Paul Sutter on astrofyysikko Ohion osavaltionyliopistossa ja Cosi Science Centerin Päätutkija. Sutter juontaa myös podcasteja Ask A Spaceman ja RealSpace sekä YouTube-sarjaa Space in Your Face.

me kaikki tiedämme, että maailmankaikkeus laajenee, eikö niin? Jos et olisi tiennyt, nyt tiedät. Elämme laajenevassa maailmankaikkeudessa: jokainen galaksi lentää poispäin kaikista muista galakseista. Tämä johtaa luonnollisesti yhteiseen kysymykseen: Jos universumi laajenee, mihin se laajenee? Lisää universumia? Eikö mitään? Jotain epämääräistä sumua muistuttavaa? Missä on kosmisen saippuakuplamme reuna?

no, meidän universumissamme on särmää — eli jos ”meidän universumillamme” tarkoitetaan havaittavaa maailmankaikkeutta. Valon nopeus on juuri se-nopeus-ja maailmankaikkeus on ollut olemassa vain niin kauan (noin 13,77 miljardia vuotta), mikä tarkoittaa, että vain tietty osa maailmankaikkeudesta on paljastunut meille valon kautta, joka on kulkenut nuo valtavat kosmiset etäisyydet. Ja mitä on havaittavan rajamme ulkopuolella? Tuo on helppo.: Se on vain lisää tavaraa, kuten galakseja, mustia aukkoja ja uusia, fantastisia juustolajikkeita. Se on ikuisesti saavuttamattomissa, mutta se on yhä tuolla.

meidän näkökulmastamme näyttää siltä, että olemme kaiken keskipisteessä, ja joka ikinen galaksi lentää meistä poispäin. Se johtaa tietenkin ”on oltava reuna” – päättelyyn. Mutta oletetaan, että hyppäsit Andromedan luo, lähimmän galaktisen naapurimme. Uudesta näköalapaikasta katsottuna näyttää yhä siltä, että olet universumin keskipisteessä ja kaikki lentää poispäin sinusta. Leikitään, että voimme teleportata sinut kaukaisimpaan havaittavaan galaksiin, – havaintoalueemme äärireunalle. Arvaa mitä? Sijaintisi perusteella näyttää siltä, että olet universumin keskipisteessä, — ja jokainen galaksi, mukaan lukien kaukainen Linnunrata, kiitää poispäin sinusta.

sitä me tarkoitamme sanoessamme ” maailmankaikkeus laajenee.”Jokainen galaksi on vetäytymässä kaikista muista galakseista (muutamaa pientä poikkeusta lukuun ottamatta paikallisista fuusioista, mutta se on toisen artikkelin aihe).

mutta kai siinä on raja? Universumi ei ole ääretön. Eikö niin?

no, todennäköisesti ei. Vaikka maailmankaikkeus on hyvin, hyvin, hyvin suuri, se ei todennäköisesti ole äärettömän suuri.

, mutta se ei silti tarvitse särmää.

mieti uudelleen galaksista toiseen hyppimistä. Maailmankaikkeus näyttää Linnunradasta katsottuna valtavalta saippuakuplalta, joka kasvaa kokoaan, ja jonka keskiössä olemme me. Mutta toisesta galaksista tämä universaali kupla näyttää erilaiselta, koska kuplan ”keskellä” on eri galaksi.. Se, mitä saatamme tuntea kiusausta kutsua universumimme” sisimmäksi” tai ”reunaksi”, on merkityksetöntä uudesta näkökulmasta. Se pätee jokaiseen galaksiin.

sanon sen vielä kerran: ”laajeneva maailmankaikkeus” tarkoittaa vain sitä, että jokainen galaksi liikkuu kauemmas toisistaan kuin jokainen muu galaksi. Nyt riitti! Ei särmää. Ei kuplaa. Ei mitään laajennettavaa. Matematiikka on yksinkertaista: maailmankaikkeus kasvaa ajan myötä. Siinä kaikki.

otetaan askel taaksepäin. Kaikki tietävät ne yhteiset analogiat, joita käytetään kuvaamaan laajenevaa maailmankaikkeutta: galaksit ovat kuin muurahaisia, jotka ryömivät rantapallolla. Olemme kaikki rusinoita leivässä. Ja … rantapallo paisuu! Kyllä! Leipä nousee uunissa! Avaruus laajenee, ja galaksit kulkeutuvat sen mukana! Näetkö? Varovasti!

nuo analogiat pääsevät varmasti tärkeän asian yli: galaksit eivät lennä, ammuskele tai valssaa poispäin toisistaan. Avaruus niiden alla tekee kaiken työn laajentuakseen; galaksit ovat vain kosmisen maton kyydissä.

mutta noissa analogioissa on myös kohtalokas virhe. Me kaikki voimme helposti kuvitella paisuvan Rantapallon tai nousevan leivän, ja ajattelemme heti niiden laajenevan johonkin: tyhjään ilmaan. Rantapallossa on nahka. Leivässä on herkullinen, rapea kuori. Niissä on särmiä ja ne liikkuvat johonkin.

mielemme on tehnyt meille tempun, ja se huijaa meitä olemasta täysin awestruck siitä, mitä tapahtuu.

kun käytämme ants-on-a-beach-ball-analogiaa, ensimmäiseksi ihmiset sanovat: ”Miksi muurahaiset?”En tiedä, kestäkää se. Toiseksi ihmiset sanovat: ”universumin keskipiste on tuolla, keskellä palloa.”Siinä vaiheessa minun on hypättävä mukaan analogian rajoituksiin: koko universumimme on Rantapallon pinta. Pallon pinnalla ei ole keskustaa. Aivan kuten maan pinnalla ei ole keskustaa. Olisimme voineet tehdä tolpat minne vain.

rantapallomallissa koko universumimme on kaksiulotteinen pinta, täynnä idioottimuurahaisia, jotka yrittävät ryömiä toisiaan kohti, mutta epäonnistuvat, koska joku ääliö paisuttaa sitä jatkuvasti. Hyvä on, ihan sama. Tuo mallimaailma on kaksiulotteinen, mutta mielemme silmässä ajattelemme sen laajentuvan kolmanteen ulottuvuuteen — ulottuvuuteen, johon muurahaiset eivät pääse, koska ne eivät voi hypätä. Mutta tuo ylimääräinen ulottuvuus tarjoaa” paikan ” pallon pinnalle, johon laajentaa.

mutta todellinen universumimme on kolmiulotteinen. Säieteorian mukaan lisäulottuvuuksia voi olla, mutta ne ovat supertiny, joten niitä ei lasketa. Onko siis olemassa neljäs ylimääräinen ulottuvuus, joka tarjoaa ”kamaa”, johon universumimme voi laajentua?

ehkä, ehkä ei. Asia on näin.: Matematiikka voisi tukea neljättä ulottuvuutta, johon 3D-universumimme voisi laajentua. Ja meillä olisi ehdottomasti ”reuna” tässä ylimääräisessä ulottuvuudessa, samalla tavalla kuin voit osoittaa ”reuna” 2D Rantapallon pintaan.

mutta sen ei tarvitse.

emme tarvitse neljättä ulottuvuutta kietoutuaksemme universumimme ympärille. Meillä on täydellinen ja johdonmukainen matemaattinen kuvaus maailmankaikkeuden laajenemisesta käyttäen vain normaaleja, workadayn kolmea ulottuvuutta, jotka tunnemme ja rakastamme. Joten se tarkoittaa, että meillä voi olla laajeneva maailmankaikkeus tarvitsematta reunaa tai asiaa, johon se voisi laajentua.

myönnän, että minulla on vaikeuksia kietoa päätäni tämän konseptin ympärille. Mutta se on kauneus käyttämällä matematiikkaa ymmärtää maailmankaikkeutta: voimme luoda ja manipuloida käsitteitä, että aivomme yksinkertaisesti voinut käsitellä omin päin!

Lue lisää kuuntelemalla jakso ”What’ s the Point in Talking About Science?”Ask A Spaceman-podcastissa, joka on saatavilla iTunesissa ja verkossa osoitteessa http://www.askaspaceman.com. Kysy oma kysymyksesi Twitterissä käyttäen #AskASpaceman tai seuraamalla Sutteria@PaulMattSutter ja facebook.com/PaulMattSutter.

seuraa kaikki Asiantuntijaväittelyt ja-keskustelut — ja osallistu keskusteluun-Facebookissa, Twitterissä ja Google+: ssa. Esitetyt näkemykset ovat kirjoittajan omia eivätkä välttämättä vastaa kustantajan näkemyksiä. Tämä artikkeli on julkaistu alun perin Space.com.