I 2019 er dette en vanlig følelse - å ønske å gå fire eller fem ganger om dagen, ikke bare til verdensrommet, men helt til verdens ende, så langt det er mulig, for å bli kvitt dårlig besettelse eller dårlig vær, et forsinket tog eller trange bukser, så vanlig på tingenes jord. Men hva vil vente deg på denne kosmologiske grensen? Hva handler det om - kanten av verden, kanten av universet - hva vil vi se der? Er det en grense eller uendelig generelt?
La oss spørre forskerne.
På kanten av verden
Sean Carroll, professor i fysikk ved California Institute of Technology:
“Så vidt vi vet har universet ingen grenser. Det observerbare universet har en kant - grensen for hva vi kan se. Dette er fordi lyset beveger seg med en endelig hastighet (ett lys år per år), så når vi ser på fjerne ting, ser vi tilbake i tid. Helt på slutten ser vi hva som har skjedd i nesten 14 milliarder år, den gjenværende strålingen fra Big Bang. Dette er den kosmiske mikrobølgebakgrunnen som omgir oss fra alle retninger. Men dette er ikke en fysisk "grense", hvis du virkelig bedømmer det.
Siden vi bare kan se så langt, vet vi ikke hvordan ting er utenfor vårt observerbare univers. Universet som vi ser er ganske homogent i stor skala, og kanskje vil det bokstavelig talt alltid fortsette på denne måten. Alternativt kan universet brette seg inn i en sfære eller torus. I så fall vil universet være begrenset i total størrelse, men det vil fortsatt ikke ha noen grense, akkurat som en sirkel ikke har begynnelse eller slutt.
Det er også mulig at universet ikke er homogent utover det vi kan se, og at forholdene varierer veldig fra sted til sted. Denne muligheten presenteres av den kosmologiske multiversen. Vi vet ikke om multiversen eksisterer i prinsippet, men siden vi ikke ser det ene eller det andre, vil det være rimelig å forbli upartisk."
Salgsfremmende video:
Joe Dunkley, professor i fysikk og astrofysiske vitenskaper ved Princeton University:
“Ja, alt er det samme!
OK, vi tror ikke egentlig at universet har en kant eller en kant. Vi tenker at den enten fortsetter uendelig i alle retninger, eller vikler seg rundt seg selv, slik at den ikke er uendelig stor, men fortsatt ikke har noen kanter. Se for deg en smultring overflate: den har ingen grenser. Kanskje er hele universet sånn (men i tre dimensjoner - det er bare to dimensjoner på overflaten av smultringen). Dette betyr at du kan reise i et romskip i alle retninger, og hvis du reiser lenge nok, vil du komme tilbake dit du startet. Det er ingen kant.
Men det er også det vi kaller det observerbare universet, som er den delen av rommet vi faktisk kan se. Kanten til dette stedet er der lyset ikke hadde nok tid til å nå oss siden universets begynnelse. Vi kan bare se en slik kant, og bak den vil sannsynligvis være alt vi ser rundt oss: superklaser av galakser, som hver inneholder milliarder av stjerner og planeter."
Siste spredningsflate
Jesse Shelton, adjunkt ved Institutt for fysikk og astronomi ved University of Illinois i Urbana-Champaign:
”Det avhenger av hva du mener med universets kant. Siden lysets hastighet er begrenset, jo lenger og lenger ut i rommet vi ser, jo lenger og lenger bakover i tid vi ser - selv når vi ser på nabogalaksen Andromeda, ser vi ikke hva som skjer nå, men hva som skjedde for to og en halv million år siden da stjernene i Andromeda sendte ut lys som først nå har kommet inn i teleskopene våre. Det eldste lyset vi kan se kom fra de dypeste dypet, så på en måte er universets kant det eldste lyset som har nådd oss. I vårt univers er dette den kosmiske mikrobølgebakgrunnen - den svake, langvarige ettergløden fra Big Bang som markerer øyeblikket da universet har kjølet seg ned nok til at atomer kan dannes. Dette kalles overflaten til den siste spredningen,da det markerer stedet der fotoner sluttet å sprette mellom elektroner i varmt, ionisert plasma og begynte å strømme ut gjennom gjennomsiktig rom, milliarder lysår i vår retning. Dermed kan vi si at kanten av universet er overflaten til den siste spredningen.
Hva er i utkanten av universet akkurat nå? Vel, det vet vi ikke - og vi kan ikke finne ut av det, vi må vente til lyset som sendes ut der nå og kommer mot oss flyr mange milliarder av år fremover, men når universet utvides raskere og raskere, er det usannsynlig at vi vil se en ny kant av universet … Vi kan bare gjette. I stor skala ser universet vårt stort sett det samme uansett hvor du ser. Sjansen er god for at hvis du var i utkanten av det observerbare universet i dag, ville du sett et univers som er mer eller mindre likt vårt eget: galakser, større og mindre, i alle retninger. Jeg tror at kanten av universet nå bare er enda mer av universet: flere galakser, flere planeter, flere levende ting som stiller det samme spørsmålet."
Michael Troxel, førsteamanuensis i fysikk ved Duke University:
“Mens universet antagelig er uendelig stort, er det faktisk mer enn en praktisk 'kant'.
Vi tror at universet faktisk er uendelig - og det har ingen grenser. Hvis universet var "flatt" (som et papirark), som testene våre viste opp til et prosentpoeng, eller "åpent" (som en sal), er det virkelig uendelig. Hvis det er "lukket" som en basketball, er det ikke uendelig. Imidlertid, hvis du går langt nok i en retning, vil du havne der du startet: forestill deg at du beveger deg på overflaten av en ball. Som en hobbit ved navn Bilbo sa en gang: "Veien går frem og frem …". Igjen og igjen.
Universet har en "kant" for oss - til og med to. Dette skyldes en del av den generelle relativiteten, som sier at alle ting (inkludert lys) i universet har en fartsgrense på 299,792,458 m / s - og denne fartsgrensen gjelder overalt. Målingene våre forteller oss også at universet ekspanderer i alle retninger, og ekspanderer raskere og raskere. Dette betyr at når vi observerer et objekt som er veldig langt fra oss, tar lyset fra det objektet tid å nå oss (avstand delt på lysets hastighet). Trikset er at når plassen utvides når lyset beveger seg mot oss, øker også avstanden lyset må bevege seg over tid når det reiser mot oss.
Så, det første du kan spørre er, hva er den fjerneste avstanden vi kunne observere lys fra en gjenstand hvis den ble sendt ut helt i begynnelsen av universet (som er omtrent 13,7 milliarder år gammel). Det viser seg at denne avstanden er 47 milliarder lysår (et lysår er omtrent 63,241 ganger avstanden mellom jorden og solen), og kalles den kosmologiske horisonten. Spørsmålet kan stilles noe annerledes. Hvis vi sendte en melding med lysets hastighet, på hvilken avstand kunne vi motta den? Dette er enda mer interessant fordi hastigheten på utvidelsen av universet i fremtiden øker.
Det viser seg at selv om denne meldingen flyr for alltid, kan den bare nå dem som nå er i en avstand på 16 milliarder lysår fra oss. Dette kalles "horisonten til kosmiske hendelser." Imidlertid er den fjerneste planeten vi kunne observere 25 tusen lysår unna, så vi kan fremdeles hilse på alle som bor i dette universet for øyeblikket. Men den fjerneste avstanden som våre nåværende teleskoper kunne skille en galakse på er rundt 13,3 milliarder lysår, så vi kan ikke se hva som er i utkanten av universet. Ingen vet hva som er på begge sider."
Abigail Weiregg, førsteamanuensis, Institutt for kosmologisk fysikk. Kavila ved University of Chicago:
“Ved hjelp av teleskoper på jorden ser vi på lys som stammer fra fjerne steder i universet. Jo lenger unna lyskilden er, jo lenger tid tar det for dette lyset å komme hit. Når du ser på fjerne steder, ser du på hvordan disse stedene var da lyset du så ble født - og ikke på hvordan disse stedene ser ut i dag. Du kan fortsette å se lenger og lenger, noe som vil tilsvare å komme lenger og lenger tilbake i tid, til du ser noe som eksisterte flere årtusener etter Big Bang. Før det var universet så varmt og tett (lenge før det var stjerner og galakser!) At noe lys i universet aldri kunne komme på, kan det ikke sees med moderne teleskoper. Dette er kanten av det "observerbare universet" - horisonten - fordi du ikke kan se noe utover det. Tiden går, denne horisonten er i endring. Hvis du kunne se på universet fra en annen planet, ville du sannsynligvis se det samme som vi ser på jorden: din egen horisont, begrenset av tiden som har gått siden Big Bang, lysets hastighet og universets utvidelse.
Hvordan ser stedet som tilsvarer jordens horisont ut? Vi vet ikke, for vi kan se dette stedet slik det var rett etter Big Bang, og ikke som det er i dag. Men alle målinger viser at hele det synlige universet, inkludert kanten av det observerbare universet, ser omtrent det samme ut, det samme som vårt lokale univers i dag: med stjerner, galakser, galakse klynger og enormt tomt rom.
Vi tror også at universet er mye større enn den delen av universet som vi kan se fra Jorden i dag, og at universet i seg selv ikke har noen "kant" som sådan. Det er bare en utvidet romtid."
Universet har ingen grenser
Arthur Kosovsky, professor i fysikk ved University of Pittsburgh:
”En av universets mest grunnleggende egenskaper er dets alder, som vi ifølge forskjellige målinger nå definerer som 13,7 milliarder år. Siden vi også vet at lys beveger seg med konstant hastighet, betyr dette at en lysstråle som dukket opp i de tidlige tider har tilbakelagt en viss avstand i dag (la oss kalle dette "avstand til horisonten" eller "Hubble-avstand"). Siden ingenting kan bevege seg raskere enn lysets hastighet, vil Hubble-avstanden være den fjerneste avstanden vi noen gang kan observere i prinsippet (med mindre vi finner noen vei rundt relativitetsteorien)
Vi har en lyskilde som kommer mot oss fra nesten Hubble-avstand: kosmisk bakgrunnsstråling fra mikrobølgeovn. Vi vet at universet ikke har en "kant" på avstanden til mikrobølgeovnskilden, som er nesten hele Hubble-avstanden fra oss. Derfor antar vi vanligvis at universet er mye større enn vårt eget observerbare Hubble-volum, og at den virkelige kanten som kan eksistere er mye lenger unna enn vi noen gang kunne observert. Kanskje er dette ikke sant: det er mulig at universets kant befinner seg rett utenfor avstanden til Hubble fra oss, og utover det - havmonstrene. Men siden hele universet vi observerer er relativt det samme og homogent overalt, vil en slik sving være veldig rart.
Jeg er redd for at vi aldri vil ha et godt svar på dette spørsmålet. Universet har kanskje ikke noen kant i det hele tatt, og hvis det gjør det, vil det være langt nok til at vi aldri vil se det. Det gjenstår for oss å forstå den delen av universet vi virkelig kan observere."
Ilya Khel
