Vad finns i universums utkant?

Advertisement

Det är också möjligt att universum inte är enhetligt förbi vad vi kan se, och att förhållandena skiljer sig vilt från plats till plats. Den möjligheten är det kosmologiska multiversumet. Vi vet inte om det finns ett multiversum i denna mening, men eftersom vi faktiskt inte kan se det ena eller det andra är det klokt att hålla ett öppet sinne.

Jo Dunkley

Professor i fysik och astrofysiska vetenskaper vid Princeton University, vars forskning handlar om kosmologi och studier av universums ursprung och utveckling

Mer av samma sak!

Okej, så vi tror faktiskt inte att det finns en kant på universum. Vi tror att det antingen fortsätter oändligt långt i alla riktningar, eller så är det kanske lindat in i sig självt så att det inte är oändligt stort, men ändå inte har några kanter. Ytan på en munk är likadan: den har ingen kant. Det är möjligt att hela universum också är så (men i tre dimensioner – en donuts yta är bara tvådimensionell). Det betyder att du skulle kunna åka iväg i vilken riktning som helst ut i rymden på en raket, och om du reser tillräckligt länge skulle du komma tillbaka till den plats där du startade. Inga kanter.

Men det finns också något som vi kallar det observerbara universumet, vilket är den del av rymden som vi faktiskt kan se. Kanten av detta är den plats bortom vilken ljuset inte har hunnit nå oss sedan universums början. Det är bara kanten av det vi kan se, och bortom den finns förmodligen mer av samma saker som vi kan se runt omkring oss: superkluster av galaxer, där varje enorm galax innehåller miljarder stjärnor och planeter.

Jessie Shelton

Assistent professor i fysik och astronomi vid University of Illinois Urbana-Champaign, vars forskning är inriktad på astrofysik och kosmologi

Det beror på vad man menar med kanten av universum. Eftersom ljusets hastighet är ändlig ser vi allt längre ut i rymden allt längre tillbaka i tiden – även när vi tittar på granngalaxen Andromeda ser vi inte vad som händer nu, utan vad som hände för två och en halv miljon år sedan när Andromedas stjärnor sände ut det ljus som våra teleskop först nu upptäcker. Det äldsta ljuset vi kan se har kommit från det längst bort, så på ett sätt är universums utkant vad vi kan se i det äldsta ljuset som når oss. I vårt universum är detta den kosmiska mikrovågsbakgrunden – ett svagt, kvardröjande efterljus från Big Bang, som markerar när universum svalnade tillräckligt för att låta atomer bildas. Detta kallas ytan för den sista spridningen, eftersom den markerar den plats där fotoner slutade att ping-ponga mellan elektroner i ett hett, joniserat plasma och började strömma ut genom den genomskinliga rymden, hela vägen över miljarder ljusår ner till oss på jorden. Man kan alltså säga att universums kant är ytan för den sista spridningen.

Vad finns vid universums kant just nu? Tja, det vet vi inte – det kan vi inte, vi måste vänta på att ljuset som sänds ut där nu ska komma hit många, många miljarder år i framtiden, och eftersom universum expanderar allt snabbare kommer det förmodligen inte att kunna ta sig hit överhuvudtaget – men vi kan göra en gissning. På de största skalorna ser vårt universum i stort sett likadant ut i alla riktningar vi tittar. Så oddsen är att om du befann dig i utkanten av vårt observerbara universum i dag skulle du se ett universum som såg mer eller mindre likadant ut som vårt – galaxer, stora och små, i alla riktningar. En mycket god gissning om vad som finns i kanten av universum nu är alltså helt enkelt mer universum: fler galaxer, fler planeter, kanske till och med fler levande varelser som ställer samma fråga.

Michael Troxel

Assistent professor, fysik, Duke University vars forskning fokuserar på observationell och teoretisk kosmologi

Trots att universum sannolikt är oändligt stort finns det faktiskt mer än en praktisk ”kant”.

Vi tror att universum faktiskt är oändligt – det har ingen kant. Om universum är ”platt” (som ett pappersark), vilket vi har testat att det är med bättre än en procents noggrannhet, eller ”öppet” (som en sadel), då är det verkligen oändligt. Om det är ”slutet”, vilket är ungefär som en basketboll, är det inte oändligt. Men om du går tillräckligt långt i en riktning kommer du så småningom att hamna tillbaka där du började – tänk bara på att röra dig längs bollens yta. Som en hobbit vid namn Bilbo en gång sa: ”Vägen går ständigt vidare och vidare/ut från dörren där den började” (om och om igen…).

Universum har dock fortfarande en ”kant” för oss, egentligen två. Detta beror på en del av den allmänna relativitetsteorin som säger att allt (inklusive ljuset) i universum har en hastighetsgräns – cirka 670 miljoner kilometer i timmen – och att den hastighetsgränsen är densamma överallt. Våra mätningar visar också att universum expanderar i alla riktningar, och inte bara expanderar, utan expanderar snabbare och snabbare med tiden. Detta innebär att när vi observerar ett föremål som befinner sig mycket långt ifrån oss tar ljuset från det föremålet en viss tid på sig att nå oss (avståndet dividerat med ljusets hastighet). Det knepiga är att eftersom rymden expanderar medan ljuset färdas till oss, ökar också avståndet som ljuset måste färdas med tiden på sin väg till oss.

Det första man kan fråga sig är alltså vad som är det längsta avståndet som vi skulle kunna observera ljuset från ett objekt om det sändes ut i universums absoluta begynnelse (som är ungefär 13,7 miljarder år gammalt). Detta visar sig vara ungefär 47 miljarder ljusår bort (ett ljusår är ungefär 63 241 gånger avståndet mellan jorden och solen), och kallas ”comoving horisonten”. Du kan också ställa frågan på ett lite annorlunda sätt. Om vi skickar ett meddelande med ljusets hastighet, vilket är det längsta avståndet som någon från en annan planet någonsin skulle kunna ta emot det? Detta är ännu mer intressant eftersom universums expansionshastighet blir snabbare i framtiden (i stället för att avta i det förflutna).

Det visar sig att även om meddelandet skulle resa i all evighet skulle det bara kunna nå någon som befinner sig 16 miljarder ljusår från oss nu. Detta kallas den ”kosmiska händelsehorisonten”. Den längst bort belägna planeten som vi har kunnat observera är dock bara cirka 25 000 ljusår bort, så vi skulle ändå så småningom kunna hälsa på alla vi vet att det kan finnas i universum än så länge. Det längsta avståndet som våra nuvarande teleskop kan ha identifierat en galax från oss är dock bara cirka 13,3 miljarder ljusår, så vi kan inte se vad som finns vid någon av dessa ”kanter” just nu. Så ingen vet vad som finns vid någon av kanterna!

Abigail Vieregg

Assistent professor vid Kavil Institute for Cosmological Physics vid University of Chicago

Med hjälp av teleskop på jorden tittar vi på ljus som kommer från avlägsna platser i universum. Ju längre bort ljuskällan är, desto längre tid tar det för ljuset att komma hit. Så när du tittar på avlägsna platser tittar du på hur dessa platser såg ut när ljuset du såg skapades – inte på hur dessa platser ser ut i dag. Du kan fortsätta att titta längre och längre bort, vilket motsvarar längre och längre tillbaka i tiden, tills du hamnar på en plats som motsvarar några hundra tusen år efter Big Bang. Innan dess var universum så varmt och tätt (långt innan det fanns stjärnor och galaxer!) att allt ljus i universum bara skramlade runt, och vi kan inte se det med våra teleskop idag. Denna plats är kanten av det ”observerbara universum” – ibland kallad horisonten – eftersom vi inte kan se bortom den. Med tiden förändras denna horisont. Om du kunde titta ut från en annan planet någon annanstans i universum skulle du förmodligen se något som liknar det vi ser här från jorden: din egen horisont, begränsad av den tid som förflutit sedan Big Bang, ljusets hastighet och hur universum har expanderat.

Hur ser den plats som motsvarar jordens horisont ut i dag i dag? Det kan vi inte veta, eftersom vi bara kan se den platsen som den var precis efter Big Bang, inte som den är idag. Alla mätningar tyder dock på att hela det universum vi kan se, inklusive kanten av det observerbara universum, ser ungefär ut som vårt lokaluniversum gör i dag: med stjärnor, galaxer och galaxhopar och massor av tomrum.

Vi tror också att universum är mycket mycket större än den del av universum som vi råkar kunna se här från jorden i dag, och att det inte finns någon ”kant” på själva universum. Det är bara rymdtid som expanderar.

Arthur B. Kosowsky

Professor i fysik vid universitetet i Pittsburgh, vars forskning är inriktad på kosmologi och relaterade frågor inom den teoretiska fysiken

En av universums mest fundamentala egenskaper är dess ålder, som vi nu genom en mängd olika mätningar fastställer till 13,7 miljarder år. Eftersom vi också vet att ljuset fortplantar sig med konstant hastighet innebär detta att en ljusstråle som startade vid en mycket tidig tidpunkt har färdats en viss sträcka i dag (kallad ”horisontavståndet” eller ”Hubbleavståndet”). Eftersom ingenting fortplantar sig snabbare än ljusets hastighet är Hubbleavståndet det längsta avstånd vi någonsin kan observera i princip (om vi inte upptäcker något sätt att kringgå relativitetsteorin!).

Vi har en ljuskälla som kommer till oss från nästan Hubbleavståndet: den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen. Vi vet att det inte finns någon ”kant” på universum fram till avståndet till mikrovågsbakgrundens ursprung, vilket är nästan hela Hubbleavståndet från oss. Därför antar vi vanligen att universum är mycket större än vår egen observerbara Hubble-volym, och att varje faktisk kant som kan finnas är mycket längre bort än vad vi någonsin kan observera. Det kan tänkas att detta inte stämmer: kanske har universum en kant strax bortom Hubbleavståndet från oss, och bortom den finns havsmonster. Men eftersom hela universum som vi kan observera ser relativt likartat och enhetligt ut skulle detta vara ett ytterst märkligt tillstånd.

Så jag är rädd att vi aldrig kommer att få ett bra svar på frågan: universum kanske inte har någon kant alls, och om det har en kant är den kanten tillräckligt långt borta för att ljuset från kanten ännu inte har hunnit ta sig till oss under hela universums historia. Vi får nöja oss med att förstå den del av universum som vi faktiskt kan observera.

Har du en brännande fråga till Giz Asks? Skicka ett e-postmeddelande till oss på [email protected].