لقد ولدنا قبل بضعة مليارات من السنين ، لم نكن لنعرف عنها
في النهاية ، "الكون" هو فرضية ، مثل "الذرة" ، ويجب أن يُمنح حرية امتلاك الممتلكات ، للقيام بأشياء متناقضة ومستحيلة للبنية المادية النهائية.
-ويليام دي سيتر
لمدة عام الآن ، أسبوعيًا ، أطلب منك أن ترسل لي أسئلة واقتراحات ، وأختار تلك التي أعجبتني في العمود الأسبوعي "اسأل إيثان". تناولنا موضوعات من الأصغر إلى الأكبر ، من الشؤون الأرضية إلى الفضاء ، ومن بداية الكون حتى نهايته. هذا الأسبوع يسألني حمص عزري عن هذا:محاولة معرفة ما إذا كانت هناك بيانات رصدية جديدة حول مرحلة التسارع في الكون! متى بدأت؟
لنتحدث عن الكون وتوسعه.
منذ أقل من 100 عام ، علمنا أن السدم الحلزونية في سمائنا ليست بروتوستار ناشئة في مجرتنا ، ولكن مجرات بأكملها تقع منا على مسافات من ملايين إلى مليارات السنين الضوئية. على الفور تقريبًا ، أدركنا أن هناك ارتباطًا مذهلاً بين المسافة إلى المجرة وسرعتها بالنسبة لنا.
على الرغم من أن النظرية النسبية العامة في ذلك الوقت كان لديها العديد من الحلول الدقيقة ، فقد وصف أحدها الكون جيدًا: كون متسع ، متجانس على أكبر المقاييس. على الرغم من أن كوننا ليس متجانسًا جدًا في المقاييس من عدة عشرات إلى ملايين السنين الضوئية ، ودراسة مقاييس عشرات المليارات من السنوات الضوئية ، فإننا نرى أن الانحرافات عن التجانس صغيرة جدًا. في المتوسط ، يصف هذا الحل - مقياس فريدمان - لوميتر - روبرتسون - ووكر - الكون أفضل من غيره.
تخبرنا أن الفضاء بين المجرات - أو بين أي هياكل غير متصلة ببعضها البعض أو حتى هياكل أكبر عن طريق الجاذبية - يجب أن تتسع. إذا أردنا معرفة كيفية توسعها ، أي بالسرعة ، نحتاج إلى معرفة شيئين:- معدل التوسع في أي وقت
- أنواع ونسب المادة والطاقة الموجودة في الكون
هذا كل ما في الأمر! إذا أدركنا هاتين النقطتين ، فسوف نكون قادرين على فهم مصير الكون وسرعة التوسع ، التي كانت وستظل ، في أي لحظة ، بدءًا من الانفجار العظيم.
النقطة الأولى بسيطة للغاية ، ولدينا طرق عديدة لحل هذه المشكلة. من خلال دراسة بُعد أجسام الكون المختلفة وسرعة إزالتها منا ، يمكننا معرفة سرعة التوسع اليوم. هذه نقطة واحدة ، ولكن من السهل حسابها. على الرغم من وجود جدل حول السرعة الدقيقة في التسعينات ، فقد أثبتنا الآن أنها تبلغ حوالي 67 كم / ثانية / MPC (حيث تبلغ MPC حوالي 3،260،000 سنة ضوئية) بدقة 2-3 كيلومتر / ثانية / MPC.لقد حصلنا على إجابة السؤال الثاني من مجموعة من ملاحظات الأجسام من أنواع مختلفة ، بما في ذلك الأجسام البعيدة مثل المستعرات الأعظمية ، وإشعاع الميكروويف الكوني ، والهياكل واسعة النطاق ، والاهتزازات الصوتية الباريونية.
ونتيجة لذلك ، اتضح أن تكوين الكون هو تقريبًا ما يلي:- 0.01 ٪ - الفوتونات ، أو الإشعاع في شكل ضوء
- 4.9٪ - مادة عادية قائمة على البروتونات والنيوترونات والإلكترونات
- 27 ٪ - المادة المظلمة ، بما في ذلك النيوترينوات ، والتي تحتوي على 0.1 ٪ في المجموع ، والباقي غير معروف
- 68 ٪ - الطاقة المظلمة ، والتي ، وفقًا لملاحظاتنا ، لا تختلف عن الثابت الكوني
من هذا ، على حد علمنا ، يتكون الكون من.
بالحديث عن تسارع الكون ، نعني شيئًا ملموسًا. نحن لا نعني أن معدل التوسع الحالي ، 67 كم / ثانية / MPC ، آخذ في الازدياد. تخيلوا وجود مجرة بعيدة عنا على أي مسافة. فليكن على مسافة 10 Mpc ، ثم ستكون سرعة التوسع 670 كم / ثانية.
بهذه السرعة ، تتحرك مجرة معينة بعيدًا عنا. مع توسع الكون ، يصبح أقل كثافة ، وتنخفض كثافة الطاقة. نظرًا لأن معدل التوسع يعتمد على كثافة الطاقة ، فإنه ينخفض أيضًا. ولكن بما أن الكون يتوسع طوال هذا الوقت ، فإن المجرة التي نتبعها ستبتعد عنا.فكر في الأمر: سرعة التوسع في المستقبل أقل ، لكن أشياء معينة بعيدة عنا. إذا كنا بحاجة إلى حساب السرعة الظاهرة للجسم أثناء انتقالنا إلى المستقبل ، فنحن بحاجة إلى مضاعفة هذين الرقمين ، لذا فإن السؤال هو ، ما الذي يتغير بشكل أسرع - هل تقل سرعة التمدد أم أن المسافة إلى الكائن تزداد؟
وهذا يعتمد على النسبة المئوية لطاقة الكون في شكل مادة وإشعاع ، تنخفض كثافته بمرور الوقت ، وما هي النسبة الموجودة في شكل ثابت كوني ، وتبقى كثافته دون تغيير. دعونا نرى كيف تتغير المادة والإشعاع والطاقة المظلمة (الثابت الكوني) مع مرور الوقت.
, , : , 10%, , – , . , . . , , . , 13,8 , , , , !
من الناحية الرياضية ، يحدث الانتقال من التباطؤ الذي كان الكون يتعامل معه منذ عدة مليارات من السنين إلى التسارع الذي حدث على مدى عدة مليارات من السنين الماضية عندما تصل كثافة الطاقة المظلمة إلى نصف إجمالي كثافة المادة. الآن تجاوزت العلامة مرتين ضعف كثافة المادة ، لذلك ، استمر التسارع لفترة طويلة ، حيث كان حجم الكون 62 ٪ من العالم الحالي. بعد القليل من الحساب والتحول إلى الفيزياء الفلكية ، يمكننا حساب عمر الكون الذي مر فيه بنقطة حرجة - اتضح أن هذا حدث عندما كان عمره 7.8 مليار سنة ، أو قبل حوالي 6 مليار سنة - 1.5 مليار سنة قبل تكوين الطاقة الشمسية النظام.إذا ضغطنا تاريخ الكون بأكمله إلى سنة تقويمية واحدة ، فإن بداية تسارع الكون ستقع في 27 يوليو.
هذا الرقم حساس للغاية للتغيرات الصغيرة في معلمات كثافة المادة والطاقة المظلمة ومعدل التوسع. إذا قمت بتغييرها بنسبة 2-3 ٪ ، يمكن أن يتغير وقت نهاية التباطؤ وبداية التسارع بمقدار 1-2 مليار سنة! لم تسيطر الطاقة المظلمة على الكون لمدة 1.9 مليار سنة أخرى (تذكر ، في وقت الانتقال من التباطؤ إلى التسارع ، فإن مقدارها هو نصف كمية المادة) ، ويجب أن يمر 4 أخرى ،! مليار سنة قبل الوصول إلى كمية اليوم ، عندما تكون ضعف المادة.ولكن هنا نعيش في مثل هذا الكون المتسارع ، وهنا حدث التحول! شكرا على السؤال الرائع ، وإذا كانت لديك أفكارك ، أرسلها إلى عمودنا. سيبدأ الأسبوع المقبل عامها الثاني من الحياة.