Так закінчиться Всесвіт (на думку астрофізика-теоретика)

“Наші споглядання космосу хвилюють нас”, – сказав одного разу покійний астроном Карл Саган. “З’являється поколювання в хребті, перехоплення в голосі, слабке відчуття, ніби далекий спогад про падіння з великої висоти”. Якщо роздуми про Всесвіт викликають у вас дрож, то думки про його кінець можуть змусити вас здригнутися.

У своїй новій книзі “Кінець усього: (З точки зору астрофізики)” астрофізик-теоретик доктор Кеті Мак починає з Великого вибуху – теорії про те, як почався Всесвіт. Його початок може багато розповісти таким космологам, як вона, про його неминучий кінець. Вона весело проводить читачів через п’ять астрофізичних апокаліпсисів: Великий вибух, теплова смерть, великий розрив, розпад вакууму та великий відскок. Щоб ви не застрягли у кварк-глюонній плазмі (не хвилюйтеся, вона це пояснює), Мак викладає все доступно і розмовно. Це набагато веселіше, ніж можна було б очікувати від книги про кінець Всесвіту. Не дозволяйте екзистенціальному страху про кінець Всесвіту пригнічувати вас, каже вона.

Ми поговорили з Мак про темну енергію проти темної матерії, про те, як телескопи дозволяють нам буквально зазирнути в минуле, і про дивність космосу.

• Кінець Аресібо: Ера гігантських телескопів добігає кінця
• Найвіддаленіший з коли-небудь досліджених об’єктів дає підказки про те, як формуються планети
• Вчені, можливо, з’ясували, як зробити пиво майбутнього ще кращим

(Ця розмова була злегка відредагована для більшої наочності)

Цифрові тренди: Що спонукало вас написати цю книгу?

Мак: Протягом багатьох років я вивчав багато різних речей в області, в широкому сенсі, космології. Отже, космологія охоплює, як ви знаєте, всесвіт в цілому, його складові і його еволюцію. Я працював над раннім всесвітом. Я працював над темною матерією, чорними дірами, еволюцією галактик, над усіма цими питаннями. І останнім часом мене дуже зацікавив кінець всесвіту, і саме так виникла ця книга.

Ваша книга пропонує дуже доступне пояснення того, як ми можемо спостерігати Великий вибух. Можете розповісти нам про це?

Отже, ідея полягає в тому, що якщо Всесвіт зараз розширюється – що ми спостерігаємо, ми бачимо галактики, які віддаляються одна від одної – тоді цілком логічно, що в минулому Всесвіт був більш стисненим. Отже, все було ближче одне до одного. І ви можете як би набрати це розширення назад, і ви потрапите в точку, де все було як би один на одному.

Отже, коли всесвіт розширюється, він стає прохолоднішим, матерія стає більш розсіяною, енергія стає більш розсіяною. У минулому він, мабуть, був гарячішим і щільнішим і, в певному сенсі, меншим, ніж сьогодні. Це, по суті, і є теорія Великого вибуху. Це найбільш спрощене твердження теорії Великого вибуху, просто те, що всесвіт був гарячішим, меншим і щільнішим у минулому.

І якщо це так, то це також означає, що якщо ви дивитеся досить далеко, то ви дивитеся все далі і далі в минуле, через час, який потрібно світлу, щоб дістатися до вас. І тому ви зможете дійти до того, що якщо всесвіт дійсно був гарячим і щільним скрізь – якщо Великий вибух був чимось, що сталося в усьому космосі – тоді ви зможете побачити частини всесвіту, які знаходяться так далеко, що вони все ще перебувають у тому гарячому, щільному стані, що вони все ще перебувають на завершальній стадії такого виду первісного існування вогняної кулі.

І для того, щоб потрапити туди, ви повинні припустити, що всесвіт великий і завжди був розширеним, в що ми і віримо. Ми вважаємо, що Великий вибух – це те, що сталося всюди. Немає єдиної точки відліку. І якщо слідувати цим міркуванням, то повинно бути фонове світло. Повинно бути світло, яке приходить до нас з усіх боків, з найвіддаленіших куточків, найдальших, які ми могли б побачити. Повинно бути світло, яке є залишковим світлом від остаточного охолодження того вогняного стану космосу.

У книзі досліджуються п’ять можливих шляхів, якими міг би закінчитися всесвіт. Чому існує так багато різних шляхів, якими він може піти?

Ну, це зводиться до кількох речей. Одна з них полягає в тому, що ми не до кінця розуміємо, що змушує Всесвіт розширюватися саме так, як він розширюється зараз. Був час, коли ми думали, що це буде досить просто, тому що у нас була хороша теорія гравітації, загальна теорія відносності, і ми могли виміряти швидкість розширення всесвіту, і ми знали, як всі речі у всесвіті повинні сповільнювати розширення. І тоді це було лише питанням з’ясування балансу між розширенням та гравітацією.

Отже, якби розширення було надто швидким для всієї гравітації, то вона не змогла б його достатньо сповільнити, і він би розширювався вічно. А якби розширення було недостатньо швидким, або якби гравітація була надто великою, то гравітація перемогла б, сповільнила б розширення, зупинила б його, і ми б мали реколаспе – великий хрускіт. І на деякий час це були єдині варіанти, які мали сенс.

Один з них полягає в тому, що ми не до кінця розуміємо, що змушує всесвіт розширюватися саме так, як він розширюється зараз.

Але потім, коли було виявлено, що всесвіт насправді прискорюється у своєму розширенні, нам довелося додати новий компонент до всесвіту. Нам довелося переглянути наше розуміння і додати цю річ, яка називається темною енергією. І темна енергія – це те, що змушує всесвіт розширюватися швидше. Але оскільки ми насправді не розуміємо темну енергію, ми не можемо сказати з великою впевненістю, що все відбувається саме там. Ось чому такі речі, як великий розрив або великий хрускіт, все ще залишаються на столі, і теплова смерть – це те, до чого ми, схоже, прямуємо.

А потім дві дивні ідеї, розпад вакууму і стрибкоподібна космологія, походять від того факту, що ми все ще намагаємося зрозуміти багато чого про дуже ранній всесвіт і фізику частинок. Отже, стрибкоподібна космологія виникла з ідеї

І тоді ідея розпаду вакууму дійсно випливає з того факту, що наші знання з фізики елементарних частинок є неповними, і нинішнє найкраще розуміння наших знань з фізики елементарних частинок свідчить про те, що те, як фізика елементарних частинок працює зараз, просто не є повністю стабільним, що робить всесвіт вразливим до цього процесу розпаду. Отже, якби ми краще розуміли фізику елементарних частинок, якби ми краще розуміли дуже, дуже ранні частини всесвіту, тоді ми змогли б щось сказати про ці дві моделі. Але поки що ми не можемо ані виключити їх, ані сказати з упевненістю, що саме так все йтиме.

З усіх сценаріїв який найбільш вірогідний?

Теплова смерть вважається найбільш вірогідною, частково тому, що вона вимагає найменше додаткових дивних речей. Отже, в космології ми любимо, щоб все було якомога простіше. Ми любимо не припускати ніяких нових компонентів Всесвіту, якщо в цьому немає абсолютної необхідності. І сценарій теплової смерті має свого роду темну енергію, яка є цією космологічною константою, що є чимось, що ми не зовсім розуміємо. Але це ідея, яка існує з часів Ейнштейна, і це просто властивість простору-часу, що в нього вбудовано невелике розширення.

Отже, це дає нам дуже просту, зрозумілу еволюцію, де Всесвіт продовжує прискорюватися у своєму розширенні вічно, і все це просто зникає. І це має великий сенс, якщо у всесвіті є темна матерія, звичайна матерія і космологічна константа, як темна енергія. Вам не потрібно припускати нічого складнішого, ніж це. З цього випливає, що інфляція дійсно відбулася, і це був початок Всесвіту. Це частина так званої моделі відповідності космології, де все настільки просто і нудно, наскільки ви можете собі це уявити.

Але причина, чому ми не зупинилися на цьому і не сказали, що ми закінчили, полягає в тому, що ми дійсно не знаємо напевно, що темна енергія є космологічною концепцією. І це залишає певний простір. Ми також не можемо з упевненістю сказати, що розуміємо фізику елементарних частинок настільки, щоб стверджувати, що розпад вакууму не відбудеться, або що еволюція раннього Всесвіту не була достатньо відмінною, щоб передбачати якусь циклічну фазу в кінці.

Ви згадали про нові радіотелескопи, які дозволять вченим спостерігати за формуванням перших структур Всесвіту. Що фахівці сподіваються отримати від цього?

Ми отримаємо кращу картину еволюції космосу через цей період між фоновим світлом і сучасним всесвітом, де ми, знаєте, всесвіт, повний галактик. Існує досить великий проміжок часу, коли ми маємо мало інформації про те, що відбувалося тоді. Тож ми дізнаємось багато про еволюцію космосу. Ми отримаємо точні вимірювання набагато більшої кількості галактик. Я згадував у книзі про обсерваторію Віри Рубін, яка збирається нанести на карту щось на кшталт мільярдів галактик і показати нам, як вони рухаються у Всесвіті, як вони еволюціонують з часом і як вони розподілені. І це дасть нам багато інформації про будову Всесвіту і еволюцію космосу. Тож це будуть важливі підказки.

Ми також можемо дізнатися про інші аспекти фізики. Тому мене цікавлять деякі з цих великих радіотелескопів, тому що вони можуть розповісти нам дещо про темну матерію, якщо темна матерія анігілює у далекому Всесвіті. Це може змінити те, як розвиваються перші зірки і галактики, і це може дати нам деякі підказки для наступного кроку у фізиці елементарних частинок. І тому є багато речей, які ми могли б заповнити, якби у нас було набагато більше даних про далекий всесвіт, ранній всесвіт, інші галактики – свого роду світанок галактичної ери, можна сказати. Це дійсно питання лише отримання кращої карти, кращої історії і пошуку сюрпризів. Знаєте, ми дуже сподіваємося, що побачимо нові та цікаві явища, оскільки отримуємо все більше і більше даних.

Чи можете ви пояснити різницю між темною енергією і темною матерією?

Так, темна матерія і темна енергія діють на Всесвіт абсолютно протилежними способами. Між ними двома вони є найважливішими аспектами космосу, якщо думати про його довгострокову еволюцію. Отже, темна енергія – це те, що змушує всесвіт розширюватися швидше. Вона ніби розтягує простір. Вона дійсно керує еволюцією космосу, починаючи з цього моменту. Вона почала ставати дуже, дуже важливою приблизно п’ять мільярдів років тому. І зараз вона нібито захоплює всесвіт. І тому ми перебуваємо в її милості з точки зору еволюції космосу з цього моменту.

Темна матерія і темна енергія діють на всесвіт досить протилежними способами.

Але темна матерія – це те, що відповідає за все нарощування структури в космосі, тобто за ріст галактик і скупчень галактик. Вони всі побудовані на риштуваннях з темної матерії. Отже, темна матерія – це якась невидима матерія, але вона становить більшу частину матерії у Всесвіті, і вона має деякі властивості, які полегшують їй збиратися разом і будувати риштування, на яких будується вся інша матерія. І оскільки це матерія, оскільки вона становить більшу частину матерії у всесвіті, вона діє, намагаючись сповільнити розширення всесвіту. І деякий час вона сповільнювала розширення всесвіту, і лише близько п’яти мільярдів років тому всесвіт став настільки великим, що темна енергія просто взяла верх.

Ваш ентузіазм проглядається у книзі, особливо коли ви говорите про такі речі, як радіус Габбла. Які ще речі у вашій сфері настільки захоплюючі, що ви просто хочете поділитися з іншими людьми?

Я маю на увазі, що той факт, що ми можемо бачити минуле дуже безпосередньо, продовжує вражати мене. Той факт, що ми можемо бачити останні стадії Великого Вибуху безпосередньо за допомогою телескопів, мікрохвильових приймачів. Ми вловлюємо світло від останніх стадій Великого вибуху в усіх напрямках. Той факт, що ми можемо просто зазирнути у Всесвіт і побачити минуле, а отже, дізнатися про нашу власну історію, я вважаю, що це надзвичайно дивовижно. Це дивує мене весь час. І потім, знаєте, є просто всі ці дивні аспекти космології, дивні речі у фізиці, які з’являються, якщо ви перебуваєте у Всесвіті, який розширюється і керується теорією відносності. Отже, ви згадували про те, що в певний момент галактики перестають виглядати меншими. Ви знаєте, галактика того ж розміру почне виглядати більшою, що є дивним, коли ви відлітаєте все далі і далі.

І той факт, що ми можемо спостерігати розширення Всесвіту, що ми можемо наносити його на карту з плином часу, є дивовижним. Я навіть не знаю, чи говорив я про це в книзі, але коли ми дивимось на дуже далекі наднові, сонячні вибухи, вони, здається, відбуваються повільніше, якщо вони далеко, тому що розширення Всесвіту також розтягує час у дуже дивний спосіб. Таким чином, взаємодія простору і часу між собою стає дуже заплутаною і дивною, коли ви маєте справу з космологією, і це дуже цікаво. Ви знаєте, теорія відносності просто робить дивні речі з простором і часом в різних контекстах. Я знаходжу це дивовижним і крутим.

У космології є багато невідомого. Яку таємницю ви б хотіли розгадати?

О, їх так багато. Вся ця історія з темною матерією/темною енергією просто величезна. Якби ми знали природу темної матерії, це, безумовно, дуже допомогло б нашому розумінню фізики в цілому.

Але я думаю, що, можливо, найбільш впливовим було б дійсно знати, чи відбувається інфляція, а потім, як і чому. Отже, заповнення лише крихітного, крихітного моменту часу на самому початку всесвіту дійсно змінило б все в нашій картині космосу. Якби ми знали напевно, що це сталося, це б розповіло нам дещо про походження всесвіту, що допомогло б нам сказати щось і про його майбутнє. Це дійсно дозволило б нам розібратися з фундаментальною структурою космосу. Так, так, розуміння інфляції, темної матерії, темної енергії – це, на мою думку, найголовніші речі. А ще, знаєте, є такі речі, як з’ясування того, як пов’язати загальну теорію відносності і фізику елементарних частинок. Але я думаю, що якби ми знали відповіді на питання інфляції, темної матерії та темної енергії, я думаю, що це дало б нам багато підказок про те, як скласти більш повну картину фізики.

У книзі Ви пишете трохи про екзистенціалізм і страх. Це просто те, про що Ви роздумуєте, коли пишете цю книгу, чи це завжди було з Вами?

Мене переслідують привиди? Я маю на увазі, я думаю, що це, безумовно, те, з чим я відчував, що повинен був боротися для книги, тому що я думаю, що це природно задавати питання, знаєте, якщо ми не будемо жити вічно, що це взагалі означає? Наприклад, в чому сенс життя? Яка мета існування, якщо воно має кінцеву дату? Тож це, безумовно, було щось, що з’явилося в роздумах над усіма цими великими питаннями. Я не з тих, хто проводить весь свій час у роздумах про сенс життя взагалі. Я зазвичай не зациклююсь на таких речах. І я також не з тих, хто любить думати про смерть. Я дуже старався уникати думок про смерть, тому що вона мене дуже турбує. Тож до цього мене підштовхнули роздуми про цю книгу і спроба створити певний контекст навколо цих великих ідей, адже реальність така, що ми маємо емоційну реакцію на всесвіт. Навіть якщо це здається ірраціональним з суто практичної точки зору, важко уникнути цієї реакції.

Рекомендації редакторів

• Використання темряви: Перегони за вирішення найбільшої проблеми сонячної енергетики
• Як пережити самоізоляцію, за словами астронавта
• Як спостерігати за запуском сонячного орбітального апарату ESA і NASA в неділю
• МКС отримує нове обладнання для найкрутішого експерименту у Всесвіті
• Астрономи пояснили, чим годували голодні надмасивні чорні діри на зорі Всесвіту

Source: digitaltrends.com