الانفجار الكبير ، الادعاء الكبير: لماذا هذه الفكرة الجريئة صحيحة

في البداية ، تمدد الكون بسرعة كبيرة جدًا.

(الصورة: © Flickr / Jamie، CC BY-SA)

بول سوتر عالم فيزياء فلكية في جامعة ولاية أوهايو وكبير العلماء في مركز علوم COSI. Sutter هو أيضًا مضيف لـ Ask a Spaceman and Space Radio ، ويقود رحلات AstroTours حول العالم. ساهم سوتر بهذا المقال في أصوات خبراء Space.com: Op-Ed & Insights.

قبل 13.8 مليار سنة ، كان كوننا الذي يمكن ملاحظته بالكامل بحجم خوخ وكانت درجة حرارته تزيد عن تريليون درجة.

هذا بيان بسيط جدًا ، ولكنه جريء جدًا ، وهو ليس بيانًا يتم تقديمه بشكل خفيف أو سهل. في الواقع ، حتى قبل مائة عام ، كان من الممكن أن يبدو الأمر منافًا للعقل تمامًا ، لكننا هنا ، نقول أنه ليس بالأمر الكبير. ولكن كما هو الحال مع أي شيء في العلوم ، فإن عبارات بسيطة كهذه مبنية من جبال من خطوط أدلة مستقلة متعددة تشير جميعها إلى نفس النتيجة - في هذه الحالة ، الانفجار العظيم ، نموذجنا لتاريخ كوننا. [الكون: الانفجار الكبير حتى الآن في 10 خطوات سهلة]

ولكن ، كما يقولون ، لا تأخذ كلامي على هذا النحو. فيما يلي خمس أدلة على الانفجار الكبير:

# 1: سماء الليل مظلمة

تخيل للحظة أننا عشنا في عالم لا نهائي تمامًا ، في الزمان والمكان. تستمر مجموعات النجوم المتلألئة إلى الأبد في كل اتجاه ، والكون كان دائمًا وسيظل كذلك دائمًا. سيعني ذلك أينما نظرت في السماء - ما عليك سوى اختيار اتجاه عشوائي والتحديق - ستلتزم بإيجاد نجمة هناك ، في مكان ما ، على مسافة ما. هذه هي النتيجة الحتمية لكون لانهائي.

وإذا كان هذا الكون نفسه موجودًا إلى الأبد ، فهناك الكثير من الوقت للضوء من ذلك النجم ، الزاحف عبر الكون بسرعة بطيئة نسبيًا من c ، للوصول إلى مقل العيون. حتى وجود أي غبار متداخل لن يقلل من الضوء المتراكم من ما لا نهاية من النجوم المنتشرة على الكون الكبير بشكل لا نهائي.

إرجو ، يجب أن تحترق السماء بالضوء المجمع لعدد كبير من النجوم. بدلاً من ذلك ، يكون الظلام في الغالب. الفراغ. باطل. السواد. تعلمون ، الفضاء.

ربما لم يكن الفيزيائي الألماني هاينريش أولبرز هو أول شخص يلاحظ هذا التناقض الواضح ، ولكن تمسك اسمه بفكرة: إنه معروف بمفارقة أولبرز. قرار بسيط؟ إما أن الكون ليس لانهائي في الحجم أو ليس لانهائي في الوقت المناسب. أو ربما لا.

# 2: الكوازارات موجودة

بمجرد أن طور الباحثون تلسكوبات راديوية حساسة ، في الخمسينات والستينات من القرن العشرين ، لاحظوا مصادر راديو صاخبة بشكل غريب في السماء. من خلال التنفيس الفلكي الهام ، قرر العلماء أن هذه المصادر الراديوية شبه النجمية ، أو "النجوم الزائفة" ، كانت مجرات نشطة للغاية ولكنها مشرقة بشكل غير عادي.

أهم شيء في هذه المناقشة هو الجزء "البعيد جدًا" من هذا الاستنتاج.

نظرًا لأن الضوء يستغرق وقتًا للسفر من مكان إلى آخر ، فإننا لا نرى النجوم والمجرات كما هي الآن ، ولكن منذ آلاف أو ملايين أو مليارات السنين. هذا يعني أن النظر إلى الكون بشكل أعمق هو أيضًا ينظر إلى عمق أكثر في الماضي. نرى الكثير من النجوم الزائفة في الكون البعيد ، مما يعني أن هذه الأشياء كانت شائعة جدًا منذ مليارات السنين. ولكن لا يكاد يوجد أي كوازارات في منطقتنا المحلية والمحدثة. وهي شائعة بما يكفي في الكون البعيد (أي الشباب) لدرجة أننا يجب أن نرى الكثير في جوارنا.

الاستنتاج البسيط: كان الكون مختلفًا في ماضيه عما هو عليه اليوم.

# 3: إنها تكبر

نحن نعيش في عالم متسع. في المتوسط ​​، تبتعد المجرات عن جميع المجرات الأخرى. من المؤكد أن بعض الاصطدامات المحلية الصغيرة تحدث من تفاعلات الجاذبية المتبقية ، مثل كيف ستصطدم درب التبانة مع أندروميدا في غضون بضعة مليارات من السنين. ولكن على نطاق واسع ، فإن هذه العلاقة التوسعية البسيطة صحيحة. هذا ما اكتشفه الفلكي إدوين هابل في أوائل القرن العشرين ، بعد وقت قصير من اكتشافه أن "المجرات" كانت في الواقع شيئًا. [تحطم رأس مجرة ​​درب التبانة مع أندروميدا: صور فنان]

القواعد في الكون الآخذ في الاتساع بسيطة. كل مجرة ​​تنحسر من كل مجرة ​​أخرى تقريبًا. سوف يتحول الضوء من المجرات البعيدة إلى انزياح أحمر - ستطول أطوال موجات الضوء التي تطلقها لفترة أطول ، وبالتالي تصبح أكثر احمرارًا من منظور المجرات الأخرى. قد تميل إلى الاعتقاد بأن هذا يرجع إلى حركة المجرات الفردية التي تسرع حول الكون ، لكن الرياضيات لا تتراكم.

ترتبط كمية الانزياح الأحمر لمجرة معينة بمدى بعدها. ستحصل المجرات الأقرب على كمية معينة من الانزياح الأحمر. المجرة البعيدة مرتين ستحصل على ضعف هذا الانزياح الأحمر. أربعة أضعاف المسافة؟ هذا صحيح ، أربعة أضعاف الانزياح الأحمر. لتفسير ذلك بمجرد انطلاق المجرات ، يجب أن تكون هناك مؤامرة غريبة حقًا حيث يوافق جميع مواطني المجرة في الكون على التحرك في هذا النمط المحدد للغاية.

بدلاً من ذلك ، هناك تفسير أبسط بكثير: حركة المجرات ترجع إلى امتداد الفضاء بين تلك المجرات.

نحن نعيش في عالم ديناميكي ومتطور. كانت أصغر في الماضي وستكون أكبر في المستقبل.

رقم 4: الإشعاع المتبقي

لنلعب لعبة. افترض أن الكون كان أصغر في الماضي. هذا يعني أنه كان سيكون أكثر كثافة وأكثر سخونة ، أليس كذلك؟ صحيح - كل محتوى الكون كان يمكن تجميعه في مساحة أصغر ، وتعني الكثافة الأعلى درجات حرارة أعلى.

في مرحلة ما ، عندما كان الكون ، على سبيل المثال ، أصغر مليون مرة مما هو عليه الآن ، لكان كل شيء قد حطم معًا لدرجة أنه سيكون بلازما. في تلك الحالة ، ستصبح الإلكترونات غير منضمة من مضيفيها النوويين وستكون حرة في السباحة ، وكل هذه المادة تغمرها إشعاعات شديدة الطاقة.

ولكن مع توسع هذا الكون الرضيع ، كان سيبرد حتى نقطة ، فجأة ، يمكن للإلكترونات أن تستقر بشكل مريح حول النوى ، مما يجعل أول ذرات كاملة من الهيدروجين والهيليوم. في تلك اللحظة ، سوف يتجول الإشعاع الشديد المجنون دون عوائق من خلال الكون النحيل والشفاف حديثًا. ومع توسع هذا الكون ، كان الضوء الذي بدأ حرفيًا أبيض حارًا يبرد ، يبرد ، يبرد إلى درجات قليلة فوق الصفر المطلق ، مما يضع أطوال الموجات بقوة في نطاق الميكروويف.

وعندما نوجه تلسكوبات الموجات الدقيقة إلى السماء ، ماذا نرى؟ حمام من إشعاع الخلفية ، يحيط بنا من جميع الجوانب وموحد بشكل مثالي تقريبًا (لجزء واحد في 100000!) في جميع الاتجاهات. صورة طفل للكون. بطاقة بريدية من حقبة ميتة. ضوء من وقت قديم قدم الكون نفسه.

رقم 5: عنصر أساسي

ادفع الساعة للخلف أكثر من تكوين خلفية الميكروويف الكونية ، وعند نقطة ما ، تكون الأشياء شديدة للغاية ، لدرجة الجنون حتى أنه لا توجد حتى البروتونات والنيوترونات. إنها مجرد حساء لأجزائها الأساسية ، الكواركات والغلونات. ولكن مرة أخرى ، مع توسع الكون وتبريده من الدقائق الأولى المحمومة من وجوده ، كانت النوى الأخف ، مثل الهيدروجين والهيليوم ، متجمعة وتشكلت.

لدينا مقبض لائق جدًا في الفيزياء النووية في الوقت الحاضر ، ويمكننا استخدام هذه المعرفة للتنبؤ بالكمية النسبية للعناصر الأخف في الكون. التوقع: كان من المفترض أن ينتج هذا الحساء المثير حوالي ثلاثة أرباع هيدروجين ، وربع هليوم ، وقطعة من "أخرى".

ثم يذهب التحدي إلى علماء الفلك ، وماذا يجدون؟ كون يتألف تقريبًا من ثلاثة أرباع هيدروجين وربع هليوم ونسبة أصغر من "الآخر". البنغو.

بالطبع هناك المزيد من الأدلة. لكن هذه ليست سوى نقطة البداية لصورتنا الحديثة عن الانفجار العظيم للكون. تشير العديد من خطوط الأدلة المستقلة إلى نفس الاستنتاج: يبلغ عمر كوننا حوالي 13.8 مليار سنة ، وفي وقت ما ، كان حجم الخوخ وكانت درجة حرارته تزيد عن تريليون درجة.

تعرف على المزيد من خلال الاستماع إلى الحلقة "ماذا يحدث عندما تصطدم المجرات؟" على بودكاست Ask A Spaceman ، المتوفر على iTunes وعلى الويب على http://www.askaspaceman.com. بفضل Mike D. و Tripp B. و Sedas S. و Isla و Patrick D. على الأسئلة التي أدت إلى هذه القطعة! اطرح سؤالك على Twitter باستخدام #AskASpaceman أو باتباع PaulPaulMattSutter و facebook.com/PaulMattSutter. تابعونا علىSpacedotcom و Facebook و Google+. المقالة الأصلية على موقع Space.com.