تمثل نظرية الانفجار الكبير أفضل محاولات علماء الكون لإعادة بناء قصة 14 مليار سنة من الكون على أساس شظية الوجود المرئية اليوم.
يستخدم الأشخاص المختلفون مصطلح "الانفجار الكبير" بطرق مختلفة. بشكل عام ، فإنه يوضح قوس الكون الذي يمكن ملاحظته لأنه يخفف ويبرد من حالة ساخنة ساخنة كثيفة في البداية. يتلخص هذا الوصف في فكرة أن الكون يتوسع ، وهو مبدأ واسع مشابه لبقاء الأصلح في علم الأحياء الذي يعتبره عدد قليل قابلاً للنقاش.
وبشكل أكثر تحديدًا ، يمكن أن يشير الانفجار الكبير أيضًا إلى ولادة الكون المرئي نفسه - في اللحظة التي تغير فيها شيء ما ، مما أدى إلى بدء الأحداث التي أدت إلى اليوم. جادل علماء الكون لعقود حول تفاصيل هذا الجزء من الثانية ، ويستمر النقاش اليوم.
نظرية الانفجار الكبير الكلاسيكية
بالنسبة لمعظم التاريخ البشري ، افترض مراقبو السماء أنها أبدية ولا تتغير. تعاملت إدوين هابل مع هذه القصة بضربة تجريبية في عشرينيات القرن العشرين عندما أظهرت ملاحظاته أن المجرات الموجودة خارج مجرة درب التبانة موجودة ، وأن نورها بدا ممتدًا - وهي علامة على أنها كانت تندفع بعيدًا عن الأرض.
قام جورج لوميتر ، وهو فيزيائي بلجيكي معاصر ، بتفسير البيانات من هابل وآخرين كدليل على توسع الكون ، وهو احتمال تسمح به معادلات أينشتاين المنشورة حديثًا للنسبية العامة. التفكير في الوراء ، استنتج Lemaître أن المجرات الفاصلة اليوم يجب أن تكون قد بدأت معًا فيما أسماه "ذرة بدائية".
أول استخدام عام للمصطلح الحديث لفكرة Lemaître جاء في الواقع من ناقد - عالم الفلك الإنجليزي فريد هويل. في 28 مارس 1949 ، صاغ هويل العبارة أثناء الدفاع عن نظريته المفضلة للكون الأبدي التي خلقت مادة لإلغاء تخفيف التوسع. قال هويل إن الفكرة القائلة بأن "كل مادة الكون تم إنشاؤها في انفجار واحد كبير في وقت معين في الماضي البعيد" كانت غير عقلانية. في مقابلات لاحقة ، نفى هويل عن عمد اختراع اسم مشين ، لكن اللقب عالق ، مما أدى إلى إحباط البعض.
قال بول شتاينهاردت ، عالم الكونيات في برينستون: "إن الانفجار الكبير مصطلح سيء حقًا". "الإمتداد الكبير سيأخذ الفكرة الصحيحة." تتسبب الصورة الذهنية للانفجار في حدوث كل أنواع الارتباك ، وفقًا لستاينهاردت. إنه يشير إلى نقطة مركزية ، وحدود متوسعة ، ومشهد حيث تطير الشظايا الخفيفة بشكل أسرع من القطع الثقيلة. لكنه قال إن الكون الآخذ في الاتساع لا يبدو مثل هذا. لا يوجد مركز ، ولا حافة ، والمجرات الكبيرة والصغيرة تنحدر جميعها بنفس الطريقة (على الرغم من أن المزيد من المجرات البعيدة تتحرك بسرعة أكبر تحت التأثير الكوني الحديث للطاقة المظلمة).
بغض النظر عن اسمها ، وجدت نظرية Big Bang قبولًا واسعًا لقدرتها التي لا مثيل لها على تفسير ما نراه. إن توازن الضوء مع الجسيمات مثل البروتونات والنيوترونات خلال الدقائق الثلاث الأولى ، على سبيل المثال ، يترك العناصر المبكرة تتشكل بمعدل يتنبأ بالكميات الحالية من الهيليوم وذرات الضوء الأخرى.
وقال جلينيز فارار عالم الكونيات بجامعة نيويورك "كانت هناك نافذة صغيرة في الوقت الذي كان من الممكن فيه تكوين نوى." "بعد ذلك ، استمر الكون في التمدد ولم يتمكنوا من العثور على بعضهم البعض ، وقبل أن يصبح حارًا جدًا."
ملأت بلازما غائمة الكون للسنوات ال 378000 التالية ، حتى التبريد الإضافي سمح للإلكترونات والبروتونات بتشكيل ذرات هيدروجين محايدة ، وتم إزالة الضباب. الضوء المنبعث خلال هذه العملية ، والذي امتد منذ ذلك الحين إلى الموجات الدقيقة ، هو أقدم شيء معروف يمكن للباحثين دراسته مباشرة. يعتبر العديد من الباحثين ، المعروف باسم إشعاع الخلفية الكونية الميكروية (CMB) ، أقوى دليل على الانفجار العظيم.
تحديث متفجر
ولكن عندما دفع علماء الكون إلى أبعد لحظات الكون الأولى ، تكشفت القصة. اقترحت معادلات النسبية العامة بقعة أولية من الحرارة والكثافة اللامحدودة - التفرد. بالإضافة إلى عدم وجود معنى جسدي كبير ، لم يتطابق الأصل الفريد مع CMB السلس والمسطح. كان من شأن التقلبات في درجة الحرارة والكثافة الهائلة للقطب أن تنتج مساحات من السماء بخصائص مختلفة ، لكن درجة حرارة CMB تختلف بجزء بسيط فقط من الدرجة. كما يبدو انحناء الزمكان مسطحًا تمامًا ، مما يعني وجود توازن شبه شبه مثالي للمادة والانحناء الذي يجد معظم علماء الكون أنه غير محتمل.
اقترح آلان جوث صورة جديدة للجزء الأول من الثانية في الثمانينيات ، مما يشير إلى أن الكون قضى لحظاته الأولى في النمو بشكل أسرع بشكل كبير مما هو عليه اليوم. في مرحلة ما ، توقفت هذه العملية ، وأدى الضغط على الفرامل إلى حدوث فوضى من الجسيمات الكثيفة والساخنة (ولكن ليس بشكل لا نهائي) التي تحل محل التفرد. قال فارار: "في رأيي أفكر في ذلك على أنه الانفجار الكبير ، عندما أصبح الكون ساخنًا".
نظرية التضخم ، كما تسمى ، لديها الآن عدد كبير من النماذج المتنافسة. على الرغم من أن لا أحد يعرف الكثير عن ما جعل الكون يتوسع بسرعة كبيرة ، إلا أن النظرية أصبحت شائعة لقدرته على تفسير CMB الذي يبدو غير محتمل: يبدو التضخم يحافظ على تقلبات طفيفة (التي تطورت إلى مجموعات المجرات اليوم) ، في حين تسويتها الرئيسية. قال شتاينهاردت ، الذي ساعد في تطوير النظرية: "إنها قصة حلوة للغاية". "إنها تلك التي نقول لأطفالنا."
ما وراء التضخم
أدخلت الأبحاث الحديثة تجاعدين في السرد الكوني لنظرية التضخم. يشير العمل الذي قام به شتاينهاردت وآخرون إلى أن التضخم كان سيتوقف في بعض المناطق (مثل كوننا الذي يمكن ملاحظته) ولكنه استمر في مناطق أخرى ، مما أدى إلى إنتاج مجموعة من المناطق المنفصلة مع "كل مجموعة يمكن تصورها من الخصائص الكونية" ، كما يقول شتاينهاردت. يجد العديد من الفيزيائيين أن هذه الصورة "متعددة الأكوان" بغيضة ، لأنها تجعل عددًا لا حصر له من التنبؤات غير القابلة للاختبار.
على الجبهة التجريبية ، يتوقع علماء الكون أن التضخم كان يجب أن ينتج موجات جاذبية ممتدة للمجرة في CMB تمامًا كما أنتج اختلافات طفيفة في درجات الحرارة والكثافة. يجب أن تكون التجارب الحالية حساسة بما يكفي للعثور عليها ، ولكن لم تظهر التموجات البدائية الزمانية (على الرغم من إنذار كاذب واحد في عام 2014).
ينتظر العديد من الباحثين قياسات CMB أكثر دقة يمكن أن تقتل ، أو تؤكد ، العديد من نماذج التضخم التي لا تزال قائمة. ومع ذلك ، لا يرى الفيزيائيون الآخرون نعومة الكون كمشكلة على الإطلاق - فقد بدأ من الزي الموحد ولا يحتاج إلى تفسير.
بينما يسعى التجريبيون للحصول على مستويات جديدة من الدقة ، تحول بعض المنظرين بعيدًا عن التضخم للبحث عن طرق أخرى لسحق الكون بشكل مسطح. يعمل شتاينهاردت ، على سبيل المثال ، على نموذج "الارتداد الكبير" ، الذي يعيد ساعة البداية إلى أبعد من ذلك ، إلى فترة تقلص سابقة سهلت الزمكان ومهدت الطريق لتوسع متفجر. وهو يأمل أن يقوم التوقيعات الجديدة ، قبل وقت طويل جدًا ، بالإضافة إلى مشاكل مثل عدم وجود موجات الجاذبية البدائية ، بإعداد علماء الكونيات بقصة إنشاء جديدة يرونها. "هل هناك أي ميزات أخرى يمكن ملاحظتها للبحث عنها؟" قال شتاينهاردت ، "اسألني مرة أخرى بعد بضع سنوات ، وآمل أن أحصل على إجابة".
إضافي مصادر:
