Hvordan slutter universet? Lige nu har kosmologer to lige så bekymrende scenarier, der er kortlagt for universets langsigtede skæbne. På den anden side kunne udvidelsen af universet fortsætte på ubestemt tid takket være accelerationen af mørk energi. Vi står over for en kold, ensom fremtid, når andre galakser falmer væk i det fjerne. Min gæst i dag er Eric Linder fra Lawrence Berkeley National Laboratory, og han foreslår eksperimenter, der kan hjælpe os med at lære, hvilken af disse to skæbne venter os.
Lyt til interviewet: Fate of the Universe (6,2 MB)
Eller abonner på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Kain: Kan du lægge de to skæbner op, der kan vente på vores univers?
Eric Linder: Nå, vores billede af, hvad universets skæbne er, har virkelig ændret sig dramatisk i de sidste 5-10 år. Vi troede, det var temmelig enkelt, det var bare et spørgsmål om, hvor meget indhold der var i universet, hvor meget stof der var. Hvis der var nok stof, ville tyngdekraftsattraktionen få universet til at aftage i sin nuværende ekspansion og grundlæggende til at kollapse igen, og vi ville have, hvad nogle mennesker kalder en stor knas for at afslutte vores univers. Og hvis der ikke var nok stof, ville der ikke være nok tyngdekraft til at bremse den nuværende ekspansion, og den ville bare blive mere og mere diffus - et koldere og ensomere sted at bo i. I 1998 opdagede disse to forskergrupper et meget en bisarr begivenhed, at udvidelsen af universet hverken dramatisk eller endda gradvis blev langsommere under tyngdekraften i sagen i universet, men snarere var det med at fremskynde. Det accelererede. Ligesom hvis du kastede en baseball op i luften, ved du, at det til sidst vil bremse, nå et højdepunkt og normalt komme tilbage til Jorden. Hvis du kaster det hårdt nok, går det ud i bane. Men her kastede universet en baseball op i luften, og nu er baseball hurtigere væk hurtigere. Så dette har forskerne fuldstændig forundret og var helt i modsætning til hvad vi forventede. Under dette nye billede ser universets skæbne ud til at være, at det blot vil udvide sig for evigt og altid, blive koldere, mere diffust, atomer vil blive mere og mere spredt, afstanden mellem galakser vil stige. Og vi får denne skæbne for universet, der undertiden kaldes "Heat Death", hvor alt bare bliver meget koldt og bevægelsesløst og isoleret fra hinanden.
Men det afhænger af, hvad der forårsager denne acceleration. Det er det store mysterium. Det er muligt, at fysikken, der giver os denne acceleration, pludselig kunne forsvinde, i hvilket tilfælde vi ville være tilbage til det tidligere billede, hvor universet kan falde sammen. Eller det kunne gøre noget helt bizart, og det ved vi ikke. Så dette er et stort spørgsmål, som vi ønsker at finde ud af. Hvad er universets skæbne, men at prøve at finde ud af, hvad er fysikken i denne acceleration.
Fraser: Hvorfor er dette spørgsmål ikke blevet besvaret indtil videre? Har vi ikke fået et godt nok kig på supernovaerne?
Linder: Som jeg sagde, blev accelerationen af denne udvidelse først opdaget i 1998. Og folk har ikke siddet på deres hænder, de har forsøgt at besvare dette spørgsmål meget lidenskabeligt. Ved at få flere supernovaer, kan vi bruge disse eksploderende stjerner på samme måde som fyrværkeri væk i universet. Hvis vi ved, at fyrværkeriet altid går af med den samme energi, med den samme lysstyrke, kan vi fortælle, hvor langt væk de er, hvor lyse de ser ud for os i dag. Og derfor har vi brug for flere af disse supernovaer, og vi har brug for flere og fjernere, så vi kan kortlægge universets historie; udvidelsen af universet over en større periode. Og folk gør det gradvist. Der er nogle meget store projekter i gang med teleskoper på jorden, der forsøger at få det, der bare var snesevis af supernovaer, nu prøver vi at få hundreder af supernovaer. Men til sidst, for virkelig at besvare disse grundlæggende spørgsmål, har vi brug for tusinder af supernovaer i store afstande. For at få det til, har vi brug for observationer fra rummet, så i øjeblikket har vi et rumteleskop - Hubble-rumteleskopet - der er velegnet til denne slags observationer, og det gør et godt stykke arbejde. Det ser de fjerneste supernovaer, vi endnu har opdaget; omkring 10 milliarder år ude i rumhistorien, men det kan kun se dem én efter én. Og hvad forskere har foreslået er, at vi bygger et nyt rumobservatorium, et nyt teleskop i rummet, kaldet SNAP (Supernova Acceleration Probe), og dette vil være i stand til at få tusinder af supernovaer meget effektivt, meget hurtigt, da de er ekstremt svage og ekstremt dybt. Og dette har virkelig fanget videnskabssamfundets fantasi. Der har været en række henstillinger fra National Academy of Sciences, fra forskellige professionelle organisationer, om, at en slags rumobservatorium som dette vil finde ud af: hvad er denne mystiske fysik, der forårsager denne fuldstændigt usædvanlige acceleration, der handler modsat tyngdekraften? Så der er næsten som en frastødende version af tyngdekraften, der virkelig vil omskrive alle fysikens lærebøger. Så mange mennesker tror, at vi virkelig har brug for at gå videre med disse observationer, mere præcise observationer og mange flere observationer, som du har talt om. Vi skal bare forbedre de data, vi allerede har, og teknologien er god nok til at vi kan gå ud og gøre dette. Det kræver bare, at vi sætter os ned og bygger tinget, starter det og prøver at finde ud af disse svar.
Fraser: Nu har jeg hørt ganske mange forslag til, hvad denne mørke energi kan være. Hvilke slags ting ville du lede efter i dine observationer, der måske kan kortlægge nogle af de teorier, der er blevet fremsat?
Linder: Så bedstefar til alle begreber om mørk energi blev fremsat af Albert Einstein helt tilbage i 1917, hvad han kaldte den kosmologiske konstant. Og det stemte ikke overens med observationer på det tidspunkt, og derfor gik den slags i pension i et stykke tid. Og hvert par årtier bragte forskere det ud for at sige, måske kunne det forklare nogle andre observationer, vi har gjort. Og så går det tilbage til pensionering, fordi det ikke rigtig passer. Men nu ser det ud til, at det måske er dets tid, at bringe dette 90 år gamle koncept tilbage fra Einstein, fordi det kan give denne acceleration af udvidelsen af universet. Det er et meget simpelt billede til, hvordan du kunne få denne acceleration, men det løser ikke alt. Der er nogle virkelig meget forundrende aspekter af det. Hvad du ville tro, hvis du foretog nogle naive beregninger, er, at det skulle accelerere universet, men skulle være begyndt at fremskynde universet helt tilbage fra det første øjeblik, og vi ville ikke have det univers, vi ser i dag, hvis det skete . Faktisk ville vi ikke have været i stand til at få stjerner og galakser og strukturen, som vi ser i universet. Og derfor skal der af en eller anden grund være meget meget svagere, end vi ville tro som dens naturlige værdi. Så det er muligt, at det er svaret, men vi forstår ikke, hvorfor det er så svagt i forhold til hvad vi synes, det skal være. For at komme omkring det, kommer folk med disse andre ideer, denne idé om kvindhed eller et 5. stof til universet, hvor det fungerer som den kosmologiske konstant, men det varierer i tid, og det kan derfor starte meget svagt og nu i dag det kan være dominerende for udvidelsen af universet. Og så er det en attraktiv idé, men ingen har virkelig nogen første, grundlæggende idé om, hvordan man får den til at fungere nøjagtigt. Lige nu er det et koncept, men detaljerne er ikke blevet udarbejdet om, hvordan det opstår fra fysikken. Så det er en anden ting, som vi kan være meget interesserede i. En anden mulighed er den måde, vi har analyseret dataene på, og sagt, tyngdekraften er en attraktiv kraft, det er givet af Einsteins teori om generel relativitet. Måske bryder der noget ned. Måske det, vi ser, er en fordeling af tyngdekraften, som vi forstår den. Folk er kommet med ideer, der fx involverer ekstra dimensioner. I stedet for kun tre dimensioner i rummet, kan der muligvis være ekstra få dimensioner i rummet, og at tyngdekraften gradvist udbryder ud i denne ekstra dimension i rummet, og det gør det svagere, og det vil fungere i modsætning til tyngdekraften og give os acceleration . Så vi har alle disse utroligt spændende muligheder for, hvordan fysik kan ændre sig, og vi ved ikke, hvilke de er. Og hvad vi har brug for er disse meget detaljerede observationer af kortlægning af universets udvidelse, fx gennem supernovaer, disse eksploderende stjerner - og der er også andre metoder - til virkelig at prøve og beslutte, hvordan skal vi omskrive fysikens lærebøger ; hvilken retning er vi nødt til at begynde at slette tingene og skrive nye ting i. Så det er utroligt spændende for forskere, der har gåder, der står over for dem som dette.
Fraser: Hvornår er disse missioner planlagt til lancering? Hvornår skal de være operationelle?
Linder: Så NASA og det amerikanske energiministerium er enige om at samarbejde for at sætte en mission i kredsløb. Det generelle navn kaldes Joint Dark Energy Mission. Og der er i øjeblikket undersøgelser af, hvordan man ville designe et sådant rumteleskop. Og vi håber, at hvis nok offentlighed viser en stærk interesse, og de professionelle samfund - ligesom National Academies of Sciences, som anbefalede en sådan mission. Hvis de fortsætter med at støtte dette, håber vi, at vi kan gå videre og lancere det inden for ca. 6-7 år. Så det er meget muligt, at de studerende i skolen nu ved svarene på ting om 6-7 år, som i øjeblikket ingen professionel videnskabsmand har den mindste anelse om, hvad svaret er. Så det er altid meget spændende at kunne fortælle studerende og være i stand til at fortælle offentligheden: I kommer til at vide tingene 6-7 år fra nu, at vi ikke har nogen idé om, hvad svaret er lige nu. Du vil blive smartere om 6 eller 7 år, end vi er lige nu. Så det er virkelig en spændende bestræbelse at være midt i.
Fraser: Og hvis du havde din måde, ville det være en fyrig varm død eller kold frysende død?
Linder: Jeg tror, at det vigtigste, jeg kunne lide, er, at det er langt væk. Så vi ved, at universets ender ikke kommer til at være i mindst 10'erne af milliarder af år - omtrent hvor lang tid vi allerede har haft i universet - så det er ikke noget, vi skal være opmærksomme på natten, men jeg ved ikke, hvad der ville være den bedste løsning. Du kunne argumentere for, at noget som en væltning af Einsteins teori om tyngdekraft og bare en helt ny ramme for fysik og nyt territorium at udforske. Det er måske det mest spændende resultat, hvor du måske har forskellige muligheder, der opstår. Men som du henviser til, skjebnen til Universet, der virkelig griber vores fantasi, for alle, fra videnskabsmænd til skolebørn.
