Mi van az Univerzum szélén?

Az is lehetséges, hogy a világegyetem nem egységes azon túl, amit mi látunk, és a körülmények helyenként merőben eltérőek. Ez a lehetőség a kozmológiai multiverzum. Nem tudjuk, hogy létezik-e ilyen értelemben multiverzum, de mivel valójában nem látjuk, hogy így vagy úgy, bölcs dolog nyitott szemmel járni.

Jo Dunkley

Professzor, fizika és asztrofizikai tudományok, Princeton Egyetem, kutatási területe a kozmológia, az Univerzum eredetének és fejlődésének tanulmányozása

Még többet!

Oké, tehát valójában nem hisszük, hogy az univerzumnak van pereme. Úgy gondoljuk, hogy vagy végtelenül messze folytatódik minden irányban, vagy talán önmagába tekeredik, így nem végtelenül nagy, de még mindig nincs széle. A fánk felszíne is ilyen: nincs széle. Lehetséges, hogy az egész világegyetem is ilyen (de három dimenzióban – a fánk felszíne csak kétdimenziós). Ez azt jelenti, hogy bármilyen irányba elindulhatsz az űrbe egy rakétahajóval, és ha elég sokáig utazol, visszatérsz oda, ahonnan elindultál. Nincsenek élek.

De van egy olyan dolog is, amit megfigyelhető univerzumnak hívunk, ami a térnek az a része, amit ténylegesen láthatunk. Ennek a határa az a hely, amelyen túl a fénynek az univerzum kezdete óta nem volt ideje eljutni hozzánk. Ez csak a széle annak, amit látunk, és azon túl valószínűleg még több van abból, amit körülöttünk is látunk: galaxisok szuperhalmazai, amelyek mindegyike hatalmas galaxisok milliárdnyi csillagot és bolygót tartalmaz.

Jessie Shelton

Az Illinois-i Urbana-Champaign Egyetem fizika és csillagászat tanszékének docense, akinek kutatásai az asztrofizikára és a kozmológiára összpontosítanak

Az attól függ, mit értünk az univerzum peremén. Mivel a fény sebessége véges, ahogy egyre messzebbre nézünk az űrben, egyre messzebbre nézünk vissza az időben – még ha a szomszéd galaxisra, az Andromédára nézünk is, nem azt látjuk, ami most történik, hanem azt, ami két és fél millió évvel ezelőtt történt, amikor az Androméda csillagai kibocsátották azt a fényt, amit a távcsöveink csak most érzékelnek. A legrégebbi fény, amit látunk, a legtávolabbról érkezett, így bizonyos értelemben az univerzum határa az, amit a hozzánk érkező legősibb fényben láthatunk. A mi világegyetemünkben ez a kozmikus mikrohullámú háttér – az ősrobbanás halvány, elhúzódó utófénye, amely azt jelzi, amikor a világegyetem eléggé lehűlt ahhoz, hogy az atomok kialakulhassanak. Ezt nevezik az utolsó szórás felületének, mivel ez jelzi azt a helyet, ahol a fotonok abbahagyták a forró, ionizált plazmában az elektronok közötti ping-pongozást, és elkezdtek áramlani az átlátszó térben, egészen fényévmilliárdokon át egészen hozzánk, a Földre. Úgy is mondhatnánk tehát, hogy az univerzum pereme az utolsó szóródás felülete.

Mi van most az univerzum peremén? Nos, nem tudjuk – nem tudhatjuk, meg kellene várnunk, hogy a most ott kisugárzott fény sok-sok milliárd év múlva ideérjen, és mivel a világegyetem egyre gyorsabban tágul, valószínűleg egyáltalán nem fog ideérni -, de találgathatunk. A legnagyobb léptékben a világegyetemünk nagyjából ugyanúgy néz ki, bármelyik irányba is nézünk. Tehát jó eséllyel, ha ma a megfigyelhető univerzumunk szélén lennénk, egy olyan univerzumot látnánk, amely nagyjából ugyanúgy nézne ki, mint a miénk – galaxisok, kicsik és nagyok, minden irányban. Így egy nagyon jó tipp arra, hogy mi van most a világegyetem szélén, egyszerűen az, hogy még több világegyetem: még több galaxis, még több bolygó, talán még több élőlény, amelyek ugyanazt a kérdést teszik fel.

Michael Troxel

Adjunktus, fizikus, Duke University, akinek kutatásai a megfigyelési és elméleti kozmológiára összpontosítanak

Az Univerzum valószínűsíthetően végtelen méretű, de valójában egynél több gyakorlati “pereme” van.

Úgy gondoljuk, hogy az Univerzum valójában végtelen – nincs pereme. Ha az Univerzum “lapos” (mint egy papírlap), ahogy azt több mint egy százalékos pontossággal teszteltük, vagy “nyitott” (mint egy nyereg), akkor valóban végtelen. Ha “zárt”, ami olyan, mint egy kosárlabda, akkor nem végtelen. Ha azonban elég messzire mész egy irányba, akkor végül oda jutsz vissza, ahonnan elindultál – gondolj csak a labda felszíne mentén való mozgásra. Ahogy egy Bilbó nevű hobbit mondta egyszer: “Az út egyre csak megy tovább és tovább / Ki az ajtóból, ahol kezdődött” (újra és újra…).

Az Univerzumnak még mindig van egy “éle” számunkra, igazából kettő. Ez az általános relativitáselmélet egy részének köszönhető, amely azt mondja, hogy az Univerzumban minden dolognak (beleértve a fényt is) van egy sebességhatára – körülbelül 670 millió mérföld/óra -, és ez a sebességhatár mindenhol ugyanaz. A méréseink azt is mutatják, hogy az Univerzum minden irányban tágul, és nem csak tágul, hanem idővel egyre gyorsabban tágul. Ez azt jelenti, hogy amikor egy tőlünk nagyon messze lévő tárgyat figyelünk meg, az adott tárgy fényének időbe telik, amíg elér hozzánk (a távolság osztva a fénysebességgel). A trükkös dolog az, hogy mivel a tér tágul, miközben a fény eljut hozzánk, a távolság, amit a fénynek meg kell tennie, szintén növekszik az idő múlásával a hozzánk vezető úton.

Az első kérdés tehát az, hogy mi a legtávolabbi távolság, amit egy objektumból érkező fényt megfigyelhetünk, ha az Univerzum kezdetén (ami körülbelül 13,7 milliárd éves) bocsátották ki. Kiderült, hogy ez körülbelül 47 milliárd fényévre van (egy fényév körülbelül 63 241-szerese a Föld és a Nap közötti távolságnak), és ezt nevezzük “komoving horizontnak”. A kérdést kissé másképp is feltehetjük. Ha fénysebességgel küldenénk egy üzenetet, mi lenne a legtávolabbi távolság, ahonnan valaki egy másik bolygóról valaha is megkaphatná azt? Ez még érdekesebb, mert az Univerzum tágulási sebessége a jövőben gyorsul (ahelyett, hogy a múltban lassulna).

Kiderül, hogy még ha az üzenet örökké utazna is, akkor is csak akkor érne el valakit, aki most 16 milliárd fényévre van tőlünk. Ezt nevezik “kozmikus eseményhorizontnak”. A legtávolabbi bolygó, amit eddig megfigyelni tudtunk, azonban csak körülbelül 25 ezer fényévre van tőlünk, így végül mégiscsak köszönhetnénk mindenkinek, akiről tudjuk, hogy létezhet az Univerzumban eddig. A legtávolabbi távolság, amit jelenlegi teleszkópjaink azonosítani tudtak egy galaxist tőlünk, azonban csak körülbelül 13,3 milliárd fényévre van tőlünk, így jelenleg még nem láthatjuk, hogy mi van egyik “szélén” sem. Tehát senki sem tudja, mi van egyik szélén sem!

Abigail Vieregg

A Chicagói Egyetem Kavil Kozmológiai Fizikai Intézetének docense

A földi teleszkópok segítségével a világegyetem távoli pontjairól érkező fényt nézzük. Minél messzebb van a fényforrás, annál tovább tart, amíg a fény ideér. Amikor tehát távoli helyekre nézünk, azt nézzük, hogy milyenek voltak azok a helyek, amikor a látott fény keletkezett – nem pedig azt, hogy milyenek azok a helyek ma. Egyre messzebbre és messzebbre nézhetsz, ami egyre messzebbre és messzebbre megy vissza az időben, amíg el nem érsz egy olyan helyet, ami néhány százezer évvel az ősrobbanás után van. Azelőtt a világegyetem olyan forró és sűrű volt (jóval azelőtt, hogy csillagok és galaxisok léteztek volna!), hogy a világegyetemben minden fény csak úgy zörgött, és mi ma nem látjuk a távcsöveinkkel. Ez a hely a “megfigyelhető világegyetem” határa – néha horizontnak is nevezik -, mert nem látunk túl rajta. Az idő előrehaladtával ez a horizont változik. Ha a világegyetem egy másik bolygójáról valahol máshol néznénk ki, feltehetően valami nagyon hasonlót látnánk, mint amit mi látunk itt a Földről: a saját horizontunkat, amelyet az ősrobbanás óta eltelt idő, a fénysebesség és a világegyetem tágulásának mértéke korlátoz.

Milyennek tűnik ma a Föld horizontjának megfelelő hely? Nem tudhatjuk, hiszen azt a helyet csak úgy láthatjuk, ahogyan közvetlenül az ősrobbanás után volt, nem pedig úgy, ahogyan ma van. Minden mérés azonban arra utal, hogy az egész általunk látható világegyetem, beleértve a megfigyelhető univerzum szélét is, nagyjából úgy néz ki, mint ma a mi helyi univerzumunk: csillagokkal, galaxisokkal és galaxishalmazokkal és sok üres térrel.

Azt is gondoljuk, hogy a világegyetem sokkal, de sokkal nagyobb, mint az univerzumnak az a része, amelyet történetesen ma itt a Földről láthatunk, és magának a világegyetemnek nincs “széle”. Ez csak a táguló téridő.

Arthur B. Kosowsky

Professzor, fizika, Pittsburghi Egyetem, kutatásainak középpontjában a kozmológia és az elméleti fizika kapcsolódó kérdései állnak

A világegyetem egyik legalapvetőbb tulajdonsága a kora, amelyet különböző mérések alapján ma 13,7 milliárd évnek határozunk meg. Mivel azt is tudjuk, hogy a fény állandó sebességgel terjed, ez azt jelenti, hogy egy nagyon korai időben indult fénysugár mára egy bizonyos távolságot tett meg (ezt nevezzük “horizont-távolságnak” vagy “Hubble-távolságnak”). Mivel semmi sem terjed gyorsabban a fénysebességnél, a Hubble-távolság a legtávolabbi távolság, amelyet elvileg valaha is megfigyelhetünk (hacsak nem fedezzük fel a relativitáselmélet megkerülésének módját!).

Van egy fényforrásunk, amely majdnem a Hubble-távolságból érkezik hozzánk: a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás. Tudjuk, hogy az univerzumnak nincs “széle” a mikrohullámú háttérsugárzás eredetének távolságáig, ami majdnem a teljes Hubble-távolságot jelenti tőlünk. Ezért általában azt a feltételezést tesszük, hogy az univerzum sokkal nagyobb, mint a saját megfigyelhető Hubble-térfogatunk, és bármilyen tényleges perem, amely létezhet, sokkal messzebb van, mint amit valaha is megfigyelhetünk. Elképzelhető, hogy ez nem így van: lehet, hogy a világegyetemnek van egy pereme közvetlenül a tőlünk mért Hubble-távolságon túl, és azon túl tengeri szörnyek vannak. De mivel az egész általunk megfigyelhető univerzum viszonylag hasonlónak és egységesnek tűnik, ez rendkívül furcsa állapot lenne.

Szóval attól tartok, hogy soha nem fogunk jó választ kapni a kérdésre: lehet, hogy az univerzumnak egyáltalán nincs is pereme, és ha van is, az a perem elég messze van ahhoz, hogy a peremről érkező fénynek még nem volt elég ideje eljutni hozzánk az univerzum teljes története során. Be kell érnünk azzal, hogy az univerzumnak azt a részét értjük meg, amelyet ténylegesen megfigyelhetünk.

Neked is van égető kérdésed a Giz Asks számára? Írj nekünk a [email protected] e-mail címre.