Paul Sutter jest astrofizykiem na Ohio State University i głównym naukowcem w Cosi Science Center. Sutter jest również gospodarzem podcastów Ask a Spaceman i RealSpace oraz serii YouTube Space In your Face.

wszyscy wiemy, że wszechświat się rozszerza, prawda? Skoro nie wiedziałeś, to teraz jesteś. Żyjemy w rozszerzającym się wszechświecie: każda galaktyka odlatuje od każdej innej galaktyki. To oczywiście prowadzi do częstego pytania: Jeśli wszechświat się rozszerza, to w co się rozszerza? Więcej wszechświata? Nic? Coś przypominającego mgłę? Gdzie jest krawędź naszej kosmicznej bańki mydlanej?

cóż, nasz wszechświat ma krawędź — to znaczy, jeśli przez „nasz wszechświat” masz na myśli wszechświat obserwowalny. Prędkość światła jest po prostu taka-prędkość-a wszechświat istnieje tylko tak długo (około 13,77 miliarda lat), co oznacza, że tylko tak wiele wszechświata zostało nam objawione poprzez Światło, które przemierzyło te ogromne kosmiczne odległości. A co jest poza naszym obserwowalnym limitem? To proste.: To więcej rzeczy, jak galaktyki, czarne dziury i nowe, fantastyczne odmiany sera. Jest przez nas na zawsze nieosiągalny, ale wciąż tam jest.

z naszej perspektywy wygląda na to, że jesteśmy w centrum wszystkiego i każda galaktyka odlatuje od nas. To oczywiście prowadzi do linii rozumowania „musi być krawędź”. Ale załóżmy, że wskoczyłeś do Andromedy, naszego najbliższego galaktycznego sąsiada. Z tego nowego punktu widzenia nadal wygląda na to, że jesteś w centrum wszechświata i wszystko odlatuje od Ciebie. Teraz szalejmy i udawajmy, że możemy teleportować was do najbardziej odległej obserwowalnej galaktyki, na Dalekim krańcu naszego zasięgu obserwacyjnego. Wiesz co? Tak, z twojej pozycji wygląda na to, że jesteś w centrum wszechświata, a każda galaktyka-w tym odległa Droga Mleczna-oddala się od ciebie.

To właśnie mamy na myśli mówiąc „wszechświat się rozszerza.”Każda galaktyka oddala się od każdej innej galaktyki (z kilkoma drobnymi wyjątkami od lokalnych fuzji, ale to temat innego artykułu).

ale musi być jakiś limit, prawda? Przecież wszechświat nie jest nieskończony, prawda? Prawda?

No pewnie nie. Chociaż jest bardzo, bardzo, bardzo duży, wszechświat prawdopodobnie nie jest nieskończenie duży.

ale i tak nie potrzebuje krawędzi.

pomyśl jeszcze raz o przeskakiwaniu z galaktyki do galaktyki. Z Drogi Mlecznej wszechświat wygląda jak olbrzymia bańka mydlana, z nami w centrum. Ale z innej galaktyki ta uniwersalna bańka wygląda inaczej, ponieważ w „centrum” bańki znajduje się inna galaktyka.. To, co możemy pokusić się o nazwanie „wnętrzem” lub „krawędzią” naszego wszechświata, jest bez znaczenia z nowej perspektywy. Dotyczy to każdej galaktyki.

powiem to jeszcze raz: „rozszerzający się wszechświat” oznacza po prostu, że każda galaktyka porusza się dalej od każdej innej galaktyki. To jest to! Bez krawędzi. Bez bańki. Nie ma w czym się rozwijać. Matematyka jest prosta: wszechświat powiększa się z czasem. I to wszystko.

cofnijmy się o krok. Każdy zna te wspólne analogie używane do opisu rozszerzającego się wszechświata: galaktyki są jak mrówki pełzające po kuli plażowej. Wszyscy jesteśmy rodzynkami w bochenku chleba. I-oh! – piłka się napompowała! Tak! Bochenek chleba rośnie w piecu! Przestrzeń się rozszerza, a galaktyki są przenoszone razem z nią! Widzisz? Spokojnie!

te analogie z pewnością przechodzą przez ważny punkt: galaktyki nie latają, nie strzelają, nie oddalają się od siebie. To przestrzeń pod nimi wykonuje całą pracę rozszerzania się; galaktyki są tylko na przejażdżkę kosmicznym dywanem.

ale te analogie też mają fatalną wadę. Wszyscy łatwo możemy sobie wyobrazić nadmuchaną piłkę plażową lub wznoszący się bochenek chleba i od razu myślimy o nich jak o czymś rozszerzającym się: pustym powietrzu. Piłka plażowa ma skórę. Bochenek ma pyszną, chrupiącą skórkę. Mają krawędzie i poruszają się w coś.

nasze umysły oszukały nas, a to oszukuje nas, że jesteśmy w pełni oszołomieni tym, co się dzieje.

Kiedy używamy analogii mrówki na piłce plażowej, pierwszą rzeczą, którą ludzie mówią, jest: „dlaczego mrówki?”Nie wiem, pogódź się z tym. Druga rzecz, którą ludzie mówią, to: „środek wszechświata jest tam, w środku piłki.”W tym momencie muszę przejść z ograniczeniami analogii:cały nasz wszechświat jest powierzchnią piłki plażowej. A powierzchnia piłki nie ma środka. Podobnie jak powierzchnia ziemi nie ma centrum. Mogliśmy zrobić słupy, gdzie tylko zechcemy.

w modelu piłki plażowej cały nasz wszechświat jest dwuwymiarową powierzchnią, pełną idiotycznych mrówek próbujących czołgać się do siebie, ale zawodzących, bo jakiś palant ciągle ją napompowuje. Dobra, nieważne. Ten model wszechświata jest dwuwymiarowy, ale w naszym umyśle od razu myślimy o rozszerzeniu się do trzeciego wymiaru — wymiaru, do którego mrówki nie mają dostępu, ponieważ nie mogą skakać. Ale ten dodatkowy wymiar zapewnia „miejsce”dla powierzchni piłki do rozszerzenia.

ale nasz rzeczywisty wszechświat jest trójwymiarowy. Podczas gdy teoria strun sugeruje, że mogą istnieć dodatkowe wymiary, wszystkie są supertiny, więc te się nie liczą. Czy istnieje więc czwarty dodatkowy wymiar, który dostarcza „rzeczy”, do których nasz wszechświat może się rozszerzyć?

może, może nie. Chodzi o to, że: Matematyka mogłaby wspierać czwarty wymiar naszego trójwymiarowego wszechświata. I zdecydowanie mielibyśmy ” krawędź „w tym dodatkowym wymiarze, w ten sam sposób, w jaki można wskazać” krawędź ” powierzchni piłki plażowej 2D.

ale nie musi.

nie potrzebujemy czwartego wymiaru, aby owinąć nasz wszechświat. Mamy kompletny i spójny matematyczny opis ekspansji Wszechświata używając tylko normalnych, pracochłonnych trzech wymiarów, które znamy i kochamy. Oznacza to, że możemy mieć rozszerzający się wszechświat bez potrzeby posiadania krawędzi lub rzeczy do rozszerzenia.

przyznam, że mam problem z ogarnięciem tego pomysłu. Ale to jest piękno używania matematyki do zrozumienia wszechświata: możemy tworzyć i manipulować pojęciami, z którymi nasze mózgi same sobie nie poradzą!

Dowiedz się więcej słuchając odcinka ” po co mówić o nauce?”na Podcast Ask a Spaceman, dostępny w iTunes i w Internecie pod adresem http://www.askaspaceman.com. Zadaj własne pytanie na Twitterze za pomocą #AskASpaceman lub podążając za Sutter@PaulMattSutter i facebook.com/PaulMattSutter.

Śledź wszystkie kwestie i debaty ekspertów-i stań się częścią dyskusji-na Facebooku, Twitterze i Google+. Wyrażone poglądy są poglądami autora i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy wydawcy. Ten artykuł został pierwotnie opublikowany na Space.com.