În 2019, aceasta este o emoție obișnuită - să dorești să mergi de patru sau cinci ori pe zi, nu doar în spațiu, ci până la sfârșitul lumii, pe cât posibil, pentru a scăpa de obsesia rea sau de vremea rea, un tren întârziat sau pantaloni strânși, atât de obișnuit. pe pământul lucrurilor. Dar ce vă va aștepta pe această frontieră cosmologică? Despre ce este vorba - marginea lumii, marginea universului - ce vom vedea acolo? Este o graniță sau infinit în general?
Să întrebăm oamenii de știință.
La marginea lumii
Sean Carroll, profesor de fizică la Institutul de Tehnologie din California:
„Din câte știm, universul nu are granițe. Universul observabil are o margine - limita a ceea ce putem vedea. Acest lucru se datorează faptului că lumina călătorește cu o viteză finită (un an lumină pe an), așa că atunci când privim lucruri îndepărtate, privim înapoi în timp. La final, vedem ce s-a întâmplat de aproape 14 miliarde de ani, radiația reziduală a Big Bang. Acesta este fundalul microundelor cosmice care ne înconjoară din toate direcțiile. Dar aceasta nu este o „graniță” fizică, dacă într-adevăr judecați asta.
Din moment ce nu putem vedea decât departe, nu știm cum stau lucrurile în afara universului nostru observabil. Universul pe care îl vedem este destul de omogen pe scară largă și, probabil, va continua întotdeauna așa. Alternativ, universul s-ar putea plia într-o sferă sau un torus. Dacă da, universul va fi limitat ca mărime totală, dar tot nu va avea graniță, la fel cum un cerc nu are început sau sfârșit.
Este, de asemenea, posibil ca universul să nu fie omogen dincolo de ceea ce putem vedea și că condițiile variază foarte mult de la un loc la altul. Această posibilitate este prezentată de multiversul cosmologic. Nu știm dacă multiversul există în principiu, dar din moment ce nu vedem nici unul, nici altul, ar fi rezonabil să rămânem imparțiali”.
Video promotional:
Joe Dunkley, profesor de fizică și științe astrofizice la Universitatea Princeton:
„Da, totul este la fel!
Bine, nu credem că universul are o graniță sau o margine. Credem că fie continuă la infinit în toate direcțiile, fie se înfășoară în jurul său, astfel încât nu este infinit de mare, dar încă nu are margini. Imaginează-ți o suprafață de gogoși: nu are granițe. Poate întregul univers este așa (dar în trei dimensiuni - există doar două dimensiuni la suprafața gogoașului). Aceasta înseamnă că puteți călători într-o navă spațială în orice direcție, iar dacă călătoriți suficient de mult, veți reveni la locul în care ați început. Nu există margine.
Dar există și ceea ce numim universul observabil, care este porțiunea de spațiu pe care o putem vedea efectiv. Marginea acestui loc este aceea în care lumina nu a avut suficient timp pentru a ajunge la noi încă de la începutul universului. Putem vedea doar o astfel de margine, și în spatele ei, probabil, va fi tot ceea ce vedem în jur: supercluzori de galaxii, fiecare dintre acestea conțin miliarde de stele și planete.
Ultima suprafață de împrăștiere
Jesse Shelton, profesor asistent la Departamentul de Fizică și Astronomie de la Universitatea Illinois din Urbana-Champaign:
„Totul depinde de ceea ce vrei să spui prin marginea universului. Deoarece viteza luminii este limitată, din ce în ce mai departe în spațiul pe care îl privim, din ce în ce mai departe în timp în care ne uităm - chiar și când privim galaxia vecină Andromeda, nu vedem ce se întâmplă acum, ci ceea ce s-a întâmplat acum două milioane și jumătate de ani când stelele lui Andromeda emiteau lumină care abia acum a intrat pe telescoapele noastre. Cea mai veche lumină pe care o putem vedea provenea din cele mai adânci adânci, astfel încât, într-un anumit sens, marginea universului este cea mai veche lumină care a ajuns la noi. În universul nostru, acesta este fundalul microundelor cosmice - ulterior, slab și prelungit al Big Bang-ului, care marchează momentul în care universul s-a răcit suficient încât să permită formarea atomilor. Aceasta se numește suprafața ultimei împrăștieri,deoarece marchează locul în care fotonii au încetat să sară între electroni în plasma fierbinte ionizată și au început să curgă prin spațiul transparent, miliarde de ani lumină în direcția noastră. Astfel, putem spune că marginea universului este suprafața ultimei împrăștieri.
Ce este la marginea universului chiar acum? Ei bine, nu știm - și nu putem afla, ar trebui să așteptăm până când lumina emisă acolo și venind spre noi zboară multe miliarde de ani în viitor, dar pe măsură ce universul se extinde din ce în ce mai repede, este puțin probabil să vedem o nouă margine a universului. … Putem doar ghici. La scară largă, universul nostru arată mai ales la fel, oriunde ați privi. Șansele sunt bune că dacă ai fi la marginea universului observabil astăzi, ai vedea un univers care este mai mult sau mai puțin similar cu al nostru: galaxii, mai mari și mai mici, în toate direcțiile. Cred că acum marginea universului este pur și simplu chiar mai mult a universului: mai multe galaxii, mai multe planete, mai multe lucruri vii, punând aceeași întrebare."
Michael Troxel, profesor asociat de fizică la Universitatea Duke:
„În timp ce universul are probabil o dimensiune infinită, există de fapt mai multe decât o„ margine”practică.
Credem că universul este de fapt infinit - și nu are granițe. Dacă Universul ar fi „plat” (ca o foaie de hârtie), după cum au apărut testele noastre până la un punct procentual, sau „deschis” (ca o șa), atunci este într-adevăr infinit. Dacă este „închis” ca un baschet, atunci nu este infinit. Cu toate acestea, dacă mergeți destul de departe într-o direcție, veți ajunge acolo unde ați început: imaginați-vă că vă deplasați pe suprafața unei mingi. Cum un hobbit pe nume Bilbo spunea odată: „Drumul merge înainte și înainte …”. Iar si iar.
Universul are o „margine” pentru noi - chiar și doi. Acest lucru se datorează unei părți a relativității generale, care afirmă că toate lucrurile (inclusiv lumina) din univers au o limită de viteză de 299.792.458 m / s - și această limită de viteză se aplică peste tot. Măsurătorile noastre ne spun, de asemenea, că universul se extinde în toate direcțiile și se extinde din ce în ce mai repede. Aceasta înseamnă că atunci când observăm un obiect care este foarte departe de noi, este nevoie de timp pentru ca lumina de la acel obiect să ajungă la noi (distanța împărțită de viteza luminii). Trucul este că pe măsură ce spațiul se extinde pe măsură ce lumina călătorește spre noi, distanța pe care trebuie să o parcurgă lumina crește, de asemenea, în timp, pe măsură ce călătorește spre noi.
Așadar, primul lucru pe care l-ați putea întreba este, care este cea mai îndepărtată distanță de care am putea observa lumina de la un obiect dacă ar fi emisă chiar de la începutul universului (care are aproximativ 13,7 miliarde de ani). Se dovedește că această distanță este de 47 de miliarde de ani-lumină (un an-lumină este de aproximativ 63.241 de ori distanța dintre Pământ și Soare) și este denumită orizont cosmologic. Întrebarea poate fi pusă oarecum altfel. Dacă am fi trimis un mesaj cu viteza luminii, la ce distanță l-am putea primi? Acest lucru este și mai interesant, deoarece rata de extindere a universului în viitor crește.
Se dovedește că, chiar dacă acest mesaj zboară pentru totdeauna, nu poate ajunge decât la cei aflați acum la o distanță de 16 miliarde de ani lumină de noi. Aceasta se numește „orizontul evenimentelor cosmice”. Cu toate acestea, cea mai îndepărtată planetă pe care am putut să o observăm este la 25 de mii de ani lumină distanță, așa că am putea încă să salutăm pe toți cei care trăiesc în acest univers în acest moment. Dar cea mai îndepărtată distanță la care telescoapele noastre actuale ar putea distinge o galaxie este de aproximativ 13,3 miliarde de ani-lumină, deci nu putem vedea ce se află la marginea universului. Nimeni nu știe ce este de ambele părți.
Abigail Weiregg, profesor asociat, Institutul de Fizică Cosmologică. Kavila la Universitatea din Chicago:
„Folosind telescoape pe Pământ, privim lumina emanată din locuri îndepărtate din univers. Cu cât sursa de lumină este mai îndepărtată, cu atât este mai lungă pentru ca această lumină să ajungă aici. Prin urmare, când te uiți la locuri îndepărtate, te uiți cum au fost acele locuri când s-a născut lumina pe care ai văzut-o - și nu cum arată aceste locuri astăzi. Puteți continua să priviți din ce în ce mai departe, ceea ce va corespunde deplasării mai departe și mai departe în timp, până când veți vedea ceva care a existat câteva milenii după Big Bang. Înainte de asta, universul era atât de fierbinte și de dens (cu mult timp înainte să existe stele și galaxii!) Încât orice lumină din univers nu putea să se prindă niciodată, nu poate fi văzută cu telescoape moderne. Aceasta este marginea „universului observabil” - orizontul - deoarece nu puteți vedea nimic dincolo de el. Timpul trece, acest orizont se schimbă. Dacă ai putea privi Universul de pe o altă planetă, probabil ai vedea același lucru pe care îl vedem pe Pământ: propriul orizont, limitat de timpul care a trecut de la Big Bang, viteza luminii și expansiunea universului.
Cum arată locul care corespunde orizontului pământului? Nu știm, pentru că putem vedea acest loc așa cum a fost imediat după Big Bang, și nu așa cum este astăzi. Dar toate măsurătorile arată că întreg universul vizibil, inclusiv marginea universului observabil, arată cam la fel, la fel ca universul nostru de astăzi: cu stele, galaxii, ciorchini de galaxii și un spațiu gol imens.
De asemenea, credem că universul este mult mai mare decât partea din univers pe care o putem vedea astăzi de pe Pământ și că universul în sine nu are „margine” în sine. Este doar un spațiu-timp în expansiune.
Universul nu are granițe
Arthur Kosovsky, profesor de fizică la Universitatea din Pittsburgh:
„Una dintre cele mai fundamentale proprietăți ale universului este vârsta lui, pe care, după diferite măsurători, o definim acum ca 13,7 miliarde de ani. Deoarece știm, de asemenea, că lumina călătorește cu o viteză constantă, asta înseamnă că o rază de lumină apărută în timpurile timpurii a parcurs o anumită distanță până acum (să numim această „distanță până la orizont” sau „Distanța Hubble”). Deoarece nimic nu poate călători mai repede decât viteza luminii, distanța Hubble va fi cea mai îndepărtată distanță pe care o putem observa vreodată în principiu (cu excepția cazului în care vom găsi vreun fel de a ocoli teoria relativității).
Avem o sursă de lumină care vine spre noi de la distanța aproape Hubble: radiații cosmice de fundal cu microunde. Știm că universul nu are o „margine” la distanța față de sursa de microunde, care este aproape întreaga distanță Hubble de noi. Prin urmare, de obicei presupunem că universul este mult mai mare decât volumul nostru Hubble observabil și că marginea reală care poate exista este mult mai departe decât am putea observa vreodată. Poate că acest lucru nu este adevărat: este posibil ca marginea universului să fie situată imediat dincolo de distanța Hubble de noi, și dincolo de ea - monștrii de mare. Dar, întrucât întregul univers pe care îl observăm este relativ același și omogen peste tot, o astfel de întorsătură ar fi foarte ciudată.
Mă tem că nu vom avea niciodată un răspuns bun la această întrebare. Universul poate să nu aibă deloc o margine și, dacă se va întâmpla, va fi destul de departe încât nu îl vom vedea niciodată. Rămâne să înțelegem doar acea parte a Universului pe care o putem observa cu adevărat.
Ilya Khel
