SuperNova / Датчик ускорения, SNAP. Изображение предоставлено Berkeley Lab. Увеличить
Послушайте интервью: Судьба Вселенной (6,2 МБ)
Или подписаться на подкаст: universetoday.com/audio.xml
Фрейзер Каин: Можете ли вы изложить две судьбы, которые могут ожидать нашу Вселенную?
Эрик Линдер: Ну, наша картина судьбы Вселенной действительно сильно изменилась за последние 5-10 лет. Мы привыкли думать, что это было довольно просто, это был только вопрос того, сколько контента было во Вселенной, сколько там материи. Если бы вещества было достаточно, то гравитационное притяжение заставило бы Вселенную замедлиться в своем текущем расширении и, в основном, вновь распасться, и у нас было бы то, что некоторые люди называют Большим Хрустом, чтобы покончить с нашей Вселенной. И если бы не было достаточного количества вещества, не было бы достаточно силы тяжести, чтобы замедлить текущее расширение, и оно просто становилось бы все более и более рассеянным - более холодным и одиноким местом для жизни. В 1998 году эти две группы ученых обнаружили очень странное явление, что расширение Вселенной не замедлялось ни резко, ни даже постепенно, под действием силы тяжести материи во Вселенной, а скорее ускорялось. Это было ускорение. Вроде как, если вы подбросите бейсбольный мяч в воздух, вы знаете, что со временем он замедлится, достигнет пика и, как правило, возвращается на Землю. Если вы бросите его достаточно сильно, он выйдет на орбиту. Но здесь Вселенная подбросила в воздух бейсбольный мяч, и теперь этот бейсбол ускоряется все быстрее и быстрее. Так что это полностью озадачило ученых и полностью противоречило тому, что мы ожидали. Согласно этой новой картине, судьба Вселенной, по-видимому, заключается в том, что она будет просто расширяться во веки веков, становиться холоднее, рассеиваться, атомы будут все больше и больше рассеиваться, расстояние между галактиками будет увеличиваться. И у нас будет эта судьба Вселенной, которую иногда называют «тепловой смертью», где все просто становится очень холодным и неподвижным и изолированным друг от друга.
Но это зависит от того, что вызывает это ускорение. Это великая тайна. Вполне возможно, что физика, дающая нам это ускорение, может внезапно исчезнуть, и в этом случае мы вернемся к более ранней картине, где Вселенная может разрушиться. Или это может сделать что-то совершенно странное, а мы не знаем. Так что это большой вопрос, который мы хотим выяснить. Какова судьба Вселенной, но пытаюсь выяснить, какова физика в этом ускорении.
Фрейзер: Почему до сих пор не ответили на этот вопрос? Разве мы не получили достаточно хороший взгляд на сверхновые?
Линдер: Да, как я уже сказал, ускорение этого расширения было обнаружено только в 1998 году. И люди не сидели на своих руках, они пытались ответить на этот вопрос очень страстно. Получая больше сверхновых, мы можем использовать эти взрывающиеся звезды, вроде фейерверков во Вселенной. Если мы знаем, что фейерверки всегда срабатывают с одной и той же энергией, с одинаковой яркостью, мы можем сказать, насколько они далеки от того, насколько яркими они кажутся нам сегодня. И поэтому нам нужно больше этих сверхновых, и нам нужно все больше и больше отдаленных, чтобы мы могли отобразить историю Вселенной; расширение Вселенной в течение большего периода времени. И люди постепенно делают это. Есть несколько очень крупных проектов с телескопами на земле, пытающимися получить то, что было просто десятками сверхновых, сейчас мы пытаемся получить сотни сверхновых. Но в конечном итоге, чтобы действительно ответить на эти фундаментальные вопросы, нам понадобятся тысячи сверхновых на больших расстояниях. Чтобы получить это, нам понадобятся наблюдения из космоса, поэтому в настоящее время у нас есть один космический телескоп - космический телескоп Хаббла - который подходит для такого рода наблюдений, и он отлично справляется со своей задачей. Он видит самые отдаленные сверхновые, которые мы еще обнаружили; около 10 миллиардов лет в истории космоса, но он может видеть их только один за другим. Итак, ученые предложили построить новую космическую обсерваторию, новый космический телескоп, названный SNAP (датчик ускорения сверхновой), и это позволит получать тысячи сверхновых очень эффективно, очень быстро, видя их чрезвычайно слабыми и очень глубоко И это действительно поразило воображение научного сообщества. Был ряд рекомендаций от Национальной академии наук, от различных профессиональных организаций, что какая-то космическая обсерватория, как эта, выяснит: что это за загадочная физика, вызывающая это совершенно необычное ускорение, действующее противоположно гравитации? Таким образом, существует почти как отталкивающая версия гравитации, которая действительно собирается переписать все учебники по физике. Поэтому многие люди думают, что нам действительно нужно идти вперед с этими наблюдениями, более точными наблюдениями и многими другими наблюдениями, о которых вы говорили. Нам просто нужно улучшить данные, которые у нас уже есть, и технология достаточно хороша, чтобы мы могли выйти и сделать это. Это просто требует от нас сесть и построить вещь, запустить ее и попытаться выяснить эти ответы.
Фрейзер: Теперь я услышал немало предложений о том, что это за темная энергия. Какие вещи вы бы искали в своих наблюдениях, которые могли бы сопоставить некоторые из этих теорий, которые были выдвинуты?
Линдер: Итак, дедушка всех концепций темной энергии был выдвинут Альбертом Эйнштейном еще в 1917 году, что он назвал космологической постоянной. И он не соглашался с наблюдениями в то время, и поэтому он некоторое время уходил на пенсию. И каждые несколько десятилетий ученые возвращались к этому, чтобы сказать, ну, может быть, это могло бы объяснить некоторые другие наблюдения, которые мы сделали. И затем он возвращается в отставку, потому что он не совсем подходит. Но теперь, похоже, пришло время вернуть эту 90-летнюю концепцию от Эйнштейна, потому что она может дать ускорение расширения Вселенной. Это очень простая картина того, как вы могли бы получить это ускорение, но это не решает все. Есть некоторые действительно очень загадочные аспекты этого. Что бы вы подумали, если бы сделали некоторые наивные вычисления, это то, что она должна ускорить Вселенную, но должна была начать ускорять Вселенную с самого первого момента времени, и у нас не было бы той Вселенной, которую мы видим сегодня, если бы это произошло , На самом деле, мы не смогли бы получить звезды и галактики и структуру, которую мы видим во Вселенной. И поэтому по какой-то причине он должен быть намного слабее, чем мы думаем, как его естественная ценность. Поэтому возможно, что это ответ, но мы не понимаем, почему он такой слабый по сравнению с тем, что, по нашему мнению, должно быть. Чтобы обойти это, люди приходят с этими другими идеями, этой идеей квинтэссенции или пятой субстанцией для Вселенной, где она действует как космологическая постоянная, но она меняется во времени, и поэтому она может начаться очень слабо и сейчас, сегодня оно может доминировать в расширении Вселенной. Итак, это привлекательная идея, но ни у кого на самом деле нет первоначальной идеи о том, как заставить ее работать точно. Прямо сейчас это концепция, но детали не проработаны о том, как она возникает из физики. Так что это еще одна вещь, в которой мы можем быть очень заинтересованы. Другая возможность - это то, как мы анализируем данные, говоря, что гравитация - это привлекательная сила, которую она дает в теории относительности Эйнштейна. Может быть, что-то там ломается. Может быть, то, что мы видим, - это нарушение теории гравитации в нашем понимании. Люди придумали идеи, которые включают дополнительные измерения, например. Вместо всего лишь трех измерений в пространстве, может быть несколько дополнительных измерений в пространстве, и эта гравитация постепенно просачивается в это дополнительное измерение в космосе, и это делает его слабее, что будет действовать против гравитации и даст нам ускорение. , Таким образом, у нас есть все эти невероятно интересные возможности для того, как физика может измениться, и мы не знаем, какие они есть. Итак, нам нужны эти очень подробные наблюдения за картированием расширения Вселенной, например, через сверхновые звезды, эти взрывающиеся звезды - и есть и другие методы - чтобы действительно попытаться решить, как мы собираемся переписать учебники по физике. ; в каком направлении нам нужно начинать стирать и писать новые вещи. Так что это невероятно увлекательно для ученых, которые сталкиваются с такими головоломками.
Фрейзер: Когда планируется запуск этих миссий? Когда они должны быть в рабочем состоянии?
Линдер: Итак, НАСА и Министерство энергетики США договорились работать вместе, чтобы вывести миссию на орбиту. Общее название для этого называется Совместной Миссией Темной Энергии. И в настоящее время ведутся исследования того, как создать такой космический телескоп. И мы надеемся, что, если достаточно общественности проявит большой интерес, и профессиональные сообщества, такие как Национальные академии наук, которые рекомендовали такую миссию. Если они продолжат поддерживать это, то мы надеемся, что сможем пойти дальше и запустить его в течение примерно 6-7 лет. Таким образом, очень вероятно, что ученики в школе теперь будут знать ответы на вопросы через 6-7 лет, которые в настоящее время ни один профессиональный ученый не имеет ни малейшего понятия о том, что ответ. Поэтому всегда очень интересно быть в состоянии рассказать студентам и быть в состоянии рассказать общественности: через 6-7 лет вы узнаете о том, что мы не знаем, каков будет ответ прямо сейчас. Вы будете умнее через 6 или 7 лет, чем мы сейчас. Так что это действительно захватывающее стремление быть в центре.
Фрейзер: А если бы у тебя был свой путь, это была бы огненная горячая смерть или холодная холодная смерть?
Линдер: Я думаю, что главное, чтобы я был вдали. Итак, мы знаем, что концы Вселенной не будут длиться, по крайней мере, 10 миллиардов миллиардов лет - в течение того времени, которое у нас уже было во Вселенной - так что нам не о чем беспокоиться в одночасье, но я не знаю, что будет лучшим решением. Вы можете утверждать, что что-то вроде опрокидывания теории гравитации Эйнштейна и просто совершенно новой основы физики и новой территории для исследования. Это может быть самым захватывающим результатом, когда у вас могут возникнуть всевозможные возможности. Но, как вы намекаете, судьба Вселенной, которая действительно захватывает наше воображение, каждого, от ученых до школьников.
