Hoewel het heel, heel, heel groot is, maar het universum waarschijnlijk niet oneindig groot kan zijn. Maar dit betekent niet dat het een voorsprong heeft.
We weten allemaal dat het universum uitdijt, nietwaar? Nou, als je het niet wist, bedank dan niet voor de informatie. We leven in een zich uitbreidend universum: elk sterrenstelsel vliegt weg van elk ander sterrenstelsel. Dit leidt op natuurlijke wijze tot de algemene vraag: "Als het universum zich uitbreidt, waar expandeert het dan? In een groot universum? In niets? In zoiets als een oneindige mist? Waar is de rand van onze kosmische bubbel?
Welnu, ons Universum heeft een voorsprong - dat wil zeggen, als we met "ons Universum" het waargenomen Universum bedoelen. De snelheid van het licht is alleen snelheid - en het universum bestaat al lang (ongeveer 13,77 miljard jaar). Maar voor ons betekent dit dat slechts zo veel van het Universum aan ons werd geopenbaard door licht, dat zich door enorme kosmische afstanden voortbewoog. En wat is buiten onze geobserveerde limiet? Het is gemakkelijk: gewoon meer dingen zoals sterrenstelsels en zwarte gaten en nieuwe, fantastische soorten kaas. Deze dingen zijn onbereikbaar voor ons, maar ze zijn er nog steeds.
Vanuit ons oogpunt lijkt het erop dat we in het centrum van alles zijn en dat elke melkweg van ons wegvliegt. Dus dit leidt natuurlijk tot de redenering: "Er moet een rand zijn". Maar laten we zeggen dat je naar Andromeda bent gesprongen, onze naaste buur in de Melkweg. Vanuit dit nieuwe gezichtspunt lijkt alles nog steeds alsof je in het centrum van het universum bent en alles van je wegvliegt. Laten we nu echt gek worden en doen alsof we je kunnen teleporteren naar het meest verre waargenomen sterrenstelsel, aan de uiterste rand van ons waarnemingsbereik. Raad eens wat? Ja, vanuit jouw positie lijkt het alsof je in het centrum van het Universum bent en elk sterrenstelsel (inclusief de verre Melkweg) van je wegrent. Dit is wat we bedoelen als we zeggen: "Het universum breidt uit." Elke melkweg wordt verwijderd uit een andere melkweg (met enkele kleine uitzonderingen van lokale fusies, maar dit is een onderwerp voor een ander artikel).
Maar er zou een limiet moeten zijn, toch? Het universum kan niet oneindig zijn, toch? Right?
Nou, waarschijnlijk niet. Hoewel dit een heel, heel, heel groot universum is, is het waarschijnlijk niet oneindig groot.
Maar ze heeft nog steeds geen randen nodig.
Denk opnieuw aan het springen van sterrenstelsel naar sterrenstelsel. Vanaf de zijkant van de Melkweg ziet het universum eruit als een enorme zeepbel die in omvang toeneemt vanuit ons centrum. Maar vanuit een ander sterrenstelsel ziet deze universele luchtbel er anders uit, omdat deze andere melkweg zich in het 'midden' van de luchtbel bevindt ... En de verleiding om zulke begrippen als 'binnen' of 'rand' in ons universum te noemen, is vanuit het oogpunt van een nieuw perspectief niet logisch . En dit geldt voor elke melkweg.
Ik zal het nog een keer zeggen: het "expanderende universum" betekent eenvoudigweg dat elk sterrenstelsel verder weggaat van elk ander sterrenstelsel. Hier is het! Er is geen rand. Geen bubbel. Niets om uit te breiden. De wiskunde is eenvoudig: het universum wordt met de tijd groter. Dat is alles.
Laten we een stap terug doen. Iedereen kent deze veel voorkomende analogieën die worden gebruikt om het zich uitbreidende universum te beschrijven: sterrenstelsels zijn als mieren die rond een strandbal kruipen. We zijn allemaal gewoon rozijnen in een brood. En - oh! De bal is opgeblazen! Yes! Een brood groeit in de oven! De ruimte breidt zich uit en sterrenstelsels worden ermee meegevoerd! Tot ziens Easy!
Deze analogieën geven ons natuurlijk een belangrijk punt: sterrenstelsels vliegen niet en walsen niet op een afstand van elkaar. Dit is de ruimte eronder, die al het werk van uitbreiding doet; sterrenstelsels liggen alleen op het kosmische tapijt. Maar deze analogieën hebben ook een fatale tekortkoming. We kunnen ons allemaal voorstellen hoe we een strandbal of een opkomend brood moeten opblazen, en we denken meteen dat ze uitdijen in iets: lege lucht. De strandbal heeft huid. Het brood heeft een heerlijke, knapperige smaak. Ze hebben randen en ze komen ergens toe.
Ons brein heeft ons belachelijk gemaakt en dit bedriegt ons en verbergt wat er feitelijk gebeurt.
Wanneer we de analogie van mieren op het strandbal gebruiken, is het eerste dat mensen zeggen: "Waarom mieren?". Ik weet het niet; ga gewoon ermee om. En het tweede ding dat mensen zeggen: "Oh, het centrum van het universum is precies daar, in het midden van de bal." Op dit moment moet ik naar analogie springen met beperkingen: ons hele universum is het oppervlak van een opblaasbare bal. En het oppervlak van de bal heeft geen centrum. Net zoals het oppervlak van de aarde geen centrum heeft. We konden de palen maken waar we maar wilden.
In het ball-beach-model is ons hele universum een tweedimensionaal oppervlak vol met idiote mieren die naar elkaar proberen te kruipen, maar dat kunnen ze niet, omdat sommigen het blijven opblazen met een eikel. Oké, goed, wat dan ook. Dit model van het Universum is tweedimensionaal, maar in de ogen van onze geest denken we meteen aan zijn uitbreiding naar de derde dimensie - een dimensie waar mieren geen toegang hebben omdat ze niet kunnen springen. Maar deze extra dimensie biedt "ruimte" zodat de bal in iets uitbreidt.
Maar ons echte universum is driedimensionaal. Hoewel de snaartheorie suggereert dat er extra dimensies kunnen zijn, zijn ze allemaal subminiatuur, dus worden ze niet in aanmerking genomen. Dus is er een vierde extra dimensie die 'materieel' biedt om ons universum uit te breiden tot iets? Misschien wel, misschien ook niet. Dit is wat: wiskunde kan een vierde dimensie creëren voor onze 3D-uitbreiding van het universum in iets. En we zouden zeker een "voorsprong" hebben in deze extra dimensie, dus je kunt ook wijzen naar de "rand" van het 2D-strandoppervlak van de bal.
Maar het is niet noodzakelijk.
We hebben geen vierde dimensie nodig om ons universum te bedekken. We hebben een complete en consistente wiskundige beschrijving van de uitbreiding van het universum, waarbij we alleen de normale drie dimensies gebruiken die we kennen en waarvan we houden. Dit betekent dus dat we een uitdijend universum kunnen hebben zonder een rand of iets nodig te hebben, zodat het zich tot iets uitbreidt.
Ik geef toe dat ik problemen heb met het uitleggen van dit concept. Maar dit is het mooie van het gebruik van wiskunde om het universum te begrijpen: we kunnen concepten maken en manipuleren, omdat ons brein het eenvoudig niet zelf aankan!
