Kunstnerens logaritmiske skala oppfatning av det observerbare universet. Galakser gir vei til stor skala… struktur og det varme, tette plasmaet Av Big Bang i utkanten. Denne kanten er en grense bare i tide.
Pablo Carlos Budassi (Unmismoobjetivo Av Wikimedia Commons)
Hvis du skulle gå så langt ut i rommet som du kan forestille deg, hva ville du møte? Vil det være en grense for hvor langt du kan gå, eller kan du reise en ubegrenset avstand? Vil du til slutt gå tilbake til utgangspunktet, eller vil du fortsette å krysse plass som du aldri hadde møtt før? Med Andre ord, Har Universet en kant, og i så fall, hvor er Det?Tro det eller ei, det er faktisk tre forskjellige måter å tenke på dette spørsmålet, og hver har et annet svar. Hvis du vurderer hvor langt du kan gå hvis du:
- igjen i dag i en vilkårlig kraftig rakett,
- betraktet alt som noen gang kunne kontakte oss eller bli kontaktet av oss fra starten av det varme Big Bang,
- eller brukt fantasien din alene for å få tilgang til Hele Universet, inkludert utover det som noensinne vil være observerbart,
du kan finne ut hvor langt det er til kanten. I hvert tilfelle er svaret fascinerende.
vi visualiserer ofte plass som ET 3d-rutenett, selv om dette er en rammeavhengig forenkling når… vi vurderer begrepet romtid. I virkeligheten er romtiden buet av tilstedeværelsen av materie og energi, og avstander er ikke faste, men kan heller utvikle Seg etter Hvert Som Universet utvides eller kontrakterer.
ReunMedia/Storyblocks
nøkkelbegrepet å huske på er at rommet ikke er hvordan vi normalt tenker på det. Konvensjonelt tenker vi på plass som et koordinatsystem-et tredimensjonalt rutenett — hvor den korteste avstanden mellom to punkter er en rett linje, og hvor avstander ikke endres over tid.Men begge disse forutsetningene, så grundig gode i hverdagen, mislykkes spektakulært når vi begynner å se På det Større universet utenfor vår egen planet. For det første faller ideen om at den korteste avstanden mellom to punkter er en rett linje fra hverandre så snart du begynner å introdusere masser og energiske kvanta i Universet ditt. Fordi romtid er gjenstand for krumning, som tilstedeværelsen av materie og energi er årsaken til, er den korteste avstanden mellom to punkter iboende avhengig Av Universets form mellom disse punktene.
I Stedet for et tomt, tomt, tredimensjonalt rutenett, setter en masse ned forårsaker det som ville ha vært… ‘rette’ linjer for å i stedet bli buet av en bestemt mengde. I Generell Relativitet behandler vi rom og tid som kontinuerlig, men alle former for energi, inkludert men ikke begrenset til masse, bidrar til krumning av romtid. Hvis Vi skulle erstatte Jorden med en tettere versjon, opp til og med en singularitet, ville spacetime deformasjonen vist her være identisk; bare inne I Jorden selv ville en forskjell være bemerkelsesverdig.
Christopher Vitale Av Networkologies Og Pratt Institute
i tillegg til at stoffet av romtid selv ikke forblir statisk over tid. I Et Univers fylt med materie og energi er et statisk, uforanderlig Univers (hvor avstander mellom punkter forblir de samme over tid) iboende ustabilt; Universet må utvikle seg ved enten å utvide eller trekke seg sammen. Hvis Einsteins Generelle relativitetsteori er riktig, er dette obligatorisk.
Observasjonelt er beviset på At Vårt Univers ekspanderer overveldende: en spektakulær validering For Einsteins spådommer. Men dette medfører en rekke konsekvenser for objekter adskilt av kosmiske avstander, inkludert at avstanden mellom dem utvides over tid. I dag er de fjerneste objektene vi kan se mer enn 30 milliarder lysår unna, til tross for at bare 13, 8 milliarder år har gått siden Big Bang.
jo lenger en galakse er, desto raskere ekspanderer den bort fra oss og jo mer lyser den… redshifted. En galakse som beveger seg med det ekspanderende Universet, vil være enda et større antall lysår unna, i dag, enn antall år (multiplisert med lysets hastighet) som det tok lyset fra det for å nå oss. Men vi kan bare forstå redshifts og blueshifts hvis vi tilskriver dem til en kombinasjon av bevegelse (spesiell relativistisk) og ekspanderende stoff av rom (generell relativistisk) bidrag begge.Larry McNish fra RASC Calgary Center
når vi måler hvor langt en rekke objekter er fra deres fysiske og lysende egenskaper-sammen med mengden som deres lys har blitt skiftet av Universets ekspansjon — kan vi komme til å forstå Hva Universet er laget av. Vår kosmiske cocktail består for tiden av: 0,01% stråling i form av fotoner, 0,1% nøytriner, en unnvikende partikkel med lav masse nesten like mange som fotoner, 4,9% normal materie, laget for det meste av de samme tingene vi er: protoner, nøytroner og elektroner,
en graf av størrelsen / skalaen til det observerbare Universet vs. passasjen av kosmisk tid. Dette er… vises på en log-log skala, med noen store størrelse/tid milepæler identifisert. Legg merke til den tidlige strålingsdominerte epoken, den siste saken-dominerte epoken, og den nåværende og fremtidige eksponentielt voksende epoken.
E. Siegel
Dette er en stor avtale! De fleste antar At Hvis Universet har eksistert i 13, 8 milliarder år siden Big Bang, vil grensen for hvor langt vi kan se være 13, 8 milliarder lysår, men det er ikke helt riktig.
Bare Hvis Universet var statisk og ikke ekspanderende, ville dette være sant, men faktum er dette: jo lenger unna vi ser, jo raskere fjerne objekter synes å hastighet bort fra oss. Hastigheten på den ekspansjonen endres på en måte som er forutsigbar basert på Hva Som er I Universet, og i sin tur, å vite hva som er I Universet og observere hvor fort objekter ekspanderer, forteller oss hvor langt unna de er. Når vi tar alle tilgjengelige data sammen, kommer vi til en unik verdi for alt sammen, inkludert avstanden til den observerbare kosmiske horisonten: 46, 1 milliarder lysår.
det observerbare Universet kan være 46 milliarder lysår i alle retninger fra vårt synspunkt… men det er sikkert mer, uobserverbart Univers, kanskje til og med en uendelig mengde, akkurat som vår utover det. Over tid vil vi kunne se mer av det, og til slutt avsløre omtrent 2, 3 ganger så mange galakser som vi for tiden kan se.
Fréé MICHEL Og Andrew Z. Colvin, kommentert av E. Siegel
denne grensen er imidlertid ikke en «kant» til Universet i noen konvensjonell forstand av ordet. Det er ikke en grense i rommet i det hele tatt; hvis vi tilfeldigvis befinner oss på et annet punkt i rommet, ville vi fortsatt kunne oppdage og observere alt rundt oss innenfor den 46, 1 milliarder lysårssfæren sentrert på oss.
dette skyldes at «kanten» er en grense i tid, snarere enn i rommet. Denne kanten representerer grensen for hva vi kan se fordi lysets hastighet — selv i et ekspanderende Univers styrt av Generell Relativitet-bare tillater signaler å reise så langt over Universets 13, 8 milliarder årige historie. Denne avstanden er lengre enn 13.8 milliarder lysår på Grunn Av Universets ekspansjon, men Det er fortsatt endelig. Vi kan imidlertid ikke nå alt.
størrelsen på vårt synlige Univers (gul), sammen med mengden vi kan nå (magenta). Hvis vi… accelerert ved 9, 8 m / s^2 i omtrent 22, 5 år og deretter vendt og decelerert i ytterligere 22, 5 år, kunne vi nå hvilken som helst galakse i magenta-sirkelen, selv i Et Univers med mørk energi, men ingenting utenfor det.
E. Siegel, basert På Arbeid Av Wikimedia Commons-brukere Azcolvin 429 Og Fréé MICHEL
Utover en viss avstand kan vi se noe av lyset som allerede ble sendt ut for lenge siden, men vil aldri se lyset som blir sendt ut akkurat nå: 13,8 milliarder år etter Big Bang. Utover en bestemt bestemt avstand-beregnet (av meg) for å være omtrent 18 milliarder lysår unna i dag-vil selv et signal som beveger seg med lysets hastighet aldri nå oss.På Samme måte betyr Det at hvis Vi var i et vilkårlig høydrevet rakettskip, ville alle gjenstandene som for tiden finnes innenfor denne 18 milliarder lysårsradiusen til slutt kunne nås av Oss, selv Om Universet fortsatte å ekspandere og disse avstandene fortsatte å øke. Men objektene utover det ville aldri bli tilgjengelig. Selv når vi oppnådde større og større avstander, ville de falle raskere enn vi noen gang kunne reise, og hindre oss i å besøke dem for all evighet. Allerede er 94% av alle galakser i det observerbare Universet utenfor vår evige rekkevidde.
så stort Som Vårt observerbare Univers er og så mye vi kan se, er det langt mer enn vi noen gang kan… nå, som bare 6% av volumet som vi kan observere, er for tiden tilgjengelig. Utover det vi kan observere, er det sikkert Mer Univers; det vi kan se representerer bare en liten brøkdel av det som må være der ute.
NASA, ESA, R. Windhorst, 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 likevel er det en annen «kant» som vi kanskje vil vurdere: utover grensene for hva vi kan observere i dag, eller til og med hva vi potensielt kan observere vilkårlig langt inn i fremtiden, hvis vi kjører vår teoretiske klokke mot uendelig. Vi kan vurdere hvor stort Hele Universet er-det uobserverbare Universet – og om det bretter seg inn i seg selv eller ikke.Måten vi kan svare på dette er basert på en ekstrapolering av hva vi observerer når vi prøver å måle Universets romlige krumning: mengden som plass er buet på den største skalaen vi muligens kan observere. Hvis Universet er positivt buet, vil parallelle linjer konvergere og de tre vinklene i en trekant vil summere til mer enn 180 grader. Hvis Universet er negativt buet, vil parallelle linjer avvike og de tre vinklene i en trekant vil summere til mindre enn 180 grader. Og Hvis Universet er flatt, vil parallelle linjer forbli parallelle, og alle trekanter vil inneholde 180 grader nøyaktig.
vinklene i en trekant legger opp til forskjellige mengder avhengig av den romlige krumningen som er tilstede. A… positivt buet (topp), negativt buet (midt) Eller flatt (bunn) Univers vil ha de indre vinklene til en trekant sum opp til mer, mindre eller nøyaktig lik 180 grader, henholdsvis.MÅTEN VI gjør dette på er å ta de fjerneste signalene av alle, for eksempel lyset som er igjen Fra Big Bang, og undersøke i detalj hvordan svingningene er mønstret. Hvis Universet er buet i enten en positiv eller en negativ retning, vil svingningsmønstrene som vi observerer, bli forvrengt for å vises på enten større eller mindre vinkelskalaer, i motsetning til et flatt Univers.når vi tar de beste tilgjengelige dataene, som kommer fra både den kosmiske mikrobølgebakgrunnens svingninger og detaljene om hvordan galakser klynger seg sammen i store skalaer på en rekke avstander, kommer vi til en uunngåelig konklusjon: Universet er uutslettelig fra perfekt romlig flathet. Hvis den er buet, er den på et nivå som ikke er mer enn 0.4%, noe som betyr at Hvis Universet er buet som en hypersfære, er radiusen minst ~250 ganger større enn den delen som er observerbar for oss.
størrelsene på de varme og kalde flekkene, så vel som deres skalaer, indikerer krumningen til… Univers. Til det beste av våre evner måler vi det for å være helt flatt. Baryon akustiske svingninger og CMB, sammen, gir de beste metodene for å begrense dette, ned til en kombinert presisjon på 0,4%.Smoot Cosmology Group/LBL
hvis du definerer kanten Av Universet som det lengste objektet vi noen gang kunne nå hvis vi begynte vår reise umiddelbart, så er vår nåværende grense bare en avstand på 18 milliarder lysår, som omfatter bare 6% av volumet av Vårt observerbare Univers. Hvis du definerer det som grensen for hva vi kan observere et signal fra — hvem vi kan se og hvem som kan se oss — så går kanten ut til 46, 1 milliarder lysår. Men hvis du definerer det som grensene for det uobserverbare Universet, er den eneste grensen vi har, at det er minst 11.500 milliarder lysår i størrelse, og det kan være enda større.
Dette betyr ikke nødvendigvis At Universet er uendelig, skjønt. Det kan være flatt og fortsatt kurve tilbake på seg selv, med en doughnut-lignende form kjent matematisk som en torus. Så stort Og ekspansivt Som det observerbare Universet er, er det fortsatt endelig, med en endelig mengde informasjon å lære oss. Utover det forblir de ultimate kosmiske sannhetene fortsatt ukjente for oss.
i en hypertorusmodell av Universet vil bevegelse i en rett linje returnere deg til originalen din… plassering, selv i en uncurved (flat) spacetime. Universet kan også være lukket og positivt buet: som en hypersfære.
ESO og deviantART bruker InTheStarlightGarden