عندما حدث انفجار كبير. الانفجار العظيم. النظرة الحديثة لأصل الكون

أصبحت نظرية الانفجار الكبير نموذجًا كونيًا مقبولًا على نطاق واسع تقريبًا مثل دوران الأرض حول الشمس. ووفقا للنظرية، منذ حوالي 14 مليار سنة، أدت الاهتزازات التلقائية في الفراغ المطلق إلى ظهور الكون. شيء يمكن مقارنته في الحجم بجسيم دون ذري يتوسع إلى أحجام لا يمكن تصورها في جزء من الثانية. ولكن هناك العديد من المشاكل في هذه النظرية التي يعاني منها الفيزيائيون، ويطرحون المزيد والمزيد من الفرضيات الجديدة.

ما هو الخطأ في نظرية الانفجار الكبير

من النظرية يتبعأن جميع الكواكب والنجوم تشكلت من الغبار المتناثر في الفضاء نتيجة انفجار. لكن ما سبق ذلك غير واضح: هنا يتوقف نموذجنا الرياضي للزمكان عن العمل. لقد نشأ الكون من حالة فردية أولية، لا يمكن تطبيق الفيزياء الحديثة عليها. كما أن النظرية لا تأخذ في الاعتبار أسباب التفرد أو المادة والطاقة لحدوثه. من المعتقد أن الإجابة على سؤال وجود وأصل التفرد الأولي سيتم توفيرها من خلال نظرية الجاذبية الكمومية.

تتنبأ معظم النماذج الكونيةأن الكون بأكمله أكبر بكثير من الجزء الذي يمكن ملاحظته، وهي منطقة كروية يبلغ قطرها حوالي 90 مليار سنة ضوئية. نحن نرى فقط ذلك الجزء من الكون الذي تمكن الضوء منه من الوصول إلى الأرض خلال 13.8 مليار سنة. لكن التلسكوبات تتحسن، ونحن نكتشف المزيد والمزيد من الأشياء البعيدة، وليس هناك سبب للاعتقاد بأن هذه العملية ستتوقف.

منذ الانفجار الكبير، كان الكون يتوسع بمعدل متسارع.إن أصعب لغز في الفيزياء الحديثة هو السؤال عن أسباب التسارع. وفقا لفرضية العمل، يحتوي الكون على عنصر غير مرئي يسمى "الطاقة المظلمة". لا تشرح نظرية الانفجار الكبير ما إذا كان الكون سوف يتوسع إلى أجل غير مسمى، وإذا كان الأمر كذلك، فماذا سيؤدي ذلك - اختفائه أو أي شيء آخر.

على الرغم من أن ميكانيكا نيوتن قد حلت محلها الفيزياء النسبية،لا يمكن أن يسمى خطأ. ومع ذلك، فإن تصور العالم ونماذج وصف الكون قد تغيرت تماما. لقد تنبأت نظرية الانفجار الكبير بعدد من الأشياء التي لم تكن معروفة من قبل. وبالتالي، إذا جاءت نظرية أخرى لتحل محلها، فيجب أن تكون مماثلة وتوسع فهم العالم.

سنركز على النظريات الأكثر إثارة للاهتمام التي تصف النماذج البديلة للانفجار الكبير.

الكون أشبه بسراب الثقب الأسود

نشأ الكون بسبب انهيار نجم في كون رباعي الأبعاد، وفقا لعلماء من معهد المحيط للفيزياء النظرية. ونشرت نتائج دراستهم من قبل مجلة ساينتفيك أمريكان. يقول نياش أفشوردي وروبرت مان ورازي بورحسن إن كوننا ثلاثي الأبعاد أصبح نوعًا من "السراب المجسم" عندما انهار نجم رباعي الأبعاد. على عكس نظرية الانفجار الكبير، التي تفترض أن الكون نشأ من زمكان حار وكثيف للغاية حيث لا تنطبق قوانين الفيزياء القياسية، فإن الفرضية الجديدة للكون رباعي الأبعاد تشرح أصوله وتوسعه السريع.

وفقًا للسيناريو الذي صاغه أفشوردي وزملاؤه، فإن كوننا ثلاثي الأبعاد هو نوع من الغشاء الذي يطفو عبر كون أكبر موجود بالفعل في أربعة أبعاد. إذا كان لهذا الفضاء رباعي الأبعاد نجوم خاصة به، فسوف تنفجر أيضًا، تمامًا مثل النجوم ثلاثية الأبعاد في كوننا. وستتحول الطبقة الداخلية إلى ثقب أسود، وسيتم رمي الطبقة الخارجية في الفضاء.

في كوننا، الثقوب السوداء محاطة بمجال يسمى أفق الحدث. وإذا كان هذا الحد في الفضاء ثلاثي الأبعاد، فهو ثنائي الأبعاد (مثل الغشاء)إذن في الكون رباعي الأبعاد، سيقتصر أفق الحدث على كرة موجودة في ثلاثة أبعاد. أظهرت المحاكاة الحاسوبية لانهيار نجم رباعي الأبعاد أن أفق الحدث ثلاثي الأبعاد سوف يتوسع تدريجياً. وهذا هو بالضبط ما نلاحظه، حيث يطلق على نمو الغشاء ثلاثي الأبعاد توسع الكون، كما يعتقد علماء الفيزياء الفلكية.

تجميد كبير

البديل للانفجار الكبير هو التجميد الكبير. قدم فريق من علماء الفيزياء من جامعة ملبورن، بقيادة جيمس كفاتش، نموذجا لولادة الكون، وهو يذكرنا بالعملية التدريجية لتجميد الطاقة غير المتبلورة أكثر من إطلاقها وتوسعها في ثلاثة اتجاهات للفضاء.

الطاقة التي لا شكل لها، وفقًا للعلماء، مثل الماء، يتم تبريدها إلى التبلور، مما يخلق الأبعاد المكانية الثلاثة المعتادة والأبعاد الزمنية الواحدة.

تتحدى نظرية التجميد الكبير تأكيد ألبرت أينشتاين المقبول حاليًا على استمرارية وسيولة المكان والزمان. من الممكن أن يحتوي الفضاء على مكونات - كتل بناء غير قابلة للتجزئة مثل الذرات الصغيرة أو وحدات البكسل في رسومات الكمبيوتر. هذه الكتل صغيرة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها، ومع ذلك، وفقًا للنظرية الجديدة، من الممكن اكتشاف العيوب التي يجب أن تكسر تدفق الجسيمات الأخرى. لقد قام العلماء بحساب مثل هذه التأثيرات باستخدام الرياضيات، وسيحاولون الآن اكتشافها تجريبيًا.

الكون بلا بداية ولا نهاية

اقترح أحمد فرج علي من جامعة بنها في مصر وسوريا داس من جامعة ليثبريدج في كندا حلاً جديدًا لمشكلة التفرد من خلال التخلي عن الانفجار الكبير. لقد أدخلوا أفكار عالم الفيزياء الشهير ديفيد بوم في معادلة فريدمان التي تصف توسع الكون والانفجار الكبير. يقول داس: "إنه لأمر مدهش أن التعديلات الصغيرة يمكن أن تحل الكثير من المشكلات".

يجمع النموذج الناتج بين النسبية العامة ونظرية الكم. فهو لا ينكر التفرد الذي سبق الانفجار الكبير فحسب، بل لا يعترف أيضًا بأن الكون سوف ينكمش في النهاية إلى حالته الأصلية. ووفقا للبيانات التي تم الحصول عليها، فإن الكون له حجم محدود وعمر لا نهائي. من الناحية الفيزيائية، يصف النموذج كونًا مملوءًا بسائل كمي افتراضي، والذي يتكون من الغرافيتونات - وهي جسيمات توفر تفاعل الجاذبية.

ويدعي العلماء أيضًا أن النتائج التي توصلوا إليها تتفق مع القياسات الحديثة لكثافة الكون.

التضخم الفوضوي الذي لا نهاية له

ويشير مصطلح "التضخم" إلى التوسع السريع للكون، والذي حدث بشكل كبير في اللحظات الأولى بعد الانفجار الكبير. نظرية التضخم في حد ذاتها لا تدحض نظرية الانفجار الكبير، ولكنها فقط تفسرها بشكل مختلف. هذه النظرية تحل العديد من المشاكل الأساسية في الفيزياء.

وفقًا للنموذج التضخمي، بعد وقت قصير من ولادته، توسع الكون بشكل كبير لفترة قصيرة جدًا: تضاعف حجمه عدة مرات. ويعتقد العلماء أنه خلال 10 إلى -36 ثانية، زاد حجم الكون بما لا يقل عن 10 إلى 30 إلى 50 مرة، وربما أكثر. في نهاية المرحلة التضخمية، امتلأ الكون ببلازما شديدة السخونة مكونة من الكواركات الحرة، والجلونات، واللبتونات، والكمات عالية الطاقة.

المفهوم يعنيما هو موجود في العالم العديد من الأكوان معزولة عن بعضها البعضمع جهاز مختلف

وتوصل الفيزيائيون إلى نتيجة مفادها أن منطق النموذج التضخمي لا يتعارض مع فكرة الولادة المتعددة الثابتة للأكوان الجديدة. التقلبات الكمومية - نفس تلك التي خلقت عالمنا - يمكن أن تنشأ بأي كمية إذا كانت الظروف مناسبة لها. من الممكن أن يكون كوننا قد خرج من منطقة التقلب التي تشكلت في العالم السابق. يمكن أيضًا الافتراض أنه في يوم من الأيام وفي مكان ما في عالمنا سوف تتشكل تقلبات من شأنها أن "تفجر" كونًا شابًا من نوع مختلف تمامًا. وفقًا لهذا النموذج، يمكن للأكوان الناشئة أن تتبرعم بشكل مستمر. علاوة على ذلك، ليس من الضروري على الإطلاق أن يتم إنشاء نفس القوانين الفيزيائية في العوالم الجديدة. يشير هذا المفهوم إلى وجود العديد من الأكوان في العالم معزولة عن بعضها البعض ولها هياكل مختلفة.

النظرية الدورية

قرر بول ستينهاردت، أحد علماء الفيزياء الذين وضعوا أسس علم الكونيات التضخمي، تطوير هذه النظرية بشكل أكبر. قام العالم، الذي يرأس مركز الفيزياء النظرية في جامعة برينستون، مع نيل توروك من المعهد المحيطي للفيزياء النظرية، بوضع الخطوط العريضة لنظرية بديلة في كتاب Endless Universe: Beyond the Big Bang ("الكون اللانهائي: ما بعد الانفجار الكبير").يعتمد نموذجهم على تعميم نظرية الأوتار الفائقة الكمومية المعروفة باسم نظرية M. ووفقا لها، فإن العالم المادي له 11 بعدا - عشرة مكانية وواحدة زمنية. المساحات ذات الأبعاد المنخفضة، ما يسمى الأغشية، "تطفو" فيها. (اختصار لكلمة "غشاء").كوننا هو ببساطة واحد من هذه الأغشية.

ينص نموذج ستينهاردت وتوروك على أن الانفجار الكبير حدث نتيجة اصطدام غشاءنا مع غشاء آخر - وهو كون غير معروف. في هذا السيناريو، تحدث الاصطدامات إلى ما لا نهاية. وفقًا لفرضية ستينهاردت وتوروك، فإن غشاءًا ثلاثي الأبعاد آخر "يطفو" بجوار غشاءنا، ويفصل بينهما مسافة صغيرة. كما أنها تتوسع وتتسطح وتفرغ، ولكن بعد تريليون سنة ستبدأ الأغشية في الاقتراب من بعضها البعض وتتصادم في النهاية. سيؤدي ذلك إلى إطلاق كمية هائلة من الطاقة والجسيمات والإشعاع. ستؤدي هذه الكارثة إلى إطلاق دورة أخرى من التوسع والتبريد في الكون. ويترتب على نموذج ستينهاردت وتوروك أن هذه الدورات كانت موجودة في الماضي وسوف تتكرر بالتأكيد في المستقبل. النظرية صامتة حول كيفية بدء هذه الدورات.

كون
مثل الكمبيوتر

وهناك فرضية أخرى حول بنية الكون تقول أن عالمنا بأكمله ليس أكثر من مصفوفة أو برنامج كمبيوتر. فكرة أن الكون عبارة عن كمبيوتر رقمي طرحها لأول مرة المهندس الألماني ورائد الكمبيوتر كونراد تسوسي في كتابه حساب الفضاء ("الفضاء الحسابي").ومن بين أولئك الذين اعتبروا الكون أيضًا جهاز كمبيوتر عملاقًا، الفيزيائيان ستيفن ولفرام وجيرارد هوفت.

يقترح منظرو الفيزياء الرقمية أن الكون عبارة عن معلومات في الأساس، وبالتالي قابل للحساب. ويترتب على هذه الافتراضات أنه يمكن اعتبار الكون نتيجة لبرنامج كمبيوتر أو جهاز حوسبة رقمي. يمكن أن يكون هذا الكمبيوتر، على سبيل المثال، آليًا خلويًا عملاقًا أو آلة تورينج عالمية.

الأدلة غير المباشرة الطبيعة الافتراضية للكونيسمى مبدأ عدم اليقين في ميكانيكا الكم

ووفقا لهذه النظرية، فإن كل شيء وحدث في العالم المادي يأتي من طرح الأسئلة وتسجيل الإجابات بـ "نعم" أو "لا". أي أن وراء كل ما يحيط بنا هناك كود معين، يشبه الكود الثنائي لبرنامج الكمبيوتر. ونحن نوع من الواجهة التي من خلالها يظهر الوصول إلى بيانات "الإنترنت العالمي". يُطلق على الدليل غير المباشر على الطبيعة الافتراضية للكون مبدأ عدم اليقين في ميكانيكا الكم: يمكن أن توجد جسيمات المادة في شكل غير مستقر، ولا تكون "ثابتة" في حالة معينة إلا عند ملاحظتها.

كتب عالم الفيزياء الرقمية جون أرشيبالد ويلر: «ليس من غير المعقول أن نتصور أن المعلومات تكمن في قلب الفيزياء كما هي الحال في قلب الكمبيوتر. كل شيء من قليلا. بمعنى آخر، كل شيء موجود - كل جسيم، كل مجال قوة، حتى استمرارية الزمكان نفسها - يتلقى وظيفته ومعناه، وفي النهاية، وجوده ذاته."

تعتبر نظرية الانفجار الكبير الآن مؤكدة مثل النظام الكوبرنيكي. ومع ذلك، حتى النصف الثاني من الستينيات، لم تحظى باعتراف عالمي، وليس فقط لأن العديد من العلماء أنكروا في البداية فكرة توسع الكون. إنه مجرد أن هذا النموذج كان له منافس جاد.

وفي غضون 11 عامًا، سيتمكن علم الكونيات كعلم من الاحتفال بالذكرى المئوية لتأسيسه. في عام 1917، أدرك ألبرت أينشتاين أن معادلات النسبية العامة جعلت من الممكن حساب نماذج معقولة فيزيائيًا للكون. لا توفر الميكانيكا الكلاسيكية ونظرية الجاذبية مثل هذا الاحتمال: فقد حاول نيوتن بناء صورة عامة للكون، لكنه في جميع السيناريوهات انهار حتماً تحت تأثير الجاذبية.

لم يؤمن أينشتاين مطلقًا ببداية الكون ونهايته، وبالتالي توصل إلى كون ثابت موجود إلى الأبد. وللقيام بذلك، كان بحاجة إلى إدخال عنصر خاص في معادلاته، والذي أدى إلى إنشاء "الجاذبية المضادة" وبالتالي ضمان استقرار النظام العالمي رسميًا. اعتبر أينشتاين هذه الإضافة (ما يسمى بالمصطلح الكوني) غير أنيقة وقبيحة ولكنها لا تزال ضرورية (مؤلف النسبية العامة لم يثق في غريزته الجمالية عبثًا - فقد ثبت لاحقًا أن النموذج الثابت غير مستقر وبالتالي لا معنى له جسديًا).

وسرعان ما أصبح لنموذج أينشتاين منافسون: نموذج العالم الخالي من المادة الذي وضعه ويليم دي سيتر (1917)، والنماذج المغلقة والمفتوحة غير الثابتة لألكسندر فريدمان (1922 و1924). لكن هذه الإنشاءات الجميلة ظلت في الوقت الحالي تمارين رياضية بحتة. لكي نتحدث عن الكون ككل دون تأمل، يجب على الأقل أن نعرف أن هناك عوالم تقع خارج العنقود النجمي، حيث نتواجد نحن والنظام الشمسي معه. ولم يحصل علم الكونيات على فرصة طلب الدعم في الملاحظات الفلكية إلا بعد أن نشر إدوين هابل عمله “السدم خارج المجرات” في عام 1926، حيث تم وصف المجرات لأول مرة على أنها أنظمة نجمية مستقلة وليست جزءًا من درب التبانة.

لم يستغرق إنشاء الكون ستة أيام على الإطلاق - فقد تم الانتهاء من الجزء الأكبر من العمل قبل ذلك بكثير. هنا هو التسلسل الزمني التقريبي له.

0. الانفجار الكبير.

عصر بلانك: 10-43 ق. لحظة بلانك. هناك فصل في تفاعل الجاذبية. حجم الكون في هذه اللحظة هو 10-35 م (ما يسمى بطول بلانك). 10-37 ثانية. التوسع التضخمي في الكون.

عصر التوحيد العظيم: 10-35 ص. الفصل بين التفاعلات القوية والضعيفة. 10-12 ثانية. فصل التفاعلات الضعيفة والفصل النهائي للتفاعلات.

عصر الهادرون: 10-6 ق. إبادة أزواج البروتون والبروتون المضاد. تتوقف الكواركات والكواركات المضادة عن الوجود كجسيمات حرة.

عصر ليبتون: 1 ثانية. تتشكل نواة الهيدروجين. يبدأ الاندماج النووي للهيليوم.

عصر التخليق النووي: 3 دقائق. يتكون الكون من 75% هيدروجين و25% هيليوم، بالإضافة إلى كميات ضئيلة من العناصر الثقيلة.

عصر الإشعاع: أسبوع واحد. بحلول هذا الوقت يتم تسخين الإشعاع.

عصر المادة: 10 آلاف سنة. تبدأ المادة في السيطرة على الكون. 380 ألف سنة. تتحد نوى الهيدروجين والإلكترونات مرة أخرى، ويصبح الكون شفافًا أمام الإشعاع.

العصر النجمي: مليار سنة. تشكيل المجرات الأولى. 1 مليار سنة. تكوين النجوم الأولى. 9 مليار سنة. تكوين النظام الشمسي. 13.5 مليار سنة. هذه اللحظة

تراجع المجرات

وقد تحققت هذه الفرصة بسرعة. سمع البلجيكي جورج هنري لوميتر، الذي درس الفيزياء الفلكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، شائعات مفادها أن هابل كان قريبًا من اكتشاف ثوري - دليل على ركود المجرات. في عام 1927، بعد عودته إلى وطنه، نشر لوميتر (وفي السنوات اللاحقة صقله وطوره) نموذجًا للكون الذي تشكل نتيجة لانفجار مادة فائقة الكثافة تتوسع وفقًا لمعادلات النسبية العامة. لقد أثبت رياضيًا أن سرعتهم الشعاعية يجب أن تتناسب مع المسافة التي تفصلهم عن النظام الشمسي. وبعد مرور عام، توصل عالم الرياضيات هوارد روبرتسون بشكل مستقل إلى نفس النتيجة.

وفي عام 1929، حصل هابل على نفس الاعتماد تجريبيا من خلال معالجة البيانات المتعلقة بمسافة أربع وعشرين مجرة ​​والانزياح الأحمر للضوء القادم منها. وبعد خمس سنوات، قدم هابل ومساعده الرصدي ميلتون هيوماسون دليلًا إضافيًا على هذا الاستنتاج من خلال مراقبة المجرات الخافتة جدًا التي تقع على الأطراف القصوى للفضاء المرئي. كانت تنبؤات لوميتر وروبرتسون مبررة تمامًا، ويبدو أن علم الكونيات الخاص بالكون غير المستقر قد حقق نصرًا حاسمًا.

نموذج غير معروف

لكن مع ذلك، لم يكن علماء الفلك في عجلة من أمرهم للصراخ مهلاً. جعل نموذج Lemaitre من الممكن تقدير مدة وجود الكون - ولهذا كان من الضروري فقط معرفة القيمة العددية للثابت المتضمن في معادلة هابل. أدت محاولات تحديد هذا الثابت إلى استنتاج مفاده أن عالمنا نشأ قبل حوالي ملياري سنة فقط. ومع ذلك، جادل الجيولوجيون بأن الأرض كانت أقدم بكثير، ولم يكن لدى علماء الفلك أدنى شك في أن الفضاء كان مليئا بالنجوم ذات عمر أكثر احتراما. كان لعلماء الفيزياء الفلكية أيضًا أسبابهم الخاصة لعدم الثقة: فالنسبة المئوية لتكوين توزيع العناصر الكيميائية في الكون بناءً على نموذج ليميتر (تم تنفيذ هذا العمل لأول مرة بواسطة شاندراسيخار في عام 1942) تتعارض بوضوح مع الواقع.

كما تم تفسير شكوك المتخصصين بأسباب فلسفية. لقد اعتاد المجتمع الفلكي للتو على فكرة أن عالمًا لا نهاية له يسكنه العديد من المجرات قد انفتح أمامه. وبدا طبيعياً أنه في أساسياته لا يتغير ويبقى موجوداً إلى الأبد. والآن طُلب من العلماء أن يعترفوا بأن الكون محدود ليس فقط في المكان، ولكن أيضًا في الوقت المناسب (علاوة على ذلك، اقترحت هذه الفكرة الخلق الإلهي). ولذلك، ظلت نظرية ليميتر عاطلة عن العمل لفترة طويلة. ومع ذلك، فقد حل المصير الأسوأ بنموذج الكون المتأرجح إلى الأبد، الذي اقترحه ريتشارد تولمان في عام 1934. ولم تتلق اعترافًا جديًا على الإطلاق، وفي أواخر الستينيات تم رفضها باعتبارها غير صحيحة رياضيًا.

ولم ترتفع أسهم "العالم المنتفخ" كثيرا بعد أن بنى جورج جامو وطالب دراساته العليا رالف ألفر نسخة جديدة أكثر واقعية من هذا النموذج في أوائل عام 1948. وُلد عالم لوميتر من انفجار "ذرة أولية" افتراضية، والتي تجاوزت بوضوح أفكار الفيزيائيين حول طبيعة العالم المصغر.

لفترة طويلة، كانت نظرية جامو تسمى أكاديميا تماما - "النموذج الديناميكي المتطور". والغريب أن عبارة "الانفجار العظيم" لم يصغها مؤلف هذه النظرية ولا حتى مؤيدها. في عام 1949، دعا بيتر لاسليت، المنتج العلمي في بي بي سي، فريد هويل لإنتاج سلسلة من خمس محاضرات. تألق هويل أمام الميكروفون واكتسب على الفور عددًا كبيرًا من المتابعين بين مستمعي الراديو. وفي خطابه الأخير تحدث عن علم الكونيات، وتحدث عن نموذجه، وفي النهاية قرر تصفية الحسابات مع منافسيه. وقال هويل إن نظريتهم "تعتمد على افتراض أن الكون جاء إلى الوجود من خلال انفجار قوي واحد، وبالتالي فهو موجود فقط لفترة محدودة... تبدو لي فكرة الانفجار الكبير غير مرضية تمامًا". هكذا ظهر هذا التعبير لأول مرة. ويمكن أيضًا ترجمتها إلى الروسية باسم "القطن الكبير"، والذي ربما يتوافق بشكل أكثر دقة مع المعنى المهين الذي وضعه هويل فيه. وبعد مرور عام، نُشرت محاضراته، وانتشر المصطلح الجديد حول العالم

اقترح جورج جامو ورالف ألفر أن الكون، بعد وقت قصير من ولادته، يتكون من الجسيمات المعروفة - الإلكترونات والفوتونات والبروتونات والنيوترونات. في نموذجهم، تم تسخين هذا الخليط إلى درجات حرارة عالية وتعبئته بإحكام في حجم صغير (مقارنة بالحجم الحالي). أظهر جامو وألفير أن الاندماج النووي الحراري يحدث في هذا الحساء شديد السخونة، مما يؤدي إلى تكوين النظير الرئيسي للهيليوم، الهيليوم-4. حتى أنهم حسبوا أنه بعد بضع دقائق فقط، تدخل المادة في حالة التوازن، حيث يوجد لكل نواة هيليوم حوالي اثنتي عشرة نواة هيدروجين.

وكانت هذه النسبة متوافقة تمامًا مع البيانات الفلكية حول توزيع العناصر الخفيفة في الكون. وسرعان ما تم تأكيد هذه النتائج من قبل إنريكو فيرمي وأنتوني توركيفيتش. كما أثبتوا أن عمليات الاندماج النووي الحراري يجب أن تنتج بعض النظائر الخفيفة الهيليوم -3 ونظائر الهيدروجين الثقيلة - الديوتيريوم والتريتيوم. كما تزامنت تقديراتهم لتركيزات هذه النظائر الثلاثة في الفضاء الخارجي مع ملاحظات علماء الفلك.

نظرية المشكلة

لكن علماء الفلك الممارسين استمروا في الشك. أولاً، ظلت مشكلة عمر الكون قائمة، والتي لم تتمكن نظرية جامو من حلها. لم يكن من الممكن زيادة مدة وجود العالم إلا من خلال إثبات أن المجرات تطير بعيدًا بشكل أبطأ بكثير مما يُعتقد عمومًا (حدث هذا في النهاية، وإلى حد كبير بمساعدة الملاحظات التي تم إجراؤها في مرصد بالومار، ولكن بالفعل في الستينيات).

ثانياً، توقفت نظرية غام عن التخليق النووي. وبعد أن شرحت ظهور الهيليوم والديوتيريوم والتريتيوم، لم تتمكن من التقدم إلى النوى الأثقل. تتكون نواة الهيليوم-4 من بروتونين ونيوترونين. سيكون كل شيء على ما يرام إذا تمكن من ربط بروتون والتحول إلى نواة الليثيوم. ومع ذلك، فإن النوى المكونة من ثلاثة بروتونات ونيوترونين أو بروتونين وثلاثة نيوترونات (ليثيوم-5 وهيليوم-5) غير مستقرة للغاية وتتحلل على الفور. لذلك، لا يوجد في الطبيعة سوى الليثيوم 6 المستقر (ثلاثة بروتونات وثلاثة نيوترونات). لتكوينه عن طريق الاندماج المباشر، من الضروري أن يندمج كل من البروتون والنيوترون في نفس الوقت مع نواة الهيليوم، واحتمال هذا الحدث منخفض للغاية. صحيح، في ظل ظروف كثافة المادة العالية في الدقائق الأولى من وجود الكون، لا تزال مثل هذه التفاعلات تحدث في بعض الأحيان، وهو ما يفسر التركيز المنخفض للغاية لأقدم ذرات الليثيوم.

لقد أعدت الطبيعة مفاجأة أخرى غير سارة لغاموف. يمكن أن يكون الطريق إلى العناصر الثقيلة أيضًا من خلال اندماج نواتين من الهيليوم، لكن هذا الاندماج أيضًا غير قابل للتطبيق. ولم تكن هناك طريقة لتفسير أصل العناصر الأثقل من الليثيوم، وفي أواخر الأربعينيات بدت هذه العقبة مستحيلة التغلب عليها (نعلم الآن أنها تولد فقط في النجوم المستقرة والمتفجرة وفي الأشعة الكونية، لكن جاموف لم يكن يعرف ذلك).

ومع ذلك، فإن نموذج الولادة "الساخنة" للكون لا يزال لديه بطاقة أخرى في الاحتياطي، والتي أصبحت مع مرور الوقت ورقة رابحة. في عام 1948، توصل ألفر ومساعد آخر لجاموف، روبرت هيرمان، إلى استنتاج مفاده أن الفضاء يتخلله إشعاع الميكروويف الذي نشأ بعد 300 ألف سنة من الكارثة الأولية. ومع ذلك، لم يُظهر علماء الفلك الراديوي أي اهتمام بهذه التوقعات، وبقيت على الورق.

ظهور منافس

ابتكر جامو وألفر نموذجهما "المثير" في العاصمة الأمريكية، حيث قام جامو بالتدريس في جامعة جورج واشنطن منذ عام 1934. نشأت العديد من أفكارهم الإنتاجية أثناء تناول المشروبات المعتدلة في حانة Little Vienna في شارع بنسلفانيا بالقرب من البيت الأبيض. وإذا كان هذا الطريق لبناء النظرية الكونية يبدو غريبا للبعض، فماذا يمكن أن يقال عن البديل الذي ولد تحت تأثير فيلم الرعب؟

فريد هويل: الكون يتوسع إلى الأبد! تولد المادة تلقائيًا في الفراغ وبسرعة بحيث يظل متوسط ​​كثافة الكون ثابتًا

في إنجلترا القديمة الطيبة، استقر ثلاثة علماء بارزين بعد الحرب في جامعة كامبريدج - فريد هويل وهيرمان بوندي وتوماس جولد. وقبل ذلك، عملوا في مختبر الرادار التابع للبحرية البريطانية، حيث أصبحوا أصدقاء. لم يكن هويل، وهو رجل إنجليزي من يوركشاير، قد بلغ الثلاثين من عمره وقت استسلام ألمانيا، وكان أصدقاؤه من سكان فيينا الأصليين يبلغون من العمر 25 عامًا. وقد كرس هويل وأصدقاؤه في "عصر الرادار" أنفسهم لإجراء محادثات حول مشاكل الكون والكون. علم الكونيات. الثلاثة لم يعجبهم نموذج ليميتر، لكنهم أخذوا قانون هابل على محمل الجد، وبالتالي رفضوا مفهوم الكون الساكن. بعد الحرب اجتمعوا في بوندي وناقشوا نفس المشاكل. جاء الإلهام بعد مشاهدة فيلم الرعب "Dead in the Night". وجد شخصيته الرئيسية، والتر كريج، نفسه في حلقة مغلقة من الأحداث، والتي أعادته في نهاية الفيلم إلى نفس الوضع الذي بدأ به كل شيء. يمكن أن يستمر الفيلم الذي يحتوي على مثل هذه الحبكة إلى الأبد (مثل قصيدة عن كاهن وكلبه). عندها أدرك جولد أن الكون يمكن أن يكون نظيرًا لهذه المؤامرة - فهو يتغير ولا يتغير في نفس الوقت!

اعتقد الأصدقاء أن الفكرة كانت مجنونة، لكنهم قرروا بعد ذلك أن هناك شيئًا ما فيها. لقد حولوا معًا الفرضية إلى نظرية متماسكة. وقد قدم بوندي وجولد عرضًا عامًا له، كما قدم هويل في منشور منفصل بعنوان «نموذج جديد للكون المتوسع» حسابات رياضية. لقد اتخذ معادلات النسبية العامة كأساس، لكنه أضاف إليها "حقل الخلق" الافتراضي (C-field)، الذي يتمتع بضغط سلبي. وظهر شيء من هذا النوع بعد 30 عامًا في النظريات الكونية التضخمية، وهو ما أكد عليه هويل بسرور كبير.

علم الكونيات الحالة المستقرة

دخل النموذج الجديد تاريخ العلم باسم علم الكونيات المستقر. لقد أعلنت المساواة الكاملة ليس فقط في جميع نقاط الفضاء (كان هذا هو الحال مع أينشتاين)، ولكن أيضًا في جميع لحظات الزمن: الكون يتوسع، لكن ليس له بداية، لأنه يظل دائمًا مشابهًا لنفسه. أطلق جولد على هذا البيان المبدأ الكوني المثالي. تظل هندسة الفضاء في هذا النموذج مسطحة، تمامًا مثل هندسة نيوتن. تتناثر المجرات، ولكن في الفضاء "من لا شيء" (بتعبير أدق، من مجال الخلق) تظهر مادة جديدة، وبمثل هذه الكثافة التي يظل متوسط ​​\u200b\u200bكثافة المادة دون تغيير. ووفقاً للقيمة المعروفة آنذاك لثابت هابل، حسب هويل أن جسيماً واحداً فقط يولد في كل متر مكعب من الفضاء على مدى 300 ألف سنة. اختفى على الفور السؤال حول سبب عدم تسجيل الأجهزة لهذه العمليات - فهي بطيئة جدًا وفقًا للمعايير الإنسانية. لم يواجه علم الكونيات الجديد أي صعوبات مرتبطة بعمر الكون؛ وهذه المشكلة ببساطة لم تكن موجودة له.

ولتأكيد نموذجه، اقترح هويل استخدام بيانات حول التوزيع المكاني للمجرات الشابة. إذا كان المجال C يخلق المادة بشكل موحد في كل مكان، فيجب أن يكون متوسط ​​كثافة هذه المجرات هو نفسه تقريبًا. على العكس من ذلك، فإن نموذج الولادة الكارثية للكون يتنبأ بأن هذه الكثافة هي الحد الأقصى عند الحافة البعيدة للفضاء الذي يمكن ملاحظته - ومن هناك يأتي إلينا ضوء مجموعات النجوم التي لم يكن لديها وقت للشيخوخة. كان معيار هويل معقولا تماما، ولكن في ذلك الوقت لم يكن من الممكن اختباره بسبب عدم وجود تلسكوبات قوية بما فيه الكفاية.

الانتصار والهزيمة

لأكثر من 15 عامًا، كانت النظريات المتنافسة تتقاتل على قدم المساواة تقريبًا. صحيح، في عام 1955، اكتشف عالم الفلك الراديوي الإنجليزي والحائز على جائزة نوبل في المستقبل مارتن رايل أن كثافة المصادر الراديوية الضعيفة على المحيط الكوني أكبر مما هي عليه بالقرب من مجرتنا. وذكر أن هذه النتائج تتعارض مع علم الكونيات المستقر. ومع ذلك، بعد سنوات قليلة، توصل زملاؤه إلى أن رايل قد بالغ في الاختلافات في الكثافات، لذلك ظل السؤال مفتوحًا.

لكن في عامه العشرين، بدأ علم الكونيات عند هويل في التلاشي بسرعة. بحلول هذا الوقت، أثبت علماء الفلك أن ثابت هابل كان أصغر من التقديرات السابقة، مما جعل من الممكن رفع العمر المقدر للكون إلى 10-20 مليار سنة (التقدير الحديث هو 13.7 مليار سنة ± 200 مليون سنة). ). وفي عام 1965، اكتشف أرنو بنزياس وروبرت ويلسون الإشعاع الذي تنبأ به ألفير وهيرمان، وبالتالي اجتذبا على الفور عددًا كبيرًا من المؤيدين لنظرية الانفجار الكبير.

منذ أربعين عامًا، ظلت هذه النظرية تعتبر النموذج الكوني القياسي والمقبول عمومًا. كما أن لديها منافسين من مختلف الأعمار، لكن لم يعد أحد يأخذ نظرية هويل على محمل الجد. وحتى اكتشاف (عام 1999) تسريع توسع المجرات، وهو ما كتب عنه كل من هويل وبوندي وغولد، لم يساعدها. لقد ذهب وقتها إلى غير رجعة.

إعلانات الأخبار

"في البداية حدث انفجار. ليس هذا النوع من الانفجارات المألوفة لنا على الأرض والذي يبدأ من مركز معين ثم ينتشر، مستحوذًا على المزيد والمزيد من الفضاء، ولكنه انفجار يحدث في وقت واحد في كل مكان، ويملأ كل الفضاء منذ البداية، بكل جزيء من المادة التسرع بعيدا عن كل الجزيئات الأخرى." إس واينبرغ. الدقائق الثلاث الأولى.

النظرة الحديثة لأصل الكون

وفقًا للمفاهيم الحديثة، نشأ الكون الذي نلاحظه الآن منذ 13.77 ± 0.059 مليار سنة من حالة مفردة أولية، وكان يتوسع ويبرد بشكل مستمر منذ ذلك الحين. تعتبر هذه اللحظة هي لحظة ولادة الكون، وبالتالي غالبا ما تعتبر بداية الزمن.

كان اكتشاف الكون المتوسع أحد أهم الثورات الفكرية في القرن العشرين. والآن لا يسعنا إلا أن نتفاجأ بأن مثل هذه الفكرة لم تأت من قبل. كان على إسحاق نيوتن وغيره من العلماء أن يدركوا أن الكون الإحصائي سيبدأ قريبًا في الانكماش تحت تأثير الجاذبية. علاوة على ذلك، كان الإيمان بالكون الساكن عظيمًا لدرجة أنه كان موجودًا في أذهان العلماء حتى في بداية القرن العشرين. حتى أينشتاين، عند تطوير النظرية النسبية العامة، كان واثقًا من الطبيعة الثابتة للعالم.

تم إثبات الانفجار الكبير وانحسار المجرات بسبب ظاهرة مثل تأثير دوبلر. بعد أن حصل عالم الرياضيات السوفييتي ألكسندر فريدمان على حل عام لمعادلات أينشتاين، مطبقًا على وصف الكون بأكمله، ثبت أن الكون يتغير بمرور الوقت. لا يمكن للأنظمة النجمية أن تبقى على مسافات ثابتة من بعضها البعض، ويجب عليها إما أن تقترب أو تبتعد.

ويترتب على ذلك أن الكون يجب أن يتوسع أو، على العكس من ذلك، يتقلص إلى حالته الأولية. وعلى وجه الخصوص، تنبأ فريدمان بالحاجة إلى وجود «حالة مفردة»، وبالتالي الحاجة إلى سبب يدفع المادة فائقة الكثافة إلى التوسع. أي أن الكون في الماضي البعيد لم يكن مثل الكون الذي نلاحظه اليوم. في السابق، لم تكن هناك أجرام سماوية أو أنظمة منفصلة. كان العالم متجانسًا تقريبًا، وكثيفًا للغاية، ويتوسع بسرعة. وبعد فترة طويلة فقط ظهرت النجوم من هذه المسألة. وأصبح هذا الاكتشاف النظري للكون المتفجر.

وفي وقت لاحق، أكد عالم الفلك إدمينوس هابل هذه النظرية من خلال دراسة أطياف المجرات. الأنظمة النجمية والمجرات هي الوحدات الهيكلية للكون. يتم ملاحظتهم من مسافات بعيدة، وبالتالي أصبحت دراسة حركاتهم الأساس لدراسة حركيات الكون. يمكن قياس سرعة تراجع الأجسام واقترابها باستخدام ما يسمى بتأثير دوبلر، والذي بموجبه يكون الطول الموجي لمصدر الضوء المقترب أقصر من المصدر المتراجع. وهذا هو، سيتم تحويل لون المصدر الأول إلى نهاية الطيف البنفسجي، والثاني - إلى اللون الأحمر.

ومن خلال دراسة ضوء الأجسام البعيدة جدًا، اكتشف علماء الفلك أن خطوط أطيافها تنزاح نحو الحافة الحمراء. أظهرت دراسة طويلة لأطياف المجرات أن جميع الأنظمة النجمية تقريبًا تبتعد عنا، وكلما ابتعدت بشكل أسرع. وكان هذا الاكتشاف بمثابة صدمة لكثير من العلماء، الذين اعتقدوا أن جميع المجرات تتحرك بشكل فوضوي، وأن عدد العناقيد المجرية المتراجعة والمقتربة هو نفسه تقريبا. في وقت لاحق، وجد علماء الفيزياء الفلكية أن النجوم والمجرات ليست متناثرة، ولكن مجموعات المجرات نفسها.

علاوة على ذلك، فإن إزالة المجرات في تفسير دوبلر للانزياح نحو الأحمر ليس الدليل الوحيد على الانفجار الكبير. يتم توفير تأكيد مستقل من خلال الإشعاع الكوني لخلفية الجسم الأسود - وهي خلفية ضعيفة ثابتة من موجات الراديو القادمة إلينا من الفضاء من جميع الاتجاهات. في عام 1940، طرح الفيزيائي جورج جامو نظرية حول الكون الساخن، وهي أنه في بداية توسع الكون، كانت درجة حرارة المادة مرتفعة جدًا وتنخفض مع التوسع. الاستنتاج الآخر للنظرية هو أنه في الكون اليوم يجب أن يكون هناك إشعاع كهرومغناطيسي ضعيف متبقي من عصر الكثافة العالية ودرجة حرارة المادة. مع تطور الكون، برد حتى أصبح الإشعاع بقايا باهتة. واليوم، فإن شدة هذا الإشعاع المتبقي هي نفسها التي نتوقعها في عصرنا من انفجار كبير ضعيف بشكل ملحوظ.

ويشير بريان جرين، في كتابه نسيج الكون، إلى أنه من الخطأ التفكير في الانفجار الكبير كنظرية لأصل الكون. الانفجار الكبير هي نظرية ترسم التطور الكوني من جزء من الثانية بعد حدوث شيء ما أدى إلى ظهور الكون. ولا تذكر هذه النظرية ما الذي انفجر، أو ما الذي تسبب في التفرد، أو المادة والطاقة.

نتيجة لتطور نظرية الانفجار الكبير، حدد العلماء النقطة التي بدأ عندها توسع الكون المرئي - وهي التفرد الكوني. في هذه اللحظة، يتم انتهاك الوصف الصحيح رياضيا لهندسة المكان والزمان. يمكن تسمية مصطلح "التفرد" في حد ذاته بالميزة، لأن الحالة الأولية للمادة كانت تتميز بكثافة استثنائية تمامًا للمادة والطاقة، وتميل إلى اللانهاية. في بعض الأحيان يُطلق على التفرد اسم "كرة النار الأولية" التي لا يمكن أن يوجد فيها أي من الهياكل المرصودة اليوم، لا المجرات ولا النجوم. وحتى الذرات كان لا بد من تفككها بفعل الضغط العالي ودرجة الحرارة.

ما يحدث في منطقة التفرد غير معروف، لكن من الواضح منطقيًا أن العديد من قوانين النسبية وفيزياء الكم تنتهك هناك.

مع العلم أن تاريخ كوننا بدأ من حالة فردية معينة، فمن المفيد أن نطرح السؤال عن سبب توسعه. لا يمكن للضغط الهائل في البداية أن يسبب سرعة عالية في تمدد المادة، لأنه بسبب تجانس المرحلة الأولية تختفي انخفاضات الضغط، مما قد يخلق قوة تؤدي إلى التمدد. علاوة على ذلك، فإن الضغط المرتفع يزيد من قوى الجاذبية، مما يؤدي إلى إبطاء توسع الفضاء. ومع ذلك، هناك خصائص للفراغ، في بعض الحالات، لها كثافة طاقة موجبة، وكثافة مادة، وضغط سلبي أو توتر. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن الثابت الكوني، وهو القيمة التي تميز خصائص الفراغ، قد يتبين أنه كبير جدًا لدرجة أن تأثير جاذبيته سيحجب جاذبية المادة الفيزيائية العادية ويؤدي إلى "دفعة" يبدأ منها تمدد الكون. بدأ الكون. وبناء على ما سبق، تجدر الإشارة إلى أن عملية الانفجار الكبير لا يمكن مقارنتها بانفجار قنبلة يدوية، حيث تتولد الجزيئات والذرات وتنتشر في الفضاء مثل الشظايا والغازات. هذا التشبيه غير صحيح تماما ولا يفسر كيف نشأ المكان والزمان. في حالة القنبلة، فإن القوة التي تعزز تشتت الجسيمات ناتجة عن تدرج الضغط داخل المادة، لكن في الكون تكون المادة متجانسة ولا توجد تدرجات للضغط. وبسبب كمية الضغط السلبي الكبيرة تتغير إشارة المصدر، وتنشأ الجاذبية المضادة، مما يؤدي إلى توسع العالم. وهذا هو بالضبط سبب الانفجار الكبير.

من المهم أن نفهم أن توسع الفضاء لا يؤثر على حجم الأجسام - النجوم والمجرات والسدم (الشكل 1).

ويرجع ذلك إلى قوى الجاذبية التي تربط المجرات معًا. إذا توسع كل شيء بحرية، فنحن أنفسنا، الشكل 1

سوف تتوسع منازلنا وكواكبنا بما يتناسب مع توسع الفضاء، ولن نلاحظ أي فرق.

عادة، يجمع العلماء بين نظرية الانفجار الكبير ونموذج الكون الساخن، لكن هذه المفاهيم مستقلة، وتاريخيًا كان هناك أيضًا مفهوم الكون الأولي البارد بالقرب من الانفجار الكبير. اليوم، تم إثبات نظرية الكون المبكر الساخن من خلال وجود إشعاع الخلفية الكونية الميكروي.

اكتشف علماء الفلك أدلة أخرى تربط الانفجار الكبير بالكون المبكر الساخن. لمدة دقيقة تقريبًا بعد الانفجار، كانت درجة حرارة العالم الشاب أعلى من درجة حرارة قلب أي نجم. كان الكون يعمل كمفاعل اندماجي، لكن التفاعلات توقفت عندما برد الكون وتوسع. علاوة على ذلك، فهو يتكون من الهيدروجين والهيليوم مع شوائب صغيرة من الليثيوم. تتوافق الحسابات بشكل جيد مع كتل الهيليوم والهيدروجين التي نلاحظها في عصرنا.

لقد كان سر أصل الكون مخفيا لفترة طويلة وراء سر التفرد الكوني، في الستينيات. بدأت سيناريوهات أخرى لأصل العالم في الظهور.

ينتمي الانفجار الكبير إلى فئة النظريات التي تحاول تتبع تاريخ ولادة الكون بشكل كامل، لتحديد العمليات الأولية والحالية والنهائية في حياته.

هل كان هناك شيء قبل ظهور الكون؟ هذا السؤال الأساسي شبه الميتافيزيقي يطرحه العلماء حتى يومنا هذا. لقد كان ظهور الكون وتطوره دائمًا ولا يزال موضوعًا لنقاش ساخن وفرضيات لا تصدق ونظريات متبادلة. الإصدارات الرئيسية لأصل كل ما يحيط بنا، وفقا لتفسير الكنيسة، تفترض التدخل الإلهي، ودعم العالم العلمي فرضية أرسطو حول الطبيعة الثابتة للكون. وقد التزم بالنموذج الأخير نيوتن، الذي دافع عن لا حدود وثبات الكون، وكانط، الذي طور هذه النظرية في أعماله. في عام 1929، قام عالم الفلك وعالم الكونيات الأمريكي إدوين هابل بتغيير جذري في آراء العلماء حول العالم.

لم يكتشف وجود العديد من المجرات فحسب، بل اكتشف أيضًا توسع الكون - وهو زيادة مستمرة في حجم الفضاء الخارجي متناحية بدأت في لحظة الانفجار الكبير.

لمن ندين باكتشاف الانفجار العظيم؟

إن عمل ألبرت أينشتاين حول النظرية النسبية ومعادلاته في الجاذبية سمح لدي سيتر بإنشاء نموذج كوني للكون. تم ربط مزيد من البحث بهذا النموذج. في عام 1923، اقترح ويل أن المادة الموجودة في الفضاء الخارجي يجب أن تتوسع. إن عمل عالم الرياضيات والفيزياء المتميز أ.أ.فريدمان له أهمية كبيرة في تطوير هذه النظرية. في عام 1922، سمح بتوسع الكون وتوصل إلى استنتاجات معقولة مفادها أن بداية كل المادة كانت عند نقطة واحدة كثيفة بشكل لا نهائي، وأن تطور كل شيء قد تم من خلال الانفجار الكبير. في عام 1929، نشر هابل أوراقه البحثية التي تشرح خضوع السرعة الشعاعية للمسافة؛ وأصبح هذا العمل معروفًا فيما بعد باسم "قانون هابل".

قام G. A. Gamow، بالاعتماد على نظرية فريدمان حول الانفجار الكبير، بتطوير فكرة ارتفاع درجة حرارة المادة الأولية. كما أشار إلى وجود الإشعاع الكوني الذي لم يختف مع تمدد العالم وتبريده. أجرى العالم حسابات أولية لدرجة الحرارة المحتملة للإشعاع المتبقي. وكانت القيمة التي افترضها في نطاق 1-10 كلفن. وبحلول عام 1950، أجرى جاموف حسابات أكثر دقة وأعلن نتيجة 3 كلفن. وفي عام 1964، حدد علماء الفلك الراديوي من أمريكا، أثناء تحسين الهوائي، من خلال إزالة جميع الإشارات الممكنة، معلمات الإشعاع الكوني. وتبين أن درجة حرارته تساوي 3 كلفن. وأصبحت هذه المعلومة أهم تأكيد لعمل جامو ووجود إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. وأثبتت القياسات اللاحقة للخلفية الكونية، التي أجريت في الفضاء الخارجي، أخيرًا دقة حسابات العالم. يمكنك التعرف على خريطة إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف على.

الأفكار الحديثة حول نظرية الانفجار الكبير: كيف حدث ذلك؟

أحد النماذج التي تشرح بشكل شامل عمليات ظهور وتطور الكون المعروفة لنا هي نظرية الانفجار الكبير. وفقا للنسخة المقبولة على نطاق واسع اليوم، كان هناك في الأصل التفرد الكوني - حالة من الكثافة ودرجة الحرارة اللانهائية. لقد طور الفيزيائيون مبررًا نظريًا لولادة الكون من نقطة كانت لها درجة عالية من الكثافة ودرجة الحرارة. بعد حدوث الانفجار الكبير، بدأ الفضاء والمادة في الكون عملية مستمرة من التوسع والتبريد المستقر. وفقا للدراسات الحديثة، بدأ الكون قبل 13.7 مليار سنة على الأقل.

فترات البداية في تكوين الكون

اللحظة الأولى، التي تسمح النظريات الفيزيائية بإعادة بنائها، هي عصر بلانك، الذي أصبح تشكيله ممكنا بعد 10-43 ثانية من الانفجار الكبير. وصلت درجة حرارة المادة إلى 10*32 كلفن، وكثافتها 10*93 جم/سم3. خلال هذه الفترة، اكتسبت الجاذبية استقلالها، وفصلت نفسها عن التفاعلات الأساسية. تسبب التوسع المستمر والانخفاض في درجة الحرارة في تحول طوري للجسيمات الأولية.

الفترة التالية، التي تميزت بالتوسع الأسي للكون، جاءت بعد 10-35 ثانية أخرى. كان يطلق عليه "التضخم الكوني". حدث توسع مفاجئ، أكبر بعدة مرات من المعتاد. قدمت هذه الفترة إجابة على السؤال، لماذا تكون درجة الحرارة في نقاط مختلفة في الكون هي نفسها؟ بعد الانفجار الكبير، لم تنتشر المادة على الفور في جميع أنحاء الكون؛ لمدة 10-35 ثانية أخرى، كانت مضغوطة تمامًا وتم إنشاء توازن حراري فيها، والذي لم ينتهك التوسع التضخمي. قدمت هذه الفترة المادة الأساسية - بلازما كوارك غلوون، المستخدمة لتكوين البروتونات والنيوترونات. حدثت هذه العملية بعد انخفاض إضافي في درجة الحرارة وتسمى "تكوين الباريون". كان أصل المادة مصحوبًا بالظهور المتزامن للمادة المضادة. وفنت المادتان المتضادتان، وتحولتا إلى إشعاع، لكن عدد الجسيمات العادية هو الذي ساد، مما سمح بخلق الكون.

وأدت المرحلة الانتقالية التالية، والتي حدثت بعد انخفاض درجة الحرارة، إلى ظهور الجسيمات الأولية المعروفة لدينا. تميز عصر "التخليق النووي" الذي جاء بعد ذلك بدمج البروتونات في النظائر الخفيفة. كانت النوى الأولى المتكونة ذات عمر قصير؛ فقد تفككت أثناء الاصطدامات الحتمية مع الجسيمات الأخرى. ظهرت عناصر أكثر استقرارًا في غضون ثلاث دقائق بعد خلق العالم.

كان المعلم المهم التالي هو هيمنة الجاذبية على القوى الأخرى المتاحة. وبعد 380 ألف سنة من الانفجار الكبير ظهرت ذرة الهيدروجين. كانت الزيادة في تأثير الجاذبية بمثابة نهاية الفترة الأولية لتكوين الكون وبدأت عملية ظهور الأنظمة النجمية الأولى.

وحتى بعد ما يقرب من 14 مليار سنة، لا يزال إشعاع الخلفية الكونية الميكروي موجودًا في الفضاء. تم الاستشهاد بوجودها مع التحول الأحمر كحجة لتأكيد صحة نظرية الانفجار الكبير.

التفرد الكوني

إذا عدنا، باستخدام النظرية النسبية العامة وحقيقة التوسع المستمر للكون، إلى بداية الزمن، فإن حجم الكون سيكون مساويًا للصفر. اللحظة الأولية أو العلم لا يستطيع وصفها بدقة كافية باستخدام المعرفة المادية. المعادلات المستخدمة ليست مناسبة لمثل هذا الجسم الصغير. هناك حاجة إلى تكافل يمكنه الجمع بين ميكانيكا الكم والنظرية النسبية العامة، ولكن لسوء الحظ، لم يتم إنشاؤه بعد.

تطور الكون: ما الذي ينتظره في المستقبل؟

يفكر العلماء في سيناريوهين محتملين: لن ينتهي توسع الكون أبدًا، أو سيصل إلى نقطة حرجة وستبدأ العملية العكسية - الضغط. ويعتمد هذا الاختيار الأساسي على متوسط ​​كثافة المادة في تركيبها. إذا كانت القيمة المحسوبة أقل من القيمة الحرجة، فإن التوقعات مواتية؛ وإذا كانت أكثر، فسيعود العالم إلى حالة المفرد. لا يعرف العلماء حاليًا القيمة الدقيقة للمتغير الموصوف، وبالتالي فإن مسألة مستقبل الكون معلقة في الهواء.

علاقة الدين بنظرية الانفجار الكبير

الديانات الرئيسية للإنسانية: الكاثوليكية والأرثوذكسية والإسلام تدعم بطريقتها الخاصة هذا النموذج لخلق العالم. ويتفق الممثلون الليبراليون لهذه الطوائف الدينية مع نظرية أصل الكون نتيجة لبعض التدخلات التي لا يمكن تفسيرها، والتي تعرف باسم الانفجار الكبير.

اسم النظرية المألوفة للعالم كله - "الانفجار الكبير" - تم تقديمه عن غير قصد من قبل خصم نسخة هويل من توسع الكون. واعتبر مثل هذه الفكرة "غير مرضية على الإطلاق". بعد نشر محاضراته المواضيعية، التقط الجمهور على الفور هذا المصطلح المثير للاهتمام.

الأسباب التي أدت إلى الانفجار الكبير ليست معروفة على وجه اليقين. وفقا لإحدى الإصدارات العديدة، التي تنتمي إلى A. Yu.Glushko، كانت المادة الأصلية المضغوطة في نقطة عبارة عن ثقب أسود مفرط، وكان سبب الانفجار هو ملامسة جسمين يتكونان من جزيئات وجسيمات مضادة. أثناء الفناء، نجت المادة جزئيًا وأدت إلى نشوء كوننا.

حصل المهندسان بنزياس وويلسون، اللذان اكتشفا إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، على جائزة نوبل في الفيزياء.

كانت درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي مرتفعة للغاية في البداية. وبعد عدة ملايين من السنين، تبين أن هذه المعلمة كانت ضمن الحدود التي تضمن أصل الحياة. ولكن بحلول هذه الفترة لم يتشكل سوى عدد قليل من الكواكب.

تساعد الملاحظات والأبحاث الفلكية في العثور على أجوبة لأهم الأسئلة التي تواجه البشرية: "كيف ظهر كل شيء، وماذا ينتظرنا في المستقبل؟" على الرغم من أنه لم يتم حل جميع المشاكل، وأن السبب الجذري لنشوء الكون ليس له تفسير صارم ومتناغم، إلا أن نظرية الانفجار الكبير نالت قدرًا كافيًا من التأكيد يجعلها النموذج الرئيسي والمقبول للكون. ظهور الكون.

إن مشهد سماء الليل المرصعة بالنجوم والمليئة بالنجوم يبهر أي شخص لم تصبح روحه كسولة ومتصلبة تمامًا بعد. ينفتح العمق الغامض للخلود أمام أنظار الإنسان المندهشة، مما يثير أفكارًا حول الأصل، حول المكان الذي بدأ فيه كل شيء...

الانفجار الكبير وأصل الكون

إذا التقطنا، بدافع الفضول، كتابًا مرجعيًا أو بعض الأدلة العلمية الشائعة، فسنتعثر بالتأكيد على إحدى إصدارات نظرية أصل الكون - ما يسمى نظرية الانفجار الكبير. باختصار، يمكن صياغة هذه النظرية على النحو التالي: في البداية، تم ضغط كل المادة في "نقطة" واحدة لها درجة حرارة عالية بشكل غير عادي، ثم انفجرت هذه "النقطة" بقوة هائلة. نتيجة للانفجار، تشكلت الذرات والمواد والكواكب والنجوم والمجرات، وأخيرا الحياة، تدريجيا من سحابة فائقة السخونة من الجسيمات دون الذرية التي تتوسع تدريجيا في جميع الاتجاهات. في الوقت نفسه، يستمر توسع الكون، ومن غير المعروف إلى متى سيستمر: ربما سيصل إلى حدوده يومًا ما.

هناك نظرية أخرى عن أصل الكون. ووفقا له، فإن أصل الكون والكون كله والحياة والإنسان هو عمل إبداعي عقلاني يقوم به الله، الخالق والقاهر، وطبيعته غير مفهومة للعقل البشري. ويميل الماديون "المقتنعون" عادة إلى السخرية من هذه النظرية، ولكن بما أن نصف البشرية يؤمن بها بشكل أو بآخر، فلا يحق لنا أن نتجاهلها في صمت.

شرح أصل الكونوالإنسان من موقف ميكانيكي، يتعامل مع الكون باعتباره نتاجًا للمادة، ويخضع تطوره لقوانين الطبيعة الموضوعية، ويميل أنصار العقلانية إلى إنكار العوامل غير المادية، خاصة عندما يتعلق الأمر بوجود كائن. عقل عالمي أو كوني معين، لأن هذا "غير علمي". ما يمكن وصفه باستخدام الصيغ الرياضية يجب أن يعتبر علميًا.

واحدة من أكبر المشاكل التي تواجه منظري الانفجار الأعظم هي أنه لا يمكن وصف أي من سيناريوهاتهم المقترحة لأصل الكون رياضيًا أو فيزيائيًا. وفقا للنظريات الأساسية .الانفجار العظيمكانت الحالة الأولية للكون عبارة عن نقطة صغيرة بلا حدود ذات كثافة عالية بلا حدود ودرجة حرارة عالية بلا حدود. ومع ذلك، فإن مثل هذه الحالة تتجاوز حدود المنطق الرياضي ولا يمكن وصفها رسميًا. لذلك، في الواقع، لا يمكن قول أي شيء محدد عن الحالة الأولية للكون، وهنا تفشل الحسابات. ولذلك سميت هذه الحالة بين العلماء بـ”الظاهرة”.

نظرًا لعدم التغلب على هذا الحاجز بعد، عادةً ما يتم حذف موضوع "الظاهرة" تمامًا في منشورات العلوم الشعبية لعامة الناس، ولكن في المنشورات والإصدارات العلمية المتخصصة، التي يحاول مؤلفوها التعامل بطريقة أو بأخرى مع هذه المشكلة الرياضية "، يتم الحديث عن "الظاهرة" على أنها شيء غير مقبول من وجهة نظر علمية. ستيفن هوكينج، أستاذ الرياضيات في جامعة كامبريدج، وجي إف آر. ويشير إليس، أستاذ الرياضيات في جامعة كيب تاون، في كتابه "المقياس الطويل للبنية الزمانية والمكانية" إلى أن: "نتائجنا تدعم مفهوم أن الكون نشأ قبل عدد محدود من السنوات. ومع ذلك، فإن نقطة البداية إن نظرية أصل الكون - أو ما يسمى بـ "الظاهرة" - تتجاوز قوانين الفيزياء المعروفة." ثم علينا أن نعترف أنه باسم تبرير «الظاهرة»، هذا حجر الزاوية نظرية الانفجار الكبيرفمن الضروري إتاحة إمكانية استخدام أساليب بحثية تتجاوز نطاق الفيزياء الحديثة.

«الظاهرة»، مثل أي نقطة انطلاق أخرى لـ«بداية الكون»، والتي تتضمن شيئًا لا يمكن وصفه في فئات علمية، تظل سؤالًا مفتوحًا. لكن السؤال الذي يطرح نفسه: من أين أتت «الظاهرة» نفسها وكيف تشكلت؟ ففي نهاية المطاف، فإن مشكلة "الظاهرة" ليست سوى جزء من مشكلة أكبر بكثير، وهي مشكلة مصدر الحالة الأولية للكون. بمعنى آخر، إذا كان الكون في الأصل مضغوطًا إلى نقطة، فما الذي أوصله إلى هذه الحالة؟ وحتى لو تخلينا عن «الظاهرة» التي تسبب صعوبات نظرية، فإن السؤال سيظل قائما: كيف تشكل الكون؟

وفي محاولة للتغلب على هذه الصعوبة، يقترح بعض العلماء ما يسمى بنظرية "الكون النابض". في رأيهم، الكون إلى ما لا نهاية، مرارا وتكرارا، إما يتقلص إلى حد ما، أو يتوسع إلى بعض الحدود. مثل هذا الكون ليس له بداية ولا نهاية، هناك فقط دورة من التوسع ودورة من الانكماش. وفي الوقت نفسه، يدعي مؤلفو الفرضية أن الكون كان موجودًا دائمًا، وبالتالي يبدو أنهم يزيلون تمامًا مسألة "بداية العالم". لكن الحقيقة هي أنه لم يقدم أحد حتى الآن تفسيرا مرضيا لآلية النبض. لماذا ينبض الكون؟ ما هي أسباب ذلك؟ يشير الفيزيائي ستيفن واينبرغ في كتابه “الدقائق الثلاث الأولى” إلى أنه مع كل نبضة متتالية في الكون، لا بد أن تزيد حتما نسبة عدد الفوتونات إلى عدد النيوكليونات، مما يؤدي إلى انقراض النبضات الجديدة. ويخلص واينبرج إلى أن عدد دورات النبض في الكون محدود، مما يعني أنها يجب أن تتوقف عند نقطة ما. وبالتالي فإن "الكون النابض" له نهاية، وبالتالي له بداية...

ومرة أخرى نواجه مشكلة البداية. وتخلق النظرية النسبية العامة لأينشتاين مشكلة إضافية. المشكلة الأساسية في هذه النظرية هي أنها لا تأخذ في الاعتبار الزمن كما نعرفه. في نظرية أينشتاين، يتم دمج الزمان والمكان في سلسلة متصلة من الزمكان رباعية الأبعاد. ومن المستحيل عليه أن يصف شيئًا بأنه يشغل مكانًا معينًا في وقت معين. يحدد الوصف النسبي لكائن ما موقعه المكاني والزماني ككل واحد، ممتدًا من بداية وجود الكائن إلى نهايته. على سبيل المثال، سيتم تصوير الشخص ككل واحد على طول مسار تطوره بالكامل من الجنين إلى الجثة. تسمى هذه الهياكل "ديدان الزمكان".

ولكن إذا كنا "ديدان الزمكان"، فإننا لسنا سوى شكل عادي من المادة. ولا يؤخذ في الاعتبار حقيقة أن الإنسان كائن عاقل. من خلال تعريف الشخص بأنه "دودة"، فإن النظرية النسبية لا تأخذ في الاعتبار تصورنا الفردي للماضي والحاضر والمستقبل، ولكنها تأخذ في الاعتبار عددًا من الحالات الفردية التي يوحدها وجود الزمكان. في الواقع، نحن نعلم أننا موجودون فقط في اليوم، في حين أن الماضي موجود فقط في ذاكرتنا، والمستقبل في خيالنا. وهذا يعني أن جميع مفاهيم "بداية الكون"، المبنية على النظرية النسبية، لا تأخذ في الاعتبار إدراك الوعي البشري للوقت. ومع ذلك، فإن الوقت نفسه لا يزال يدرس قليلا.

في تحليله للمفاهيم البديلة غير الميكانيكية لأصل الكون، يؤكد جون جريبين في كتابه "الآلهة البيضاء" أنه في السنوات الأخيرة كانت هناك "سلسلة من الارتفاعات في الخيال الإبداعي للمفكرين الذين لم نعد نسميهم اليوم بالأنبياء". أو العرافين." كان أحد هذه الإنجازات الإبداعية هو مفهوم "الثقوب البيضاء"، أو النجوم الزائفة، التي "تلفظ" مجرات بأكملها من نفسها في تدفق المادة الأولية. هناك فرضية أخرى نوقشت في علم الكونيات وهي فكرة ما يسمى بأنفاق الزمكان، أو ما يسمى بـ “القنوات الفضائية”. تم التعبير عن هذه الفكرة لأول مرة في عام 1962 من قبل الفيزيائي جون ويلر في كتابه الديناميكية الجيولوجية، حيث صاغ الباحث إمكانية السفر عبر المجرات بسرعة غير عادية، والتي، إذا كانت السفر بسرعة الضوء، ستستغرق ملايين السنين. تنظر بعض إصدارات مفهوم "القنوات فوق الأبعاد" في إمكانية استخدامها للسفر إلى الماضي والمستقبل، وكذلك إلى أكوان وأبعاد أخرى.

الله والانفجار الكبير

وكما نرى، فإن نظرية "الانفجار الكبير" تتعرض للهجوم من جميع الجهات، الأمر الذي يسبب استياء مشروعا بين العلماء الذين يتخذون مواقف متشددة. في الوقت نفسه، في المنشورات العلمية، من الممكن أن تصادف بشكل متزايد اعترافا غير مباشر أو مباشر بوجود قوى خارقة للطبيعة خارجة عن سيطرة العلم. يتزايد عدد العلماء، بما في ذلك علماء الرياضيات البارزين وعلماء الفيزياء النظرية، المقتنعين بوجود الله أو العقل الأعلى. ومن بين هؤلاء العلماء، على سبيل المثال، الحائزين على جائزة نوبل جورج وايلد وويليام ماكريا. العالم السوفيتي الشهير، دكتوراه في العلوم، الفيزيائي والرياضي O.V. كان Tupitsyn أول عالم روسي قادر على إثبات أن الكون ومعه الإنسان تم إنشاؤه بواسطة عقل أقوى بما لا يقاس من عقلنا، أي من قبل الله.

لا يمكن للمرء أن يجادل، كما كتب O. V. Tupitsyn في دفاتر ملاحظاته، أن الحياة، بما في ذلك الحياة العقلانية، هي دائمًا عملية منظمة بدقة. الحياة مبنية على النظام، وهو نظام من القوانين التي تتحرك المادة بموجبها. الموت، على العكس من ذلك، هو الفوضى والفوضى، ونتيجة لذلك، تدمير المادة. بدون تأثير خارجي، وتأثير معقول وهادف، لا يوجد نظام ممكن - تبدأ عملية التدمير على الفور، أي الموت. وبدون فهم ذلك، وبالتالي دون الاعتراف بفكرة الله، لن يكون مقدرًا للعلم أبدًا اكتشاف السبب الجذري للكون، الذي نشأ من المادة البدائية نتيجة لعمليات منظمة بدقة، أو كما تسميها الفيزياء، القوانين الأساسية . الأساسية تعني الأساسية وغير القابلة للتغيير، والتي بدونها سيكون وجود العالم مستحيلا تماما.

ومع ذلك، فإن الشخص المعاصر، وخاصة الذي نشأ على الإلحاد، من الصعب جدًا إدراج الله في نظام نظرته للعالم - بسبب الحدس غير المتطور والافتقار التام لمفهوم الله. حسنًا، إذن، عليك أن تؤمن به الانفجار العظيم...