Що знаходиться на краю Всесвіту?

У 2019 це звичайна емоція - бажати почотири-п'ять разів на дню відправитися не те, щоб в космос, але на самий край світу, як можна далі, щоб позбутися від поганого мани або поганої погоди, що затримується поїзда або тісних штанів, таких пересічних на Землі речей. Але що буде чекати вас на цій космологічної кордоні? Що це взагалі таке - край світу, край Всесвіту - що ми там побачимо? Це межа або нескінченність взагалі?

Давайте запитаємо у вчених.

На краю світу

Шон Керролл, професор фізики Каліфорнійського технологічного інституту

«Наскільки ми знаємо, у Всесвіті немає меж. У спостережуваному Всесвіті є край - межа того, що ми можемо побачити. Це пов'язано з тим, що світло рухається з кінцевою швидкістю (один світловий рік в рік), тому, коли ми дивимося на далекі речі, ми вдивляємося назад в часі. У самому кінці ми бачимо, що відбувалося майже 14 мільярдів років, залишкове випромінювання Великого Вибуху. Це космічний мікрохвильовий фон, який оточує нас з усіх боку. Але це не фізична «межа», якщо вже так поміркувати.

Оскільки ми можемо бачити лише настільки далеко,ми не знаємо, на що схожі речі за межами нашої спостережуваному Всесвіті. Та всесвіт, яку ми бачимо, досить однорідна в великих масштабах і, можливо, так буде тривати буквально завжди. В якості альтернативи всесвіт міг би згорнутися в сферу або тор. Якщо це так, всесвіт буде обмежена за загальним розміром, але все одно не буде мати межі, точно так же, як коло не має початку або кінця.

Також можливо, що всесвіт неоднорідна замежами того, що ми можемо бачити, і що умови сильно відрізняються від місця до місця. Цю можливість представляє космологічна Мультивсесвіт. Ми не знаємо, чи існує Мультивсесвіт в принципі, але оскільки не бачимо ні те, ні інше, розумно було б зберігати неупередженість ».

Джо Данкль, професор фізики і астрофізичних наук в Прінстонському університеті

«Та все те ж саме!

Окей, насправді ми не вважаємо, що увсесвіту є межа або край. Ми думаємо, що вона або триває нескінченно в усіх напрямках, або обертається навколо себе, так що вона не є нескінченно великою, але все одно не має країв. Уявіть поверхню пончика: у неї немає меж. Може бути, вся всесвіт така (але в трьох вимірах - у поверхні пончика всього два виміри). Це означає, що ви можете відправитися на космічному кораблі в будь-якому напрямку, і якщо будете подорожувати досить довго, повернетеся туди, звідки почали. Немає краю.

Але є також те, що ми називаємо спостерігаєтьсявсесвіту, яка є частиною простору, яку ми можемо реально бачити. Край цього місця знаходиться там, звідки світла не вистачило часу, щоб дістатися до нас з початку існування всесвіту. Ми можемо побачити тільки такий край, а за ним, ймовірно, буде все те ж саме, що ми бачимо навколо: надскупчення галактик, в кожній з яких мільярди зірок і планет ».

Поверхня останнього розсіювання

Джессі Шелтон, доцент кафедри фізики і астрономії Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн

«Все залежить від того, що ви маєте на увазі підкраєм всесвіту. Оскільки швидкість світла обмежена, чим далі і далі в космос ми дивимося, тим далі і далі назад в часі ми заглядаємо - навіть коли дивимося на сусідню галактику Андромеду, ми бачимо не те, що відбувається зараз, а що відбувалося два з половиною мільйона років тому , коли зірки Андромеди випромінювали світло, що потрапив в наші телескопи тільки зараз. Найстаріший світло, який ми можемо побачити, прийшов з найдальших глибин, тому, в деякому сенсі, край всесвіту - це найдавніший світло, який нас досяг. В нашій всесвіту це космічний мікрохвильовий фон - ледь помітне, тривалий післясвічення Великого Вибуху, яке відзначає момент, коли Всесвіт охолола достатньо, щоб дозволити сформуватися атомам. Це називається поверхнею останнього розсіювання, оскільки зазначає місце, де фотони перестали стрибати між електронами в гарячій, іонізованої плазмі і почали витікати через прозоре простір, на мільярди світлових років в нашу сторону. Таким чином, можна сказати, що край всесвіту - це поверхня останнього розсіювання.

Що знаходиться на краю всесвіту прямо зараз? Ну, ми не знаємо - і не можемо дізнатися, нам довелося б чекати, поки світло, випущений там зараз і йде до нас, пролетить багато мільярдів років в майбутньому, але оскільки Всесвіт розширюється все швидше і швидше, ми навряд чи побачимо новий край всесвіту . Можемо лише здогадуватися. На великих масштабах наш всесвіт виглядає здебільшого однаковою, куди не глянь. Великі шанси, що якби ви опинилися на краю спостерігається всесвіту сьогодні, ви побачили б всесвіт, яка плюс-мінус схожа на нашу власну: галактики, більше і малі, у всіх напрямках. Я думаю, що край всесвіту зараз це просто ще більше всесвіту: більше галактик, більше планет, більше живих істот, що задаються таким же питанням ».

Майкл Троксель, доцент фізики в Університеті Дьюка

«Не дивлячись на те, що Всесвіт, ймовірно, нескінченна в розмірах, насправді існує не один практичний« край ».

Ми думаємо, що Всесвіт насправді нескінченно- і у неї немає меж. Якби Всесвіт був «плоскої» (як аркуш паперу), як показали наші тести з точністю до відсотка, або «відкритої» (як сідло), то вона дійсно нескінченна. Якщо вона «закрита», як баскетбольний м'яч, то вона не нескінченна. Однак, якщо ви зайдете досить далеко в одному напрямку, ви в кінцевому підсумку виявитеся там, звідки почали: уявіть, що ви рухаєтеся на поверхні кулі. Як одного разу сказав хоббіт на ім'я Більбо: «Тікає дорога вперед і вперед ...». Знову і знову.

У Всесвіті є «край» для нас - навіть два. Це пов'язано з частиною загальної теорії відносності, в якій мовиться, що всі речі (включаючи світло) у Всесвіті мають обмеження швидкості - 299 792 458 м / с - і ця межа швидкості зберігається всюди. Наші вимірювання також говорять нам, що Всесвіт розширюється у всіх напрямках, причому розширюється все швидше і швидше. Це означає, що коли ми спостерігаємо об'єкт, який дуже далеко від нас, світла від цього об'єкта потрібно час, щоб дістатися до нас (відстань, ділене на швидкість світла). Хитрість полягає в тому, що оскільки простір розширюється, поки світло йде до нас, відстань, яку повинен пройти світло, також збільшується з плином часу на шляху до нас.

Отже, перше, що ви могли б запитати: на якому найдальшому відстані ми могли б спостерігати світло від об'єкта, якби він був виданий на самому початку існування Всесвіту (якої близько 13,7 мільярда років). Виявляється, це відстань - 47 мільярдів світлових років (світловий рік приблизно в 63 241 разів більше відстані між Землею і Сонцем), і називається космологічним горизонтом. Можна поставити питання трохи інакше. Якби ми відправили повідомлення зі швидкістю світла, на якій відстані ми могли б його отримати? Це ще цікавіше, тому що швидкість розширення Всесвіту в майбутньому зростає.

Виявляється, що навіть якщо це послання буделетіти вічно, воно зможе дістатися тільки до тих, хто знаходиться зараз на відстані 16 мільярдів світлових років від нас. Це називається «горизонт космічних подій». Однак сама далека планета, яку ми могли спостерігати, знаходиться в 25 тисячах світлових років, тому ми все одно могли б привітати всіх, хто живе в цьому Всесвіті на сьогоднішній момент. А ось саме далеку відстань, на якому наші нинішні телескопи могли б розрізнити галактику, становить близько 13,3 мільярда світлових років, тому ми не бачимо, що знаходиться на краю всесвіту. Ніхто не знає, що знаходиться на обох краях ».

Ебігейл Вірегг, доцент Інституту космологічної фізики ім. Кавіла при Чиказькому університеті

«Використовуючи телескопи на Землі, ми дивимося насвітло, що виходить з віддалених місць Всесвіту. Чим далі знаходиться джерело світла, тим більше часу потрібно, щоб цей світ потрапив сюди. Тому, коли ви дивитеся на віддалені місця, ви дивитеся на те, на що були схожі ці місця, коли був народжений побачений вами світло - а не на те, як ці місця виглядають сьогодні. Ви можете продовжувати дивитися далі і далі, що буде відповідати просуванню далі і далі назад в часі, поки не побачите щось, що існувало через кілька тисячоліть після Великого Вибуху. До цього всесвіт була настільки гарячою і щільною (задовго до того, як з'явилися зірки і галактики!), Що будь-яке світло у Всесвіті ні за що не міг зачепитися, його не можна побачити сучасними телескопами. Це і є край «спостерігається всесвіту» - горизонт - тому що за ним нічого не розгледіти. Час йде, цей горизонт змінюється. Якби ви могли подивитися на Всесвіт з іншої планети, ви ймовірно побачили б те ж саме, що бачимо ми на Землі: ваш власний горизонт, обмежений часом, який минув з моменту Великого Вибуху, швидкістю світла і розширенням всесвіту.

Як виглядає те місце, яке відповідаєземному горизонту? Ми не знаємо, тому що можемо побачити це місце таким, яким воно було відразу після Великого Вибуху, а не яким воно стало сьогодні. Але все виміри показують, що вся видима всесвіт, включаючи край спостерігається всесвіту, виглядає приблизно однаково, так само, як і наша локальна всесвіт сьогодні: із зірками, галактиками, скупченнями галактик і величезним порожнім простором.

Ми також думаємо, що всесвіт набагато більша за тучастини всесвіту, яку ми сьогодні можемо побачити із Землі, і що у самого всесвіту немає «краю» як такого. Це просто розширюється простір-час ».

У всесвіті немає меж

Артур Косівський, професор фізики Піттсбурзького університету

«Одним з найбільш фундаментальних властивостей всесвітує її вік, який, згідно з різними вимірами, ми сьогодні визначаємо як 13,7 мільярда років. Оскільки ми також знаємо, що світло поширюється з постійною швидкістю, це означає, що промінь світла, який з'явився в ранні часу, пройшов до сьогоднішнього дня певну відстань (назвемо це «відстанню до обрію» або «відстанню Хаббла»). Оскільки ніщо не може рухатися швидше за швидкість світла, відстань Хаббла буде найдальших відстанню, яке ми коли-небудь зможемо спостерігати в принципі (якщо не виявимо будь-який спосіб обійти теорію відносності).

У нас є джерело світла, що йде до нас майже звідстані Хаббла: космічне мікрохвильове фонове випромінювання. Ми знаємо, що у Всесвіті не існує «краю» на відстані до джерела мікрохвильового випромінювання, яке знаходиться майже на цілій дистанції Хаббла від нас. Тому ми зазвичай припускаємо, що всесвіт набагато більше, ніж нам власний спостережуваний обсяг Хаббла, і що справжній край, який може існувати, знаходиться набагато далі, ніж ми коли-небудь могли спостерігати. Можливо, це не так: можливо, край всесвіту знаходиться відразу за дистанцією Хаббла від нас, а за ним - морські чудовиська. Але оскільки вся спостережувана нами всесвіт всюди щодо однакова і однорідна, такий поворот був би дуже дивним.

Боюся, у нас ніколи не буде доброї відповіді наце питання. У Всесвіті може взагалі не бути краю, а якщо він і є, то буде досить далеко, щоб ми його ніколи не побачили. Нам залишається осягати лише ту частину Всесвіту, яку ми дійсно можемо спостерігати ».

А у вас є припущення, що знаходиться на краю Всесвіту? Розкажіть в нашому чаті в Телеграма.