt 10 milliarder år ute i romfartshistorien, men den kan bare se dem en etter en. Og det forskerne har foreslått er at vi bygger et nytt romobservatorium, et nytt teleskop i verdensrommet, kalt SNAP (Supernova Acceleration Probe), og dette vil kunne få tusenvis av supernovaer veldig effektivt, veldig raskt, og se dem ekstremt svake og ekstremt dypt. Og dette har virkelig fanget vitenskapssamfunnets fantasi. Det har kommet en rekke anbefalinger fra National Academy of Sciences, fra forskjellige profesjonelle organisasjoner, om at et slags romobservatorium som dette vil finne ut: hva er denne mystiske fysikken som forårsaker denne helt uvanlige akselerasjonen som virker motsatt av tyngdekraften? Så det er nesten som en frastøtende versjon av tyngdekraften som virkelig kommer til å omskrive alle fysikkens lærebøker. Så mange mennesker tror at vi virkelig trenger å gå videre med disse observasjonene, mer presise observasjoner og mange flere observasjoner, slik du snakket om. Vi trenger bare å forbedre dataene vi allerede har, og teknologien er god nok til at vi kan gå ut og gjøre dette. Det krever bare at vi setter oss ned og bygger tingen, og lanserer den og prøver å finne ut av disse svarene.
Fraser: Nå har jeg hørt ganske mange forslag til hva denne mørke energien kan være. Hva slags ting vil du lete etter i observasjonene dine som kanskje kan kartlegge noen av de teoriene som er fremmet?
Linder: Bestefaren til alle begreper om mørk energi ble fremmet av Albert Einstein helt tilbake i 1917, det han kalte den kosmologiske konstanten. Og det stemte ikke overens med observasjonene den gangen, og derfor gikk den slags pensjonisttilværelse en stund. Og noen få tiår brakte forskere det ut igjen for å si, det kan kanskje forklare noen andre observasjoner vi har gjort. Og så går det tilbake i pensjon, fordi det ikke stemmer. Men nå ser det ut til at dette kan være på tide å bringe tilbake dette 90 år gamle konseptet fra Einstein, fordi det kan gi denne akselerasjonen av utvidelsen av universet. Det er et veldig enkelt bilde for hvordan du kan få denne akselerasjonen, men det løser ikke alt. Det er noen veldig rart aspekter av det. Det du skulle tro om du gjorde noen naive beregninger er at det skulle akselerere universet, men burde ha begynt å akselerere universet helt tilbake fra det første øyeblikket, og vi ville ikke ha det universet vi ser i dag om det skjedde . Faktisk ville vi ikke ha klart å få stjerner og galakser og strukturen som vi ser i universet. Og det må av en eller annen grunn være mye mye svakere enn vi ville tro som dens naturlige verdi. Så det er mulig det er svaret, men vi forstår ikke hvorfor det er så svakt, i forhold til hva vi mener det skal være. For å komme rundt det, kommer folk med disse andre ideene, denne ideen om kvintessens, eller et femte stoff til universet der det fungerer som den kosmologiske konstanten, men det varierer i tid, og slik at det kan starte veldig svakt og nå i dag det kan dominere utvidelsen av universet. Og så det er en attraktiv idé, men ingen har egentlig noen første, grunnleggende ide om hvordan de skal få det til å fungere nøyaktig. Akkurat nå er det et konsept, men detaljene er ikke utarbeidet om hvordan det oppstår fra fysikken. Så det er en annen ting som vi kan være veldig interessert i. En annen mulighet er måten vi har analysert dataene på og sagt: Tyngdekraften er en attraktiv kraft, gitt av Einsteins teori om generell relativitet. Kanskje brytes noe der. Kanskje det vi ser er et sammenbrudd i teorien om tyngdekraften slik vi forstår den. Folk har kommet på ideer som involverer ekstra dimensjoner for eksempel. I stedet for bare tre dimensjoner i rommet, kan det være ekstra få dimensjoner i rommet, og at tyngdekraften gradvis blir lekkert ut i denne ekstra dimensjonen i rommet, og det gjør den svakere og vil fungere i motsetning til tyngdekraften og gi oss akselerasjon . Så vi har alle disse utrolig spennende mulighetene for hvordan fysikk kan endre seg, og vi vet ikke hvem de er. Og det vi trenger er disse veldig detaljerte observasjonene av å kartlegge utvidelsen av universet, for eksempel gjennom supernovaene, disse eksploderende stjernene - og det er andre metoder også - for å virkelig prøve og bestemme, hvordan skal vi skrive om fysikkens lærebøker ; hvilken retning må vi begynne å slette ting og skrive nye ting i. Så det er utrolig spennende for forskere som har gåter som de står foran.
Fraser: Når planlegges disse oppdragene? Når skal de være operative?
Linder: Så NASA og det amerikanske energidepartementet har blitt enige om å samarbeide for å sette et oppdrag i bane. Det generelle navnet for det kalles Joint Dark Energy Mission. Og det er for tiden studier på hvordan man vil designe et slikt romteleskop. Og vi håper at hvis nok publikum viser en sterk interesse, og de profesjonelle samfunnene - som National Academies of Sciences, som anbefalte et slikt oppdrag. Hvis de fortsetter å støtte dette, håper vi at vi kan komme videre og lansere det innen omtrent 6-7 år. Så det er veldig mulig at elevene på skolen nå vet svarene på ting om 6-7 år som foreløpig ingen fagforskere har den minste anelse om hva svaret er. Så det er alltid veldig spennende å kunne fortelle studenter, og å kunne fortelle det til publikum: du kommer til å vite ting 6-7 år fra nå av at vi ikke aner hva svaret er akkurat nå. Du kommer til å bli smartere om 6 eller 7 år enn vi er akkurat nå. Så det er virkelig et spennende forsøk på å være midt i.
Fraser: Og hvis du hadde hatt det, ville det være brennende het død eller kald frysedød?
Linder: Jeg tror det viktigste jeg vil være at det er langt borte. Så vi vet at endene av universet ikke kommer til å være i minst ti milliarder av år - omtrent hvor lang tid vi har hatt i universet - så det er ingenting vi må være opptatt av over natten, men jeg vet ikke hva som ville være den beste løsningen. Du kan hevde at noe som en velte av Einsteins teori om tyngdekraft og bare en helt ny ramme for fysikk og nytt territorium å utforske. Det kan være det mest spennende utfallet der du kan ha mange forskjellige muligheter. Men som du henviser til, skjebnen til universet som virkelig griper fantasien vår, for alle, fra forskerne til skolebarna.
