V roku 2019 je to bežná emócia - chcieť ísť štyrikrát alebo päťkrát denne, a to nielen do vesmíru, ale do samého konca sveta, pokiaľ je to možné, aby sa zbavila zlej posadnutosti alebo zlého počasia, oneskoreného vlaku alebo tesných nohavíc, ako sú bežné na zemi vecí. Čo vás však na tejto kozmologickej hranici čaká? O čo ide - na okraji sveta, na okraji vesmíru - čo uvidíme? Je to hranica alebo nekonečno všeobecne?
Spýtajme sa vedcov.
Na okraji sveta
Sean Carroll, profesor fyziky na Kalifornskom technologickom inštitúte:
„Pokiaľ vieme, vesmír nemá hranice. Pozorovateľný vesmír má výhodu - hranicu toho, čo vidíme. Dôvodom je, že svetlo cestuje konečnou rýchlosťou (jeden svetelný rok ročne), takže keď sa pozrieme na vzdialené veci, pozeráme sa späť v čase. Na samom konci vidíme, čo sa deje takmer 14 miliárd rokov, zvyškové žiarenie Veľkého tresku. Toto je kozmické mikrovlnné pozadie, ktoré nás obklopuje zo všetkých smerov. Toto však nie je fyzická hranica, ak to skutočne súdite.
Pretože to vidíme len tak ďaleko, nevieme, aké sú veci mimo nášho pozorovateľného vesmíru. Vesmír, ktorý vidíme, je vo veľkom meradle dosť homogénny a možno bude v tomto smere pokračovať doslova vždy. Alternatívne by sa vesmír mohol zložiť do gule alebo torusu. Ak je to tak, bude mať vesmír obmedzenú celkovú veľkosť, ale stále nebude mať žiadne hranice, rovnako ako kruh nemá začiatok ani koniec.
Je tiež možné, že vesmír nie je homogénny nad rámec toho, čo vidíme, a že podmienky sa od miesta k miestu veľmi líšia. Túto možnosť predstavuje vesmírny multivesmír. Nevieme, či multivesmír existuje v zásade, ale keďže nevidíme ani jedno, ani druhé, bolo by rozumné zostať nestranným. ““
Propagačné video:
Joe Dunkley, profesor fyziky a astrofyziky na Princetonskej univerzite:
„Áno, všetko je rovnaké!
Dobre, naozaj si nemyslíme, že vesmír má hranicu alebo hranu. Myslíme si, že to pokračuje nekonečne vo všetkých smeroch alebo sa ovíja okolo seba, takže nie je nekonečne veľké, ale stále nemá hrany. Predstavte si povrch šišky: nemá hranice. Možno je celý vesmír taký (ale v troch rozmeroch - na povrchu šišky sú iba dva rozmery). To znamená, že môžete cestovať vesmírnou loďou ľubovoľným smerom, a ak budete cestovať dosť dlho, vrátite sa na miesto, kde ste začali. Neexistuje žiadna hrana.
Ale existuje aj to, čo nazývame pozorovateľným vesmírom, čo je časť priestoru, ktorú môžeme skutočne vidieť. Okrajom tohto miesta je miesto, kde svetlo nemalo dosť času na to, aby sme sa k nám dostali od začiatku vesmíru. Vidíme iba takú hranu a pravdepodobne za ňou bude všetko, čo vidíme okolo: superklastre galaxií, z ktorých každá obsahuje miliardy hviezd a planét. ““
Posledný povrch rozptylu
Jesse Shelton, odborný asistent na Katedre fyziky a astronómie na University of Illinois v Urbana-Champaign:
„Všetko záleží na tom, čo máte na mysli na okraji vesmíru. Pretože rýchlosť svetla je obmedzená, čím ďalej a ďalej sa pozeráme do vesmíru, tým ďalej a ďalej sa pozeráme v čase - aj keď sa pozrieme na susednú galaxiu Andromeda, nevidíme, čo sa teraz deje, ale čo sa stalo pred dvoma a pol miliónmi rokov. keď hviezdy Andromedy vyžarovali svetlo, ktoré len teraz vstúpilo na naše teleskopy. Najstaršie svetlo, ktoré vidíme, pochádzalo z najhlbších hĺbok, takže v určitom zmysle je hrana vesmíru najstarším svetlom, ktoré sa k nám dostalo. V našom vesmíre je to kozmické mikrovlnné pozadie - slabý, predĺžený dosvit Veľkého tresku, ktorý predstavuje okamih, keď sa vesmír dostatočne ochladil, aby sa mohli tvoriť atómy. Toto sa nazýva povrch posledného rozptylu,pretože označuje miesto, kde sa fotóny prestali odrážať medzi elektrónmi v horúcej ionizovanej plazme a začali prúdiť von cez priehľadný priestor, miliardami svetelných rokov v našom smere. Môžeme teda povedať, že hrana vesmíru je povrchom posledného rozptylu.
Čo je teraz na okraji vesmíru? No, nevieme - a nemôžeme to zistiť, museli by sme počkať, kým tam svetlo vyžarované teraz a prichádzajúce k nám letí v budúcnosti mnoho miliárd rokov, ale ako sa vesmír rozširuje rýchlejšie a rýchlejšie, je nepravdepodobné, že uvidíme novú hranu vesmíru. … Môžeme len hádať. Náš vesmír vo veľkej miere vyzerá všade, kamkoľvek hľadáte, väčšinou rovnaký. Je pravdepodobné, že keby ste boli dnes na okraji pozorovateľného vesmíru, videli by ste vesmír, ktorý je viac-menej podobný nášmu: galaxie väčšie a menšie vo všetkých smeroch. Myslím si, že hrana vesmíru je teraz jednoducho ešte viac vesmíru: viac galaxií, viac planét, viac živých vecí kladúcich rovnakú otázku. ““
Michael Troxel, docent fyziky na Duke University:
„Aj keď je vesmír pravdepodobne nekonečný, v skutočnosti existuje viac ako jedna praktická hrana.
Myslíme si, že vesmír je skutočne nekonečný - a nemá hranice. Ak bol vesmír „plochý“(ako list papiera), keď sa naše testy ukázali až v percentuálnom bode alebo „otvorené“(ako sedlo), potom je to skutočne nekonečné. Ak je „uzavretý“ako basketbal, nie je nekonečný. Ak však pôjdete dosť ďaleko v jednom smere, skončíte tam, kde ste začali: predstavte si, že sa pohybujete po povrchu lopty. Ako hobit menom Bilbo kedysi povedal: „Cesta pokračuje vpred a dopredu …“. Znova a znova.
Vesmír má pre nás „výhodu“- dokonca dva. Je to kvôli časti všeobecnej relativity, ktorá uvádza, že všetky veci (vrátane svetla) vo vesmíre majú rýchlostný limit 299 792 458 m / s - a tento rýchlostný limit platí všade. Naše merania nám tiež hovoria, že vesmír sa rozširuje vo všetkých smeroch a rozširuje sa rýchlejšie a rýchlejšie. To znamená, že keď pozorujeme objekt, ktorý je od nás veľmi vzdialený, trvá nám určitý čas, kým sa k nemu dostane svetlo (vzdialenosť vydelená rýchlosťou svetla). Trik je v tom, že ako sa priestor rozširuje, keď sa svetlo pohybuje smerom k nám, vzdialenosť, ktorú musí svetlo prejsť, sa tiež zvyšuje v priebehu času, keď sa pohybuje smerom k nám.
Prvá vec, ktorú by ste sa mohli spýtať, je, aká je najvzdialenejšia vzdialenosť, ktorú by sme mohli pozorovať na svetlo od objektu, ak by bol emitovaný na samom začiatku vesmíru (ktorý je starý asi 13,7 miliárd rokov). Ukazuje sa, že táto vzdialenosť je 47 miliárd svetelných rokov (svetelný rok je približne 63 241 krát väčšia ako vzdialenosť medzi Zemou a Slnkom) a nazýva sa kozmologickým horizontom. Otázka môže byť položená trochu inak. Ak by sme poslali správu rýchlosťou svetla, ako ďaleko by sme ju mohli dostať? Toto je ešte zaujímavejšie, pretože v budúcnosti sa zvyšuje miera expanzie vesmíru.
Ukazuje sa, že aj keď táto správa navždy letí, môže sa dostať len k tým, ktorí sú od nás teraz vo vzdialenosti 16 miliárd svetelných rokov. Toto sa nazýva „horizont kozmických udalostí“. Najvzdialenejšia planéta, ktorú sme mohli pozorovať, je však vzdialená 25 000 svetelných rokov, takže by sme mohli pozdraviť každého, kto v súčasnosti žije v tomto vesmíre. Ale najvzdialenejšia vzdialenosť, v ktorej by naše súčasné teleskopy dokázali rozlíšiť galaxiu, je asi 13,3 miliárd svetelných rokov, takže nevidíme, čo je na okraji vesmíru. Nikto nevie, čo je na oboch stranách. ““
Abigail Weiregg, docentka, Ústav kozmetickej fyziky. Kavila na University of Chicago:
„Pomocou ďalekohľadov na Zemi sa pozeráme na svetlo zo vzdialených miest vo vesmíre. Čím ďalej je zdroj svetla, tým dlhšie trvá, kým sa toto svetlo dostane sem. Preto, keď sa pozriete na vzdialené miesta, pozeráte sa na to, aké boli tieto miesta, keď sa narodilo svetlo, ktoré ste videli - a nie na to, ako tieto miesta vyzerajú dnes. Stále sa môžete pozerať ďalej a ďalej, čo bude zodpovedať pohybu ďalej a ďalej v čase, až kým neuvidíte niečo, čo existovalo niekoľko tisícročí po Veľkom tresku. Predtým bol vesmír taký horúci a hustý (dlho predtým, ako existovali hviezdy a galaxie!), Že žiadne svetlo vo vesmíre sa nikdy nemohlo zachytiť, to sa nedá vidieť pomocou moderných teleskopov. Toto je hrana „pozorovateľného vesmíru“- horizont - pretože za ním nemôžete vidieť nič. Čas plynie, tento horizont sa mení. Keby ste sa mohli pozrieť na vesmír z inej planéty, pravdepodobne by ste videli to isté, čo vidíme na Zemi: vlastný horizont, obmedzený časom, ktorý uplynul od Veľkého tresku, rýchlosťou svetla a expanziou vesmíru.
Ako vyzerá miesto, ktoré zodpovedá zemskému horizontu? Nevieme, pretože toto miesto môžeme vidieť tak, ako to bolo bezprostredne po Veľkom tresku, a nie ako dnes. Všetky merania však ukazujú, že celý viditeľný vesmír, vrátane okraja pozorovateľného vesmíru, vyzerá rovnako, ako náš dnešný vesmír: s hviezdami, galaxiami, zhlukami galaxií a obrovským prázdnym priestorom.
Tiež si myslíme, že vesmír je omnoho väčší ako tá časť vesmíru, ktorú dnes môžeme vidieť zo Zeme, a že samotný vesmír nemá „hranu“ako takú. Je to len rozširujúci sa časopriestor. ““
Vesmír nemá hranice
Arthur Kosovsky, profesor fyziky na University of Pittsburgh:
„Jednou z najzákladnejších vlastností vesmíru je jeho vek, ktorý podľa rôznych meraní dnes definujeme ako 13,7 miliárd rokov. Pretože vieme aj to, že svetlo sa pohybuje konštantnou rýchlosťou, znamená to, že lúč svetla, ktorý sa objavil v skorých časoch, už prekonal určitú vzdialenosť (nazývajme túto „vzdialenosť k obzoru“alebo „Hubbleova vzdialenosť“). Pretože nič nemôže cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla, Hubbleova vzdialenosť bude v zásade najďalej vzdialená vzdialenosť, akú môžeme kedy pozorovať (pokiaľ nenájdeme nejaký spôsob, ako obísť teóriu relativity).
Máme svetelný zdroj prichádzajúci k nám z takmer Hubbleovej vzdialenosti: kozmické mikrovlnné žiarenie v pozadí. Vieme, že vesmír nemá „hranu“vo vzdialenosti od zdroja mikrovlnnej energie, čo je takmer celá vzdialenosť od nás. Preto zvyčajne predpokladáme, že vesmír je omnoho väčší ako náš pozorovateľný Hubbleov objem a že skutočná hrana, ktorá môže existovať, je oveľa ďalej, než sme kedy mohli pozorovať. Možno to nie je pravda: je možné, že okraj vesmíru sa nachádza hneď za vzdialenosť Hubbleovho prstenca od nás a za ním sú morské príšery. Ale pretože celý vesmír, ktorý pozorujeme, je všade rovnaký a homogénny, taký obrat by bol veľmi podivný.
Obávam sa, že na túto otázku nikdy nebudeme mať dobrú odpoveď. Vesmír nemusí mať hranu vôbec, a ak áno, bude to dosť ďaleko, že ho nikdy neuvidíme. Zostáva nám porozumieť iba tej časti vesmíru, ktorú skutočne môžeme pozorovať. ““
Ilja Khel