Pokud jste se jít tak daleko do prostoru, jak si dokážete představit, co by se setkáte? Byl by limit, jak daleko byste mohli jít, nebo byste mohli cestovat neomezenou vzdáleností? By se vám nakonec vrátí do výchozího bodu, nebo byste i nadále procházet místa, které jste nikdy nesetkali? Jinými slovy, má vesmír okraj, a pokud ano, kde je?

Věřte tomu nebo ne, ve skutečnosti existují tři různé způsoby, jak přemýšlet o této otázce, a každý z nich má jinou odpověď. Pokud zvážíte, jak daleko byste mohli jít, pokud:

• dnes v libovolně silné rakety,
• za vše, co by mohlo někdy nás kontaktovat nebo být kontaktován od začátku horkého Velkého Třesku,
• nebo použít svou představivost sama pro přístup k celý Vesmír, včetně nad rámec toho, co kdy bude pozorovatelná,

můžete zjistit, jak daleko je to na hraně. V každém případě je odpověď fascinující.

klíčovým konceptem mít na paměti, je, že prostor není, jak jsme normálně otěhotnět. Konvenčně uvažujeme o prostoru jako o souřadnicovém systému-trojrozměrné mřížce-kde nejkratší vzdálenost mezi dvěma body je přímka a kde se vzdálenosti v průběhu času nemění.

Ale oba tyto předpoklady, tak důkladně dobré v našem každodenním životě, neúspěšná, když se začneme dívat ve větším měřítku Vesmíru, mimo naši vlastní planetu. Pro začátek, myšlenka, že nejkratší vzdálenost mezi dvěma body je přímka se rozpadne, jakmile začnete zavedení masy a energický quanta do Vesmíru. Protože prostoročas podléhá zakřivení, jehož příčinou je přítomnost hmoty a energie, nejkratší vzdálenost mezi dvěma body je neodmyslitelně závislá na tvaru vesmíru mezi těmito body.

kromě toho, časoprostoru samo o sobě nemá zůstávají statické v průběhu času. Ve Vesmíru, který je naplněn hmoty a energie, statický, neměnný Vesmír (kde vzdálenosti mezi body zůstávají stejné v průběhu času) je ze své podstaty nestabilní; Vesmír se musí vyvíjet buď rozšíření nebo smluvní. Pokud je Einsteinova obecná teorie Relativity správná, je to povinné.

pozorovatelně je důkaz, že náš vesmír se rozšiřuje, ohromující: velkolepé ověření Einsteinových předpovědí. Ale to s sebou nese řadu důsledků pro objekty oddělené kosmickými vzdálenostmi, včetně toho, že vzdálenost mezi nimi se v průběhu času rozšiřuje. Dnes, nejvíce vzdálených objektů můžeme vidět, jsou více než 30 miliard světelných let daleko, a to navzdory skutečnosti, že pouze 13,8 miliard let uplynulo od Velkého Třesku.

Když jsme se měřit, jak vzdálené různých objektů jsou z jejich fyzické a světelné vlastnosti — spolu s částkou, kterou jejich světlo bylo posunuto o expanzi Vesmíru je — můžeme pochopit, z čeho se skládá Vesmír. Náš vesmírný koktejl, v současné době se skládá:

• 0.01% záření ve formě fotonů,
• 0.1% neutrina, nepolapitelný, nízkou hmotnost částic téměř stejně četné jako fotony,
• 4.9% normální hmoty, vyrobené většinou ze stejné věci jsme: protony, neutrony a elektrony,
• 27% temná hmota, neznámá látka, která tíhne, ale ani nevyzařuje, ani absorbuje světlo,
• a 68% temné energie, což je energie vlastní prostor, který způsobuje, že vzdálené objekty k urychlení v jejich recese od nás.

když tyto efekty spojíte dohromady, získáte jedinečnou a jednoznačnou předpověď, jak daleko je za všech okolností minulost a přítomnost na okraji pozorovatelného vesmíru.

to je velký problém! Většina lidí předpokládá, že pokud má Vesmír okolo 13,8 miliard let od Velkého Třesku, pak limit na to, jak daleko můžeme vidět bude 13,8 miliardy světelných let, ale to není úplně v pořádku.

pouze pokud by vesmír byl statický a nerozšířil by se, byla by to pravda, ale faktem je toto: čím dál se díváme, tím rychleji se zdá, že vzdálené objekty se od nás zrychlují. Míra tohoto rozšíření změny způsobem, který je předvídatelné na základě toho, co je ve Vesmíru, a naopak, věděl, co je ve Vesmíru a pozorovat, jak rychle se objekty rozbalte nám říká, jak daleko jsou. Když jsme se všechny dostupné údaje, se dostáváme na jedinečnou hodnotu pro všechno dohromady, včetně vzdálenosti k pozorovatelné kosmický horizont: 46,1 miliard světelných let.

tato hranice však není“ hranou “ vesmíru v žádném konvenčním smyslu slova. Není to hranice ve vesmíru vůbec; pokud bychom se stalo, že se nachází na jiném místě ve vesmíru, mohli bychom ještě být schopen detekovat a sledovat všechno kolem nás, ve které 46,1 miliard světelných let oblasti se soustředil na nás.

je to proto, že „hrana“ je hranice v čase, spíše než v prostoru. Tato hrana představuje hranici toho, co můžeme vidět, protože rychlost světla — a to i v rozšiřující se Vesmír řídí Obecné Relativity — umožňuje pouze signály cestovat tak daleko celém Vesmíru je 13,8 miliardy let historie. Tato vzdálenost je dále než 13.8 miliard světelných let kvůli expanzi vesmíru, ale stále je konečný. Nemůžeme však dosáhnout všeho.

Nad určitou vzdálenost, můžeme vidět světlo, které bylo již emitované dávno, ale nikdy se nebudete vidět světlo, které je vyzařováno teď: 13,8 miliard let po Velkém Třesku. Mimo určité specifické vzdálenost — vypočítá (podle mě) na přibližně 18 miliard světelných let daleko v současné době — a to i signál pohybuje rychlostí světla, nikdy nás kontaktovat.

Podobně, to znamená, že pokud jsme byli v libovolně vysoké-poháněl raketu, všechny objekty, které v současné době obsažené v této 18 miliard světelných let poloměru by být časem dostupný u nás, i když Vesmír se dál rozpínal a tyto vzdálenosti i nadále zvyšovat. Objekty mimo něj by však nikdy nebyly dosažitelné. I tak jsme dosáhli větší a větší vzdálenosti, by se ustupovat rychleji, než jsme mohli někdy cestování, nám brání v návštěvě je po celou věčnost. Již 94% všech galaxií v pozorovatelném vesmíru je mimo náš věčný dosah.

A přesto, tam je jiný „edge“, které bychom mohli chtít, aby zvážila: za hranice toho, co můžeme pozorovat dnes, nebo dokonce to, co můžeme potenciálně pozorovat libovolně daleko do budoucnosti, když jsme spustili naše teoretické hodiny se směrem k nekonečnu. Můžeme zvážit, jak velký je celý vesmír – nepozorovatelný vesmír-a zda se skládá do sebe nebo ne.

způsob, jakým na to můžeme odpovědět, je založen na extrapolaci toho, co pozorujeme, když se snažíme měřit prostorové zakřivení vesmíru: množství, které prostor je zakřivený v největším měřítku můžeme pozorovat. Pokud je vesmír pozitivně zakřivený, rovnoběžné čáry se sbíhají a tři úhly trojúhelníku budou součet více než 180 stupňů. Pokud je vesmír záporně zakřivený, rovnoběžné čáry se budou lišit a tři úhly trojúhelníku budou součet menší než 180 stupňů. A pokud je vesmír plochý, rovnoběžné čáry zůstanou rovnoběžné a všechny trojúhelníky budou obsahovat přesně 180 stupňů.

způsob, jakým to děláme, je, aby se co nejvíce vzdálených signálů, jako je světlo, které zbylo po Velkém Třesku, a podrobně zkoumat, jak výkyvy jsou vzorované. Pokud Vesmír je zakřivený v pozitivním nebo negativním směru, kolísání vzory, které pozorujeme, skončí zkreslené, aby se objeví na buď větší nebo menší úhlové stupnice, na rozdíl od plochého Vesmíru.

Když jsme se vzít to nejlepší dostupné údaje, které pochází z kosmického mikrovlnného pozadí je kolísání a podrobnosti o tom, jak galaxie clusteru společně na velké váhy v různých vzdálenostech, dojdeme k nevyhnutelnému závěru: Vesmír je k nerozeznání od dokonalé prostorové plochosti. Pokud je zakřivená, je na úrovni, která není větší než 0.4%, což znamená, že pokud je vesmír zakřivený jako hypersféra, jeho poloměr je nejméně ~250 krát větší než část, která je pro nás pozorovatelná.

Pokud definujete okraji Vesmíru jako nejvzdálenější objekt bychom mohli někdy dosáhnout, pokud jsme se vydali na cestu okamžitě, pak je naše současná hranice je pouhá vzdálenost 18 miliard světelných let, zahrnujícím jen 6% objemu našeho pozorovatelného Vesmíru. Pokud to definujete jako hranici toho, co můžeme pozorovat signál-od koho vidíme a kdo nás vidí-pak okraj vyjde na 46,1 miliardy světelných let. Ale pokud ji definujete jako meze nepozorovatelného vesmíru, jediný limit, který máme, je, že má velikost nejméně 11 500 miliard světelných let a může být ještě větší.

to však nutně neznamená, že vesmír je nekonečný. Mohlo by to být ploché a stále zakřivené zpět na sebe, s koblihovým tvarem známým matematicky jako torus. I když je pozorovatelný vesmír velký a expanzivní, je stále Konečný, s omezeným množstvím informací, které nás učí. Kromě toho nám konečné kosmické pravdy stále zůstávají neznámé.