Geekly articles weekly

اسأل إيثان رقم 67: المادة المظلمة ضد الطاقة المظلمة

يبدو الكون غريبًا: وفرة المجرات والعديد من العناقيد ، ولكن لا يوجد شيء أكبر حجمًا. لماذا أصبحت كذلك؟


نحن غير مهتمين بشكل غير معقول بتكوين معتقداتنا ، لكننا نجد فينا شغفًا غير مبرر لهم ، بمجرد أن يقترح أحدهم حرماننا من شركتهم
- جيمس هارفي روبنسون


بالطبع ، لدى معظمنا أفكار حول كيف أصبح كوننا كما هو. لكن بعض التفاصيل ، مهما كانت علمية ، تبدو مربكة. يسألني توم أندرسون هذا الأسبوع سؤالًا:

تجتذب المادة المظلمة ، وتتصدى الطاقة المظلمة. تدعم الطاقة المظلمة باستمرار توسيع الفضاء بين المجرات / العناقيد المتصلة بالجاذبية ، والرؤية العلمية الحالية هي أنها سوف تتوسع وتبرد إلى الأبد وسينتهي كل شيء بـ "تجميد كبير". لكن أنظمة الجاذبية المترافقة لا تتوسع ، وقوة الجاذبية المجمعة للمادة المظلمة والعادية تساوي أو أكبر من القوة الطاردة للطاقة المظلمة والطاقة العادية. لماذا تمدد الكون بعد الانفجار الكبير؟ لماذا لم تتعارض المادة المظلمة مع الطاقة المظلمة في بداية الكون؟

السؤال غني ، لذلك دعونا نقسمه إلى أجزاء.



إن مبادئ عمل الكون وتشكيل الهياكل ، مثل النجوم والمجرات والعناقيد ، تتجاوز حدود تجربتنا اليومية. إذا كان مبسطًا للغاية ، فإن الكون يتكون من توسيع الزمكان ، وتبدأ سرعة التوسع ببعض القيمة التي تحددها فيزياء التضخم الكوني وكيف تنتهي فترة التضخم.



لكن معدل التوسع لا يبقى ثابتًا في نهاية التضخم ، لأن الكون مليء بجميع أنواع أشكال الطاقة الأخرى: الإشعاع ، المادة ، المادة المضادة ، النيوترينو ، المادة المظلمة ، وكمية صغيرة من الطاقة الكامنة في الفضاء ، والمعروفة باسم الطاقة المظلمة. مزيج من كل هذا - التغيير مع توسع الكون - هو الذي يحدد التغيير في سرعة التوسع في الوقت المناسب.



على الصعيد العالمي ، إذا كنت تأخذ الكون بأكمله ، فسوف يتراجع تمامًا ، أو سيتوسع إلى أجل غير مسمى ، أو سيكون على حدود هاتين الحالتين - اعتمادًا على نوع نسبة جميع أشكال الطاقة المختلفة الموجودة في الكون.

في الكون الذي نعيش فيه ، يبدو كل شيء بحيث يتوسع إلى الأبد ، وفي المستقبل ، ستصبح الطاقة المظلمة القوة المهيمنة.



لكن هذا التحليل لا يعمل على جميع مقاييس الكون: فهو يصف فقط السيناريو على نطاق عالمي. يقول أنه في حالتنا في المستقبل ، فإن جميع الأجسام غير المتصلة ببعضها البعض بالجاذبية ستطير بعيدًا عن بعضها البعض مع التسارع.

ولكن لا تزال هناك أنظمة متصلة بالجاذبية ، موجودة على نطاق صغير بكميات ضخمة ، وعلى نطاق متوسط ​​- باعتدال وعلى نطاق واسع - نادرًا ، ولكن تم العثور عليها. وكلها تبين أنها جزء من قصة كونية واحدة.



لم يولد الكون بسلاسة تامة ، مع نفس الكمية من المادة والإشعاع والمادة المظلمة والطاقة المظلمة في جميع الأماكن. إذا كان الأمر كذلك ، فسيكون الكون مملًا بشكل رهيب ، وبحرًا متجانسًا بشكل مثالي ، حيث سيكون كل شيء كما هو في كل مكان. لن تكون هناك نجوم ، مجرات ، كواكب ، فراغات ، أناس ، حيوانات ، حياة ، عناقيد ، خيوط.

بدلاً من ذلك ، منذ البداية ، كانت هناك مناطق في الكون ذات كثافة متزايدة ومتناقصة على جميع المستويات: صغيرة ومتوسطة وكبيرة.



تساعد المادة المظلمة على نمو المناطق عالية الكثافةويمكنهم القيام بذلك بسرعة كافية للانهيار بسبب الجاذبية في عشرات الملايين من السنين. كل شيء يسير كما لو ظهرت أقسام صغيرة في الكون بكثافة عالية لدرجة أنه إذا كان الكون كله كثيفًا جدًا ، فسوف يتراجع بسرعة كبيرة!



بالطبع ، في العديد من المناطق الأخرى ، تكون الكثافة أقل من المتوسط ​​، ويقومون بتوزيع موادهم على مناطق عالية الكثافة. إذا كان الكون كله هو نفسه مثل هذه المناطق ، فسيكون لدينا عدد قليل جدًا جدًا من النجوم والمجرات والتجمعات.

لكن هذا التنوع في الظروف الأولية في الكون هو بالتحديد ما سمح لنا بالحصول على تنوع كل ما نراه الآن. هناك فائزون وخاسرون في معركة الفضاء بين المادة المظلمة والطاقة المظلمة ، والجاذبية مع التوسع ، في معركة هياكل "السحب" الكونية ، و "النفور" الكوني الذي يمنع ذلك.



نحن نلاحظ الفائزين بسهولة ، لأنهم ينبعثون ويستوعبون الضوء المرئي والضوء من أجزاء أخرى من الطيف الكهرومغناطيسي ، مما يؤدي إلى عدسة الجاذبية ، وبما أن وجود شيء ما أسهل في الكشف عنه من الغياب.



ولكن هناك مناطق فارغة مهمة أيضًا ، وهي أكثر بكثير من "كاملة"! يمكن للقوة الكلية لجاذبية المادة المظلمة والعادية أن تتغلب على كل من التوسع الأولي والقوة المتسارعة الإضافية للطاقة المظلمة ، ولكن فقط على نطاق صغير وفي أوقات مبكرة إلى حد ما.

من خلال زيادة الحجم ، نرى أن النفور له المزيد من الانتصارات ، وعلى أكبر المقاييس ، فإنه يفوز دائمًا.



توسع الكون في البداية بسبب الظروف التي حددها التضخم ، والقدرة على التراجع - بفضل جاذبية المادة والمادة المظلمة والإشعاع والنيوترينوات - كانت كافية للانتصارات فقط في أماكن مختارة. فاز الجذب ليس في كل مكان ، ولكن فقط في أقلية من الحالات ، وخسر في المتوسط.

لهذا السبب ، بملاحظة كوننا ، نرى الكثير من المجرات المنتشرة حوله ، والتي يتم تجميع الكثير منها في مجموعات وعناقيد كبيرة ، وعلى المقاييس الكبيرة تصطف على طول الخطوط. لكن هذه المجموعات ، التي تتكون من آلاف المجرات وتمتد لمئات الملايين من السنوات الضوئية ، هي على الأرجح أكبر الهياكل المرتبطة بالجاذبية. على نطاق أوسع ، جميع الهياكل مؤقتة ، ووجود الطاقة المظلمة سيسحبها في النهاية.



إذا كان هناك مادة مظلمة أكثر قليلاً في الكون - 1/10 24 أخرى - فسوف تتراجع قبل مليارات السنين. لفترة طويلة جدًا كانت متوازنة بدقة - مع الجاذبية ، الفوز في مكان ما محليًا ، فقدان في مكان ما - ولكن الآن ، عندما بدأت الطاقة المظلمة تسود ، نرى أن تأثيرها سيسود. سوف تنتصر في النهاية ، على أوسع نطاق ، وعلى كل شيء لم تكن ملزمة بالجاذبية في السبعة الأولى ، أو نحو ذلك ، مليارات السنين من عمر الكون.

شكرا على هذا السؤال الرائع وآمل أن يكون الشرح قد تم توضيحه لك وللباقي. أرسل لي أسئلتك واقتراحاتك للمقالات التالية.

Source: https://habr.com/ru/post/ar395785/

More articles:


All Articles