🏴‍☠️ 👨‍🎓 ❣️ اسأل إيثان رقم 63: ولادة المكان والزمان 🤛🏿 🕶️ 🐙

إذا كان هناك شيء قبل الانفجار العظيم ، فماذا يعني هذا ولادة كوننا؟

يمكنك محاولة الكذب على نفسك. يمكنك أن تخبر نفسك أنك استثمرت كل وقتك وكل جهودك. لكنك تعرف الحقيقة - وأنا أعرفها.
جي جي وات

لقد مر نصف قرن منذ تأكيد أكبر توقعات نظرية الانفجار الكبير ، وإلى الأبد غيرت فهمنا للكون. بدلاً من مفهوم الكون الأبدي واللامتناهي ، لدينا الآن فهم أن كل شيء يمكننا ملاحظته موجود منذ حوالي 14 مليار سنة من الزمن الكوني ، والشمس والنظام الشمسي موجودان فقط ثلث هذه الفترة. مما يجعل سؤال سيباستيان في عمودنا مثيرًا للاهتمام:

متى بدأ الزمكان؟ عندما كنت طفلاً ، علمت أن بداية كل شيء كانت الانفجار الكبير. الآن ، على ما يبدو ، هذه الفكرة ليست صحيحة تمامًا ، لأنه قبل الانفجار العظيم كان هناك تضخم كوني ، ولم يكن الانفجار انفجارًا على الإطلاق ، ولكنه كان حالة عندما كان الكون أكثر حرارة وكثافة. إذا كان هناك تضخم قبل الانفجار العظيم ، فهل كان هناك وقت قبله؟

للإجابة الكاملة على السؤال ، نحتاج إلى النظر في ثلاثة أشياء. الأول هو ما نعنيه بالمكان والزمان.

أنت معتاد على المفهوم المعتاد للمكان - الطول والعرض والارتفاع - والوقت ، والذي يمكنك تخيله ببساطة كإجابات على الأسئلة "متى" و "أين". وهذه ليست فكرة سيئة - ولكن هناك ميزتان للمكان والزمان تحتاج إلى معرفتهما ، وقد لا يبدو بديهيًا جدًا. لقد استغرق الأمر من آينشتاين لمعرفة ذلك ، وحتى أنه لم يكن ليتمكن من التأقلم بدون مساعدة!

أولاً ، المكان والزمان ليسا كيانين منفصلين ، كما يعتقد نيوتن. إذا تحركت في الفضاء ، فستغير حركتك مسار الوقت بالنسبة لك ، وإذا تحرك شخصان في الفضاء بسرعات مختلفة - فإنهما يدركان بشكل مختلف وقتهما والوقت المنقضي لوقت آخر.

الطريقة التي كانت أسهل طريقة لوصف ما حدث لم يتم اختراعها من قبل أينشتاين ، ولكن من قبل عالم الرياضيات الألماني مينكوفسكي . من الضروري النظر في الزمكان الموحد ، حيث بدلاً من ثلاثة أبعاد مكانية وواحدة زمنية ، هناك جوهر رباعي الأبعاد للزمكان. في عام 1908 ، كتب مينكوفسكي ما يلي:

, , , . . , , .

وعلى الرغم من معارضة أينشتاين لمثل هذه الثورة في البداية ، إلا أن تبنيه لمفهوم جديد أدى إلى اكتشاف أكبر.

لا يقتصر الأمر على الجمع بين المكان والزمان في نسيج رباعي الأبعاد من الزمكان ، ولكن أيضًا أن انحناء هذا النسيج يتحدد من خلال وجود المادة والطاقة. تمامًا مثلما تؤثر الحركة عبر الزمكان على كيفية قيام المراقبين بتقييم زمن المرور والمسافات بطرق مختلفة ، فإن وجود المادة والطاقة (والانحناء في الحالة العامة) يؤثر على إدراك المكان والزمان.

في أكثر الأمثلة تطرفًا لتركيز المادة والطاقة - التفرد - تنتهك مفاهيم المكان والزمان.

الأكثر شيوعًا بالنسبة لنا هو تقديم التفرد كمركز للثقب الأسودحيث يصبح من الممكن الحصول على كثافة اعتباطية (وربما لانهائية) للمادة والطاقة. في هذه الحالة ، يتم انتهاك مفهوم الزمكان ، لأن معادلات أينشتاين تعطي نتائج لا معنى لها.

المسألة الثانية التي يجب مراعاتها هي مخطط الانفجار الكبير.

يبدو لنا كون اليوم باردًا وخاليًا نسبيًا ، باستثناء الأماكن التي تتركز فيها المادة والنجوم والكواكب والحياة ، التي تشكلت على مدى مليارات السنين من وجودها. هذا الهرم الكوني بأكمله ، من المقاييس دون الذرية إلى مجموعات المجرات الضخمة ، موجود بفضل الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوى النووية.

بالعودة إلى الماضي ، نجد أن كل شيء في الماضي كان أكثر اتساقًا من وجهة نظر الجاذبية ، وكان الكون أكثر حرارة (كانت أطوال موجات الضوء أقصر) وأكثر كثافة ، نظرًا لحقيقة أن الزمكان كان يتوسع باستمرار.

يمكننا العودة بالزمن بشكل تعسفي إلى طاقات أعلى ودرجات حرارة عالية وكثافة متزايدة. على سبيل المثال ، حتى الوقت الذي

لم تتكون فيه النجوم والمجرات بعد ، وكان الكون بحرًا من الذرات المحايدة الدافئة ؛
كان ساخنًا جدًا لتكوين الذرات المحايدة ، وكان الكون عبارة عن بلازما أيونية من النوى والإلكترونات.
كان الجو حارًا جدًا لتكوين النوى ، ولم يكن هناك سوى بروتونات ونيوترونات مجانية ؛
كانت ساخنة جدًا ، ونتيجة لتصادم الجسيمات ، تم إنشاء أزواج المادة / المادة المضادة لجميع الجسيمات المعروفة.

قد ترغب في الذهاب إلى أبعد من ذلك في الماضي ، إلى الكثافة التعسفية ، ودرجة الحرارة ، وحتى ذلك الحدث الذي يتوافق مع التفرد: اللحظة التي تم فيها وضع الكون كله في نقطة واحدة.

وإذا كان الأمر كذلك ، فسيبدأ المكان والزمان من هناك - حيث لا يوجد "أين" خارج الفضاء ، و "متى" خارج الزمان. ولكن إذا أخذنا هذا الموقف كبداية حقيقية للكون ، فإننا سنواجه عددًا كبيرًا من الألغاز التي لا يمكن حلها. يعلمنا الفيزياء الآن أنه لا يمكنك الذهاب إلى أبعد من الماضي، وأن حالة التضخم - وهي توسع كبير في الزمكان ، مع وجود الطاقة الكامنة في الفضاء نفسه - سبقت وأدت إلى تلك الحالة الساخنة والكثيفة التي نسميها الانفجار الكبير.

في الواقع ، في نفس اللحظة التي يتم فيها تحويل الطاقة المرتبطة بالفضاء نفسه إلى مادة وإشعاع ، ويتوقف التوسع الأسي ، مما يؤدي إلى ظهور مثل هذا الكون كما اعتقدنا في الماضي.

ونأتي إلى السؤال الثالث ، مع الأخذ في الاعتبار الفردي والانفجار الكبير: إذا كان الكون قبل الانفجار العظيم ، أثناء التضخم ، يتألف من وقت مكثف يتزايد بشكل كبير ، من أين أتى هذا الزمكان؟

من الغريب أن هناك ثلاث إجابات بديهية:

يمكن أن يكون للكون بداية لا يوجد فيها شيء ؛
يمكن أن توجد إلى الأبد ، مثل خط لا نهاية له يمتد في اتجاهين ؛
يمكن أن يكون دوريًا ، مثل دائرة تتكرر مرارًا وتكرارًا.

إذا انتقلنا إلى فكرة الانفجار العظيم بدون تضخم سابق ، فإن كل الحقائق تتحدث عن الخيار الأول: ولد الكون في "اللحظة" ، عندما كان لديه طاقة لا حصر لها وفي نفس "الوقت" بدأ الزمكان.

لكن التضخم يغير كل شيء. بدلاً من التفرد مع t = 0 ، في وقت الانفجار الكبير ، يظهر الكون ، والذي يوجد في حالة تضخم ، عندما يتوسع بشكل كبير خلال وقت غير محدد.

تمثل الخطوط الزرقاء والحمراء النسخة "التقليدية" من الانفجار الكبير ، عندما يبدأ كل شيء في الوقت t = 0 ، بما في ذلك الزمكان. ولكن في البديل مع التضخم (الأصفر) لا نصل إلى التفرد. بدلاً من ذلك ، يمكن أن يكون الفضاء صغيرًا بشكل تعسفي ، ويمكن أن يعاد الزمن إلى ما لا نهاية.

مثل هذا السيناريو هو أكثر ملاءمة للخيار الثاني ، أي الكون الأبدي. لكن اتضح ، وهناك صيد. وفقًا لإحدى النظريات ، لا يمكن للكون التضخمي أن يبقى إلى الأبد ، ويجب أن يبدأ من التفرد.

صحيح أن هذه النظرية مبنية على قوانين الفيزياء المعروفة ، ويقترح تطبيقها في اللحظة التي تتوقف فيها قوانين الفيزياء عن العمل. بالإضافة إلى ذلك ، على الرغم من أن الكون ضخم ويحتوي على الكثير من كل شيء ، إلا أن كمية المادة فيه لا تزال غير محدودة. لديها حوالي 10⁹⁰ جسيمًا (بما في ذلك الفوتونات والنيوترينوات) التي نشأت خلال الحالة الساخنة والمتنامية للانفجار الكبير ، وحتى قبل ^10-30 ثانية ، في اللحظات الأخيرة من التضخم - ومع ذلك ، هناك بعض الأشياء التي لا يمكننا مراقبتها.

لسوء الحظ ، من بينها أصل الزمكان التضخمي.

من غير المعروف ما إذا كان كل ما سبق يعني أن الكون التضخمي لا يمكن أن يوجد إلى الأبد ، أو أن قوانين الفيزياء لدينا لا تنطبق على هذه المشكلة ، أو أن لها بداية ، أو أنها دورية ... حتى أنه من الممكن أن يكون الوقت دوريًا وتتغير الدورات مع كل التكرار. وعلى الرغم من كل تقدمنا ، لا يزال لدينا ثلاثة من هذه الاحتمالات التي ظل الفلاسفة واللاهوتيون يناقشونها لفترة طويلة:الوقت بالطبع ، الوقت لانهائي ، الوقت دوري .

نحن نعلم فقط أنه إذا كان هناك تفرد في الماضي ، فلا علاقة له بانفجارنا الساخن والكبير ، والذي يمكن تتبع كل جزيء من المادة والطاقة في الكون المرئي.

إذا لم نتوصل إلى طريقة للحصول على معلومات حول الوقت الذي كان فيه الكون المرئي موجودًا بطريقة ما مقبولة ، فقد يتبين أن الإجابة على هذا السؤال غير قابلة للتحقيق. لن يتلقى كل سؤال في عمود "اسأل إيثان" إجابة لا لبس فيها - نحن نناقش فقط ما هو معروف بناءً على البيانات التي تم جمعها.

اسأل إيثان رقم 63: ولادة المكان والزمان

إذا كان هناك شيء قبل الانفجار العظيم ، فماذا يعني هذا ولادة كوننا؟

More articles: