Artist’s logarithmic scale conception of the observable universe. As galáxias dão lugar a grande escala… estrutura e o plasma denso e quente do Big Bang nos arredores. Esta ‘borda’ é uma fronteira apenas no tempo.Pablo Carlos Budassi (Unmismoobjeito da Wikimedia Commons)
Se você fosse tão longe no espaço quanto você pode imaginar, o que você encontraria? Haveria um limite para o quão longe você poderia ir, ou você poderia viajar uma distância ilimitada? Voltarias eventualmente ao teu ponto de partida, ou continuarias a atravessar o espaço que nunca tinhas encontrado antes? Em outras palavras, o universo tem uma borda, e em caso afirmativo, onde está?
acredite ou não, existem na verdade três maneiras diferentes de pensar sobre esta questão, e cada um tem uma resposta diferente. Se você considerar o quão longe você poderia ir se você:
- para a esquerda, hoje, num arbitrariamente poderoso foguete,
- considerado tudo o que poderia nos contactar ou ser contactado por nós, desde o início do Big Bang,
- ou usado a sua imaginação, sozinho, para o acesso a todo o Universo, incluindo além do que nunca vai ser observável,
você pode descobrir o quão longe ele está à borda. Em cada caso, a resposta é fascinante.
muitas vezes visualizamos o espaço como uma grade 3D, mesmo que esta seja uma simplificação dependente de frames quando… consideramos o conceito de espaço-tempo. Na realidade, o espaço-tempo é curvado pela presença de matéria e energia, e as distâncias não são fixas, mas podem evoluir à medida que o universo se expande ou se contrai.
ReunMedia/Storyblocks
o conceito chave a ter em mente é que o espaço não é como normalmente o concebemos. Convencionalmente, pensamos no espaço como sendo um sistema de coordenadas — uma grade tridimensional-onde a menor distância entre dois pontos é uma linha reta, e onde as distâncias não mudam ao longo do tempo.mas ambas essas suposições, tão completamente boas em nossas vidas cotidianas, falham espectacularmente quando começamos a olhar para o universo em maior escala além de nosso próprio planeta. Para começar, a ideia de que a distância mais curta entre dois pontos é uma linha reta se desmorona assim que você começar a introduzir massas e quanta Energética Em Seu Universo. Como o espaço-tempo está sujeito a curvatura, da qual a presença de matéria e energia é a causa, a distância mais curta entre dois pontos é inerentemente dependente da forma do universo entre esses pontos.
em vez de uma grade tridimensional vazia, em branco, colocando uma massa para baixo causa o que teria sido… linhas “rectas” para, em vez disso, tornar-se curvado em uma quantidade específica. Na relatividade geral, tratamos o espaço e o tempo como contínuos, mas todas as formas de energia, incluindo mas não limitado à massa, contribuem para a curvatura do espaço-tempo. Se substituíssemos a terra por uma versão mais densa, até e incluindo uma singularidade, a deformação do espaço-tempo aqui mostrada seria idêntica; só dentro da própria terra seria notável uma diferença.Christopher Vitale das Networkologies e o Instituto Pratt
além disso, o tecido do espaço-tempo em si não permanece estático ao longo do tempo. Em um universo cheio de matéria e energia, um universo estático e imutável (onde as distâncias entre pontos permanecem as mesmas ao longo do tempo) é inerentemente instável; o universo deve evoluir pela expansão ou pela contratação. Se a Teoria Geral da Relatividade de Einstein estiver correcta, isto é obrigatório.Observacionalmente, a evidência de que nosso Universo está se expandindo é esmagadora.: uma validação espetacular para as previsões de Einstein. Mas isso traz consigo uma série de consequências para os objetos separados por distâncias cósmicas, incluindo que a distância entre eles se expande ao longo do tempo. Hoje, os objetos mais distantes que podemos ver estão a mais de 30 bilhões de anos-luz de distância, apesar do fato de que apenas 13,8 bilhões de anos se passaram desde o Big Bang.
quanto mais distante está uma galáxia, mais rápido ela se expande para longe de nós e mais sua luz aparece… desvio. Uma galáxia que se move com o universo em expansão estará ainda a um número maior de anos-luz de distância, hoje, do que o número de anos (multiplicado pela velocidade da luz) que levou a luz emitida a partir dele para chegar até nós. Mas só podemos entender os redshifts e blueshifts se os atribuirmos a uma combinação de movimento (relativista especial) e a expansão do tecido do espaço (relativista geral).Larry McNish do centro Calgary RASC
quando medimos o quão distante uma variedade de objetos são de suas propriedades físicas e luminosas — juntamente com a quantidade de que sua luz foi deslocada pela expansão do universo — podemos chegar a entender do que o universo é feito. Nosso coquetel cósmico, atualmente, consiste em:
- 0,01% de radiação na forma de fótons, neutrinos
- 27% de matéria escura, uma substância desconhecida que voará, mas também não emite nem absorve luz,
- e 68% de energia escura, que é a energia inerente ao espaço que faz com que objetos distantes para acelerar o seu recessão de nós.
0,1%, uma partícula de baixa massa elusiva quase tão numerosa quanto fótons, matéria normal 4.9%, feita principalmente da mesma coisa que nós somos: prótons, nêutrons, e elétrons,
Quando se combinam estes efeitos juntos, obtém-se uma previsão única e inequívoca de quão longe está, em todos os momentos passados e presentes, até ao limite do universo observável.
um gráfico do tamanho / escala do universo observável vs. a passagem do tempo cósmico. Isto é… apresentado numa escala log-log, com alguns marcos importantes de tamanho/tempo identificados. Note-se a era dominada pela radiação, a recente era dominada pela matéria, e a atual e futura era em expansão exponencial.este é um grande negócio! A maioria das pessoas assume que se o Universo existe há 13,8 bilhões de anos desde o Big Bang, então o limite para o quão longe podemos ver será 13,8 bilhões de anos-luz, mas isso não está bem.
somente se o Universo fosse estático e não se expandisse isso seria verdade, mas o fato é que: quanto mais longe olhamos, mais depressa os objectos distantes parecem afastar-se de nós. A taxa dessa expansão muda de uma forma que é previsível com base no que está no universo, e por sua vez, saber o que está no universo e observar a rapidez com que os objetos se expandem nos diz o quão longe eles estão. Quando pegamos todos os dados disponíveis juntos, chegamos a um valor único para tudo juntos, incluindo a distância ao horizonte cósmico observável: 46,1 bilhões de anos-luz.
o universo observável pode ser de 46 bilhões de anos-luz em todas as direções do nosso ponto de vista,… mas há certamente mais, universo não observável, talvez até uma quantidade infinita, tal como a nossa, além disso. Com o tempo, seremos capazes de ver mais, eventualmente revelando aproximadamente 2,3 vezes mais galáxias do que podemos ver atualmente.Frédéric MICHEL e Andrew Z. Colvin, anotados por E. Siegel
Esta fronteira, no entanto, não é uma “borda” para o universo em qualquer sentido convencional da palavra. Não é um limite no espaço.; se estivéssemos localizados em qualquer outro ponto do espaço, ainda seríamos capazes de detectar e observar tudo ao nosso redor dentro daquela esfera de 46,1 bilhões de anos-luz centrada em nós.
isto é porque “aresta” é um limite no tempo, em vez de no espaço. Esta borda representa o limite do que podemos ver porque a velocidade da luz — mesmo num universo em expansão governado pela relatividade geral — só permite que os sinais percam até agora a história de 13,8 bilhões de anos do universo. Esta distância é mais do que 13.8 bilhões de anos-luz por causa da expansão do Universo, mas ainda é finito. No entanto, não conseguimos alcançá-lo todo.
o tamanho do nosso universo visível (amarelo), juntamente com a quantidade que podemos alcançar (magenta). Se nós… acelerados a 9,8 m / s ^ 2 por aproximadamente 22,5 anos e depois virados e desacelerados por mais 22,5 anos, poderíamos alcançar qualquer galáxia dentro do círculo magenta, mesmo num universo com energia escura, mas nada fora dele.E. Siegel, com base no trabalho pela Wikimedia Commons usuários Azcolvin 429 e Frederic MICHEL
Além de uma certa distância, podemos ver uma parte da luz que já foi emitida há muito tempo, mas nunca vai ver a luz que está sendo emitida agora: de 13,8 bilhões de anos após o Big Bang. Além de uma certa distância específica — calculada (por mim) para estar a aproximadamente 18 bilhões de anos-luz de distância no momento — mesmo um sinal movendo-se à velocidade da luz nunca nos alcançará.da mesma forma, isso significa que se estivéssemos em um foguete arbitrariamente de alta potência, todos os objetos atualmente contidos dentro deste raio de 18 bilhões de anos-luz seriam finalmente alcançáveis por nós, mesmo quando o universo continuou a se expandir e essas distâncias continuaram a aumentar. No entanto, os objetos além disso nunca seriam alcançáveis. Mesmo alcançando distâncias cada vez maiores, elas recuariam mais rápido do que jamais poderíamos viajar, impedindo-nos de visitá-las por toda a eternidade. Já 94% de todas as galáxias do universo observável estão além do nosso alcance eterno.
tão vasto quanto o nosso universo observável é e tanto quanto podemos ver, é muito mais do que podemos jamais… reach, já que apenas 6% do volume que podemos observar é atualmente alcançável. Além do que podemos observar, no entanto, há certamente mais universo; o que podemos ver representa apenas uma pequena fração do que deve estar lá fora.
NASA, ESA, R. Windhorst, S. Cohen, M. Mechtley (ASU), R. O’Connell (UVa), P. McCarthy (Carnegie Obs), N. Hathi (UC Riverside), R. Ryan (UC Davis), & H. Yan (tOSU)
e ainda assim, há uma “borda” diferente que podemos querer considerar: além dos limites do que podemos observar hoje, ou mesmo o que podemos potencialmente observar arbitrariamente para o futuro, se corrermos o nosso relógio teórico em direção ao infinito. Podemos considerar o quão grande é todo o Universo-O Universo não observável-e se ele se dobra em si mesmo ou não.
A forma como podemos responder a isto é baseada numa extrapolação do que observamos quando tentamos medir a curvatura espacial do universo: a quantidade que o espaço é curvado na maior escala que podemos observar. Se o universo é positivamente curvado, as linhas paralelas convergem e os três ângulos de um triângulo somam-se a mais de 180 graus. Se o universo é negativamente curvado, as linhas paralelas divergem e os três ângulos de um triângulo somam-se a menos de 180 graus. E se o universo for Plano, as linhas paralelas permanecerão paralelas, e todos os triângulos conterão 180 graus exatamente.
os ângulos de um triângulo somam-se a diferentes quantidades, dependendo da curvatura espacial presente. A… positivo curvado (superior), negativamente curvado (médio), ou plano (inferior) universo terá os ângulos internos de uma soma de triângulo até mais, menos, ou exatamente igual a 180 graus, respectivamente.
NASA/WMAP science team
The way we do this is to take the most distant signals of all, such as the light that’s left over from the Big Bang, and examine in detail how the fluctuations are patterned. Se o universo é curvado em uma direção positiva ou negativa, os padrões de Flutuação que observamos vão acabar distorcidos para aparecer em escalas angulares maiores ou menores, em oposição a um universo plano.
Quando tomamos os melhores dados disponíveis, que vem de ambos os cósmica de fundo em microondas a flutuações e os detalhes de como as galáxias se agrupam em grandes escalas em uma variedade de distâncias, chegamos a uma conclusão inevitável: o Universo é indistinguível da perfeita espacial nivelamento. Se é curvado, é a um nível que não é mais do que 0.4%, significando que se o universo é curvado como uma hiperesfera, seu raio é pelo menos ~250 vezes maior do que a parte que é observável para nós.
as magnitudes dos pontos quentes e frios, bem como suas escalas, indicam a curvatura do… Universo. Para o melhor de nossas capacidades, nós medimos para ser perfeitamente plana. Oscilações acústicas de bárions e o CMB, juntos, fornecem os melhores métodos de restringir isso, até uma precisão combinada de 0,4%.
Smoot Cosmologia do Grupo / LBL
Se você definir a borda do Universo como o objeto mais distante que jamais poderíamos chegar se iniciamos nossa viagem imediatamente, então, o nosso limite atual é uma mera distância de 18 bilhões de anos-luz, abrangendo apenas 6% do volume de nosso Universo observável. Se você definir isso como o limite do que podemos observar um sinal de quem podemos ver e quem pode nos ver, então a borda vai para 46,1 bilhões de anos — luz. Mas se você o define como os limites do universo não observável, o único limite que temos é que ele tem pelo menos 11.500 bilhões de anos-luz em tamanho, e pode ser ainda maior.isto não significa necessariamente que o universo é infinito. Pode ser plana e ainda curvar-se sobre si mesma, com uma forma tipo donut conhecida matematicamente como um torus. Por mais grande e expansivo que o universo observável seja, ainda é finito, com uma quantidade finita de informação para nos ensinar. Além disso, as verdades cósmicas finais ainda permanecem desconhecidas para nós.
num modelo de hipertoro do Universo, o movimento numa linha recta irá devolvê-lo ao seu original… localização, mesmo em um espaço-tempo não esculpido (plano). O Universo também poderia ser fechado e positivamente curvado: como uma hiperesfera.
ESO and deviantART user InTheStarlightGarden