الفضاء

ما هو على حافة الكون؟

في عام 2019 ، هذه عاطفة شائعة - أتمنىأربع أو خمس مرات في اليوم لعدم الذهاب إلى الفضاء ، ولكن إلى نهاية العالم ، إلى أقصى حد ممكن ، للتخلص من البريق السيئ أو سوء الاحوال الجوية ، القطارات المتأخرة أو السراويل الضيقة ، مثل هذه الأشياء العادية على الأرض. ولكن ماذا سيكون في انتظارك على هذه الحدود الكونية؟ ما الذي يدور حوله - حافة العالم ، حافة الكون - ماذا سنرى هناك؟ هل هو الحدود أو اللانهاية بشكل عام؟

دعنا نسأل العلماء.

على حافة العالم

شون كارول ، أستاذ الفيزياء ، Caltech

"حسب علمنا ، ليس للكون حدود. الكون الذي يمكن ملاحظته له حافة - حد ما يمكننا رؤيته. هذا يرجع إلى حقيقة أن الضوء يتحرك بسرعة محدودة (سنة ضوئية واحدة في السنة) ، لذلك عندما ننظر إلى الأشياء البعيدة ، فإننا ننظر إلى الوراء في الوقت المناسب. في النهاية ، نرى ما كان يحدث منذ ما يقرب من 14 مليار عام ، الإشعاع المتبقي لـ Big Bang. هذه هي خلفية الميكروويف الكونية التي تحيط بنا من جميع الجوانب. لكن هذه ليست "حدود" جسدية ، إذا كان الأمر كذلك للحكم.

منذ يمكننا أن نرى فقط حتى الآننحن لا نعرف كيف تبدو الأشياء خارج عالمنا المرئي. هذا الكون ، الذي نراه ، متجانس تمامًا على نطاق واسع ، وربما سيستمر حرفيًا على هذا المنوال إلى الأبد. بدلاً من ذلك ، يمكن للكون أن يطوي في كرة أو في تورس. إذا كان هذا هو الحال ، فسيكون حجم الكون محدودًا ، لكن لن يكون له حدود على أي حال ، تمامًا كما لا يوجد دائرة أو بداية.

من الممكن أيضًا أن يكون الكون غير متجانسما وراء ما يمكن أن نرى ، وما هي الظروف تختلف اختلافا كبيرا من مكان إلى آخر. ويمثل هذه الفرصة من قبل الكون الكوني. لا نعرف ما إذا كان الكون المتعدد موجودًا من حيث المبدأ ، لكن بما أننا لا نرى أحدًا أو الآخر ، فمن المنطقي أن تظل حياديًا. "

جو دونكلي ، أستاذ الفيزياء وعلوم الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون

"نعم ، كل نفس!

حسنا ، نحن حقا لا نعتقد ذلكالكون له حدود أو حافة. نعتقد أنه إما أن يستمر إلى ما لا نهاية في جميع الاتجاهات ، أو يدور حوله ، بحيث لا يكون كبيرًا بلا حدود ، ولكن لا يزال بدون حواف. تخيل سطح الكعك: ليس له حدود. ربما يكون الكون كله مثل هذا (لكن في ثلاثة أبعاد - يوجد بعدان فقط على سطح الدون). هذا يعني أنه يمكنك الذهاب على متن سفينة فضاء في أي اتجاه ، وإذا سافرت لفترة كافية ، فارجع إلى المكان الذي بدأت منه. ليس هناك حافة.

ولكن هناك أيضًا ما نسميه ملحوظًاالكون ، الذي هو جزء من الفضاء الذي يمكننا أن نرى حقا. حافة هذا المكان موجودة ، حيث لم يكن للضوء ما يكفي من الوقت للوصول إلينا من بداية الكون. لا يمكننا أن نرى سوى مثل هذه الحافة ، وخلفها سيكون هناك على الأرجح نفس الشيء الذي نراه حولنا: مجموعات من المجرات الفائقة ، يوجد في كل منها مليارات النجوم والكواكب. "

مبعثر سطح الماضي

جيسي شيلتون ، أستاذ مساعد ، قسم الفيزياء وعلم الفلك ، جامعة إلينوي في أوربانا شامبين

"كل هذا يتوقف على ما تعنيهحافة الكون. نظرًا لأن سرعة الضوء محدودة ، وكلما نظرنا إلى أبعد وأبعد في الفضاء ، كلما نظرنا إلى أبعد وأبعد في الوقت المناسب - حتى عندما ننظر إلى مجرة ​​أندروميدا المجاورة ، فإننا لا نرى ما يحدث الآن ، ولكن ما حدث قبل مليونين ونصف مليون عام. عندما تشع نجوم أندروميدا الضوء الذي سقط في التلسكوبات لدينا الآن فقط. إن أقدم ضوء يمكننا رؤيته جاء من أعماق أعماق ، وبالتالي ، فإن حافة الكون هي أقدم ضوء وصل إلينا. في عالمنا ، تعد هذه الخلفية الكونية للميكروويف هي الشفق الطويل الذي لا يُفترض ملاحظته في الانفجار الكبير ، والذي يمثل اللحظة التي يبرد فيها الكون بما يكفي للسماح للذرات بالتشكل. يُسمى هذا آخر سطح تشتت ، لأنه يمثل المكان الذي توقفت فيه الفوتونات عن القفز بين الإلكترونات في بلازما حارة مؤينة وبدأت تتدفق عبر الفضاء الشفاف ، على بعد مليارات السنين الضوئية في اتجاهنا. وهكذا ، يمكن القول أن حافة الكون هي سطح الانتثار الأخير.

ما هو على حافة الكون الآن؟ حسنًا ، لا نعرف - ولا يمكننا معرفة ذلك ، سيتعين علينا الانتظار حتى ينبعث الضوء من هناك ويأتي إلينا بسرعة عدة مليارات من السنين في المستقبل ، ولكن مع توسع الكون بشكل أسرع وأسرع ، من غير المرجح أن نرى حافة جديدة للكون . يمكننا تخمين فقط. على نطاق واسع ، يبحث عالمنا عن الجزء الأكبر نفسه ، أينما كنت. هناك احتمالات كبيرة لو كنت على حافة الكون الذي يمكن ملاحظته اليوم ، سترى كونًا مثله أو لا ، كوننا: مجرات ، أكبر وأصغر ، في جميع الاتجاهات. أعتقد أن حافة الكون في الوقت الحالي هي ببساطة أكثر من كون: المزيد من المجرات والكواكب والمزيد من الكائنات الحية التي تطرح نفس السؤال. "

مايكل تروكسيل ، أستاذ مساعد في الفيزياء بجامعة ديوك

"على الرغم من حقيقة أن الكون قد يكون بلا حدود في الحجم ، في الواقع لا توجد" حافة "عملية واحدة.

نعتقد أن الكون هو في الواقع لانهائي- وليس لها حدود. إذا كان الكون "مسطحًا" (مثل ورقة) ، حيث أظهرت اختباراتنا ما يصل إلى واحد بالمائة أو "مفتوحًا" (مثل سرج) ، فهو لا نهاية له حقًا. إذا كانت "مغلقة" مثل كرة السلة ، فهي ليست بلا حدود. ومع ذلك ، إذا ذهبت بعيداً بما فيه الكفاية في اتجاه واحد ، فسوف ينتهي بك الأمر من حيث بدأت: تخيل أنك تتحرك على سطح الكرة. كما قال الهوبيت المسمى بيلبو ذات مرة: "الطريق يمتد ويطول ...". مرارا وتكرارا.

الكون لديه "حافة" بالنسبة لنا - حتى اثنين. ويرجع ذلك إلى جزء من النظرية العامة للنسبية ، والتي تنص على أن كل الأشياء (بما في ذلك الضوء) في الكون لها سرعة قصوى تبلغ 299،792،458 م / ث - ويتم الحفاظ على هذا الحد الأقصى للسرعة في كل مكان. تخبرنا قياساتنا أيضًا أن الكون يتوسع في كل الاتجاهات ، ويتوسع بشكل أسرع وأسرع. هذا يعني أنه عندما نلاحظ شيئًا بعيدًا عنا بعيدًا ، فإن الضوء من هذا الكائن يحتاج إلى وقت للوصول إلينا (المسافة مقسومة على سرعة الضوء). الحيلة هي أنه مع اتساع الفضاء أثناء انتقال الضوء نحونا ، تزداد المسافة التي يجب أن يقطعها الضوء مع مرور الوقت في الطريق إلينا.

إذاً أول ما تطرحه هو: ما هي المسافة الأبعد التي يمكن أن نراها الضوء من جسم ما إذا تم إطلاقه في بداية الكون (التي يبلغ عمرها حوالي 13.7 مليار سنة). وتبين أن هذه المسافة تبلغ 47 مليار سنة ضوئية (السنة الضوئية تقارب 63،241 ضعف المسافة بين الأرض والشمس) ، وتسمى الأفق الكوني. يمكنك وضع السؤال بشكل مختلف قليلا. إذا أرسلنا رسالة بسرعة الضوء ، فما المسافة التي يمكن أن نحصل عليها؟ هذا أكثر إثارة للاهتمام ، لأن معدل توسع الكون يزداد في المستقبل.

اتضح أنه حتى لو كانت هذه الرسالة سوفللسفر إلى الأبد ، يمكن أن يصل إلى أولئك الذين هم الآن على بعد 16 مليار سنة ضوئية منا. وهذا ما يسمى "أفق الأحداث الكونية". ومع ذلك ، فإن أبعد كوكب يمكن أن نلاحظه هو 25 ألف سنة ضوئية ، لذلك لا يزال بإمكاننا تحية كل من يعيش في هذا الكون في الوقت الحالي. لكن المسافة الأبعد التي يمكن أن تميز بها التلسكوبات الحالية المجرة هي حوالي 13.3 مليار سنة ضوئية ، لذلك نحن لا نرى ما هو على حافة الكون. لا أحد يعرف ما هو على الجانبين ".

أبيجيل وايرج ، أستاذ مشارك في معهد الفيزياء الكونية. جامعة كافيلا في شيكاغو

"باستخدام التلسكوبات على الأرض ، ونحن ننظر فيضوء قادم من أماكن بعيدة من الكون. كلما كان مصدر الضوء أكبر ، كلما زاد الوقت الذي يستغرقه سقوط الضوء هنا. لذلك ، عندما تنظر إلى أماكن بعيدة ، تنظر إلى ما تبدو عليه هذه الأماكن عندما يولد الضوء الذي رأيته - وليس كيف تبدو هذه الأماكن اليوم. يمكنك الاستمرار في النظر إلى أبعد وأبعد ، وهو ما يتوافق مع الانتقال أبعد وأبعد في الوقت المناسب ، حتى ترى شيئًا ما كان موجودًا لعدة آلاف من السنين بعد الانفجار الكبير. قبل ذلك ، كان الكون حارًا وكثيفًا للغاية (قبل ظهور النجوم والمجرات بوقت طويل!) لدرجة أنه لا يمكن اكتشاف أي ضوء في الكون ، فلا يمكن رؤيته بالتلسكوبات الحديثة. هذه هي حافة "الكون الذي يمكن ملاحظته" - الأفق - لأنه لا يمكن رؤية أي شيء وراءه. مع مرور الوقت ، يتغير هذا الأفق. إذا أمكنك النظر إلى الكون من كوكب آخر ، فمن المحتمل أن ترى نفس الشيء الذي نراه على الأرض: أفقك الخاص ، مقيدًا بالوقت الذي انقضى منذ الانفجار الكبير ، بسبب سرعة الضوء وتوسع الكون.

ما هو المكان الذي يتوافق معأفق الأرض؟ لا نعرف ، لأنه يمكننا رؤية هذا المكان كما كان مباشرة بعد الانفجار الكبير ، وليس ما أصبح اليوم. لكن جميع القياسات تُظهر أن الكون المرئي بأكمله ، بما في ذلك حافة الكون القابل للرصد ، ينظر إلى نفسه تمامًا ، تمامًا مثل كوننا المحلي اليوم: مع النجوم والمجرات ومجموعات من المجرات والمساحة الفارغة الضخمة.

نعتقد أيضًا أن الكون أكبر من ذلك بكثير.أجزاء من الكون التي يمكننا أن نرى اليوم من الأرض ، وأن الكون نفسه لا يملك "حافة" على هذا النحو. إنه مجرد توسيع الزمكان. "

الكون ليس له حدود

آرثر كوسوفسكي ، أستاذ الفيزياء ، جامعة بيتسبرغ

"واحدة من أكثر الخصائص الأساسية للكونهو عصره ، والذي ، وفقًا للأبعاد المختلفة ، نعرّف اليوم بـ 13.7 مليار سنة. بما أننا نعلم أيضًا أن الضوء ينتقل بسرعة ثابتة ، فهذا يعني أن شعاع الضوء الذي ظهر في أوقات مبكرة قد قطع مسافة معينة اليوم (دعنا نسميها "المسافة إلى الأفق" أو "مسافة هابل"). نظرًا لأنه لا يوجد شيء يمكن أن يتحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء ، فستكون مسافة هابل هي أبعد مسافة يمكن أن نراها من حيث المبدأ (إذا لم نجد أي طريقة للتحايل على نظرية النسبية).

لدينا مصدر للضوء يأتي إلينا تقريبًا منمسافات هابل: إشعاع خلفية الميكروويف الكوني. نحن نعلم أن الكون ليس لديه "حافة" على مسافة من مصدر إشعاع الميكروويف ، والذي يقع تقريبًا على مسافة هابل بأكملها منا. لذلك ، عادة ما نفترض أن الكون أكبر بكثير من حجم هابل الذي يمكن ملاحظته ، وأن الحافة الحقيقية التي يمكن أن توجد أبعد ما يمكن أن نلاحظها. ربما هذا ليس صحيحًا: من الممكن أن تكون حافة الكون موجودة خلف مسافة هابل منا ، وحوش البحر. ولكن نظرًا لأن الكون بأكمله الذي نلاحظه متجانس ومتناسق نسبيًا في كل مكان ، فإن هذا التحول سيكون غريبًا للغاية.

أخشى أننا لن نحصل على إجابة جيدةهذا السؤال. قد لا يكون للكون أي حافة على الإطلاق ، وإذا كان كذلك ، فسيكون ذلك بعيدًا بما فيه الكفاية بالنسبة لنا حتى لا نراها أبدًا. يبقى لنا أن نفهم فقط هذا الجزء من الكون الذي يمكن أن نلاحظه في الواقع. "

هل لديك أي اقتراحات ما هو على حافة الكون؟ أخبرنا في محادثتنا في Telegram.