Vuonna 2019 tämä on yleinen tunne - haluta mennä neljä tai viisi kertaa päivässä, ei pelkästään avaruuteen, vaan maailman loppuun niin pitkälle kuin mahdollista, jotta päästäisiin eroon pahasta pakkomiellestä tai huonosta säästä, viivästytetystä junassa tai tiukeista housuista, niin tavallisista asioiden maan päällä. Mutta mikä sinua odottaa tällä kosmologisella rajalla? Mistä siinä on kyse - maailman reuna, maailmankaikkeuden reuna - mitä siellä näemme? Onko se yleensä raja vai ääretön?
Kysymme tutkijoilta.
Maailman reunalla
Sean Carroll, fysiikan professori Kalifornian teknillisessä instituutissa:
”Sikäli kuin tiedämme, maailmankaikkeudella ei ole rajoja. Havainnoitavalla maailmankaikkeudella on reuna - sen raja, jonka voimme nähdä. Tämä johtuu siitä, että valo kulkee rajallisella nopeudella (yksi valovuosi vuodessa), joten kun katsomme kaukaisia asioita, katsomme taaksepäin taaksepäin. Aivan lopussa näemme, mitä on tapahtunut melkein 14 miljardin vuoden ajan, Ison räjähdyksen jäljelle jäävä säteily. Tämä on kosminen mikroaaltotausta, joka ympäröi meitä kaikista suunnista. Mutta tämä ei ole fyysinen "raja", jos todella arvioi se.
Koska voimme nähdä vain niin kaukana, emme tiedä, millaiset asiat ovat havaittavissa olevan maailmankaikkeuden ulkopuolella. Näkemämme maailmankaikkeus on melko homogeeninen suuressa mittakaavassa ja ehkä se jatkaa kirjaimellisesti aina tällä tavalla. Vaihtoehtoisesti maailmankaikkeus voisi taittaa palloon tai torukseen. Jos näin on, maailmankaikkeuden koko on rajoitettu, mutta sillä ei silti ole reunaa, kuten ympyrällä ei ole alkua tai loppua.
On myös mahdollista, että maailmankaikkeus ei ole homogeeninen pidemmälle kuin mitä voimme nähdä, ja että olosuhteet vaihtelevat suuresti paikasta toiseen. Tämän mahdollisuuden tarjoaa kosmologinen moniosaisuus. Emme tiedä, onko multiverse periaatteessa olemassa, mutta koska emme näe yhtä tai toista, olisi kohtuullista pysyä puolueettomana."
Mainosvideo:
Joe Dunkley, fysiikan ja astrofysiikan tieteiden professori Princetonin yliopistosta:
Kyllä, kaikki on samaa!
Okei, emme todellakaan usko, että maailmankaikkeudella on raja tai reuna. Katsomme, että se jatkuu loputtomasti kaikkiin suuntiin tai kietou itsensä ympärille, joten se ei ole äärettömän suuri, mutta siinä ei ole silti reunoja. Kuvittele donitsin pinta: sillä ei ole rajoja. Ehkä koko maailmankaikkeus on sellainen (mutta kolmessa ulottuvuudessa - munkin pinnalla on vain kaksi ulottuvuutta). Tämä tarkoittaa, että voit matkustaa avaruusaluksessa mihin tahansa suuntaan, ja jos matkustat tarpeeksi kauan, palaat sinne mihin aloitit. Ei ole reunaa.
Mutta on myös niin kutsuttua havaittavissa olevaa maailmankaikkeutta, joka on se osa tilaa, jonka voimme tosiasiallisesti nähdä. Tämän paikan reuna on paikka, jossa valolla ei ollut tarpeeksi aikaa saavuttaa meitä maailmankaikkeuden alusta lähtien. Voimme nähdä vain sellaisen reunan, ja sen takana on luultavasti kaikki, mitä näemme ympärillä: galaksien superklusterit, joista kukin sisältää miljardeja tähtiä ja planeettoja."
Viimeinen sirontapinta
Jesse Shelton, apulaisprofessori Illinoisin yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitokselta, Urbana-Champaign:
”Kaikki riippuu siitä, mitä tarkoitat maailmankaikkeuden reunalla. Koska valon nopeus on rajoitettu, sitä kauempana ja kauempana avaruuteen katsomme, sitä pidemmälle ja pidemmälle ajassa katsomme - edes silloin, kun katsomme naapurimaiden galaktikkoa Andromedaa, emme näe mitä tapahtuu nyt, mutta mitä tapahtui kaksi ja puoli miljoonaa vuotta sitten kun Andromedan tähdet säteilivat valoa, joka on vasta nyt tullut kaukoputkiimme. Vanhin valo, jonka voimme nähdä, tuli syvimmistä syvyyksistä, joten maailmankaikkeuden reuna on tietyssä mielessä vanhin valo, joka on saavuttanut meidät. Universumissamme tämä on kosminen mikroaaltotausta - heikko, pitkittynyt Ison räjähdyksen hehku, joka merkitsee hetkeä, jolloin maailmankaikkeus on jäähtynyt tarpeeksi atomien muodostumiseen. Tätä kutsutaan viimeisen sironnan pintaksi,kun se merkitsee sitä kohtaa, jossa fotonit lopettivat pomppimisen kuumassa, ionisoidussa plasmassa olevien elektronien välillä ja alkoivat virrata läpinäkyvän tilan läpi, miljardeja valovuosia suuntaan. Voimme siis sanoa, että maailmankaikkeuden reuna on viimeisen sironnan pinta.
Mikä on maailmankaikkeuden reunalla tällä hetkellä? No, emme tiedä - emmekä voi selvittää, meidän olisi odotettava siihen suuntaan, että siellä nyt säteilevä ja kohti meitä tuleva valo lentää tulevaisuudessa useita miljardeja vuosia, mutta kun maailmankaikkeus kasvaa yhä nopeammin, emme todennäköisesti näe maailmankaikkeuden uutta reunaa. … Voimme vain arvata. Laajamittaisesti maailmankaikkeus näyttää enimmäkseen samalta, minne ikinä myös katsotkin. Mahdollisuudet ovat hyvät, että jos olisit tänään havaittavan maailmankaikkeuden reunalla, näkisit maailmankaikkeuden, joka on enemmän tai vähemmän samanlainen kuin omamme: galaksit, suurempia ja pienempiä, kaikkiin suuntiin. Uskon, että maailmankaikkeuden reuna on nyt yksinkertaisesti vielä enemmän universumista: enemmän galakseja, enemmän planeettoja, enemmän eläviä asioita, jotka esittävät saman kysymyksen."
Michael Troxel, fysiikan apulaisprofessori Duke-yliopistossa:
”Vaikka maailmankaikkeuden koko on todennäköisesti ääretön, käytännössä on olemassa enemmän kuin yksi käytännöllinen” reuna”.
Mielestämme maailmankaikkeus on oikeastaan ääretön - eikä sillä ole rajoja. Jos maailmankaikkeus olisi “litteä” (kuten paperiarkki), koska testimme osoittivat prosenttiyksikköä, tai “avoin” (kuten satula), niin se on todella ääretön. Jos se on "suljettu" kuten koripallo, niin se ei ole ääretön. Jos kuitenkin menee tarpeeksi pitkälle yhteen suuntaan, päädyt mihin aloitit: Kuvittele liikkuvat pallon päällä. Koska harrastaja nimeltä Bilbo sanoi kerran: "Tie kulkee eteenpäin ja eteenpäin …". Uudestaan ja uudestaan.
Universumilla on meille "reuna" - jopa kaksi. Tämä johtuu yleisestä suhteellisuudesta, jonka mukaan kaikilla maailmankaikkeuden asioilla (myös valolla) on nopeusrajoitus 299 792 458 m / s - ja tämä nopeusrajoitus koskee kaikkialla. Mittauksemme kertovat myös, että maailmankaikkeus laajenee kaikkiin suuntiin ja laajenee yhä nopeammin. Tämä tarkoittaa, että kun tarkkailemme objektia, joka on hyvin kaukana meistä, vie aikaa, jotta objektin valo saavuttaa meidät (etäisyys jaettuna valon nopeudella). Temppu on, että avaruuden laajentuessa valon kulkiessa kohti meitä, myös valon on kuljettava matkan ajan myötä, kun se kulkee kohti meitä.
Joten, ensimmäinen asia, jota saatat kysyä, on mikä etäisyys voimme tarkkailla esineestä tulevaa valoa, jos se säteilyisi maailmankaikkeuden aivan alussa (joka on noin 13,7 miljardia vuotta vanha). Osoittautuu, että tämä etäisyys on 47 miljardia valovuotta (valovuosi on noin 63 241 kertaa maan ja auringon välinen etäisyys), ja sitä kutsutaan kosmologiseksi horisontiksi. Kysymys voidaan esittää hieman eri tavalla. Jos lähettäisimme viestin valon nopeudella, minkä etäisyyden voimme vastaanottaa sen? Tämä on vielä mielenkiintoisempaa, koska maailmankaikkeuden laajenemisnopeus kasvaa tulevaisuudessa.
Osoittautuu, että vaikka tämä viesti lentää ikuisesti, se voi tavoittaa vain ne, jotka ovat nyt 16 miljardin valovuoden päässä meistä. Tätä kutsutaan "kosmisten tapahtumien horisontiksi". Etäisin planeetta, jota voimme tarkkailla, on kuitenkin 25 tuhannen valovuoden päässä, joten voisimme silti tervehtiä kaikkia, jotka tällä hetkellä asuvat tässä universumissa. Mutta etäisyys, jolla nykyiset kaukoputkimme pystyivät erottamaan galaksin, on noin 13,3 miljardia valovuotta, joten emme näe mitä on maailmankaikkeuden reunalla. Kukaan ei tiedä, mitä molemmilla puolilla on."
Abigail Weiregg, apulaisprofessori, Kosmologisen fysiikan instituutti. Kavila Chicagon yliopistossa:
”Käyttämällä kaukoputkia maan päällä katsomme valoa, joka on peräisin maailmankaikkeuden kaukaisimmista paikoista. Mitä kauempana valonlähde on, sitä kauemmin tämän valon pääsy tänne. Siksi, kun katsot kaukaisia paikkoja, katsot, millaiset nuo paikat olivat, kun näkemäsi valo syntyi - eikä millään näillä paikoilla näyttää tänään. Voit jatkaa katsomista pidemmälle ja eteenpäin, mikä vastaa liikkumista eteenpäin ja eteenpäin ajassa, kunnes näet jotain, joka oli olemassa useita vuosituhansia Ison räjähdyksen jälkeen. Ennen sitä maailmankaikkeus oli niin kuuma ja tiheä (kauan ennen kuin oli tähtiä ja galakseja!), Että mikään maailmankaikkeuden valo ei koskaan voinut tarttua, sitä ei voida nähdä nykyaikaisilla kaukoputkilla. Tämä on "havaittavan maailmankaikkeuden" - horisontin - reuna, koska et voi nähdä mitään sen ulkopuolella. Aika menee, tämä horisontti on muuttumassa. Jos voisit katsoa maailmankaikkeutta toiselta planeetalta, näkisit todennäköisesti saman, mitä näemme maan päällä: oman horisontin, jota rajoittaa Suuresta räjähdyksestä kulunut aika, valon nopeus ja maailmankaikkeuden laajeneminen.
Miltä maapallon horisonttia vastaava paikka näyttää? Emme tiedä, koska voimme nähdä tämän paikan sellaisena kuin se oli heti Ison räjähdyksen jälkeen, emmekä nykyään. Mutta kaikki mittaukset osoittavat, että koko näkyvä maailmankaikkeus, myös havaittavissa olevan maailmankaikkeuden reuna, näyttää suunnilleen samalta, aivan kuten nykyinen paikallinen maailmankaikkeus: tähdet, galaksit, galaksiryhmät ja valtava tyhjä tila.
Katsomme myös, että maailmankaikkeus on paljon suurempi kuin se maailmankaikkeuden osa, jonka voimme nähdä maapallolta tänään, ja että itse universumilla ei ole sinänsä "reunaa". Se on vain laajeneva tila-aika."
Universumilla ei ole rajoja
Pittsburghin yliopiston fysiikan professori Arthur Kosovsky:
”Yksi maailmankaikkeuden perustavanlaatuisimmista ominaisuuksista on sen ikä, jonka eri mittausten mukaan määrittelemme nyt 13,7 miljardiksi vuodeksi. Koska tiedämme myös, että valo kulkee vakionopeudella, tämä tarkoittaa, että varhaisina aikoina ilmestynyt valonsäde on kulkenut tietyn matkan toistaiseksi (kutsutaan tätä "etäisyydeksi horisonttiin" tai "Hubble-etäisyydeksi"). Koska mikään ei voi kulkea valonopeutta nopeammin, Hubble-etäisyys on pisin etäisyys, jota olemme koskaan voineet noudattaa periaatteessa (ellemme löydä mitään tapaa kiertää relatiivisuuden teorian).
Meillä on valonlähde, joka tulee kohti meitä melkein Hubblen etäisyydeltä: kosminen mikroaaltosäteily. Tiedämme, että maailmankaikkeudella ei ole "reunaa" etäisyydellä mikroaaltouunilähteestä, joka on melkein koko Hubble-etäisyys meistä. Siksi oletamme yleensä, että maailmankaikkeus on paljon suurempi kuin oma havaittavissa oleva Hubble-tilavuus ja että todellinen mahdollinen reuna on paljon kauempana kuin voisimme koskaan havaita. Ehkä tämä ei ole totta: on mahdollista, että maailmankaikkeuden reuna sijaitsee heti Hubblen etäisyyden päässä meistä ja sen ulkopuolella - merihirviöt. Mutta koska koko havaitsemamme maailmankaikkeus on suhteellisen sama ja homogeeninen kaikkialla, tällainen käännös olisi hyvin outo.
Pelkään, että meillä ei koskaan ole hyvää vastausta tähän kysymykseen. Universumilla ei ehkä ole lainkaan reunaa, ja jos se on, se on riittävän kaukana, ettemme koskaan näe sitä. Meidän on ymmärrettävä vain se maailmankaikkeuden osa, jota voimme todella tarkkailla."
Ilja Khel