Come finirà l'Universo? In questo momento i cosmologi hanno due scenari altrettanto angoscianti tracciati per il destino a lungo termine dell'Universo. D'altra parte, l'espansione dell'Universo potrebbe continuare indefinitamente grazie all'accelerazione dell'energia oscura. Dovremmo affrontare un futuro freddo e solitario mentre altre galassie svaniscono in lontananza. Il mio ospite oggi è Eric Linder del Lawrence Berkeley National Laboratory e sta proponendo esperimenti che potrebbero aiutarci a capire quali di questi due destini ci aspettano.
Ascolta l'intervista: The Fate of the Universe (6.2 MB)
Oppure iscriviti al podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser Cain: puoi definire i due destini che potrebbero attendere il nostro universo?
Eric Linder: Beh, la nostra immagine di ciò che è il destino dell'Universo è cambiata radicalmente negli ultimi 5-10 anni. Pensavamo fosse abbastanza semplice, era solo una questione di quanti contenuti ci fossero nell'Universo, quanta materia ci fosse. Se ci fosse abbastanza materia, allora l'attrazione gravitazionale farebbe rallentare l'Universo nella sua attuale espansione e fondamentalmente ridurrebbe e avremmo quello che alcune persone chiamano Big Crunch per porre fine al nostro Universo. E se non ci fosse abbastanza materia, non ci sarebbe abbastanza gravità per rallentare l'espansione attuale e diventerebbe sempre più diffusa - un luogo più freddo e solitario in cui vivere. Nel 1998, questi due gruppi di scienziati hanno scoperto un evento bizzarro che l'espansione dell'Universo non stava rallentando né drammaticamente né gradualmente, sotto la gravità della materia nell'Universo, ma piuttosto stava accelerando. Stava accelerando. Un po 'come se lanciassi una palla da baseball in aria che conosci alla fine rallenterà, raggiungerà un picco e di solito tornerà sulla Terra. Se lo lanci abbastanza forte, andrà in orbita. Ma qui l'Universo ha lanciato una palla da baseball in aria, e ora quella palla da baseball sta accelerando sempre più velocemente. Quindi questo ha completamente sconcertato gli scienziati ed era completamente contrario a ciò che ci aspettavamo. Sotto questa nuova immagine, il destino dell'Universo sembra essere che si espanderà semplicemente per sempre, sempre più freddo, più diffuso, gli atomi si diffonderanno sempre più, la distanza tra le galassie aumenterà. E avremo questo destino dell'Universo che a volte viene chiamato "Heat Death", dove tutto diventa molto freddo, immobile e isolato l'uno dall'altro.
Ma dipende da cosa sta causando questa accelerazione. Questo è il grande mistero. È possibile che la fisica che ci dà questa accelerazione possa improvvisamente scomparire, nel qual caso torneremo al quadro precedente in cui l'Universo potrebbe collassare. Oppure potrebbe fare qualcosa di completamente bizzarro e non lo sappiamo. Quindi questa è una grande domanda che vogliamo scoprire. Qual è il destino dell'Universo, ma cercando di capire, qual è la fisica in questa accelerazione.
Fraser: Perché a questa domanda non è stata data risposta finora? Non abbiamo visto abbastanza bene le supernovae?
Linder: Giusto, come ho detto, l'accelerazione di questa espansione è stata scoperta solo nel 1998. E le persone non sono state sedute per mano, hanno cercato di rispondere a questa domanda con passione. Ottenendo più supernovae, possiamo usare queste stelle esplosive come dei fuochi d'artificio nell'Universo. Se sappiamo che i fuochi d'artificio si spengono sempre con la stessa energia, con la stessa luminosità, possiamo dire quanto sono lontani da quanto luminosi ci appaiono oggi. E quindi abbiamo bisogno di più di queste supernove e abbiamo bisogno di altre sempre più distanti, in modo da poter mappare la storia dell'Universo; l'espansione dell'Universo per un periodo di tempo maggiore. E la gente lo sta gradualmente facendo. Ci sono alcuni progetti molto grandi in corso con telescopi sul terreno che tentano di ottenere quelle che erano solo decine di supernove, ora stiamo cercando di ottenere centinaia di supernove. Ma alla fine, per rispondere davvero a queste domande fondamentali, avremo bisogno di migliaia di supernova a grandi distanze. Per ottenerlo, avremo bisogno di osservazioni dallo spazio, quindi attualmente abbiamo un telescopio spaziale - il telescopio spaziale Hubble - che è adatto a questo tipo di osservazioni e sta facendo un ottimo lavoro. Sta vedendo le supernove più distanti che abbiamo ancora scoperto; circa 10 miliardi di anni fa nella storia dello spazio, ma può vederli solo uno per uno. E quindi ciò che gli scienziati hanno proposto è di costruire un nuovo osservatorio spaziale, un nuovo telescopio nello spazio, chiamato SNAP (Supernova Acceleration Probe), e questo sarà in grado di ottenere migliaia di supernove in modo molto efficiente, molto rapido, vedendole estremamente deboli e estremamente profondo. E questo ha davvero catturato l'immaginazione della comunità scientifica. Ci sono state alcune raccomandazioni della National Academy of Sciences, di varie organizzazioni professionali, che una sorta di osservatorio spaziale come questo riuscirà a capire: che cosa è questa misteriosa fisica che causa questa accelerazione del tutto inusuale che agisce di fronte alla gravità? Quindi c'è quasi una versione ripugnante della gravità che riscriverà davvero tutti i libri di testo di fisica. Quindi un sacco di gente pensa che abbiamo davvero bisogno di andare avanti con queste osservazioni, osservazioni più precise e molte più osservazioni, di cui hai parlato. Dobbiamo solo migliorare i dati che già possediamo e la tecnologia è abbastanza buona da consentirci di uscire e fare questo. Ci basta solo sederci e costruire la cosa, avviarla e cercare di trovare queste risposte.
Fraser: Ora ho sentito alcuni suggerimenti su quale potrebbe essere questa energia oscura. Che tipo di cose cercheresti nelle tue osservazioni che potrebbero forse mappare contro alcune di quelle teorie che sono state avanzate?
Linder: Quindi il nonno di tutti i concetti di energia oscura fu presentato da Albert Einstein nel lontano 1917, quella che lui chiamava la costante cosmologica. E in quel momento non era d'accordo con le osservazioni, quindi è andato in pensione per un po '. E ogni pochi decenni, gli scienziati lo hanno riportato indietro per dire, beh, forse questo potrebbe spiegare alcune altre osservazioni che abbiamo fatto. E poi torna in pensione perché non si adatta davvero. Ma ora sembra che potrebbe essere il suo momento, per riportare indietro questo concetto di 90 anni di Einstein, perché può dare questa accelerazione dell'espansione dell'Universo. È un'immagine molto semplice di come potresti ottenere questa accelerazione, ma non risolve tutto. Ci sono alcuni aspetti davvero molto sconcertanti. Quello che penseresti se facessi dei calcoli ingenui è che dovrebbe accelerare l'Universo, ma avrebbe dovuto iniziare ad accelerare l'Universo fin dal primo istante di tempo, e non avremmo l'Universo che vediamo oggi se ciò accadesse . In effetti, non saremmo stati in grado di ottenere stelle, galassie e la struttura che vediamo nell'Universo. E quindi per qualche ragione ci deve essere molto più debole di quanto penseremmo come il suo valore naturale. Quindi è possibile che sia la risposta, ma non capiamo perché sia così debole, rispetto a ciò che pensiamo dovrebbe essere. Per ovviare a questo, le persone escono con queste altre idee, questa idea di quintessenza, o una quinta sostanza nell'Universo in cui agisce come la costante cosmologica, ma varia nel tempo e quindi può iniziare molto debole e ora oggi può dominare l'espansione dell'Universo. E questa è un'idea attraente, ma nessuno ha davvero una prima idea di base su come farlo funzionare esattamente. In questo momento è un concetto, ma i dettagli non sono stati elaborati su come nasce dalla fisica. Quindi questa è un'altra cosa a cui possiamo essere molto interessati. Un'altra possibilità è il modo in cui abbiamo analizzato i dati, dicendo, beh, la gravità è una forza attrattiva, è data dalla Teoria della relatività generale di Einstein. Forse qualcosa si rompe laggiù. Forse quello che stiamo vedendo è una rottura della teoria della gravità quando la comprendiamo. Le persone hanno escogitato idee che comportano dimensioni extra, ad esempio. Invece di solo tre dimensioni nello spazio, potrebbero esserci altre dimensioni nello spazio, e quella gravità sta gradualmente perdendo in questa dimensione extra nello spazio e questo lo rende più debole e che agirà in opposizione alla gravità e ci darà accelerazione . Quindi abbiamo tutte queste incredibilmente eccitanti possibilità di come la fisica potrebbe cambiare e non sappiamo quali siano. E quindi ciò di cui abbiamo bisogno sono queste osservazioni molto dettagliate sulla mappatura dell'espansione dell'Universo, ad esempio attraverso le supernovae, queste stelle che esplodono - e ci sono anche altri metodi - per cercare davvero di decidere, come riscriveremo i libri di testo di fisica ; in quale direzione dobbiamo iniziare a cancellare le cose e scrivere nuove cose. Quindi, è incredibilmente eccitante per gli scienziati che hanno dei puzzle che li affrontano in questo modo.
Fraser: quando sono programmate queste missioni per il lancio? Quando dovrebbero essere operativi?
Linder: Quindi la NASA e il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno deciso di lavorare insieme per mettere in missione una missione. Il nome generale per questo si chiama Joint Dark Energy Mission. E ci sono attualmente studi in corso su come si progetterebbe un tale telescopio spaziale. E speriamo che se un pubblico sufficiente mostrerà un forte interesse e le società professionali - come le Accademie nazionali delle scienze, che hanno raccomandato tale missione. Se continuano a supportarlo, speriamo di poter andare avanti e lanciarlo entro circa 6-7 anni. Quindi è molto possibile che gli studenti a scuola ora conoscano le risposte alle cose in 6-7 anni che attualmente nessuno scienziato professionista ha la minima idea di quale sia la risposta. Quindi è sempre molto eccitante essere in grado di dire agli studenti e di essere in grado di dire al pubblico: conoscerai le cose tra 6-7 anni che non abbiamo idea di quale sia la risposta in questo momento. Sarai più intelligente tra 6 o 7 anni di quanto lo siamo ora. Quindi è davvero uno sforzo eccitante essere nel mezzo di.
Fraser: E se avessi la tua strada, sarebbe una morte infuocata o una morte gelida?
Linder: Penso che la cosa principale che mi piacerebbe sia che sia lontana. Quindi sappiamo che la fine dell'Universo non sarà per almeno 10 anni di miliardi di anni - circa il periodo di tempo che abbiamo già avuto nell'Universo - quindi non è nulla di cui dobbiamo preoccuparci dall'oggi al domani, ma io non so quale sarebbe la soluzione migliore. Si potrebbe sostenere che qualcosa come un ribaltamento della teoria della gravità di Einstein e solo un quadro completamente nuovo di fisica e un nuovo territorio da esplorare. Questo potrebbe essere il risultato più eccitante in cui potresti avere ogni sorta di diverse possibilità. Ma come alludi, il destino dell'Universo che afferra davvero la nostra immaginazione, di tutti, dagli scienziati ai bambini in età scolare.
