Hoe zal het universum eindigen? Op dit moment hebben kosmologen twee even verontrustende scenario's uitgestippeld voor het lot van het heelal op lange termijn. Aan de andere kant kan de uitdijing van het heelal oneindig doorgaan dankzij de versnelling van donkere energie. We zouden een koude, eenzame toekomst tegemoet gaan als andere sterrenstelsels in de verte verdwijnen. Mijn gast vandaag is Eric Linder van het Lawrence Berkeley National Laboratory en hij stelt experimenten voor die ons kunnen helpen te leren welk van deze twee lot ons te wachten staat.
Luister naar het interview: The Fate of the Universe (6.2 MB)
Of abonneer u op de podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: Kun je de twee lotgevallen uiteenzetten die ons universum te wachten staan?
Eric Linder: Nou, ons beeld van wat het lot van het universum is, is de afgelopen 5-10 jaar echt drastisch veranderd. We dachten altijd dat het vrij eenvoudig was, het was gewoon een kwestie van hoeveel inhoud er in het universum was, hoeveel materie er was. Als er genoeg materie was, dan zou de aantrekkingskracht van het universum ervoor zorgen dat het heelal vertraagt in zijn huidige expansie, en in feite weer instort en we hebben wat sommige mensen een grote crunch noemen om ons universum te beëindigen. En als er niet genoeg materie zou zijn, zou er niet genoeg zwaartekracht zijn om de huidige expansie te vertragen en zou het alleen maar meer en meer diffuus worden - een kouder en eenzamer plek om in te wonen. In 1998 ontdekten deze twee groepen wetenschappers een zeer bizar voorval dat de uitdijing van het heelal onder de zwaartekracht van de materie in het heelal niet dramatisch of zelfs geleidelijk vertraagde, maar eerder versnelde. Het versnelde. Een beetje zoals als je een honkbal in de lucht gooide, je weet dat het uiteindelijk zal vertragen, een piek zal bereiken en meestal terug zal komen naar de aarde. Als je het hard genoeg gooit, gaat het de ruimte in. Maar hier gooide het heelal een honkbal in de lucht, en nu versnelt dat honkbal steeds sneller. Dit heeft wetenschappers dus volledig in verwarring gebracht en was volledig in strijd met wat we verwachtten. Onder deze nieuwe afbeelding lijkt het lot van het heelal te zijn dat het zich voor altijd en voor altijd zal uitbreiden, kouder en diffuser zal worden, atomen zich steeds meer zullen verspreiden, de afstand tussen sterrenstelsels zal toenemen. En we hebben dit lot van het universum dat soms de 'hittedood' wordt genoemd, waarbij alles gewoon heel koud en bewegingloos wordt en geïsoleerd van elkaar.
Maar het hangt ervan af wat deze versnelling veroorzaakt. Dat is het grote mysterie. Het is mogelijk dat de fysica die ons deze versnelling gaf plotseling zou kunnen verdwijnen, in welk geval we terug zouden zijn naar het eerdere beeld waar het heelal zou kunnen instorten. Of het kan iets volkomen bizar doen en we weten het niet. Dit is dus een grote vraag die we willen onderzoeken. Wat is het lot van het heelal, maar proberen te achterhalen, wat is de fysica in deze versnelling.
Fraser: Waarom is die vraag tot nu toe niet beantwoord? Hebben we de supernova's niet goed genoeg bekeken?
Linder: Precies, zoals ik al zei, de versnelling van deze expansie werd pas in 1998 ontdekt. En mensen hebben niet op hun handen gezeten, ze hebben deze vraag met veel passie geprobeerd te beantwoorden. Door meer supernova's te krijgen, kunnen we deze exploderende sterren gebruiken zoals vuurwerk in het heelal. Als we weten dat het vuurwerk altijd afgaat met dezelfde energie, met dezelfde helderheid, kunnen we zien hoe ver ze verwijderd zijn door hoe helder ze ons vandaag lijken. En dus hebben we meer van deze supernova's nodig, en we hebben er steeds meer nodig, zodat we de geschiedenis van het heelal in kaart kunnen brengen; de uitdijing van het heelal over een langere periode. En dat doen mensen langzamerhand. Er zijn een aantal zeer grote projecten aan de gang met telescopen op de grond die proberen enkele tientallen supernova's te krijgen, nu proberen we honderden supernova's te krijgen. Maar om deze fundamentele vragen echt te beantwoorden, hebben we op grote afstand duizenden supernovae nodig. Om dat te krijgen, hebben we waarnemingen vanuit de ruimte nodig, dus momenteel hebben we één ruimtetelescoop - de Hubble-ruimtetelescoop - die geschikt is voor dit soort waarnemingen, en het doet geweldig werk. Het ziet de verste supernova's die we tot nu toe hebben ontdekt; ongeveer 10 miljard jaar geleden in de geschiedenis van de ruimte, maar het kan ze slechts één voor één zien. En dus wat wetenschappers hebben voorgesteld, is dat we een nieuw ruimteobservatorium bouwen, een nieuwe telescoop in de ruimte, genaamd SNAP (Supernova Acceleration Probe), en dit zal in staat zijn om duizenden supernovae zeer efficiënt, zeer snel te krijgen, door ze extreem zwak te zien en extreem diep. En dit heeft echt tot de verbeelding gesproken van de wetenschappelijke gemeenschap. Er zijn een aantal aanbevelingen van de National Academy of Sciences, van verschillende professionele organisaties, die een soort ruimteobservatorium als dit zullen achterhalen: wat is deze mysterieuze fysica die deze volkomen ongebruikelijke versnelling veroorzaakt die tegengesteld aan zwaartekracht werkt? Dus er is bijna een weerzinwekkende versie van zwaartekracht die echt alle natuurkundeboeken zal herschrijven. Veel mensen denken dus dat we echt door moeten gaan met deze waarnemingen, nauwkeurigere waarnemingen en nog veel meer waarnemingen, zoals u zei. We hoeven alleen de gegevens die we al hebben te verbeteren, en de technologie is goed genoeg om uit te gaan en dit te doen. Het vereist alleen dat we gaan zitten en het ding bouwen, het lanceren en proberen deze antwoorden te vinden.
Fraser: Nu heb ik nogal wat suggesties gehoord over wat deze donkere energie zou kunnen zijn. Naar wat voor soort dingen zou je op zoek zijn in je observaties die misschien in kaart kunnen komen met sommige van die theorieën die naar voren zijn gebracht?
Linder: Dus de grootvader van alle concepten van donkere energie werd al in 1917 door Albert Einstein naar voren gebracht, wat hij de kosmologische constante noemde. En het was destijds niet in overeenstemming met de observaties, en daarom ging het een tijdje met pensioen. En om de paar decennia brachten wetenschappers het terug om te zeggen, misschien kan dat een aantal andere observaties verklaren die we hebben gemaakt. En dan gaat het weer met pensioen omdat het niet echt past. Maar nu lijkt het misschien tijd te zijn om dit 90 jaar oude concept van Einstein terug te halen, omdat het deze versnelling van de uitdijing van het heelal kan geven. Het is een heel eenvoudig beeld van hoe je deze versnelling kunt krijgen, maar het lost niet alles op. Er zijn een aantal echt heel raadselachtige aspecten aan. Wat je zou denken als je wat naïeve berekeningen zou maken, is dat het het heelal zou moeten versnellen, maar vanaf het allereerste moment had moeten beginnen met het versnellen van het heelal, en we zouden niet het heelal hebben dat we vandaag zien als dat zou gebeuren . In feite zouden we geen sterren en sterrenstelsels en de structuur die we in het heelal zien kunnen krijgen. En dus moet er om de een of andere reden veel veel zwakker zijn dan we zouden denken als de natuurlijke waarde ervan. Het is dus mogelijk dat dit het antwoord is, maar we begrijpen niet waarom het zo zwak is, in verhouding tot wat we denken dat het zou moeten zijn. Om dat te omzeilen, bedenken mensen deze andere ideeën, dit idee van kwintessens, of een 5e substantie voor het universum waar het werkt als de kosmologische constante, maar het varieert in de tijd, en dus kan het heel zwak beginnen en nu vandaag het kan de uitdijing van het heelal domineren. En dat is dus een aantrekkelijk idee, maar niemand heeft echt een eerste, basisidee om het precies te laten werken. Op dit moment is het een concept, maar de details zijn niet uitgewerkt over hoe het voortkomt uit de natuurkunde. Dus dat is iets anders waar we erg in geïnteresseerd kunnen zijn. Een andere mogelijkheid is de manier waarop we de gegevens hebben geanalyseerd, en, nou ja, zwaartekracht is een aantrekkingskracht, het wordt gegeven door Einsteins Theorie van Algemene Relativiteit. Misschien breekt daar iets af. Misschien zien we een doorslag in de theorie van de zwaartekracht zoals we die begrijpen. Mensen zijn op ideeën gekomen met bijvoorbeeld extra dimensies. In plaats van slechts drie dimensies in de ruimte, kunnen er een paar extra dimensies in de ruimte zijn, en die zwaartekracht lekt geleidelijk een soort van uit naar deze extra dimensie in de ruimte en dat maakt het zwakker en dat zal in strijd zijn met de zwaartekracht en ons versnelling geven . We hebben dus al deze ongelooflijk opwindende mogelijkheden voor hoe fysica kan veranderen en we weten niet wat ze zijn. Wat we dus nodig hebben, zijn deze zeer gedetailleerde waarnemingen van het in kaart brengen van de uitdijing van het heelal, bijvoorbeeld door middel van supernovae, deze exploderende sterren - en er zijn ook andere methoden - om echt te proberen te beslissen, hoe gaan we de natuurkundeboekjes herschrijven ; in welke richting moeten we beginnen met het wissen van dingen en het schrijven van nieuwe dingen. Het is dus ongelooflijk spannend voor wetenschappers die voor puzzels staan zoals deze.
Fraser: Wanneer zijn deze missies gepland voor lancering? Wanneer moeten ze operationeel zijn?
Linder: Dus NASA en het Amerikaanse ministerie van Energie zijn overeengekomen om samen te werken om een missie in een baan om de aarde te brengen. De algemene naam daarvoor heet de Joint Dark Energy Mission. En er zijn momenteel onderzoeken gaande hoe je zo'n ruimtetelescoop zou ontwerpen. En we hopen dat als genoeg publiek een sterke interesse toont, en de professionele verenigingen, zoals de National Academies of Sciences, die een dergelijke missie hebben aanbevolen. Als ze dit blijven ondersteunen, hopen we dat we verder kunnen gaan en het binnen ongeveer 6-7 jaar kunnen lanceren. Het is dus heel goed mogelijk dat de leerlingen op school nu binnen 6-7 jaar de antwoorden op dingen zullen weten dat momenteel geen professionele wetenschapper de minste aanwijzing heeft voor wat het antwoord is. Het is dus altijd heel spannend om het aan studenten te kunnen vertellen en om het publiek te kunnen vertellen: over zes tot zeven jaar zul je dingen weten dat we geen idee hebben wat het antwoord nu is. Over 6 of 7 jaar wordt u slimmer dan wij nu zijn. Het is dus echt een opwindende poging om er middenin te zitten.
Fraser: En als je je zin had, zou het dan een vurige hete dood zijn, of een koude bevriezende dood?
Linder: Ik denk dat het belangrijkste dat ik leuk zou vinden, is dat het ver weg is. Dus we weten dat de uiteinden van het heelal niet minstens 10 s van miljarden jaren zullen zijn - ongeveer de tijd die we al in het heelal hebben gehad - dus het is niets waar we ons 's nachts zorgen over hoeven te maken, maar ik weet niet wat de beste oplossing zou zijn. Je zou kunnen stellen dat zoiets als een omverwerping van Einstein's Theory of Gravity en gewoon een compleet nieuw fysisch raamwerk en een nieuw territorium om te verkennen. Dat is misschien wel het meest opwindende resultaat waarbij je allerlei verschillende mogelijkheden kunt krijgen. Maar zoals je al zei, het lot van het universum dat echt onze verbeelding grijpt, van iedereen, van de wetenschappers tot schoolkinderen.
