Wszechświat pokazuje skomplikowane schematy grupowania, które nigdy się nie powtarzają. Ale z naszej perspektywy widzimy tylko skończoną objętość wszechświata. Co leży poza tą krawędzią? V. Springel et al., MPA Garching, i symulacja Millenium

13,8 miliarda lat temu Wszechświat, jaki znamy, zaczął się od gorącego Wielkiego Wybuchu. W tym czasie przestrzeń sama się rozszerzyła, Materia Uległa przyciąganiu grawitacyjnemu, a rezultatem jest wszechświat, który widzimy dzisiaj. Ale mimo tego, że wszystko jest ogromne, jest granica tego, co widzimy. Poza pewną odległością galaktyki znikają, gwiazdy migoczą i nie widać żadnych sygnałów z odległego wszechświata. Co jest poza tym? To pytanie z tego tygodnia od Dana Newmana, który pyta:

jeśli wszechświat jest skończony pod względem objętości, to czy istnieje granica? Czy jest przystępny? A jaki może być widok w tym kierunku?

zacznijmy od rozpoczęcia od naszej obecnej lokalizacji i spoglądania jak najdalej.

podobnie jak nasze własne. Ale kiedy patrzymy dalej, widzimy Wszechświat taki, jaki był w odległej przeszłości: mniej zorganizowany, gorętszy, młodszy i mniej rozwinięty. NASA, ESA i A. Feild (STScI)

na naszym własnym podwórku Wszechświat jest pełen gwiazd. Ale w odległości ponad 100 000 lat świetlnych opuściliście Drogę Mleczną. Poza tym, istnieje morze galaktyk: może dwa biliony w sumie zawarte w naszym obserwowalnym wszechświecie. Występują w dużej różnorodności typów, kształtów, rozmiarów i mas. Ale patrząc wstecz na te bardziej odległe, zaczynasz odnajdywać coś niezwykłego: im dalej znajduje się galaktyka, tym bardziej prawdopodobne jest, że będzie ona mniejsza, mniejsza w masie i że jej gwiazdy będą wewnętrznie niebieskawe niż pobliskie.

w historii wszechświata: mniejszy, bardziej niebieskawy, młodszy i mniej ewoluował we wcześniejszych czasach. NASA, ESA, P. van Dokkum (Yale University), S. Patel (Leiden University) i zespół 3D-HST

To ma sens w kontekście wszechświata, który miał początek: urodziny. To właśnie był wielki wybuch, dzień, w którym narodził się wszechświat. Jak na galaktykę, która jest stosunkowo blisko, jest w tym samym wieku co my. Ale kiedy patrzymy na galaktykę oddaloną o miliardy lat świetlnych, to światło musiało podróżować przez miliardy lat, by dotrzeć do naszych oczu. Galaktyka, której światło dociera do nas w ciągu 13 miliardów lat, musi mieć mniej niż miliard lat, więc im dalej patrzymy, w zasadzie patrzymy wstecz w czasie.

Ekstremalne głębokie pole; najwspanialszy obraz w historii odległego wszechświata. NASA, ESA, H. Teplitz i M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer( STScI), R. Windhorst (Arizona State University) i Z. Levay (STScI)

powyższy obraz jest Hubble eXtreme Deep Field (XDF), najgłębszym obrazem odległego wszechświata, jaki kiedykolwiek zrobiono. Na tym zdjęciu są tysiące galaktyk, w ogromnej odległości od nas i od siebie nawzajem. To, czego nie widać w prostym kolorze, to fakt, że każda galaktyka ma związane z nią widmo, w którym chmury gazu absorbują światło o bardzo określonych długościach fal, w oparciu o prostą fizykę atomu. W miarę jak wszechświat się rozszerza, ta długość fali się rozciąga, więc bardziej odległe galaktyki wydają się bardziej czerwone niż w innym przypadku. Ta fizyka pozwala nam wnioskować o ich odległości, i oto, kiedy przypisujemy im odległości, najdalsze galaktyki są najmłodszymi i najmniejszymi ze wszystkich.

poza galaktykami spodziewamy się, że pojawią się pierwsze gwiazdy, a potem nic poza gazem neutralnym, kiedy Wszechświat nie miał wystarczająco dużo czasu, aby przyciągnąć materię do wystarczająco gęstych stanów, aby utworzyć gwiazdę. Kolejne miliony lat wstecz, promieniowanie we wszechświecie było tak gorące, że obojętne Atomy nie mogły się uformować, co oznacza, że fotony odbijały się od naładowanych cząstek w sposób ciągły. Kiedy uformowały się Atomy neutralne, to światło powinno po prostu płynąć w linii prostej na zawsze, bez wpływu niczego innego niż ekspansja wszechświata. Odkrycie tego resztkowego blasku-kosmicznego mikrofalowego tła – ponad 50 lat temu było ostatecznym potwierdzeniem Wielkiego Wybuchu.

podkreślanie reionizacji. Zanim powstały gwiazdy lub galaktyki, Wszechświat był pełen neutralnych atomów blokujących światło. Podczas gdy większość wszechświata nie ulega reionizacji aż do 550 milionów lat później, kilka szczęśliwych regionów jest w większości reionizowanych wcześniej. Kredyt: S. G. Djorgovski et al., Caltech Digital Media Center

więc z miejsca, w którym jesteśmy dzisiaj, możemy spojrzeć w dowolnym kierunku i zobaczyć tę samą Kosmiczną historię, która się rozwija. Dziś, 13,8 miliarda lat po Wielkim Wybuchu, mamy gwiazdy i galaktyki, które znamy dzisiaj. Wcześniej galaktyki były mniejsze, niebieskawe, młodsze i mniej ewoluowały. Wcześniej były pierwsze gwiazdy, a wcześniej tylko neutralne Atomy. Przed atomami neutralnymi istniała zjonizowana Plazma, potem jeszcze wcześniej były wolne protony i neutrony, spontaniczne powstawanie materii i antymaterii, wolne kwarki i gluony, wszystkie niestabilne cząstki w modelu standardowym, a w końcu sam moment Wielkiego Wybuchu. Patrzenie na coraz większe odległości jest równoznaczne z patrzeniem wstecz w czasie.

obserwowalny wszechświat. Galaktyki ustępują miejsca wielkoskalowej strukturze i gorącej, gęstej plazmie Wielkiego Wybuchu na obrzeżach. Ta „krawędź” jest granicą tylko w czasie. Użytkownik Wikipedii Pablo Carlos Budassi

chociaż definiuje to nasz obserwowalny wszechświat — z teoretyczną granicą Wielkiego Wybuchu znajdującą się 46,1 miliarda lat świetlnych od naszej obecnej pozycji — nie jest to prawdziwa granica w przestrzeni. Zamiast tego, jest to po prostu granica w czasie; jest ograniczenie tego, co widzimy, ponieważ prędkość światła pozwala informacjom podróżować tak daleko tylko przez 13,8 miliarda lat od gorącego Wielkiego Wybuchu. Odległość ta jest większa niż 13,8 miliarda lat świetlnych, ponieważ tkanina wszechświata rozszerzyła się (i nadal się rozszerza), ale nadal jest ograniczona. Ale co z przed Wielkim Wybuchem? Co byś zobaczył, gdybyś w jakiś sposób poszedł do czasu zaledwie ułamek sekundy wcześniej niż wtedy, gdy Wszechświat był w najwyższych energiach, gorący i gęsty, pełen materii, antymaterii i promieniowania?

obserwowalny wszechświat, do którego mamy dostęp. Wahania inflacji zasadziły nasiona, które urosły do struktury, którą mamy dzisiaj. Bock i in. (2006, astro-ph/0604101); modyfikacje E. Siegela

: gdzie Wszechświat rozwijał się bardzo szybko i zdominowany był przez energię właściwą samej przestrzeni. Przestrzeń rozszerzała się wykładniczo w tym czasie, gdzie była rozciągnięta płasko, gdzie wszędzie otrzymywała te same właściwości, gdzie wcześniej istniejące cząstki były odpychane, a fluktuacje pól kwantowych nieodłącznie związanych z przestrzenią rozciągały się po całym wszechświecie. Kiedy inflacja skończyła się tam, gdzie jesteśmy, gorący Wielki Wybuch wypełnił Wszechświat materią i promieniowaniem, dając początek części Wszechświata – obserwowalnego wszechświata-którą widzimy dzisiaj. 13,8 miliarda lat później, oto jesteśmy.

lat we wszystkich kierunkach z naszego punktu widzenia, ale z pewnością istnieje więcej, niezauważalny Wszechświat, być może nawet nieskończona ilość, tak jak nasz poza tym. Frédéric MICHEL and Andrew Z. Colvin, annotated by E. Siegel

rzecz w tym, że nie ma nic szczególnego w naszej lokalizacji, ani w przestrzeni, ani w czasie. Fakt, że widzimy 46 miliardów lat świetlnych stąd, nie czyni tej granicy ani tej lokalizacji czymś wyjątkowym; po prostu wyznacza granicę tego, co widzimy. Gdybyśmy mogli w jakiś sposób zrobić „migawkę” całego wszechświata, wykraczając daleko poza obserwowalną część, ponieważ istnieje on 13,8 miliarda lat po Wielkim Wybuchu wszędzie, wszystko wyglądałoby tak, jak nasz pobliski Wszechświat dzisiaj. Byłaby wielka kosmiczna sieć galaktyk, gromad, włókien i kosmicznych pustek, rozciągająca się daleko poza stosunkowo mały obszar, który widzimy. Każdy obserwator, w dowolnym miejscu, widziałby wszechświat, który był bardzo podobny do tego, który widzimy z naszej własnej perspektywy.

prezentuje pobliskie gwiazdy i galaktyki widziane po drodze, ale galaktyki bliżej zewnętrznych regionów są po prostu widoczne na młodszym, wcześniejszym etapie ewolucji. Z ich perspektywy mają one 13,8 miliarda lat (i są bardziej rozwinięte), a my wyglądamy tak, jak miliardy lat temu. NASA, ESA, zespół ds. towarów i M. Giavalisco (Stsci / University of Massachusetts)

poszczególne szczegóły byłyby różne, tak jak szczegóły naszego własnego układu słonecznego, galaktyki, grupy lokalnej itp.różnią się od punktu widzenia innych obserwatorów. Ale sam wszechświat nie jest skończony pod względem objętości, tylko obserwowalna część jest skończona. Powodem tego jest to, że istnieje granica w czasie — wielki wybuch — który oddziela nas od reszty. Możemy zbliżyć się do tej granicy tylko przez teleskopy (które patrzą na wcześniejsze czasy we wszechświecie)i przez teorię. Dopóki nie wymyślimy, jak obejść przepływ czasu, będzie to nasze jedyne podejście, aby lepiej zrozumieć „krawędź” wszechświata. Ale w kosmosie? Nie ma żadnej krawędzi. Na tyle, na ile możemy powiedzieć, ktoś na skraju tego, co widzimy, po prostu zobaczyłby nas jako krawędź!

Wyślij swoje pytania do startswithabang w gmail dot com!

Śledź mnie na Twitterze. Sprawdź moją stronę internetową lub niektóre z moich innych prac tutaj.