En 2019, c'est une émotion commune - vouloir aller quatre ou cinq fois par jour, non seulement dans l'espace, mais jusqu'au bout du monde, dans la mesure du possible, afin de se débarrasser de la mauvaise obsession ou du mauvais temps, d'un train retardé ou d'un pantalon moulant, si ordinaire sur la terre des choses. Mais qu'est-ce qui vous attendra sur cette frontière cosmologique? De quoi s'agit-il - le bord du monde, le bord de l'univers - que verrons-nous là-bas? Est-ce une frontière ou l'infini en général?
Demandons aux scientifiques.
Au bout du monde
Sean Carroll, professeur de physique au California Institute of Technology:
«Pour autant que nous le sachions, l'univers n'a pas de frontières. L'univers observable a un avantage - la limite de ce que nous pouvons voir. C'est parce que la lumière voyage à une vitesse finie (une année-lumière par an), donc quand nous regardons des choses lointaines, nous regardons en arrière dans le temps. À la toute fin, on voit ce qui se passe depuis près de 14 milliards d'années, le rayonnement résiduel du Big Bang. C'est le fond de micro-ondes cosmique qui nous entoure de toutes les directions. Mais ce n'est pas une «frontière» physique, si vous en jugez vraiment.
Puisque nous ne pouvons voir que jusqu'ici, nous ne savons pas à quoi ressemblent les choses en dehors de notre univers observable. L'univers que nous voyons est assez homogène à grande échelle et, peut-être, il continuera littéralement toujours ainsi. Alternativement, l'univers pourrait se plier en une sphère ou un tore. Si tel est le cas, l'univers sera limité en taille globale, mais il n'aura toujours pas de bordure, tout comme un cercle n'a ni début ni fin.
Il est également possible que l'univers ne soit pas homogène au-delà de ce que nous pouvons voir, et que les conditions varient considérablement d'un endroit à l'autre. Cette possibilité est présentée par le multivers cosmologique. Nous ne savons pas si le multivers existe en principe, mais comme nous ne voyons ni l'un ni l'autre, il serait raisonnable de rester impartial."
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Joe Dunkley, professeur de physique et de sciences astrophysiques à l'Université de Princeton:
«Oui, tout est pareil!
D'accord, nous ne pensons pas vraiment que l'univers a une frontière ou un avantage. Nous pensons qu'il continue à l'infini dans toutes les directions, ou s'enroule autour de lui-même, de sorte qu'il n'est pas infiniment grand, mais qu'il n'a toujours pas d'arêtes. Imaginez une surface en anneau: elle n'a pas de frontières. Peut-être que tout l'univers est comme ça (mais en trois dimensions - il n'y a que deux dimensions à la surface du beignet). Cela signifie que vous pouvez voyager dans un vaisseau spatial dans n'importe quelle direction, et si vous voyagez assez longtemps, vous retournerez à votre point de départ. Il n'y a pas d'avantage.
Mais il y a aussi ce que nous appelons l'univers observable, qui est la partie de l'espace que nous pouvons réellement voir. Le bord de cet endroit est l'endroit où la lumière n'a pas eu le temps de nous atteindre depuis le début de l'univers. Nous ne pouvons voir qu'un tel bord, et derrière lui, probablement, il y aura tout ce que nous voyons autour: des superagrégats de galaxies, dont chacun contient des milliards d'étoiles et de planètes."
Dernière surface de diffusion
Jesse Shelton, professeur adjoint au Département de physique et d'astronomie de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign:
«Tout dépend de ce que vous entendez par le bord de l'univers. Puisque la vitesse de la lumière est limitée, plus nous regardons de plus en plus loin dans l'espace, plus nous regardons de plus en plus loin dans le temps - même lorsque nous regardons la galaxie voisine Andromède, nous ne voyons pas ce qui se passe maintenant, mais ce qui s'est passé il y a deux millions et demi d'années. lorsque les étoiles d'Andromède émettaient de la lumière qui vient seulement d'entrer dans nos télescopes. La lumière la plus ancienne que nous pouvons voir provenait des profondeurs les plus profondes, donc, dans un sens, le bord de l'univers est la plus ancienne lumière qui nous a atteint. Dans notre univers, c'est le fond cosmique des micro-ondes - la faible rémanence prolongée du Big Bang qui marque le moment où l'univers s'est suffisamment refroidi pour permettre aux atomes de se former. C'est ce qu'on appelle la surface de la dernière diffusion,car il marque l'endroit où les photons ont cessé de rebondir entre les électrons dans le plasma chaud et ionisé et ont commencé à s'écouler à travers l'espace transparent, des milliards d'années-lumière dans notre direction. Ainsi, on peut dire que le bord de l'univers est la surface de la dernière diffusion.
Qu'y a-t-il au bord de l'univers en ce moment? Eh bien, nous ne savons pas - et nous ne pouvons pas le savoir, nous devrons attendre que la lumière émise là-bas maintenant et venant vers nous vole plusieurs milliards d'années dans le futur, mais comme l'univers se développe de plus en plus vite, il est peu probable que nous voyions un nouveau bord de l'univers. … On ne peut que deviner. À grande échelle, notre univers est pratiquement le même où que vous regardiez. Il y a de fortes chances que si vous étiez à la limite de l'univers observable aujourd'hui, vous voyiez un univers plus ou moins similaire au nôtre: des galaxies, de plus en plus petites, dans toutes les directions. Je pense que le bord de l'univers maintenant est simplement encore plus de l'univers: plus de galaxies, plus de planètes, plus d'êtres vivants posant la même question."
Michael Troxel, professeur agrégé de physique à l'Université Duke:
«Bien que l'univers soit probablement d'une taille infinie, il y a en fait plus d'un« bord »pratique.
Nous pensons que l'univers est en fait infini - et qu'il n'a pas de frontières. Si l'Univers était «plat» (comme une feuille de papier), comme nos tests l'ont montré jusqu'à un point de pourcentage, ou «ouvert» (comme une selle), alors il est vraiment infini. S'il est "fermé" comme un ballon de basket, alors ce n'est pas infini. Cependant, si vous allez assez loin dans une direction, vous vous retrouverez là où vous avez commencé: imaginez que vous vous déplacez à la surface d'une balle. Comme l'a dit un hobbit nommé Bilbo: "La route avance et avance …". Encore et encore.
L'Univers a un «avantage» pour nous - même deux. Cela est dû à une partie de la relativité générale, qui stipule que toutes les choses (y compris la lumière) dans l'univers ont une limite de vitesse de 299 792 458 m / s - et cette limite de vitesse s'applique partout. Nos mesures nous indiquent également que l'univers se développe dans toutes les directions et se développe de plus en plus vite. Cela signifie que lorsque nous observons un objet qui est très loin de nous, il faut du temps à la lumière de cet objet pour nous atteindre (distance divisée par la vitesse de la lumière). L'astuce est que, à mesure que l'espace se dilate à mesure que la lumière se déplace vers nous, la distance que la lumière doit parcourir augmente également avec le temps lorsqu'elle se déplace vers nous.
Donc, la première chose que vous pourriez vous demander est quelle est la distance la plus éloignée à laquelle nous pourrions observer la lumière d'un objet si elle était émise au tout début de l'univers (qui a environ 13,7 milliards d'années). Il s'avère que cette distance est de 47 milliards d'années-lumière (une année-lumière équivaut à environ 63 241 fois la distance entre la Terre et le Soleil), et s'appelle l'horizon cosmologique. La question peut être posée quelque peu différemment. Si nous envoyions un message à la vitesse de la lumière, à quelle distance pourrions-nous le recevoir? C'est d'autant plus intéressant que le taux d'expansion de l'univers dans le futur augmente.
Il s'avère que même si ce message vole pour toujours, il ne peut atteindre que ceux qui sont maintenant à une distance de 16 milliards d'années-lumière de nous. C'est ce qu'on appelle «l'horizon des événements cosmiques». Cependant, la planète la plus éloignée que nous ayons pu observer est à 25 mille années-lumière, nous pourrions donc toujours saluer tous ceux qui vivent dans cet univers en ce moment. Mais la distance la plus éloignée à laquelle nos télescopes actuels pourraient distinguer une galaxie est d'environ 13,3 milliards d'années-lumière, nous ne pouvons donc pas voir ce qui se trouve au bord de l'univers. Personne ne sait ce qu'il y a des deux côtés."
Abigail Weiregg, professeure agrégée, Institut de physique cosmologique. Kavila à l'Université de Chicago:
«À l'aide de télescopes sur Terre, nous regardons la lumière émanant d'endroits éloignés de l'univers. Plus la source de lumière est éloignée, plus il faut de temps à cette lumière pour arriver ici. Par conséquent, lorsque vous regardez des endroits éloignés, vous regardez à quoi ressemblaient ces endroits lorsque la lumière que vous avez vue est née - et non à quoi ces endroits ressemblent aujourd'hui. Vous pouvez continuer à chercher de plus en plus loin, ce qui correspondra à remonter de plus en plus dans le temps, jusqu'à voir quelque chose qui existait plusieurs millénaires après le Big Bang. Avant cela, l'univers était si chaud et si dense (bien avant qu'il y ait des étoiles et des galaxies!) Qu'aucune lumière dans l'univers ne pourrait jamais être capturée, elle ne peut pas être vue avec les télescopes modernes. C'est le bord de «l'univers observable» - l'horizon - parce que vous ne pouvez rien voir au-delà. Le temps passe, cet horizon change. Si vous pouviez regarder l'univers depuis une autre planète, vous verriez probablement la même chose que nous voyons sur Terre: votre propre horizon, limité par le temps qui s'est écoulé depuis le Big Bang, la vitesse de la lumière et l'expansion de l'univers.
À quoi ressemble le lieu qui correspond à l'horizon terrestre? Nous ne le savons pas, car nous pouvons voir cet endroit tel qu'il était immédiatement après le Big Bang, et non tel qu'il est aujourd'hui. Mais toutes les mesures montrent que tout l'univers visible, y compris le bord de l'univers observable, est à peu près le même, tout comme notre univers local d'aujourd'hui: avec des étoiles, des galaxies, des amas de galaxies et un immense espace vide.
Nous pensons également que l'univers est beaucoup plus grand que la partie de l'univers que nous pouvons voir de la Terre aujourd'hui, et que l'univers lui-même n'a pas de «bord» en soi. C'est juste un espace-temps en expansion."
L'univers n'a pas de frontières
Arthur Kosovsky, professeur de physique à l'Université de Pittsburgh:
«L'une des propriétés les plus fondamentales de l'univers est son âge, que nous définissons aujourd'hui, selon diverses mesures, comme 13,7 milliards d'années. Puisque nous savons également que la lumière se déplace à une vitesse constante, cela signifie qu'un rayon de lumière apparu dans les premiers temps a parcouru une certaine distance aujourd'hui (appelons cela «distance à l'horizon» ou «distance de Hubble»). Puisque rien ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière, la distance de Hubble sera la distance la plus éloignée que nous puissions jamais observer en principe (à moins que nous ne trouvions un moyen de contourner la théorie de la relativité).
Nous avons une source lumineuse venant vers nous de près de Hubble: le rayonnement de fond cosmique micro-ondes. Nous savons que l'univers n'a pas de «bord» à la distance de la source micro-onde, qui est presque toute la distance Hubble de nous. Par conséquent, nous supposons généralement que l'univers est beaucoup plus grand que notre propre volume Hubble observable et que le bord réel qui peut exister est beaucoup plus éloigné que nous ne pourrions jamais observer. Ce n'est peut-être pas vrai: il est possible que le bord de l'univers soit situé immédiatement au-delà de la distance du Hubble de nous, et au-delà - les monstres marins. Mais comme l'univers entier que nous observons est relativement le même et homogène partout, un tel tournant serait très étrange.
Je crains que nous n’aurons jamais une bonne réponse à cette question. L'univers n'a peut-être pas d'avantage du tout, et si c'est le cas, il sera suffisamment éloigné pour que nous ne le voyions jamais. Il nous reste à ne comprendre que cette partie de l'Univers que nous pouvons réellement observer."
Ilya Khel