kunstnerens logaritmiske skala opfattelse af det observerbare univers. Galakser giver plads til stor skala… struktur og den varme, tætte plasma af Big Bang i udkanten. Denne ‘kant’ er kun en grænse i tide.hvis du skulle gå så langt ud i rummet, som du kan forestille dig, hvad ville du støde på? Ville der være en grænse for, hvor langt du kunne gå, eller Kunne du rejse en ubegrænset afstand? Vil du til sidst vende tilbage til dit udgangspunkt, eller vil du fortsætte med at krydse rum, som du aldrig havde stødt på før? Med andre ord, har universet en kant, og hvis ja, hvor er det?
tro det eller ej, der er faktisk tre forskellige måder at tænke på dette spørgsmål, og hver enkelt har et andet svar. Hvis du overvejer, hvor langt du kan gå, hvis du:
- forlod i dag i en vilkårligt kraftig raket,
- overvejede alt, hvad der nogensinde kunne kontakte os eller blive kontaktet af os fra starten af hot Big Bang,
- eller brugte din fantasi alene til at få adgang til hele universet, herunder ud over hvad der nogensinde vil være observerbart,
Du kan finde ud af, hvor langt det er til kanten. I hvert tilfælde er svaret fascinerende.
vi visualiserer ofte plads som et 3D-gitter, selvom dette er en rammeafhængig overforenkling, når… vi overvejer begrebet rumtid. I virkeligheden er rumtiden buet af tilstedeværelsen af stof og energi, og afstande er ikke faste, men kan snarere udvikle sig, når universet udvides eller sammentrækkes.
ReunMedia/Storyblocks
nøglebegrebet at huske på er, at rummet ikke er, hvordan vi normalt opfatter det. Konventionelt tænker vi på rummet som et koordinatsystem — et tredimensionelt gitter-hvor den korteste afstand mellem to punkter er en lige linje, og hvor afstande ikke ændrer sig over tid.
men begge disse antagelser, så grundigt gode i vores hverdag, fejler spektakulært, når vi begynder at se på det større univers ud over vores egen planet. Til at begynde med falder ideen om, at den korteste afstand mellem to punkter er en lige linje, fra hinanden, så snart du begynder at introducere masser og energiske kvanter i dit univers. Fordi rumtiden er udsat for krumning, som tilstedeværelsen af stof og energi er årsagen til, er den korteste afstand mellem to punkter i sagens natur afhængig af universets form mellem disse punkter.
i stedet for et tomt, tomt, tredimensionelt gitter, sætter en masse ned, hvad der ville have været… ‘lige’ linjer for i stedet at blive buet af et bestemt beløb. I generel relativitet behandler vi rum og tid som kontinuerlige, men alle former for energi, inklusive men ikke begrænset til masse, bidrager til rumtids krumning. Hvis vi skulle erstatte jorden med en tættere version, op til og med en singularitet, ville rumtidsdeformationen vist her være identisk; kun inde i jorden selv ville en forskel være bemærkelsesværdig.
Christopher Vitale fra netværksteknologier og Pratt Institute
derudover forbliver stoffet i selve rumtiden ikke statisk over tid. I et univers fyldt med stof og energi er et statisk, uforanderligt univers (hvor afstande mellem punkter forbliver de samme over tid) iboende ustabilt; universet skal udvikle sig ved enten at udvide eller trække sig sammen. Hvis Einsteins generelle relativitetsteori er korrekt, er dette obligatorisk.
observationelt er beviset for, at vores univers ekspanderer, overvældende: en spektakulær validering af Einsteins forudsigelser. Men dette medfører en række konsekvenser for objekter adskilt af kosmiske afstande, herunder at afstanden mellem dem udvides over tid. I dag er de fjerneste objekter, vi kan se, mere end 30 milliarder lysår væk, på trods af at der kun er gået 13, 8 milliarder år siden Big Bang.
jo længere en galakse er, jo hurtigere udvides den væk fra os, og jo mere vises dens lys… rødforskudt. En galakse, der bevæger sig med det ekspanderende univers, vil være endnu et større antal lysår væk i dag end antallet af år (ganget med lysets hastighed), som det tog det lys, der blev udsendt fra det, for at nå os. Men vi kan kun forstå rødskift og blåskift, hvis vi tilskriver dem en kombination af bevægelse (speciel relativistisk) og det ekspanderende stof i rummet (generelle relativistiske) bidrag begge.
Larry McNish fra RASC Calgary Center
når vi måler, hvor fjernt en række objekter er fra deres fysiske og lysende egenskaber — sammen med den mængde, som deres lys er blevet forskudt af universets ekspansion — kan vi forstå, hvad universet er lavet af. Vores kosmiske cocktail består i øjeblikket af:
- 0,01% stråling i form af fotoner,
- 0,1% neutrinoer, en undvigende, lavmassepartikel næsten lige så mange som fotoner,
- 4,9% normalt stof, lavet for det meste af de samme ting, vi er: protoner, neutroner og elektroner,
- 27% mørkt stof, et ukendt stof, der graviterer, men hverken udsender eller absorberer lys,
- og 68% mørk energi, som er den energi, der er forbundet med rummet, der får fjerne objekter til at accelerere i deres recession fra os.
Når du kombinerer disse effekter sammen, får du en unik og utvetydig forudsigelse for, hvor langt det til enhver tid er fortid og nutid til kanten af det observerbare univers.
en graf over størrelsen/skalaen af det observerbare univers vs. passagen af kosmisk tid. Det er det… vises på en log-log skala, med et par større størrelse/tid milepæle identificeret. Bemærk den tidlige strålingsdominerede æra, den nylige sagsdominerede æra og den nuværende og fremtidige eksponentielt ekspanderende æra.
E. Siegel
Dette er en big deal! De fleste mennesker antager, at hvis universet har eksisteret i 13,8 milliarder år siden Big Bang, så er grænsen for, hvor langt vi kan se, 13,8 milliarder lysår, men det er ikke helt rigtigt.
kun hvis universet var statisk og ikke ekspanderende, ville dette være sandt, men faktum er dette: jo længere væk vi ser, jo hurtigere fjerne objekter ser ud til at komme væk fra os. Hastigheden af denne ekspansion ændres på en måde, der er forudsigelig baseret på hvad der er i universet, og til gengæld ved at vide, hvad der er i universet og observere, hvor hurtigt objekter udvides, fortæller os, hvor langt væk de er. Når vi tager alle de tilgængelige data sammen, når vi frem til en unik værdi for alt sammen, inklusive afstanden til den observerbare kosmiske horisont: 46, 1 milliarder lysår.
det observerbare univers kan være 46 milliarder lysår i alle retninger fra vores synspunkt,… men der er bestemt mere, uobserverbart univers, måske endda en uendelig mængde, ligesom vores ud over det. Over tid vil vi kunne se mere af det og til sidst afsløre cirka 2,3 gange så mange galakser, som vi i øjeblikket kan se.denne grænse er imidlertid ikke en “kant” til universet i nogen konventionel forstand af ordet. Det er slet ikke en grænse i rummet; hvis vi tilfældigvis var placeret på et andet sted i rummet, ville vi stadig være i stand til at opdage og observere alt omkring os inden for den 46, 1 milliarder lysårsfære centreret om os.
dette skyldes, at “kanten” er en grænse i tid, snarere end i rummet. Denne kant repræsenterer grænsen for, hvad vi kan se, fordi lysets hastighed — selv i et ekspanderende univers styret af generel relativitet — kun tillader signaler at rejse så langt over universets 13,8 milliarder års historie. Denne afstand er længere end 13.8 milliarder lysår på grund af universets ekspansion, men det er stadig endeligt. Vi kan dog ikke nå det hele.
størrelsen af vores synlige univers (gul) sammen med det beløb, vi kan nå (magenta). Hvis vi… accelereret ved 9,8 m / s^2 i cirka 22,5 år og derefter vendt rundt og decelereret i yderligere 22,5 år, kunne vi nå enhver galakse inden for magenta-cirklen, selv i et univers med mørk energi, men intet uden for det.
E. Siegel, der er baseret på arbejde fra Commons-brugere Ascolvin 429 og Fr Pristic MICHEL
ud over en vis afstand kan vi se noget af det lys, der allerede blev udsendt for længe siden, men vil aldrig se det lys, der udsendes lige nu: 13, 8 milliarder år efter Big Bang. Ud over en bestemt specifik afstand — beregnet (af mig) til at være cirka 18 milliarder lysår væk i øjeblikket-vil selv et signal, der bevæger sig med lysets hastighed, aldrig nå os.
tilsvarende betyder det, at hvis vi var i et vilkårligt højt drevet raketskib, ville alle de objekter, der i øjeblikket er indeholdt i denne 18 milliarder lysårs radius, til sidst kunne nås af os, selvom universet fortsatte med at ekspandere, og disse afstande fortsatte med at stige. Imidlertid ville objekterne ud over det aldrig kunne nås. Selv når vi opnåede større og større afstande, ville de trække sig hurtigere tilbage, end vi nogensinde kunne rejse, hvilket forhindrede os i at besøge dem i al evighed. Allerede er 94% af alle galakser i det observerbare univers uden for vores evige rækkevidde.
så stort som vores observerbare univers er, og så meget som vi kan se, er det langt mere, end vi nogensinde kan… nå, da kun 6% af det volumen, vi kan observere, i øjeblikket kan nås. Ud over hvad vi kan observere, er der dog bestemt mere univers; det, vi kan se, repræsenterer kun en lille brøkdel af, hvad der skal være derude.
NASA, ESA, R. Vindhorst, S. Cohen og M. Mechtley (ASU), R. O ‘ Connell (UVa), P. McCarthy (Carnegie Obs), N. Hathi (UC Riverside), R. Ryan (UC Davis), & H. Yan (tOSU)
og alligevel er der en anden “kant”, som vi måske vil overveje: ud over grænserne for det, vi kan observere i dag, eller endda hvad vi potentielt kan observere vilkårligt langt ind i fremtiden, hvis vi kører vores teoretiske ur mod uendelig. Vi kan overveje, hvor stort hele universet er — det ikke — observerbare univers-og om det foldes ind på sig selv eller ej.
den måde, vi kan besvare dette på, er baseret på en ekstrapolering af det, vi observerer, når vi prøver at måle universets rumlige krumning: det beløb, rummet er buet i den største skala, vi muligvis kan observere. Hvis universet er positivt buet, vil parallelle linjer konvergere, og de tre vinkler i en trekant vil summe til mere end 180 grader. Hvis universet er negativt buet, vil parallelle linjer afvige, og de tre vinkler i en trekant vil summe til mindre end 180 grader. Og hvis universet er fladt, vil parallelle linjer forblive parallelle, og alle trekanter vil indeholde 180 grader nøjagtigt.
vinklerne i en trekant tilføjer forskellige mængder afhængigt af den rumlige krumning, der er til stede. A… positivt buet (øverst), negativt buet (midt) eller fladt (bund) univers vil have de indre vinkler af en trekantssum op til henholdsvis mere, mindre eller nøjagtigt lig med 180 grader.den måde, vi gør dette på, er at tage de fjerneste signaler af alle, såsom lyset, der er tilbage fra Big Bang, og undersøge detaljeret, hvordan udsvingene er mønstrede. Hvis universet er buet i enten en positiv eller en negativ retning, vil de fluktuationsmønstre, som vi observerer, blive forvrænget til at vises på enten større eller mindre vinkelskalaer i modsætning til et fladt univers.
Når vi tager de bedste tilgængelige data, der kommer fra både den kosmiske mikrobølgebaggrunds udsving og detaljerne om, hvordan galakser klynger sig sammen i store skalaer på forskellige afstande, når vi frem til en uundgåelig konklusion: universet kan ikke skelnes fra perfekt rumlig fladhed. Hvis det er buet, er det på et niveau, der ikke er mere end 0.4%, hvilket betyder, at hvis universet er buet som en hypersfære, er dens radius mindst ~250 gange større end den del, der kan observeres for os.
størrelsen af de varme og kolde pletter samt deres skalaer angiver krumningen af… Univers. Efter bedste evne måler vi det for at være helt fladt. Baryon akustiske svingninger og CMB giver sammen de bedste metoder til at begrænse dette ned til en kombineret præcision på 0,4%.
Smoot Cosmology Group/LBL
Hvis du definerer universets kant som det fjerneste objekt, vi nogensinde kunne nå, hvis vi begyndte vores rejse med det samme, så er vores nuværende grænse kun en afstand på 18 milliarder lysår, der kun omfatter 6% af volumenet af vores observerbare univers. Hvis du definerer det som grænsen for, hvad vi kan observere et signal fra — hvem vi kan se og hvem der kan se os — så går kanten ud til 46, 1 milliarder lysår. Men hvis du definerer det som grænserne for det ikke-observerbare univers, er den eneste grænse, vi har, at det er mindst 11.500 milliarder lysår i størrelse, og det kan være endnu større.
dette betyder ikke nødvendigvis, at universet er uendeligt. Det kunne være fladt og stadig kurve tilbage på sig selv med en doughnutlignende form kendt matematisk som en torus. Så stort og ekspansivt som det observerbare univers er, er det stadig endeligt, med en endelig mængde information at lære os. Udover det forbliver de ultimative kosmiske sandheder stadig ukendte for os.
i en hypertorus model af universet vil bevægelse i en lige linje returnere dig til din original… placering, selv i en ubøjet (flad) rumtid. Universet kunne også være lukket og positivt buet: som en hypersfære.
ESO og deviantART bruger InTheStarlightGarden