Giz Spør

Hva som er på Kanten av Universet?

Illustrasjon: Chelsea Beck (Gizmodo) Daniel Kolitz34 minutter agoFiled til: spaceFiled til: plass

• plass
• fysikk
• universet
• kosmologi

11

• Redigere
• Embiggen
• Send til Redaksjonen
• Fremme
• Dele for å Kinja
• Flytte annonsetidspunkter
• Endring i artikkelen video
• Gå til permalink

Giz AsksIn dette Gizmodo-serien, kan vi stille spørsmål om alt fra plass til å rumper og få svar fra et utvalg av eksperter.

Det er en rutine følelser i 2019 å raskt ønsker, fire eller fem ganger på en dag, til å bli lansert ikke bare i rommet, men til svært kanten av universet, så langt som det er mulig å komme seg fra feber drøm av dårlig vær, busted tog og potensielt cancerous låret lesjoner som utgjør livet på Jorden. Men hva ville være venter på deg, opp på den kosmologiske grensen? Er det enda en ramme, eller er det vi arbeider med her, mer som en slags naturskjønnheten som noe ubegripelig stort tak? Er det enda en ramme/tak oppe i det hele? For denne uken er Giz Spør, vi snakket med en rekke kosmologi-orientert fysikere til å finne det ut.

Sean Carroll

Forskning Professor, Fysikk, Caltech, hvis forskning fokuserer på quantum mechanics, gravitasjon, kosmologi, statistisk mekanikk, og grunnlaget for fysikk, blant annet

Det er ingen kant til universet, så vidt vi vet. Det er en kant til det observerbare universet—vi kan bare se så langt ut. Det er fordi lyset reiser på et begrenset hastighet (en lys-år per år), slik som vi ser i det fjerne ting vi ser også bakover i tid. Til slutt ser vi på hva som skjedde nesten 14 milliarder år siden, det som er att strålingen fra Big Bang. Det er Cosmic Microwave Background, som omgir oss på alle kanter. Men det er egentlig ikke en fysisk “edge” i noen nyttige forstand.

Fordi vi kun kan se så langt, vi er ikke sikker på hva ting som er utenfor vår observerbare universet. Universet vi ser er nokså ensartet på store skalaer, og kanskje det fortsetter bokstavelig talt for alltid. Alternativt, universet kan vikle rundt som en (tre-dimensjonal versjon av a) sphere eller eks. Hvis dette var sant, universet ville være begrenset i total størrelse, men fortsatt ikke ville ha en kant, akkurat som en sirkel ikke har en begynnelse eller slutt.

Det er også mulig at universet er ikke ensartet forbi hva vi kan se, og forholdene er svært forskjellige fra sted til sted. Denne muligheten er den kosmologiske multivers. Vi vet ikke om det er et multivers i denne forstand, men siden vi ikke kan faktisk ikke se en eller annen måte, er det lurt å holde et åpent sinn.

“Fordi vi kan bare se så langt, vi er ikke sikker på hva ting som er utenfor vår observerbare universet. Universet vi ser er nokså ensartet på store skalaer, og kanskje det fortsetter bokstavelig talt til evig tid.”

Jo Dunkley

Professor, Fysikk og Astrofysiske Sciences, Princeton University, hvis forskning er i kosmologi og studere opprinnelsen og utviklingen av Universet

Mer av det samme!

Okay, så vi egentlig ikke tror det er en kant til universet. Vi tror det enten fortsetter på uendelig langt i alle retninger, eller kanskje det er pakket inn på seg, slik at det ikke er uendelig stor, men fortsatt har ingen kanter. Overflaten på en smultring er sånn: det har ikke en kant. Det er mulig at hele universet er som det også (men i tre dimensjoner—overflaten på en smultring er bare to-dimensjonal). Det betyr at du kan sette av i hvilken som helst retning i verdensrommet på en rakett skipet, og hvis du reist lenge nok vil du komme tilbake til der du startet. Ingen kanter.

Men det er også en ting vi kaller det observerbare universet, som er den delen av verdensrommet som vi kan faktisk se. Kanten av at stedet utover som lys har ikke hatt tid til å komme oss siden begynnelsen av universet. Det er bare kanten av hva vi kan se, og utover det er sannsynligvis mer av de samme tingene som vi kan se rundt oss: super-klynger av galakser, hver enorme galaxy inneholder milliarder av stjerner og planeter.

“Vi tror det enten fortsetter på uendelig langt i alle retninger, eller kanskje det er pakket inn på seg, slik at det ikke er uendelig stor, men fortsatt har ingen kanter. Overflaten på en smultring er sånn: det har ikke en kant. Det er mulig at hele universet er som det også (men i tre dimensjoner—overflaten på en smultring er bare to-dimensjonal).”

Jessie Shelton

Assistant Professor, Fysikk og Astronomi, University of Illinois at Urbana-Champaign, hvis forskning fokuserer på astrofysikk og kosmologi

Det kommer an på hva du mener med kanten av universet. Fordi lysets hastighet er begrenset, så vi ser lenger og lenger ut i verdensrommet, ser vi lenger og lenger tilbake i tid — også når vi ser på galaxy neste dør, Andromeda, ser vi ikke hva som skjer nå, men hva som skjedde to og en halv millioner av år siden, da Andromeda stjerner som slippes ut lys som våre teleskoper er bare nå å oppdage. Det eldste lyset vi kan se har kommet fra lengst borte, så på en måte kanten av universet er hva vi kan se i de gamle lyset som når oss. I vårt univers, dette er cosmic microwave background — en svak, dvelende etterglød av Big Bang, merking når universet avkjølt nok til å la atomer form. Dette kalles overflaten av siste spredning, siden det markerer stedet der fotoner stoppet ping-ponging rundt mellom elektroner i et varmt, ionisert plasma og begynte streaming ut gjennom gjennomsiktig plass, hele veien over milliarder av lysår ned til oss på Jorden. Så du kan si at kanten av universet er overflaten av siste spredning.

Hva som er på kanten av universet akkurat nå? Vel, vi vet ikke — vi kan ikke, vi måtte vente for lys som slippes ut dit nå for å få her mange, mange milliarder av år inn i fremtiden, og siden universet utvider seg raskere og raskere, vil den sannsynligvis ikke være i stand til å gjøre det her i det hele tatt — men vi kan gjøre en gjetning. På den største skalaer, vårt univers ser ganske mye av det samme i hvilken som helst retning vi ser. Så oddsen er, hvis du var på kanten av våre observerbare universet i dag, ville dere se et univers som så mer eller mindre det samme som oss — galakser, store og små, i alle retninger. Dermed en veldig god gjetning for hva som er på kanten av universet nå er rett og slett mer universet: mer galakser, flere planeter, kanskje enda mer levende ting å spørre det samme spørsmålet.

“…på en måte kanten av universet er hva vi kan se i de gamle lyset som når oss.”

Michael Troxel

Assistant Professor, Fysisk, Duke University undersøkelser som fokuserer på observasjonelle og teoretiske kosmologi

Til tross for Universet sannsynlig å være uendelig i størrelse, det er faktisk mer enn et praktisk “edge”.

Vi tror Universet er faktisk uendelig—det har ingen kant til det. Hvis Universet er “flat” (som et ark), som vi har testet den for å være bedre enn en prosent presisjon, eller “åpne” (som en sal), så er det virkelig er uendelig. Hvis det er “lukket”, som er typen som en basketball, så det er ikke uendelig. Imidlertid, hvis du går langt nok i en retning, vil du til slutt ende opp tilbake der du startet—bare tenke på å flytte langs overflaten av ballen. Som en hobbit som heter Bilbo sa en gang, “Veien går stadig på og på/Ut fra døren der det begynte” (igjen og igjen…).

Universet har fortsatt en “edge” for oss, men to, egentlig. Dette er på grunn av en del av Generelle Relativitetsteori som sier at alle ting (inkludert lys) i Universet har en fartsgrense—rundt 670 millioner miles per time—og at fartsgrensen er den samme overalt. Våre målinger også fortelle oss at Universet ekspanderer i alle retninger, og ikke bare utvide, men det utvider seg raskere og raskere over tid. Hva dette betyr er at når vi observerer et objekt veldig langt fra oss, lys fra det objektet som tar litt tid å komme oss (avstand delt på speed of light). Det vanskelige ting er at fordi plass er å utvide samtidig som at lyset reiser til oss, den avstanden lyset har til å reise er også økende over tid på veien til oss.

Så det første du kan stille er hva som er lengst avstand kunne vi observere lyset fra et objekt hvis det ble sluppet ut på begynnelsen av Universet (som er ca 13,7 milliarder år gammel). Dette viser seg å være om lag 47 milliarder lysår unna (en lys-året er om 63,241 ganger avstanden mellom Jorden og Solen), og er kalt “comoving horizon”. Du kan også stille spørsmålet på en litt annen måte. Hvis vi sendte en melding på speed of light, hva som er lengst unna at noen fra en annen planet noensinne kunne få det? Dette er enda mer interessant, fordi utvidelsen pris av Universet blir raskere i fremtiden (i stedet for å bremse ned i det siste).

Det viser seg at selv om meldingen reiste for alltid, det ville bare være i stand til å nå noen som var 16 milliarder lysår fra oss nå. Dette kalles ‘kosmiske event horizon”. Lengst planeten som vi har vært i stand til å observere er bare om lag 25 tusen lysår unna, skjønt, så vi kan fortsatt til slutt si hei til alle vi kjenner som kan finnes i Universet så langt. Lengst avstand vår nåværende teleskoper kan ha identifisert en galakse fra oss er bare om 13.3 milliarder lysår, skjønt, så vi kan ikke se hva som står på en av disse “kantene” rett nå. Så ingen vet hva som står på begge kanter!

“Hvis du går langt nok i en retning, vil du til slutt ende opp tilbake der du startet.”

Abigail Vieregg

Assistant Professor ved Kavil Institutt for Kosmologiske Fysikk ved Universitetet i Chicago

Ved hjelp av teleskoper på Jorden, vi ser på lys som kommer fra fjerne steder i universet. Jo lenger unna lyskilden er, jo lenger tid det tar for lyset å få her. Så, når du ser på, langt unna steder, du ser på hva de stedene var som når lys som du så, var skapt—ikke på hva de stedene som i dag. Du kan holde utkikk lenger og lenger bort, tilsvarende lenger og lenger tilbake i tid, helt til du treffer en plass som svarer til et par hundre tusen år etter Big Bang. Før det, universet var så varmt og tett (vel, før det var stjerner og galakser!) som noen lys i universet bare skranglet rundt, og vi kan ikke se det med våre teleskoper i dag. Dette stedet er kanten av “observerbare universet”—noen ganger kalles de horizon—fordi vi ikke kan se forbi det. Som tiden går, denne horisonten endringer. Hvis du kunne se ut fra en annen planet et annet sted i universet, antagelig vil du se noe som er svært likt det vi ser her fra Jorden: din egen horisont, begrenset av den tiden som har gått siden the Big Bang, lysets hastighet, og hvordan universet har utvidet seg.

Hva betyr det stedet som tilsvarer Jordens horisont i dag ser ut i dag? Vi kan ikke vite, siden vi kan bare se den plass som det var like etter Big Bang, ikke som den er i dag. Men alle målinger tyder på at alle av universet som vi kan se, herunder kanten av det observerbare universet, ser ut omtrent som vår lokale universet gjør i dag: med stjerner, galakser, og klynger av galakser, og massevis av ledig plass.

Vi tror også at universet er mye, mye større enn den delen av universet som vi skje for å være i stand til å se her på Jorden i dag, og det er ingen “edge” til universet selv. Det er bare rom og tid, utvide.

“Alle målingene tyder på at alle av universet som vi kan se, herunder kanten av det observerbare universet, ser ut omtrent som vår lokale universet gjør i dag: med stjerner, galakser, og klynger av galakser, og mange av tomrom.”

Arthur B. Kosowsky

Professor, Fysikk, Universitetet i Pittsburgh, hvis forskning fokuserer på kosmologi og relaterte problemstillinger i teoretisk fysikk

En av de mest fundamentale egenskapene i universet er sin alder, som fra et utvalg av målinger vi nå bestemme å være 13,7 milliarder år. Fordi vi vet også at lyset forplanter på en konstant hastighet, betyr dette at et lys ray som startet ut på et svært tidlig tidspunkt har reist en bestemt avstand av i dag (såkalt “horizon avstand” eller “Hubble avstand”). Siden ingenting forplanter seg raskere enn lysets hastighet, Hubble avstand er lengst avstanden vi noen gang kan observere i prinsippet (med mindre vi oppdage noen vei rundt relativitetsteorien!).

Vi har en kilde av lys som kommer til oss fra nesten Hubble avstand: cosmic microwave background-stråling. Vi vet at det er ingen “edge” til universet ut til en avstand av mikrobølgeovn bakgrunn opprinnelse, som er nesten hele Hubble avstand fra oss. Slik vi vanligvis gjør antagelsen om at universet er mye større enn vår egen observerbare Hubble volum, og noen faktiske kant som kan finnes er mye lenger unna enn vi noen gang kan observere. Dette kan tenkes å ikke være riktig: kanskje universet har en kant rett utenfor Hubble avstand fra oss, og utover det er sjømonstre. Men siden alt i universet vi kan observere ser relativt lik og ensartet, ville dette være en svært merkelig tilstand.

Så jeg er redd for at vi aldri har et godt svar på spørsmålet: universet kan ikke ha en kant i det hele tatt, og hvis det ikke har en kant, er at kanten er langt nok unna at lyset fra den kanten har ennå ikke hadde nok tid til å komme til oss i hele historien av universet. Vi er nødt til å betale for å forstå en del av universet kan vi faktisk observere.

“Kanskje universet har en kant rett utenfor Hubble avstand fra oss, og utover det er sjømonstre. Men siden alt i universet vi kan observere ser relativt lik og ensartet, ville dette være en svært merkelig tilstand.”

Har du et brennende spørsmål for Giz Spør? Send oss e-post på tipbox@gizmodo.com.

Deler Denne Historien