Hur slutar universum? Just nu har kosmologer två lika oroande scenarier som kartläggs för universums långsiktiga öde. Å andra sidan skulle universums expansion kunna fortsätta på obestämd tid tack vare accelerationen av mörk energi. Vi skulle möta en kall, ensam framtid när andra galaxer försvinner i fjärran. Min gäst idag är Eric Linder från Lawrence Berkeley National Laboratory och han föreslår experiment som kan hjälpa oss att lära oss vilka av dessa två öden som väntar oss.
Lyssna på intervjun: The Fate of the Universe (6,2 MB)
Eller prenumerera på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Kan du lägga upp de två öden som kan vänta på vårt universum?
Eric Linder: Tja, vår bild av universums öde har verkligen förändrats dramatiskt under de senaste 5-10 åren. Vi tyckte att det var ganska enkelt, det handlade bara om hur mycket innehåll det fanns i universum, hur mycket materia det fanns. Om det fanns tillräckligt med materia, skulle gravitationsattraktionen få universum att sakta ner i sin nuvarande expansion, och i grund och botten kollapsa igen och vi skulle ha det som vissa människor kallar Big Crunch för att avsluta vårt universum. Och om det inte fanns tillräckligt med materia, skulle det inte finnas tillräckligt med tyngdkraften för att bromsa den nuvarande expansionen och den skulle bara bli mer och mer diffust - en kallare och ensamare plats att bo i. 1998 upptäckte dessa två forskargrupper en mycket bisarra inträde att universumets expansion inte bromsades varken dramatiskt eller till och med gradvis under allvarens allvar i universum utan snarare påskyndades. Det var snabbare. Som om du kastade en baseboll i luften vet du så småningom att den kommer att sakta ner, nå en topp och vanligtvis komma tillbaka till jorden. Om du kastar det tillräckligt hårt kommer det att gå in i bana. Men här kastade universum en baseboll upp i luften, och nu basebollet snabbare och snabbare. Så detta har helt förbryllade forskare och var helt i strid med vad vi väntade oss. Enligt denna nya bild verkar universumets öde vara att det helt enkelt kommer att expandera för evigt och alltid, bli kallare, mer diffus, atomer blir mer och mer spridda, avståndet mellan galaxerna kommer att öka. Och vi kommer att ha detta öde av universum som ibland kallas "Heat Death", där allt bara blir väldigt kallt och rörligt och isolerat från varandra.
Men det beror på vad som orsakar denna acceleration. Det är det stora mysteriet. Det är möjligt att fysiken som ger oss denna acceleration plötsligt kan försvinna, i vilket fall vi skulle vara tillbaka till den tidigare bilden där universum kan kollapsa. Eller så kan det göra något helt konstigt och vi vet inte. Så detta är en stor fråga som vi vill ta reda på. Vad är universumets öde, men försöker räkna ut, vad är fysiken i denna acceleration.
Fraser: Varför har den frågan inte besvarats hittills? Har vi inte fått en tillräckligt bra titt på supernovaerna?
Linder. Genom att få fler supernovaer kan vi använda dessa exploderande stjärnor på samma sätt som fyrverkerier i universum. Om vi vet att fyrverkerierna alltid går av med samma energi, med samma ljusstyrka, kan vi berätta hur långt borta de är av hur ljusa de ser ut för oss idag. Och så vi behöver fler av dessa supernovaer, och vi behöver fler och mer avlägsna sådana, så att vi kan kartlägga universums historia; utvidgningen av universum under en större tidsperiod. Och människor gör det gradvis. Det finns några mycket stora projekt med teleskop på marken som försöker få det som bara var tiotals supernovaer, nu försöker vi få hundratals supernovaer. Men så småningom, för att verkligen besvara dessa grundläggande frågor, kommer vi att behöva tusentals supernovaer på stora avstånd. För att få det kommer vi att behöva observationer från rymden, så för närvarande har vi ett rymdteleskop - Hubble rymdteleskopet - som är lämpligt för den här typen av observationer, och det gör ett bra jobb. Den ser de mest avlägsna supernovaerna som vi hittills har upptäckt; ungefär 10 miljarder år ut i rymdhistorien, men den kan bara se dem en efter en. Och vad forskarna har föreslagit är att vi bygger ett nytt rymdobservatorium, ett nytt teleskop i rymden, som kallas SNAP (Supernova Acceleration Probe), och detta kommer att kunna få tusentals supernovaer mycket effektivt, mycket snabbt och se dem extremt svaga och extremt djup. Och detta har verkligen fångat in fantasin hos gemenskapen. Det har funnits ett antal rekommendationer från National Academy of Sciences, från olika professionella organisationer, att ett slags rymdobservatorium som detta kommer att räkna ut: vad är denna mystiska fysik som orsakar denna helt ovanliga acceleration som verkar motsatt tyngdkraften? Så det finns nästan som en avvisande tyngdkraftsversion som verkligen kommer att skriva om alla fysikböcker. Så många tycker att vi verkligen behöver gå vidare med dessa observationer, mer exakta observationer och många fler observationer, som du talade om. Vi behöver bara förbättra de data vi redan har, och tekniken är tillräckligt bra för att vi kan gå ut och göra detta. Det kräver bara att vi sätter oss ner och bygger saken och startar den och försöker ta reda på dessa svar.
Fraser: Nu har jag hört en hel del förslag på vad denna mörka energi kan vara. Vilka saker skulle du leta efter i dina observationer som kanske kan kartlägga några av de teorier som har framförts?
Linder: Så farfar till alla begrepp med mörk energi framfördes av Albert Einstein hela vägen tillbaka 1917, vad han kallade den kosmologiska konstanten. Och det stämde inte med iakttagelserna vid den tiden, och så gick den typ till pension för ett tag. Och med några decennier tog forskarna tillbaka det för att säga, det kanske kan förklara några andra observationer vi har gjort. Och sedan går det tillbaka till pensionen för det passar inte riktigt. Men nu verkar det som att det kan vara dags att ta tillbaka detta 90 år gamla koncept från Einstein, eftersom det kan ge denna acceleration av universums expansion. Det är en mycket enkel bild för hur du kan få denna acceleration, men det löser inte allt. Det finns några riktigt mycket förbryllande aspekter av det. Vad du skulle tro om du gjorde några naiva beräkningar är att det borde påskynda universum, men borde ha börjat påskynda universum hela vägen tillbaka från det allra första ögonblicket, och vi skulle inte ha det universum vi ser idag om det hände . Vi skulle faktiskt inte ha kunnat få stjärnor och galaxer och strukturen som vi ser i universum. Och så av någon anledning måste det vara mycket mycket svagare än vi skulle tro som dess naturliga värde. Så det är möjligt att det är svaret, men vi förstår inte varför det är så svagt, relativt vad vi tycker att det borde vara. För att komma runt detta kommer människor med dessa andra idéer, denna idé om kvintessens eller ett femte ämne till universum där det fungerar som den kosmologiska konstanten, men det varierar i tid, och så det kan börja mycket svagt och nu i dag det kan dominera universums expansion. Och så det är en attraktiv idé, men ingen har verkligen någon första, grundläggande idé om hur man får den att fungera exakt. Just nu är det ett koncept men detaljerna har inte utarbetats om hur det uppstår från fysiken. Så det är en annan sak som vi kan vara mycket intresserade av. En annan möjlighet är hur vi har analyserat uppgifterna och sagt, tyngdkraft är en attraktiv kraft, det ges av Einsteins teori om allmän relativitet. Kanske bryter något där. Kanske det vi ser är en nedbrytning av teorin om tyngdekraften när vi förstår den. Människor har kommit med idéer som till exempel innebär extra dimensioner. I stället för bara tre dimensioner i rymden kan det finnas några extra dimensioner i rymden, och att tyngdkraften gradvis läcker ut i denna extra dimension i rymden och det gör det svagare och det kommer att agera i motsats till tyngdkraften och ge oss acceleration . Så vi har alla dessa otroligt spännande möjligheter för hur fysik kan förändras och vi vet inte vilka de är. Och vad vi behöver är dessa mycket detaljerade observationer av att kartlägga universums expansion, till exempel genom supernovorna, dessa exploderande stjärnor - och det finns andra metoder också - för att verkligen försöka bestämma, hur ska vi skriva om fysikens läroböcker ; vilken riktning måste vi börja radera saker in och skriva nya saker i. Så det är oerhört spännande för forskare som har pussel inför dem så här.
Fraser: När planeras dessa uppdrag för lansering? När ska de vara operativa?
Linder: Så NASA och det amerikanska energidepartementet har kommit överens om att arbeta tillsammans för att sätta upp ett uppdrag i omloppsbana. Det allmänna namnet för det kallas Joint Dark Energy Mission. Och det finns för närvarande studier på hur man skulle designa ett sådant rymdteleskop. Och vi hoppas att om tillräckligt med allmänhet visar ett starkt intresse, och de professionella samhällena - som National Academies of Sciences, som rekommenderade ett sådant uppdrag. Om de fortsätter att stödja detta, hoppas vi att vi kan gå vidare och lansera det inom ungefär 6-7 år. Så det är mycket möjligt att eleverna i skolan nu känner till svaren på saker om 6-7 år som för närvarande ingen professionell forskare har den minsta aning om vad svaret är. Så det är alltid väldigt spännande att kunna berätta för elever och att kunna berätta för allmänheten: du kommer att veta saker 6-7 år från och med nu att vi inte har någon aning om vad svaret är just nu. Du kommer att bli smartare om 6 eller 7 år än vad vi är just nu. Så det är verkligen en spännande strävan att vara mitt i.
Fraser: Och om du hade ditt sätt, skulle det vara eldig het död eller kall frysdöd?
Linder: Jag tror att det viktigaste jag skulle vilja är att det är långt borta. Så vi vet att universums ändar inte kommer att vara i minst tiotal miljarder år - ungefär hur lång tid vi har haft i universum - så det är ingenting vi måste vara upptagen med över natten, men jag vet inte vad som skulle vara den bästa lösningen. Du kan hävda att något som en vältning av Einsteins tyngdkraftteori och bara en helt ny ram för fysik och nytt territorium att utforska. Det kan vara det mest spännande resultatet där du kan ha olika möjliga möjligheter. Men som ni hänvisar till, ödet universum som verkligen griper vår fantasi, från alla, från forskare till skolbarn.
