13,8 miljarder år sedan började universum som vi känner det med den heta Big Bang. Under den tiden har rymden själv expanderat, saken har genomgått gravitationsattraktion, och resultatet är det universum vi ser idag. Men så stort som allt är, det finns en gräns för vad vi kan se. Bortom ett visst avstånd försvinner galaxerna, stjärnorna blinkar ut och inga signaler från det avlägsna universum kan ses. Vad ligger bortom det? Det är den här veckans fråga från Dan Newman, som frågar:

om universum är begränsat i volym, finns det en gräns? Är det tillgängligt? Och vad kan utsikten i den riktningen vara?

Låt oss börja med att börja på vår nuvarande plats och titta ut så långt vi kan.

i vår egen bakgård är universum fullt av stjärnor. Men gå mer än cirka 100 000 ljusår bort, och du har lämnat Vintergatan bakom dig. Utöver det finns det ett hav av galaxer: kanske två biljoner totalt i vårt observerbara universum. De finns i en stor mångfald av typer, former, storlekar och massor. Men när du ser tillbaka till de mer avlägsna, börjar du hitta något ovanligt: ju längre bort en galax är, desto mer sannolikt är det att vara mindre, lägre i Massa och att dess stjärnor är inneboende blåare i färg än de närliggande.

detta är meningsfullt i samband med ett universum som hade en början: en födelsedag. Det var vad Big Bang var, dagen då universum som vi känner det föddes. För en galax som är relativt nära är det ungefär samma ålder som vi är. Men när vi tittar på en galax som är miljarder ljusår bort, har det ljuset behövt resa i miljarder år för att nå våra ögon. En galax vars ljus tar 13 miljarder år att nå oss måste vara mindre än en miljard år gammal, och ju längre bort vi tittar ser vi i princip tillbaka i tiden.

ovanstående bild är Hubble eXtreme Deep Field (XDF), den djupaste bilden av det avlägsna universum som någonsin tagits. Det finns tusentals galaxer i denna bild, på ett stort antal avstånd från oss och från varandra. Vad du inte kan se i enkel färg är dock att varje galax har ett spektrum associerat med det, där gasmoln absorberar ljus vid mycket speciella våglängder, baserat på atomens enkla fysik. När universum expanderar sträcker sig våglängden, så de mer avlägsna galaxerna verkar rödare än de annars skulle göra. Den fysiken tillåter oss att dra slutsatsen om deras avstånd, och se och se, när vi tilldelar avstånd till dem, är de längsta galaxerna de yngsta och minsta av alla.bortom galaxerna förväntar vi oss att det finns de första stjärnorna, och då inget annat än neutral gas, när universum inte hade haft tillräckligt med tid att dra materia i täta nog tillstånd för att bilda en stjärna ännu. Att gå tillbaka ytterligare miljoner år var strålningen i universum så het att neutrala atomer inte kunde bildas, vilket innebär att fotoner studsade av laddade partiklar kontinuerligt. När neutrala atomer bildades, bör det ljuset helt enkelt strömma i en rak linje för alltid, opåverkad av något annat än universums expansion. Upptäckten av denna kvarvarande glöd — den kosmiska mikrovågsbakgrunden — för mer än 50 år sedan var den ultimata bekräftelsen av Big Bang.

så från var vi är idag kan vi se ut i vilken riktning vi vill och se samma kosmiska historia utvecklas. Idag, 13,8 miljarder år efter Big Bang, har vi de stjärnor och galaxer vi känner idag. Tidigare var galaxer mindre, blåare, yngre och mindre utvecklade. Innan det fanns de första stjärnorna, och före det, bara neutrala atomer. Före neutrala atomer fanns det en joniserad plasma, då var det ännu tidigare fria protoner och neutroner, spontan skapande av materia-och-antimateria, fria kvarkar och gluoner, alla instabila partiklar i standardmodellen och slutligen ögonblicket för Big Bang själv. Att titta på större och större avstånd motsvarar att titta hela vägen tillbaka i tiden.

Även om detta definierar vårt observerbara universum — med den teoretiska gränsen för Big Bang som ligger 46,1 miljarder ljusår från vår nuvarande position-är detta inte en riktig gräns i rymden. Istället är det helt enkelt en gräns i tiden; det finns en gräns för vad vi kan se eftersom ljusets hastighet tillåter information att bara resa så långt under de 13,8 miljarder åren sedan den heta Big Bang. Avståndet är längre än 13.8 miljarder ljusår eftersom universums tyg har expanderat (och fortsätter att expandera), men det är fortfarande begränsat. Men vad sägs om före Big Bang? Vad skulle du se om du på något sätt gick till tiden bara en liten bråkdel av en sekund tidigare än när universum var på sina högsta energier, heta och täta och fulla av materia, antimateria och strålning?

du skulle upptäcka att det fanns ett tillstånd som heter kosmisk inflation: där universum expanderade ultra snabbt och dominerades av energi som är inneboende i rymden själv. Rymden expanderade exponentiellt under denna tid, där den sträcktes platt, där den fick samma egenskaper överallt, där befintliga partiklar alla drevs bort och där fluktuationer i kvantfälten som var inneboende i rymden sträckte sig över universum. När inflationen slutade där vi är, fyllde den heta Big Bang universum med Materia och strålning, vilket gav upphov till den del av universum — det observerbara universum — som vi ser idag. 13,8 miljarder år senare, här är vi.

saken är att det inte finns något speciellt med vår plats, varken i rymden eller i tiden. Det faktum att vi kan se 46 miljarder ljusår bort gör inte den gränsen eller den platsen något speciellt; det markerar helt enkelt gränsen för vad vi kan se. Om vi på något sätt kunde ta en” ögonblicksbild ” av hela universum, gå långt bortom den observerbara delen, som den existerar 13,8 miljarder år efter Big Bang överallt, skulle det alla se ut som vårt närliggande Universum gör idag. Det skulle finnas en stor kosmisk bana av galaxer, kluster, filament och kosmiska tomrum som sträcker sig långt bortom den relativt lilla regionen vi kan se. Varje observatör, på vilken plats som helst, skulle se ett universum som var väldigt likt det vi ser ur vårt eget perspektiv.

de enskilda detaljerna skulle vara olika, precis som detaljerna i vårt eget solsystem, galax, lokal grupp och så vidare skiljer sig från någon annan observatörs synvinkel. Men universum i sig är inte ändligt i volym; det är bara den observerbara delen som är ändlig. Anledningen till det är att det finns en gräns i tiden — Big Bang — som skiljer oss från resten. Vi kan närma oss den gränsen endast genom teleskop (som ser till tidigare tider i universum) och genom teori. Tills vi räknar ut hur man kringgår tidens framåtflöde, kommer det att vara vårt enda tillvägagångssätt för att bättre förstå universums ”kant”. Men i rymden? Det finns ingen kant alls. Så gott vi kan berätta, någon vid kanten av det vi ser skulle helt enkelt se oss som kanten istället!

skicka in dina fråga Ethan frågor till startswithabang på gmail dot com!