Im Jahr 2019 ist dies eine häufige Emotion - vier- oder fünfmal am Tag nicht nur ins All, sondern so weit wie möglich ans Ende der Welt zu wollen, um schlechte Besessenheit oder schlechtes Wetter, einen verspäteten Zug oder enge Hosen, wie gewöhnlich, loszuwerden auf der Erde der Dinge. Aber was erwartet Sie an dieser kosmologischen Grenze? Worum geht es - um den Rand der Welt, um den Rand des Universums - was werden wir dort sehen? Ist es eine Grenze oder Unendlichkeit im Allgemeinen?
Fragen wir die Wissenschaftler.
Am Rande der Welt
Sean Carroll, Professor für Physik am California Institute of Technology:
„Soweit wir wissen, kennt das Universum keine Grenzen. Das beobachtbare Universum hat einen Vorteil - die Grenze dessen, was wir sehen können. Dies liegt daran, dass sich das Licht mit einer endlichen Geschwindigkeit bewegt (ein Lichtjahr pro Jahr). Wenn wir also entfernte Dinge betrachten, blicken wir in die Zeit zurück. Ganz am Ende sehen wir, was seit fast 14 Milliarden Jahren passiert, die Reststrahlung des Urknalls. Dies ist der kosmische Mikrowellenhintergrund, der uns aus allen Richtungen umgibt. Aber dies ist keine physische "Grenze", wenn Sie das wirklich beurteilen.
Da wir nur so weit sehen können, wissen wir nicht, wie die Dinge außerhalb unseres beobachtbaren Universums sind. Das Universum, das wir sehen, ist im großen Maßstab ziemlich homogen und wird vielleicht buchstäblich immer so weitergehen. Alternativ könnte sich das Universum zu einer Kugel oder einem Torus falten. Wenn ja, wird das Universum in seiner Gesamtgröße begrenzt sein, aber es wird immer noch keinen Rand haben, genau wie ein Kreis keinen Anfang oder Ende hat.
Es ist auch möglich, dass das Universum nicht homogen ist, was wir sehen können, und dass die Bedingungen von Ort zu Ort sehr unterschiedlich sind. Diese Möglichkeit bietet das kosmologische Multiversum. Wir wissen nicht, ob das Multiversum im Prinzip existiert, aber da wir weder das eine noch das andere sehen, wäre es vernünftig, unparteiisch zu bleiben."
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Joe Dunkley, Professor für Physik und Astrophysik an der Princeton University:
„Ja, alles ist gleich!
Okay, wir glauben nicht wirklich, dass das Universum eine Grenze oder einen Rand hat. Wir denken, dass es entweder unendlich in alle Richtungen weitergeht oder sich um sich selbst wickelt, so dass es nicht unendlich groß ist, aber immer noch keine Kanten hat. Stellen Sie sich eine Donutoberfläche vor: Sie kennt keine Grenzen. Vielleicht ist das ganze Universum so (aber in drei Dimensionen - es gibt nur zwei Dimensionen an der Oberfläche des Donuts). Dies bedeutet, dass Sie in einem Raumschiff in jede Richtung reisen können. Wenn Sie lange genug reisen, kehren Sie dorthin zurück, wo Sie begonnen haben. Es gibt keine Kante.
Es gibt aber auch das, was wir das beobachtbare Universum nennen, den Teil des Raums, den wir tatsächlich sehen können. Am Rande dieses Ortes hatte das Licht seit Beginn des Universums nicht genug Zeit, um uns zu erreichen. Wir können nur eine solche Kante sehen, und dahinter wird wahrscheinlich alles sein, was wir sehen: Supercluster von Galaxien, von denen jede Milliarden von Sternen und Planeten enthält."
Letzte Streufläche
Jesse Shelton, Assistenzprofessor am Institut für Physik und Astronomie der Universität von Illinois in Urbana-Champaign:
„Es hängt alles davon ab, was du mit dem Rand des Universums meinst. Da die Lichtgeschwindigkeit begrenzt ist, schauen wir immer weiter in die Zeit zurück, je weiter wir in den Raum schauen - selbst wenn wir die benachbarte Galaxie Andromeda betrachten, sehen wir nicht, was jetzt passiert, sondern was vor zweieinhalb Millionen Jahren passiert ist als die Andromeda-Sterne Licht aussendeten, das erst jetzt in unsere Teleskope eingedrungen ist. Das älteste Licht, das wir sehen können, kam aus den tiefsten Tiefen. In gewissem Sinne ist der Rand des Universums das älteste Licht, das uns erreicht hat. In unserem Universum ist dies der kosmische Mikrowellenhintergrund - das schwache, anhaltende Nachleuchten des Urknalls, das den Moment markiert, in dem sich das Universum so weit abgekühlt hat, dass sich Atome bilden können. Dies nennt man die Oberfläche der letzten Streuung,Es markiert die Stelle, an der die Photonen in heißem, ionisiertem Plasma nicht mehr zwischen Elektronen hüpfen und durch den transparenten Raum fließen, Milliarden von Lichtjahren in unsere Richtung. Wir können also sagen, dass der Rand des Universums die Oberfläche der letzten Streuung ist.
Was ist gerade am Rande des Universums? Nun, wir wissen es nicht - und wir können es nicht herausfinden, wir müssten warten, bis das Licht, das jetzt dort ausgestrahlt wird und auf uns zukommt, viele Milliarden Jahre in der Zukunft fliegt, aber da sich das Universum immer schneller ausdehnt, ist es unwahrscheinlich, dass wir einen neuen Rand des Universums sehen … Wir können nur raten. Im großen Maßstab sieht unser Universum überall gleich aus. Die Chancen stehen gut, dass Sie, wenn Sie heute am Rande des beobachtbaren Universums wären, ein Universum sehen würden, das unserem mehr oder weniger ähnlich ist: Galaxien, größer und kleiner, in alle Richtungen. Ich denke, dass der Rand des Universums jetzt einfach noch mehr vom Universum ist: mehr Galaxien, mehr Planeten, mehr Lebewesen, die dieselbe Frage stellen."
Michael Troxel, außerordentlicher Professor für Physik an der Duke University:
„Während das Universum wahrscheinlich unendlich groß ist, gibt es tatsächlich mehr als einen praktischen‚ Vorteil '.
Wir denken, dass das Universum tatsächlich unendlich ist - und es hat keine Grenzen. Wenn das Universum „flach“(wie ein Blatt Papier) war, wie unsere Tests bis zu einem Prozentpunkt zeigten, oder „offen“(wie ein Sattel), dann ist es wirklich unendlich. Wenn es wie ein Basketball "geschlossen" ist, ist es nicht unendlich. Wenn Sie jedoch weit genug in eine Richtung gehen, landen Sie dort, wo Sie begonnen haben: Stellen Sie sich vor, Sie bewegen sich auf der Oberfläche eines Balls. Wie ein Hobbit namens Bilbo einmal sagte: "Die Straße läuft vorwärts und vorwärts …". Wieder und wieder.
Das Universum hat einen "Vorteil" für uns - sogar zwei. Dies ist auf einen Teil der allgemeinen Relativitätstheorie zurückzuführen, der besagt, dass alle Dinge (einschließlich Licht) im Universum eine Geschwindigkeitsbegrenzung von 299.792.458 m / s haben - und diese Geschwindigkeitsbegrenzung gilt überall. Unsere Messungen zeigen uns auch, dass sich das Universum in alle Richtungen ausdehnt und sich immer schneller ausdehnt. Das heißt, wenn wir ein Objekt beobachten, das sehr weit von uns entfernt ist, braucht es Zeit, bis das Licht von diesem Objekt uns erreicht (Entfernung geteilt durch die Lichtgeschwindigkeit). Der Trick ist, dass mit der Ausdehnung des Raums, wenn sich Licht auf uns zubewegt, die Entfernung, die das Licht zurücklegen muss, auch mit der Zeit zunimmt, wenn es sich auf uns zubewegt.
Das erste, was Sie fragen könnten, ist, wie weit wir das Licht eines Objekts am weitesten beobachten können, wenn es am Anfang des Universums (das etwa 13,7 Milliarden Jahre alt ist) emittiert wird. Es stellt sich heraus, dass diese Entfernung 47 Milliarden Lichtjahre beträgt (ein Lichtjahr entspricht etwa dem 63.241-fachen der Entfernung zwischen Erde und Sonne) und als kosmologischer Horizont bezeichnet wird. Die Frage kann etwas anders gestellt werden. Wenn wir eine Nachricht mit Lichtgeschwindigkeit senden, in welcher Entfernung könnten wir sie empfangen? Dies ist umso interessanter, als die Expansionsrate des Universums in Zukunft zunimmt.
Es stellt sich heraus, dass diese Botschaft, selbst wenn sie für immer verbreitet ist, nur diejenigen erreichen kann, die sich jetzt in einer Entfernung von 16 Milliarden Lichtjahren von uns befinden. Dies nennt man den "Horizont der kosmischen Ereignisse". Der am weitesten entfernte Planet, den wir beobachten konnten, ist 25.000 Lichtjahre entfernt, sodass wir immer noch jeden begrüßen können, der im Moment in diesem Universum lebt. Aber die weiteste Entfernung, in der unsere derzeitigen Teleskope eine Galaxie unterscheiden könnten, beträgt ungefähr 13,3 Milliarden Lichtjahre, sodass wir nicht sehen können, was sich am Rande des Universums befindet. Niemand weiß, was auf beiden Seiten ist."
Abigail Weiregg, außerordentliche Professorin, Institut für kosmologische Physik. Kavila an der Universität von Chicago:
„Mit Teleskopen auf der Erde betrachten wir Licht, das von entfernten Orten im Universum ausgeht. Je weiter die Lichtquelle entfernt ist, desto länger dauert es, bis dieses Licht hierher kommt. Wenn Sie also entfernte Orte betrachten, sehen Sie, wie diese Orte waren, als das Licht, das Sie sahen, geboren wurde - und nicht, wie diese Orte heute aussehen. Sie können immer weiter suchen, was einer weiteren Zeitreise entspricht, bis Sie etwas sehen, das mehrere Jahrtausende nach dem Urknall existierte. Davor war das Universum so heiß und dicht (lange bevor es Sterne und Galaxien gab!), Dass kein Licht im Universum auffallen konnte, es kann mit modernen Teleskopen nicht gesehen werden. Dies ist der Rand des "beobachtbaren Universums" - des Horizonts - weil Sie nichts darüber hinaus sehen können. Die Zeit vergeht, dieser Horizont ändert sich. Wenn Sie das Universum von einem anderen Planeten aus betrachten könnten, würden Sie wahrscheinlich dasselbe sehen, was wir auf der Erde sehen: Ihren eigenen Horizont, begrenzt durch die Zeit, die seit dem Urknall vergangen ist, die Lichtgeschwindigkeit und die Ausdehnung des Universums.
Wie sieht der Ort aus, der dem Horizont der Erde entspricht? Wir wissen es nicht, weil wir diesen Ort so sehen können, wie er unmittelbar nach dem Urknall war, und nicht so, wie er heute ist. Alle Messungen zeigen jedoch, dass das gesamte sichtbare Universum, einschließlich des Randes des beobachtbaren Universums, ungefähr gleich aussieht, genau wie unser heutiges lokales Universum: mit Sternen, Galaxien, Galaxienhaufen und einem riesigen leeren Raum.
Wir denken auch, dass das Universum viel größer ist als der Teil des Universums, den wir heute von der Erde aus sehen können, und dass das Universum selbst an sich keinen "Rand" hat. Es ist nur eine wachsende Raumzeit."
Das Universum kennt keine Grenzen
Arthur Kosovsky, Professor für Physik an der Universität von Pittsburgh:
„Eine der grundlegendsten Eigenschaften des Universums ist sein Alter, das wir nach verschiedenen Messungen jetzt als 13,7 Milliarden Jahre definieren. Da wir auch wissen, dass sich Licht mit konstanter Geschwindigkeit fortbewegt, bedeutet dies, dass ein Lichtstrahl, der in früheren Zeiten auftrat, inzwischen eine bestimmte Strecke zurückgelegt hat (nennen wir dies "Entfernung zum Horizont" oder "Hubble-Entfernung"). Da sich nichts schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen kann, ist die Hubble-Entfernung die weiteste Entfernung, die wir jemals im Prinzip beobachten können (es sei denn, wir finden einen Weg um die Relativitätstheorie herum).
Aus fast Hubble-Entfernung kommt eine Lichtquelle auf uns zu: kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung. Wir wissen, dass das Universum in der Entfernung zur Mikrowellenquelle, die fast die gesamte Hubble-Entfernung von uns beträgt, keine "Kante" hat. Daher nehmen wir normalerweise an, dass das Universum viel größer ist als unser eigenes beobachtbares Hubble-Volumen und dass der reale Rand, der existieren könnte, viel weiter entfernt ist, als wir jemals beobachten könnten. Vielleicht stimmt das nicht: Es ist möglich, dass sich der Rand des Universums unmittelbar hinter der Entfernung des Hubble von uns und dahinter befindet - den Seemonstern. Aber da das gesamte Universum, das wir beobachten, überall relativ gleich und homogen ist, wäre eine solche Wendung sehr seltsam.
Ich fürchte, wir werden nie eine gute Antwort auf diese Frage haben. Das Universum hat möglicherweise überhaupt keine Kante, und wenn doch, wird es weit genug entfernt sein, dass wir es niemals sehen werden. Es bleibt uns nur den Teil des Universums zu erfassen, den wir wirklich beobachten können."
Ilya Khel
