كل شيء عن الانفجار الكبير. ماذا حدث قبل الانفجار الكبير

يسمى العلم الذي يدرس الكون ككل والمجرات الكبرى كجزء من الكون علم الكونيات. يقترح جورج جامو، عالم الفيزياء النظرية الأمريكي، أن كوننا، أي. Metagalaxy، ولد في حالة حارة مع درجة حرارة حوالي 10 32 ك. وقد أطلق جامو على هذا النموذج اسم “علم الكونيات الانفجار الكبير”.

عمل جاموف على هذا النموذج لمدة 10 سنوات. وفي عام 1948 نشر النظرية " .الانفجار العظيم " وفقا للنظرية "الانفجار العظيم"كوننا يتوسع. بدأ التوسع منذ 15 مليار سنةمن الحالة الأولية الساخنة جدًا. ووفقا لهذه النظرية، في اللحظة الأولى كانت مادة الكون في حالة من الفراغ المادي. كان الفراغ المادي في حالة غير مستقرة ومثارة منذ أن كان كذلك طاقة هائلة: w=، حيث g/cm3 هي كثافة المادة الفراغية، و مع- سرعة الضوء. الطاقة تخلق ضغطا هائلا. في لحظة من الزمن 10 43 ثانية،وبسبب الضغط الهائل يبدأ تضخم الفراغ، أي. يبدأ الفراغ بفقدان الطاقة. من لحظة 10 إلى 43 ثانية. حتى 10─35 ثانية، تتوسع المادة الفراغية بشكل كبير ويزداد حجمها بمقدار 1050 مرة. في الفترة الزمنية من 10 إلى 35 ثانية إلى 10 إلى 32 ثانية، المرحلة الانتقاليةأي «الانفجار الكبير»، الذي تمر خلاله حالة الفراغ للمادة تأثير النفقيتحول إلى كون حار كثيف مع ارتفاع درجة الحرارة 10 32 ك,مع المادة في الشكل موجات كهرومغناطيسية(موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء والمرئية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما).

وهكذا ولد عالمنا في هذا الشكل كرة نارية، والذي كان يسمى "إيليم"(اليليم اليوناني - المسألة الأولية). كان إيلم غازًا محايدًا للموجات الكهرومغناطيسية والجسيمات الأولية.

بسبب السريع ملحقات,مسألة الكون يبردويبدأ ظهور جزيئات الإشعاع. في البداية، كان عدد الجسيمات والجسيمات المضادة متساويًا. ثم يحدث ذلك انتهاك عفويالتناظر، وهذا يؤدي إلى غلبة الجسيمات على الجسيمات المضادة. في الثواني الأولى بعد الانفجار يولدون هادرونات(الباريونات والميزونات). بعد تقريبا 1000 ثانيةبعد الانفجار تصبح درجة الحرارة تقريبا 10 10 كوتنتهك المساواة بين تركيزات البروتونات والنيوترونات لأن عمر البروتونات متساوي 10 31 سنة، ويستمر عمر النيوترون حوالي 800 ثانية. تتحلل النيوترونات ويتم تحديد النسب: 77% بروتونات و22% نيوترونات. في الفترة الزمنية من 1000 ثانية إلى 10000 ثانية، يحدث تكوين ذرات الهيدروجين والهيليوم الخفيفة. تدخل جميع النيوترونات تقريبًا في تكوين نواة الهيليوم، ويتم إنشاء العلاقة التالية: 77% هيدروجين و22% هيليوم.

يقسم العلماء الفترة الزمنية لتكوين الكون إلى: أربعة "عصور"وفقا للشكل السائد لوجود المادة.

1. عصر الهادرونيستمر 0.0001 ثانية. عصر الهادرون هو عصر الجسيمات الثقيلة. كثافة الجسيمات هي ρ>10 14 جم/سم 3، ودرجة الحرارة T>10 12 ك. في نهاية العصر، يحدث انتهاك مفاجئ للتناظر، والمساواة بين الجسيمات والجسيمات المضادة. يعتبر سبب كسر التماثل هو عدم الحفاظ على شحنة الباريون. ونتيجة لذلك، لكل مليون (10 6) جسيم مضاد، هناك مليون زائد واحد (10 6 +1) جسيم.

2. عصر اللبتونات. مدة العصر من 0.0001 ثانية إلى 10 ثانية، درجة الحرارة من 10 10 كلفن إلى 10 12 كلفن، الكثافة من 10 4 إلى 10 14 جم/سم 3 . في هذا العصر، يلعب الدور الرئيسي جزيئات الضوءوتشارك في التفاعلات بين البروتونات والنيوترونات. تحدث تحولات متبادلة للبروتونات إلى نيوترونات والعكس. تتراكم الميزونات والإلكترونات والنيوترينوات وجسيماتها المضادة تدريجيًا. في نهاية عصر اللبتونات يحدث إبادة الجسيمات والجسيمات المضادة. وهكذا تختفي الجسيمات المضادة في الكون، تاركة الجسيمات والإشعاع. يصبح الكون شفافًا أمام النيوترينوات الإلكترونية. لقد نجت هذه النيوترينوات حتى يومنا هذا.

3. عصر الإشعاع.مدتها 70 مليون سنة، وتنخفض درجة الحرارة من 1010 كلفن إلى 3000 كلفن، والكثافة من 104 إلى 10-21 جم/سم3. ومع بداية عصر الإشعاع، أصبح عدد البروتونات والنيوترونات متساويًا تقريبًا. ومع انخفاض درجة الحرارة تقل الكمية هناك المزيد من البروتوناتبسبب اضمحلال النيوترونات. في نهاية العصر، تنشأ الظروف اللازمة لتكوين الذرات الأولية، ونتيجة لذلك عهد جديد- عصر المادة.

4. عصر المادة.بدأت هذه الحقبة بعد 70 مليون سنة من "الانفجار الكبير" بدرجة حرارة حوالي 3000 كلفن وكثافة تبلغ حوالي 10 4 جم/سم 3. في بداية العصر، كانت كثافة الإشعاع وكثافة المادة (الجسيمات) متساوية - حوالي 10 −26 جم/سم 3، وكانتا في ظروف التوازن الحراري. في التوازن لا تحدث العملية التطورية، أي. لا يمكن أن تصبح المادة أكثر تعقيدًا. ومع ذلك، مع توسع الكون، تبرد المادة ويبرد الإشعاع وفقًا لقوانين مختلفة. تنخفض درجة حرارة المادة بنسبة عكسية مع مربع حجم الكون: مادة T ~1/R2. تنخفض درجة حرارة الإشعاع بنسبة عكسية مع حجم الكون: الإشعاع T ~ 1 / R.لذلك، تبرد المادة بشكل أسرع. ينتقل الكون من حالة التوازن إلى حالة عدم التوازن. القوى الجاذبية تخلق عدم الاستقرار، وتنشأ حركة مضطربة موجات الصدمة. كل هذا يؤدي إلى تجزئة مادة الكون. وتتشكل سحب غازية صغيرة وكبيرة، تتكون من الإشعاع والجسيمات الأولية وذرات الهيدروجين والهيليوم. وفي الفترة الزمنية من 3 ساعات إلى 3 ملايين سنة، تتشكل النجوم من السحب الصغيرة، وتتشكل المجرات بأكملها من السحب الكبيرة.

آلية تكوين النجوم للعالم الأمريكي ترومبلير (1930) وأوضح لأول مرةوحقيقة أن سحابة الغاز والغبار تنضغط وتسخن، فإن الضغط ودرجة الحرارة في الداخل يزدادان، مما يؤدي إلى إبطاء الضغط. عند 20 مليون درجة يبدأ التفاعل النووي ويحدث انفجار ويظهر نجم جديد. قامت شمسنا بهذه الرحلة في حوالي مليون سنة، أي منذ حوالي 5 مليارات سنة.

الانفجار الكبير هو إحدى تلك النظريات التي تحاول ذلك كلياتتبع تاريخ ولادة الكون، وتحديد 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، يفترض التدخل الإلهي، و العالم العلميأيد فرضية أرسطو حول الطبيعة الساكنة 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 الكبير؟

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 يعرف 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 درجة الحرارة الممكنةالإشعاع 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. أجريت القياسات اللاحقة للخلفية الكونية في الفضاء الخارجيوأخيرا أثبتت 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. تم تطويره من قبل الفيزيائيين اساس نظرىولادة 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. وفق أحدث الأبحاثتم وضع بداية الكون منذ 13.7 مليار سنة على الأقل.

فترات البداية في تكوين الكون

اللحظة الأولى التي يُسمح بإعادة إعمارها النظريات الفيزيائية، هو 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 درجة الحرارة في نقاط مختلفةهل الكون هو نفسه؟ 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. أول نواة تشكلت كانت المدى القصيرالوجود، تفككت خلال اشتباكات لا مفر منهامع جزيئات أخرى. 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

في حالة استخدام النظرية العامةالنسبية وحقيقة التوسع المستمر للكون، بالعودة إلى بداية الزمن، فإن حجم الكون سيكون مساوياً 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؟

العلماء يفكرون في اثنين الخيارات الممكنةالتطورات: توسع الكون لن ينتهي أبدًا، أو سيصل نقطة حرجةوسوف تبدأ عملية عكسية- الضغط. ويعتمد هذا الاختيار الأساسي على متوسط ​​كثافة المادة في تركيبها. إذا كانت القيمة المحسوبة أقل من القيمة الحرجة، فإن التوقعات تكون مواتية، وإذا كانت أكثر من ذلك، فسيعود العالم إلى حالة فردية. 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 لأحد الإصدارات العديدة، التي تنتمي إلى A. Yu.Glushko، كانت المادة الأصلية المضغوطة في نقطة ما 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 نشأة الحياة. ولكن بحلول هذه الفترة لم يتشكل سوى عدد قليل من الكواكب.

تساعد الملاحظات والأبحاث الفلكية في العثور على إجابات 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 لظهور الكون ليس له تفسير صارم ومتناغم، إلا أن نظرية الانفجار الكبير اكتسبت كمية كافيةالتأكيدات التي تجعله النموذج الرئيسي والمقبول لنشوء الكون.

الانفجار العظيم

الانفجار العظيم. هذا هو اسم النظرية، أو بالأحرى إحدى النظريات، حول أصل أو، إذا أردت، خلق الكون. ربما يكون الاسم تافهًا جدًا بالنسبة لمثل هذا الحدث المرعب والمذهل. إنه أمر مخيف بشكل خاص إذا سبق لك أن سألت نفسك أسئلة صعبة للغاية حول الكون.

على سبيل المثال، إذا كان الكون هو كل ما هو موجود، فكيف بدأ؟ وماذا حدث قبل ذلك؟ إذا لم يكن الفضاء لانهائيا، فماذا يوجد وراءه؟ وأين يجب أن يكون هذا الشيء مناسبًا بالفعل؟ كيف يمكننا أن نفهم كلمة "لانهائي"؟

هذه الأشياء يصعب فهمها. علاوة على ذلك، عندما تبدأ في التفكير في الأمر، ينتابك شعور غريب بوجود شيء مهيب ورهيب. لكن الأسئلة المتعلقة بالكون هي من أهم الأسئلة التي طرحتها البشرية على نفسها طوال تاريخها.

ما هي بداية وجود الكون؟

معظم العلماء مقتنعون بأن وجود الكون بدأ بانفجار هائل للمادة حدث منذ حوالي 15 مليار سنة. لسنوات عديدة، شارك معظم العلماء في الفرضية القائلة بأن بداية الكون قد تم وضعها نتيجة لانفجار عظيم، والذي أطلق عليه العلماء مازحين اسم "الانفجار الكبير". في رأيهم، كل المادة وكل الفضاء، الذي يمثله الآن مليارات وملايين المجرات والنجوم، قبل 15 مليار سنة، يتناسب مع مساحة صغيرة لا تزيد عن بضع كلمات في هذه الجملة.

مواد ذات صلة:

أكثر الكواكب الكبرىكون

كيف تم تشكيل الكون؟

ويعتقد العلماء أنه قبل 15 مليار سنة، انفجر هذا الحجم الصغير إلى جزيئات صغيرة أصغر من الذرات، مما أدى إلى ظهور الكون. في البداية كان سديمًا جسيمات دقيقة. وفي وقت لاحق، عندما اتحدت هذه الجسيمات، تشكلت الذرات. تشكلت المجرات النجمية من الذرات. منذ ذلك الانفجار الكبير، استمر الكون في التوسع، مثل البالون المتضخم.

شكوك حول نظرية الانفجار الكبير

ولكن على مدى السنوات القليلة الماضية، قام العلماء الذين يدرسون بنية الكون بالعديد من الاكتشافات غير المتوقعة. ومنهم من يشكك في نظرية الانفجار الكبير. ماذا يمكنك أن تفعل، عالمنا لا يتوافق دائما مع أفكارنا المريحة حول هذا الموضوع.

توزيع المادة أثناء الانفجار

إحدى المشاكل هي الطريقة التي يتم بها توزيع المادة في جميع أنحاء الكون. عندما ينفجر جسم ما، فإن محتوياته تتناثر بالتساوي في جميع الاتجاهات. بمعنى آخر، إذا تم ضغط المادة في البداية إلى حجم صغير ثم انفجرت، فيجب أن تكون المادة موزعة بالتساوي في جميع أنحاء مساحة الكون.

لكن الواقع يختلف كثيراً عن الأفكار المتوقعة. نحن نعيش في عالم مملوء بشكل غير متساوٍ للغاية. عند النظر إلى الفضاء، تظهر كتل فردية من المادة على مسافة من بعضها البعض. المجرات الضخمة منتشرة هنا وهناك في جميع أنحاء الفضاء الخارجي. توجد بين المجرات مساحات شاسعة من الفراغ غير المملوء. للمزيد من مستوى عاليتم تجميع المجرات في مجموعات - مجموعات، وهذه الأخيرة - في مجموعات ضخمة. مهما كان الأمر، لم يتوصل العلماء بعد إلى اتفاق بشأن مسألة كيف ولماذا تشكلت هذه الهياكل بالضبط. بالإضافة إلى ذلك، ظهرت مؤخرًا مشكلة جديدة أكثر خطورة في كل شيء.

إجابة السؤال "ما هو الانفجار الكبير؟" يمكن الحصول عليها خلال مناقشة طويلة، لأنها تستغرق الكثير من الوقت. سأحاول شرح هذه النظرية بإيجاز وفي صلب الموضوع. لذا، تفترض نظرية الانفجار الكبير أن كوننا ظهر فجأة إلى الوجود منذ حوالي 13.7 مليار سنة (كل شيء جاء من لا شيء). وما حدث بعد ذلك لا يزال يؤثر على كيفية وبأي طرق يتفاعل كل شيء في الكون مع بعضها البعض. دعونا نفكر النقاط الرئيسية للنظرية.

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: لقد حاول نيوتن البناء الصورة الكبيرةلكن الكون، في جميع الأحوال، ينهار 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. وأعطي علم الكونيات الفرصة لطلب الدعم فيه الملاحظات الفلكيةفقط 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. تعليم 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 تكون متناسبة 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 تجريبيًا من خلال معالجة البيانات المتعلقة بمسافة أربع وعشرين مجرة ​​والانزياح الأحمر للضوء القادم منها. وبعد خمس سنوات، قدم هابل ومساعده الرصدي ميلتون هوماسون 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: تكوين النسبة المئويةتوزيع العناصر الكيميائيةفي الكون استنادًا إلى نموذج Lemaitre (تم تنفيذ هذا العمل لأول مرة بواسطة Chandrasekhar في عام 1942) يتعارض 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" كثيراً 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.

نظرية جامو لفترة طويلةكان يُطلق عليه أكاديميًا تمامًا - "النموذج الديناميكي المتطور". ومن الغريب أن عبارة "الانفجار الكبير" لم يصغها مؤلف هذه النظرية ولا حتى مؤيدها. في عام 1949، دعا بيتر لاسليت، المنتج العلمي في بي بي سي، فريد هويل لإعداد 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 عاليةومعبأة 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 الظروف كثافة عاليةالمادة في الدقائق الأولى من وجود الكون، لا تزال مثل هذه التفاعلات تحدث في بعض الأحيان، وهو ما يفسر التركيز المنخفض للغاية لذرات الليثيوم الأقدم.

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 رعب؟

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". ها الشخصية الرئيسيةوجد 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 ملخصًا عامًا لها، وهويل في منشور منفصل " نموذج جديد"الكون المتوسع" - حسابات رياضية. اتخذ معادلات النسبية العامة كأساس، لكنه أضافها إلى "حقل الخلق" الافتراضي (المجال C)، الذي له ضغط سلبي. ظهر شيء من هذا القبيل بعد 30 عامًا في النظريات الكونية التضخمية وهو ما أكده 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. تمت إزالة السؤال عن سبب عدم تسجيل الأدوات لهذه العمليات على الفور - فهي بطيئة جدًا بالمعايير الإنسانية. لم يواجه علم الكونيات الجديد أي صعوبات مرتبطة بعمر الكون، وهذه المشكلة ببساطة لم تكن موجودة بالنسبة 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 كفاية التلسكوبات القوية.

الانتصار والهزيمة

لأكثر من 15 عامًا، كانت النظريات المتنافسة تتقاتل على قدم المساواة تقريبًا. صحيح، في عام 1955 عالم الراديو الإنجليزي والمستقبل حائز على جائزة نوبلاكتشف مارتن رايل أن كثافة المصادر الراديوية الخافتة الموجودة على المحيط الكوني أكبر منها 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. لديها أيضا منافسين الأعمار المختلفةلكن 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.