الانفجار الكبير باختصار. ماذا حدث قبل الانفجار الكبير

حتى العلماء المعاصرين لا يستطيعون أن يقولوا على وجه اليقين ما كان موجودًا في الكون قبل الانفجار الكبير. هناك عدة فرضيات ترفع حجاب السرية عن واحدة من أكثرها امور معقدةالكون.

أصل العالم المادي

حتى القرن العشرين، كان هناك اثنان فقط من مؤيدي وجهة النظر الدينية، الذين يعتقدون أن العالم قد خلقه الله. وعلى العكس من ذلك، رفض العلماء الاعتراف بطبيعة الكون التي هي من صنع الإنسان. كان الفيزيائيون وعلماء الفلك مؤيدين لفكرة أن الفضاء كان موجودًا دائمًا، وأن العالم كان ثابتًا وكل شيء سيبقى كما كان قبل مليارات السنين.

ومع ذلك، أدى التقدم العلمي المتسارع في مطلع القرن إلى حقيقة أن الباحثين أتيحت لهم الفرصة لدراسة المساحات خارج كوكب الأرض. وكان بعضهم أول من حاول الإجابة على سؤال ماذا كان يوجد في الكون قبل الانفجار الكبير.

أبحاث هابل

لقد دمر القرن العشرين العديد من نظريات العصور الماضية. ظهرت فرضيات جديدة في المساحة التي تم إخلاؤها والتي أوضحت أسرارًا غير مفهومة حتى الآن. بدأ كل شيء بحقيقة أن العلماء أثبتوا حقيقة توسع الكون. تم ذلك بواسطة إدوين هابل. واكتشف أن المجرات البعيدة تختلف في ضوءها عن تلك العناقيد الكونية الأقرب إلى الأرض. شكل اكتشاف هذا النمط أساس قانون إدوين هابل للتوسع.

تمت دراسة الانفجار الكبير وأصل الكون عندما أصبح من الواضح أن جميع المجرات "تهرب" من الراصد، بغض النظر عن مكان وجوده. كيف يمكن تفسير ذلك؟ بما أن المجرات تتحرك، فهذا يعني أنها مدفوعة للأمام بنوع من الطاقة. بالإضافة إلى ذلك، حسب الفيزيائيون أن جميع العوالم كانت موجودة في نقطة واحدة. وبسبب بعض الدفع، بدأوا في التحرك في جميع الاتجاهات بسرعة لا يمكن تصورها.

وكانت هذه الظاهرة تسمى "الانفجار الكبير". وتم شرح أصل الكون بدقة بمساعدة نظرية هذا الحدث القديم. متى حدث ذلك؟ حدد الفيزيائيون سرعة حركة المجرات واشتقوا صيغة استخدموها لحساب وقت حدوث "الدفعة" الأولية. أرقام دقيقةلن يتعهد أحد بالاتصال به، لكن هذه الظاهرة حدثت منذ حوالي 15 مليار سنة.

ظهور نظرية الانفجار الكبير

حقيقة أن جميع المجرات هي مصادر للضوء يعني أن الانفجار الكبير أطلق كمية هائلة من الطاقة. كانت هي التي ولدت السطوع ذاته الذي تفقده العوالم عندما تبتعد عن مركز ما حدث. تم إثبات نظرية الانفجار الكبير لأول مرة من قبل الفلكيين الأمريكيين روبرت ويلسون وأرنو بينزياس. اكتشفوا إشعاع الخلفية الكونية الميكروي الكهرومغناطيسي، وكانت درجة حرارته ثلاث درجات على مقياس كلفن (أي -270 درجة مئوية). ويدعم هذا الاكتشاف فكرة أن الكون كان حارًا للغاية في البداية.

لقد أجابت نظرية الانفجار الكبير على العديد من الأسئلة التي تمت صياغتها في القرن التاسع عشر. ومع ذلك، الآن ظهرت جديدة. على سبيل المثال، ماذا كان يوجد في الكون قبل الانفجار الكبير؟ لماذا هي متجانسة جدًا، بينما مع هذا الإطلاق الضخم للطاقة، يجب أن تتناثر المادة بشكل غير متساوٍ في جميع الاتجاهات؟ ألقت اكتشافات ويلسون وأرنو ظلالاً من الشك على الهندسة الإقليدية الكلاسيكية، حيث ثبت أن الفضاء ليس له انحناء.

النظرية التضخمية

وأظهرت الأسئلة الجديدة المطروحة أن النظرية الحديثة عن أصل العالم مجزأة وغير مكتملة. لكن لفترة طويلةوبدا أنه سيكون من المستحيل تجاوز ما تم اكتشافه في الستينيات. وفقط الأبحاث الحديثة التي أجراها العلماء هي التي جعلت من الممكن صياغة مبدأ مهم جديد للفيزياء النظرية. وكانت هذه ظاهرة التوسع التضخمي فائق السرعة للكون. تمت دراستها ووصفها باستخدام نظرية المجال الكمي و النظرية العامةالنسبية لأينشتاين.

إذن ماذا كان في الكون قبل الانفجار الكبير؟ العلم الحديثويطلق على هذه الفترة اسم "التضخم". في البداية لم يكن هناك سوى حقل يملأ كل المساحة الخيالية. يمكن مقارنتها بكرة الثلج التي ألقيت على منحدر جبل ثلجي. سوف تتدحرج الكتلة إلى الأسفل ويزداد حجمها. وبنفس الطريقة، فإن الحقل، بسبب التقلبات العشوائية، تغير في بنيته خلال فترة زمنية لا يمكن تصورها.

عندما تم تشكيل تكوين متجانس، حدث رد فعل. أنه يحتوي على أكبر أسرار الكون. ماذا حدث قبل الانفجار الكبير؟ مجال تضخمي لم يكن مثل المادة الحالية على الإطلاق. وبعد التفاعل، بدأ نمو الكون. إذا واصلنا القياس مع كرة الثلج، فبعد الكرة الأولى، تدحرجت كرات الثلج الأخرى، وزاد حجمها أيضًا. ويمكن مقارنة لحظة الانفجار الكبير في هذا النظام بالثانية التي سقطت فيها كتلة ضخمة في الهاوية واصطدمت بالأرض في النهاية. في تلك اللحظة، تم إطلاق كمية هائلة من الطاقة. لا يزال لا يمكن أن ينفد. إن استمرار رد الفعل الناتج عن الانفجار هو الذي ينمو كوننا اليوم.

المادة والمجال

يتكون الكون الآن من عدد لا يمكن تصوره من النجوم والأجسام الكونية الأخرى. هذا المجموع من المادة ينضح طاقة هائلة، وهو ما يتناقض مع القانون الفيزيائي لحفظ الطاقة. ماذا يقول؟ يتلخص جوهر هذا المبدأ في حقيقة أن كمية الطاقة في النظام تظل دون تغيير على مدى فترة زمنية لا حصر لها. ولكن كيف يمكن أن يتناسب هذا مع كوننا الذي يستمر في التوسع؟

لقد تمكنت النظرية التضخمية من الإجابة على هذا السؤال. من النادر جدًا أن يتم حل أسرار الكون هذه. ماذا حدث قبل الانفجار الكبير؟ المجال التضخمي. بعد ظهور العالم، أخذت مكانها المادة المألوفة لدينا. ومع ذلك، بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا شيء في الكون له طاقة سلبية. خصائص هذين الكيانين متعارضة. وهذا يعوض الطاقة القادمة من الجسيمات والنجوم والكواكب والمواد الأخرى. وتفسر هذه العلاقة أيضًا سبب عدم تحول الكون بعد إلى ثقب أسود.

عندما حدث الانفجار الكبير لأول مرة، كان العالم صغيرًا جدًا بحيث لا يمكن لأي شيء أن ينهار. والآن، عندما توسع الكون، ظهرت ثقوب سوداء محلية في أجزاء معينة منه. يمتص مجال جاذبيتهم كل ما حولهم. ولا حتى الضوء يمكن أن يخرج منه. وهذا هو في الواقع سبب تحول هذه الثقوب إلى اللون الأسود.

توسع الكون

بالرغم من اساس نظرىوفقًا لنظرية التضخم، لا يزال من غير الواضح كيف كان شكل الكون قبل الانفجار الكبير. ولا يمكن للخيال البشري أن يتخيل هذه الصورة. الحقيقة هي أن مجال التضخم غير ملموس. ولا يمكن تفسيره بقوانين الفيزياء المعتادة.

عندما حدث الانفجار الكبير، بدأ مجال التضخم في التوسع بمعدل تجاوز سرعة الضوء. وفقاً للمؤشرات الفيزيائية، لا يوجد أي مادة في الكون يمكنها التحرك بشكل أسرع من هذا المؤشر. ينتشر الضوء عبر العالم الموجودبأعداد لا تصدق. وانتشر المجال التضخمي بسرعة أكبر، وذلك على وجه التحديد بسبب طبيعته غير الملموسة.

الوضع الحالي للكون

إن الفترة الحالية من تطور الكون مناسبة بشكل مثالي لوجود الحياة. يجد العلماء صعوبة في تحديد المدة التي ستستمر فيها هذه الفترة الزمنية. ولكن إذا أجرى أي شخص مثل هذه الحسابات، فإن الأرقام الناتجة كانت لا تقل عن مئات المليارات من السنين. لواحد الحياة البشريةمثل هذا الجزء كبير جدًا لدرجة أنه حتى في حساب التفاضل والتكامل الرياضي يجب كتابته باستخدام القوى. لقد تمت دراسة الحاضر بشكل أفضل بكثير من دراسة عصور ما قبل تاريخ الكون. وما حدث قبل الانفجار الكبير سيبقى، في كل الأحوال، مجرد موضوع بحث نظري وحسابات جريئة.

في العالم المادي، حتى الوقت يظل ذا قيمة نسبية. على سبيل المثال، الكوازارات (نوع من الأجسام الفلكية)، الموجودة على مسافة 14 مليار سنة ضوئية من الأرض، تتأخر بـ 14 مليار سنة ضوئية عن "الآن" المعتاد لدينا. وهذه الفجوة الزمنية هائلة. من الصعب تحديده حتى رياضيا، ناهيك عن حقيقة أنه من المستحيل ببساطة تخيل مثل هذا الشيء بوضوح بمساعدة الخيال البشري (حتى الأكثر حماسا).

يمكن للعلم الحديث أن يفسر نظريًا حياة عالمنا المادي بأكملها، بدءًا من الأجزاء الأولى من الثواني من وجوده، عندما حدث الانفجار الكبير للتو. قصه كاملهلا يزال الكون يتجدد. علماء الفلك يكتشفون جديدا حقائق مدهشةمع معدات بحثية حديثة ومحسنة (التلسكوبات والمختبرات وغيرها).

ومع ذلك، هناك أيضًا ظواهر لا تزال غير مفهومة. مثل هذه البقعة البيضاء، على سبيل المثال، هي طاقتها المظلمة. يستمر جوهر هذه الكتلة المخفية في إثارة وعي علماء الفيزياء الأكثر تعليماً وتقدماً في عصرنا. بالإضافة إلى ذلك، لم تظهر وجهة نظر واحدة حول الأسباب التي تجعل عدد الجسيمات في الكون أكبر من عدد الجسيمات المضادة. وقد تمت صياغة العديد من النظريات الأساسية حول هذه المسألة. بعض هذه النماذج هي الأكثر شعبية، ولكن لم يتم قبول أي منها حتى الآن من قبل المجتمع العلمي الدولي

على نطاق المعرفة العالمية والاكتشافات الهائلة في القرن العشرين، تبدو هذه الفجوات ضئيلة للغاية. لكن تاريخ العلم يظهر بانتظام يحسد عليه أن تفسير مثل هذه الحقائق والظواهر "الصغيرة" يصبح الأساس لفهم البشرية الكامل للعلم ككل (في هذه الحالة نحن نتحدث عنعن علم الفلك). لذلك، سيكون لدى الأجيال القادمة من العلماء بالتأكيد ما يجب القيام به وما يجب اكتشافه في مجال معرفة طبيعة الكون.

أسرار الانفجار الكبير

بدأ كوننا قبل 13.7 مليار سنة بالانفجار الكبير، ويحاول العلماء فهم هذه الظاهرة منذ أجيال.

في نهاية العشرينات من القرن العشرين، اكتشف إدوين هابل أن جميع المجرات التي نراها تتطاير - مثل شظايا قنبلة يدوية بعد انفجار، وفي نفس الوقت طرح عالم الفلك واللاهوتي البلجيكي جورج ليميتر فرضيته (في 1931 تم نشره في صفحات الطبيعة). وهو يعتقد أن تاريخ الكون بدأ بانفجار "الذرة الأولية"، وهذا أدى إلى ولادة الزمان والمكان والمادة (في وقت سابق، في أوائل عشرينيات القرن الماضي، توصل العالم السوفييتي ألكسندر فريدمان، الذي قام بتحليل معادلات أينشتاين، إلى والخلاصة أن «الكون خُلق من نقطة» واستغرق «عشرات المليارات من سنواتنا العادية»).

في البداية، رفض علماء الفلك بشكل حاسم منطق اللاهوتي البلجيكي. لأن نظرية الانفجار الكبير كانت مندمجة تماماً مع الإيمان المسيحي بالله الخالق. لمدة قرنين من الزمان، منع العلماء تغلغل أي تكهنات دينية حول "بداية كل البدايات" في العلم. والآن يعود الله، المطرود من الطبيعة تحت التأرجح المقاس لعجلات الميكانيكا النيوتونية، بشكل غير متوقع. إنه قادم في لهيب الانفجار الكبير، ومن الصعب أن نتخيل صورة أكثر انتصارًا لظهوره.

ومع ذلك، فإن المشكلة لم تكن فقط في اللاهوت - فالانفجار الكبير لم يطيع قوانين العلوم الدقيقة. النقطة الأكثر أهميةتاريخ الكون كان أبعد من المعرفة. عند هذه النقطة المفردة (الخاصة) الواقعة على محور الزمكان، توقفت النظرية النسبية العامة عن العمل، لأن الضغط ودرجة الحرارة وكثافة الطاقة وانحناء الفضاء اندفعوا إلى ما لا نهاية، أي أنهم فقدوا كل المعنى المادي. عند هذه النقطة، اختفت كل هذه الثواني والأمتار والوحدات الفلكية، ولم تتحول إلى صفر، ولا إلى قيم سلبية، بل إلى غيابها التام، إلى لا معنى مطلقًا. هذه النقطة هي فجوة لا يمكن التغلب عليها على ركائز المنطق أو الرياضيات، وهي فجوة في الزمان والمكان.

لم يكن الأمر كذلك حتى أواخر الستينيات من القرن الماضي عندما أظهر روجر بنروز وستيفن هوكينج بشكل مقنع أنه ضمن نظرية أينشتاين، كان تفرد الانفجار الكبير أمرًا لا مفر منه. ومع ذلك، فإن هذا لا يمكن أن يجعل عمل المنظرين أسهل. كيف تصف الانفجار الكبير؟ ما، على سبيل المثال، سبب هذا الحدث؟ بعد كل شيء، إذا لم يكن هناك وقت قبل ذلك على الإطلاق، فيبدو أنه لا يمكن أن يكون هناك سبب أدى إلى ظهوره.

وكما نفهم الآن، لإنشاء نظرية كاملة للانفجار الكبير، من الضروري ربط تعاليم أينشتاين، التي تصف المكان والزمان، مع نظرية الكم، التي تتعامل مع الجسيمات الأولية وتفاعلاتها. من المحتمل أن يمر أكثر من عقد من الزمان قبل أن يكون من الممكن القيام بذلك واستخلاص "صيغة واحدة للكون".

على سبيل المثال، من أين يمكن أن تأتي هذه الكمية الهائلة من الطاقة التي أدت إلى هذا الانفجار من القوة المذهلة؟ ربما ورثها كوننا من سلفه الذي انهار إلى نقطة واحدة؟ ومع ذلك، فمن أين حصلت عليه؟ أم أن الطاقة انسكبت في الفراغ البدائي الذي انزلق منه كوننا مثل "فقاعة من الرغوة"؟ أم أن أكوان الجيل الأكبر سناً تنقل الطاقة إلى أكوان الجيل الأصغر من خلال تلك النقاط الفردية - التي ربما تولد في أعماقها عوالم جديدة لن نراها أبدًا؟ ومهما كان الأمر، فإن الكون في مثل هذه النماذج يظهر على أنه "نظام مفتوح"، وهو ما لا يتوافق تمامًا مع الصورة "الكلاسيكية" للانفجار الكبير: "لم يكن هناك شيء، وفجأة ولد الكون".

كان الكون وقت تكوينه في حالة كثيفة وساخنة للغاية.

أم أنه من الممكن، كما يعتقد بعض الباحثين، أن يكون كوننا عمومًا... خاليًا من الطاقة، أو بالأحرى أن مجموع طاقته صفر؟ يتم فرض الطاقة الإيجابية للإشعاع المنبعث من المادة على الطاقة السلبية للجاذبية. زائد وناقص يساوي صفر. يبدو أن هذا "0" سيئ السمعة هو المفتاح لفهم طبيعة الانفجار الكبير. منه - من "الصفر"، من "لا شيء" - ولد كل شيء على الفور. بالصدفة. بطريقة عفوية. فقط. أدى الانحراف الضئيل عن الصفر إلى حدوث سيل عالمي من الأحداث. يمكن إجراء المقارنة التالية: كرة حجرية، متوازنة على قمة رفيعة تشبه قمة بعض تشومولونغما، تمايلت فجأة وتدحرجت إلى الأسفل، مما أدى إلى توليد "سيل من الأحداث".

1973 - حاول الفيزيائي الأمريكي إدوارد تريون وصف عملية ولادة كوننا باستخدام مبدأ عدم اليقين هايزنبرغ، وهو أحد أسس نظرية الكم. ووفقا لهذا المبدأ، كلما قمنا بقياس الطاقة بشكل أكثر دقة، على سبيل المثال، أصبح الوقت غير مؤكد. لذا، إذا كانت الطاقة صفرًا تمامًا، فيمكن أن يكون الوقت كبيرًا بشكل تعسفي. كبيرة جدًا لدرجة أنه عاجلاً أم آجلاً سوف تنشأ تقلبات في الفراغ الكمي الذي سيولد منه الكون. سيؤدي هذا إلى التوسع السريع في الفضاء، على ما يبدو من لا شيء. "إن الأمر مجرد أن الأكوان تولد في بعض الأحيان، هذا كل شيء،" شرح تريون ببساطة خلفية الانفجار الكبير. لقد كان انفجارًا عشوائيًا كبيرًا. هذا كل شئ.

هل يمكن أن يحدث الانفجار الكبير مرة أخرى؟

ومن الغريب، نعم. نحن نعيش في عالم لا يزال بإمكانه أن يؤتي ثماره ويولد عوالم جديدة. تم إنشاء العديد من النماذج التي تصف "الانفجارات الكبيرة" للمستقبل.

لماذا، على سبيل المثال، لا تظهر تقلبات جديدة في نفس الفراغ الذي ولد فيه كوننا؟ وربما على مدى هذه الـ 13.7 مليار سنة، ظهرت عوالم لا تعد ولا تحصى بجوار كوننا، دون أي اتصال مع بعضها البعض. تعمل فيها قوانين الطبيعة المختلفة، وهناك ثوابت فيزيائية مختلفة. في معظم هذه العوالم، لا يمكن للحياة أن تنشأ أبدًا. يموت الكثير منهم على الفور ويتعرضون للانهيار. لكن في بعض الأكوان - بالصدفة البحتة! – تنشأ الظروف التي يمكن أن تنشأ الحياة في ظلها.

لكن النقطة ليست فقط في الفراغ الموجود قبل بداية «كل الأزمنة والشعوب». يمكن أيضًا أن تنشأ تقلبات محفوفة بالعوالم المستقبلية في الفراغ المنتشر في كوننا، وبشكل أكثر دقة، في الطاقة المظلمة التي تملأه. تم تطوير هذا النوع من نموذج "الكون المتجدد" من قبل عالم كونيات أمريكي، وهو مواطن أمريكي الاتحاد السوفياتي، ألكسندر فيلينكين. هذه "الانفجارات الكبيرة" الجديدة لا تشكل أي تهديد لنا. لن يدمروا بنية الكون، ولن يحرقوه على الأرض، لكنهم لن يخلقوا سوى مساحة جديدة خارج الحدود التي يمكن الوصول إليها لملاحظتنا وفهمنا. وربما تحدث "انفجارات" مماثلة، إيذانا بميلاد عوالم جديدة، في أعماق الثقوب السوداء العديدة التي تنتشر في الكون، كما يعتقد عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي لي سمولين.

مواطن آخر من اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية يعيش في الغرب، عالم الكونيات أندريه ليندي، يعتقد أننا أنفسنا قادرون على التسبب في انفجار كبير جديد من خلال جمع كمية هائلة من الطاقة في مرحلة ما في الفضاء تتجاوز حدًا حرجًا معينًا. وفقًا لحساباته، يمكن لمهندسي الفضاء المستقبليين أخذ كمية غير مرئية من المادة - فقط بضعة أجزاء من مئات من الملليجرام - وضغطها إلى الحد الذي تصل فيه طاقة هذه المجموعة إلى 1015 جيجا إلكترون فولت. يتكون ثقب أسود صغير ويبدأ في التوسع بشكل كبير. هذه هي الطريقة التي سينشأ بها "الكون الابن" بزمكانه الخاص، وينفصل بسرعة عن كوننا.

...هناك الكثير من الأشياء الرائعة في طبيعة الانفجار الكبير. لكن صحة هذه النظرية تثبتها عدد من الظواهر الطبيعية. وتشمل هذه توسع الكون الذي نلاحظه، ونمط التوزيع العناصر الكيميائيةبالإضافة إلى إشعاع الخلفية الكونية، والذي يسمى بـ”بقايا الانفجار الكبير”.

العالم غير موجود إلى الأبد. لقد ولدت في لهيب الانفجار الكبير. لكن هل كانت هذه ظاهرة فريدة في تاريخ الفضاء؟ أم حدث متكرر مثل ولادة النجوم والكواكب؟ ماذا لو كان الانفجار الكبير مجرد مرحلة انتقال من حالة أبدية إلى أخرى؟

يقول العديد من الفيزيائيين أنه في البداية كان هناك شيء، وليس لا شيء. ربما ولد كوننا، مثل الكون الآخر، من فراغ كمي أولي. ولكن بغض النظر عن مدى "الحد الأدنى من البساطة" حالة مماثلة، - وقوانين الفيزياء لا تسمح لها بأن تكون أقل من الفراغ الكمي - فلا يزال من المستحيل تسميتها "لا شيء".

وربما الكون الذي نراه هو مجرد شيء آخر حالة التجميعخلود؟ والترتيب الغريب للمجرات وعناقيد المجرات - شيء يشبه الشبكة البلورية، والتي كان لها في العالم متعدد الأبعاد الذي كان موجودًا قبل ولادة كوننا بنية مختلفة تمامًا والتي ربما تم التنبؤ بها من خلال "صيغة كل شيء" التي سعى إليها أينشتاين؟ وهل سيتم العثور عليها في العقود القادمة؟ يتطلع العلماء بشكل مكثف عبر جدار المجهول الذي يحيط بكوننا، محاولين فهم ما حدث قبل لحظة، وفقًا لأفكارنا المعتادة، لم يكن هناك شيء على الإطلاق. ما هي أشكال الكون الأبدي التي يمكن تخيلها، والتي تمنح الزمان والمكان تلك الصفات التي لا يمكن تصورها في عالمنا؟

من بين النظريات الواعدة، التي يحاول الفيزيائيون حصر الأبدية بأكملها فيها، يمكننا تسمية نظرية هندسة الكم، أو ديناميكيات الدوران الكمومي، أو الجاذبية الكمومية. أعظم المساهمين في تطويرهم هم آبي أشتيكار، وتيد جاكوبسون، وجيرزي ليفاندوفسكي، وكارلو روفيلي، ولي سمولين، وتوماس تيمان. كل هذه هي الهياكل المادية الأكثر تعقيدا، قصور كاملة مبنية من الصيغ والفرضيات، فقط لإخفاء الهاوية المختبئة في أعماقها وظلامها، فردية الزمان والمكان.

عصر التفرد

إن المسارات الملتوية للنظريات الجديدة تجبرنا على تجاوز الحقائق التي تبدو واضحة للوهلة الأولى. وهكذا، في هندسة الكم، ينقسم المكان والزمان، اللذان تم سحقهما بلا حدود في السابق، فجأة إلى جزر منفصلة - أجزاء، وكميات، أصغر منها لا يوجد شيء. يمكن تضمين جميع النقاط الفردية في هذه "الكتل الحجرية". يتحول الزمكان نفسه إلى نسج من الهياكل ذات البعد الواحد - "شبكة من السبينات"، أي أنها تصبح بنية منفصلة، ​​\u200b\u200bنوع من السلسلة المنسوجة من الروابط الفردية.

حجم أصغر حلقة ممكنة من الفضاء هو فقط 10-99 سم ​​مكعب. هذه القيمة صغيرة جدًا بحيث يوجد في سنتيمتر مكعب واحد كميات من الفضاء أكبر بكثير من تلك السنتيمترات المكعبة نفسها في الكون التي نلاحظها (يبلغ حجمها 1085 سنتيمترًا لكل مكعب). داخل الكم من الفضاء لا يوجد شيء، لا طاقة ولا مادة - تمامًا كما هو الحال داخل النقطة الرياضية - بحكم التعريف - لا يمكن العثور على مثلث أو عشروني الوجوه. لكن إذا طبقنا فرضية «النسيج دون المجهري للكون» لوصف الانفجار الكبير، فسنحصل على نتائج مذهلة، كما أظهر آبي أشتيكار ومارتن بوجوالد من جامعة بنسلفانيا.

فإذا استبدلنا المعادلات التفاضلية في النظرية القياسية لعلم الكونيات التي تفترض تدفق مستمرالفضاء، وغيرها المعادلات التفاضلية، بناءً على نظرية هندسة الكم، فإن التفرد الغامض سوف يختفي. الفيزياء لا تنتهي حيث يبدأ الانفجار الكبير، وهذا هو الاستنتاج المشجع الأول لعلماء الكون الذين رفضوا قبول خصائص الكون التي نراها على أنها الحقيقة المطلقة.

تشير نظرية الجاذبية الكمومية إلى أن كوننا (مثل كل الكون الآخر) ولد نتيجة تقلب عشوائي في الفراغ الكمي - وهي بيئة مجهرية عالمية لم يكن هناك وقت فيها. في كل مرة يحدث فيها تذبذب بحجم معين في الفراغ الكمي، يولد كون جديد. فهو "ينطلق" من البيئة المتجانسة التي تشكل فيها، ويبدأ حياته الخاصة. الآن لديها تاريخها الخاص، ومساحتها الخاصة، ووقتها الخاص، وسهم الزمن الخاص بها.

في الفيزياء الحديثة، تم إنشاء عدد من النظريات التي توضح كيف أنه من بيئة موجودة إلى الأبد، حيث لا يوجد وقت كلي، ولكن في نقاط معينة يتدفق فيها الوقت الجزئي، يمكن أن ينشأ عالم ضخم مثل عالمنا.

على سبيل المثال، يشير الفيزيائيان غابرييل فينيزيانو وماوريتسيو جاسبريني من إيطاليا، في إطار نظرية الأوتار، إلى أنه كان هناك في البداية ما يسمى بـ "فراغ الأوتار". وأدت التقلبات الكمومية العشوائية فيه إلى وصول كثافة الطاقة إلى قيمة حرجة، مما تسبب في انهيار محلي. والتي انتهت بولادة كوننا من الفراغ.

باستخدام نظرية الهندسة الكمومية، أظهر آبي أشتيكار ومارتن بوجوالد أن المكان والزمان يمكن أن ينشأا من هياكل أساسية أكثر بدائية، أي "شبكات الدوران".

ويعمل إيكهارد ريبهان من جامعة دوسلدورف، و- بشكل مستقل - جورج إليس وروي مارتنز من جامعة كيب تاون، على تطوير فكرة "الكون الساكن"، التي طرحها ألبرت أينشتاين وعالم الفلك البريطاني آرثر إدينجتون. في سعيهم لتجاوز تأثيرات الجاذبية الكمومية، توصل ريبهان وزملاؤه إلى فضاء كروي في وسط الفراغ الأبدي (أو، إذا كنت تفضل، الخلود الفارغ)، حيث لا يوجد وقت. بسبب بعض عدم الاستقرار، تتطور هنا عملية تضخمية، مما يؤدي إلى انفجار كبير ساخن.

بالطبع، النماذج المذكورة هي تخمينية، لكنها تتوافق بشكل أساسي مع المستوى الحديث لتطور الفيزياء والنتائج الملاحظات الفلكيةالعقود القليلة الماضية. وعلى أية حال، هناك شيء واحد واضح. كان الانفجار الكبير حدثًا طبيعيًا عاديًا، وليس الوحيد من نوعه.

هل سيساعدون هذا النوعنظريات لفهم ما يمكن أن يحدث قبل الانفجار الكبير؟ إذا كان الكون قد ولد، فما الذي ولده؟ حيث النظريات الحديثةهل تظهر "البصمة الجينية" لوالدها في علم الكونيات؟ 2005 - على سبيل المثال، نشر آبي أشتيكار نتائج حساباته الجديدة (ساعد في القيام بها توماس باولوفسكي وبارامبريت سينغ). وكان من الواضح منهم أنه إذا كانت المقدمات الأولية صحيحة، فإن نفس الزمكان كان موجودًا قبل الانفجار الكبير كما كان بعد هذا الحدث. إن فيزياء كوننا، كما لو كانت في مرآة، تنعكس في فيزياء العالم الآخر. في هذه الحسابات، يقطع الانفجار الكبير، مثل شاشة مرآة، الخلود، ويضع بالقرب منه الطبيعة غير المتوافقة وانعكاسها. وما هي الأصالة هنا، ما هو الشبح؟

الشيء الوحيد الذي يمكن رؤيته "من الجانب الآخر من زجاج المرآة" هو أن الكون لم يكن يتوسع في ذلك الوقت، بل كان يتقلص. وأصبح الانفجار الكبير نقطة انهياره. في هذه اللحظة توقف المكان والزمان لحظة لينعكس من جديد - ليواصل - ليصعد كالعنقاء في العالم المألوف لنا بالفعل، الكون الذي نقيسه بصيغنا ورموزنا وأرقامنا. لقد قلب الكون حرفيًا نفسه رأسًا على عقب، مثل القفاز أو القميص، وهو يتوسع بشكل مطرد منذ ذلك الحين. لم يكن الانفجار الكبير، بحسب أشتيكار، "خلق الكون بأكمله من لا شيء"، بل كان مجرد انتقال من شكل ديناميكي من الخلود إلى آخر. ربما يشهد الكون سلسلة لا نهاية لها من "الانفجارات الكبيرة"، وهذه عشرات المليارات من السنين (أو أي شيء آخر) التي تفصل بين مراحله الفردية ليست سوى فترات من "الموجة الجيبية الكونية"، وفقًا لقوانينها التي يعيش الكون؟

أدت فكرة تطور الكون بطبيعة الحال إلى صياغة مشكلة بداية تطور (ولادة) الكون ونشأته

النهاية (الموت). حاليًا، هناك العديد من النماذج الكونية التي تشرح جوانب معينة من نشوء المادة في الكون، لكنها لا تشرح أسباب وعملية ولادة الكون نفسه. من بين مجموعة النظريات الكونية الحديثة بأكملها، فقط نظرية الانفجار الكبير التي وضعها ج. جامو هي التي تمكنت من شرح جميع الحقائق المتعلقة بهذه المشكلة بشكل مُرضٍ حتى الآن. تم الحفاظ على السمات الرئيسية لنموذج الانفجار الكبير حتى يومنا هذا، على الرغم من استكمالها لاحقًا بنظرية التضخم، أو نظرية الكون المتضخم، التي طورها العالمان الأمريكيان أ. جوث وب. الفيزيائي السوفيتي أ.د. ليندا.

في عام 1948، اقترح عالم الفيزياء الأمريكي المتميز من أصل روسي ج. جاموف أن الكون المادي قد تشكل نتيجة لانفجار هائل حدث منذ حوالي 15 مليار سنة. ثم تركزت كل المادة وكل طاقة الكون في كتلة صغيرة فائقة الكثافة. إذا كنت تعتقد أن الحسابات الرياضية، في بداية التوسع، كان نصف قطر الكون يساوي الصفر تماما، وكانت كثافته تساوي اللانهاية. تسمى هذه الحالة الأولية التفرد -حجم النقطة بكثافة لا نهائية. إن قوانين الفيزياء المعروفة لا تنطبق على التفرد. في هذه الحالة، تفقد مفاهيم المكان والزمان معناها، لذلك ليس من المنطقي أن نسأل أين كانت هذه النقطة. كما أن العلم الحديث لا يستطيع أن يقول أي شيء عن أسباب ظهور هذه الحالة.

ومع ذلك، وفقًا لمبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ، لا يمكن ضغط المادة في نقطة واحدة، لذلك يُعتقد أن الكون في حالته الأولية كان له كثافة وحجم معينين. وفقًا لبعض الحسابات، إذا تم ضغط كل مادة الكون المرئي، والتي تقدر بحوالي 1061 جم، إلى كثافة قدرها 1094 جم/سم3، فإنها ستشغل حجمًا يبلغ حوالي 10-33 سم3. وسيكون من المستحيل رؤيته بأي مجهر إلكتروني. لفترة طويلة، لا يمكن قول أي شيء عن أسباب الانفجار الكبير وانتقال الكون إلى التوسع. لكن ظهرت اليوم بعض الفرضيات التي تحاول تفسير هذه العمليات. إنها تشكل أساس النموذج التضخمي لتطور الكون.

"بداية" الكون

الفكرة الرئيسية لمفهوم الانفجار الكبير هي أن الكون موجود المراحل الأولىكان للحدث حالة شبيهة بالفراغ غير مستقرة كثافة عاليةطاقة. نشأت هذه الطاقة من الإشعاع الكمي، أي. كما لو كان من العدم. الحقيقة هي أنه في الفراغ المادي لا يوجد شيء ثابت

الجسيمات والحقول والأمواج، لكنه ليس فراغًا لا حياة فيه. في الفراغ هناك جسيمات افتراضية تولد ولها وجود عابر وتختفي على الفور. ولذلك فإن الفراغ «يغلي» بالجسيمات الافتراضية ويشبع بتفاعلات معقدة بينها. علاوة على ذلك، فإن الطاقة الموجودة في الفراغ تقع، إذا جاز التعبير، في طوابقه المختلفة، أي في الطوابق المختلفة. هناك ظاهرة الاختلافات في مستويات طاقة الفراغ.

وبينما يكون الفراغ في حالة توازن، لا يوجد فيه سوى الجسيمات الافتراضية (الشبح)، التي تستعير الطاقة من الفراغ لفترة زمنية قصيرة حتى تولد، وسرعان ما تعيد الطاقة المقترضة لكي تختفي. عندما، لسبب ما، أصبح الفراغ عند نقطة أولية (التفرد) متحمسًا وترك حالة التوازن، ثم بدأت الجزيئات الافتراضية في التقاط الطاقة دون الارتداد وتحولت إلى جزيئات حقيقية. وفي نهاية المطاف، عند نقطة معينة في الفضاء، تم تشكيل عدد كبير من الجسيمات الحقيقية، بالإضافة إلى الطاقة المرتبطة بها. عندما انهار الفراغ المثار، تم إطلاق طاقة إشعاعية هائلة، وضغطت القوة العظمى الجسيمات إلى مادة فائقة الكثافة. تشير الظروف القاسية لـ "البداية"، عندما تم تشويه الزمكان، إلى أن الفراغ كان أيضًا في حالة خاصة، تسمى الفراغ "الزائف". وتتميز بطاقة عالية الكثافة للغاية، والتي تتوافق مع كثافة عالية للغاية من المادة. في هذه الحالة من المادة، يمكن أن تنشأ فيها ضغوط قوية وضغوط سلبية، أي ما يعادل تنافر الجاذبية بهذا الحجم الذي تسبب في التوسع غير المنضبط والسريع للكون - الانفجار الكبير. كان هذا هو الدافع الأولي، "بداية" عالمنا.

من هذه اللحظة يبدأ التوسع السريع للكون، وينشأ الزمان والمكان. في هذا الوقت، هناك تضخم لا يمكن السيطرة عليه لـ"فقاعات الفضاء"، وهي أجنة كون واحد أو عدة أكوان، والتي قد تختلف عن بعضها البعض في ثوابتها وقوانينها الأساسية. واحد منهم أصبح جنينًا لـ Metagalaxy لدينا.

وفقا لتقديرات مختلفة، فإن فترة "التضخم"، التي تتقدم بشكل كبير، تستغرق فترة زمنية قصيرة لا يمكن تصورها - تصل إلى 10 - 33 ثانية بعد "البداية". تسمى فترة التضخم.خلال هذا الوقت، زاد حجم الكون 10 50 مرة، من جزء من المليار من حجم البروتون إلى حجم علبة الثقاب.

قرب نهاية مرحلة التضخم، كان الكون فارغًا وباردًا، ولكن عندما جف التضخم، أصبح الكون فجأة "ساخنًا" للغاية. إن هذا الانفجار الحراري الذي أضاء الفضاء يرجع إلى الاحتياطيات الهائلة من الطاقة الموجودة في الفراغ "الزائف". حالة الفراغ هذه غير مستقرة للغاية وتميل إلى الاضمحلال. متى

ويكتمل الانهيار، ويختفي التنافر، وينتهي التضخم. وتم إطلاق الطاقة، المقيدة في شكل العديد من الجسيمات الحقيقية، في شكل إشعاع، مما أدى إلى تسخين الكون على الفور إلى 10 27 كلفن. ومنذ تلك اللحظة فصاعدًا، تطور الكون وفقًا للنظرية القياسية للانفجار الكبير "الساخن". .

المرحلة المبكرة من تطور الكون

مباشرة بعد الانفجار الكبير، كان الكون عبارة عن بلازما من الجسيمات الأولية من جميع الأنواع وجسيماتها المضادة في حالة من التوازن الديناميكي الحراري عند درجة حرارة 1027 كلفن، والتي تحولت بحرية إلى بعضها البعض. في هذه الجلطة لم يكن هناك سوى تفاعلات الجاذبية والكبيرة (العظيمة). ثم بدأ الكون في التوسع، وفي نفس الوقت انخفضت كثافته ودرجة حرارته. لقد حدث التطور الإضافي للكون على مراحل وكان مصحوبًا، من ناحية، بالتمايز، ومن ناحية أخرى، بتعقيد هياكله. تختلف مراحل تطور الكون في خصائص تفاعل الجسيمات الأولية وتسمى العصور.استغرقت التغييرات الأكثر أهمية أقل من ثلاث دقائق.

عصر الهادروناستمرت 10 -7 ثانية. في هذه المرحلة، تنخفض درجة الحرارة إلى 10 13 كلفن. وفي الوقت نفسه، تظهر جميع التفاعلات الأساسية الأربعة، ويتوقف الوجود الحر للكواركات، وتندمج في الهادرونات، وأهمها البروتونات والنيوترونات. معظم حدث هامأصبح انتهاكًا عالميًا للتناظر الذي حدث في اللحظات الأولى من وجود كوننا. وتبين أن عدد الجسيمات أكبر قليلاً من عدد الجسيمات المضادة. أسباب هذا التباين لا تزال مجهولة. في الكتلة العامة الشبيهة بالبلازما، مقابل كل مليار زوج من الجسيمات والجسيمات المضادة، كان هناك جسيم آخر؛ ولم يكن لديها أزواج كافية للإبادة. أدى هذا إلى ظهور المزيد من الكون المادي مع المجرات والنجوم والكواكب والكائنات الذكية على بعضها.

عصر ليبتوناستمرت لمدة تصل إلى 1 ثانية بعد البداية. انخفضت درجة حرارة الكون إلى 1010 كلفن. وكانت عناصره الرئيسية هي اللبتونات، التي شاركت في التحولات المتبادلة بين البروتونات والنيوترونات. وفي نهاية هذا العصر، أصبحت المادة شفافة بالنسبة للنيوترينوات، وتوقفت عن التفاعل مع المادة، ومنذ ذلك الحين بقيت على قيد الحياة حتى يومنا هذا.

عصر الإشعاع (عصر الفوتون)استمرت مليون سنة. خلال هذا الوقت، انخفضت درجة حرارة الكون من 10 مليار كلفن إلى 3000 كلفن. خلال هذه المرحلة، حدثت أهم عمليات التخليق النووي الأولي لمزيد من تطور الكون - مزيج البروتونات والنيوترونات (كان هناك حوالي 8 مرات أقل منهم).

أعلى من البروتونات) إلى النوى الذرية. بحلول نهاية هذه العملية، كانت مادة الكون تتكون من 75% بروتونات (نوى الهيدروجين)، وحوالي 25% عبارة عن نوى هيليوم، وأجزاء من المائة من المائة عبارة عن ديوتريوم وليثيوم وعناصر خفيفة أخرى، وبعد ذلك أصبح الكون شفافًا أمام الفوتونات. حيث تم فصل الإشعاع عن المواد وتكوين ما يسمى في عصرنا بالإشعاع المتبقي.

بعد ذلك، لما يقرب من 500 ألف عام، لم تحدث أي تغييرات نوعية - كان هناك تبريد بطيء وتوسع في الكون. الكون، رغم بقائه متجانسًا، أصبح مخلخلًا بشكل متزايد. عندما تم تبريده إلى 3000 كلفن، تمكنت نواة ذرات الهيدروجين والهيليوم من التقاط الإلكترونات الحرة وتحويلها إلى ذرات هيدروجين وهيليوم محايدة. ونتيجة لذلك، تم تشكيل الكون المتجانس، والذي كان عبارة عن خليط من ثلاث مواد غير متفاعلة تقريبًا: المادة الباريونية (الهيدروجين والهيليوم ونظائرهما)، واللبتونات (النيوترينوات والنيوترينوات المضادة) والإشعاع (الفوتونات). بحلول هذا الوقت لم تعد هناك درجات حرارة عالية وضغوط عالية. يبدو أنه في المستقبل سيخضع الكون لمزيد من التوسع والتبريد، وتشكيل "صحراء ليبتون" - شيء مثل الموت الحراري. ولكن هذا لم يحدث؛ بل على العكس من ذلك، كانت هناك قفزة خلقت الكون الهيكلي الحديث، والذي استغرق، حسب التقديرات الحديثة، من 1 إلى 3 مليارات سنة.

لقد سمع الجميع عن نظرية الانفجار الكبير، والتي تفسر (حسب على الأقل، في الوقت الحالي) أصل كوننا. ومع ذلك، في الدوائر الأكاديميةسيكون هناك دائمًا أشخاص يريدون تحدي الأفكار - وبالمناسبة، غالبًا ما تنشأ الاكتشافات العظيمة في هذا المكان.

ومع ذلك، أدرك ديكي أنه إذا كان هذا النموذج حقيقيا، فلن يكون هناك نوعان من النجوم - السكان الأول والسكان الثاني، النجوم الصغار والكبار. وكانوا. وهذا يعني أن الكون من حولنا تطور مع ذلك من حالة ساخنة وكثيفة. حتى لو لم يكن الانفجار الكبير الوحيد في التاريخ.

مذهل، أليس كذلك؟ ماذا لو كان هناك العديد من هذه الانفجارات؟ عشرات، مئات؟ العلم لم يكتشف هذا بعد. دعا ديك زميله بيبلز لحساب درجة الحرارة المطلوبة للعمليات الموصوفة ودرجة الحرارة المحتملة للإشعاع المتبقي اليوم. أظهرت حسابات بيبلز التقريبية أن الكون اليوم يجب أن يكون مليئًا بإشعاع الميكروويف بدرجة حرارة أقل من 10 كلفن، وكان رول وويلكينسون يستعدان بالفعل للبحث عن هذا الإشعاع عندما رن الجرس.

ضاعت في الترجمة

ومع ذلك، هنا يستحق الانتقال إلى زاوية أخرى الكرة الأرضية- في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. أقرب الأشخاص إلى اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية الميكروي (ولم يكملوا المهمة أيضًا!) كانوا في الاتحاد السوفييتي. بعد أن قاموا بقدر كبير من العمل على مدار عدة أشهر، نُشر تقرير عنه في عام 1964، بدا أن العلماء السوفييت قد جمعوا كل أجزاء اللغز، ولم يكن هناك سوى قطعة واحدة مفقودة. أجرى ياكوف بوريسوفيتش زيلدوفيتش، أحد عمالقة العلم السوفييتي، حسابات مشابهة لتلك التي أجراها فريق جاموف (عالم فيزياء سوفياتي يعيش في الولايات المتحدة الأمريكية)، وتوصل أيضًا إلى استنتاج مفاده أن الكون لا بد أن يكون قد بدأ ببداية ساخنة. الانفجار الكبير، الذي ترك إشعاعًا خلفيًا مع درجة حرارة قليلة كلفن.

ياكوف بوريسوفيتش زيلدوفيتش -

حتى أنه كان على علم بمقالة إد أوم في مجلة Bell System Technical Journal، والتي حسبت تقريبًا درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، لكنه أساء تفسير استنتاجات المؤلف. لماذا لم يدرك الباحثون السوفييت أن أوم قد اكتشف هذا الإشعاع بالفعل؟ بسبب خطأ في الترجمة. ذكرت ورقة أوم أن درجة حرارة السماء التي قاسها كانت حوالي 3 كلفن. وهذا يعني أنه طرح جميع المصادر المحتملة للتداخل الراديوي وأن 3 كلفن هي درجة حرارة الخلفية المتبقية.

ومع ذلك، بالصدفة، كانت درجة حرارة الإشعاع الجوي هي نفسها (3 كلفن)، والتي قام أوم أيضًا بتصحيحها. قرر المتخصصون السوفييت خطأً أن هذه الـ 3 K هي التي تركها أوم بعد كل التعديلات السابقة، فطرحوها أيضًا ولم يبق لهم شيء.

في الوقت الحاضر، يمكن تصحيح سوء الفهم هذا بسهولة من خلال المراسلات الإلكترونية، ولكن في أوائل الستينيات، كان التواصل بين العلماء في الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة صعبًا للغاية. وكان هذا هو السبب وراء هذا الخطأ الهجومي.

جائزة نوبل التي طفت بعيدا

دعونا نعود إلى اليوم الذي رن فيه الهاتف في مختبر ديكي. وتبين أنه في الوقت نفسه، أفاد عالما الفلك أرنو بنزياس وروبرت ويلسون أنهما تمكنا عن طريق الخطأ من اكتشاف ضوضاء راديوية خافتة قادمة من كل شيء. ومن ثم لم يعلموا بعد أن فريقًا آخر من العلماء بشكل مستقل توصل إلى فكرة وجود مثل هذا الإشعاع، بل وبدأوا في بناء كاشف للبحث عنه. لقد كان فريق ديكي وبيبلز.

والأكثر إثارة للدهشة هو أن إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، أو كما يطلق عليه أيضًا إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، قد تم وصفه قبل أكثر من عشر سنوات في إطار نموذج نشوء الكون نتيجة الانفجار الكبير بواسطة جورج جامو وزملاؤه. ولم يعلم أحد ولا المجموعة الأخرى من العلماء بهذا الأمر.

علم بنزياس وويلسون بالصدفة بعمل العلماء تحت قيادة ديكي وقرروا الاتصال بهم لمناقشته. استمع ديكي بعناية إلى بنزياس وأدلى بعدة تعليقات. وبعد أن أغلق الخط، التفت إلى زملائه وقال: "يا شباب، لقد تقدمنا ​​على أنفسنا".

وبعد مرور 15 عامًا تقريبًا، وبعد إجراء العديد من القياسات على الأكثر أطوال مختلفةأكدت الموجات التي قامت بها مجموعات عديدة من علماء الفلك أن الإشعاع الذي اكتشفوه كان بالفعل صدى للانفجار الكبير، حيث بلغت درجة حرارته 2.712 كلفن، وقد تقاسم بنزياس وويلسون جائزة نوبل لاختراعهما. على الرغم من أنهم في البداية لم يرغبوا حتى في كتابة مقال عن اكتشافهم، لأنهم اعتبروه غير مقبول ولم يتناسب مع نموذج الكون الثابت الذي التزموا به!

ويقال إن بنزياس وويلسون كانا سيعتبران أنه يكفي ذكرهما كاسمين خامس وسادس في القائمة بعد ديكي وبيبلز ورول وويلكينسون. وفي هذه الحالة، من الواضح أن جائزة نوبل ستذهب إلى ديكي. لكن كل شيء حدث كما حدث.

ملاحظة: اشترك في النشرة الإخبارية لدينا. سنرسل مرة كل أسبوعين 10 من أكثر الأشياء إثارة للاهتمام مواد مفيدةمن مدونة الأسطورة.

إن عظمة وتنوع العالم المحيط يمكن أن يذهل أي خيال. جميع الأشياء والأشياء المحيطة بالبشر، والأشخاص الآخرين، وأنواع مختلفة من النباتات والحيوانات، والجسيمات التي لا يمكن رؤيتها إلا بالمجهر، وكذلك مجموعات النجوم غير المفهومة: كلها متحدة بمفهوم "الكون".

لقد طور الإنسان نظريات أصل الكون لفترة طويلة. على الرغم من عدم وجود حتى مفهوم أساسي للدين أو العلم، فقد نشأت أسئلة في أذهان القدماء الفضوليين حول مبادئ النظام العالمي ومكانة الإنسان في الفضاء المحيط به. من الصعب إحصاء عدد النظريات الموجودة حول أصل الكون اليوم، بعضها يدرس من قبل كبار العلماء المشهورين عالميًا، والبعض الآخر رائع تمامًا.

علم الكونيات وموضوعه

يعتبر علم الكونيات الحديث - علم بنية الكون وتطوره - مسألة أصله أحد أكثر الألغاز إثارة للاهتمام والتي لم تتم دراستها بعد بشكل كافٍ. طبيعة العمليات التي ساهمت في ظهور النجوم والمجرات الأنظمة الشمسيةوالكواكب وتطورها ومصدر نشوء الكون وأبعاده وحدوده: كل هذا مجرد قائمة قصيرة من القضايا التي درسها العلماء المعاصرون.

أدى البحث عن إجابات للغز الأساسي حول تكوين العالم إلى حقيقة أن هناك اليوم نظريات مختلفة حول أصل الكون ووجوده وتطوره. إن إثارة المتخصصين الذين يبحثون عن إجابات وبناء الفرضيات واختبارها لها ما يبررها، لأن النظرية الموثوقة لولادة الكون ستكشف للبشرية جمعاء عن احتمال وجود الحياة في أنظمة وكواكب أخرى.

نظريات أصل الكون لها طابعها المفاهيم العلميةوالفرضيات الفردية والتعاليم الدينية والأفكار الفلسفية والأساطير. يتم تقسيمهم جميعًا بشكل مشروط إلى فئتين رئيسيتين:

1. النظريات التي بموجبها خلق الكون من قبل الخالق. بمعنى آخر، جوهرهم هو أن عملية خلق الكون كانت عملاً واعيًا وروحيًا، ومظهرًا للإرادة
2. نظريات أصل الكون مبنية على أساس العوامل العلمية. ترفض افتراضاتهم بشكل قاطع وجود الخالق وإمكانية الخلق الواعي للعالم. غالبًا ما تعتمد مثل هذه الفرضيات على ما يسمى بمبدأ الرداءة. فهي تشير إلى إمكانية الحياة ليس فقط على كوكبنا، ولكن أيضًا على كوكب آخر.

الخلق - نظرية خلق العالم من قبل الخالق

كما يوحي الاسم، فإن نظرية الخلق (الخلق) هي نظرية دينية حول أصل الكون. تعتمد هذه النظرة العالمية على مفهوم خلق الكون والكوكب والإنسان بواسطة الله أو الخالق.

فكرة منذ وقت طويلكانت المهيمنة حتى أواخر التاسع عشرالقرن، عندما تسارعت عملية تراكم المعرفة في مختلف مجالات العلوم (علم الأحياء، علم الفلك، الفيزياء)، وانتشرت نظرية التطور على نطاق واسع. أصبحت نظرية الخلق رد فعل غريبًا للمسيحيين الذين لديهم وجهات نظر محافظة حول الاكتشافات التي يتم إجراؤها. ولم تؤدي الفكرة السائدة في ذلك الوقت إلا إلى تعزيز التناقضات التي كانت قائمة بين النظريات الدينية وغيرها.

ما الفرق بين النظريات العلمية والدينية؟

تكمن الاختلافات الرئيسية بين نظريات الفئات المختلفة في المقام الأول في المصطلحات التي يستخدمها أتباعها. وهكذا، في الفرضيات العلمية، بدل الخالق هناك الطبيعة، وبدل الخلق هناك الأصل. إلى جانب ذلك، هناك قضايا يتم تناولها بطرق مماثلة من خلال نظريات مختلفة أو حتى مكررة تمامًا.

نظريات أصل الكون، التي تنتمي إلى فئات متعارضة، تؤرخ ظهوره بشكل مختلف. على سبيل المثال، وفقا للفرضية الأكثر شيوعا (نظرية الانفجار الكبير)، تم تشكيل الكون منذ حوالي 13 مليار سنة.

في المقابل، فإن النظرية الدينية لأصل الكون تعطي أرقامًا مختلفة تمامًا:

• وفقا للمصادر المسيحية، فإن عمر الكون الذي خلقه الله وقت ميلاد يسوع المسيح كان 3483-6984 سنة.
• تشير الهندوسية إلى أن عمر عالمنا يبلغ حوالي 155 تريليون سنة.

كانط ونموذجه الكوني

حتى القرن العشرين، كان معظم العلماء يعتقدون أن الكون لانهائي. لقد ميزوا الزمان والمكان بهذه الجودة. بالإضافة إلى ذلك، في رأيهم، كان الكون ثابتا ومتجانسا.

فكرة لا حدود للكون في الفضاء طرحها إسحاق نيوتن. تم تطوير هذا الافتراض من قبل شخص طور نظرية حول غياب الحدود الزمنية. وبأخذ افتراضاته النظرية أبعد من ذلك، قام كانط بتوسيع لانهاية الكون إلى عدد المنتجات البيولوجية المحتملة. هذه الافتراض تعني أنه في الظروف القديمة و عالم ضخمبدون نهاية أو بداية يمكن أن يوجد عدد لا يحصى الخيارات الممكنةونتيجة لذلك فإن ظهور أي نوع بيولوجي أمر واقعي.

واستنادا إلى احتمال ظهور أشكال الحياة، تم تطوير نظرية داروين في وقت لاحق. أكدت ملاحظات السماء المرصعة بالنجوم ونتائج الحسابات التي أجراها علماء الفلك نموذج كانط الكوني.

تأملات أينشتاين

في بداية القرن العشرين، نشر ألبرت أينشتاين نموذجه الخاص للكون. ووفقا لنظريته النسبية، تحدث عمليتان متعارضتان في وقت واحد في الكون: التوسع والانكماش. ومع ذلك، فقد وافق على رأي معظم العلماء حول الطبيعة الثابتة للكون، لذلك قدم مفهوم القوة التنافر الكونية. ويهدف تأثيره إلى موازنة جاذبية النجوم وإيقاف عملية الحركة للجميع الأجرام السماويةللحفاظ على الطبيعة الساكنة للكون.

نموذج الكون - حسب آينشتاين - له حجم معين، لكن ليس له حدود. هذا المزيج ممكن فقط عندما ينحني الفضاء بنفس الطريقة التي يحدث بها في الكرة.

خصائص مساحة هذا النموذج هي:

• ثلاثية الأبعاد.
• إغلاق نفسك.
• التجانس (غياب المركز والحافة)، حيث يتم توزيع المجرات بالتساوي.

أ.أ.فريدمان: الكون يتوسع

قام مبتكر النموذج الثوري المتوسع للكون، أ. أ. فريدمان (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية)، ببناء نظريته على أساس المعادلات التي تميز النظرية العامة للنسبية. صحيح أن الرأي المقبول عمومًا في العالم العلميفي ذلك الوقت، كان عالمنا ثابتا، لذلك لم يتم إيلاء الاهتمام الواجب لعمله.

وبعد سنوات قليلة، توصل عالم الفلك إدوين هابل إلى اكتشاف أكد أفكار فريدمان. تم اكتشاف مسافة المجرات من مجرة ​​درب التبانة القريبة. وفي الوقت نفسه، أصبحت حقيقة أن سرعة حركتهم تظل متناسبة مع المسافة بينهم وبين مجرتنا أمرًا لا يمكن دحضه.

ويفسر هذا الاكتشاف "التشتت" المستمر للنجوم والمجرات فيما يتعلق ببعضها البعض، مما يؤدي إلى استنتاج حول توسع الكون.

في نهاية المطاف، تم الاعتراف باستنتاجات فريدمان من قبل أينشتاين، الذي ذكر لاحقا مزايا العالم السوفيتي كمؤسس الفرضية حول توسيع الكون.

ولا يمكن القول أن هناك تناقضات بين هذه النظرية والنظرية النسبية العامة، ولكن أثناء توسع الكون لا بد أنه كان هناك دافع أولي أدى إلى تراجع النجوم. وقياسًا على الانفجار، أُطلق على الفكرة اسم "الانفجار الكبير".

ستيفن هوكينج والمبدأ الأنثروبي

كانت نتيجة حسابات واكتشافات ستيفن هوكينج هي نظرية مركزية الإنسان لأصل الكون. يدعي منشئه أن وجود كوكب مجهز جيدًا لحياة الإنسان لا يمكن أن يكون عرضيًا.

كما تنص نظرية ستيفن هوكينج حول أصل الكون على التبخر التدريجي للثقوب السوداء وفقدانها للطاقة وانبعاث إشعاع هوكينج.

ونتيجة للبحث عن الأدلة، تم تحديد واختبار أكثر من 40 خاصية، ومراعاةها ضروري لتطوير الحضارة. قام عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي هيو روس بتقييم احتمالية حدوث مثل هذه المصادفة غير المقصودة. وكانت النتيجة الرقم 10 -53.

يحتوي كوننا على تريليون مجرة، تحتوي كل منها على 100 مليار نجم. وفقا لحسابات العلماء. المجموعيجب أن تكون الكواكب 10 20. وهذا الرقم أقل بمقدار 33 مرة عما تم حسابه سابقًا. وبالتالي، لا يمكن لأي كوكب في جميع المجرات أن يجمع بين الظروف التي قد تكون مناسبة لنشوء الحياة تلقائيًا.

نظرية الانفجار الكبير: أصل الكون من جسيم صغير

العلماء الذين يدعمون نظرية الانفجار الكبير يشتركون في الفرضية القائلة بأن الكون هو نتيجة لانفجار كبير. الافتراض الرئيسي للنظرية هو القول بأنه قبل هذا الحدث، كانت جميع عناصر الكون الحالي موجودة في جسيم له أبعاد مجهرية. وكون العناصر بداخلها تتميز بحالة فريدة لا يمكن فيها قياس مؤشرات مثل درجة الحرارة والكثافة والضغط. إنها لا نهاية لها. المادة والطاقة في هذه الحالة لا تتأثر بقوانين الفيزياء.

ما حدث قبل 15 مليار سنة يسمى عدم الاستقرار الذي نشأ داخل الجسيم. لقد وضعت العناصر الصغيرة المتناثرة الأساس للعالم الذي نعرفه اليوم.

في البداية كان الكون عبارة عن سديم جزيئات صغيرة جدا(أصغر من الذرة). ثم، بالجمع، شكلوا الذرات التي كانت بمثابة أساس المجرات النجمية. إن الإجابة على الأسئلة حول ما حدث قبل الانفجار، وكذلك سببه، هي أهم مهام هذه النظرية عن أصل الكون.

ويصور الجدول بشكل تخطيطي مراحل تكوين الكون بعد الانفجار الأعظم.

على النحو التالي من البيانات المذكورة أعلاه، يستمر الكون في التوسع والبرودة.

الزيادة المستمرة في المسافة بين المجرات هي الافتراض الرئيسي: ما الذي يجعل نظرية الانفجار الأعظم مختلفة. ويمكن تأكيد ظهور الكون بهذه الطريقة من خلال الأدلة الموجودة. هناك أيضًا أسباب لدحضها.

مشاكل النظرية

وبما أن نظرية الانفجار الأعظم لم يتم إثباتها عمليا، فليس من المستغرب أن تكون هناك عدة أسئلة لا تستطيع الإجابة عليها:

1. التفرد. تشير هذه الكلمة إلى حالة الكون المضغوطة إلى نقطة واحدة. ومشكلة نظرية الانفجار الأعظم هي استحالة وصف العمليات التي تحدث في المادة والفضاء في مثل هذه الحالة. القانون العامالنسبية غير قابلة للتطبيق هنا، لذلك من المستحيل إنشاء وصف رياضي ومعادلات للنمذجة.
   إن الاستحالة الأساسية للحصول على إجابة لسؤال حول الحالة الأولية للكون تشوه النظرية منذ البداية. تفضل شروحاتها العلمية الشعبية الصمت أو الإشارة فقط إلى تجاوز هذا التعقيد. ومع ذلك، بالنسبة للعلماء الذين يعملون على توفير أساس رياضي لنظرية الانفجار الكبير، فإن هذه الصعوبة تعتبر عقبة رئيسية.
2. الفلك. وفي هذا المجال تواجه نظرية الانفجار الأعظم حقيقة عدم قدرتها على وصف عملية نشأة المجرات. بناءً على الإصدارات الحالية من النظريات، من الممكن التنبؤ بكيفية ظهور سحابة الغاز المتجانسة. علاوة على ذلك، يجب أن تكون كثافته الآن حوالي ذرة واحدة لكل متر مكعب. للحصول على شيء أكثر، لا يمكنك الاستغناء عن ضبط الحالة الأولية للكون. يصبح نقص المعلومات والخبرة العملية في هذا المجال عقبات خطيرة أمام مواصلة النمذجة.

كما أن هناك تناقضا بين الكتلة المحسوبة لمجرتنا والبيانات التي تم الحصول عليها من خلال دراسة سرعة جذبها إليها، وعلى ما يبدو فإن وزن مجرتنا أكبر بعشر مرات مما كان يعتقد سابقا.

علم الكونيات وفيزياء الكم

لا توجد اليوم نظريات كونية لا تعتمد على ميكانيكا الكم. فهو بعد كل شيء يتناول وصف السلوك الذري والفرق بين فيزياء الكم والكلاسيكية (التي شرحها نيوتن) هو أن الثاني يلاحظ ويصف الأشياء المادية، والأول يفترض وصفًا رياضيًا حصريًا للملاحظة والقياس نفسه. . لفيزياء الكم القيم الماديةلا تمثل موضوع البحث، فهنا يكون الراصد نفسه جزءًا من الموقف قيد الدراسة.

بناءً على هذه الميزات، تواجه ميكانيكا الكم صعوبة في وصف الكون، لأن الراصد جزء من الكون. ومع ذلك، عند الحديث عن ظهور الكون، فمن المستحيل تخيل المراقبين الخارجيين. توجت محاولات تطوير نموذج دون مشاركة مراقب خارجي بنظرية الكم عن أصل الكون بقلم جيه ويلر.

جوهرها هو أنه في كل لحظة من الزمن ينقسم الكون ويتشكل عدد لا حصر له من النسخ. ونتيجة لذلك، يمكن ملاحظة كل من الأكوان الموازية، ويمكن للمراقبين رؤية جميع البدائل الكمومية. علاوة على ذلك، فإن العوالم الأصلية والجديدة حقيقية.

نموذج التضخم

المهمة الرئيسية التي صممت نظرية التضخم لحلها هي البحث عن إجابات للأسئلة التي تركتها نظرية الانفجار الأعظم ونظرية التوسع دون إجابة. يسمى:

1. ما سبب توسع الكون؟
2. ما هو الانفجار الكبير؟

ولتحقيق هذه الغاية، تتضمن النظرية التضخمية لأصل الكون استقراء التوسع إلى الزمن صفر، وحصر كتلة الكون بأكملها في نقطة واحدة وتشكيل التفرد الكوني، والذي غالبًا ما يسمى بالانفجار الكبير.

إن عدم أهمية النظرية النسبية العامة، والتي لا يمكن تطبيقها في هذه اللحظة، يصبح واضحا. ونتيجة لذلك، يمكن فقط تطبيق الأساليب النظرية والحسابات والاستنتاجات لتطوير نظرية أكثر عمومية (أو "فيزياء جديدة") وحل مشكلة التفرد الكوني.

نظريات بديلة جديدة

على الرغم من نجاح نموذج التضخم الكوني، إلا أن هناك علماء يعارضونه، ويصفونه بأنه لا يمكن الدفاع عنه. حجتهم الرئيسية هي انتقاد الحلول التي تقترحها النظرية. يجادل المعارضون بأن الحلول التي تم الحصول عليها تترك بعض التفاصيل مفقودة، أي أنه بدلاً من حل مشكلة القيم الأولية، فإن النظرية تغطيها بمهارة فقط.

والبديل هو عدة نظريات غريبة، تقوم فكرتها على تكوين القيم الأولية قبل الانفجار الأعظم. يمكن وصف النظريات الجديدة لأصل الكون بإيجاز على النحو التالي:

• نظرية الأوتار. ويقترح أتباعها، بالإضافة إلى الأبعاد الأربعة المعتادة للمكان والزمان، تقديم أبعاد إضافية. يمكن أن يلعبوا دورًا في المراحل المبكرة من الكون، وفي الوقت الحالي يكونون في حالة مضغوطة. وللإجابة على سؤال حول سبب انضغاطها، يقدم العلماء إجابة مفادها أن خاصية الأوتار الفائقة هي ازدواجية T. لذلك، يتم "جرح" الأوتار إلى أبعاد إضافية ويكون حجمها محدودًا.
• نظرية براين. وتسمى أيضًا نظرية M. وفقًا لافتراضاته، في بداية عملية تكوين الكون، يوجد زمكان بارد وثابت خماسي الأبعاد. أربعة منها (مكانية) لها قيود أو جدران - ثلاثة أغشية. تعمل مساحتنا كأحد الجدران، والثاني مخفي. يقع الغشاء الثلاثي الثالث في فضاء رباعي الأبعاد ويحده غشاءان حدوديان. تدرس النظرية اصطدام الغشاء الثالث مع غشاءنا وإطلاقه كمية كبيرةطاقة. هذه الظروف هي التي أصبحت مواتية لظهور الانفجار الأعظم.

1. تنكر النظريات الدورية تفرد الانفجار الأعظم، بحجة أن الكون يتحرك من حالة إلى أخرى. المشكلة في مثل هذه النظريات هي زيادة الإنتروبيا، وفقا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية. وبالتالي كانت مدة الدورات السابقة أقصر، وكانت درجة حرارة المادة أعلى بكثير مما كانت عليه أثناء الانفجار الكبير. احتمال حدوث هذا منخفض للغاية.

بغض النظر عن عدد النظريات الموجودة حول أصل الكون، فإن نظريتين فقط صمدت أمام اختبار الزمن وتغلبتا على مشكلة الإنتروبيا المتزايدة باستمرار. تم تطويرها من قبل العلماء ستينهاردت توروك وباوم فرامبتون.

تم طرح هذه النظريات الجديدة نسبيًا حول أصل الكون في الثمانينيات من القرن الماضي. ولهم أتباع كثر يقومون بتطوير نماذج مبنية عليها، ويبحثون عن أدلة موثوقيتها ويعملون على إزالة التناقضات.

نظرية الأوتار

إحدى النظريات الأكثر شعبية حول أصل الكون - قبل الانتقال إلى وصف فكرتها، من الضروري فهم مفاهيم أحد أقرب منافسيها، وهو النموذج القياسي. ويفترض أن المادة وتفاعلاتها يمكن وصفها بأنها مجموعة معينة من الجسيمات، مقسمة إلى عدة مجموعات:

• جسيمات دون الذرية.
• اللبتونات.
• البوزونات.

وهذه الجسيمات هي في الواقع اللبنات الأساسية للكون، لأنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تقسيمها إلى مكونات.

السمة المميزة لنظرية الأوتار هي التأكيد على أن مثل هذه الطوب ليست جزيئات، ولكنها أوتار فائقة المجهر تهتز. وفي الوقت نفسه، تتقلب تردد مختلف، تصبح الأوتار نظائرها من الجسيمات المختلفة الموصوفة في النموذج القياسي.

لفهم النظرية، عليك أن تدرك أن الأوتار ليست مادة، بل هي طاقة. ولذلك، تستنتج نظرية الأوتار أن جميع عناصر الكون مكونة من طاقة.

التشبيه الجيد سيكون النار. عند النظر إليها، يكون لدى المرء انطباع بأنها مادية، لكن لا يمكن لمسها.

علم الكونيات لأطفال المدارس

تتم دراسة نظريات أصل الكون لفترة وجيزة في المدارس خلال دروس علم الفلك. يتم وصف النظريات الأساسية للطلاب حول كيفية تشكل عالمنا، وما يحدث له الآن وكيف سيتطور في المستقبل.

الغرض من الدروس هو تعريف الأطفال بطبيعة تكوين الجزيئات الأولية والعناصر الكيميائية والأجرام السماوية. تتلخص نظريات أصل الكون للأطفال في عرض تقديمي لنظرية الانفجار الكبير. يستخدم المعلمون المواد المرئية: الشرائح والجداول والملصقات والرسوم التوضيحية. مهمتهم الرئيسية هي إيقاظ اهتمام الأطفال بالعالم المحيط بهم.