W 2019 roku to powszechna emocja - chcieć jechać cztery lub pięć razy dziennie, nie tylko w kosmos, ale na sam koniec świata, jak najdalej, aby pozbyć się złej obsesji lub złej pogody, opóźnionego trenu lub obcisłych spodni, tak zwyczajnych na ziemi rzeczy. Ale co cię czeka na tej kosmologicznej granicy? O co w tym wszystkim chodzi - krawędź świata, krawędź wszechświata - co tam zobaczymy? Czy w ogóle jest to granica czy nieskończoność?
Zapytajmy naukowców.
Na krańcu świata
Sean Carroll, profesor fizyki w California Institute of Technology:
„O ile wiemy, wszechświat nie ma granic. Obserwowalny wszechświat ma krawędź - granicę tego, co możemy zobaczyć. Dzieje się tak, ponieważ światło porusza się ze skończoną prędkością (jeden rok świetlny w roku), więc kiedy patrzymy na odległe rzeczy, spoglądamy w przeszłość. Na samym końcu widzimy, co dzieje się od prawie 14 miliardów lat, szczątkowe promieniowanie po Wielkim Wybuchu. To kosmiczne mikrofalowe tło, które otacza nas ze wszystkich stron. Ale to nie jest fizyczna „granica”, jeśli naprawdę to oceniasz.
Ponieważ widzimy tylko tak daleko, nie wiemy, jak wyglądają rzeczy poza naszym obserwowalnym wszechświatem. Wszechświat, który widzimy, jest dość jednorodny na dużą skalę i być może dosłownie zawsze będzie tak postępował. Alternatywnie, wszechświat mógłby złożyć się w kulę lub torus. Jeśli tak, to wszechświat będzie miał ograniczony rozmiar, ale nadal nie będzie miał granicy, tak jak okrąg nie ma początku ani końca.
Możliwe jest również, że wszechświat nie jest jednorodny poza tym, co możemy zobaczyć, a warunki różnią się znacznie w zależności od miejsca. Możliwość tę przedstawia multiwers kosmologiczny. Nie wiemy, czy wieloświat istnieje w zasadzie, ale ponieważ nie widzimy ani jednego, ani drugiego, rozsądne byłoby zachowanie bezstronności”.
Film promocyjny:
Joe Dunkley, profesor fizyki i nauk astrofizycznych na Uniwersytecie Princeton:
„Tak, wszystko jest takie samo!
Okej, tak naprawdę nie uważamy, że wszechświat ma granicę lub krawędź. Uważamy, że albo ciągnie się w nieskończoność we wszystkich kierunkach, albo owija się wokół siebie, tak że nie jest nieskończenie duży, ale nadal nie ma krawędzi. Wyobraź sobie powierzchnię pączka: nie ma granic. Może taki jest cały wszechświat (ale w trzech wymiarach - na powierzchni pączka są tylko dwa wymiary). Oznacza to, że możesz podróżować statkiem kosmicznym w dowolnym kierunku, a jeśli podróżujesz wystarczająco długo, wrócisz do miejsca, w którym zacząłeś. Nie ma krawędzi.
Ale jest też coś, co nazywamy obserwowalnym wszechświatem, czyli częścią przestrzeni, którą faktycznie możemy zobaczyć. Skraj tego miejsca to miejsce, w którym światło nie zdążyło dotrzeć do nas od początku wszechświata. Widzimy tylko taką krawędź, a za nią prawdopodobnie będzie wszystko, co widzimy dookoła: supergromady galaktyk, z których każda zawiera miliardy gwiazd i planet”.
Ostatnia powierzchnia rozpraszająca
Jesse Shelton, adiunkt na Wydziale Fizyki i Astronomii na Uniwersytecie Illinois w Urbana-Champaign:
„Wszystko zależy od tego, co masz na myśli, mówiąc o krawędzi wszechświata. Ponieważ prędkość światła jest ograniczona, im dalej i dalej w kosmos patrzymy, tym dalej i dalej w przeszłość patrzymy - nawet gdy patrzymy na sąsiednią galaktykę Andromedę, nie widzimy, co się teraz dzieje, ale co wydarzyło się dwa i pół miliona lat temu kiedy gwiazdy Andromedy emitowały światło, które dopiero teraz dotarło do naszych teleskopów. Najstarsze światło, które widzimy, pochodziło z najgłębszych głębin, więc w pewnym sensie krawędź wszechświata jest najstarszym światłem, które do nas dotarło. W naszym Wszechświecie jest to kosmiczne mikrofalowe tło - słaba, długotrwała poświata Wielkiego Wybuchu, która oznacza moment, w którym Wszechświat ostygnie na tyle, aby umożliwić tworzenie się atomów. Nazywa się to powierzchnią ostatniego rozproszenia,ponieważ oznacza miejsce, w którym fotony przestały odbijać się od elektronów w gorącej, zjonizowanej plazmie i zaczęły wypływać przez przezroczystą przestrzeń, miliardy lat świetlnych w naszym kierunku. Można więc powiedzieć, że krawędź wszechświata jest powierzchnią ostatniego rozproszenia.
Co jest teraz na skraju wszechświata? Cóż, nie wiemy - i nie możemy się tego dowiedzieć, musielibyśmy poczekać, aż światło, które teraz tam wyemituje i zbliża się do nas, poleci wiele miliardów lat w przyszłość, ale ponieważ wszechświat rozszerza się coraz szybciej, jest mało prawdopodobne, aby zobaczył nowy brzeg wszechświata … Możemy tylko zgadywać. W dużej skali nasz wszechświat wygląda prawie tak samo, gdziekolwiek spojrzysz. Jest duża szansa, że gdybyś był dziś na skraju obserwowalnego Wszechświata, zobaczyłbyś wszechświat mniej więcej podobny do naszego: galaktyki, większe i mniejsze, we wszystkich kierunkach. Myślę, że teraz krawędź Wszechświata to po prostu jeszcze więcej Wszechświata: więcej galaktyk, więcej planet, więcej żywych istot zadających to samo pytanie."
Michael Troxel, profesor nadzwyczajny fizyki na Duke University:
„Chociaż wszechświat ma prawdopodobnie nieskończone rozmiary, w rzeczywistości istnieje więcej niż jedna praktyczna„ krawędź”.
Uważamy, że wszechświat jest w rzeczywistości nieskończony - i nie ma granic. Jeśli Wszechświat byłby „płaski” (jak kartka papieru), jak pokazały nasze testy do punktu procentowego, lub „otwarty” (jak siodło), to naprawdę jest nieskończony. Jeśli jest „zamknięty” jak piłka do koszykówki, to nie jest nieskończony. Jeśli jednak posuniesz się wystarczająco daleko w jednym kierunku, dojdziesz tam, gdzie zacząłeś: wyobraź sobie, że poruszasz się po powierzchni kuli. Jak powiedział kiedyś hobbit imieniem Bilbo: „Droga biegnie do przodu i do przodu…”. Znowu i znowu.
Wszechświat ma dla nas „przewagę” - nawet dwie. Wynika to z części ogólnej teorii względności, która stwierdza, że wszystkie rzeczy (w tym światło) we wszechświecie mają ograniczenie prędkości do 299 792 458 m / s - i to ograniczenie prędkości obowiązuje wszędzie. Nasze pomiary mówią nam również, że wszechświat rozszerza się we wszystkich kierunkach i rozszerza się coraz szybciej. Oznacza to, że kiedy obserwujemy obiekt, który jest bardzo daleko od nas, światło z tego obiektu potrzebuje czasu, aby do nas dotrzeć (odległość podzielona przez prędkość światła). Sztuczka polega na tym, że gdy przestrzeń rozszerza się, gdy światło zbliża się do nas, odległość, jaką musi pokonać światło, również rośnie w czasie, gdy zbliża się do nas.
Tak więc pierwszą rzeczą, o którą możesz zapytać, jest to, jaka jest najdalsza odległość, jaką moglibyśmy zaobserwować od obiektu, gdyby zostało wyemitowane na samym początku wszechświata (który ma około 13,7 miliarda lat). Okazuje się, że odległość ta wynosi 47 miliardów lat świetlnych (rok świetlny jest około 63 241 razy większa od odległości między Ziemią a Słońcem) i nazywana jest kosmologicznym horyzontem. Pytanie można postawić nieco inaczej. Gdybyśmy wysłali wiadomość z prędkością światła, z jakiej odległości moglibyśmy ją odebrać? Jest to tym bardziej interesujące, że tempo rozszerzania się wszechświata w przyszłości wzrasta.
Okazuje się, że nawet jeśli ta wiadomość leci w nieskończoność, może dotrzeć tylko do tych, którzy są teraz w odległości 16 miliardów lat świetlnych od nas. Nazywa się to „horyzontem wydarzeń kosmicznych”. Jednak najdalsza planeta, jaką mogliśmy obserwować, znajduje się 25 tysięcy lat świetlnych od nas, więc nadal możemy powitać każdego, kto obecnie żyje w tym wszechświecie. Ale najdalsza odległość, z jakiej nasze obecne teleskopy mogą rozróżnić galaktykę, wynosi około 13,3 miliarda lat świetlnych, więc nie możemy zobaczyć, co znajduje się na krawędzi Wszechświata. Nikt nie wie, co jest po obu stronach”.
Abigail Weiregg, profesor nadzwyczajny, Instytut Fizyki Kosmologicznej. Kavila na Uniwersytecie w Chicago:
„Korzystając z teleskopów na Ziemi, patrzymy na światło emanujące z odległych miejsc we wszechświecie. Im dalej znajduje się źródło światła, tym dłużej trwa dotarcie tego światła tutaj. Dlatego patrząc na odległe miejsca, patrzysz na to, jak wyglądały te miejsca, gdy narodziło się światło, które widziałeś - a nie na to, jak te miejsca wyglądają dzisiaj. Możesz patrzeć dalej i dalej, co będzie odpowiadało cofaniu się w czasie coraz dalej, aż zobaczysz coś, co istniało kilka tysiącleci po Wielkim Wybuchu. Wcześniej wszechświat był tak gorący i gęsty (na długo przed pojawieniem się gwiazd i galaktyk!), Że żadne światło we Wszechświecie nigdy nie mogło się uchwycić, nie można go zobaczyć za pomocą nowoczesnych teleskopów. To jest krawędź „obserwowalnego wszechświata” - horyzont - ponieważ nie widać niczego poza nim. Czas płynie, ten horyzont się zmienia. Gdybyś mógł spojrzeć na wszechświat z innej planety, prawdopodobnie zobaczyłbyś to samo, co widzimy na Ziemi: twój własny horyzont, ograniczony czasem, który minął od Wielkiego Wybuchu, prędkością światła i rozszerzaniem się wszechświata.
Jak wygląda miejsce, które odpowiada horyzontowi Ziemi? Nie wiemy, bo widzimy to miejsce takim, jakim było zaraz po Wielkim Wybuchu, a nie takim, jakim jest dzisiaj. Ale wszystkie pomiary pokazują, że cały widzialny Wszechświat, w tym krawędź obserwowalnego Wszechświata, wygląda mniej więcej tak samo, jak nasz dzisiejszy Wszechświat lokalny: z gwiazdami, galaktykami, gromadami galaktyk i ogromną pustą przestrzenią.
Uważamy również, że wszechświat jest znacznie większy niż część wszechświata, którą możemy dziś zobaczyć z Ziemi, a sam wszechświat jako taki nie ma „krawędzi”. To tylko rozszerzająca się czasoprzestrzeń”.
Wszechświat nie ma granic
Arthur Kosovsky, profesor fizyki na Uniwersytecie w Pittsburghu:
„Jedną z najbardziej fundamentalnych właściwości wszechświata jest jego wiek, który według różnych pomiarów określamy obecnie jako 13,7 miliarda lat. Ponieważ wiemy również, że światło przemieszcza się ze stałą prędkością, oznacza to, że promień światła, który pojawił się w dawnych czasach, pokonał do dzisiaj pewną odległość (nazwijmy tę „odległość do horyzontu” lub „odległość Hubble'a”). Ponieważ nic nie może podróżować szybciej niż prędkość światła, odległość Hubble'a będzie w zasadzie najdalszą odległością, jaką możemy kiedykolwiek zaobserwować (chyba że znajdziemy jakiś sposób na obejście teorii względności).
Mamy źródło światła zbliżające się do nas prawie z odległości Hubble'a: kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła. Wiemy, że wszechświat nie ma „krawędzi” w odległości od źródła mikrofal, czyli prawie w całej odległości od nas z Hubble'a. Dlatego zwykle zakładamy, że wszechświat jest znacznie większy niż nasza własna obserwowalna objętość Hubble'a, a rzeczywista krawędź, która może istnieć, jest znacznie dalej, niż moglibyśmy kiedykolwiek zaobserwować. Być może nie jest to prawdą: możliwe jest, że krawędź wszechświata znajduje się bezpośrednio poza odległością Hubble'a od nas, a za nim - potwory morskie. Ale ponieważ cały wszechświat, który obserwujemy, jest wszędzie względnie taki sam i jednorodny, taki zwrot byłby bardzo dziwny.
Obawiam się, że nigdy nie będziemy mieli dobrej odpowiedzi na to pytanie. Wszechświat może w ogóle nie mieć krawędzi, a jeśli tak, będzie na tyle daleko, że nigdy go nie zobaczymy. Pozostaje nam pojąć tylko tę część Wszechświata, którą naprawdę możemy obserwować”.
Ilya Khel
