Pada tahun 2019, ini adalah emosi yang umum - ingin pergi empat atau lima kali sehari, tidak hanya ke luar angkasa, tetapi ke ujung dunia, sejauh mungkin, untuk menyingkirkan obsesi buruk atau cuaca buruk, kereta tertunda atau celana ketat, sangat biasa. di bumi hal. Tapi apa yang akan menanti Anda di perbatasan kosmologis ini? Tentang apakah itu - tepi dunia, tepi alam semesta - apa yang akan kita lihat di sana? Apakah itu perbatasan atau ketidakterbatasan secara umum?
Mari kita tanyakan pada para ilmuwan.
Di ujung dunia
Sean Carroll, profesor fisika di California Institute of Technology:
“Sejauh yang kami tahu, alam semesta tidak memiliki batasan. Alam semesta yang dapat diamati memiliki tepi - batas dari apa yang dapat kita lihat. Ini karena cahaya bergerak dengan kecepatan terbatas (satu tahun cahaya per tahun), jadi saat kita melihat hal-hal yang jauh, kita melihat ke masa lalu. Pada akhirnya, kita melihat apa yang telah terjadi selama hampir 14 miliar tahun, radiasi sisa dari Big Bang. Ini adalah latar belakang gelombang mikro kosmik yang mengelilingi kita dari segala arah. Tapi ini bukan "batas" fisik, jika Anda benar-benar menilai itu.
Karena kita hanya dapat melihat sejauh ini, kita tidak tahu seperti apa keadaan di luar alam semesta kita yang dapat diamati. Alam semesta yang kita lihat cukup homogen dalam skala besar dan, mungkin, secara harfiah akan terus berlanjut seperti ini. Alternatifnya, alam semesta bisa melipat menjadi bola atau torus. Jika demikian, ukuran keseluruhan alam semesta akan dibatasi, tetapi ia tetap tidak memiliki batas, seperti lingkaran yang tidak memiliki awal atau akhir.
Mungkin juga alam semesta tidak homogen di luar apa yang bisa kita lihat, dan kondisinya sangat bervariasi dari satu tempat ke tempat lain. Kemungkinan ini disajikan oleh multiverse kosmologis. Kami tidak tahu apakah multiverse ada pada prinsipnya, tetapi karena kami tidak melihat salah satunya, maka masuk akal untuk tetap tidak memihak."
Video promosi:
Joe Dunkley, profesor fisika dan ilmu astrofisika di Universitas Princeton:
“Ya, semuanya sama!
Oke, kami tidak benar-benar berpikir alam semesta memiliki batas atau tepi. Kami pikir itu berlanjut tanpa batas ke segala arah, atau membungkus dirinya sendiri, sehingga tidak terlalu besar, tetapi masih tidak memiliki tepi. Bayangkan permukaan donat: tidak ada batasnya. Mungkin seluruh alam semesta seperti itu (tapi dalam tiga dimensi - hanya ada dua dimensi di permukaan donat). Ini berarti Anda dapat melakukan perjalanan dengan pesawat luar angkasa ke segala arah, dan jika Anda melakukan perjalanan cukup lama, Anda akan kembali ke tempat Anda memulai. Tidak ada tepi.
Tapi ada juga yang kita sebut alam semesta yang bisa diamati, yaitu bagian dari ruang yang sebenarnya bisa kita lihat. Tepi tempat ini adalah tempat cahaya tidak memiliki cukup waktu untuk mencapai kita sejak awal mula alam semesta. Kita hanya bisa melihat tepi seperti itu, dan di belakangnya, mungkin, semua akan sama dengan yang kita lihat di sekeliling: superkluster galaksi, yang masing-masing berisi miliaran bintang dan planet."
Permukaan hamburan terakhir
Jesse Shelton, Asisten Profesor di Departemen Fisika dan Astronomi di Universitas Illinois di Urbana-Champaign:
“Itu semua tergantung pada apa yang Anda maksud dengan tepi alam semesta. Karena kecepatan cahaya terbatas, semakin jauh kita memandang ke luar angkasa, kita semakin jauh ke masa lalu - bahkan ketika kita melihat galaksi tetangga Andromeda, kita tidak melihat apa yang terjadi sekarang, tetapi apa yang terjadi dua setengah juta tahun yang lalu ketika bintang Andromeda memancarkan cahaya yang baru saja memasuki teleskop kita. Cahaya tertua yang bisa kita lihat berasal dari kedalaman terdalam, jadi, dalam arti tertentu, tepi alam semesta adalah cahaya tertua yang mencapai kita. Di alam semesta kita, ini adalah latar belakang gelombang mikro kosmik - pijar yang samar dan berkepanjangan dari Big Bang yang menandai momen ketika alam semesta telah cukup dingin untuk memungkinkan atom-atom terbentuk. Ini disebut permukaan hamburan terakhir,karena menandai tempat di mana foton berhenti memantul di antara elektron dalam plasma terionisasi panas dan mulai mengalir keluar melalui ruang transparan, miliaran tahun cahaya ke arah kita. Jadi, kita dapat mengatakan bahwa tepi alam semesta adalah permukaan dari hamburan terakhir.
Apa yang ada di ujung alam semesta sekarang? Ya, kita tidak tahu - dan kita tidak dapat mengetahuinya, kita harus menunggu sampai cahaya yang dipancarkan di sana sekarang dan datang ke arah kita terbang miliaran tahun ke depan, tetapi karena alam semesta mengembang lebih cepat dan lebih cepat, kita tidak mungkin melihat tepi baru alam semesta. … Kami hanya bisa menebak. Dalam skala besar, alam semesta kita sebagian besar terlihat sama di mana pun Anda memandang. Kemungkinan besar jika Anda berada di tepi alam semesta yang dapat diamati hari ini, Anda akan melihat alam semesta yang kurang lebih mirip dengan kita: galaksi, lebih besar dan lebih kecil, ke segala arah. Saya pikir tepi jagat raya sekarang lebih dari jagat raya: lebih banyak galaksi, lebih banyak planet, lebih banyak makhluk hidup mengajukan pertanyaan yang sama."
Michael Troxel, Associate Professor of Physics di Duke University:
“Sementara ukuran alam semesta mungkin tak terbatas, sebenarnya ada lebih dari satu 'tepi' praktis.
Kami berpikir bahwa alam semesta sebenarnya tidak terbatas - dan tidak memiliki batasan. Jika Semesta "datar" (seperti selembar kertas), saat tes kami menunjukkan persentase poin, atau "terbuka" (seperti pelana), maka itu benar-benar tidak terbatas. Jika itu "tertutup" seperti bola basket, maka itu bukannya tidak terbatas. Namun, jika Anda melangkah cukup jauh dalam satu arah, Anda akan berakhir di tempat Anda memulai: bayangkan Anda bergerak di atas permukaan bola. Seperti yang pernah dikatakan seorang hobbit bernama Bilbo: "Jalan berjalan maju dan maju …". Lagi dan lagi.
Alam semesta memiliki "keunggulan" bagi kita - bahkan dua. Hal ini disebabkan oleh bagian relativitas umum, yang menyatakan bahwa semua benda (termasuk cahaya) di alam semesta mempunyai batas kecepatan 299.792.458 m / s - dan batas kecepatan ini berlaku di mana-mana. Pengukuran kami juga memberi tahu kami bahwa alam semesta mengembang ke segala arah, dan mengembang lebih cepat dan lebih cepat. Artinya ketika kita mengamati suatu benda yang sangat jauh dari kita, dibutuhkan waktu agar cahaya dari benda tersebut sampai ke kita (jarak dibagi kecepatan cahaya). Triknya adalah ketika ruang mengembang saat cahaya bergerak ke arah kita, jarak yang harus ditempuh cahaya juga meningkat seiring waktu saat cahaya bergerak ke arah kita.
Jadi, hal pertama yang mungkin Anda tanyakan adalah berapa jarak terjauh kita dapat mengamati cahaya dari suatu objek jika cahaya itu dipancarkan di awal alam semesta (yang berusia sekitar 13,7 miliar tahun). Ternyata jarak ini 47 miliar tahun cahaya (setahun cahaya sekitar 63.241 kali jarak antara Bumi dan Matahari), dan disebut cakrawala kosmologis. Pertanyaannya dapat diajukan agak berbeda. Jika kita mengirim pesan dengan kecepatan cahaya, pada jarak berapa kita bisa menerimanya? Ini bahkan lebih menarik karena laju perluasan alam semesta di masa depan meningkat.
Ternyata pesan ini terbang selamanya, hanya dapat menjangkau mereka yang sekarang berada pada jarak 16 miliar tahun cahaya dari kita. Ini disebut "cakrawala peristiwa kosmik". Namun, planet terjauh yang bisa kami amati berjarak 25 ribu tahun cahaya, jadi kami masih bisa menyapa semua orang yang tinggal di alam semesta ini saat ini. Tapi jarak terjauh di mana teleskop kita saat ini dapat membedakan galaksi adalah sekitar 13,3 miliar tahun cahaya, jadi kita tidak bisa melihat apa yang ada di tepi alam semesta. Tidak ada yang tahu apa yang ada di kedua sisi."
Abigail Weiregg, Profesor Rekanan, Institut Fisika Kosmologis. Kavila di Universitas Chicago:
“Menggunakan teleskop di Bumi, kami melihat cahaya yang memancar dari tempat yang jauh di alam semesta. Semakin jauh sumber cahaya, semakin lama waktu yang dibutuhkan cahaya ini untuk sampai ke sini. Oleh karena itu, ketika Anda melihat ke tempat-tempat yang jauh, Anda melihat seperti apa tempat-tempat itu ketika cahaya yang Anda lihat lahir - dan bukan seperti apa tempat-tempat itu sekarang. Anda dapat terus melihat lebih jauh dan lebih jauh, yang akan berhubungan dengan bergerak semakin jauh ke masa lalu, sampai Anda melihat sesuatu yang ada beberapa milenium setelah Big Bang. Sebelumnya, alam semesta sangat panas dan padat (jauh sebelum ada bintang dan galaksi!) Sehingga cahaya di alam semesta tidak akan pernah bisa menangkapnya, tidak bisa dilihat dengan teleskop modern. Ini adalah tepi dari "alam semesta yang dapat diamati" - cakrawala - karena Anda tidak dapat melihat apa pun di baliknya. Waktu berlalu, cakrawala ini berubah. Jika Anda dapat melihat alam semesta dari planet lain, Anda mungkin akan melihat hal yang sama yang kita lihat di Bumi: cakrawala Anda sendiri, dibatasi oleh waktu yang telah berlalu sejak Big Bang, kecepatan cahaya dan perluasan alam semesta.
Seperti apa tempat yang sesuai dengan cakrawala bumi? Kami tidak tahu, karena kami dapat melihat tempat ini seperti apa adanya segera setelah Big Bang, dan tidak seperti sekarang ini. Tetapi semua pengukuran menunjukkan bahwa seluruh alam semesta yang terlihat, termasuk tepi alam semesta yang dapat diamati, terlihat hampir sama, seperti alam semesta lokal kita saat ini: dengan bintang, galaksi, gugusan galaksi, dan ruang kosong yang sangat besar.
Kami juga berpikir bahwa alam semesta jauh lebih besar daripada bagian dari alam semesta yang dapat kita lihat dari Bumi hari ini, dan bahwa alam semesta itu sendiri tidak memiliki "tepi". Itu hanya perluasan ruang-waktu."
Alam semesta tidak memiliki batasan
Arthur Kosovsky, profesor fisika di Universitas Pittsburgh:
“Salah satu sifat paling mendasar dari alam semesta adalah usianya, yang menurut berbagai pengukuran, sekarang kita definisikan sebagai 13,7 miliar tahun. Karena kita juga tahu bahwa cahaya bergerak dengan kecepatan konstan, ini berarti bahwa seberkas cahaya yang muncul di masa-masa awal sekarang telah menempuh jarak tertentu (sebut saja ini "jarak ke cakrawala" atau "jarak Hubble"). Karena tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya, jarak Hubble akan menjadi jarak terjauh yang dapat kita amati secara prinsip (kecuali kita menemukan cara untuk menyiasati teori relativitas).
Kami memiliki sumber cahaya yang datang ke arah kami dari jarak yang hampir Hubble: radiasi latar gelombang mikro kosmik. Kita tahu bahwa alam semesta tidak memiliki "tepi" pada jarak ke sumber gelombang mikro, yang hampir seluruh jarak Hubble dari kita. Oleh karena itu, kita biasanya berasumsi bahwa alam semesta jauh lebih besar daripada volume Hubble kita yang dapat diamati, dan tepi nyata yang mungkin ada jauh lebih jauh daripada yang dapat kita amati. Mungkin ini tidak benar: ada kemungkinan bahwa tepi alam semesta terletak tepat di luar jarak Hubble dari kita, dan di luarnya - monster laut. Tetapi karena seluruh alam semesta yang kita amati relatif sama dan homogen di mana-mana, perubahan seperti itu akan sangat aneh.
Saya khawatir kami tidak akan pernah memiliki jawaban yang bagus untuk pertanyaan ini. Alam semesta mungkin tidak memiliki tepi sama sekali, dan jika ada, itu akan cukup jauh sehingga kita tidak akan pernah melihatnya. Tinggal kita memahami hanya bagian Semesta yang benar-benar dapat kita amati."
Ilya Khel
