LOADING ...

Cái gì ở rìa vũ trụ?

Daniel Kolitz Feb 21, 2019. 0 comments
Giz Asks Trong loạt Gizmodo này, chúng tôi đặt câu hỏi về mọi thứ từ không gian đến tàn thuốc và nhận được câu trả lời từ nhiều chuyên gia.   

Đó là một cảm xúc thường lệ vào năm 2019 để mong muốn khẩn cấp, bốn hoặc năm lần một ngày, được phóng không chỉ đơn giản vào vũ trụ mà đến tận very edge of the universe , càng xa càng tốt để thoát khỏi giấc mơ sốt của thời tiết xấu , những chuyến tàu bị vỡ và những tổn thương ở đùi có khả năng gây ung thư tạo nên sự sống trên Trái đất. Nhưng điều gì sẽ chờ đợi bạn, ở biên giới vũ trụ? Nó thậm chí là một biên giới, hay là những gì chúng ta đang giải quyết ở đây giống như một loại trần nhà rộng lớn không thể tưởng tượng nổi? Thậm chí có một biên giới / trần nhà ở đó không? Trong Giz Asks tuần này, chúng tôi đã nói chuyện với một số nhà vật lý định hướng vũ trụ để tìm hiểu.


Sean Carroll

Giáo sư nghiên cứu, Vật lý, Caltech, có nghiên cứu tập trung vào cơ học lượng tử, trọng lực, vũ trụ học, cơ học thống kê và nền tảng của vật lý, trong số những thứ khác

Không có cạnh cho vũ trụ, theo như chúng ta biết. Có một lợi thế cho vũ trụ có thể quan sát được, chúng ta chỉ có thể nhìn thấy rất xa. Đó là bởi vì ánh sáng truyền đi với tốc độ hữu hạn (một năm ánh sáng mỗi năm), vì vậy khi chúng ta nhìn vào những thứ ở xa, chúng ta cũng đang nhìn ngược thời gian. Cuối cùng, chúng ta thấy những gì đã xảy ra gần 14 tỷ năm trước, bức xạ còn sót lại từ Vụ nổ lớn. Đó là Nền vi sóng vũ trụ, bao quanh chúng ta từ mọi phía. Nhưng nó không thực sự là một trò chơi góc cạnh vật lý trong bất kỳ ý nghĩa hữu ích nào.

Bởi vì chúng ta chỉ có thể nhìn thấy cho đến nay, chúng tôi không chắc chắn mọi thứ sẽ như thế nào ngoài vũ trụ quan sát được của chúng ta. Vũ trụ chúng ta thấy là khá đồng đều trên quy mô lớn, và có lẽ điều đó tiếp tục theo nghĩa đen mãi mãi. Ngoài ra, vũ trụ có thể quấn quanh như một (hình ba chiều của một) hình cầu hoặc hình xuyến. Nếu đó là sự thật, vũ trụ sẽ hữu hạn về tổng kích thước, nhưng vẫn không có cạnh, giống như một vòng tròn không có điểm bắt đầu hay kết thúc.

Cũng có thể vũ trụ không đồng nhất với những gì chúng ta có thể nhìn thấy, và các điều kiện rất khác nhau từ nơi này đến nơi khác. Khả năng đó là đa vũ trụ. Chúng ta không biết liệu có đa vũ trụ theo nghĩa này hay không, nhưng vì chúng ta thực sự không thể nhìn thấy cách này hay cách khác, nên giữ một tâm trí cởi mở là điều khôn ngoan.

Jo Dunkley

Giáo sư, Vật lý và Khoa học Vật lý Thiên văn, Đại học Princeton, người có nghiên cứu về vũ trụ học và nghiên cứu nguồn gốc và sự tiến hóa của Vũ trụ

Nhiều thứ giống nhau!

Được rồi, vì vậy chúng tôi thực sự không nghĩ rằng có một lợi thế cho vũ trụ. Chúng tôi nghĩ rằng nó sẽ tiếp tục kéo dài vô tận theo mọi hướng, hoặc có thể nó được tự bọc lại để nó không lớn vô cùng, nhưng vẫn không có cạnh. Bề mặt của một chiếc bánh rán là như thế: nó không có cạnh. Có thể toàn bộ vũ trụ cũng như vậy (nhưng trong ba chiều, bề mặt của một chiếc bánh rán chỉ là hai chiều). Điều đó có nghĩa là bạn có thể khởi hành theo bất kỳ hướng nào vào không gian trên một con tàu tên lửa, và nếu bạn đi đủ lâu, bạn sẽ quay trở lại nơi bạn bắt đầu. Không có cạnh.

Nhưng cũng có một thứ chúng ta gọi là vũ trụ quan sát được, đó là một phần của không gian mà chúng ta thực sự có thể nhìn thấy. Rìa của nó là nơi mà ánh sáng không có thời gian đến với chúng ta kể từ khi bắt đầu vũ trụ. Đó chỉ là cạnh của những gì chúng ta có thể nhìn thấy, và hơn thế nữa có lẽ là nhiều thứ tương tự mà chúng ta có thể thấy xung quanh chúng ta: các cụm thiên hà siêu lớn, mỗi thiên hà khổng lồ chứa hàng tỷ ngôi sao và hành tinh.

Jessie Shelton

Trợ lý Giáo sư, Vật lý và Thiên văn học, Đại học Illinois Urbana-Champaign, người có nghiên cứu tập trung vào vật lý thiên văn và vũ trụ học

Điều đó phụ thuộc vào những gì bạn có nghĩa là cạnh của vũ trụ. Bởi vì tốc độ ánh sáng là hữu hạn, khi chúng ta nhìn xa hơn và xa hơn trong không gian, chúng ta nhìn xa hơn và quay ngược thời gian - ngay cả khi chúng ta nhìn vào thiên hà bên cạnh, Andromeda, chúng ta không thấy những gì đang xảy ra, mà là những gì đang xảy ra, nhưng những gì đang xảy ra hai triệu rưỡi năm trước khi các ngôi sao của Andromeda phát ra ánh sáng mà các kính viễn vọng của chúng ta mới chỉ phát hiện được. Ánh sáng cổ xưa nhất mà chúng ta có thể nhìn thấy đã đến từ nơi xa nhất, vì vậy theo một nghĩa nào đó, rìa vũ trụ là bất cứ thứ gì chúng ta có thể nhìn thấy trong ánh sáng cổ xưa nhất chạm tới chúng ta. Trong vũ trụ của chúng ta, đây là nền vi sóng vũ trụ - một hậu quả mờ nhạt, kéo dài của Vụ nổ lớn, đánh dấu khi vũ trụ nguội đi đủ để cho các nguyên tử hình thành. Đây được gọi là bề mặt của sự tán xạ cuối cùng, vì nó đánh dấu nơi các photon dừng ping-pong xung quanh giữa các electron trong một plasma nóng, bị ion hóa và bắt đầu truyền ra ngoài không gian trong suốt, xuyên suốt hàng tỷ ánh sáng chiếu xuống chúng ta trên Trái đất. Vì vậy, bạn có thể nói rằng rìa của vũ trụ là bề mặt của sự tán xạ cuối cùng.

Cái gì ở rìa vũ trụ bây giờ? Chà, chúng ta không biết - chúng ta không thể, chúng ta phải chờ ánh sáng được phát ra ở đó để đến đây trong nhiều, hàng tỷ năm trong tương lai, và vì vũ trụ đang mở rộng ngày càng nhanh hơn, nó có lẽ sẽ không thể thực hiện được ở đây - nhưng chúng ta có thể đoán. Ở quy mô lớn nhất, vũ trụ của chúng ta trông khá giống nhau theo bất kỳ hướng nào chúng ta nhìn. Vì vậy, tỷ lệ cược là, nếu bạn ở rìa vũ trụ quan sát được của chúng ta ngày hôm nay, bạn sẽ thấy một vũ trụ trông ít nhiều giống như của chúng ta - các thiên hà, lớn và nhỏ, theo mọi hướng. Do đó, một dự đoán rất tốt cho những gì ở rìa vũ trụ bây giờ chỉ đơn giản là nhiều vũ trụ hơn: nhiều thiên hà hơn, nhiều hành tinh hơn, thậm chí có thể có nhiều sinh vật sống hơn hỏi cùng một câu hỏi.

Michael Troxel

Trợ lý giáo sư, Physic, Đại học Duke có nghiên cứu tập trung vào vũ trụ học quan sát và lý thuyết

Mặc dù Vũ trụ có thể có kích thước vô hạn, nhưng thực tế có nhiều hơn một 'cạnh' thực tế.

Chúng tôi nghĩ rằng Vũ trụ thực sự là vô hạn, nó không có lợi thế gì. Nếu Vũ trụ là 'phẳng' (như một tờ giấy), như chúng ta đã kiểm tra nó có độ chính xác cao hơn phần trăm, hoặc 'mở' (như yên ngựa), thì nó thực sự là vô hạn. Nếu nó là 'đóng', giống như một quả bóng rổ, thì nó không phải là vô hạn. Tuy nhiên, nếu bạn đi đủ xa theo một hướng, cuối cùng bạn sẽ quay trở lại nơi bạn bắt đầu chỉ cần nghĩ về việc di chuyển dọc theo bề mặt của quả bóng. Như một người hobbit tên là Bilbo đã từng nói, Đường Con cứ đi và về / ra khỏi cánh cửa nơi nó bắt đầu Giáo dục (hết lần này đến lần khác ...).

Vũ trụ vẫn có một "lợi thế" đối với chúng ta, mặc dù thực sự là hai. Điều này là do một phần của Thuyết tương đối rộng mà nói rằng tất cả mọi thứ (kể cả ánh sáng) trong vũ trụ có tốc độ giới hạn xung quanh 670 triệu dặm một giờ và giới hạn tốc độ là như nhau ở khắp mọi nơi. Các phép đo của chúng tôi cũng cho chúng ta biết rằng Vũ trụ đang mở rộng theo mọi hướng, và không chỉ mở rộng, mà còn mở rộng nhanh hơn và nhanh hơn theo thời gian. Điều này có nghĩa là khi chúng ta quan sát một vật thể ở rất xa chúng ta, ánh sáng từ vật thể đó sẽ mất một thời gian để đến với chúng ta (khoảng cách chia cho tốc độ ánh sáng). Điều khó khăn là bởi vì không gian đang mở rộng trong khi ánh sáng truyền đến chúng ta, khoảng cách mà ánh sáng phải đi cũng tăng theo thời gian trên đường đến với chúng ta.

Vì vậy, điều đầu tiên bạn có thể hỏi là khoảng cách xa nhất mà chúng ta có thể quan sát ánh sáng từ một vật thể nếu nó được phát ra vào lúc bắt đầu của Vũ trụ (khoảng 13,7 tỷ năm tuổi). Điều này hóa ra cách chúng ta khoảng 47 tỷ năm ánh sáng (một năm ánh sáng gấp khoảng 63,27 lần khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời) và được gọi là 'chân trời hôn mê'. Bạn cũng có thể đặt câu hỏi hơi khác nhau. Nếu chúng ta gửi một tin nhắn với tốc độ ánh sáng, thì khoảng cách xa nhất mà ai đó từ hành tinh khác có thể nhận được? Điều này thậm chí còn thú vị hơn, bởi vì tốc độ mở rộng của Vũ trụ sẽ nhanh hơn trong tương lai (thay vì chậm lại trong quá khứ).

Nó chỉ ra rằng ngay cả khi tin nhắn truyền đi mãi mãi, nó sẽ chỉ có thể đến được với ai đó cách chúng ta 16 tỷ năm ánh sáng. Đây được gọi là "chân trời sự kiện vũ trụ". Tuy nhiên, hành tinh xa nhất mà chúng ta có thể quan sát chỉ cách chúng ta khoảng 25 nghìn năm ánh sáng, vì vậy cuối cùng chúng ta vẫn có thể nói xin chào với mọi người mà chúng ta biết có thể tồn tại trong Vũ trụ cho đến nay. Tuy nhiên, khoảng cách xa nhất mà các kính viễn vọng hiện tại của chúng ta có thể đã xác định được một thiên hà từ chúng ta chỉ khoảng 13,3 tỷ năm ánh sáng, vì vậy chúng ta không thể thấy những gì ở một trong hai "cạnh" này ngay bây giờ. Vì vậy, không ai biết những gì ở hai bên!

Abigail Vieregg

Trợ lý giáo sư tại Viện Vật lý vũ trụ Kavil tại Đại học Chicago

Sử dụng kính viễn vọng trên Trái đất, chúng ta nhìn vào ánh sáng đến từ những nơi xa xôi trong vũ trụ. Nguồn sáng càng xa thì ánh sáng đó càng mất nhiều thời gian để đến đây. Vì vậy, khi bạn nhìn vào những nơi xa, bạn đang nhìn vào những nơi đó như thế nào khi ánh sáng bạn nhìn thấy được tạo ra không phải là những nơi đó giống như ngày nay. Bạn có thể tiếp tục nhìn xa hơn và xa hơn, tương ứng với thời gian càng ngày càng xa, cho đến khi bạn chạm vào một nơi tương ứng với vài trăm nghìn năm sau Vụ nổ lớn. Trước đó, vũ trụ rất nóng và dày đặc (trước cả khi có các ngôi sao và thiên hà!) Mà bất kỳ ánh sáng nào trong vũ trụ chỉ rung chuyển xung quanh, và chúng ta không thể nhìn thấy nó bằng kính viễn vọng ngày nay. Nơi này là rìa của vũ trụ có thể quan sát được ở khu vực xung quanh, được gọi là đường chân trời, vì chúng ta không thể nhìn xa hơn. Thời gian trôi qua, chân trời này thay đổi. Nếu bạn có thể nhìn ra từ một hành tinh khác ở một nơi khác trong vũ trụ, có lẽ bạn sẽ thấy một thứ rất giống với những gì chúng ta thấy ở đây từ Trái đất: chân trời của chính bạn, bị giới hạn bởi thời gian trôi qua kể từ Vụ nổ lớn, tốc độ ánh sáng, và vũ trụ đã mở rộng như thế nào.

Nơi tương ứng với đường chân trời của Trái đất hôm nay trông như thế nào? Chúng ta không thể biết, vì chúng ta chỉ có thể xem địa điểm đó vì nó chỉ sau Vụ nổ lớn, chứ không phải như ngày nay. Tuy nhiên, tất cả các phép đo chỉ ra rằng tất cả vũ trụ chúng ta có thể nhìn thấy, bao gồm cả rìa của vũ trụ quan sát được, trông gần giống như vũ trụ địa phương của chúng ta ngày nay: với các ngôi sao, thiên hà và cụm thiên hà và rất nhiều khoảng trống.

Chúng ta cũng nghĩ rằng vũ trụ lớn hơn nhiều so với một phần của vũ trụ mà chúng ta tình cờ có thể nhìn thấy ở đây từ Trái đất ngày nay, và không có một khía cạnh nào đối với vũ trụ. Nó chỉ là không thời gian, mở rộng.

Arthur B. Kosowsky

Giáo sư, Vật lý, Đại học Pittsburgh, có nghiên cứu tập trung vào vũ trụ học và các vấn đề liên quan của vật lý lý thuyết

Một trong những tính chất cơ bản nhất của vũ trụ là tuổi của nó, từ nhiều phép đo khác nhau, chúng ta xác định là 13,7 tỷ năm. Bởi vì chúng ta cũng biết rằng ánh sáng lan truyền với tốc độ không đổi, điều này có nghĩa là một tia sáng bắt đầu từ rất sớm đã đi được một khoảng cách cụ thể vào ngày hôm nay (được gọi là khoảng cách đường chân trời, hay khoảng cách Hubble khoảng cách). Vì không có gì lan truyền nhanh hơn tốc độ ánh sáng, khoảng cách Hubble là khoảng cách xa nhất mà chúng ta có thể quan sát được về nguyên tắc (trừ khi chúng ta khám phá ra một số cách xung quanh lý thuyết tương đối!).

Chúng ta có một nguồn ánh sáng đến với chúng ta từ gần như khoảng cách Hubble: bức xạ nền vi sóng vũ trụ. Chúng ta biết rằng không có một góc cạnh nào của vũ trụ đối với vũ trụ ngoài khoảng cách của nguồn gốc nền vi sóng, gần như toàn bộ khoảng cách Hubble cách chúng ta. Vì vậy, chúng tôi thường đưa ra giả định rằng vũ trụ lớn hơn nhiều so với thể tích Hubble có thể quan sát được của chúng ta và bất kỳ cạnh thực tế nào có thể tồn tại ở xa hơn nhiều so với chúng ta có thể quan sát. Điều này có thể hình dung là không chính xác: có thể vũ trụ có một lợi thế vượt xa khoảng cách Hubble với chúng ta, và xa hơn đó là quái vật biển. Nhưng vì tất cả vũ trụ chúng ta có thể quan sát trông tương đối giống nhau và đồng nhất, đây sẽ là một tình trạng cực kỳ kỳ lạ.

Vì vậy, tôi e rằng chúng ta sẽ không bao giờ có câu trả lời hay cho câu hỏi: vũ trụ có thể không có cạnh nào cả, và nếu nó có một cạnh, thì cạnh đó đủ xa để ánh sáng từ rìa chưa có đủ thời gian để đến với chúng ta trong toàn bộ lịch sử của vũ trụ. Chúng ta phải giải quyết để hiểu được phần của vũ trụ mà chúng ta thực sự có thể quan sát.

Bạn có câu hỏi hóc búa nào cho Giz Asks không? Gửi email cho chúng tôi tại tipbox@gizmodo.com.

Other Daniel Kolitz's posts

Động vật sừng nhất là gì? Động vật sừng nhất là gì?

Giz Asks Trong loạt Gizmodo này, chúng tôi đặt câu hỏi về mọi thứ từ không gian đến tàn thuốc và nhận được câu trả lời từ nhiều chuyên gia.    Bất cứ ai từng xem một bộ phim tài liệu thiên nhiên đều biết rằng vương quốc động vật đầy rẫy với, theo một cách nào đó, nó...

Tập thể dục sẽ kéo dài bao lâu? Tập thể dục sẽ kéo dài bao lâu?

Giz Asks Trong loạt Gizmodo này, chúng tôi đặt câu hỏi về mọi thứ từ không gian đến tàn thuốc và nhận được câu trả lời từ nhiều chuyên gia.    Có thể có một số nhà sinh lý học trái ngược tôi đang bỏ bê ở đây, nhưng không cảm thấy tranh cãi khi nói rằng, trong số...

Âm thanh to nhất trong vũ trụ là gì? Âm thanh to nhất trong vũ trụ là gì?

Giz Asks Trong loạt Gizmodo này, chúng tôi đặt câu hỏi về mọi thứ từ không gian đến tàn thuốc và nhận được câu trả lời từ nhiều chuyên gia.    Sự khoan dung của con người đối với âm thanh, ở cấp độ thiên hà, là sự trừng phạt. Các vụ phun trào núi lửa, công việc xây...

Những người đông lạnh sẽ được hồi sinh? Những người đông lạnh sẽ được hồi sinh?

Giz Asks Trong loạt Gizmodo này, chúng tôi đặt câu hỏi về mọi thứ từ không gian đến tàn thuốc và nhận được câu trả lời từ nhiều chuyên gia.    Đóng băng Corpse không chính xác đi theo xu hướng, nhưng hầu hết mọi người giờ đã quen với khái niệm này: bạn đặt ra một tấn tiền...

Suggested posts

Những chân trời mới quay trở lại những hình ảnh rõ nét nhất về Ultima Thule Những chân trời mới quay trở lại những hình ảnh rõ nét nhất về Ultima Thule

theo sau chúng tôi cái nhìn đầu tiên vào năm 2014 MU69 trở lại vào tháng 1, New Horizons đã chiếu lại những bức ảnh sắc nét nhất về vật thể không gian xa xôi này. Các hình ảnh có độ phân giải khoảng 110 feet mỗi pixel, mang đến một trong những mục tiêu đầy thách thức của...

Danh sách các ngôi sao mới cho chúng ta thấy nơi tìm kiếm các hành tinh giống trái đất Danh sách các ngôi sao mới cho chúng ta thấy nơi tìm kiếm các hành tinh giống trái đất

Các nhà thiên văn học đã tạo ra một danh mục gồm 1.822 ngôi sao gần đó, trong đó nhiệm vụ Vệ tinh Khảo sát Exoplanet (TESS) có thể phát hiện các hành tinh nhận được mức độ ánh sáng giống như Trái đất. Đây là một bước quan trọng trong tìm kiếm của con người đối với một...

Dòng sông của Nitơ lỏng có thể đã từng chảy trên Sao Diêm Vương Dòng sông của Nitơ lỏng có thể đã từng chảy trên Sao Diêm Vương

Nghiên cứu mới được trình bày hôm nay tại Hội nghị Khoa học Mặt trăng và Hành tinh 2016 cho thấy các vùng nhiệt đới và Bắc cực trên Sao Diêm Vương và chu kỳ khí hậu năng động khiến bầu khí quyển của nó dao động kích thước theo thời gian có thể cho phép các hồ và...

Sao Diêm Vương thể hiện màu sắc chủ yếu của nó trong cú đánh ảo giác này Sao Diêm Vương thể hiện màu sắc chủ yếu của nó trong cú đánh ảo giác này

Không điều chỉnh màn hình của bạn. Mặc dù quan điểm này về Sao Diêm Vương trông giống như tất cả đều bị rối tung, nhưng thực tế đó là hình ảnh từ Chân trời mới mang đến sự thay đổi tinh tế về màu sắc trên bề mặt của nó. Hình ảnh sử dụng một kỹ thuật mà...

Vật lý bức xạ gần như đã phá vỡ Vật lý bức xạ gần như đã phá vỡ

Đó là những ngày đầu của những năm 1900, và phóng xạ là những cơn thịnh nộ. Các nhà nghiên cứu vừa tìm thấy một loại phóng xạ gọi là "phân rã beta" và họ phát hiện ra rằng nó đã làm một thứ gì đó dường như đập vỡ một trong những nguyên lý cơ bản của vật...

NASA có thể sớm gửi tàu vũ trụ này tới Moon Europa của sao Mộc NASA có thể sớm gửi tàu vũ trụ này tới Moon Europa của sao Mộc

Với những đại dương khổng lồ bị chôn vùi dưới sáu km băng, mặt trăng Europa của sao Mộc từ lâu đã là điểm đến mơ ước của các nhà thiên văn học. Có thể những đại dương đó, được sưởi ấm bởi những ngọn núi lửa dưới đáy biển, có thể chứa chấp sự sống của vi sinh...

Phương pháp nung chảy hạt nano mới có thể đặt các mạch nhỏ phức tạp lên giấy Phương pháp nung chảy hạt nano mới có thể đặt các mạch nhỏ phức tạp lên giấy

Các nhà khoa học vật liệu có thể hợp nhất các hạt nano lại với nhau thành các thiết bị thu nhỏ phức tạp, nhưng hiện tại họ sử dụng nhiệt độ cao có thể làm hỏng các vật liệu mà chúng được chế tạo. Bây giờ, một kỹ thuật mới sử dụng ít năng lượng hơn có thể...

Hình ảnh trực tiếp về vành đai Kuiper của hệ mặt trời khác Hình ảnh trực tiếp về vành đai Kuiper của hệ mặt trời khác

Bằng cách sử dụng Gemini Planet Imager, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế đã chụp được hình ảnh của một đĩa hình thành hành tinh có chung những điểm tương đồng đáng chú ý với Vành đai Kuiper của chúng ta - mặc dù nó đã có từ rất sớm trong lịch sử Hệ Mặt trời...

Tại sao việc lên vũ trụ trong phim luôn kết thúc là một cơn ác mộng? Tại sao việc lên vũ trụ trong phim luôn kết thúc là một cơn ác mộng?

Đó là ước mơ của mọi đứa trẻ được lên vũ trụ. Nhưng tại sao? Nếu những bộ phim đã dạy cho chúng ta bất cứ điều gì, thì bộ phim và dạy cho trẻ em mọi thứ, việc đi vào vũ trụ là hoàn toàn khốn khổ! Các quy tắc ác mộng tương tự được thiết kế để...

Spaceplane của ESA là một bit Banged sau chuyến đi rực lửa của nó Spaceplane của ESA là một bit Banged sau chuyến đi rực lửa của nó

Sau khi hoàn thành 100 phút, đi xe từ xa , Phương tiện điện tử trung gian của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (IXV) đã được nâng lên trên tàu phục hồi của Nos Aries, ESA, như chúng ta có thể thấy trong bức ảnh này được phát hành bởi cơ quan vũ trụ hôm nay. Trong bầu...

Language