จักรวาลจะจบลงอย่างไร ตอนนี้นักดาราศาสตร์วิทยาวิทยามีสองสถานการณ์ที่น่าสังเวชอย่างเท่าเทียมกันที่แมปไว้สำหรับชะตากรรมระยะยาวของจักรวาล ในอีกทางหนึ่งการขยายตัวของเอกภพสามารถดำเนินต่อไปได้อย่างไม่มีกำหนดเนื่องจากการเร่งความเร็วของพลังงานมืด เราจะต้องเผชิญกับความหนาวเย็นอนาคตอันโดดเดี่ยวเมื่อกาแลคซีอื่น ๆ หายไปในระยะไกล แขกของฉันในวันนี้คือ Eric Linder จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์เบิร์กลีย์และเขาเสนอการทดลองที่จะช่วยให้เราเรียนรู้ว่าโชคชะตาสองอย่างนี้รอเราอยู่
ฟังการสัมภาษณ์: The Fate of the Universe (6.2 MB)
หรือสมัครสมาชิก Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: คุณช่วยกำหนดชะตากรรมทั้งสองที่อาจรอคอยจักรวาลของเราได้ไหม?
Eric Linder: อืมภาพของเราว่าชะตากรรมของจักรวาลเปลี่ยนไปอย่างมากในช่วง 5-10 ปีที่ผ่านมา เราเคยคิดว่ามันค่อนข้างง่ายมันเป็นเพียงแค่เนื้อหาที่มีอยู่ในจักรวาลมากแค่ไหนมีความสำคัญมากแค่ไหน หากมีเรื่องเพียงพอการดึงดูดความโน้มถ่วงจะทำให้เอกภพชะลอตัวในการขยายตัวในปัจจุบันและโดยทั่วไปจะยุบตัวลงและเรามีสิ่งที่บางคนเรียกว่าวิกฤตใหญ่เพื่อสิ้นสุดจักรวาลของเรา และถ้ามีเรื่องไม่เพียงพอก็จะไม่มีแรงโน้มถ่วงเพียงพอที่จะชะลอการขยายตัวในปัจจุบันและมันก็จะยิ่งกระจายมากขึ้น - สถานที่ที่เย็นกว่าและโดดเดี่ยวอยู่ในปี 1998 นักวิทยาศาสตร์ทั้งสองกลุ่มค้นพบมาก เหตุการณ์ประหลาดที่เกิดขึ้นว่าการขยายตัวของเอกภพไม่ได้ชะลอตัวลงอย่างมากหรือแม้กระทั่งทีละน้อยภายใต้แรงโน้มถ่วงของสสารในจักรวาล แต่เป็นการเร่งความเร็วขึ้น มันกำลังเร่ง อย่างเช่นถ้าคุณโยนเบสบอลขึ้นไปในอากาศที่คุณรู้ว่าในที่สุดมันจะช้าลงถึงจุดสูงสุดและมักจะกลับมาสู่โลก หากคุณขว้างมันแรงพอมันจะเข้าสู่วงโคจร แต่ที่นี่จักรวาลขว้างลูกเบสบอลขึ้นไปกลางอากาศและตอนนี้ลูกเบสบอลตัวนั้นก็เร่งให้เร็วขึ้นและเร็วขึ้น ดังนั้นสิ่งนี้จึงทำให้นักวิทยาศาสตร์งงงวยอย่างสมบูรณ์และตรงกันข้ามกับสิ่งที่เราคาดหวัง ภายใต้ภาพใหม่นี้ชะตากรรมของจักรวาลดูเหมือนว่ามันจะขยายออกไปอย่างถาวรและไม่หยุดยั้งยิ่งกระจายมากขึ้นอะตอมจะแพร่กระจายมากขึ้นเรื่อย ๆ ระยะทางระหว่างกาแลคซีจะเพิ่มขึ้น และเราจะมีชะตากรรมของจักรวาลนี้ซึ่งบางครั้งเรียกว่า "Heat Death" ซึ่งทุกอย่างก็เย็นยะเยือกและนิ่งเฉยและแยกจากกัน
แต่ขึ้นอยู่กับสิ่งที่ทำให้เกิดการเร่งความเร็วนี้ นั่นคือความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ เป็นไปได้ว่าฟิสิกส์ที่ทำให้เราเร่งความเร็วนี้อาจหายไปในทันทีซึ่งในกรณีนี้เราจะกลับไปที่ภาพก่อนหน้าซึ่งจักรวาลอาจล่มสลาย หรืออาจทำสิ่งที่แปลกประหลาดอย่างสมบูรณ์และเราก็ไม่รู้ นี่เป็นคำถามใหญ่ที่เราต้องการค้นหา ชะตากรรมของจักรวาลคืออะไร แต่พยายามที่จะคิดออกฟิสิกส์ในการเร่งความเร็วนี้คืออะไร
เฟรเซอร์: ทำไมคำถามนั้นยังไม่ได้รับคำตอบ? พวกเราไม่ได้ดูซูเปอร์โนวาดีพอหรือยัง?
Linder: อย่างที่ฉันพูดการเร่งความเร็วของการขยายตัวนี้ถูกค้นพบในปี 1998 เท่านั้นและผู้คนไม่ได้นั่งอยู่ในมือพวกเขาพยายามตอบคำถามนี้อย่างกระตือรือร้น ด้วยการได้รับซุปเปอร์โนวาเพิ่มขึ้นเราสามารถใช้ดาวระเบิดเหล่านี้เหมือนดอกไม้ไฟในจักรวาล หากเรารู้ว่าดอกไม้ไฟจะดับไปด้วยพลังงานเท่ากันพร้อมความสว่างเท่ากันเราสามารถบอกได้ว่าพวกเขาอยู่ห่างไกลแค่ไหนจากความสว่างที่ปรากฏต่อเราในวันนี้ และเราต้องการซุปเปอร์โนวาเพิ่มขึ้นเหล่านี้และเราต้องการซุปเปอร์โนวาไกลขึ้นเรื่อย ๆ ดังนั้นเราจึงสามารถทำแผนที่ประวัติศาสตร์ของจักรวาล การขยายตัวของเอกภพในช่วงระยะเวลาหนึ่ง และผู้คนก็ค่อยๆทำเช่นนั้น มีโครงการขนาดใหญ่มากกำลังดำเนินการโดยมีกล้องโทรทรรศน์อยู่บนพื้นพยายามที่จะรับสิ่งที่เป็นซุปเปอร์โนวาเพียงสิบตัวเท่านั้นตอนนี้เรากำลังพยายามหาซุปเปอร์โนวาหลายร้อยตัว แต่ในที่สุดเพื่อตอบคำถามพื้นฐานเหล่านี้เราจะต้องมีซุปเปอร์โนวานับพันในระยะทางไกล เพื่อให้ได้สิ่งนั้นเราจะต้องมีการสำรวจจากอวกาศดังนั้นในปัจจุบันเราจึงมีกล้องโทรทรรศน์อวกาศหนึ่งดวงคือกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลซึ่งเหมาะสำหรับการสังเกตแบบนี้และมันก็ใช้งานได้ดีมาก มันเห็นซุปเปอร์โนวาที่อยู่ไกลที่สุดที่เรายังค้นพบ ประมาณ 10 พันล้านปีในประวัติศาสตร์ของอวกาศ แต่มันสามารถมองเห็นพวกมันทีละคน และสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เสนอก็คือเราสร้างหอสังเกตการณ์อวกาศใหม่ซึ่งเป็นกล้องโทรทรรศน์ใหม่ในอวกาศที่เรียกว่า SNAP (Supernova Acceleration Probe) และสิ่งนี้จะทำให้ได้ซุปเปอร์โนวานับพันอย่างมีประสิทธิภาพอย่างรวดเร็วเห็นพวกมันสลัวมากและ ลึกมาก และนี่เป็นสิ่งที่ดึงดูดจินตนาการของชุมชนวิทยาศาสตร์ มีคำแนะนำจำนวนมากจาก National Academy of Sciences จากองค์กรวิชาชีพต่างๆที่หอสังเกตการณ์อวกาศแบบนี้จะคิดออก: ฟิสิกส์ลึกลับนี้อะไรที่ทำให้เกิดการเร่งความเร็วที่ผิดปกติซึ่งตรงกันข้ามกับแรงโน้มถ่วง ดังนั้นจึงมีลักษณะคล้ายกับแรงโน้มถ่วงที่น่ารังเกียจซึ่งจะเขียนตำราฟิสิกส์ทั้งหมด ผู้คนจำนวนมากคิดว่าเราจำเป็นต้องก้าวไปข้างหน้าด้วยการสังเกตเหล่านี้การสังเกตที่แม่นยำมากขึ้นและการสังเกตอื่น ๆ อีกมากมายเช่นที่คุณพูดถึง เราแค่ต้องปรับปรุงข้อมูลที่เรามีอยู่แล้วและเทคโนโลยีก็ดีพอที่เราจะออกไปทำสิ่งนี้ได้ มันแค่ต้องการให้เรานั่งลงและสร้างสิ่งนั้นขึ้นมาแล้วเปิดมันและพยายามค้นหาคำตอบเหล่านี้
เฟรเซอร์: ตอนนี้ฉันได้ยินคำแนะนำเล็กน้อยว่าพลังงานมืดนี้อาจเป็นอะไร คุณจะมองหาอะไรในการสังเกตของคุณที่อาจทำแผนที่กับทฤษฎีบางอย่างที่ถูกหยิบยกขึ้นมา?
Linder: ดังนั้นคุณปู่ของแนวคิดเรื่องพลังงานมืดทั้งหมดจึงถูกนำเสนอโดย Albert Einstein จนถึงปี 1917 สิ่งที่เขาเรียกว่าค่าคงที่ทางดาราศาสตร์ และมันก็ไม่เห็นด้วยกับการสังเกตการณ์ในเวลานั้นมันก็เลยเกษียณไปซักพักหนึ่ง และทุก ๆ สองสามทศวรรษนักวิทยาศาสตร์ก็นำมันกลับมาพูดซึ่งอาจอธิบายการสังเกตการณ์อื่น ๆ ที่เราทำ แล้วมันก็กลับไปสู่วัยเกษียณเพราะมันไม่พอดี แต่ตอนนี้ดูเหมือนว่ามันอาจถึงเวลาแล้วที่จะนำแนวคิดเก่า ๆ 90 ปีกลับมาจากไอน์สไตน์เพราะมันสามารถเร่งการขยายตัวของเอกภพนี้ได้ มันเป็นภาพที่ง่ายมากสำหรับวิธีที่คุณจะได้รับการเร่งความเร็วนี้ แต่มันไม่ได้แก้ปัญหาทุกอย่าง มีแง่มุมที่ทำให้งงมากจริงๆ สิ่งที่คุณจะคิดว่าถ้าคุณทำการคำนวณแบบไร้เดียงสาก็คือมันควรเร่งจักรวาล แต่ควรเริ่มเร่งจักรวาลให้ย้อนกลับไปตั้งแต่วินาทีแรกและเราจะไม่มีจักรวาลที่เราเห็นในวันนี้ถ้ามันเกิดขึ้น . ในความเป็นจริงเราจะไม่สามารถรับดาวและกาแลกซี่และโครงสร้างที่เราเห็นในจักรวาล ดังนั้นด้วยเหตุผลบางอย่างจะต้องมีความอ่อนแอมากกว่าที่เราคิดว่าเป็นคุณค่าตามธรรมชาติ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่ามันเป็นคำตอบ แต่เราไม่เข้าใจว่าทำไมมันจึงอ่อนแอมากเมื่อเทียบกับสิ่งที่เราคิดว่าควรจะเป็น เพื่อให้ได้รอบนั้นผู้คนจะได้รับความคิดอื่น ๆ ความคิดเรื่องแก่นสารหรือสารที่ 5 ของจักรวาลที่มันทำหน้าที่เหมือนค่าคงที่ทางจักรวาล แต่มันแตกต่างกันไปตามเวลาดังนั้นมันจึงเริ่มอ่อนแอมากและวันนี้ มันสามารถควบคุมการขยายตัวของจักรวาล และนั่นก็เป็นความคิดที่น่าสนใจ แต่ไม่มีใครมีความคิดพื้นฐานขั้นแรกเลยว่าจะทำให้มันทำงานอย่างไร ตอนนี้มันเป็นแนวคิด แต่รายละเอียดยังไม่ได้ผลเกี่ยวกับวิธีที่เกิดขึ้นจากฟิสิกส์ นั่นเป็นอีกสิ่งที่เราสนใจมากความเป็นไปได้อีกอย่างก็คือวิธีที่เราวิเคราะห์ข้อมูลพูดว่าแรงโน้มถ่วงเป็นแรงดึงดูดที่ดึงดูดโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein บางทีมีบางสิ่งบางอย่างพังทลายลงมา บางทีสิ่งที่เราเห็นคือการวิเคราะห์ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงในขณะที่เราเข้าใจ ผู้คนเกิดแนวคิดที่เกี่ยวข้องกับมิติพิเศษเช่น แทนที่จะเป็นสามมิติในอวกาศอาจมีอีกสองสามมิติในอวกาศและความโน้มถ่วงนั้นค่อย ๆ หลุดออกไปสู่มิติพิเศษในอวกาศและนั่นทำให้มันอ่อนแอลงและจะทำหน้าที่ต่อต้านแรงโน้มถ่วงและทำให้เราเร่ง . ดังนั้นเราจึงมีความเป็นไปได้ที่น่าตื่นเต้นเหล่านี้อย่างไม่น่าเชื่อว่าฟิสิกส์จะเปลี่ยนไปอย่างไรและเราก็ไม่รู้ว่ามันคืออะไร และสิ่งที่เราต้องการคือการสำรวจรายละเอียดอย่างละเอียดเกี่ยวกับการทำแผนที่การขยายตัวของเอกภพผ่านซูเปอร์โนวาดาวที่ระเบิดเหล่านี้และมีวิธีอื่น ๆ เช่นกันที่จะลองและตัดสินใจจริง ๆ เราจะเขียนตำราฟิสิกส์อย่างไร ; เราต้องไปในทิศทางใดจึงจะเริ่มลบสิ่งต่าง ๆ และเขียนสิ่งใหม่ ๆ ดังนั้นมันจึงน่าตื่นเต้นสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่มีปริศนาที่หันหน้าไปทางพวกเขาเช่นนี้
Fraser: ภารกิจเหล่านี้มีการวางแผนสำหรับการเปิดตัวเมื่อใด พวกเขาควรจะดำเนินการเมื่อใด
Linder: ดังนั้นองค์การนาซ่าและกระทรวงพลังงานสหรัฐจึงตกลงที่จะทำงานร่วมกันเพื่อนำภารกิจขึ้นสู่วงโคจร ชื่อทั่วไปของมันเรียกว่าพันธกิจพลังงานมืดร่วม และในปัจจุบันก็มีการศึกษาว่าจะออกแบบกล้องโทรทรรศน์อวกาศได้อย่างไร และเราหวังว่าหากประชาชนมากพอจะแสดงความสนใจอย่างแรงกล้าและสมาคมวิชาชีพ - เช่น National Academies of Sciences ซึ่งแนะนำภารกิจดังกล่าว หากพวกเขายังคงสนับสนุนสิ่งนี้ต่อไปเราหวังว่าเราจะสามารถก้าวไปข้างหน้าและเปิดตัวได้ภายในเวลาประมาณ 6-7 ปี ดังนั้นจึงเป็นไปได้อย่างมากที่นักเรียนในโรงเรียนจะได้รู้คำตอบของสิ่งต่าง ๆ ในช่วง 6-7 ปีที่ปัจจุบันไม่มีนักวิทยาศาสตร์มืออาชีพที่มีเงื่อนงำน้อยที่สุดสำหรับสิ่งที่คำตอบคือ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมากที่สามารถบอกนักเรียนและสามารถบอกต่อสาธารณะได้: คุณจะได้รู้ว่าสิ่งต่าง ๆ 6-7 ปีจากนี้เราไม่รู้เลยว่าคำตอบคืออะไรในตอนนี้ คุณจะฉลาดขึ้นในอีก 6 หรือ 7 ปีกว่าตอนนี้ ดังนั้นมันจึงเป็นความพยายามที่น่าตื่นเต้นที่จะอยู่ตรงกลาง
Fraser: และถ้าคุณมีวิธีการของคุณมันจะเป็นความตายที่ร้อนจัดหรือการตายที่หนาวจัด
Linder: ฉันคิดว่าสิ่งสำคัญที่ฉันชอบคือมันอยู่ไกล ดังนั้นเรารู้ว่าจุดจบของจักรวาลจะไม่เป็นเวลาอย่างน้อย 10 พันล้านปี - เกี่ยวกับระยะเวลาที่เรามีอยู่แล้วในจักรวาล - ดังนั้นจึงไม่มีอะไรที่เราต้องกังวลข้ามคืน แต่ฉัน ไม่รู้ว่าอะไรจะเป็นทางออกที่ดีที่สุด คุณสามารถยืนยันว่าบางสิ่งบางอย่างเช่นการพลิกกลับของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของ Einstein และเป็นเพียงกรอบฟิสิกส์ใหม่และดินแดนใหม่ที่จะสำรวจ นั่นอาจเป็นผลลัพธ์ที่น่าตื่นเต้นที่สุดที่คุณอาจมีโอกาสที่แตกต่างกันเกิดขึ้น แต่เมื่อคุณพูดถึงชะตากรรมของจักรวาลที่คว้าจินตนาการของเราทุกคนจากนักวิทยาศาสตร์ไปจนถึงเด็กนักเรียน
