Pada tahun 2019, ini adalah emosi biasa - ingin pergi empat atau lima kali sehari, bukan hanya ke ruang angkasa, tetapi ke hujung dunia, sejauh mungkin, untuk menghilangkan obsesi buruk atau cuaca buruk, kereta api yang tertunda atau seluar ketat, begitu biasa di bumi benda. Tetapi apa yang akan menanti anda di perbatasan kosmologi ini? Apa maksudnya - pinggir dunia, pinggir alam semesta - apa yang akan kita lihat di sana? Adakah sempadan atau infiniti secara umum?
Mari kita bertanya kepada para saintis.
Di pinggir dunia
Sean Carroll, profesor fizik di Institut Teknologi California:
“Sejauh yang kita ketahui, alam semesta tidak mempunyai batas. Alam semesta yang dapat dilihat mempunyai kelebihan - had dari apa yang dapat kita lihat. Ini kerana cahaya bergerak dengan kelajuan yang terbatas (satu tahun cahaya setiap tahun), jadi ketika kita melihat perkara yang jauh, kita melihat kembali masa yang lalu. Pada akhirnya, kita melihat apa yang telah berlaku selama hampir 14 bilion tahun, sisa sinaran Big Bang. Ini adalah latar belakang gelombang mikro kosmik yang mengelilingi kita dari semua arah. Tetapi ini bukan "sempadan" fizikal, jika anda benar-benar menilai itu.
Oleh kerana kita hanya dapat melihat sejauh ini, kita tidak tahu seperti apa keadaan di luar alam semesta kita yang dapat dilihat. Alam semesta yang kita lihat cukup homogen dalam skala besar dan, mungkin, secara harfiah akan terus seperti ini. Sebagai alternatif, alam semesta boleh melipat menjadi sfera atau torus. Sekiranya demikian, alam semesta akan terhad dalam ukuran keseluruhan, tetapi ia masih tidak mempunyai sempadan, seperti lingkaran yang tidak mempunyai awal atau akhir.
Ada juga kemungkinan bahawa alam semesta tidak homogen melebihi apa yang dapat kita lihat, dan keadaannya sangat berbeza dari satu tempat ke tempat yang lain. Kemungkinan ini ditunjukkan oleh kosmologi multiverse. Kami tidak tahu apakah multiverse itu ada pada prinsipnya, tetapi kerana kami tidak melihat satu atau yang lain, adalah wajar untuk tetap tidak memihak."
Video promosi:
Joe Dunkley, profesor sains fizik dan astrofizik di Universiti Princeton:
Ya, semuanya sama!
Baiklah, kita tidak benar-benar menganggap alam semesta mempunyai sempadan atau pinggir. Kami berpendapat bahawa ia terus berlanjutan tanpa henti ke semua arah, atau membungkus dirinya sendiri, sehingga tidak besar, tetapi masih tidak memiliki tepi. Bayangkan permukaan donat: ia tidak mempunyai sempadan. Mungkin seluruh alam semesta seperti itu (tetapi dalam tiga dimensi - hanya ada dua dimensi di permukaan donat). Ini bermakna anda boleh melakukan perjalanan dengan kapal angkasa ke arah mana pun, dan jika anda menempuh perjalanan yang cukup lama, anda akan kembali ke tempat yang anda mulakan. Tidak ada kelebihan.
Tetapi ada juga yang kita sebut alam semesta yang dapat dilihat, yang merupakan bahagian ruang yang sebenarnya dapat kita lihat. Tepi tempat ini adalah di mana cahaya tidak mempunyai cukup waktu untuk sampai ke kita sejak awal alam semesta. Kita hanya dapat melihat kelebihan seperti itu, dan di belakangnya, mungkin adalah segala yang kita lihat di sekitar: superclusters galaksi, yang masing-masing mengandungi berbilion bintang dan planet."
Permukaan hamburan terakhir
Jesse Shelton, Penolong Profesor di Jabatan Fizik dan Astronomi di University of Illinois di Urbana-Champaign:
Itu semua bergantung pada apa yang anda maksud dengan tepi alam semesta. Oleh kerana kelajuan cahaya terhad, semakin jauh ke ruang angkasa yang kita lihat, semakin lama semakin lama kita melihat - walaupun ketika kita melihat galaksi tetangga Andromeda, kita tidak melihat apa yang sedang berlaku sekarang, tetapi apa yang terjadi dua setengah juta tahun yang lalu ketika bintang-bintang Andromeda memancarkan cahaya yang kini memasuki teleskop kita. Cahaya tertua yang dapat kita lihat berasal dari kedalaman yang paling dalam, jadi, dari satu segi, tepi alam semesta adalah cahaya tertua yang telah sampai ke kita. Di alam semesta kita, inilah latar belakang gelombang mikro kosmik - sekejap Big Bang yang samar dan berpanjangan yang menandakan saat ketika alam semesta telah cukup sejuk sehingga atom dapat terbentuk. Ini disebut permukaan hamburan terakhir,kerana ia menandakan tempat di mana foton berhenti memantul antara elektron dalam plasma terion yang panas dan mula mengalir keluar melalui ruang yang telus, berbilion tahun cahaya ke arah kita. Oleh itu, kita dapat mengatakan bahawa pinggir alam semesta adalah permukaan penyerakan terakhir.
Apa yang ada di pinggir alam semesta sekarang? Kita tidak tahu - dan kita tidak dapat mengetahuinya, kita harus menunggu sehingga cahaya yang dipancarkan di sana sekarang dan datang ke arah kita melayang berbilion tahun di masa depan, tetapi ketika alam semesta berkembang lebih cepat dan lebih cepat, kita tidak mungkin melihat tepi alam semesta yang baru … Kita hanya boleh meneka. Secara besar-besaran, alam semesta kita kelihatan sama di mana sahaja anda melihat. Kemungkinan besar jika anda berada di pinggir alam semesta yang dapat dilihat hari ini, anda akan melihat alam semesta yang lebih kurang sama dengan alam kita: galaksi, lebih besar dan lebih kecil, ke semua arah. Saya berpendapat bahawa pinggir alam semesta sekarang lebih banyak lagi dari alam semesta: lebih banyak galaksi, lebih banyak planet, lebih banyak makhluk hidup yang mengajukan soalan yang sama."
Michael Troxel, Profesor Fizik Bersekutu di Duke University:
Walaupun alam semesta mungkin tidak terbatas, sebenarnya ada lebih dari satu 'kelebihan' praktikal.
Kami berpendapat bahawa alam semesta sebenarnya tidak terbatas - dan ia tidak mempunyai sempadan. Sekiranya Alam Semesta "rata" (seperti selembar kertas), seperti ujian kami menunjukkan titik persentase, atau "terbuka" (seperti pelana), maka itu benar-benar tidak terbatas. Sekiranya ia "ditutup" seperti bola keranjang, maka ia tidak terbatas. Namun, jika anda melangkah cukup jauh ke satu arah, anda akan sampai di mana anda bermula: bayangkan anda bergerak di permukaan bola. Sebagai hobbit bernama Bilbo pernah berkata: "Jalan berjalan ke depan dan ke depan …". Lagi dan lagi.
Alam Semesta mempunyai "kelebihan" bagi kita - malah dua. Ini disebabkan oleh bahagian relativiti umum, yang menyatakan bahawa semua benda (termasuk cahaya) di alam semesta mempunyai had kelajuan 299,792,458 m / s - dan had kelajuan ini berlaku di mana-mana. Pengukuran kami juga memberitahu kami bahawa alam semesta mengembang ke semua arah, dan berkembang dengan lebih cepat dan lebih pantas. Ini bermaksud bahawa ketika kita memerhatikan objek yang sangat jauh dari kita, cahaya dari objek itu memerlukan masa untuk sampai ke kita (jarak dibahagi dengan kelajuan cahaya). Caranya adalah bahawa ketika ruang mengembang ketika cahaya bergerak ke arah kita, jarak cahaya yang harus dilalui juga meningkat dari masa ke masa ketika bergerak ke arah kita.
Jadi, perkara pertama yang mungkin anda tanyakan adalah, berapa jarak paling jauh yang dapat kita perhatikan cahaya dari suatu objek jika benda itu dipancarkan pada awal alam semesta (yang berusia sekitar 13.7 bilion tahun). Ternyata jarak ini adalah 47 bilion tahun cahaya (tahun cahaya adalah sekitar 63.241 kali jarak antara Bumi dan Matahari), dan disebut cakrawala kosmologi. Soalannya boleh diajukan agak berbeza. Sekiranya kita menghantar mesej dengan kelajuan cahaya, sejauh mana kita dapat menerimanya? Ini lebih menarik kerana kadar pengembangan alam semesta pada masa akan datang meningkat.
Ternyata walaupun mesej ini disiarkan selama-lamanya, ia hanya dapat menjangkau mereka yang kini berada pada jarak 16 miliar tahun cahaya dari kita. Ini disebut "cakrawala peristiwa kosmik." Walau bagaimanapun, planet yang paling jauh yang dapat kita amati berjarak 25 ribu tahun cahaya, jadi kita masih dapat menyambut semua orang yang tinggal di alam semesta pada masa ini. Tetapi jarak paling jauh di mana teleskop kita saat ini dapat membezakan galaksi adalah sekitar 13.3 bilion tahun cahaya, jadi kita tidak dapat melihat apa yang ada di pinggir alam semesta. Tidak ada yang tahu apa yang ada di kedua-dua belah pihak."
Abigail Weiregg, Profesor Madya, Institut Fizik Kosmologi. Kavila di University of Chicago:
"Dengan menggunakan teleskop di Bumi, kita melihat cahaya yang keluar dari tempat-tempat yang jauh di alam semesta. Semakin jauh sumber cahaya, semakin lama masa yang diperlukan untuk cahaya ini sampai ke sini. Oleh itu, apabila anda melihat tempat-tempat yang jauh, anda melihat bagaimana tempat-tempat itu ketika cahaya yang anda lihat dilahirkan - dan bukan seperti apa tempat-tempat ini hari ini. Anda dapat terus melihat lebih jauh dan lebih jauh, yang akan sesuai dengan bergerak lebih jauh ke masa lalu, sehingga anda melihat sesuatu yang wujud beberapa milenium setelah Big Bang. Sebelum itu, alam semesta begitu panas dan padat (jauh sebelum ada bintang dan galaksi!) Bahawa cahaya di alam semesta ini tidak pernah dapat menangkapnya, ia tidak dapat dilihat dengan teleskop moden. Inilah kelebihan "alam semesta yang dapat dilihat" - cakrawala - kerana anda tidak dapat melihat apa-apa di luarnya. Masa berlalu, cakrawala ini berubah. Sekiranya anda dapat melihat Alam Semesta dari planet lain, anda mungkin akan melihat perkara yang sama yang kita lihat di Bumi: cakrawala anda sendiri, dibatasi oleh masa yang berlalu sejak Big Bang, kepantasan cahaya dan pengembangan alam semesta.
Seperti apa tempat yang sesuai dengan cakrawala bumi? Kami tidak tahu, kerana kami dapat melihat tempat ini seperti sebelum Big Bang, dan tidak seperti sekarang. Tetapi semua ukuran menunjukkan bahawa seluruh alam semesta yang dapat dilihat, termasuk pinggir alam semesta yang dapat dilihat, kelihatan sama, sama seperti alam semesta tempatan kita hari ini: dengan bintang, galaksi, kelompok galaksi dan ruang kosong yang besar.
Kami juga berpendapat bahawa alam semesta jauh lebih besar daripada bahagian alam semesta yang dapat kita lihat dari Bumi hari ini, dan bahawa alam semesta itu sendiri tidak mempunyai "kelebihan". Ini hanya masa-ruang yang semakin meningkat."
Alam semesta tidak mempunyai sempadan
Arthur Kosovsky, profesor fizik di University of Pittsburgh:
"Salah satu sifat yang paling mendasar dari alam semesta adalah zamannya, yang menurut pelbagai pengukuran, kita sekarang mendefinisikan sebagai 13,7 miliar tahun. Oleh kerana kita juga tahu bahawa cahaya bergerak dengan kelajuan yang tetap, ini bermaksud bahawa sinar cahaya yang muncul pada waktu awal telah menempuh jarak tertentu sekarang (mari kita sebut ini "jarak ke cakrawala" atau "jarak Hubble"). Oleh kerana tidak ada yang dapat bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya, jarak Hubble akan menjadi jarak terjauh yang dapat kita perhatikan pada prinsipnya (kecuali jika kita mencari jalan untuk mengelak teori relativiti).
Kami mempunyai sumber cahaya yang menghampiri kami dari jarak hampir Hubble: sinaran latar gelombang mikro kosmik. Kita tahu bahawa alam semesta tidak mempunyai "tepi" pada jarak ke sumber gelombang mikro, yang hampir keseluruhan jarak Hubble dari kita. Oleh itu, kita biasanya menganggap bahawa alam semesta jauh lebih besar daripada volume Hubble kita sendiri yang dapat dilihat, dan bahawa kelebihan sebenar yang mungkin ada jauh lebih jauh daripada yang dapat kita perhatikan. Mungkin ini tidak benar: ada kemungkinan bahawa pinggir alam semesta terletak tepat di luar jarak Hubble dari kita, dan di luarnya - raksasa laut. Tetapi kerana seluruh alam semesta yang kita amati relatif sama dan homogen di mana-mana, giliran seperti itu akan sangat aneh.
Saya bimbang kita tidak akan mempunyai jawapan yang baik untuk soalan ini. Alam semesta mungkin tidak memiliki kelebihan sama sekali, dan jika ada, ia akan cukup jauh sehingga kita tidak akan pernah melihatnya. Tinggal bagi kita untuk memahami hanya bahagian Alam Semesta yang benar-benar dapat kita amati."
Ilya Khel
