Was steuert das Schicksal des Kosmos? - Das Schicksal des Universums | Fakten zum Einschlafen - Das Universum

0:00 Willkommen bei Fakten zum Einschlafen. Das Universum. Das Universum dehnt sich aus und diese Ausdehnung beschleunigt sich. Was im Jahr 1998 durch die Beobachtung ferner Sternexplosionen entdeckt wurde, veränderte unser Verständnis des Kosmos grundlegend. Etwa 68 % von allem, was existiert, entfallen auf eine mysteriöse Kraft. die wir dunkle Energie nennen. Doch was bedeutet diese Erkenntnis für die ferne Zukunft? Diese Episode untersucht die physikalisch möglichen Wege, wie das Universum enden könnte, und erklärt, warum das Schicksal des Kosmos keine vorherbestimmte Geschichte ist, sondern von messbaren Eigenschaften abhängt. Wir betrachten die verschiedenen Szenarien eines kosmischen Entscheidungsbaums, das asymptotische

1:03 Verblassen im Wärmetod, Das gewaltsame Zerreißen der Atome im Big Rip, die Kontraktion beim Big Crunch und die plötzliche Veränderung der Naturgesetze durch einen Vakuumzerfall. Dabei wird deutlich, dass das wahrscheinlichste Szenario ein langes, kaltes Ende ist, in dem Sterne verlöschen, schwarze Löcher verdampfen und keine nutzbare Energie mehr übrig bleibt. Bei der Arbeit an dieser Episode kehrte ich immer wieder zu einer Frage zurück.

1:32 Was bedeutet das Wort Ende eigentlich? wenn man es über Zeiträume hinweg betrachtet, die so ungeheuer sind, dass das gegenwärtige Alter des Universums nur ein winziger Augenblick ist. Mich fasziniert die intellektuelle Klarheit, mit der die Physik diese Frage angeht. Sie verbindet die größten Skalen des Raumes mit den kleinsten Quantenfluktuationen und zeigt uns, dass selbst das Ende aller Dinge ehrlicher Wissenschaft unterliegt. Im Jahr 1998 haben zwei Teams von Astronomen etwas gemessen, das nicht hätte möglich sein dürfen. Ferne Sternexplosionen wurden schwächer, als es die Gesetze eines bloß dahintreibenden Universums erlaubten. Die Schlussfolgerung war kein Fehler in ihren Instrumenten, sondern

2:27 eine grundlegende Eigenschaft des Raumes selbst. Diese Eigenschaft macht heute 68 Prozent von allem aus, was existiert. Und sie wird darüber entscheiden, ob der Kosmos in einem langsamen Verblassen jenseits aller Zeit endet, in einem gewaltsamen Zerreißen der Atome selbst oder in einem Schicksal, das wir noch nicht gelernt haben, uns vorzustellen. Das Universum dehnt sich aus und diese Ausdehnung beschleunigt sich. Das ist keine Spekulation. Es wurde sorgfältig gemessen von zwei Astronomenteams im Jahr 1998. Die Teams beobachteten ferne Sterne -Explosionen, sogenannte Typ -IA -Supernovae. Diese Explosionen wurden schwächer, als sie in einem bloß dahintreibenden Kosmos hätten sein dürfen. Diese Supernovae sind

3:24 nützliche kosmische Werkzeuge, weil sie mit nahezu gleichförmiger maximaler Helligkeit explodieren. Das macht sie zu Standardkerzen für die Entfernungsmessung. Würde sich das Universum mit konstanter Geschwindigkeit ausdehnen, erschienen diese Explosionen in einer bestimmten Entfernung mit vorhersagbarer Helligkeit.

3:46 Stattdessen waren die fernen Exemplare lichtschwächer. Das heißt, sie waren weiter entfernt als erwartet. Das bedeutet, dass sich der Raum zwischen uns und ihnen stärker gedehnt hatte, als eine gleichmäßige Ausdehnung erlauben würde. Die Schlussfolgerung war seltsam. Etwas drückt Galaxien immer schneller auseinander. Wir nennen dieses etwas dunkle Energie.

4:14 Sie macht ungefähr 68 % von allem aus, was existiert. Gewöhnliche Materie, die Atome, aus denen Sterne, Planeten und Menschen bestehen, trägt etwa 5 % bei. Dunkle Materie, die wir durch ihre Gravitationswirkung nachweisen, aber nicht direkt sehen können, macht den größten Teil des Rests aus. Das bedeutet, das Schicksal des Universums ist keine Geschichte, die im Voraus geschrieben wurde. Es ist eine physikalische Frage. Ihre Antwort hängt davon ab, was das Universum tatsächlich enthält, wie sich dieser Inhalt verhält und ob die Gesetze, die wir entdeckt haben, über Zeiträume hinweg gültig bleiben, die so ungeheuer sind, dass das gesamte gegenwärtige Alter des Universums, 13 ,8 Milliarden Jahre, nicht mehr ist als ein Eröffnungssatz.

5:12 In dieser Folge geht es darum, wie das Universum enden kann. Nicht, wie es enden wird, als wüssten wir das bereits. Sondern wie es enden kann, die physikalisch möglichen Zukunfte, was sie steuert. und was jede Art von Ende tatsächlich bedeutet. Denn Ende ist keine einzelne Sache. Das Ende der Sterne ist nicht das Ende der Materie. Das Ende nutzbarer Energie ist nicht das Ende der Zeit. Das Ende der vertrauten Physik ist nicht notwendigerweise das Ende der Existenz. Manche Zukunfte treten zu einem bestimmten Zeitpunkt ein. Andere nähern sich für immer an, ohne je ganz anzukommen. Um das zu verstehen, müssen wir mit dem gegenwärtigen kosmischen Inventar beginnen und mit den Parametern, die bestimmen,

6:07 auf welchem Ast des Entscheidungsbaums wir uns tatsächlich befinden. Die einfachste und derzeit führende Annahme ist, dass dunkle Energie das ist, was Einstein eine kosmologische Konstante nannte. Das ist eine feste Energiedichte des leeren Raums, dargestellt durch den griechischen Buchstaben Lambda. Einstein führte sie 1917 ein, nicht weil Beobachtungen sie erforderten, sondern weil er glaubte, das Universum sei statisch und einen abstoßenden Term brauche, um dem Gravitationskollaps entgegenzuwirken. Als Edwin Hubble 1929 nachwies, dass Galaxien sich voneinander entfernen, nannte Einstein die kosmologische Konstante angeblich seine größte Eselei. Die historischen Aufzeichnungen legen allerdings nahe, dass er zwiespältiger

7:01 war als die berühmte Geschichte vermuten lässt. Jahrzehntelang wurde die Konstante beiseite gelegt. Dann kam 1998 und die Supernova -Beobachtungen die Beschleunigung zeigten. Die kosmologische Konstante kehrte zurück. Nicht weil Einstein aus den richtigen Gründen recht hatte, sondern weil die einfachste mathematische Beschreibung dunkler Energie Eine unveränderliche Energiedichte, die sich nicht verdünnt, während der Raum sich ausdehnt, überraschend gut zu den Beobachtungen passt. Wenn dunkle Energie wirklich konstant ist, dann geht die Beschleunigung für immer weiter.

7:43 Das ist das Basisszenario und es lohnt sich, es sorgfältig durchzugehen. Denn es legt fest, was Ende im wahrscheinlichsten Ast unseres Entscheidungsbaums bedeutet. Während die Ausdehnung sich beschleunigt, beginnen ferne Galaxien schneller zurückzuweichen, als Licht zu uns reisen kann. Das ist keine Verletzung der Relativitätstheorie. Es ist eine Eigenschaft des sich ausdehnenden Raumes selbst. Ein kosmischer Ereignishorizont bildet sich, vergleichbar mit dem Horizont um ein schwarzes Loch, aber im Maßstab des gesamten beobachtbaren Universums. Stellen Sie sich eine Galaxie am äußersten Rand dessen vor, was wir sehen können. Ihr Licht erreicht uns gedehnt und geholtet durch die Ausdehnung des Raumes zwischen uns. Über Milliarden von

8:39 Jahren wird die Dehnung stärker. Die letzten Photonen der Galaxie kommen immer schwächer an, immer röter, bis kein neues Signal uns je wieder erreichen kann. Wie ein Schiff, das hinter den sichtbaren Horizont segelt, existiert sie weiter. Aber wir können sie nie wieder sehen oder erreichen. Doch anders als ein Schiff, das nur dem Blick entzogen ist, ist diese Galaxie kausal abgetrennt.

9:07 Kein Signal, nicht einmal prinzipiell, kann die wachsende Kluft des sich ausdehnenden Raumes überqueren. Jenseits dieses Horizonts existieren Galaxien weiter, aber kein Signal von ihnen kann uns je wieder erreichen. Sie sind nicht zerstört. Sie sind kausal abgetrennt, entfernt aus jeder möglichen Wechselwirkung. Das beobachtbare Universum schrumpft zu einer zunehmend kleineren Blase um jeden Beobachter. Innerhalb dieses schrumpfenden, beobachtbaren Bereichs entwickeln sich die vorhandenen Galaxien weiter. Sterne verbrennen ihren Brennstoff.

9:46 Das interstellare Gas, das die Sternentstehung speist, wird aufgebraucht. eingeschlossen in stellare Überreste oder vollständig aus den Galaxien geblasen. Die Sternentstehung verlangsamt sich und hört dann praktisch auf. Die letzte Generation von Sternen, kleine rote Zwerge mit Lebensspannen von Billionen Jahren, erschöpft schließlich ihren Wasserstoff und verblasst. Die Sternenära endet.

10:18 Was bleibt, ist die Ära der Überreste. Weiße Zwerge sind die abkühlenden Kerne toter Sterne, ungefähr so groß wie die Erde, aber mit der Masse eines Sterns. Sie leuchten anfangs weißglühend von Restwärme und kühlen dann über Dutzende Milliarden Jahre ab, bis sie kein sichtbares Licht mehr abgeben und zu schwarzen Zwergen werden. Neutronensterne sind unvorstellbar dichte Kugeln von der Größe einer Stadt, aber mit mehr Masse als die Sonne.

10:50 Sie werden getragen von Quantenentartungsdruck, der so intensiv ist, dass ein Teelöffel ihres Materials auf der Erde Milliarden Tonnen wiegen würde. Schwarze Löcher sind Regionen, in denen die Gravitation vollständig gewonnen hat und die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit übersteigt. Über eine ungeheure Zeitspanne 10 hoch 40 Jahre oder mehr, nach manchen Schätzungen, beherrschen diese Überreste das Massen - und Energiebudget der Galaxien. Weiße Zwerge kühlen in Richtung des absoluten Nullpunkts ab. Neutronensterne könnten langsam ihre Rotation verlangsamen oder, in manchen Modellen, exotische Phasenübergänge durchlaufen. Die schwarzen Löcher jedoch halten nicht ewig. Im Jahr 1974 zeigte Stephen Hawking,

11:46 dass Quanteneffekte nahe dem Ereignishorizont schwarze Löcher dazu bringen, Strahlung abzugeben und langsam Masse zu verlieren. Die physikalische Anschauung ist diese, nahe dem Horizont erzeugen Quantenfluktuationen ständig Teilchen -Antiteilchenpaare. Normalerweise vernichten sich diese Paare. Aber wenn das Paar so entsteht, dass es den Horizont überspannt, kann ein Teilchen nach innen fallen, während das andere nach außen entkommt und Energie vom schwarzen Loch wegträgt. Der Prozess ist außerordentlich langsam für schwarze Löcher, Stellarermasse, ungefähr 10 hoch 67 Jahre bis zur vollständigen Verdampfung. Um diese Zahl anschaulich zu machen, wenn das gesamte gegenwärtige Alter des Universums alle 13 ,8 Milliarden Jahre

12:39 auf eine einzige Sekunde zusammengedrückt würde, wäre die Verdampfungszeit für ein schwarzes Loch Stell -Ara -Masse immer noch ungeheuer, viel länger als das gegenwärtige Alter des Universums. Das ist nicht eine Milliarde Mal länger oder eine Billion Mal länger. Es ist eine Zahl mit 67 Nullen. Eine Dauer, die so weit jenseits von allem Erfahrbaren liegt, dass die gesamte Geschichte von Sternen, Galaxien und Leben weniger als den ersten Augenblick dieser Uhr einnimmt. Super maßereiche schwarze Löcher, die Art, die in den Zentren von Galaxien sitzt, könnten 10 hoch 100 Jahre oder länger brauchen. Aber die Zeitskala, so ungeheuer sie ist, ist endlich. Irgendwann stößt das letzte schwarze Loch seine letzte Hawking

13:32 Strahlung aus und verschwindet. Was bleibt, ist ein Universum aus Photonen, Neutrinos und gelegentlichen Elektron -Positron -Paaren, alles verteilt über einen sich immer weiter ausdehnenden Raum, abkühlend in Richtung des absoluten Nullpunkts. Das ist der Wärmetod. Kein feuriges Ende, sondern ein kaltes. Die Temperatur nähert sich asymptotisch dem Nullpunkt, ohne ihn je ganz zu erreichen.

14:03 Die Entropie des Universums nähert sich ihrem maximal möglichen Wert. Es gibt keine Temperaturunterschiede mehr, keine Gefälle, die Maschinen antreiben könnten, keine Strukturen, die Erfahrung organisieren könnten. Stellen Sie sich einen Raum vor, in dem jeder Gegenstand dieselbe Temperatur erreicht hat. Keine Wärmekraftmaschine kann arbeiten, keine Arbeit kann entnommen werden. Aber anders als ein endlicher Raum könnte das Universum unendlich sein. Und der Wärmetod ist keine gleichförmige Temperatur in einem begrenzten Raum, sondern ein Zustand, in dem nirgendwo nutzbare Energieunterschiede übrig sind. Die Zeit läuft in gewissem Sinne weiter, aber es geschieht nichts, das man ein Ereignis nennen könnte. Das Universum ist nicht

14:55 verschwunden. Es ist ereignislos geworden. Diese Basiszukunft ist asymptotisch. Sie nähert sich dem Wärmetod an, kommt aber nie vollständig bei irgendeinem endlichen Uhrenstand an. Der Unterschied ist wichtig. Wenn Physiker sagen, das Universum ende im Wärmetod, meinen sie nicht, dass es einen letzten Moment gibt, nachdem nichts mehr existiert.

15:24 Sie meinen, dass das Universum zunehmend kälter wird. dunkler und dünner wird und sich einem Grenzwert nähert, den es nie ganz erreicht. Aber das ist nur ein Ast des Entscheidungsbaums. Die Annahme der kosmologischen Konstante könnte falsch sein. Dunkle Energie könnte nicht konstant sein. Und wenn sie nicht konstant ist, ändert sich die Zukunft dramatisch. Betrachten wir, was passiert, wenn dunkle Energie keine kosmologische Konstante ist, sondern etwas, das Phantomenergie genannt wird. Im Standardmodell der kosmologischen Konstante ist der Zustandsgleichungsparameter W das Verhältnis von Druck zu Energiedichte exakt minus 1. Phantomenergie entspricht W kleiner als minus 1. Diese scheinbar kleine mathematische Änderung hat enorme Konsequenzen.

16:21 Statt konstanter Dichte nimmt die Dichte der Phantomenergie zu, während der Raum sich ausdehnt. Die Beschleunigung selbst beschleunigt sich. Die Konsequenzen wurden im Detail von Robert Caldwell, Mark Kamionkowski und Nevin Weinberg im Jahr 2003 ausgearbeitet. Sie zeigten, dass in einem Universum mit Phantomenergie die zunehmende Ausdehnungsrate schließlich alle Bindungskräfte überwältigt. Die abstoßende Wirkung der Phantomenergie wächst mit der Zeit. Die Kraft überwältigt zuerst die gravitative Bindung von Galaxienhaufen. Später überwältigt sie die elektromagnetische Bindung von Molekülen. Und schließlich überwältigt sie die starke Kernkraft, die Atomkerne zusammenhält.

17:15 Die Abfolge ist wie ein Reißverschluss, der von den größten Strukturen bis zu den kleinsten aufgezogen wird, wobei jede Skala versagt, wenn die Ausdehnungsrate die jeweilige Bindungskraft übersteigt. Zuerst werden großräumige Strukturen, Galaxienhaufen, dann einzelne Galaxien auseinandergerissen, wenn die Ausdehnung zwischen ihren Bestandteilen die Gravitationskräfte übersteigt, die sie zusammenhalten.

17:43 Dann werden Sonnensysteme zerrüttet. Dann Sterne und Planeten. Dann Moleküle. Schließlich in den letzten Augenblicken werden Atomkerne auseinandergerissen und die fundamentalen Kräfte selbst, können keine gebundenen Zustände mehr aufrechterhalten. Der Big Rip, wie dieses Szenario genannt wird, ist eine Katastrophe zu endlicher Zeit. Anders als der Wärmetod, der sich für immer annähert, tritt der Big Rip zu einem bestimmten Zeitpunkt ein.

18:20 Das endgültige Zerreißen der Atome würde ungefähr in den letzten 10 hoch minus 19 Sekunden der Zeitlinie des Universums stattfinden. Das ist eine Dauer, die kürzer ist als die Zeit, die Licht braucht, um einen Atomkern zu durchqueren, so kurz, dass jeder Vergleich mit menschlicher Erfahrung versagt. Davor wäre die Milchstraße auseinandergerissen worden. Davor die Erde. Die Abfolge wird bestimmt durch die Skala, auf der die abstoßende Kraft der Phantomenergie die jeweilige Bindungskraft übersteigt. Wie ein Gummiband, das so weit gedehnt wird, dass es reißt, Nur, dass das Reißen auf jeder Skala geschieht, von Galaxien bis zu Atomen. Doch die Raumzeit ist kein Material und der Big Rip ist eine mathematische

19:13 Divergenz der Ausdehnungsrate, kein mechanisches Versagen. Die gegenwärtigen Belege sprechen nicht für Phantomenergie. Messungen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds durch den Planck -Satelliten Kombiniert mit Durchmusterungen baryonischer, akustischer Oszillationen von Projekten wie DESY grenzen wir auf Werte nahe Minus Eins ein, mit Unsicherheiten, die Phantomwerte noch zulassen, aber nicht bevorzugen. Der Big Rip bleibt ein physikalisch möglicher Ast des Entscheidungsbaums, aber nicht der führende. Ein weiterer Ast öffnet sich, wenn dunkle Energie sich in die entgegengesetzte Richtung verändert. Wenn sie schwächer wird statt stärker. Manche Modelle schlagen vor, dass dunkle Energie nicht konstant ist, sondern ein dynamisches

20:06 Feld, das zerfallen oder sich umwandeln könnte. Wenn das geschieht, könnte die Beschleunigung langsamer werden, aufhören oder sich sogar umkehren. Das Universum könnte, nachdem es sich hunderte Milliarden Jahre lang ausgedehnt hat, beginnen, sich zusammenzuziehen. Das ist der Big Crunch. Eine Umkehrung der Ausdehnung, die zu zunehmender Dichte und Temperatur führt, ein Spiedelbild der Bedingungen des frühen Universums, aber rückwärts abgespielt in Richtung einer zukünftigen Singularität.

20:42 In seiner extremsten Form nähert sich der Crunch unendlicher Dichte und Temperatur an, einem Zustand, in dem die allgemeine Relativitätstheorie, unsere gegenwärtige Theorie der Gravitation, notwendigerweise zusammenbricht. Die Singularität ist keine physikalische Vorhersage, sondern ein Signal, dass die Theorie ihren Gültigkeitsbereich überschritten hat. Ob ein Big Crunch eintritt, hängt von der detaillierten Entwicklung der dunklen Energie ab, die die gegenwärtigen Beobachtungen nicht gut genug eingrenzen, um sie definitiv auszuschließen oder zu bestätigen.

21:21 Das Modell der kosmologischen Konstante ist einfacher und passt besser zu den Daten, aber Einfachheit ist kein Beweis. Die Natur ist nicht verpflichtet, die mathematisch eleganteste Option zu wählen. Es gibt auch eine exotischere Möglichkeit. die mit dem Big Crunch verbunden ist. Wenn Quantengravitation, die noch unvollendete Theorie, die die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik vereinigen würde, nahe der Singularität relevant wird, könnte die klassische Vorhersage unendlicher Dichte vermieden werden. Manche Ansätze, darunter bestimmte Versionen der Schleifenquantenkosmologie, legen nahe, dass das kontrahierende Universum abprallen könnte, und aus einem Quantenregime in eine neue

22:11 Ausdehnungsphase hervorgeht. Der Big Bounce ersetzt die Singularität durch einen Übergang, auch wenn die Physik dieses Übergangs spekulativ bleibt. Keine Theorie der Quantengravitation ist bisher experimentell getestet worden und Bounce -Szenarien sind, obwohl in manchen Rahmenwerten mathematisch konsistent, keine etablierte Wissenschaft. Der Entscheidungsbaum hat weitere Äste, die überhaupt nicht primär von dunkler Energie abhängen. Betrachten wir die Natur des leeren Raumes selbst. In der Quantenfeldtheorie ist das Vakuum nicht wirklich leer. Es ist der niedrigste Energiezustand der Felder, die den Raum durchdringen. Aber niedrigster ist ein relativer Begriff. Das Vakuum, das wir bewohnen, könnte nicht der absolut niedrigste

23:05 mögliche Energiezustand sein. Es könnte ein lokales Minimum sein, eine metastabile Konfiguration, vergleichbar mit einer Kugel, die in einer kleinen Senke an einem Hang ruht. Sie ist stabil gegen kleine Störungen, aber eine ausreichend große Fluktuation könnte sie in ein tieferes Tal rollen lassen. Oder denken Sie an Wasser, das unterhalb seines Gefrierpunkts flüssig bleibt. Unterkühlt, stabil gegen kleine Störungen, aber fähig zu plötzlicher Kristallisation, wenn eine Störung auftritt. Das Vakuum könnte ähnlich sein. Ein Zustand, der stabil gegen kleine Fluktuationen ist, aber fähig in eine Konfiguration niedrigerer Energie überzugehen, wenn eine ausreichend große Quantenfluktuation eine Veränderung auslöst.

23:59 Anders als Wasser in einem Behälter befindet sich das Vakuum jedoch, nicht in einem Gefäß und benötigt keinen äußeren Auslöser. Der Übergang ist der Quantennatur der Felder selbst eigen. Eigen? Das ist das Szenario des Vakuumzerfalls, theoretisch entwickelt von Sidney Coleman und Frank Deluccia im Jahr 1980. Ihre Analyse zeigte, dass Gravitationseffekte entscheidend dafür sind, wie sich Vakuumblasen in gekrümmter Raumzeit verhalten. Ob sie sich ausdehnen, zusammenziehen oder stabilisieren, hängt von der Energiedifferenz zwischen dem falschen und dem wahren Vakuum ab und davon, wie die Raumzeitkrümmung reagiert.

24:49 Wenn unser Vakuum metastabil ist, können Quantenfluktuationen Blasen wahren Vakuums entstehen lassen, Regionen, in denen die Felder sich in ihrer wirklich niedrigsten Energiekonfiguration eingerichtet haben. Diese Blasen dehnen sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aus und die Physik in ihrem Inneren ist anders.

25:12 Die Naturkonstanten, die Massen der Teilchen, die Struktur der Kräfte selbst könnten sich ändern. Was das für Strukturen wie Atome, Chemie und Leben bedeutet, ist unbekannt und wahrscheinlich im Voraus nicht erkennbar, weil die neue Physik wirklich anders wäre als das, was wir gegenwärtig verstehen. Die Blasenwand würde ohne Vorwarnung eintreffen. Weil sie sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausdehnt, geht ihr kein Signal voraus. Es gäbe keinen sichtbaren Vorboten, keine Zeit, etwas Ungewöhnliches zu beobachten. Von innen wäre der Übergang augenblicklich. Ob irgendeine organisierte Struktur in der neuen Physik überleben könnte, ist unbekannt. Die Gesetze im Inneren der Blase wären wirklich anders und unsere gegenwärtigen

26:06 Theorien können nicht vorhersagen, was sie erlauben würden. Ob unser Vakuum tatsächlich metastabil ist, hängt von präzisen Messungen der Teilchenphysik ab, insbesondere der Masse des Higgs -Bosons und des Topquarks. Die Higgs -Entdeckung im Jahr 2012 am Lager Hadron Collider des CERN kombiniert mit früheren Messungen des Topquarks platziert unser Vakuum nahe der Grenze zwischen Stabilität und Metastabilität. Manche Berechnungen legen nahe, dass es stabil ist. Andere legen Metastabilität mit einer enormen, aber endlichen Lebensdauer nahe. Die Unsicherheit ist echt und aktuell.

26:52 Die Frage bleibt offen. Wenn Vakuumzerfall tatsächlich eintritt, Wird erwartet, dass die Zeitskala ungeheuer viel länger ist als das gegenwärtige Alter des Universums? Vielleicht 10 hoch hunderte oder tausende Jahre. Aber erwartet trägt hier Gewicht. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung für solche Ereignisse ist nicht gut eingegrenzt. Und die Physik der Vakuumenzstehung in einem expandierenden Universum mit dunkler Energie fügt zusätzliche Komplikationen hinzu, die noch untersucht werden.

27:28 Halten wir inne, um zu betrachten, was Ende in diesen verschiedenen Ästen bedeutet, denn das Wort trägt nicht in jedem Fall dieselbe Bedeutung. Im Basisszenario der kosmologischen Konstante ist das Ende der Sterne, nicht das Ende der Materie. Weiße Zwerge, Neutronensterne und schwarze Löcher bestehen über ungeheure Zeitspannen fort. Das Ende der schwarzen Löcher durch Hawking -Verdampfung ist nicht das Ende der Teilchen. Photonen und andere Strahlung bestehen weiter. Die Annäherung an den Wärmetod ist nicht das Ende der Raumzeit selbst. Der Raum dehnt sich weiter aus und wird für immer kälter und dünner. Das Ende ist ein asymptotischer Zustand maximaler Entropie, keine Beendigung der Existenz. Im Big Hip dagegen ist

28:28 das Ende wirklich endlich. und zerstörerisch. Gebundene Strukturen werden fortschreitend auseinandergerissen und die letzten Augenblicke umfassen die Auflösung der Atome selbst. Hier bedeutet Ende das Aufhören organisierter Materie auf allen Skalen, auch wenn die Raumzeit als mathematische Struktur in irgendeiner Form fortbestehen könnte. Im Big Crunch könnte Ende eine Singularität bedeuten, an der die bekannte Physik versagt, oder es könnte einen Übergang in eine neue Phase bedeuten, wenn Quantengravitation eingreift. Das Wort wird mehrdeutig, weil unsere theoretischen Werkzeuge zusammenbrechen.

29:11 Beim Vakuumzerfall ist Ende in einem Sinne lokal. Die Blase dehnt sich aus, aber der Raum außerhalb besteht weiter. In einem anderen Sinne ist es global, weil die Blase schließlich alles mit nahezu Lichtgeschwindigkeit verschlingt. Aber das Ende ist eigentlich ein Ende der vertrauten Physik, ersetzt durch etwas anderes. Ob dieses andere irgendeine Fortsetzung von Struktur, Information oder Erfahrung erlaubt, ist unbekannt. In Bounce Szenarien ist Ende wohl das falsche Wort überhaupt.

29:48 Die Kontaktionsphase endet. aber eine neue Ausdehnungsphase beginnt. Das Universum besteht weiter, verwandelt. Die wissenschaftliche Disziplin besteht darin, diese Unterscheidungen klarzuhalten, Annahmen ausdrücklich zu benennen und zu unterscheiden, was gemessen und was extrapoliert ist. Der Entscheidungsbaum ist kein Menü gleichwahrscheinlicher Zukunft.

30:14 Die gegenwärtigen Belege bevorzugen das Basisszenario der kosmologischen Konstante, beschleunigte Ausdehnung, Horizontbildung, Ende der Sternenstehung, Ära der Überreste, Verdampfung schwarzer Löcher, asymptotischer Wärmetod. Die Alternativen sind nicht ausgeschlossen, aber sie erfordern zusätzliche Annahmen oder Parameterwerte, die die Daten derzeit nicht stützen. Die Belege stammen aus mehreren unabhängigen Quellen. Und jede Methode grenzt einen anderen Parameter ein, der einen anderen Ast des Entscheidungsbaums steuert. Die Typia Supernovae, die 1998 die Beschleunigung enthüllten, messen die Beschleunigungsgeschichte direkt.

31:02 Sie sagen uns, dass die Ausdehnung sich jetzt beschleunigt. Der kosmische Mikrowellenhintergrund, das Nachglühen des frühen Universums, trägt Abdrücke des kosmischen Energiebudgets, die zum Anteil dunkler Energie von ungefähr 68 % passen. Er sagt uns, wie viel dunkle Energie im Verhältnis zu anderen Komponenten existiert. Baryonische akustische Oszillationen, regelmäßige Wellenmuster in der Galaxienverteilung, verursachte durch Schallwellen im frühen Universum, liefern ein Standardlineal zur Messung der Ausdehnungsrate in verschiedenen Epochen und Grenzen ein, wie sich der Einfluss dunkler Energie über die Zeit verändert hat. Keine einzelne Methode ist entscheidend.

31:53 Die Übereinstimmung unabhängiger Methoden ist es, die dem Basisszenario der kosmologischen Konstante seine Stärke verleiht. Alle drei Methoden laufen auf ein Universum hinaus, das von dunkler Energie dominiert wird, mit W nahe minus 1. Dennoch bleiben die Unsicherheiten real und folgenreich. Die Zustandsgleichung wird gemessen als ungefähr W gleich minus 1 ,03 plus minus etwa 0 ,03. Was bedeutet das physikalisch? W gleich minus 1 bedeutet, dass die Dichte der dunklen Energie konstant bleibt, während der Raum sich ausdehnt. falls er eintrete, Billionen mal weiter in der Zukunft läge als die Zeitskala des Wärmetods. Der Zentralwert spricht leicht für Phantomenergie, aber die Unsicherheit ist groß genug, dass die kosmologische Konstante

33:02 vollkommen mit den Daten vereinbar bleibt. Der Punkt ist nicht, dass Phantomenergie bevorzugt wird, sondern dass die Daten noch nicht präzise genug sind, um zwischen konstanter und langsam veränderlicher dunkler Energie zu unterscheiden. Zukünftige Durchmusterungen, darunter fortgesetzte DESY -Beobachtungen und vorgeschlagene Weltraummissionen, zielen darauf ab, diese Unsicherheit um Faktoren von mehreren zu verringern. Aber ein definitiver Ausschluss von Phantom - oder Evolutionsmodellen könnte unerreichbar bleiben. Physikexperimente verfeinern. weiterhin die Massen von Higgs -Boson und Top -Quark und grenzen die Frage der Vakuumstabilität allmählich ein. Gegenwärtige Grenzen für den Protonenzerfall, falls er auftritt, schieben

33:54 seine Lebensdauer über 10 hoch 34 Jahre hinaus, weit länger als das gegenwärtige Alter des Universums, aber irrelevant auf den Zeitskalen des Wärmetods oder des Vakuumzerfalls. Die Nichtbeobachtung des Protonenserfalls schränkt bestimmte große vereinheitlichte Theorien ein, schließt aber nicht alle Möglichkeiten aus. Hawking -Strahlung bleibt theoretisch robust, aber unbeobachtet.

34:24 Kein astrophysikalisches Schwarzes Loch ist klein genug, um im gegenwärtigen Universum nachweisbare Verdampfung zu zeigen. Die vorhergesagte Temperatur für schwarze Löcher stellarer Masse ist kälter als der kosmische Mikrowellenhintergrund, sodass sie derzeit schneller Masse aus Strahlung aufnehmen, als sie durch Hawking -Emissionen verlieren.

34:48 Erst in ferner Zukunft, wenn das Universum ausreichend abgekühlt ist, wird die Verdampfung dominieren. oder außerordentlich glückliche astrophysikalische Beobachtungen erfordern. Und beides ist bisher nicht gelungen. Was sollte eine Zuhörerin oder ein Zuhörer daraus mitnehmen? Sicherlich keine Vorhersage des Untergangs. Die beteiligten Zeitskalen sind so ungeheuer, dass jede menschliche Sorge zu nichts schrumpft. Aber die intellektuelle Struktur ist wichtig. Die Frage nach den kosmischen Enden ist ein Test dafür, wie gut wir die fundamentale Physik verstehen. Sie zwingt uns, präzise zu sein über das, was unsere Theorien tatsächlich vorhersagen, was sie annehmen und wo sie zusammenbrechen.

35:47 Sie verbindet die größten Skalen, Milliarden Lichtjahre, Milliarden Jahre, mit den kleinsten Quantenfluktuationen, Teilcheneigenschaften, Vakuumzustände. Und sie zeigt, dass selbst die scheinbar fernste Frage, wie wird alles enden, mit denselben Werkzeugen angegangen werden kann, mit denen wir den Schmelzpunkt von Eis oder die Umlaufbahn eines Planeten verstehen. Der Entscheidungsbaum lehrt auch etwas über die Natur wissenschaftlicher Erkenntnis. Wir haben keine einzelne vorhergesagte Zukunft, weil wir noch nicht alle relevanten Parameter mit ausreichender Präzision kennen.

36:31 Das Schicksal des Universums ist keine Frage der Prophezeiung oder der erzählerischen Bequemlichkeit. Es ist ein physikalisches System, dessen Eigenschaften gemessen werden können, dessen Verhalten modelliert werden kann und dessen zukünftige Äste aufgezählt werden können, selbst wenn wir noch nicht bestimmen können, auf welchem Ast wir uns befinden. Die Unvollständigkeit ist kein Versagen, sondern ein Zeichen ehrlicher Wissenschaft. Wir benennen, was wir wissen, was wir annehmen und was unsicher bleibt. Die physikalischen Prozesse sind wirklich seltsam und wirklich interessant ohne Ausschmückung.

37:17 Ein schwarzes Loch, das 10 hoch 67 Jahre braucht, um zu verdampfen, ist nicht traurig. Es ist eine bemerkenswerte Konsequenz der Verbindung von Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie. die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausdehnt, ist nicht furchterregend. Sie ist ein Phasenübergang in der fundamentalen Struktur der Wirklichkeit.

37:45 Der Wärmetod ist keine Tragödie. Er ist die logische Schlussfolgerung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, angewandt auf ein isoliertes System über unendliche Zeit. Die Zuhörerin oder der Zuhörer muss nicht überwältigt oder manipuliert werden. Die Aufgabe ist zu verstehen, dass das Universum ein physikalisches System ist, dessen Zukunft von messbaren Eigenschaften abhängt.

38:16 Dass Ende in verschiedenen physikalischen Zusammenhängen Verschiedenes bedeutet und dass das führende wissenschaftliche Verständnis ein langes, kaltes, asymptotisches Verblassen bevorzugt, statt einer plötzlichen Katastrophe. Die Alternativen existieren. Gesteuert von bestimmten physikalischen Annahmen und die gegenwärtigen Belege machen sie nicht wahrscheinlich. Die Frage bleibt in wichtigen Punkten offen. Und ehrliche Unsicherheit ist falscher Präzision vorzuziehen. Das Ende des Universums ist nicht eine Geschichte. Es ist eine Familie physikalischer Zukunfte, jede gesteuert von Eigenschaften, die wir noch zu messen lernen.

39:00 Der Basispfad. Beschleunigte Ausdehnung. Verblassende Sterne, verdampfende schwarze Löcher, asymptotischer Wärmetod ist der, auf den die Belege derzeit zeigen. Die Alternativen Big Rip, Big Crunch, Vakuumzerfall, Quantenbounce bleiben möglich, aber nicht wahrscheinlich. Sie erfordern Annahmen, die Beobachtungen nicht bestätigt haben. Was alle Äste vereint, ist die wissenschaftliche Disziplin. Benenne deine Annahmen, erkenne deine Unsicherheiten an und lass die gemessenen Eigenschaften entscheiden. Das Universum schuldet uns kein dramatisches Ende und überhaupt kein Ende in dem endlichen Sinn, den wir vielleicht bevorzugen würden. Es ist einfach und es wird weiter sein, auf welche Weise auch immer seine Physik es verlangt.