In 2019 is dit een veel voorkomende emotie: vier of vijf keer per dag willen gaan, niet alleen naar de ruimte, maar naar het einde van de wereld, voor zover mogelijk, om af te komen van een slechte obsessie of slecht weer, een vertraagde trein of een strakke broek, zo gewoon op de aarde der dingen. Maar wat staat u te wachten op deze kosmologische grens? Waar gaat het allemaal over - de rand van de wereld, de rand van het universum - wat zullen we daar zien? Is het een grens of oneindigheid in het algemeen?
Laten we het de wetenschappers vragen.
Aan de rand van de wereld
Sean Carroll, hoogleraar natuurkunde aan het California Institute of Technology:
“Voor zover we weten kent het universum geen grenzen. Het waarneembare universum heeft een rand - de limiet van wat we kunnen zien. Dit komt doordat licht met een eindige snelheid reist (één lichtjaar per jaar), dus als we naar verre dingen kijken, kijken we terug in de tijd. Helemaal aan het einde zien we wat er al bijna 14 miljard jaar gebeurt, de reststraling van de oerknal. Dit is de kosmische microgolfachtergrond die ons vanuit alle richtingen omringt. Maar dit is geen fysieke "grens", als je dat echt beoordeelt.
Omdat we alleen zo ver kunnen zien, weten we niet hoe de dingen zijn buiten ons waarneembare universum. Het universum dat we zien is op grote schaal vrij homogeen en zal misschien letterlijk altijd zo doorgaan. Als alternatief zou het universum kunnen vouwen tot een bol of torus. Als dat zo is, zal het universum beperkt zijn in totale grootte, maar het heeft nog steeds geen grens, net zoals een cirkel geen begin of einde heeft.
Het is ook mogelijk dat het universum niet meer homogeen is dan we kunnen zien, en dat de omstandigheden sterk van plaats tot plaats verschillen. Deze mogelijkheid wordt geboden door het kosmologische multiversum. We weten niet of het multiversum in principe bestaat, maar aangezien we het een of het ander niet zien, zou het redelijk zijn om onpartijdig te blijven. '
Promotie video:
Joe Dunkley, hoogleraar natuurkunde en astrofysische wetenschappen aan Princeton University:
“Ja, alles is hetzelfde!
Oké, we denken niet echt dat het universum een grens of een rand heeft. We denken dat het ofwel oneindig in alle richtingen doorgaat, of zich om zichzelf heen wikkelt, zodat het niet oneindig groot is, maar toch geen randen heeft. Stel je een donut-oppervlak voor: het heeft geen grenzen. Misschien is het hele universum zo (maar in drie dimensies - er zijn maar twee dimensies aan het oppervlak van de doughnut). Dit betekent dat je in elke richting in een ruimteschip kunt reizen, en als je lang genoeg reist, keer je terug naar waar je begon. Er is geen rand.
Maar er is ook wat we het waarneembare universum noemen, dat is het deel van de ruimte dat we werkelijk kunnen zien. De rand van deze plek is waar het licht sinds het begin van het universum niet genoeg tijd had om ons te bereiken. We kunnen alleen zo'n rand zien, en daarachter zal waarschijnlijk alles zijn wat we rondom zien: superclusters van melkwegstelsels, die elk miljarden sterren en planeten bevatten."
Laatste verstrooiingsoppervlak
Jesse Shelton, universitair docent bij de afdeling Fysica en Sterrenkunde aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign:
'Het hangt allemaal af van wat je bedoelt met de rand van het universum. Aangezien de lichtsnelheid beperkt is, zien we hoe verder en verder we de ruimte in kijken, hoe verder en verder we terug in de tijd kijken - zelfs als we naar het naburige sterrenstelsel Andromeda kijken, zien we niet wat er nu gebeurt, maar wat er tweeënhalf miljoen jaar geleden is gebeurd. toen de sterren van Andromeda licht uitzonden dat nu pas onze telescopen is binnengekomen. Het oudste licht dat we kunnen zien, kwam uit de diepste diepten, dus in zekere zin is de rand van het universum het oudste licht dat ons heeft bereikt. In ons universum is dit de kosmische microgolfachtergrond - het zwakke, langdurige nagloeien van de oerknal die het moment markeert waarop het universum voldoende is afgekoeld om de vorming van atomen mogelijk te maken. Dit wordt het oppervlak van de laatste verstrooiing genoemd,omdat het de plek markeert waar fotonen niet meer tussen elektronen in heet, geïoniseerd plasma stuiteren en door de transparante ruimte begonnen te stromen, miljarden lichtjaren in onze richting. We kunnen dus zeggen dat de rand van het universum het oppervlak is van de laatste verstrooiing.
Wat is er op dit moment aan de rand van het universum? Nou, we weten het niet - en we kunnen er ook niet achter komen, we zouden moeten wachten tot het licht dat daar nu wordt uitgezonden en naar ons toe komt vele miljarden jaren in de toekomst vliegt, maar naarmate het universum steeds sneller uitbreidt, is het onwaarschijnlijk dat we een nieuwe rand van het universum zullen zien … We kunnen alleen maar raden. Op grote schaal ziet ons universum er grotendeels hetzelfde uit, waar je ook kijkt. De kans is groot dat als je vandaag aan de rand van het waarneembare universum zou zijn, je een universum zou zien dat min of meer lijkt op het onze: sterrenstelsels, groter en kleiner, in alle richtingen. Ik denk dat de rand van het universum nu gewoon nog meer van het universum is: meer sterrenstelsels, meer planeten, meer levende wezens die dezelfde vraag stellen."
Michael Troxel, universitair hoofddocent natuurkunde aan de Duke University:
“Hoewel het universum waarschijnlijk oneindig groot is, is er eigenlijk meer dan één praktische 'rand'.
We denken dat het universum eigenlijk oneindig is - en het heeft geen grenzen. Als het heelal "plat" was (zoals een vel papier), zoals uit onze tests bleek tot een procentpunt, of "open" (zoals een zadel), dan is het echt oneindig. Als het "gesloten" is als een basketbal, dan is het niet oneindig. Als je echter ver genoeg in één richting gaat, kom je uit waar je begon: stel je voor dat je op het oppervlak van een bal beweegt. Zoals een hobbit genaamd Bilbo ooit zei: "De weg loopt vooruit en vooruit …". Opnieuw en opnieuw.
Het universum heeft een "rand" voor ons - zelfs twee. Dit komt door een deel van de algemene relativiteitstheorie, waarin staat dat alle dingen (inclusief licht) in het universum een snelheidslimiet hebben van 299.792.458 m / s - en deze snelheidslimiet geldt overal. Onze metingen vertellen ons ook dat het universum zich in alle richtingen uitbreidt, en steeds sneller uitbreidt. Dit betekent dat wanneer we een object observeren dat erg ver van ons verwijderd is, het even duurt voordat het licht van dat object ons bereikt (afstand gedeeld door de lichtsnelheid). De truc is dat naarmate de ruimte groter wordt naarmate het licht naar ons toe reist, de afstand die het licht moet afleggen ook toeneemt naarmate het naar ons toe reist.
Het eerste dat u zich dus zou kunnen afvragen, is wat de verste afstand is waarop we licht van een object zouden kunnen waarnemen als het zou worden uitgezonden aan het begin van het universum (dat ongeveer 13,7 miljard jaar oud is). Het blijkt dat deze afstand 47 miljard lichtjaar is (een lichtjaar is ongeveer 63.241 keer de afstand tussen de aarde en de zon), en wordt de kosmologische horizon genoemd. De vraag kan enigszins anders worden gesteld. Als we een bericht zonden met de snelheid van het licht, op welke afstand zouden we het dan kunnen ontvangen? Dit is zelfs nog interessanter omdat de snelheid waarmee het universum in de toekomst uitdijt, toeneemt.
Het blijkt dat zelfs als dit bericht voor altijd blijft vliegen, het alleen degenen kan bereiken die zich nu op een afstand van 16 miljard lichtjaar van ons bevinden. Dit wordt de "horizon van kosmische gebeurtenissen" genoemd. De meest verre planeet die we konden waarnemen, is echter 25 duizend lichtjaar verwijderd, dus we konden nog steeds iedereen begroeten die op dit moment in dit universum leeft. Maar de verste afstand waarop onze huidige telescopen een melkwegstelsel kunnen onderscheiden, is ongeveer 13,3 miljard lichtjaar, dus we kunnen niet zien wat zich aan de rand van het universum bevindt. Niemand weet wat er aan beide kanten is."
Abigail Weiregg, universitair hoofddocent, Institute of Cosmological Physics. Kavila aan de Universiteit van Chicago:
“Met telescopen op aarde kijken we naar licht dat afkomstig is van verre plaatsen in het universum. Hoe verder weg de lichtbron is, hoe langer het duurt voordat dit licht hier is. Daarom, als je naar verre oorden kijkt, kijk je naar hoe die plaatsen waren toen het licht dat je zag werd geboren - en niet naar hoe deze plaatsen er vandaag uitzien. Je kunt steeds verder kijken, wat overeenkomt met steeds verder terug in de tijd gaan, totdat je iets ziet dat verscheidene millennia na de oerknal bestond. Daarvoor was het universum zo heet en dicht (lang voordat er sterren en melkwegstelsels waren!) Dat enig licht in het universum nooit zou kunnen vangen, het kan niet worden gezien met moderne telescopen. Dit is de rand van het "waarneembare universum" - de horizon - omdat je daarbuiten niets kunt zien. De tijd verstrijkt, deze horizon verandert. Als je vanaf een andere planeet naar het universum zou kunnen kijken, zou je waarschijnlijk hetzelfde zien dat we op aarde zien: je eigen horizon, beperkt door de tijd die is verstreken sinds de oerknal, de snelheid van het licht en de uitbreiding van het universum.
Hoe ziet de plaats die overeenkomt met de horizon van de aarde eruit? We weten het niet, omdat we deze plek kunnen zien zoals het was direct na de oerknal, en niet zoals het nu is. Maar alle metingen laten zien dat het hele zichtbare universum, inclusief de rand van het waarneembare universum, er ongeveer hetzelfde uitziet, hetzelfde als ons plaatselijk universum vandaag: met sterren, melkwegstelsels, clusters van sterrenstelsels en enorme lege ruimte.
We denken ook dat het universum veel groter is dan het deel van het universum dat we vandaag vanaf de aarde kunnen zien, en dat het universum zelf geen 'rand' per se heeft. Het is gewoon een groeiende ruimte-tijd."
Het universum kent geen grenzen
Arthur Kosovsky, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Pittsburgh:
“Een van de meest fundamentele eigenschappen van het universum is de leeftijd, die we volgens verschillende metingen nu definiëren als 13,7 miljard jaar. Omdat we ook weten dat licht met een constante snelheid reist, betekent dit dat een lichtstraal die in de vroege tijden verscheen, inmiddels een bepaalde afstand heeft afgelegd (laten we dit "afstand tot de horizon" of "Hubble-afstand" noemen). Aangezien niets sneller kan reizen dan de snelheid van het licht, zal de Hubble-afstand in principe de verste afstand zijn die we ooit kunnen waarnemen (tenzij we een manier vinden om de relativiteitstheorie te omzeilen).
We hebben een lichtbron die van bijna Hubble-afstand naar ons toe komt: kosmische microgolfachtergrondstraling. We weten dat het universum geen "rand" heeft op de afstand tot de microgolfbron, die bijna de hele Hubble-afstand van ons is. Daarom gaan we er meestal van uit dat het universum veel groter is dan ons eigen waarneembare Hubble-volume, en dat de werkelijke rand die mogelijk bestaat veel verder weg is dan we ooit zouden kunnen waarnemen. Misschien is dit niet waar: het is mogelijk dat de rand van het universum zich direct buiten de afstand van de Hubble van ons bevindt, en daarbuiten - de zeemonsters. Maar aangezien het hele universum dat we waarnemen relatief hetzelfde en overal homogeen is, zou zo'n wending heel vreemd zijn.
Ik ben bang dat we op deze vraag nooit een goed antwoord zullen hebben. Het universum heeft misschien helemaal geen rand, en als dat wel het geval is, zal het ver genoeg weg zijn dat we het nooit zullen zien. Het blijft aan ons om alleen dat deel van het universum te begrijpen dat we echt kunnen waarnemen. '
Ilya Khel
