Nel 2019, questa è un'emozione comune: desiderare di andare quattro o cinque volte al giorno, non solo nello spazio, ma fino alla fine del mondo, per quanto possibile, per sbarazzarsi della cattiva ossessione o del maltempo, un treno in ritardo o pantaloni attillati, così ordinari sulla terra delle cose. Ma cosa ti aspetterà su questa frontiera cosmologica? Di cosa si tratta - il confine del mondo, il confine dell'universo - cosa vedremo lì? È un confine o un infinito in generale?
Chiediamo agli scienziati.
Ai confini del mondo
Sean Carroll, professore di fisica al California Institute of Technology:
“Per quanto ne sappiamo, l'universo non ha confini. L'universo osservabile ha un vantaggio: il limite di ciò che possiamo vedere. Questo perché la luce viaggia a una velocità finita (un anno luce all'anno), quindi quando guardiamo cose lontane, guardiamo indietro nel tempo. Alla fine, vediamo cosa sta succedendo da quasi 14 miliardi di anni, la radiazione residua del Big Bang. Questo è il fondo cosmico a microonde che ci circonda da tutte le direzioni. Ma questo non è un "confine" fisico, se lo giudichi davvero.
Dal momento che possiamo vedere solo fino a questo punto, non sappiamo come sono le cose al di fuori del nostro universo osservabile. L'universo che vediamo è abbastanza omogeneo su larga scala e, forse, continuerà letteralmente sempre in questo modo. In alternativa, l'universo potrebbe piegarsi in una sfera o un toro. In tal caso, l'universo sarà limitato nelle dimensioni complessive, ma non avrà comunque alcun bordo, proprio come un cerchio non ha inizio né fine.
È anche possibile che l'universo non sia omogeneo al di là di ciò che possiamo vedere e che le condizioni variano notevolmente da un luogo all'altro. Questa possibilità è presentata dal multiverso cosmologico. Non sappiamo se il multiverso esista in linea di principio, ma poiché non vediamo né l'uno né l'altro, sarebbe ragionevole rimanere imparziali.
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Joe Dunkley, professore di fisica e scienze astrofisiche all'Università di Princeton:
“Sì, è tutto uguale!
Ok, non pensiamo davvero che l'universo abbia un confine o un bordo. Pensiamo che continui all'infinito in tutte le direzioni o si avvolga su se stesso, in modo che non sia infinitamente grande, ma non abbia ancora bordi. Immagina una superficie a ciambella: non ha confini. Forse l'intero universo è così (ma in tre dimensioni - ci sono solo due dimensioni sulla superficie della ciambella). Ciò significa che puoi viaggiare su un'astronave in qualsiasi direzione e, se viaggi abbastanza a lungo, tornerai al punto di partenza. Non c'è limite.
Ma c'è anche quello che chiamiamo universo osservabile, che è la porzione di spazio che possiamo effettivamente vedere. Il confine di questo luogo è dove la luce non ha avuto abbastanza tempo per raggiungerci dall'inizio dell'universo. Possiamo solo vedere un tale bordo, e dietro di esso, probabilmente, ci sarà tutto ciò che vediamo intorno: superammassi di galassie, ognuno dei quali contiene miliardi di stelle e pianeti.
Ultima superficie di dispersione
Jesse Shelton, Assistant Professor presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign:
“Tutto dipende da cosa intendi per limite dell'universo. Poiché la velocità della luce è limitata, più si guarda nello spazio, più si guarda sempre più indietro nel tempo - anche quando guardiamo la vicina galassia Andromeda, non vediamo cosa sta succedendo ora, ma cosa è successo due milioni e mezzo di anni fa quando le stelle di Andromeda emettevano una luce che solo ora è entrata nei nostri telescopi. La luce più antica che possiamo vedere proveniva dalle profondità più profonde, quindi, in un certo senso, il confine dell'universo è la luce più antica che ci ha raggiunto. Nel nostro universo, questo è il fondo cosmico a microonde - il debole e prolungato bagliore residuo del Big Bang che segna il momento in cui l'universo si è raffreddato abbastanza da consentire la formazione degli atomi. Questa è chiamata la superficie dell'ultima dispersione,poiché segna il punto in cui i fotoni hanno smesso di rimbalzare tra gli elettroni nel caldo plasma ionizzato e hanno iniziato a fluire attraverso lo spazio trasparente, miliardi di anni luce nella nostra direzione. Quindi, possiamo dire che il bordo dell'universo è la superficie dell'ultima dispersione.
Cosa c'è al confine dell'universo in questo momento? Beh, non lo sappiamo - e non possiamo scoprirlo, dovremmo aspettare fino a quando la luce emessa lì ora e venendo verso di noi vola molti miliardi di anni nel futuro, ma poiché l'universo si espande sempre più velocemente, è improbabile che vedremo un nuovo confine dell'universo … Possiamo solo immaginare. Su larga scala, il nostro universo sembra per lo più lo stesso ovunque guardi. Ci sono buone probabilità che se oggi foste ai margini dell'universo osservabile, vedreste un universo più o meno simile al nostro: galassie, sempre più grandi, in tutte le direzioni. Penso che il confine dell'universo ora sia semplicemente ancora più dell'universo: più galassie, più pianeti, più esseri viventi che fanno la stessa domanda.
Michael Troxel, professore associato di fisica alla Duke University:
“Sebbene l'universo sia probabilmente di dimensioni infinite, in realtà c'è più di un pratico" bordo ".
Pensiamo che l'universo sia effettivamente infinito e non abbia confini. Se l'Universo fosse “piatto” (come un foglio di carta), come i nostri test hanno mostrato fino a un punto percentuale, o “aperto” (come una sella), allora è davvero infinito. Se è "chiuso" come un pallone da basket, allora non è infinito. Tuttavia, se vai abbastanza lontano in una direzione, finirai dove sei partito: immagina di muoverti sulla superficie di una palla. Come disse una volta uno hobbit di nome Bilbo: "La strada va avanti e avanti …". Ancora e ancora.
L'universo ha un "vantaggio" per noi, anche due. Ciò è dovuto a una parte della relatività generale, che afferma che tutte le cose (inclusa la luce) nell'universo hanno un limite di velocità di 299.792.458 m / s - e questo limite di velocità si applica ovunque. Le nostre misurazioni ci dicono anche che l'universo si sta espandendo in tutte le direzioni e si sta espandendo sempre più velocemente. Ciò significa che quando osserviamo un oggetto molto lontano da noi, ci vuole tempo prima che la luce di quell'oggetto ci raggiunga (distanza divisa per la velocità della luce). Il trucco è che man mano che lo spazio si espande mentre la luce viaggia verso di noi, anche la distanza che la luce deve percorrere aumenta nel tempo mentre viaggia verso di noi.
Quindi, la prima cosa che potresti chiedere è, qual è la distanza più lontana che potremmo osservare la luce da un oggetto se fosse stata emessa proprio all'inizio dell'universo (che ha circa 13,7 miliardi di anni). Risulta che questa distanza è di 47 miliardi di anni luce (un anno luce è circa 63.241 volte la distanza tra la Terra e il Sole) ed è chiamata orizzonte cosmologico. La domanda può essere posta in modo leggermente diverso. Se mandassimo un messaggio alla velocità della luce, a quale distanza potremmo riceverlo? Questo è ancora più interessante perché il tasso di espansione dell'universo in futuro aumenta.
Si scopre che anche se questo messaggio vola per sempre, può raggiungere solo coloro che sono ora a una distanza di 16 miliardi di anni luce da noi. Questo è chiamato "l'orizzonte degli eventi cosmici". Tuttavia, il pianeta più distante che abbiamo potuto osservare è a 25mila anni luce, quindi potremmo ancora salutare tutti coloro che vivono in questo universo al momento. Ma la distanza più lontana alla quale i nostri attuali telescopi potrebbero distinguere una galassia è di circa 13,3 miliardi di anni luce, quindi non possiamo vedere cosa si trova ai margini dell'universo. Nessuno sa cosa c'è da entrambe le parti ".
Abigail Weiregg, Professore Associato, Istituto di Fisica Cosmologica. Kavila presso l'Università di Chicago:
“Usando i telescopi sulla Terra, osserviamo la luce che emana da luoghi distanti dell'universo. Più è lontana la sorgente di luce, più tempo impiega questa luce ad arrivare qui. Pertanto, quando guardi luoghi lontani, guardi come erano quei luoghi quando è nata la luce che hai visto - e non come sono questi luoghi oggi. Puoi continuare a guardare sempre più lontano, il che corrisponderà a spostarti sempre più indietro nel tempo, finché non vedrai qualcosa che esisteva diversi millenni dopo il Big Bang. Prima di allora, l'universo era così caldo e denso (molto prima che esistessero stelle e galassie!) Che qualsiasi luce nell'universo non avrebbe mai potuto prendere piede, non può essere vista con i moderni telescopi. Questo è il confine dell '"universo osservabile" - l'orizzonte - perché non puoi vedere nulla al di là di esso. Il tempo passa, questo orizzonte sta cambiando. Se potessi guardare l'universo da un altro pianeta, probabilmente vedresti la stessa cosa che vediamo sulla Terra: il tuo orizzonte, limitato dal tempo trascorso dal Big Bang, dalla velocità della luce e dall'espansione dell'universo.
Che aspetto ha il luogo che corrisponde all'orizzonte terrestre? Non lo sappiamo, perché possiamo vedere questo posto com'era subito dopo il Big Bang, e non come è oggi. Ma tutte le misurazioni mostrano che l'intero universo visibile, compreso il bordo dell'universo osservabile, sembra più o meno lo stesso, proprio come il nostro universo locale oggi: con stelle, galassie, ammassi di galassie e un enorme spazio vuoto.
Pensiamo anche che l'universo sia molto più grande della parte dell'universo che possiamo vedere dalla Terra oggi, e che l'universo stesso non abbia un "bordo" di per sé. È solo uno spazio-tempo in espansione ".
L'universo non ha confini
Arthur Kosovsky, professore di fisica all'Università di Pittsburgh:
“Una delle proprietà fondamentali dell'universo è la sua età, che, secondo varie misurazioni, ora definiamo 13,7 miliardi di anni. Dato che sappiamo anche che la luce viaggia a velocità costante, questo significa che un raggio di luce apparso in tempi antichi ha percorso una certa distanza (chiamiamola "distanza dall'orizzonte" o "distanza di Hubble"). Poiché nulla può viaggiare più veloce della velocità della luce, la distanza di Hubble sarà la distanza più lontana che possiamo mai osservare in linea di principio (a meno che non troviamo un modo per aggirare la teoria della relatività).
Abbiamo una sorgente di luce che viene verso di noi da quasi la distanza di Hubble: radiazione cosmica di fondo a microonde. Sappiamo che l'universo non ha un "bordo" alla distanza dalla sorgente di microonde, che è quasi l'intera distanza di Hubble da noi. Pertanto, di solito assumiamo che l'universo sia molto più grande del nostro volume di Hubble osservabile e che il bordo reale che può esistere sia molto più lontano di quanto potremmo mai osservare. Forse questo non è vero: è possibile che il confine dell'universo si trovi immediatamente oltre la distanza di Hubble da noi, e oltre di esso - i mostri marini. Ma poiché l'intero universo che osserviamo è relativamente uguale e omogeneo ovunque, una svolta del genere sarebbe molto strana.
Temo che non avremo mai una buona risposta a questa domanda. L'universo potrebbe non avere affatto un vantaggio, e se lo farà, sarà abbastanza lontano da non vederlo mai. Ci resta da comprendere solo quella parte dell'Universo che possiamo realmente osservare.
Ilya Khel
