❗️ 🍐 👩🏻‍💼 اسأل إيثان رقم 54: ما هي أقرب إشارات الكون التي سجلناها؟ 🐲 👱🏿 🏠

هل هناك طريقة للنظر وراء الحاجز الذي كان موجودًا قبل تلك اللحظة في حياة الكون ، عندما أصبح شفافًا؟

منذ العصور الأولى ، أراد الناس - الباحثون والمفكرون - معرفة شكل عالمهم. وكنا نفعل ذلك دائمًا من خلال سرد القصص. من الصعب ترك الحقيقة تقف في طريق قصة جيدة.
- آدم سافاج

بعد استراحة قصيرة ، يسرني أن أعلن عودة عمودنا. ندعوك كل أسبوع إلى إرسال أسئلتك واقتراحاتك من أجل الحصول على إجابة مفصلة لها ، باستخدام جميع إمكانيات المعرفة العلمية. بسبب الغياب الطويل ، قررت أن أعطيك ثلاث إجابات في وقت واحد ، وذلك بفضل جيرارد ، الذي يسأل:

سؤالان فلكيان:
1) من حيث المبدأ ، لا ينبغي أن تؤثر شحنة المادة على موجات الجاذبية. هل من الممكن أن يساعدونا في النظر إلى ما بعد زمن CMB؟ أي للتغلب على حاجز الإشعاع؟
2) الفوتونات مبعثرة بجزيئات مشحونة أكثر من ذرات الهيدروجين المحايدة. هل ستنتثر الفوتونات بترددات معينة أكثر من غيرها بواسطة الجسيمات المشحونة؟

وسؤال شخصي: كيف أصبحت مهتماً بعلم الفلك؟ بسبب مدرس في الكلية؟ بسبب قريب؟ بسبب الذهاب إلى القبة السماوية؟

لنبدأ بالسؤالين الأولين والحاضر.

عندما ننظر إلى الكون ، سيكون من الطبيعي أن نفكر أن ما نراه يقتصر فقط على مقدار الضوء الذي يمكننا جمعه. إذا كنا بحاجة إلى العثور على جسم بعيد أو خافت ، فنحن بحاجة إلى جمع الضوء من منطقة أكبر (مع تلسكوب بفتحة أكبر) أو لفترة أطول من الزمن (مع تعرض أطول) وسنرى ذلك. نستخدم هذه التقنية في كثير من الأحيان - هذه هي الطريقة التي حصلنا بها على صور مثل Hubble Deep Field و Hubble Ultra Deep Field ، ومؤخرًا Hubble eXtreme Deep Field (أدناه).

لكننا نرى هذه المجرات ، وإن كانت بعيدة جدًا ، لأن الضوء وصل إلى خط الرؤية من خلال مساحة فارغة تقريبًا إلينا بدون عقبات. على الرغم من أن المادة المحايدة - الغاز والغبار - تمتص وتنبعث ضوءًا من أطوال موجية معينة مرة أخرى ، إلا أن الكون لم يكن دائمًا في حالة وجود المادة في حالات مستقرة ومحايدة.

عندما كان الكون أكثر حرارة وأصغر وأكثر كثافة ، لم تكن الذرات المحايدة مستقرة بسبب درجات الحرارة المرتفعة والطاقات الحركية العالية للبيئة. يبلغ عمر الفضاء بالفعل 13.8 مليار سنة ، وهو بارد وخالي. ولكن في سن مئات الآلاف من السنين ، كان حارًا وكثيفًا لدرجة أن الذرات المحايدة لا يمكن أن تنشأ! الكون عبارة عن بلازما أيونية من الإلكترونات والأنوية والفوتونات والجسيمات الأخرى.

هذا أمر سيئ ، لأن الفوتونات ليس لديها الكثير لتقوله عن ذلك الوقت. عندما يتأين الكون ، تتشتت الفوتونات جيدًا بواسطة الإلكترونات الحرة. كان السؤال الثاني لجيرارد: هل فوتونات ترددات معينة مبعثرة بكفاءة أكبر من غيرها. بالنسبة للطاقات النموذجية لكون عمره آلاف السنين ، تحولت الفوتونات عالية التردد إلى الفوتونات المنخفضة عند الاصطدام بالإلكترونات (انتثار كومبتون) ، تحولت الفوتونات ذات التردد المنخفض إلى الفوتونات الأعلى عند الاصطدام بالإلكترونات عالية الطاقة (التشتت الخلفي كومبتون) ، ولكن ما هو الاحتمال العام للتصادم ؟؟؟

هذا هو ملف تعريف طومسون:

لا يعتمد ذلك على طاقة الفوتونات وترددها وطولها الموجي ، لذا فإن الإجابة على السؤال الثاني: لا ، فوتونات جميع الترددات متناثرة كثيرًا لحفظ ونقل المعلومات حول الأوقات السابقة للإشعاع المتبقي.

لكن موجات الجاذبية ليس لديها مثل هذه المشاكل.

موجات الجاذبية (أو الجاذبية ، إذا كنت تحب الوصف من حيث الجسيمات) هي موجات في نسيج الكون نفسه. تتحرك بسرعة الضوء في الفراغ ، لكنها تشوه الفضاء فقط. تنبعث منها ، ولكن ، على حد علمنا ، لا يتم استيعابها من خلال التغييرات في تكوين الجماهير.

وعلى الرغم من أننا نتحدث عادة عن مصادر الفيزياء الفلكية العادية التي تنبعث منها هذه الموجات - النجوم النيوترونية ، والثقوب السوداء ، والأقزام البيضاء ، والأنظمة المدارية ، والمستعرات الأعظمية - فإن اللحظات التي أدت إلى الانفجار الكبير كان يجب أن تكون قد خلقتها أيضًا!

خلال عصر التضخم الكوني الذي سبق وأدى إلى الانفجار الكبير ، كان هناك نوعان من التقلبات الكمية التي حدثت وانتشرت في جميع أنحاء الكون. نوع واحد هو التقلبات في جميع حقول الكم المتجه ، تدور ، العددية. أدت إلى تقلبات الكثافة ، وبعد ذلك إلى ظهور المناطق ، والتي ستتحول بعد ذلك إلى نجوم أو مجرات وتجمعات أو مساحات فارغة ضخمة. ونوع آخر كان التقلبات في مجالات الكم الموتر للكون ، مما أدى إلى إشعاع الجاذبية. يمكن من حيث المبدأ الكشف عن هذا الإشعاع من خلال إصدارات محسنة من مقاييس التداخل الليزرية الأرضية أو الفضائية. على الرغم من أنه يجب تحسينها بشكل كبير مقارنة بمشروعاتنا الحالية.

يوفر التضخم فئات محددة للغاية من التنبؤات لما يجب أن يكون عليه طيف موجات الجاذبية التي أحدثتها ، وتنتج النماذج المختلفة تنبؤات تختلف في هذه التفاصيل.

إذا تبين أن نموذج التضخم كان خاطئًا ، فيجب أن يكون طيف موجات الجاذبية المولودة في الكون المبكر مختلفًا تمامًا.

على أي حال ، سيكون ما يلي صحيحًا:

في وقت مبكر من الكون - مع حالة شديدة الحرارة وكثيفة ومتنامية ، مع طاقات أعلى مما يمكننا تحقيقه في المختبرات الأرضية أو الفيزيائية الفلكية - كان ينبغي أن تظهر موجات الجاذبية
لن تتغير هذه الموجات ، باستثناء الانزياح الأحمر ، من خلال المادة والإشعاع والفضاء ، من لحظة نشأتها إلى يومنا هذا.
يجب أن تحتوي الموجات على مجموعة معينة من السعات ، اعتمادًا على الترددات. سواء كان التضخم أم لا ، فإن قياسات إشعاع الجاذبية الخلفية يجب أن تعطينا معلومات إضافية حول ولادة الكون

إذا كانت نظرية التضخم صحيحة ، فإن المتغيرات الحقيقية الوحيدة ، بصرف النظر عن الانحراف الطفيف في الطيف ، ستكون اتساع تقلبات الموتر من الكون المبكر.

سيتجلى هذا في إشعاع الخلفية بالموجات الدقيقة ، وتحديداً في أنماط معينة من استقطاب الفوتونات. من خلال قياس هذه الأوضاع بدقة - ويحاول BICEP2 و Planck القيام بذلك - يمكننا معرفة المزيد عن تضخم الفضاء.

لذلك ، فإن موجات الجاذبية جيرارد تفتح لنا نافذة بالفعل في المراحل الأولى من تطور الكون. فقط لأن التقنيات الحديثة لا تسمح لنا بلمسها لا يعني أننا لا يجب أن نسعى جاهدين من أجل ذلك ، ويجب ألا نستثمر في تطوير التقنيات التي تسمح لنا بالتحقيق المباشر في المراحل المبكرة من حياة الكون. من حيث المبدأ ، يجب أن نكون قادرين على تحقيق ذلك في جيل واحد إذا تم استثمار الموارد المناسبة فيه.

بخصوص سؤال آخر: ما الذي أثار اهتمامي بعلم الفلك؟ حدث شيئان عندما كنت صغيرًا ، وربما سيفاجئون بك. قصتي تختلف عن معظم قصص علماء الفلك والفيزياء الفلكية.

لطالما أحببت الذهاب للتخييم. بالنسبة للطفل الذي نشأ في نيويورك والمنطقة المحيطة بها ، كانت فرصة لمس الغابات والجبال والنيران والسماء المظلمة نادرة بالنسبة لي ، ولكن في نفس الوقت كانت أفضل الملذات التي أتذكرها منذ الطفولة. على وجه الخصوص ، تذكرت تجربة واحدة حصلت عليها في الحادية عشرة: أنا فقط أرقد في حقل على ظهري مع رجل آخر في عمري وأخيه الأكبر.

ثم استطعت أن أرى بدون نظارات ، وربما يمكننا أن نرى عدة آلاف من النجوم. ونظرنا إلى الأعلى وتحدثنا عن كل شيء وعن لا شيء ، ولم نقمع خيالنا. كانت جميلة للغاية وبدا لي أنه وراء كل جزء رأيت هناك نوع من القصة ، وأردت حقًا أن أصبح جزءًا من هذه القصص. من الغريب أن لا شيء آخر - سواء كان يزور القبة الفلكية ، أو يعمل مع المعلمين ، أو يقرأ الكتب ، أو يشاهد الصور ، أو يستخدم التلسكوب - أعطاني هذه المشاعر. كانت التجربة عندما كنت مستلقية على ظهري ونظرت إلى السماء المظلمة والنجومية التي أعطتني شعورًا لا ينسى.

بعد بضع سنوات ، عندما كان عمري 13-14 سنة ، في أحد المعسكرات الصيفية ، أبحرت على متن قارب في الليل ، وكان لدي شعور مماثل. ولكن في ذلك الوقت كنت أعرف الرياضيات بشكل أفضل.

وأصبحت مثيرة للاهتمام بالنسبة لي: بعد كل شيء ، إذا سافرت بالقارب في اتجاه واحد لفترة كافية ، فستعود إلى نفس المكان. وماذا يحدث إذا سافرت طويلاً بما يكفي في اتجاه واحد في الفضاء؟ هل ستعود إلى نفس النقطة؟

عندما نظرت إلى السماء وفكرت في البنية الرياضية والفيزيائية للكون ، وعن الأبعاد الأعلى وكيف يبدو الكون على نطاق واسع ، شعرت بنفس الشعور بالدهشة والفضول والمشاركة. لعدم وجود وصف أفضل ، شعرت أنني بحاجة إلى معرفة هذه الأشياء. لا يعني أنني رأيت شيئًا محددًا أو تعلمت شيئًا محددًا أو قابلت شخصًا محددًا - كان هذا هو الفكر الذي أشعل النار في داخلي.

أخذتني الحياة في اتجاهات مختلفة ، لكنني دائمًا ما أعود إلى أسئلة ومشاعر مماثلة ، - وأنا أعلم أن ذلك يبدو سخيفًا - أشعر أن هناك بداخلي لا نهاية له من العاطفة لهذا المجال من المعرفة التي لا يمكن تدميرها أبدًا. واكتشفت هذا بالتحديد بمساعدة الحدثين اللذين وصفتهما.

اسأل إيثان رقم 54: ما هي أقرب إشارات الكون التي سجلناها؟

هل هناك طريقة للنظر وراء الحاجز الذي كان موجودًا قبل تلك اللحظة في حياة الكون ، عندما أصبح شفافًا؟

More articles: