ما هو الانفجار العظيم؟

رسم على شكل قرن يصور مختلف عهود الكون مع الأصل في نهايته الضيقة.

التسلسل الزمني للكون ، من Big Bang حتى يومنا هذا. أقصى اليسار يصور اللحظة الأولى التي يمكننا استكشافها حتى الآن ، عندما تكون الفترةالتضخم الكونيأنتجت انفجارمتسارعالنمو في الكون. على مدى عدة مليارات من السنين التالية ، تباطأ تمدد الكون تدريجيًا حيث اندفعت المادة في الكون على نفسها عبر الجاذبية. في الآونة الأخيرة ، بدأ التوسع في التسريع مرة أخرى كآثار مثيرة للاشمئزازالطاقة المظلمةأصبحت تسيطر على توسع الكون.اقرأ المزيد عن هذه الصورةمن وكالة ناسا.

ربما سمعت عن الانفجار العظيم باعتباره الحدث الذي أدى إلى نشوء كوننا. ربما تعلم أن معظم علماء الكونيات يعتقدون أنها حدثت منذ حوالي 13.8 مليار سنة. من الصعب أن نفهم أنه في لحظة الانفجار العظيم ، تركزت كل الطاقة الموجودة في الكون - والتي سيصبح بعضها فيما بعد مجرات ونجوم وكواكب وكائنات بشرية - في نقطة صغيرة ، أصغر من نواة ذرة. ولا يقتصر الأمر على ما وُلد في الانفجار العظيم. من وجهة نظر علماء الكونيات الحديثين ، المادةوفضاءوبدأ الوقت كله عندما توسعت تلك النقطة المجهرية فجأة بعنف وأسي.

يُعتقد أن الذرات الأولى قد تشكلت عندما كان عمر الكون حوالي 400000 عام. قبل ذلك ، كان الكون ببساطة شديد الحرارة وحيويًا للغاية بحيث لا يسمح بالتقاط النوى الذريةالإلكترونات. يعتقد علماء الكونيات أن النجوم الأولى انبثقت في الحياة ، حوالي 250 مليون سنةبعد، بعدماالانفجار العظيم ، والمجرات الأولى بعد ذلك بوقت قصير.

نقطة زرقاء على خلفية سوداء مبعثرة بالنجوم والمجرات البعيدة. أقحم يظهر نقطة مكبرة.

التقط تلسكوب هابل الفضائي هذه الصورة لمجرة بعيدة للغاية تسمى UDFj-39546284. هذا الكائن لهانزياح أحمر لـ z ~ 10، مما يعني أنها كانت موجودة بعد حوالي 480 مليون سنة من الانفجار العظيم. الصورة عبر NASA / ESA / Garth Illingworth / Rychard Bouwens / فريق HUDF09 /ويكيميديا ​​كومنز.

نقطة حمراء غير منتظمة في صندوق داخلي في حقل نجم.

هذا جسم آخر بعيد جدًا (وبالتالي قديم) ، تم التقاطه بواسطة تلسكوب هابل الفضائي في عام 2016. يُنظر إلى المجرة GN-z11 ، الموضحة في الشكل الداخلي ، على أنها كانت 13.4 مليار سنة في الماضي ، بعد 400 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم ، عندما كان الكون 3٪ فقط من عمره الحالي. تشتعل المجرة بنجوم زرقاء شابة ساطعة ، لكنها تبدو حمراء في هذه الصورة لأن ضوءها قد امتد إلى أطوال موجية طيفية أطول بسبب توسع الكون. الصورة عبر NASA / ESA / P. Oesch / G. Brammer / P. van Dokkum / G. Illingworth /هوبليسايت.

يشير الانفجار العظيم إلى نظرية. كيف يمكن أن يكون خلاف ذلك؟ النسخة الحالية من نظرية الانفجار العظيم - النسخة الأكثر استخدامًا من قبل علماء الكونيات الحديثين - تسمىLambda-CDMنموذج. إنه يفترض أن كوننا بدأ في لحظة معينة ، وتمدد ليكون مسطحًا (أي hasانحناء صفري) وتتكون من 5٪باريونات(أي المادة التي يتكون منها كل ما نراه - المجرات والنجوم والكواكب والأشخاص) ، 27٪المادة المظلمة الباردة(ومن هنا جاء اسم 'آلية التنمية النظيفة' من اسم النظرية) و 68٪الطاقة المظلمة.

ينص نموذج Lambda-CDM كذلك على أن الكون يتوسع بمعدل يُشار إليه باسم Lambda (الحرف اليوناني) ويحكمه مبادئ أينشتاينالنسبية العامة. كان نموذج Lambda-CDM ناجحًا بشكل مذهل في شرح ما نلاحظه في الكون. يجعل التنبؤات تؤكدها مرارًا وتكرارًا من خلال الملاحظة. لكنها لا تخلو من المشاكل. كما هو الحال مع جميع النظريات العلمية ، يستمر نموذج Lambda-CDM في التطور.

الآن دعونا نتوقف لحظة ، حتى نتمكن من التمييز بين ظهور كل تلك الطاقة في الانفجار العظيم وتوسعها المفاجئ. بهذا المعنى ، لم يكن الانفجار العظيم هو الحدثتسببكوننا. بدلا من ذلك ، كان هذا الحدثأنجبتللكون. لماذا هذا التمييز مهم؟ إنه أمر مهم لأنه ، على الرغم من أن العلم كان قادرًا على إنشاء تاريخ للكون منذ ذلك الحين ، عندما أنشأت تلك النقطة الصغيرة فجأة الكون بأكمله ، ما سبقها ، سبب وجود هذه النقطة الصغيرة للطاقة هناك في المقام الأول ، غير معروف ، وقد يكون غير معروف إلى الأبد.

الانفجار العظيم هو النظرية التي أنشأناها لكيفية ظهور الكون الذي نراه من حولنا. إنه لا يحاول الإجابة على السؤال الأكثر شيوعًا الذي نسأله نحن البشر عن أصل الكون:لماذا ا؟وهذا السؤال لا يمكن الإجابة عليه على الأرجح ، لأنه ، بحكم التعريف ، كل ما تسبب في ظهور تلك النقطة الصغيرة من الطاقة ، التي تحتوي على بذور كل شيء يمكن أن يكون ، كانليس من هذا الكون.

لذلك ، مهما يكنتسببالكون لم يترك لنا أي دليل على وجوده لندرسه ، ولا دليل على ماهيته. من المحتمل أيضًا أن تكون شيئًا تمامًافي الخارجالكون ، في أي حال ، لن نكون قادرين على فهمه. إن قوانين الفيزياء ، والحركة ، والجاذبية ، والكهرومغناطيسية ، والديناميكا الحرارية ، لم تنطبق ببساطة في لحظة ولادة الكون لأنها لم تكن موجودة بعد: فهي بالتأكيد لا تستطيع وصف وجود تلك البذرة الصغيرة وأصلها.

هذا لم يمنع علماء الكونيات ، الذين يدرسون التاريخ والبنية واسعة النطاق للكون ، من محاولة الإجابة على مثل هذه الأسئلة ، بالطبع ، لأن هذه هي طبيعة العلم. يعزو بعض الناس وجود هذه البذرة الصغيرة من الطاقة إلى إله ، حيث اخترع البشر آلهة على مر العصور لشرح أشياء لم يتمكنوا من فهمها ، ولكن لا يوجد أي سبب على الإطلاق للاعتقاد بهذه الفكرة ، باستثناء التفكير بالتمني. بالتأكيد لا يوجد شيء نلاحظه في تاريخ الكون يوحي بأن أصله كان أي شيء آخر غير حدث طبيعي ، حتى لو لم نستطع فهمه. من ناحية أخرى ، لا يوجد ما يشير إلى أن أصل كوننا كانليسبسبب إله أيضًا.

جسم مخروطي الشكل بسهم فعلي مرسوم أدناه ، مع انفجار على الطرف الأيسر من التطور الكوني يسير باتجاه اليمين.

تمثيل الفنان لتاريخ الكون وسهم الوقت. تشير نظرية الانفجار العظيم إلى أن الوقت يتحرك في اتجاه واحد. ومع ذلك ، اكتشف العلماء أنه ، على المستوى الكمي ، في عالم الجسيمات دون الذرية ، العديد من العمليات هي ما نسميه 'انعكاس الزمن': لا يوجد تمييز بين الماضي والحاضر والمستقبل. صورة عبرفوربس.

ينص نموذج Lambda-CDM أيضًا على أن الوقت نفسه بدأ عند الانفجار العظيم ، على أساس أنه إذا لم تكن هناك أحداث ، فلا يوجد وقت للقياس. يثير هذا سؤالًا فلسفيًا قديمًا حول ما إذا كان الوقت هو بناء بشري أم أنه موجود بشكل مستقل عنا. لقد أرهق هذا السؤال بعض أعظم الفلاسفة والعلماء ولكن لم تتم الإجابة عليه بشكل مرضٍ. ومع ذلك ، إذا حددنا الوقت على أنه الفترة التي تنقضي بين الأحداث ، فمن العدل أن نقول إن الوقت بدأ مع الانفجار العظيم.

سؤال شائع آخر هو: ماذا حدثقبلالانفجار الكبير؟ لا يمكن أن يكون لهذا السؤال أي معنى إذا قبلنا أن الانفجار العظيم كان بداية لساعة الكون: إنه مثل السؤال عما يقع شمال القطب الشمالي. هذه الإجابة ، بينما تُظهر عدم عقلانية السؤال عن 'ما قبل' ، إلا أنها ليست مرضية للبشر الذين اعتادوا على السبب والنتيجة: نحن نفترض أنه إذا كان الانفجار العظيم حدثًا كان نتيجة لشيء ما ، فبعض التغيير ، والبعض عدم الاستقرار ، يجب أن يكون هناكقبل.ومع ذلك ، هذا فقط في تجربتنا ، في العالم الذي نعرفه ، حيث يكون للحدث دائمًا سبب ، وليس له أي تأثير على نشوء الكون لأن ، مرة أخرى ، قوانين الفيزياء ، التي تحكم في عالمنا السبب والنتيجة ، ببساطة غير موجود. وكما لو كان للتأكيد على مدى سطحية ، ومدى انحياز ، وإدراكنا للوقت ، اكتشف العلماء أنه على المستوى الكمي ، في عالم الجسيمات دون الذرية ، فإن العديد من العمليات هي ما نسميه 'عكس الوقت: 'ببساطة لا يوجد تمييز بين الماضي والحاضر والمستقبل.

من المهم أيضًا أن ندرك أنه في لحظة الانفجار العظيم ، لم يكن هناك مساحة ولا أبعاد. نشأ الفضاء نفسه ، والأبعاد داخل ذلك الفضاء ، في تلك اللحظة ، مع اتساع فقاعة الطاقة. هذا يعني أنه ، على عكس ما يعتقده معظم الناس ، لم يكن الانفجار العظيمانفجار. فكر في أي شيء ينفجر ، وينفجر في مساحة ، منطقة كانت موجودة بالفعل. لكن في حالة الانفجار العظيم ، هناككنتلا توجد مساحة موجودة مسبقًا لحدوث انفجار.

السؤال ذو الصلة الذي يُطرح كثيرًا هو: أين حدث الانفجار العظيم؟ يعتقد أولئك الذين يسألون هذا أنه يمكنك الإشارة إلى مكان في السماء والقول ، 'حدث ذلك هناك'. لكن الجواب على السؤال هو أن الانفجار العظيم حدثفي كل مكان. إنه فقط كذلكفي كل مكانكانت موجودة داخل تلك الفقاعة الصغيرة من الطاقة المتوسعة ذات السخونة اللانهائية ، لأنه لم يكن هناك أي شيء خارجها فعليًا - لا مساحة ، ولا أبعاد ، ولا شيء. شاهد أي فيلم وثائقي عن الانفجار العظيم وسيظهره على أنه انفجار ضخم ، يُنظر إليه من الخارج. لكن وجهة النظر هذه مستحيلة - لم يكن هناك 'خارجي'. لا يمكن للمرء ، بالطبع ، أن يلوم صانعي الأفلام على هذا: ببساطة لا توجد طريقة لتصوير الانفجار العظيم بصريًا بطريقة دقيقة علميًا. من المشكوك فيه أن لدينا حتى مفرداتيصفناهيك عن تصويرها.

على اليسار ، وميض ساطع من الضوء ينطلق منه الكون. من النجوم والفضاء يتوسع إلى اليمين.

يُعتقد أن الفضاء نفسه قد ولد في الانفجار العظيم. مفهوم الفنان عبر كريستين دانيلوف / معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا / وكالة الفضاء الأوروبية / هابل / ناسا /Phys.org.

إذا وجدت صعوبة في فهم فكرة حدوث الانفجار العظيمفي كل مكان، مع عدم وجودفي الخارج،في لحظة معينة عندما بدأ الوقت منذ حوالي 13.8 مليار سنة ، لست وحدك. الدماغ البشري ليس مجهزًا جيدًا للتعامل مع مثل هذه المفاهيم. حتى عندماإدوين هابل، في عشرينيات القرن الماضي ، أظهر أن الكون يتمدد في جميع الاتجاهات ، وبالتالي ، إذا أعدت عقارب الساعة إلى الوراء بعيدًا بما فيه الكفاية ، يجب أن يكون كل الكون قد احتل نقطة صغيرة واحدة ، فكرة أن الكون له بداية محددة ، وكان لذلك لم يكن قديمًا إلى الأبد ، كان ببساطة غير مقبول للكثيرين. ومن بين هؤلاء الذين رفضوا الانفجار العظيم علماء بارزون:اينشتايننفى نفسه فكرة توسيع الكون. عالم آخر رفض فكرة الكون ذي العمر المحدود هو عالم الفلك البريطاني الشهيرالسير فريد هويل، الرجل الذي كشف ، أكثر من أي فرد آخر ، لغز كيفية عمل النجوم.

ألقى هويل سلسلة من المحاضرات على إذاعة البي بي سي في أواخر الأربعينيات وأوائل الخمسينيات من القرن الماضي ، وفي أحد هذه المحاضرات - على قناة بي بي سيالبرنامج الثالثالبث على28 مارس 1949- سكب السخرية على فكرة أن الكون يبدأ في نقطة زمنية محددة وأشار إلى وصف علماء الكونيات للحدث على أنه 'الانفجار العظيم'. لسوء حظ Hoyle ، ظل الاسم عالقًا ، وقد أطلقنا على هذا الحدث اسم Big Bang منذ ذلك الحين.

رجل ذكي المظهر يرتدي نظارات قديمة وبدلة.

فريد هويل. صاغ مصطلح 'الانفجار الكبير' لوصف الحدث الذي ولد فيه كوننا ، بينما شرح نظرية منافسة ، نظرية الحالة الثابتة ، في حديث إذاعي في عام 1949 Image viaBritannica.com.

شريحة توضح أنه ، في نظرية الحالة الثابتة ، يجب أن يتم إنشاء المادة باستمرار.

صورة عبراستكشاف الكون 006.

لم يقبل هويل أبدًا أن الكون له بداية ، حتى وفاته عن عمر يناهز 86 عامًا في عام 2001.نظرية الحالة الثابتة، التي تقول أن الكون ليس له بداية أو نهاية: إنه يجدد نفسه باستمرار ، مع تكاثف مادة جديدة من لا شيء.

عناد هويل الفظ - كان منيوركشاير، بالإنجليزيةمقاطعةقيل إنها اشتهرت بالتحدث الواضح والصريح لسكانها - لم يقللها النجاح اللاحق لنظرية الانفجار العظيم ، ولا حتى بعد أن تنبأت بنجاح بوفرة العناصر الخفيفة ، مثل الهيدروجين والهيليوم والليثيوم ، في الكون . كما أنه لم يأت ليقبل الانفجار العظيم عندماأرنو بنزياسوروبرت ويلسوناكتشف المتوقعالخلفية الكونية الميكروويف، صدى احتضار الانفجار العظيم ، في عام 1964. لم تتنبأ نظرية الحالة الثابتة بأي من هذه الأشياء ، ولم يكن لديها تفسيرات لها.

ولم يكن هويل منزعجًا عندماآلان جوثشيدت نظريةالتضخم الكونيكتحسين لنظرية الانفجار العظيم الموجودة في عام 1979. يفسر التضخم سبب كون الكون هو نفس درجة الحرارة في كل مكان و 'مسطح' ، من بين ميزات أخرى للكون لم يتم شرحها حتى الآن ، على الرغم من أنه لم يتم التحقق منها بشكل كامل بعد.

حتى العام الذي سبق وفاته ، نشر هويل ورقة علمية أخرى حول نظرية الحالة الثابتة ، ولكن بحلول هذا الوقت ، رفض معظم علماء الكونيات أفكاره تمامًا. وللأسف بالنسبة له ، تم رفضهم أيضًا من خلال أدلة المراقبة الساحقة على الانفجار العظيم. نظرية الحالة الثابتة لا تعمل فقط ، وتقدم تنبؤات خاطئة وتتناقض مع ما نراه بالفعل في الكون. كفرضية - تفتقر إلى أدلة المراقبة الداعمة ، كانت أنها بدلاً من نظرية ، على الرغم من الإشارة إليها عمومًا على هذا النحو - ماتت أساسًا مع هويل.

اليوم ، نموذج Lambda-CDM Big Bang هو النظرية الوحيدة التي تقدم أي تنبؤات قابلة للاختبار والتي تدعمها الملاحظات.

يعتقد معظم علماء الكونيات اليوم أننا نعرف تاريخ الكون حتى 10-واحد وعشرينبعد ثوانٍ من الانفجار العظيم - هذا هو 0.0000000000000000000001 ثانية. إن التجميع المضني لهذا التاريخ على مدار الخمسين عامًا الماضية ، على الرغم من افتقاره إلى التفاصيل الدقيقة كما هو بلا شك ، يمثل أعظم إنجاز فكري للبشر ، تتويج لأجناسنا البشرية. لقد تم تحقيقه من خلال توليف لا مثيل له لعلم الفلك والفيزياء الفلكية وعلم الكونيات وفيزياء الجسيمات والكيمياء والعلوم الأخرى.

لكن العلم لن يهدأ حتى نتمكن من دفع نظرياتنا إلى الوراء أكثر في الوقت المناسب ، إلى تلك اللحظة الدقيقة التي نشأ فيها الكون.

نمط انفجار نجمي ملون في الغالب أزرق على خلفية سوداء.

مفهوم الفنان للانفجار العظيم ، يعتقد الآن أن الحدث كان بمثابة علامة على ولادة كوننا. إذا نظرنا بعيدًا بالزمن إلى الوراء ، هل يمكننا أن نشهد ولادة الكون؟

خلاصة القول: في لحظة الانفجار العظيم ، تركزت كل الطاقة في الكون - والتي سيصبح بعضها فيما بعد مجرات ونجوم وكواكب وكائنات بشرية - في نقطة صغيرة ، أصغر من نواة الذرة. ولا يقتصر الأمر على ما وُلد في الانفجار العظيم. من وجهة نظر علماء الكونيات الحديثين ، المادةوفضاءوبدأ الوقت كله عندما توسعت تلك النقطة المجهرية فجأة بعنف وأسي.