Die Giz Fordert

Das, was am Rand des Universums?

Abbildung: Chelsea Beck (Gizmodo) , Daniel KolitzToday 9:00amFiled: spaceFiled: Raum

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Die Giz AsksIn dieses Gizmodo-Serie, stellen wir Fragen über alles von Raum zu kippen und erhalten Sie Antworten von einer Vielzahl von Experten.

Es ist eine routine, die emotion in 2019, um dringend zu wünschen, vier oder fünf mal an einem Tag gestartet werden, die nicht einfach in den Raum sondern an den Rand des Universums, soweit es möglich ist, um aus der fever dream von schlechtem Wetter, kaputten Züge und möglicherweise cancerous Beine Läsionen dar, dass das Leben auf der Erde. Aber was würde auf Sie warten, bis die kosmologische Grenze? Ist es überhaupt eine Grenze, oder ist das, was wir zu tun haben, hier mehr wie eine Art von unvorstellbar großen Decke? Gibt es auch eine Grenze/Decke da oben überhaupt? Für diese Woche Giz Fragt, Sprachen wir mit einer Reihe von kosmologie-orientierten Physikern zu erfahren.

Sean Carroll

Research Professor, Physics, Caltech, deren Forschung konzentriert sich auf die Quantenmechanik, gravitation, kosmologie, statistische mechanik und Grundlagen der Physik, unter anderem

Es gibt keinen Rand des Universums, soweit wir wissen. Es gibt eine Kante des beobachtbaren Universums—wir können nur so weit sehen. Das ist, weil Licht sich mit einer endlichen Geschwindigkeit (ein lichtjahr pro Jahr), so wie wir sehen weit entfernte Dinge, die wir schauen auch rückwärts in der Zeit. Schließlich sehen wir, was passiert war, fast 14 Milliarden Jahren, der Rest der Strahlung aus dem Big Bang. Das ist die Kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, die uns umgibt von allen Seiten. Aber es ist nicht wirklich eine körperliche “edge” in irgendeinem sinnvollen Sinne.

Denn wir können nur so weit sehen, wir sind nicht sicher, was die Dinge sind, wie außerhalb unseres beobachtbaren Universums. Das Universum, das wir sehen, ist ziemlich einheitlich auf großen Skalen, und wahrscheinlich weiterhin buchstäblich für immer. Alternativ, das Universum könnte wrap-around wie eine (dreidimensionale version von a) Kugel oder torus. Wenn das wahr wäre, wäre das Universum endlich in Gesamtgröße, aber immer noch nicht eine Kante, wie ein Kreis hat nicht Anfang oder Ende.

Es ist auch möglich, dass das Universum nicht einheitlich Vergangenheit, was wir sehen können, und die Bedingungen sind sehr unterschiedlich von Ort zu Ort. Diese Möglichkeit ist die kosmologischen Multiversums. Wir wissen nicht, ob es ein Multiversum gibt, in diesem Sinne, aber da können wir nicht wirklich sehen, die eine oder andere Weise, ist es ratsam, halten einen offenen Geist.

“Denn wir können nur so weit sehen, wir sind nicht sicher, was die Dinge sind, wie außerhalb unseres beobachtbaren Universums. Das Universum, das wir sehen, ist ziemlich einheitlich auf großen Skalen, und wahrscheinlich weiterhin buchstäblich für immer.”

Jo Dunkley

Professor, Physik und Astrophysical Sciences, Princeton University, dessen Forschung in kosmologie und das Studium der Ursprünge und Entwicklung des Universums

Mehr von der gleichen!

Okay, so dass wir nicht wirklich denken, es ist ein Rand des Universums. Wir denken, dass es entweder weiterhin auf unendlich weit in alle Richtungen, oder vielleicht ist es eingewickelt auf sich selbst, so dass es nicht unendlich groß, aber noch hat keine Kanten. Die Oberfläche eines donut ist so: es hat keinen Rand. Es ist möglich, das ganze Universum ist auch so (aber in drei Dimensionen—die Oberfläche eines donut ist nur zwei-dimensional). Das bedeutet, dass Sie könnte den Weg in eine beliebige Richtung in den Weltraum auf ein Raumschiff, und wenn Sie reiste für lange genug, Sie würde wieder kommen, wo Sie gestartet. Keine Kanten.

Aber es ist auch eine Sache, die wir nennen die beobachtbaren Universums, das ist der Teil, der Raum, den wir tatsächlich sehen kann. Der Kante, ist der Ort, über die das Licht noch nicht Zeit gehabt, um uns zu erreichen, da der Beginn des Universums. Das ist nur der Rand von dem, was wir sehen können, und darüber hinaus ist wahrscheinlich mehr von der gleichen Dinge, die wir um uns herum sehen: super-Galaxien-Cluster, die jeweils riesige Galaxie mit Milliarden von Sternen und Planeten.

“Wir denken, dass es entweder weiterhin auf unendlich weit in alle Richtungen, oder vielleicht ist es eingewickelt auf sich selbst, so dass es nicht unendlich groß, aber noch hat keine Kanten. Die Oberfläche eines donut ist so: es hat keinen Rand. Es ist möglich, das ganze Universum ist auch so (aber in drei Dimensionen—die Oberfläche eines donut ist nur zwei-dimensional).”

Jessie Shelton

Assistant Professor, Physics and Astronomy, University of Illinois Urbana-Champaign, dessen Forschung konzentriert sich auf die Astrophysik und kosmologie

Das hängt davon ab, was du meinst mit dem Rand des Universums. Da die Lichtgeschwindigkeit endlich ist, sehen wir weiter und weiter aus im Raum, wir suchen weiter und weiter in der Zeit zurück — auch, wenn wir uns die Galaxis nebenan, Andromeda, wir sehen nicht, was jetzt passiert, aber was geschehen war, zwei und eine halbe Millionen von Jahren, als Andromeda Sternen emittiert das Licht, das unsere Teleskope sind erst jetzt erkennen. Das älteste Licht, das wir sehen können, stammt aus der am weitesten Weg ist, also in einem Sinn, der Rand des Universums ist das, was wir sehen können, in den meisten alten Licht, das uns erreicht. In unserem Universum, dies ist der kosmische Mikrowellen-hintergrund — ein leises, anhaltendes Nachglühen des Urknalls, die Kennzeichnung, wenn das Universum abgekühlt genug, um Atome zu bilden. Dies wird als die Oberfläche der letzten Streuung, da es markiert den Ort, wo die Photonen gestoppt ping-Pong um zwischen Elektronen in einem heißen, ionisierten plasma und begann streaming heraus durch transparente Raum, den ganzen Weg über Milliarden von Lichtjahren zu uns hinunter auf die Erde. Man könnte also sagen, dass der Rand des Universums ist die Oberfläche der letzten Streuung.

Das, was am Rand des Universums jetzt? Gut, wir wissen nicht — wir können nicht, wir müssten warten, bis das Licht emittiert, gibt es jetzt hier zu kommen, viele, viele Milliarden Jahre in der Zukunft, und da das Universum dehnt sich schneller und schneller, es wird wahrscheinlich nicht in der Lage sein, um es hier in allen—, aber wir können vermuten. Auf den größten Skalen unseres Universums sieht ziemlich viel dasselbe in jeder Richtung, in die wir schauen. Also Chancen sind, wenn Sie am Rand unseres beobachtbaren Universums heute, würden Sie sehen, ein Universum, das sah mehr oder weniger die gleichen wie bei uns — Galaxien, große und kleine, in alle Richtungen. Somit eine sehr gute Annahme für das, was am Rand des Universums ist jetzt, einfach, mehr Universum: Galaxien mehr, mehr Planeten, vielleicht sogar mehr lebende Dinge zu Fragen die gleiche Frage.

“…in einem Sinn, der Rand des Universums ist das, was wir sehen können, in den meisten alten Licht, die uns erreicht.”

Michael Troxel

Assistant Professor, Physik, Universität Duke, dessen Forschungen konzentriert sich auf die beobachtende und theoretische kosmologie

Trotz der Universum Wahrscheinlichkeit unendlich groß, es gibt tatsächlich mehr als eine praktische ‘edge’.

Wir denken, dass das Universum tatsächlich unendlich, es hat keine Kante, um es. Wenn das Universum ist “flach” (wie ein Blatt Papier), wie wir es getestet habe auf besser als ein Prozent Präzision, oder “öffnen” (wie ein Sattel), dann ist es wirklich unendlich. Wenn es ist ‘geschlossen’, das ist ein bisschen wie ein basketball, dann ist es nicht unendlich. Jedoch, wenn Sie weit genug in die eine Richtung, werden Sie schließlich am Ende wieder dort, wo Sie begonnen—man denke nur über das verschieben entlang der Oberfläche der Kugel. Wie ein hobbit namens Bilbo sagte einmal: “Der Weg geht immer weiter und weiter/Raus aus der Tür, wo Sie begann” (über und über…).

Das Universum hat immer noch eine ‘Kante’ für uns, wenn zwei, wirklich. Dies wird durch einen Teil der Allgemeinen Relativitätstheorie, die besagt, dass alle Dinge (einschließlich Licht) im Universum haben eine speed-limit—rund 670 Millionen Meilen pro Stunde—und das Tempolimit ist überall das gleiche. Unsere Messungen zeigen uns ebenfalls, dass das Universum expandiert in alle Richtungen, und nicht nur den ausbau, sondern ausbau schneller und schneller über die Zeit. Was dies bedeutet ist, dass, wenn wir beobachten, ein Objekt sehr weit von uns, das Licht, die das Objekt benötigt einige Zeit, um uns zu erreichen (die Entfernung, geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit). Die heikle Sache ist, weil der Raum expandiert, während das Licht reist zu uns, die Distanz, die das Licht zurücklegen muss, ist auch die Erhöhung im Laufe der Zeit auf dem Weg zu uns.

So die erste Sache, die Sie könnten Fragen, was ist die weiteste Entfernung konnten wir beobachten Licht von einem Objekt, wenn es emittiert wurden ganz am Anfang des Universums (das ist etwa 13,7 Milliarden Jahre alt). Das zeigt sich etwa 47 Milliarden Lichtjahre entfernt (ein lichtjahr ist etwa 63,241 mal die Entfernung zwischen Erde und Sonne), und wird als der “comoving Horizont”. Sie können auch bitten, die Frage etwas anders. Wenn wir eine Nachricht gesendet mit der Geschwindigkeit des Lichts, was ist der weiteste Abstand, dass jemand von einem anderen Planeten jemals empfangen könnte? Dies ist umso interessanter, da die Ausdehnung des Universums immer schneller in die Zukunft (statt Verlangsamung in der Vergangenheit).

Es stellt sich heraus, dass selbst wenn die Nachricht reiste für immer, es würde nur jemals in der Lage sein, jemanden zu erreichen, war 16 Milliarden Lichtjahre von uns jetzt. Dies wird als “cosmic event horizon’. Die entferntesten Planeten, dass wir in der Lage gewesen, zu beobachten, ist nur etwa 25 tausend Lichtjahre entfernt, obwohl, so könnten wir noch irgendwann Hallo sagen an alle, die wir kennen, vielleicht gibt es im Universum so weit. Die weiteste Distanz, die unsere heutigen Teleskope haben können, identifiziert eine Galaxie von uns ist nur etwa 13,3 Milliarden Lichtjahre, obwohl, so können wir nicht sehen, was ist bei einem dieser ‘Ränder’ jetzt. So weiß niemand, was auf entweder edge!

“Wenn Sie weit genug in die eine Richtung, werden Sie schließlich am Ende wieder dort, wo Sie begonnen.”

Abigail Vieregg

Assistant Professor an der Kavil Institut für Kosmologische Physik an der Universität von Chicago

Mit Teleskopen auf der Erde, wir betrachten Licht, das von weit entfernten Orten im Universum. Je weiter entfernt die Quelle des Lichtes ist, desto länger dauert es für das Licht zu bekommen hier. Also, wenn Sie an weit entfernten Orten, Sie schauen auf das, was diese Orte wurden, wie wenn das Licht, das Sie sah, war geschaffen—nicht an das, was diese Orte sind wie heute. Sie können immer auf der Suche weiter und weiter, entsprechend, weiter und weiter in der Zeit zurück, bis Sie auf einen entsprechenden Platz, um ein paar hunderttausend Jahre nach dem Urknall. Davor war das Universum so heiß und dicht (gut, bevor es Sterne und Galaxien!) dass jedes Licht im Universum nur verunsichert um, und wir können es nicht sehen mit unseren Teleskopen heute. Dieser Ort ist der Rand des “sichtbaren Universums”—manchmal als der Horizont—weil wir nicht sehen können, die darüber hinausgehen. Wie die Zeit vergeht, dieser Horizont verpasst. Wenn Sie hinausblicken konnte, von einem anderen Planeten irgendwo im Universum, vermutlich würden Sie sehen, dass etwas sehr ähnlich zu dem, was wir hier sehen, von der Erde: der eigene Horizont, begrenzt durch die Zeit, die verstrichen ist, seit dem Urknall, der Lichtgeschwindigkeit, und die, wie das Universum erweitert hat.

Was hat der Ort, der entspricht, um den Horizont der Erde heute Aussehen wie heute? Wir können nicht wissen, da wir nur die Ansicht, dass die Stelle, an der es war kurz nach dem Urknall, nicht wie es heute ist. Jedoch, alle Messungen zeigen, dass alle das Universum, das wir sehen können, einschließlich dem Rand des beobachtbaren Universums, sieht ungefähr wie unserem lokalen Universum heute: mit Sternen, Galaxien, Galaxienhaufen, und jede Menge leerer Raum.

Wir denken auch, dass das Universum ist viel viel größer als der Teil des Universums, den wir passieren, um in der Lage sein zu sehen, hier von der Erde heute, und es gibt keinen “Rand” des Universums selbst. Es ist nur die Raumzeit, die expandiert.

“Alle Messungen zeigen, dass alle das Universum, das wir sehen können, einschließlich dem Rand des beobachtbaren Universums, sieht ungefähr wie unserem lokalen Universum heute: mit Sternen, Galaxien, Galaxienhaufen, und jede Menge leerer Raum.”

Arthur B. Kosowsky

Professor, Physik, Universität von Pittsburgh, deren Forschung konzentriert sich auf die kosmologie und Fragen der theoretischen Physik

Eine der grundlegendsten Eigenschaften des Universums ist sein Alter, die aus einer Vielzahl von Messungen, die wir nun bestimmen werden 13,7 Milliarden Jahren. Weil wir auch wissen, dass das Licht breitet sich mit konstanter Geschwindigkeit bedeutet dies, dass ein Lichtstrahl, begann in einer sehr frühen Zeit gereist ist einem bestimmten Abstand von heute (dem sogenannten “Horizont-Distanz” oder die “Hubble-Entfernung”). Denn nichts vermehrt sich schneller als die Geschwindigkeit von Licht, das Hubble-Entfernung ist der weiteste Abstand, den wir jemals beobachten, im Prinzip (es sei denn, wir entdecken Sie einige Weg, um die Relativitätstheorie!).

Wir haben eine Lichtquelle, die zu uns kommt fast von der Hubble-Entfernung: die kosmische Mikrowellen-hintergrund-Strahlung. Wir wissen, dass es keinen “Rand” des Universums aus dem Abstand der Mikrowellen-hintergrund, der Herkunft, der fast die gesamte Hubble-Entfernung von uns. Also wir machen in der Regel die Annahme, dass das Universum ist viel größer als unsere eigenen beobachtbaren Hubble-Volumen, und keine eigentliche Kante, die existieren könnten, ist viel weiter entfernt, als wir jemals beobachten. Dies könnte unter Umständen nicht richtig sein: vielleicht hat das Universum einen Rand nur jenseits der Hubble-Entfernung von uns, und darüber hinaus ist sea Monster. Aber da alle das Universum, das wir beobachten können, sieht relativ ähnlich und uniform, das wäre ein äußerst merkwürdiger Zustand.

Also ich fürchte, dass wir nie eine gute Antwort auf die Frage: das Universum kann nicht einen Vorteil haben, und wenn es eine Kante, diese Kante ist weit genug entfernt, dass das Licht von der edge hat noch nicht genug Zeit gehabt, um uns in der gesamten Geschichte des Universums. Wir haben zu Regeln, die für das Verständnis der Teil des Universums, wir können tatsächlich beobachten.

“Vielleicht hat das Universum einen Rand nur jenseits der Hubble-Entfernung von uns, und darüber hinaus ist sea Monster. Aber da alle das Universum, das wir beobachten können, sieht relativ ähnlich und uniform, das wäre ein äußerst seltsamer Zustand.”

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