فريزر "يسأل رائد فضاء" الدكتور بول مات سوتر - لماذا نطلق على الانفجار الكبير التفرد ، بينما نسمي أيضًا فراغات الثقوب السوداء؟
الكون مليء بالصدفة. أو شكل سديم باك مان أو سديم الساحر. أو مثل مؤامرة Force Awakens وكل فيلم Star Wars آخر ، فإن الصدفات موجودة في كل مكان.
لكن هذه مصادفة غريبة جدًا ، وتتعلق بطبيعة الكون نفسه. تابع معي هنا.
لنفكر في الثقوب السوداء ، وهو موضوع تناولناه عدة مرات على هذه القناة. إذا شاهدت عددًا كافيًا من مقاطع الفيديو الخاصة بنا ، فأنت تعلم أن الثقب الأسود عبارة عن منطقة من الفضاء حيث تم خلط المادة والطاقة بكثافة كبيرة بحيث تتجاوز سرعة الجاذبية سرعة الضوء.
لا نعرف حجم الثقوب السوداء ، ولكن من المحتمل أن تكون قد حُطمت في منطقة كثيفة بلا حدود ، تُعرف بالخصوصية.
التفرد ، التفرد ... أين سمعنا هذه الكلمة من قبل؟ بصرف النظر عن راي كورزويل وطاقمه من المفردون التكنولوجيون.
تأتي هذه الكلمة عندما نناقش تشكيل الكون. الانفجار الكبير. بالعودة إلى البداية ، قبل 13.8 مليار سنة ، تم سحق كل شيء في الكون بأكمله إلى منطقة ذات كثافة لا نهائية. وبعد ذلك ، في جزء من الثانية ، توسع كل شيء إلى الخارج.
يطلق علماء الفلك على هذه المنطقة ذات الكثافة اللانهائية تفرد الانفجار العظيم.
هذا لا يمكن أن يكون مجرد صدفة ، أليس كذلك؟ إنها نفس الكلمة. إنها نفس الكلمة!
هل كان تفرد الانفجار العظيم مجرد خصوصية كبيرة للثقب الأسود؟ ثقب أسود مع كل كتلة الكون بداخله؟
سأعترف ، هذا السؤال هو أبعد قليلا من راتبي. لشرح العلوم بشكل كامل ، اعتقدت أنني سأجلب رنينًا. الدكتور بول مات سوتر عالم فيزياء فلكية بجامعة ولاية أوهايو والمرصد الفلكي في ترييستي.
يتخصص بول في الفراغات الكونية ، كما أنه يعرف الكثير عن كل من الانفجار الكبير والثقوب السوداء. لقد وصلت إلى بول على مجموعة بودكاست Ask a Spaceman وألقيت هذا الزنجر عليه.
مرحبًا بول ، ما الفرق بين التفرد الذي شكل الانفجار الكبير وثقب الثقب الأسود؟
1. هل بدأ الكون كله من ثقب أسود ضخم حقًا؟
بول: شكرًا لك ، فريزر. لذا ، عندما ننظر إلى التفردات ، من المهم أن نأخذ في الاعتبار ما هي التفرد. التفرد هو مكان ذو كثافة غير محدودة ، وهذا ليس شيئًا حقًا. هذا يعني فقط أن الرياضيات التي نستخدمها لوصف الشيء قد انهارت. مثل الحصول على اللانهاية في إجاباتنا عندما نحاول حساب ما يجري. بقدر ما نعلم ، هذه الأنواع من الأشياء ، هذه الانهيارات في الرياضيات ، تحدث في مكانين. إحداهما في مركز الثقب الأسود ، حيث يتم ضغط الأشياء إلى حد كبير بحيث لا يمكننا متابعة الرياضيات بعد الآن ، والوقت الآخر في الكون المبكر للغاية ، عندما يتم تحطيم الكون بأكمله إلى مثل هذا الحجم الصغير في مثل هذه الكثافات العالية التي لا يمكننا اتباعها بعد الآن. إذن ، هذا هو الشيء الوحيد المشترك بينهما - وهو أن هناك تفردًا ، مما يعني أنه لم يعد بإمكاننا إجراء العمليات الحسابية.
بول: وعلى الرغم من أنهما متشابهان ، إلا أنهما مختلفان جدًا. الثقب الفريد للثقب الأسود هو نقطة في الزمكان - كما لو كنت تعيش في الكون ويمكنك الإشارة - هناك تفرد مثل هناك ، أو هناك أو هناك. إنه جزء من الكون مضمن في الكون الأكبر ، في حين أن تفرد الانفجار الكبير هو الكون بأكمله. إنه شيء مختلف حيث يتم ضغط الكون بأكمله بكثافة عالية بشكل لا يصدق بحيث لم تعد الرياضيات قادرة على تتبعه بعد الآن.
2. لماذا لم ينهار الكون المبكر مرة أخرى إلى ثقب أسود؟
بول: هذا سؤال جيد ، فريزر. أنت تفكر في هذه الكثافات العالية بشكل لا يصدق في وقت مبكر من الكون ، ومن الطبيعي أن نتساءل لماذا لم يتصرف فقط مثل سلوك الثقب الأسود ويتحرك إلى نقطة كثيفة بشكل لا نهائي - لماذا حتى عناء التوسع؟ ومن المهم أن نتذكر هنا فقط مدى اختلاف الثقوب السوداء عن الكون المبكر. في كلتا الحالتين ، نستخدم النسبية العامة - هذه هي قوانين الجاذبية - التي تحكم قوانين هذه الأنظمة. لكننا نستخدم نفس مجموعة المعادلات في سيناريوهات مختلفة. نحن نستخدمها لوصف أشياء مختلفة. الثقب الأسود هو حل خاص لمعادلات أينشتاين للنسبية العامة ، ويأتي هذا الحل من طرح السؤال "إذا أخذت مجموعة من الأشياء هناك وضغطتها إلى كثافة عالية بشكل لا يصدق ، فماذا يحدث؟" الإجابة هي أنك تحصل على تفرد محاط بأفق الحدث. هذه مجموعة معينة من الحلول لرياضيات هذا السيناريو.
بول: لكن في الكون المبكر ، لدينا حل مختلف - لدينا شيء مختلف يحدث. إنه عالم مختلف. حل الثقب الأسود ثابت - فهو ثابت ، ولا يتغير بمرور الوقت. هذا افتراض في الرياضيات. لكن في بدايات الكون ، تتغير الأمور. إنها مجموعة مختلفة من الأسئلة التي نحاول الإجابة عنها عندما نطبق النسبية العامة للكون المبكر هي "إذا ملأت الكون كله بالتساوي مع مجموعة كاملة من الأشياء ، فماذا يفعل الكون كله؟" هذا سؤال مختلف عن السؤال الذي نطرحه عن الثقوب السوداء ، وبالتالي نحصل على إجابة مختلفة. لذلك على الرغم من أن لدينا هذه الكثافة العالية بشكل لا يصدق ، الحل الرياضي الذي يصفه ، لأننا نصف تطور الوقت للكون ، نحصل على إجابات مختلفة عما نحصل عليه من بتات الثقب الأسود. وعندما يتعلق الأمر بالكون المبكر - عندما تملأه بالتساوي مع مجموعة من الأشياء وتسأل ما الذي يحدث للكون ، هناك إجابتان فقط. إما أن الأشياء في الكون تتسبب في انهيار الأشياء وانكماشها ، أو أن الأشياء الموجودة في الكون تتسبب في تمدد الكون. ويعتمد على ما يتكون الكون ، وتبين بسهولة ، أن الكون مصنوع من نوع الأشياء التي تجعله يتوسع. إن عنصر تطور الوقت هنا هو المهم - الذي يحدد الفرق بين ما يحدث في الكون المبكر وما يحدث في الثقب الأسود.
3. هل يمكن أن تكون الثقوب السوداء قد تكونت في الكون المبكر لأنها ذات كثافة عالية؟
بول: نعم ، ذكي جدًا ، فريزر. أرى إلى أين أنت ذاهب. مع كثافات عالية بشكل لا يصدق ، تتساءل ربما قطعة صغيرة من الكون مقلوبة وصنعت ثقبًا أسود. ربما في تلك الميكروثانية المبكرة. ولماذا لم يتسع هذا الثقب الأسود لاستهلاك بقية الكون؟ والمفتاح هنا ليس حول الكثافة ، إنه حول الاختلافات في الكثافة. ما يفصل بين الثقب الأسود عني هو أنه أكثر كثافة مني ، أو على الأقل آمل ذلك. هذا ما يجعله ثقبًا أسود. إنها أكثر كثافة من المناطق المحيطة بها. ولكن من أجل صنع هذا الثقب الأسود ، كان عليك الحصول على القليل من الأشياء الإضافية مثل الجيب ، مثل سحابة غاز إضافية أو نجمة ، كثافة أعلى قليلاً من المعتاد. ثم يمكن أن تعمل الجاذبية ، وتبدأ في سحب المزيد من الأشياء ، والمزيد من الأشياء ، والمزيد ، والبناء والبناء حتى تحصل على انهيار الجاذبية الذي يؤدي إلى ثقب أسود.
بول: لكن في بدايات الكون ، كان كل شيء متجانسًا. لم تكن هناك اختلافات في الجاذبية. نعم ، كانت ذات كثافة عالية بشكل لا يصدق ، ولكن إذا كان من الممكن نقلك إلى هناك والبقاء على قيد الحياة بالفعل ، فلن تشعر بأي جذب للجاذبية في أي مكان لأن كل اتجاه له نفس الكثافة. أنت محاط بنفس كمية الأشياء في كل اتجاه - لا يوجد جاذبية. كل ذلك يلغي كل منهما الآخر. لذا ليس هناك فرصة لتشكيل ثقب أسود لأن أي بقعة في الكون ليست أكثر كثافة من أي مكان آخر ، لذلك كل الجاذبية تلغي ولا تحصل على شيء. لا يوجد ثقب أسود - لا يأتوا إلى المشهد إلا بعد ذلك بكثير ، في تطور الكون ، وبحلول ذلك الوقت ، يكون الكون كبيرًا جدًا ، ولا يمكن للثقوب السوداء أن تؤثر على التطور العام.
4. الكون يتوسع الآن - هل سينهار يوماً ما؟
بول: نعم ، الكثير من علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكون قلقون بشأن هذا منذ عقود - اعتقدنا أن الكون ربما يتوسع الآن ، ولكن ربما هناك الكثير من الأشياء فيه - ربما سيتباطأ هذا التوسع ، ثم يتوقف ثم إلى الوراء ، وبعد ذلك سينتهي بنا المطاف في هذا السيناريو الضخم الكبير ، على عكس الانفجار العظيم.
بول: ولكن اتضح أن الطاقة المظلمة هنا ، والطاقة المظلمة تجعل توسع الكون يتسارع ، لذلك ليس فقط أن الكون يكبر ويكبر كل يوم ، بل يصبح أسرع وأسرع كل يوم. وهذا ، حسنًا ، سيئ نوعًا ما.
يبدو هذا مفتوحًا جدًا ومغلقًا ، ولكن هناك المزيد في هذه الرحلة. إذا أخذت كتلة وطاقة الكون بأكمله وحوّلته إلى ثقب أسود ، فستكون له نفس كثافة الكون نفسه تقريبًا ، وأفق الحدث أكبر من الكون المرئي.
فهل هذا يعني أننا في الواقع نعيش داخل ثقب أسود؟ هل يمكننا معرفة الفرق؟
بودكاست (صوتي): تنزيل (المدة: 5:13 - 4.8 ميجابايت)
اشترك: ابل بودكاست | أندرويد | RSS
بودكاست (فيديو): تنزيل (المدة: 5:35 - 66.3 ميغابايت)
اشترك: ابل بودكاست | أندرويد | RSS
