plads

Hvad er der på universets kant?

I 2019 er dette en fælles følelse - at ønske sigfire eller fem gange om dagen for ikke at gå i rummet, men til hele verdens ende, så vidt muligt at slippe af med dårlig glamour eller dårligt vejr, forsinkede tog eller stramme bukser, sådanne almindelige ting på jorden. Men hvad vil vente på dig på denne kosmologiske grænse? Hvad handler det om - verdens kanten, universets kant - hvad vil vi se der? Er det en grænse eller uendelighed generelt?

Lad os spørge forskerne.

På kanten af ​​verden

Sean Carroll, professor i fysik, caltech

"Så vidt vi ved, har universet ingen grænser. Det observerbare univers har en kant - grænsen for det vi kan se. Dette skyldes det faktum, at lyset bevæger sig i en begrænset hastighed (et lysår om året), så når vi ser fjerntliggende ting, ser vi tilbage i tiden. I sidste ende ser vi, hvad der har været i næsten 14 milliarder år, den resterende stråling fra Big Bang. Dette er en kosmisk mikrobølge baggrund, der omgiver os fra alle sider. Men dette er ikke en fysisk "grænse", hvis det er tilfældet at dømme.

Da vi kun kan se så langtvi ved ikke, hvad der ser ud udenfor vores observerbare univers. Det univers, som vi ser, er ganske homogent i stor skala, og det vil sandsynligvis bogstaveligt talt fortsætte som dette for evigt. Alternativt kunne universet foldes ind i en kugle eller en torus. Hvis dette er tilfældet, vil universet være begrænset i overordnet størrelse, men det vil stadig ikke have en grænse, ligesom en cirkel ikke har nogen begyndelse eller slutning.

Det er også muligt, at universet er heterogent iud over hvad vi kan se, og hvilke betingelser er meget forskellige fra sted til sted. Denne mulighed repræsenteres af den kosmologiske multiverse. Vi ved ikke, om multiverset eksisterer i princippet, men da vi ikke ser den ene eller den anden, ville det være rimeligt at forblive upartisk. "

Joe Dunkley, professor i fysik og astrofysiske videnskaber ved Princeton University

"Ja, det samme!

Okay, det tror vi virkelig ikkeuniverset har en kant eller kant. Vi tror, ​​at det enten fortsætter uendeligt i alle retninger, eller vender sig om sig selv, så det ikke er uendeligt stort, men har stadig ingen kanter. Forestil dig overfladen af ​​en donut: den har ingen grænser. Måske er hele universet sådan (men i tre dimensioner - der er kun to dimensioner på donutoverfladen). Det betyder, at du kan gå på et rumskib i enhver retning, og hvis du rejser længe nok, vend tilbage til hvor du startede fra. Der er ingen kant.

Men der er også det, vi kalder observerbareuniverset, som er en del af det rum, vi virkelig kan se. Kanten af ​​dette sted er der, hvorfra lyset ikke havde tid nok til at komme til os fra universets begyndelse. Vi kan kun se sådan en kant, og bagved er der nok det samme som vi ser rundt: superklasser af galakser, hvor i hver er der billioner af stjerner og planeter. "

Sidste spredningsoverflade

Jesse Shelton, adjunkt, Institut for Fysik og Astronomi, University of Illinois i Urbana-Champaign

"Det hele afhænger af hvad du mener meduniversets kant. Da lysets hastighed er begrænset, jo længere og længere ind i rummet vi ser, jo længere og længere tilbage i tiden ser vi ud - selv når vi ser på den nærliggende Andromeda-galakse, ser vi ikke, hvad der sker nu, men hvad der skete for to og en halv million år siden da stjernerne i Andromeda udstrålede lys, der faldt ind i vores teleskoper lige nu. Det ældste lys, vi kan se, kom fra de fjerneste dybder, derfor er universets kant det fornemste lys, der nåede os. I vores univers er denne kosmiske mikrobølge baggrund den næppe mærkbare, lange efterglød af Big Bang, som markerer det øjeblik, hvor universet er afkølet nok til at give atomer til at danne. Dette kaldes den sidste spredningsoverflade, fordi det markerer det sted, hvor fotoner stoppede at hoppe mellem elektroner i et varmt ioniseret plasma og begyndte at strømme ud gennem gennemsigtigt rum, milliarder af lysår væk i vores retning. Det kan således siges, at universets kant er overfladen af ​​den sidste spredning.

Hvad er der på universets kant lige nu? Nå ved vi ikke - og kan ikke finde ud af, vi må vente til lyset der udsendes der og komme til os flyver mange milliarder år fremover, men da universet udvides hurtigere og hurtigere, er det usandsynligt, at vi ser en ny kant af universet . Vi kan kun gætte. I stor skala ser vores univers stort set det samme, uanset hvor du ser ud. Chancerne er store, at hvis du var på kanten af ​​det observerbare univers i dag, ville du se et univers som er som det eller ej, vores egne: galakser, større og mindre i alle retninger. Jeg tror, ​​at universets kant lige nu er simpelthen mere af et univers: flere galakser, flere planeter, mere levende væsener, der stiller det samme spørgsmål. "

Michael Troxel, adjunkt i fysik ved Duke University

"På trods af at universet sandsynligvis er uendeligt i størrelse, er der faktisk mere end en praktisk" kant ".

Vi tror universet er faktisk uendeligt- og det har ingen grænser. Hvis universet var "fladt" (som et ark papir), da vores test viste op til en procent eller "åben" (som en sadel), så er det virkelig endeløs. Hvis det er "lukket" som en basketball, så er det ikke uendeligt. Men hvis du går langt nok i en retning, vil du ende op hvor du startede fra: Forestil dig at du bevæger dig på overfladen af ​​en bold. Som hobbit navngivet Bilbo engang sagde: "Vejen løber om og om igen ...". Igen og igen

Universet har en "kant" for os - selv to. Dette skyldes en del af den generelle relativitetsteori, som siger at alle ting (herunder lys) i universet har en hastighedsgrænse på 299.792.448 m / s - og denne hastighedsgrænse opretholdes overalt. Vores målinger fortæller os også, at universet ekspanderer i alle retninger og ekspanderer hurtigere og hurtigere. Det betyder, at når vi observerer et objekt, der ligger meget langt væk fra os, har lyset fra dette objekt tid til at nå os (afstand divideret med lysets hastighed). Tricket er, at som rummet udvider som lyset bevæger sig mod os, den afstand, som lyset skal rejse, øges også over tid på vej til os.

Så det første du måske spørger er: hvilken fjerneste afstand vi kunne observere lyset fra et objekt, hvis det blev udsendt i begyndelsen af ​​universet (hvilket er omkring 13,7 milliarder år gammel). Det viser sig, at denne afstand er 47 milliarder lette år (et lysår er ca. 63.241 gange afstanden mellem jorden og solen) og kaldes den kosmologiske horisont. Du kan sætte spørgsmålet lidt anderledes. Hvis vi sendte en besked ved lysets hastighed, på hvilken afstand kunne vi få det? Dette er endnu mere interessant, fordi universets ekspansionshastighed stiger i fremtiden.

Det viser sig, at selvom denne meddelelse vilat flyve for evigt, det kan kun komme til dem, der nu er i en afstand på 16 milliarder lette år fra os. Dette kaldes "kosmiske begivenheders horisont." Den fjerneste planet, som vi kunne observere, er imidlertid 25 tusind lysår væk, så vi kan stadig hilse på alle, der bor i dette univers for øjeblikket. Men den fjerneste afstand, hvor vores nuværende teleskoper kunne skelne mellem galaksen, er omkring 13,3 milliarder lysår, så vi kan ikke se hvad der ligger på universets kant. Ingen ved hvad der er på begge sider. "

Abigail Wiregg, lektor ved Institut for Kosmologisk Fysik. Kavila University of Chicago

"Ved hjælp af teleskoper på Jorden ser vi pålys kommer fra fjerne steder i universet. Jo længere lyskilden er, jo længere tid det tager at lyset falder her. Når du ser fjerntliggende steder, ser du derfor på, hvordan disse steder så ud, da det lys du så blev født - ikke hvordan disse steder ser ud i dag. Du kan fortsætte med at se længere og længere væk, hvilket svarer til at bevæge sig længere og længere tilbage i tiden, indtil du ser noget, der eksisterede adskillige årtusinder efter Big Bang. Før dette var universet så varmt og tæt (længe før stjernerne og galakserne viste sig!) At noget lys i universet ikke kunne fanges, kan det ikke ses med moderne teleskoper. Dette er kanten af ​​det "observerbare univers" - horisonten - fordi der ikke kan ses noget bagved. Som tiden går, ændrer denne horisont. Hvis du kunne se på universet fra en anden planet, ville du nok se det samme som vi ser på Jorden: din egen horisont, begrænset af tiden der er gået siden big bang, af lysets hastighed og universets ekspansion.

Hvad er det sted, der svarer tiljord horisonten? Vi ved det ikke, for vi kan se dette sted som det var umiddelbart efter Big Bang, og ikke hvad det blev i dag. Men alle målinger viser, at hele det synlige univers, herunder kanten af ​​det observerbare univers, ser omtrent det samme ud som vores lokale univers i dag: med stjerner, galakser, galakser og et stort tomt rum.

Vi tror også, at universet er meget større end det.dele af universet, som vi kan se i dag fra Jorden, og at universet selv ikke har en "kant" som sådan. Det udvider bare rumtiden. "

Universet har ingen grænser

Arthur Kosovsky, professor i fysik, University of Pittsburgh

"En af de mest grundlæggende egenskaber i universeter dens alder, som ifølge forskellige dimensioner definerer vi i dag som 13,7 milliarder år. Da vi også ved, at lyset bevæger sig konstant, betyder det, at en lysstråle, der opstod i de tidlige tider, har rejst en vis afstand i dag (lad os kalde det "afstand til horisonten" eller "Hubble-afstanden"). Da intet kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed, vil Hubble-afstanden være den fjerneste afstand, vi nogensinde kan se i princippet (hvis vi ikke finder nogen måde at omgå relativitetsteorien).

Vi har en lyskilde, der kommer til os næsten fraHubble afstande: kosmisk mikrobølge baggrundsstråling. Vi ved, at universet ikke har en "kant" på afstand fra kilden til mikrobølgestråling, som ligger næsten på hele Hubble-afstanden fra os. Derfor antager vi normalt, at universet er meget større end vores eget observerbare Hubble-volumen, og at den virkelige kant, der kan eksistere, er langt længere væk, end vi nogensinde kunne observere. Måske er det ikke sandt: Det er muligt, at universets kant ligger lige bag Hubble-afstanden fra os, og bagved er havmonster. Men da hele universet vi observerer er forholdsvis ensartet og homogent overalt, ville en sådan tur være meget mærkelig.

Jeg er bange for, at vi aldrig får et godt svar pådette spørgsmål. Universet kan slet ikke have nogen kant, og hvis det er, vil det være langt nok for os aldrig at se det. Det er fortsat for os at forstå kun den del af universet, som vi faktisk kan observere. "

Har du nogle forslag til, hvad der ligger på universets kant? Fortæl os i vores chat i Telegram.