كم عدد العوالم في كوننا. كم عدد الأكوان الموجودة في العالم؟ مزيد من تطوير علم الكونيات
يتم لعب دور مهم في تحديد عمر الكون من خلال تخصيص مراحل تطوره من بداية الانفجار العظيم.
تطور الكون ومراحل تطوره
من المعتاد اليوم التمييز بين المراحل التالية من تطور الكون:
- وقت بلانك - الفترة من 10 -43 إلى 10-11 ثانية. في هذه الفترة الزمنية القصيرة ، كما يعتقد العلماء ، "انفصلت" قوة الجاذبية عن بقية قوى التفاعل.
- كانت فترة ولادة الكواركات من 10-11 إلى 10-2 ثانية. خلال هذه الفترة ، حدث ولادة الكواركات وفصل القوى الفيزيائية المعروفة للتفاعل.
- العصر الحديث - بدأ بعد 0.01 ثانية من الانفجار العظيم ويستمر حتى الآن. خلال هذه الفترة الزمنية ، تشكلت جميع الجسيمات الأولية والذرات والجزيئات والنجوم والمجرات.
من الجدير بالذكر أن فترة مهمة في تطور الكون هي الوقت الذي أصبح فيه شفافًا للإشعاع - ثلاثمائة وثمانين ألف سنة بعد الانفجار العظيم.
طرق تحديد عمر الكون
ما هو عمر الكون؟ قبل محاولة اكتشاف ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن عمرها يُعتبر من وقت الانفجار العظيم. اليوم ، لا أحد يستطيع أن يقول بثقة تامة كم عدد السنوات التي ظهر فيها الكون. إذا نظرت إلى الاتجاه ، فمع مرور الوقت ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن عمرها أكبر مما كان يعتقد سابقًا.
تظهر أحدث الحسابات التي أجراها العلماء أن عمر كوننا هو 13.75 ± 0.13 مليار سنة. وفقًا لبعض الخبراء ، قد يتم تعديل الرقم النهائي في المستقبل القريب وتعديله إلى خمسة عشر مليار سنة.
تعتمد الطريقة الحديثة لتقدير عمر الفضاء الخارجي على دراسة النجوم والعناقيد والأجسام الفضائية "القديمة". تعتبر تقنية حساب عمر الكون عملية معقدة وواسعة النطاق. سننظر فقط في بعض مبادئ وطرق الحساب.
مجموعات ضخمة من النجوم
من أجل تحديد عمر الكون ، يفحص العلماء مناطق في الفضاء بها مجموعة كبيرة من النجوم. كون الجسم في نفس المنطقة تقريبًا ، يكون له نفس العمر. تتيح الولادة المتزامنة للنجوم للعلماء تحديد عمر العنقود.
باستخدام نظرية "تطور النجوم" ، قاموا ببناء الرسوم البيانية وإجراء حسابات متعددة الأسطر. يتم أخذ بيانات الكائنات من نفس العمر ولكن كتل مختلفة في الاعتبار.
بناءً على النتائج التي تم الحصول عليها ، من الممكن تحديد عمر الكتلة. من خلال الحساب المسبق للمسافة إلى مجموعة من العناقيد النجمية ، يحدد العلماء عمر الكون.
هل تمكنت من تحديد عمر الكون بالضبط؟ وفقًا لحسابات العلماء ، كانت النتيجة غامضة - من 6 إلى 25 مليار سنة. لسوء الحظ ، هذه الطريقة لها عدد كبير منالتعقيدات. لذلك ، هناك خطأ جسيم.
سكان الفضاء القدماء
من أجل فهم عدد سنوات وجود الكون ، يراقب العلماء الأقزام البيضاء في مجموعات كروية. هم الرابط التطوري التالي بعد العملاق الأحمر.
في عملية الانتقال من مرحلة إلى أخرى ، لا يتغير وزن النجم عمليا. لا تمتلك الأقزام البيضاء اندماجًا نوويًا حراريًا ، لذا فهي تبعث الضوء بسبب الحرارة المتراكمة. إذا كنت تعرف العلاقة بين درجة الحرارة والوقت ، يمكنك تحديد عمر النجم. يقدر عمر أقدم عنقود بحوالي 12-13.4 مليار سنة. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة مرتبطة بتعقيد مراقبة مصادر الإشعاع الضعيفة إلى حد ما. هناك حاجة إلى تلسكوبات ومعدات شديدة الحساسية. لحل هذه المشكلة ، يشارك تلسكوب هابل الفضائي القوي.
"مرقة" الكون البدائية
من أجل تحديد عمر الكون ، يلاحظ العلماء أشياء تتكون من مادة أولية. لقد نجوا حتى عصرنا بفضل معدل التطور البطيء. استكشاف التركيب الكيميائيكائنات مماثلة ، يقارنها العلماء ببيانات عن الفيزياء النووية الحرارية. بناءً على النتائج التي تم الحصول عليها ، يتم تحديد عمر النجم أو المجموعة. أجرى العلماء دراستين مستقلتين. كانت النتيجة متشابهة تمامًا: وفقًا للأول - 12.3-18.7 مليار سنة ووفقًا للثانية - 11.7-16.7.
الكون الآخذ في الاتساع والمادة المظلمة
هناك عدد كبير من النماذج لتحديد عمر الكون ، لكن النتائج مثيرة للجدل إلى حد كبير. اليوم هناك طريقة أكثر دقة. يعتمد على حقيقة أن الفضاء الخارجي يتوسع باستمرار منذ الانفجار العظيم.
في البداية ، كانت المساحة أصغر ، بنفس كمية الطاقة كما هي الآن.
وفقًا للعلماء ، بمرور الوقت ، "يفقد" الفوتون الطاقة ويزداد الطول الموجي. بناءً على خصائص الفوتونات ووجود المادة السوداء ، قمنا بحساب عمر كوننا. تمكن العلماء من تحديد عمر الفضاء الخارجي ، حيث بلغ 13.75 ± 0.13 مليار سنة. تسمى طريقة الحساب هذه Lambda-Cold Dark Matter - النموذج الكوني الحديث.
قد تكون النتيجة خاطئة
ومع ذلك ، لا يدعي أي من العلماء أن هذه النتيجة دقيقة. يتضمن هذا النموذج العديد من الافتراضات المشروطة التي يتم أخذها كأساس. ومع ذلك ، في الوقت الحالي ، تعتبر طريقة تحديد عمر الكون هذه هي الأكثر دقة. في عام 2013 ، كان من الممكن تحديد معدل تمدد الكون - ثابت هابل. كانت 67.2 كيلومترًا في الثانية.
باستخدام بيانات أكثر دقة ، قرر العلماء أن عمر الكون يبلغ 13 مليارًا و 798 مليون سنة.
ومع ذلك ، فإننا نفهم أنه تم استخدام النماذج المقبولة عمومًا في عملية تحديد عمر الكون (الشكل المسطح كرويًا ، ووجود المادة المظلمة الباردة ، وسرعة الضوء كأقصى ثابت). إذا تبين أن افتراضاتنا حول الثوابت والنماذج المقبولة عمومًا في المستقبل خاطئة ، فسيستلزم ذلك إعادة حساب البيانات التي تم الحصول عليها.
هل الكون لانهائي أم له نهاية؟ يقول الفيزيائي براين جرين ، إذا كان لانهائيًا ، فهذا يعني أنه لا بد من وجود أكوان متوازية.
شرح الفكرة في مقابلة مع NPR باستخدام استعارة: "تخيل الكون كمجموعة أوراق. إذا قمت بخلط الأوراق ، فستحدث الكثير من التغييرات" ، كما يقول برايان جرين. "إذا قمت بخلط هذه المجموعة لفترة كافية ، يمكن أن يعيد ترتيب البطاقات نفسه. ثم الشيء نفسه مع الكون اللامتناهي. مع مجموعة محدودة من مجموعات المادة ، يجب تكرار ترتيب ترتيبها يومًا ما. "
ووفقًا له ، فإن العديد من العلماء النظريين يفكرون بجدية في إمكانية وجود الكون المتعدد. فيما يلي بعض الفرضيات الموجودة.
1. الأكوان الفقاعية
يعتقد عالم الكونيات ألكسندر فيلينكين من جامعة تافتس أن مناطق الفضاء المنفصلة بعد الانفجار العظيم يمكن أن تتوسع ، مما أدى إلى تكوين أكوان فقاعية منعزلة.
وفقًا لنظرية فيليتكين ، توقفت فقاعتنا عن التوسع ، مما خلق ظروفًا معينة في كوننا. ومع ذلك ، ربما استمرت الفقاعات الأخرى في التوسع ، مما تسبب في حدوث ذلك الخصائص الفيزيائيةلا تشبه تلك الأكوان على الإطلاق تلك التي نلاحظها في كوننا.
2. الكون بمثابة صورة ثلاثية الأبعاد
تنظر نظرية الأوتار إلى الكون على أنه مجموعة من الأوتار الرفيعة للغاية والمتذبذبة. هذه الأوتار تخلق قوة تعرف بالجاذبية. عالم الأوتار هو نوع من الهولوغرام المسقط من بُعد كوني منخفض يكون أبسط وأكثر تسطحًا وليس له جاذبية.
3 قد يكون فراغ هائل في الفضاء بابًا لكون آخر
لقد حير فراغ يبلغ مليار سنة ضوئية في الفضاء العلماء عندما تم اكتشافه في عام 2007. ثم في عام 2009 ، تم اكتشاف فراغ كوني آخر يمتد على 3.5 مليار سنة ضوئية. لا يمكن تفسير هذه الظاهرة بالمعرفة الحديثة حول بنية الكون وتطوره. لا يمكن أن تكون الفراغات بمثل هذه النسب الهائلة قد تشكلت في الوقت منذ الانفجار العظيم. كان الأمر سيستغرق وقتًا أطول لتعليمهم.
تعتقد Laura Mersini-Hugton ، عالمة الفيزياء والأستاذة بجامعة نورث كارولينا ، أن هذا أثر لكون آخر خارج كوننا. وفقًا لفرضيتها ، تشابك الكمبين كوننا وكون آخر خلقت هذه الفراغات كقسم بين الأكوان.
4. الأكوان المتوازية التي يمكن أن تصطدم مع بعضها البعض
يمكن أن يكون سبب الانفجار العظيم الذي شكل الكون هو اصطدام كونين ثلاثي الأبعاد في فضاء خارجي آخر. قد يكون الانفجار العظيم مجرد واحد من العديد من الانفجارات الكبيرة. يقول بول شتاينهارد ، أستاذ الفيزياء في جامعة برينستون ، ونيل توروك ، مدير معهد بيريميتر للفيزياء النظرية في أونتاريو ، كندا ، إن تكوين الكون هو عملية دورية.
تستند نظريتهم جزئيًا على نظرية الأوتار الفائقة. في مقدمة كتابهم The Infinite Universe Beyond the Big Bang ، كتبوا: "نحن مقتنعون بأن لحظة الخلق كانت مجرد جزء من حلقة لا نهاية لها من الاصطدامات الهائلة بين كوننا وعالم موازٍ."
أخبار حول هذا الموضوع: في الأوكرانيين ، هناك فرصة فريدة لجمع 50000 يورو والحصول على دعم فنلندا - 3 حقائق شرسة 13 مخيفة عن يوم الجمعة 13-13 مارس 2013 تمطر الماس على زحل والمشتري - 13 أغسطس 2013 الأمراض الخطيرةبأعراض مضحكة - 21 سبتمبر 2013 أشهر 6 لعنات في التاريخ - 19 سبتمبر 2013 جمال ورعب الدمى الحية: أوديسا باربي مع صديقة ذات شعر أحمر - 17 سبتمبر 2013 ظهر تمساح أبيض في فلوريدا مع عيون زرقاء- 13 سبتمبر 2013 - الكفاح ضد السكر في عام 1902 - ملصقات بصرية لمكافحة الكحول - 10 سبتمبر 2013 10 قوالب نمطية عن أمريكا - 5 سبتمبر 2013 رؤساء الدول: من كان جالسًا من أجل ماذا وأين - 5 سبتمبر 2013
قبل ثلاثة عقود ، بدأ ما يسمى بنظرية التضخم في الانتشار في العالم العلمي. في قلب هذا المفهوم تكمن فكرة شكل خاص من المادة يسمى "الفراغ الزائف". تتميز بخصائص طاقة عالية جدًا وضغط سلبي مرتفع. إن الخاصية المدهشة للفراغ الزائف هي الجاذبية الطاردة. يمكن أن تتسع المساحة المليئة بهذا الفراغ بسرعة في اتجاهات مختلفة.
تنتشر "فقاعات" الفراغ الناشئة تلقائيًا بسرعة الضوء ، لكنها عمليًا لا تتصادم مع بعضها البعض ، لأن الفراغ بين هذه التشكيلات يتسع بنفس السرعة. من المفترض أن البشرية تعيش في واحدة من العديد من هذه "الفقاعات" ، والتي يُنظر إليها على أنها كون متوسع.
من وجهة نظر عادية ، فإن "الفقاعات" المتعددة للفراغ الزائف هي سلسلة من الفقاعات الأخرى المكتفية ذاتيًا تمامًا. المهم هو أنه لا توجد روابط مادية مباشرة بين هذه التشكيلات الافتراضية. لذلك ، فإن الانتقال من كون إلى آخر ، للأسف ، لن ينجح.
استنتج العلماء أن عدد الأكوان التي تبدو مثل "الفقاعات" يمكن أن يكون لانهائيًا ، وكل واحدة منها تتوسع دون أي قيود. في الأكوان التي لا تتقاطع أبدًا مع الكون الذي يوجد فيه النظام الشمسي ، يتم تشكيل عدد لا حصر له من الخيارات لتطوير الأحداث. من يدري ، ربما في واحدة من هذه "الفقاعات" يتكرر تاريخ الأرض بالضبط؟
الأكوان المتوازية: الفرضيات تتطلب التأكيد
من الممكن ، مع ذلك ، أن الأكوان الأخرى ، والتي يمكن تسميتها بشكل مشروط بالتوازي ، تستند إلى مبادئ فيزيائية مختلفة تمامًا. حتى مجموعة الثوابت الأساسية في "الفقاعات" يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك المنصوص عليها في الكون الأصلي للبشرية.
من الممكن تمامًا أن الحياة ، إذا كانت نتيجة طبيعية لتطور أي مادة ، في كون موازٍ يمكن أن تُبنى على مبادئ لا تصدق لأبناء الأرض. إذن ما الذي يمكن أن يكون العقل في الأكوان المجاورة؟ حتى الآن ، يمكن فقط لكتاب الخيال العلمي الحكم على هذا.
لا يمكن اختبار فرضية وجود عالم آخر أو حتى العديد من هذه العوالم بشكل مباشر. يعمل الباحثون على جمع "أدلة ظرفية" ، بحثًا عن حلول بديلة لتأكيد الافتراضات العلمية. حتى الآن ، لدى العلماء فقط تخمينات مقنعة إلى حد ما بناءً على نتائج دراسة إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف ، والتي تلقي الضوء على تاريخ أصل الكون.
هل تعلم أن الكون الذي نلاحظه له حدود محددة؟ لقد اعتدنا على ربط الكون بشيء لانهائي وغير مفهوم. ومع ذلك ، فإن العلم الحديث عن سؤال "اللانهاية" للكون يقدم إجابة مختلفة تمامًا لمثل هذا السؤال "الواضح".
وفقًا للمفاهيم الحديثة ، يبلغ حجم الكون المرئي حوالي 45.7 مليار سنة ضوئية (أو 14.6 غيغا فرسخ). لكن ماذا تعني هذه الأرقام؟
السؤال الأول الذي يتبادر إلى ذهن الإنسان العادي هو كيف لا يمكن أن يكون الكون لانهائيًا على الإطلاق؟ يبدو أنه لا جدال في أن وعاء كل شيء موجود حولنا لا ينبغي أن يكون له حدود. إذا كانت هذه الحدود موجودة ، فماذا تمثل؟
لنفترض أن بعض رواد الفضاء قد طار إلى حدود الكون. ماذا سيرى قبله؟ ويقول المحققون السائق تبقى مستمرة؟ حاجز نارى؟ وما وراء ذلك - الفراغ؟ كون آخر؟ ولكن هل يمكن أن يعني الفراغ أو الكون الآخر أننا على حدود الكون؟ هذا لا يعني أنه لا يوجد "شيء". الفراغ والكون الآخر هو أيضًا "شيء ما". لكن الكون هو الذي يحتوي على كل شيء "شيء".
نصل إلى تناقض مطلق. اتضح أن حدود الكون يجب أن تخفي عنا شيئًا لا ينبغي أن يكون. أو أن حدود الكون يجب أن تحجب "كل شيء" عن "شيء ما" ، ولكن هذا "الشيء" يجب أن يكون أيضًا جزءًا من "كل شيء". بشكل عام ، العبث الكامل. إذن كيف يمكن للعلماء أن يدعيوا الحجم النهائي والكتلة وحتى العمر لكوننا؟ هذه القيم ، على الرغم من أنها كبيرة بشكل لا يمكن تصوره ، لا تزال محدودة. هل يجادل العلم مع ما هو واضح؟ للتعامل مع هذا ، دعونا أولاً نلقي نظرة على كيفية توصل الناس إلى الفهم الحديث للكون.
توسيع الحدود
منذ العصور السحيقة ، كان الإنسان مهتمًا بما هو عليه العالم من حولهم. لا يمكنك إعطاء أمثلة عن الحيتان الثلاثة ومحاولات القدماء الأخرى لشرح الكون. كقاعدة عامة ، انتهى الأمر برمته إلى حقيقة أن أساس كل الأشياء هو الجلد الأرضي. حتى في العصور القديمة والعصور الوسطى ، عندما كان لدى علماء الفلك معرفة واسعة بقوانين حركة الكواكب على طول الكرة السماوية "الثابتة" ، ظلت الأرض مركز الكون.
بطبيعة الحال ، حتى في اليونان القديمةوكان هناك من يعتقد أن الأرض تدور حول الشمس. كان هناك من تحدث عن العديد من العوالم ولانهاية الكون. لكن المبررات البناءة لهذه النظريات لم تظهر إلا في بداية الثورة العلمية.
في القرن السادس عشر ، حقق عالم الفلك البولندي نيكولاس كوبرنيكوس أول اختراق كبير في معرفة الكون. لقد أثبت بحزم أن الأرض ليست سوى أحد الكواكب التي تدور حول الشمس. مثل هذا النظام يبسط إلى حد كبير تفسير مثل هذه الحركة المعقدة والمعقدة للكواكب في الكرة السماوية. في حالة الأرض الثابتة ، كان على علماء الفلك أن يبتكروا كل أنواع النظريات البارعة لشرح سلوك الكواكب هذا. من ناحية أخرى ، إذا كان من المفترض أن تكون الأرض متحركة ، فإن تفسير هذه الحركات المعقدة يأتي بشكل طبيعي. وهكذا ، تم تعزيز نموذج جديد يسمى "مركزية الشمس" في علم الفلك.
العديد من شموس
ومع ذلك ، حتى بعد ذلك ، استمر علماء الفلك في حصر الكون في "مجال النجوم الثابتة". حتى القرن التاسع عشر ، لم يتمكنوا من تقدير المسافة إلى النجوم. لعدة قرون ، حاول علماء الفلك دون جدوى اكتشاف الانحرافات في مواقع النجوم بالنسبة للحركة المدارية للأرض (الاختلافات السنوية). لم تسمح أدوات تلك الأوقات بمثل هذه القياسات الدقيقة.
أخيرًا ، في عام 1837 ، قام عالم الفلك الروسي الألماني فاسيلي ستروف بقياس اختلاف المنظر. كان هذا بمثابة خطوة جديدة في فهم مقياس الكون. يمكن للعلماء الآن أن يقولوا بأمان أن النجوم تشبه الشمس بعيدًا. ولم يعد نجمنا مركز كل شيء ، ولكنه "ساكن" متساوٍ من مجموعة نجمية لا نهاية لها.
اقترب علماء الفلك من فهم مقياس الكون ، لأن المسافات إلى النجوم اتضح أنها وحشية حقًا. حتى حجم مدارات الكواكب بدا ضئيلًا مقارنة بهذا الشيء. بعد ذلك ، كان من الضروري فهم كيفية تركيز النجوم.
العديد من طرق درب التبانة
في وقت مبكر من عام 1755 ، توقع الفيلسوف الشهير إيمانويل كانط أسس الفهم الحديث لهيكل الكون الواسع النطاق. لقد افترض أن درب التبانة عبارة عن عنقود نجمي دوار ضخم. في المقابل ، فإن العديد من السدم التي يمكن ملاحظتها هي أيضًا "طرق حليبية" أبعد - أي المجرات. على الرغم من ذلك ، حتى القرن العشرين ، التزم علماء الفلك بحقيقة أن جميع السدم هي مصادر لتشكيل النجوم وهي جزء من مجرة درب التبانة.
تغير الوضع عندما تعلم الفلكيون قياس المسافات بين المجرات باستخدام. اللمعان المطلق للنجوم من هذا النوع يعتمد بشكل صارم على فترة تغيرها. بمقارنة لمعانها المطلق مع اللمعان المرئي ، يمكن للمرء دقة عاليةتحديد المسافة بينهما. تم تطوير هذه الطريقة في أوائل القرن العشرين من قبل أينار هيرتزشرونج وهارلو شيلبي. بفضله ، حدد عالم الفلك السوفيتي إرنست إبيك في عام 1922 المسافة إلى أندروميدا ، والتي تبين أنها كانت مرتبة من حيث الحجم فوق الحجمدرب التبانة.
واصل إدوين هابل مهمة Epic. من خلال قياس سطوع Cepheids في المجرات الأخرى ، قام بقياس المسافة بينها ومقارنتها مع الانزياح الأحمر في أطيافها. لذلك في عام 1929 طور قانونه الشهير. لقد دحض عمله بشكل قاطع وجهة النظر الراسخة بأن درب التبانة هي حافة الكون. الآن هو واحد من العديد من المجرات التي كانت تعتبره ذات يوم جزء لا يتجزأ. تم تأكيد فرضية كانط بعد ما يقرب من قرنين من تطورها.
وبالتالي ، فإن العلاقة بين مسافة المجرة من الراصد وسرعة إزالتها من الراصد ، التي اكتشفها هابل ، جعلت من الممكن تجميع صورة كاملة لهيكل الكون واسع النطاق. اتضح أن المجرات كانت مجرد جزء صغير منه. لقد ارتبطوا في مجموعات ، عناقيد في عناقيد عملاقة. في المقابل ، تنثني العناقيد الفائقة إلى أكبر الهياكل المعروفة في الكون - الخيوط والجدران. هذه الهياكل ، المتاخمة للأشجار الضخمة الضخمة () وتشكل بنية واسعة النطاق للكون المعروف حاليًا.
اللانهاية الظاهرة
مما سبق ، يترتب على ذلك أنه في غضون بضعة قرون فقط ، انتقل العلم تدريجياً من مركزية الأرض إلى فهم حديث للكون. ومع ذلك ، هذا لا يجيب عن سبب تقييد الكون اليوم. بعد كل شيء ، حتى الآن كان الأمر يتعلق فقط بحجم الكون ، وليس حول طبيعته.
أول من قرر تبرير اللانهاية للكون هو إسحاق نيوتن. كشف القانون الجاذبية، كان يعتقد أنه إذا كان الفضاء محدودًا ، فإن جميع أجسادها ستندمج عاجلاً أم آجلاً في كل واحد. قبله ، إذا عبر شخص ما عن فكرة لانهاية الكون ، كان ذلك فقط في مفتاح فلسفي. بدون أي مبرر علمي. مثال على ذلك جيوردانو برونو. بالمناسبة ، مثل كانط ، كان متقدمًا على العلم بقرون عديدة. كان أول من أعلن أن النجوم شموس بعيدة ، وأن الكواكب تدور حولها أيضًا.
يبدو أن حقيقة اللانهاية بحد ذاتها معقولة وواضحة تمامًا ، لكن نقاط التحول في العلم في القرن العشرين زعزعت هذه "الحقيقة".
الكون الثابت
أول خطوة مهمة نحو تطوير نموذج حديث للكون قام بها ألبرت أينشتاين. قدم الفيزيائي الشهير نموذجه للكون الثابت في عام 1917. استند هذا النموذج إلى النظرية العامة للنسبية التي طورها قبل عام. وفقًا لنموذجه ، الكون لانهائي في الزمان ومحدود في الفضاء. لكن بعد كل شيء ، كما ذكرنا سابقًا ، وفقًا لنيوتن ، يجب أن ينهار الكون ذي الحجم المحدود. للقيام بذلك ، قدم أينشتاين الثابت الكوني ، والذي عوض عن جاذبية الأجسام البعيدة.
بغض النظر عن مدى التناقض الذي قد يبدو عليه ، لم يحد أينشتاين من محدودية الكون. في رأيه ، الكون عبارة عن غلاف مغلق من الغلاف الفائق. التشبيه هو سطح كرة ثلاثية الأبعاد عادية ، على سبيل المثال ، كرة أرضية أو الأرض. بغض النظر عن مقدار السفر الذي يسافر به المسافر حول الأرض ، فلن يصل أبدًا إلى حافتها. ومع ذلك ، هذا لا يعني أن الأرض لانهائية. سيعود المسافر ببساطة إلى المكان الذي بدأ فيه رحلته.
على سطح الكرة الزائدة
بالطريقة نفسها ، يمكن للمسافر في الفضاء ، الذي يتغلب على عالم أينشتاين على متن مركبة فضائية ، أن يعود إلى الأرض. هذه المرة فقط لن يتحرك المتجول على السطح ثنائي الأبعاد للكرة ، ولكن على السطح ثلاثي الأبعاد للكرة الزائدة. هذا يعني أن للكون حجمًا محدودًا ، وبالتالي عددًا محدودًا من النجوم والكتلة. ومع ذلك ، ليس للكون أي حدود أو أي مركز.
توصل أينشتاين إلى مثل هذه الاستنتاجات من خلال ربط المكان والزمان والجاذبية في نظريته الشهيرة. قبله ، كانت هذه المفاهيم تعتبر منفصلة ، ولهذا السبب كان فضاء الكون إقليديًا بحتًا. أثبت أينشتاين أن الجاذبية نفسها هي انحناء للزمكان. أدى هذا إلى تغيير جذري في الأفكار المبكرة حول طبيعة الكون ، بناءً على ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية والهندسة الإقليدية.
توسيع الكون
حتى مكتشف "الكون الجديد" نفسه لم يكن غريباً عن الأوهام. أينشتاين ، على الرغم من أنه حصر الكون في الفضاء ، إلا أنه استمر في اعتباره ثابتًا. وفقًا لنموذجه ، كان الكون ولا يزال أبديًا ، ويظل حجمه دائمًا كما هو. في عام 1922 ، قام الفيزيائي السوفيتي ألكسندر فريدمان بتوسيع هذا النموذج بشكل كبير. وفقًا لحساباته ، فإن الكون ليس ثابتًا على الإطلاق. يمكن أن يتوسع أو يتقلص بمرور الوقت. يشار إلى أن فريدمان توصل إلى مثل هذا النموذج بناءً على نفس النظرية النسبية. تمكن من تطبيق هذه النظرية بشكل صحيح ، متجاوزًا الثابت الكوني.
لم يقبل ألبرت أينشتاين على الفور مثل هذا "التصحيح". لمساعدة هذا النموذج الجديد جاء اكتشاف هابل المذكور سابقًا. أثبت ركود المجرات بلا منازع حقيقة توسع الكون. لذلك كان على أينشتاين أن يعترف بخطئه. الآن للكون عمر معين ، والذي يعتمد بشكل صارم على ثابت هابل ، الذي يميز معدل تمدده.
مزيد من تطوير علم الكونيات
عندما حاول العلماء حل هذه المشكلة ، تم اكتشاف العديد من المكونات المهمة الأخرى للكون وتم تطوير نماذج مختلفة منه. لذلك في عام 1948 ، قدم جورجي جامو فرضية "الكون الساخن" ، والتي ستتحول في النهاية إلى نظرية الانفجار العظيم. وأكد اكتشافه عام 1965 شكوكه. الآن يمكن لعلماء الفلك مراقبة الضوء الذي جاء من اللحظة التي أصبح فيها الكون شفافًا.
تم تأكيد المادة المظلمة ، التي تنبأ بها فريتز زويكي في عام 1932 ، في عام 1975. تفسر المادة المظلمة في الواقع وجود المجرات وعناقيد المجرات وبنية الكون ككل. لذلك علم العلماء أن معظم كتلة الكون غير مرئية تمامًا.
أخيرًا ، في عام 1998 ، أثناء دراسة المسافة إلى ، تم اكتشاف أن الكون يتوسع مع التسارع. أدت نقطة التحول التالية في العلم إلى ظهور الفهم الحديث لطبيعة الكون. قدمه أينشتاين ودحضه فريدمان ، وجد المعامل الكوني مكانه مرة أخرى في نموذج الكون. يفسر وجود المعامل الكوني (الثابت الكوني) تمدده المتسارع. لشرح وجود الثابت الكوني ، تم تقديم المفهوم - حقل افتراضي يحتوي على معظم كتلة الكون.
الفكرة الحالية لحجم الكون المرئي
يسمى النموذج الحالي للكون أيضًا نموذج ΛCDM. الحرف "Λ" يعني وجود الثابت الكوني ، وهو ما يفسر التوسع المتسارع للكون. تعني عبارة "آلية التنمية النظيفة" أن الكون مليء بالمادة المظلمة الباردة. تشير الدراسات الحديثة إلى أن ثابت هابل يبلغ حوالي 71 (كم / ث) / Mpc ، وهو ما يتوافق مع عمر الكون البالغ 13.75 مليار سنة. بمعرفة عمر الكون ، يمكننا تقدير حجم المنطقة التي يمكن ملاحظتها.
وفقًا لنظرية النسبية ، لا يمكن أن تصل المعلومات حول أي جسم إلى الراصد بسرعة أكبر من سرعة الضوء (299792458 م / ث). اتضح أن المراقب لا يرى شيئًا فحسب ، بل ماضيه. كلما كان الكائن بعيدًا عنه ، بدا الماضي بعيدًا. على سبيل المثال ، بالنظر إلى القمر ، نرى كيف كان منذ أكثر من ثانية بقليل ، الشمس - منذ أكثر من ثماني دقائق ، أقرب النجوم - سنوات ، مجرات - منذ ملايين السنين ، إلخ. في نموذج أينشتاين الثابت ، ليس للكون حدود عمرية ، مما يعني أن منطقته التي يمكن ملاحظتها أيضًا لا تقتصر على أي شيء. الراصد ، مسلحًا بمزيد من الأدوات الفلكية المتقدمة ، سيرصد المزيد والمزيد من الأجسام القديمة والبعيدة.
لدينا صورة أخرى مع النموذج الحديثكون. وفقًا لذلك ، الكون له عمر ، وبالتالي حدود الملاحظة. وهذا يعني أنه منذ ولادة الكون ، لم يكن لدى أي فوتون وقت للسفر لمسافة تزيد عن 13.75 مليار سنة ضوئية. اتضح أنه يمكننا القول أن الكون المرئي محدود من الراصد بمنطقة كروية نصف قطرها 13.75 مليار سنة ضوئية. ومع ذلك ، هذا ليس صحيحا تماما. لا تنسى توسع فضاء الكون. حتى يصل الفوتون إلى المراقب ، فإن الجسم الذي انبعث منه سيكون بالفعل على بعد 45.7 مليار سنة ضوئية منا. أعوام. هذا الحجم هو أفق الجسيمات ، وهو حدود الكون المرئي.
في الأفق
لذا ، فإن حجم الكون المرئي ينقسم إلى نوعين. الحجم الظاهر ، ويسمى أيضًا نصف قطر هابل (13.75 مليار سنة ضوئية). والحجم الحقيقي يسمى أفق الجسيم (45.7 مليار سنة ضوئية). من المهم ألا يميز كلا هذين الأفقين الحجم الحقيقي للكون على الإطلاق. أولاً ، يعتمدون على موقع الراصد في الفضاء. ثانيًا ، يتغيرون بمرور الوقت. في حالة نموذج ΛCDM ، يتمدد أفق الجسيمات بمعدل أكبر من أفق هابل. السؤال عما إذا كان هذا الاتجاه سيتغير في المستقبل ، العلم الحديث لا يعطي إجابة. ولكن إذا افترضنا أن الكون يستمر في التوسع مع التسارع ، فإن كل تلك الأشياء التي نراها الآن ستختفي عاجلاً أم آجلاً من "مجال رؤيتنا".
حتى الآن ، كان الضوء الأكثر بعدًا الذي لاحظه الفلكيون هو CMB. بالنظر إلى ذلك ، يرى العلماء الكون كما كان بعد 380 ألف سنة من الانفجار العظيم. في تلك اللحظة ، برد الكون لدرجة أنه كان قادرًا على إصدار فوتونات مجانية ، يتم التقاطها اليوم بمساعدة التلسكوبات الراديوية. في ذلك الوقت ، لم تكن هناك نجوم أو مجرات في الكون ، ولكن فقط سحابة مستمرة من الهيدروجين والهيليوم وكمية ضئيلة من العناصر الأخرى. من عدم التجانس الذي لوحظ في هذه السحابة ، سوف تتشكل العناقيد المجرية لاحقًا. اتضح أن تلك الأشياء بالضبط هي التي ستتشكل من عدم تجانس إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف التي تقع بالقرب من أفق الجسيمات.
حدود حقيقية
ما إذا كان للكون حدود حقيقية وغير قابلة للرصد لا تزال موضوع تكهنات علمية زائفة. بطريقة أو بأخرى ، يتقارب الجميع حول ما لا نهاية للكون ، لكنهم يفسرون هذه اللانهاية بطرق مختلفة تمامًا. يعتبر البعض أن الكون متعدد الأبعاد ، حيث إن كوننا "المحلي" ثلاثي الأبعاد هو مجرد واحدة من طبقاته. يقول آخرون أن الكون كسوري ، مما يعني أن كوننا المحلي قد يكون جسيمًا آخر. لا تنسي نماذج مختلفةالأكوان المتعددة مغلقة ، مفتوحة ، أكوان موازية، الثقوب الدودية. والعديد والعديد من الإصدارات المختلفة ، وعددها محدود فقط بالخيال البشري.
لكن إذا قمنا بتشغيل الواقعية الباردة أو ببساطة ابتعدنا عن كل هذه الفرضيات ، فيمكننا أن نفترض أن كوننا هو حاوية متجانسة لا نهاية لها لجميع النجوم والمجرات. علاوة على ذلك ، في أي نقطة بعيدة جدًا ، سواء كانت ببلايين الجيجابرسك منا ، ستكون جميع الظروف متطابقة تمامًا. في هذه المرحلة ، سيكون أفق الجسيم وكرة هابل متماثلين تمامًا مع نفس الإشعاع المرئي عند حافتهما. حول ستكون النجوم والمجرات نفسها. ومن المثير للاهتمام أن هذا لا يتعارض مع توسع الكون. بعد كل شيء ، ليس الكون فقط هو الذي يتوسع ، ولكن فضاءه ذاته. حقيقة أنه في لحظة الانفجار العظيم نشأ الكون من نقطة واحدة فقط تقول أن الأحجام الصغيرة للغاية (صفر تقريبًا) التي تحولت الآن إلى أحجام كبيرة بشكل لا يمكن تصوره. في المستقبل ، سوف نستخدم هذه الفرضية من أجل فهم مقياس الكون المرئي بوضوح.
التمثيل المرئي
توفر المصادر المختلفة جميع أنواع النماذج المرئية التي تسمح للناس بإدراك حجم الكون. ومع ذلك ، لا يكفي أن ندرك مدى اتساع الكون. من المهم أن نفهم كيف تتجلى بالفعل مفاهيم مثل أفق هابل وأفق الجسيمات. للقيام بذلك ، دعنا نتخيل نموذجنا خطوة بخطوة.
دعونا ننسى أن العلم الحديث لا يعرف عن المنطقة "الأجنبية" من الكون. تجاهل النسخ عن الأكوان المتعددة ، الكون الكسوري و "أصنافه" الأخرى ، فلنتخيل أنه ببساطة لانهائي. كما ذكرنا سابقًا ، هذا لا يتعارض مع توسيع مساحتها. بالطبع ، نحن نأخذ في الاعتبار حقيقة أن مجال هابل ومجال الجسيمات يبلغان على التوالي 13.75 و 45.7 مليار سنة ضوئية.
مقياس الكون
اضغط على زر START واكتشف عالمًا جديدًا غير معروف!
بادئ ذي بدء ، دعنا نحاول إدراك حجم المقاييس العالمية. إذا كنت قد سافرت حول كوكبنا ، فيمكنك تخيل حجم الأرض بالنسبة لنا. تخيل الآن كوكبنا على أنه حبة حنطة سوداء ، تتحرك في مدار حول شمس البطيخ ، بحجم نصف ملعب كرة قدم. في هذه الحالة ، سيتوافق مدار نبتون مع حجم مدينة صغيرة ، المنطقة - إلى القمر ، منطقة حدود تأثير الشمس - إلى المريخ. اتضح أن نظامنا الشمسي أكبر بكثير من الأرض مثل المريخ أكبر من الحنطة السوداء! لكن هذه ليست سوى البداية.
تخيل الآن أن هذه الحنطة السوداء ستكون نظامنا ، وحجمها يساوي تقريبًا فرسخ واحد. ثم ستكون مجرة درب التبانة بحجم ملعبين لكرة القدم. ومع ذلك ، هذا لن يكون كافيا بالنسبة لنا. سيتعين علينا تقليل مجرة درب التبانة إلى حجم سنتيمتر. سوف يشبه إلى حد ما رغوة القهوة ملفوفة في دوامة في وسط الفضاء بين المجرات السوداء القهوة. على بعد عشرين سنتيمتراً منه يوجد نفس "الطفل" الحلزوني - سديم أندروميدا. من حولهم سيكون هناك سرب من المجرات الصغيرة في عنقودنا المحلية. الحجم الظاهر لكوننا سيكون 9.2 كيلومترات. لقد توصلنا إلى فهم الأبعاد العالمية.
داخل الفقاعة العالمية
ومع ذلك ، لا يكفي أن نفهم المقياس نفسه. من المهم إدراك الكون في ديناميكياته. تخيل أنفسنا كعمالقة يبلغ قطر مجرتهم درب التبانة سنتيمترًا. كما أشرنا الآن ، سنجد أنفسنا داخل كرة نصف قطرها 4.57 وقطرها 9.24 كيلومترات. تخيل أننا قادرون على التحليق داخل هذه الكرة ، والسفر ، والتغلب على ميغا فرسخ كامل في ثانية. ماذا سنرى إذا كان كوننا لانهائي؟
بالطبع ستظهر أمامنا أنواع لا حصر لها من المجرات. بيضاوي الشكل ، حلزوني ، غير منتظم. ستكون بعض المناطق تعج بهم ، والبعض الآخر سيكون فارغًا. ستكون السمة الرئيسية هي أنها بصريًا ستكون بلا حراك ، بينما سنكون بلا حراك. ولكن بمجرد أن نتخذ خطوة ، ستبدأ المجرات نفسها في التحرك. على سبيل المثال ، إذا كنا قادرين على رؤية المجهرية النظام الشمسي، يمكننا مراقبة تطورها. بعد أن ابتعدنا عن مجرتنا بمقدار 600 متر ، سنرى الشمس الأولية والقرص الكوكبي الأولي في وقت التكوين. بالاقتراب منه ، سنرى كيف تظهر الأرض ، وتولد الحياة ويظهر الإنسان. بنفس الطريقة ، سوف نرى كيف تتغير المجرات وتتحرك كلما ابتعدنا عنها أو اقتربنا منها.
لذلك ، في أكثر من المجرات البعيدةسوف ندرس ، سيكونون أقدم بالنسبة لنا. لذا فإن المجرات الأبعد ستكون على بعد أكثر من 1300 متر منا ، وفي مطلع 1380 مترًا سنرى بالفعل بقايا الإشعاع. صحيح أن هذه المسافة ستكون خيالية بالنسبة لنا. ومع ذلك ، كلما اقتربنا من CMB ، سنرى صورة مثيرة للاهتمام. بطبيعة الحال ، سوف نلاحظ كيف تتشكل المجرات وتتطور من السحابة الأولية للهيدروجين. عندما نصل إلى إحدى هذه المجرات المتكونة ، سنفهم أننا لم نتغلب على 1.375 كيلومترًا على الإطلاق ، بل على 4.57 كيلومترًا.
تصغير
نتيجة لذلك ، سوف نزيد حجمنا أكثر. الآن يمكننا وضع فراغات وجدران كاملة في القبضة. لذلك سنجد أنفسنا في فقاعة صغيرة إلى حد ما يستحيل الخروج منها. لن تزداد المسافة إلى الأشياء الموجودة على حافة الفقاعة مع اقترابها فحسب ، بل ستتحرك الحافة نفسها إلى أجل غير مسمى. هذه هي النقطة الكاملة لحجم الكون المرئي.
بغض النظر عن حجم الكون ، بالنسبة للمراقب ، سيبقى دائمًا فقاعة محدودة. سيكون الراصد دائمًا في مركز هذه الفقاعة ، وهو في الحقيقة مركزها. في محاولة للوصول إلى كائن ما على حافة الفقاعة ، سيحول المراقب مركزه. عندما تقترب من الكائن ، سيتحرك هذا الكائن بعيدًا عن حافة الفقاعة ويتغير في نفس الوقت. على سبيل المثال ، من سحابة هيدروجين عديمة الشكل ، ستتحول إلى مجرة كاملة أو مجموعة مجرية أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، سيزداد المسار إلى هذا الكائن كلما اقتربت منه ، حيث ستتغير المساحة المحيطة نفسها. عندما نصل إلى هذا الجسم ، سنقوم بتحريكه فقط من حافة الفقاعة إلى مركزها. على حافة الكون ، سوف تومض بقايا الإشعاع أيضًا.
إذا افترضنا أن الكون سيستمر في التوسع بمعدل متسارع ، ثم كونه في مركز الفقاعة وامتداد الوقت لمليارات وتريليونات وحتى ترتيب أعلى من السنوات المقبلة ، فسنلاحظ صورة أكثر إثارة للاهتمام. على الرغم من أن حجم فقاعتنا سيزداد أيضًا ، فإن مكوناتها المتحولة ستبتعد عنا بشكل أسرع ، تاركة حافة هذه الفقاعة ، حتى تتجول كل جسيمات الكون في فقاعتها المنعزلة دون القدرة على التفاعل مع الجسيمات الأخرى.
لذلك ، لا يمتلك العلم الحديث معلومات حول ماهية الأبعاد الحقيقية للكون وما إذا كان له حدود. لكننا نعلم على وجه اليقين أن الكون المرئي له حدود مرئية وحقيقية ، تسمى نصف قطر هابل (13.75 مليار سنة ضوئية) ونصف قطر الجسيم (45.7 مليار سنة ضوئية) ، على التوالي. هذه الحدود تعتمد كليًا على موضع الراصد في الفضاء وتتوسع بمرور الوقت. إذا توسع نصف قطر هابل بسرعة الضوء ، فإن تمدد أفق الجسيم يتسارع. مسألة ما إذا كان تسارع أفق الجسيمات سيستمر أكثر والتغيير إلى الانكماش لا يزال مفتوحًا.
حتى لو تمكنا من بناء صورة كاملة ودقيقة لتطور كوننا ، فلن يؤدي ذلك إلى إزالة جميع الأسئلة حول بنية العالم. بالتأكيد سيسأل أحدهم: ماذا كان قبل بداية توسع الكون؟ وإذا تقلص مرة أخرى في المستقبل ، فماذا سيحدث بعد ذلك؟ بالمعنى الدقيق للكلمة ، العلم ليس ملزمًا بالبحث عن إجابات لهذه الأسئلة "غير الصحيحة" ، لأنه يعتمد على تجربة دراسة عالمنا فقط.
ومع ذلك ، لا يمكن إرضاء العقل البشري عن هذا ، وتظهر النماذج التي تصف صورة العالم قبل الانفجار العظيم أو بعد لحظة الانكماش في المستقبل.
واحد منهم - " نموذج متعدد الصفحات للكون". وفقًا لها ، فإن الانفجار العظيم سبقه ضغط الكون السابق ، وبعد أقصى ضغط لكوننا ، سيحدث مرة أخرى. الانفجار العظيم (نحن نتكلمعن كون مغلق). إذا استخدمنا الصورة التي اقترحها الأكاديمي ساخاروف ، فإن صفحات كتاب الوجود اللامتناهي تنقلب إلى الأبد. يبدو أن مثل هذه الصورة تزيل الأسئلة "غير الصحيحة". ومع ذلك ، من القانون الثاني للديناميكا الحرارية (مثل جميع القوانين الأساسية للطبيعة ، يجب أن يكون صحيحًا في أي من العوالم) يترتب على ذلك أن نصف قطر الكون يزداد من دورة إلى أخرى. لذلك ، كانت هناك ذات مرة الدورة الأولى التي كان للكون فيها نصف قطر أدنى. ومرة أخرى يطرح السؤال - ماذا حدث قبل هذه الدورة؟
اقترح الأكاديمي ساخاروف أنه في لحظة بداية الدورة الأولى ، ينعكس الوقت. بعبارة أخرى ، قبل هذه اللحظة ، يحدث الشيء نفسه كما يحدث بعده ، ولكن بترتيب عكسي فقط. نظرًا لأن جميع العمليات تغير اتجاهها عندما ينعكس الوقت ، فإن سكان كل كون (إن وجد) يعيشون في اعتقاد راسخ بأن الوقت يتدفق في الاتجاه الوحيد الممكن - من الماضي إلى المستقبل.
سؤال آخر "غير صحيح" هو: لماذا معايير عالمنا هي بالضبط ما هي عليه؟ لماذا الفضاء له 3 أبعاد وليس 2 أو 15 ، لماذا شحنة الإلكترون بالضبط 1.6021892 * 10 ^ -19 كولوم؟ ويمكن الإجابة على هذا السؤال - فرضية الكون الضخم، وهذا هو افتراض أن كمية ضخمة من عوالم مختلفةمع ظروف مختلفة(على وجه الخصوص ، مع عدد مختلف من الأبعاد المكانية ، وربما مع عدة محاور زمنية). دراستنا متاحة للعالم الوحيد الذي يمكن فيه وجود حياة بروتينية ذكية (مبدأ أنثروبي). 
هذه الصور الفخمة للتغيرات في المكان والزمان مذهلة. ومع ذلك ، فإن نماذج الكون التي يتحدث عنها الأكاديمي ساخاروف مثيرة للاهتمام ليس فقط في حد ذاتها. من ناحية أخرى ، فإنهم يميزون النظرة العالمية لهذه الشخصية الاستثنائية. الرغبة في فهم ما حدث قبل "لحظة خلق العالم" ، الاقتناع بأنه من الممكن ، على حد تعبير أندريه دميترييفيتش ، "غير محدود". بحث علميعن العالم المادي والزمان ، "يتحدثون عن إيمانه بالعقل البشري - إيمان يجلب إلى الأذهان جبابرة عصر النهضة. علاوة على ذلك ، يكتب Andrei Dmitrievich عن فرضية يكون فيها العقل قادرًا على نقل المعلومات إلى أحفاده من الدورات المستقبلية ، مفصولة عنها بفترات من الضغط فائق الكثافة والانفجارات الكبيرة. بصفته فيزيائيًا بارزًا ، لم يستطع Andrei Dmitrievich إلا أن يفهم مدى احتمالية مثل هذا الاحتمال ، ومع ذلك كان يحلم به - بعد كل شيء ، إذن ، في مواجهة الأبدية ، تكتسب الحياة البشرية معنى خاص. ألم يكن هذا الشعور بالمسؤولية قبل الخلود هو الذي ساعده على اتخاذ قراره الأخلاقي؟