Χώρος

Τι είναι στην άκρη του σύμπαντος;

Το 2019, αυτό είναι ένα κοινό συναίσθημα - να επιθυμούμετέσσερις ή πέντε φορές την ημέρα για να μην πάει στο διάστημα, αλλά στο τέλος του κόσμου, όσο το δυνατόν περισσότερο για να απαλλαγούμε από κακή γοητεία ή κακό καιρό, καθυστερημένες αμαξοστοιχίες ή σφιχτά παντελόνια, τέτοια συνηθισμένα πράγματα στη Γη. Αλλά τι θα σας περιμένει σε αυτά τα κοσμολογικά σύνορα; Τι είναι όλα - η άκρη του κόσμου, η άκρη του Σύμπαντος - τι θα δούμε εκεί; Είναι ένα σύνορο ή άπειρο εν γένει;

Ας ρωτήσουμε τους επιστήμονες.

Στην άκρη του κόσμου

Sean Carroll, Καθηγήτρια Φυσικής, Caltech

"Όσο γνωρίζουμε, το σύμπαν δεν έχει όρια. Το παρατηρούμενο σύμπαν έχει ένα άκρο - το όριο αυτού που μπορούμε να δούμε. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το φως κινείται με μια πεπερασμένη ταχύτητα (ένα έτος φωτός ανά έτος), έτσι όταν κοιτάζουμε μακρινά πράγματα, κοιτάμε πίσω στο χρόνο. Στο τέλος, βλέπουμε τι συμβαίνει για σχεδόν 14 δισεκατομμύρια χρόνια, την εναπομένουσα ακτινοβολία του Big Bang. Πρόκειται για ένα κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο που μας περιβάλλει από όλες τις πλευρές. Αλλά αυτό δεν είναι ένα φυσικό "σύνορο", αν ναι, να κρίνουμε.

Δεδομένου ότι μπορούμε να δούμε μόνο μέχρι τώραδεν ξέρουμε τι φαίνονται τα πράγματα έξω από το παρατηρούμενο σύμπαν μας. Αυτό το σύμπαν, το οποίο βλέπουμε, είναι αρκετά ομοιογενές σε μεγάλη κλίμακα και, πιθανότατα, θα συνεχιστεί κυριολεκτικά όπως αυτό για πάντα. Εναλλακτικά, το σύμπαν θα μπορούσε να αναδιπλωθεί σε σφαίρα ή στύλο. Αν συμβαίνει αυτό, το σύμπαν θα είναι περιορισμένο σε συνολικό μέγεθος, αλλά δεν θα έχει σύνορο ούτως ή άλλως, ακριβώς όπως ένας κύκλος δεν έχει αρχή ούτε τέλος.

Είναι επίσης πιθανό ότι το σύμπαν είναι ετερογενέςπέρα από αυτό που μπορούμε να δούμε και ποιες συνθήκες είναι πολύ διαφορετικές από τόπο σε τόπο. Αυτή η ευκαιρία αντιπροσωπεύεται από το κοσμολογικό πολυδύναμο. Δεν γνωρίζουμε αν η πολυβιοσύνη υπάρχει καταρχήν, αλλά επειδή δεν βλέπουμε ούτε το ένα ούτε το άλλο, θα ήταν εύλογο να παραμείνουμε αμερόληπτοι ».

Joe Dunkley, Καθηγητής Φυσικής και Αστροφυσικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Princeton

"Ναι, όλα τα ίδια!

Εντάξει, πραγματικά δεν το πιστεύουμετο σύμπαν έχει ένα περίγραμμα ή ένα άκρο. Πιστεύουμε ότι είτε συνεχίζει απείρως προς όλες τις κατευθύνσεις είτε γυρίζει γύρω από τον εαυτό του, έτσι ώστε να μην είναι απείρως μεγάλο, αλλά δεν έχει ακμές. Φανταστείτε την επιφάνεια ενός ντόνατς: δεν έχει σύνορα. Ίσως ολόκληρο το σύμπαν είναι έτσι (αλλά σε τρεις διαστάσεις - υπάρχουν μόνο δύο διαστάσεις στην επιφάνεια του ντόνατ). Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να πάτε σε ένα διαστημικό πλοίο προς οποιαδήποτε κατεύθυνση, και αν ταξιδεύετε αρκετά καιρό, επιστρέψτε από όπου ξεκινήσατε. Δεν υπάρχει άκρη.

Αλλά υπάρχει και αυτό που ονομάζουμε παρατηρήσιμοτο σύμπαν, το οποίο είναι μέρος του χώρου που πραγματικά μπορούμε να δούμε. Η άκρη αυτού του τόπου είναι εκεί, από όπου το φως δεν είχε αρκετό χρόνο για να φτάσει σε μας από την αρχή του σύμπαντος. Μπορούμε να δούμε μόνο μια τέτοια ακμή, και πίσω από αυτή θα είναι πιθανώς όλα τα ίδια που βλέπουμε γύρω: superclusters των γαλαξιών, σε κάθε ένα από τα οποία υπάρχουν δισεκατομμύρια αστέρια και πλανήτες. "

Τελευταία επιφάνεια διασποράς

Jesse Shelton, Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας, Πανεπιστήμιο του Illinois στην Urbana-Champaign

"Όλα εξαρτώνται από αυτό που εννοείτετην άκρη του σύμπαντος. Δεδομένου ότι η ταχύτητα του φωτός είναι περιορισμένη, όσο μακρύτερα και πιο μακρύτερα στο διάστημα κοιτάζουμε, τόσο πιο μακρύτερα και πιο μακρύτερα με την πάροδο του χρόνου βλέπουμε - ακόμα και όταν κοιτάμε τον γειτονικό γαλαξία Ανδρομέδα, δεν βλέπουμε τι συμβαίνει τώρα, αλλά αυτό που συνέβη πριν από δυόμισι εκατομμύρια χρόνια όταν τα αστέρια της Ανδρομέδας ακτινοβολούσαν το φως που έπεσε στα τηλεσκόπια μας μόλις τώρα. Το παλαιότερο φως που μπορούμε να δούμε προέρχεται από τα πιο απομακρυσμένα βάθη, επομένως, κατά μία έννοια, η άκρη του σύμπαντος είναι το αρχαιότερο φως που μας έφτασε. Στο σύμπαν μας, αυτό το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο είναι το ελάχιστα αισθητό, μακρύ χρονικό διάστημα της Μεγάλης Έκρηξης, το οποίο σηματοδοτεί τη στιγμή που το Σύμπαν έχει δροσίσει αρκετά ώστε να επιτρέψει τη δημιουργία των ατόμων. Αυτή είναι η τελευταία επιφάνεια σκέδασης, επειδή σηματοδοτεί τη θέση όπου τα φωτόνια σταμάτησαν να μεταπηδούν μεταξύ ηλεκτρονίων σε ένα ζεστό, ιονισμένο πλάσμα και ξεκίνησαν να διαρρέουν μέσα από διαφανές χώρο, σε διήμερα φωτεινά χρόνια μακριά προς την κατεύθυνσή μας. Έτσι, μπορεί να ειπωθεί ότι η άκρη του σύμπαντος είναι η επιφάνεια της τελευταίας σκέδασης.

Τι είναι στην άκρη του σύμπαντος αυτή τη στιγμή; Λοιπόν, δεν ξέρουμε - και δεν μπορούμε να το ανακαλύψουμε, θα πρέπει να περιμένουμε μέχρι το φως που εκπέμπεται εκεί και να έρχεται σε μας να πετάει πολλά δισεκατομμύρια χρόνια στο μέλλον, αλλά καθώς το σύμπαν επεκτείνεται γρηγορότερα και ταχύτερα, είναι απίθανο να δούμε μια νέα άκρη του σύμπαντος . Μπορούμε μόνο να μαντέψουμε. Σε μεγάλη κλίμακα, το σύμπαν μας αναζητά το μεγαλύτερο μέρος το ίδιο, όπου κι αν κοιτάξετε. Οι πιθανότητες είναι μεγάλες ότι αν βρισκόσασταν σήμερα στην άκρη του παρατηρούμενου σύμπαντος, θα δείτε ένα σύμπαν που είναι, όπως αυτό ή όχι, δικό μας: γαλαξίες, μεγαλύτεροι και μικρότεροι, προς όλες τις κατευθύνσεις. Νομίζω ότι η άκρη του σύμπαντος τώρα είναι απλά περισσότερο από ένα σύμπαν: περισσότεροι γαλαξίες, περισσότεροι πλανήτες, πιο αισθανόμενα όντα ζητώντας την ίδια ερώτηση ».

Michael Troxel, Επίκουρος Καθηγητής Φυσικής στο πανεπιστήμιο Duke

"Παρά το γεγονός ότι το σύμπαν είναι μάλλον άπειρο σε μέγεθος, στην πραγματικότητα υπάρχουν περισσότερα από ένα πρακτικά" άκρα ".

Πιστεύουμε ότι το σύμπαν είναι στην πραγματικότητα άπειρο- και δεν έχει σύνορα. Εάν το Σύμπαν ήταν "επίπεδο" (όπως ένα φύλλο χαρτιού), καθώς οι δοκιμές μας έδειχναν μέχρι ένα ποσοστό ή "ανοιχτές" (όπως μια σέλα), τότε είναι πραγματικά ατελείωτες. Αν είναι "κλειστό" σαν μπάσκετ, τότε δεν είναι άπειρο. Ωστόσο, αν πάτε αρκετά μακριά σε μια κατεύθυνση, θα καταλήξετε από όπου ξεκινήσατε: Φανταστείτε ότι κινείστε στην επιφάνεια μιας μπάλας. Όπως είπε κάποτε ο χόμπιτ, ο Bilbo: "Ο δρόμος τρέχει συνεχώς ...". Ξανά και ξανά.

Το Σύμπαν έχει μια «άκρη» για μας - ακόμα και δύο. Αυτό οφείλεται σε ένα μέρος της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, που δηλώνει ότι όλα τα πράγματα (συμπεριλαμβανομένου του φωτός) στο Σύμπαν έχουν ένα όριο ταχύτητας 299.792.458 m / s - και αυτό το όριο ταχύτητας διατηρείται παντού. Οι μετρήσεις μας επίσης μας λένε ότι το Σύμπαν επεκτείνεται προς όλες τις κατευθύνσεις και επεκτείνεται γρηγορότερα και ταχύτερα. Αυτό σημαίνει ότι όταν παρατηρούμε ένα αντικείμενο πολύ μακριά από εμάς, το φως από αυτό το αντικείμενο χρειάζεται χρόνο για να φτάσει σε μας (η απόσταση διαιρείται από την ταχύτητα του φωτός). Το τέχνασμα είναι ότι όσο ο χώρος επεκτείνεται καθώς το φως ταξιδεύει προς εμάς, η απόσταση που το φως πρέπει να ταξιδέψει αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου στο δρόμο προς εμάς.

Έτσι, το πρώτο πράγμα που μπορείτε να ζητήσετε είναι: ποια είναι η πιο μακρινή απόσταση που θα μπορούσαμε να παρατηρήσουμε το φως από ένα αντικείμενο αν εκπέμφθηκε στην αρχή του Σύμπαντος (που είναι περίπου 13,7 δισεκατομμύρια ετών). Αποδεικνύεται ότι αυτή η απόσταση είναι 47 δισεκατομμύρια έτη φωτός (ένα ελαφρύ έτος είναι περίπου 63.241 φορές η απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου) και ονομάζεται ο κοσμολογικός ορίζοντας. Μπορείτε να θέσετε το ερώτημα λίγο διαφορετικά. Εάν στείλαμε ένα μήνυμα με την ταχύτητα του φωτός, σε ποια απόσταση θα μπορούσαμε να το πάρουμε; Αυτό είναι ακόμη πιο ενδιαφέρον, διότι ο ρυθμός επέκτασης του σύμπαντος αυξάνεται στο μέλλον.

Αποδεικνύεται ότι ακόμη και αν αυτό το μήνυμα θαγια να πετάξει για πάντα, μπορεί να φτάσει μόνο σε εκείνους που βρίσκονται τώρα σε απόσταση 16 δισεκατομμυρίων ετών φωτός από εμάς. Αυτό ονομάζεται "ορίζοντας κοσμικών συμβάντων". Ωστόσο, ο πιο μακρινός πλανήτης που θα μπορούσαμε να παρατηρήσουμε είναι 25 χιλιάδες έτη φωτός μακριά, έτσι θα μπορούσαμε να χαιρετήσουμε ακόμα όλους όσους ζουν σε αυτό το Σύμπαν προς το παρόν. Αλλά η μακρύτερη απόσταση από την οποία τα σημερινά τηλεσκόπια μπορούσαν να διακρίνουν τον γαλαξία είναι περίπου 13,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός, οπότε δεν βλέπουμε τι βρίσκεται στην άκρη του σύμπαντος. Κανείς δεν ξέρει τι είναι και στις δύο πλευρές. "

Abigail Wiregg, Αναπληρωτής Καθηγητής του Ινστιτούτου Κοσμολογικής Φυσικής. Πανεπιστήμιο Kavila του Σικάγου

"Χρησιμοποιώντας τα τηλεσκόπια στη Γη, κοιτάμετο φως που προέρχεται από μακρινά μέρη του σύμπαντος. Όσο πιο μακριά είναι η πηγή φωτός, τόσο περισσότερο χρόνο χρειάζεται για να πέσει το φως εδώ. Επομένως, όταν κοιτάζετε μακρινά μέρη, βλέπετε τι έμοιαζαν αυτά τα μέρη όταν γεννήθηκε το φως που είδατε - όχι πώς αυτά τα μέρη φαίνονται σήμερα. Μπορείτε να συνεχίσετε να κοιτάτε μακρύτερα και μακρύτερα, που θα αντιστοιχούν στην κίνηση μακρύτερα και μακρύτερα πίσω στο χρόνο, μέχρι να δείτε κάτι που υπήρχε αρκετές χιλιετίες μετά το Big Bang. Πριν από αυτό, το σύμπαν ήταν τόσο ζεστό και πυκνό (πολύ πριν εμφανιστούν τα αστέρια και οι γαλαξίες!) Ότι οποιοδήποτε φως στο σύμπαν δεν μπορούσε να πιαστεί, δεν μπορεί να το δει κανείς με τα σύγχρονα τηλεσκόπια. Αυτή είναι η άκρη του "παρατηρούμενου σύμπαντος" - ο ορίζοντας - γιατί δεν μπορεί να δει τίποτα πίσω από αυτό. Καθώς ο χρόνος συνεχίζεται, ο ορίζοντας αυτός αλλάζει. Αν μπορούσατε να κοιτάξετε το Σύμπαν από έναν άλλο πλανήτη, πιθανότατα θα δείτε το ίδιο πράγμα που βλέπουμε στη Γη: τον δικό σας ορίζοντα, που περιορίζεται από το χρόνο που πέρασε από τη Μεγάλη Έκρηξη, την ταχύτητα του φωτός και την επέκταση του σύμπαντος.

Σε τι αντιστοιχεί ο τόποςορίζοντα γης; Δεν γνωρίζουμε, γιατί μπορούμε να δούμε αυτό το μέρος όπως ήταν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και όχι αυτό που έγινε σήμερα. Αλλά όλες οι μετρήσεις δείχνουν ότι όλο το ορατό σύμπαν, συμπεριλαμβανομένης της άκρης του παρατηρούμενου σύμπαντος, μοιάζει περίπου το ίδιο, όπως και το τοπικό μας σύμπαν σήμερα: με αστέρια, γαλαξίες, συστάδες γαλαξιών και έναν τεράστιο κενό χώρο.

Πιστεύουμε επίσης ότι το σύμπαν είναι πολύ μεγαλύτερο από αυτό.μέρη του σύμπαντος που μπορούμε να δούμε σήμερα από τη Γη και ότι το ίδιο το σύμπαν δεν έχει «άκρη» ως τέτοιο. Απλώς επεκτείνει το διάστημα-χρόνο. "

Το σύμπαν δεν έχει όρια

Αρθούρ Κοσόφσκι, Καθηγήτρια Φυσικής, Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ

"Μια από τις πιο θεμελιώδεις ιδιότητες του σύμπαντοςείναι η ηλικία της, η οποία, σύμφωνα με διάφορες διαστάσεις, ορίζουμε σήμερα ως 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Εφόσον γνωρίζουμε επίσης ότι το φως ταξιδεύει με σταθερή ταχύτητα, αυτό σημαίνει ότι μια ακτίνα φωτός που εμφανίστηκε στις πρώτες στιγμές έχει ταξιδέψει μέχρι σήμερα σε κάποια απόσταση (ας το ονομάσουμε "απόσταση από τον ορίζοντα" ή "απόσταση Hubble"). Δεδομένου ότι τίποτα δεν μπορεί να κινηθεί γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός, η απόσταση του Hubble θα είναι η μακρύτερη απόσταση που μπορούμε να δούμε στην αρχή (αν δεν βρούμε κανέναν τρόπο να παρακάμψουμε τη θεωρία της σχετικότητας).

Έχουμε μια πηγή φωτός που μας έρχεται σχεδόν απόΑπόστασης Hubble: κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Γνωρίζουμε ότι το σύμπαν δεν έχει "άκρη" σε απόσταση από την πηγή ακτινοβολίας μικροκυμάτων, η οποία βρίσκεται σχεδόν σε ολόκληρη την απόσταση του Hubble από εμάς. Επομένως, συνήθως υποθέτουμε ότι το σύμπαν είναι πολύ μεγαλύτερο από το δικό μας παρατηρούμενο τόμο του Hubble και ότι το πραγματικό πλεονέκτημα που μπορεί να υπάρχει είναι πολύ πιο μακριά από ό, τι θα παρατηρούσαμε ποτέ. Ίσως αυτό δεν είναι αλήθεια: είναι πιθανό ότι η άκρη του σύμπαντος βρίσκεται ακριβώς πίσω από την απόσταση του Hubble από εμάς, και πίσω του είναι τα θαλάσσια τέρατα. Αλλά δεδομένου ότι ολόκληρο το σύμπαν που παρατηρούμε είναι σχετικά ομοιόμορφο και ομοιογενές παντού, μια τέτοια στροφή θα ήταν πολύ περίεργη.

Φοβάμαι ότι ποτέ δεν θα έχουμε καλή απάντησηαυτή την ερώτηση. Το σύμπαν μπορεί να μην έχει άκρη καθόλου και αν είναι, θα είναι αρκετά μακριά για να μην το δούμε ποτέ. Απομένει να κατανοήσουμε μόνο εκείνο το μέρος του Σύμπαντος που μπορούμε πραγματικά να παρατηρήσουμε. "

Έχετε κάποιες προτάσεις που είναι στην άκρη του σύμπαντος; Πείτε μας στο chat μας στο Telegram.