👨🏼‍⚖️ 🕧 🎺 الحد الأدنى لحجم الكون 👼🏾 🔡 🚖

الكون المرصود

بالحديث عن كوننا ، نحن نميز بين "الكون" و "الكون المرئي". يتضمن هذا الأخير فقط ما يمكننا رؤيته. لا أقصد أن لدينا التكنولوجيا اللازمة "لرؤية" الكون المرئي بالكامل. أعني بكلمة "ملحوظة" جميع الأشياء التي يمكن للضوء أن يصل إلينا من حيث المبدأ ، بالنظر إلى عمر الكون وسرعة الضوء وتاريخ ومستقبل توسع الكون. عمر الكون 13.8 مليار سنة. نظرًا للسرعة المحدودة للضوء ، لا يمكننا أن نرى ما هو بعيد جدًا عنا حتى يستغرق انتقال الضوء إلينا وقتًا أطول مما هو موجود في الكون. هذا ليس قيدًا تقنيًا - إنه تحديد لما إذا كان هذا الضوء موجودًا من حيث المبدأ ، والذي يمكننا رؤيته إذا كان لدينا أي تكنولوجيا تحت تصرفنا.

عندما ننظر إلى ضواحي الكون المرئي ، فإننا ننظر إلى الماضي. إذا استغرق الضوء 13.7 مليار سنة للوصول إلينا ، فعندئذ نرى الكون كما كان قبل 13.7 مليار سنة ، وليس كما هو الآن.

بشكل عام ، ربما يكون الكون لانهائي. من السهل تحديد ذلك ، ولكن من الصعب جدًا تصور هذا المفهوم إذا كنت تفكر في ذلك. أحد الحلول لهذه المشكلة هو الاقتراح بعدم الإزعاج من هذا. إذا سألت نفسك أسئلة مثل "كيف يمكن أن تتوسع إذا كانت لا نهائية" ، فأنت تفهم اللانهاية. إنفينيتي مفهوم وليس رقمًا.

ومع ذلك ، لا يجب أن يكون الكون لانهائي. وفقًا للنسبية العامة ، هناك احتمالات أخرى. سوف أقسمها إلى فئتين ، لكننا سنتحدث بالتفصيل عن فئة واحدة فقط.

طوبولوجيا مثيرة للاهتمام

من الممكن أن يكون للكون طوبولوجيا مثيرة للاهتمام. الطبولوجيا يختلف عن الهندسة. تشمل الهندسة أشياء مثل طول الخط ، نصف قطر الانحناء ، مجموع زوايا المضلعات ، إلخ. تتعامل الطوبولوجيا مع كيفية ترابط الأجزاء المختلفة من الفضاء.

تأمل ، كمثال ، لعبة الكويكبات الكلاسيكية:

يتم لعب اللعبة في عالم ثنائي الأبعاد صغير جدًا. هندسة الكون الكويكبات هي الإقليدية - لا تتقاطع الخطوط المتوازية ، ونسبة محيط القطر هي the ، ومجموع الزوايا الداخلية للمثلث هو 180 درجة ، وهكذا. ولكن إذا لعبت هذه اللعبة ، فأنت تعلم أنه إذا تركت الحافة اليسرى من الشاشة ، فستعود من الحافة اليمنى. إذا تركت الحافة العلوية ، فسوف تعود من الأسفل. الكون ليس له حدود ، لن تصطدم أبدًا بحد أو حافة. لكنها محدودة. طوبولوجيتها هي حلقية - مثل تلك الموجودة على سطح الكعكة ، على الرغم من أن هندستها تختلف عن تلك الخاصة بكعكة الدونات (سطح الكعكة منحني).

من الممكن أن يتصرف كوننا كما هو. قد يكون له شكل هندسي مسطح ، ولكن مثل هذا الهيكل الذي إذا تحركت في اتجاه واحد ، فستعود إلى المكان الذي أتيت منه. إذا كان يحتوي بالفعل على مثل هذه الطوبولوجيا ، فإنه يظهر على نطاق أكبر من الكون المرصود. خلاف ذلك ، سنرى تأكيدًا لمثل هذه الطوبولوجيا (على سبيل المثال ، أجزاء من الكون ستكرر بعضها البعض ، إذا ذهب المرء لفترة طويلة في اتجاه واحد) في الإشعاع الكوني الميكروويف.

حتى الآن ، سنفترض أن الكون ليس لديه طبولوجيا مثيرة للاهتمام. إما أن تكون هذه مساحة لا نهائية ، أو أن هذه مساحة محدودة ، وهي المكافئ ثلاثي الأبعاد لسطح الكرة.

الهندسة الممكنة للكون

لا يجب أن تكون هندسة الكون إقليدية. اعتمادًا على كثافة الطاقة الإجمالية (بما في ذلك كثافة المادة العادية والمادة المظلمة والطاقة المظلمة) ، هناك ثلاثة احتمالات لانحناء الكون.

المعلمة Ω هي طريقة ملائمة لمناقشة كثافة الكون. هناك كثافة حرجة ، اعتمادًا على معدل التمدد الحالي للكون. هي 9 * 10 ^-30ز / سم يبدو الأمر قليلاً ، لكن ضع في اعتبارك أن الكون فارغ تقريبًا. الأرض مكان كثيف نسبيًا مقارنة بمعظم الكون. يتم تعريف المعلمة as على أنها نسبة كثافة الكون إلى الحرجة. إذا كانت Ω = 1 ، فإن هندسة الكون تكون مسطحة. مسطحة - لا تعني بعدين ، بمعنى أنك معتاد على التحدث عن طائرة. هذا يعني أن هندسة الفضاء هي الإقليدية ، مثل تلك التي درستها في المدرسة.

إذا كانت Ω> 1 ، يتم إغلاق هندسة الكون. في هذه الحالة ، ستكون هندسة الكون هي نفسها تلك الخاصة بالسطح ثلاثي الأبعاد للكرة الفائقة الأربعة الأبعاد. إذا لم يكن ذلك واضحًا ، فتخيله كمكافئ ثلاثي الأبعاد لسطح الكرة. في هذه الحالة ، لا يجب أن يكون للكرة الرباعية الأبعاد بُعد مكاني رابع. هذا يعني ببساطة أن هندسة الكون - كيف تتصرف الخطوط المتوازية ، أو ما هو مجموع زوايا المثلث ، أو نسبة المحيط إلى القطر - هي نفس الشكل الهندسي على سطح الكرة. يمكن وصف رياضيات هذه الهندسة باستخدام ثلاثة أبعاد مكانية فقط ، لذلك قد لا تكون هناك حاجة لأبعاد أعلى. ومع ذلك ، بالنسبة لاحتياجات وصفنا ، يجدر تخيل سطح الكرة ، لأن هذا سيساعد على الحصول على فكرة عن بنية مثل هذا الكون.سطح الكرة عبارة عن كون مغلق ثنائي الأبعاد. تذكر أن الكون سطح. ليس له مركز ، إنه ليس داخل الكون - لأن كل ما يحتويه موجود على سطح الكرة ولا تختلف إحدى نقاطه عن الآخرين.

إذا كانت Ω <1 ، فتكون هندسة الكون مفتوحة. يصعب تخيل ذلك. لا يمكن دفع قطعة من عالم مفتوح ثلاثي الأبعاد إلى ثلاثة أبعاد للتصور ، لأنها تدور مع كون مغلق. ومع ذلك ، سيكون أقرب ما يعادل ثنائي الأبعاد هو السرج أو الرقائق (التي تكون زائدية أو مكافئ زائدي). إنه عالم لا نهائي وغير محدود. تستمر إلى الأبد. ومع ذلك ، فهي ليست مسطحة وسيكون لها هندسة مثيرة للاهتمام.

هندسة كوننا

يمكن العثور على هندسة الكون بعدة طرق. على سبيل المثال ، في الفضاء ، يمكنك بناء مثلث من ثلاثة خطوط. ثم تحتاج إلى قياس الزاوية بين كل زوج من الخطوط. إذا طويتهم وحصلت على 180 درجة ، فأنت في عالم مسطح. إذا تجاوز المجموع 180 درجة ، فسيكون كونًا مغلقًا ؛ إذا كان أقل من 180 درجة ، فسيكون كونًا مفتوحًا. المشكلة الوحيدة هي دقة القياسات. إما أن تحتاج إلى قياس هذه الزوايا بدقة لا تصدق ، أو رسم مثلثات كبيرة جدًا - بحيث يقترب طول أحد أضلاعه من نصف قطر انحناء الكون. (تعتمد درجة التقريب على دقة قياس الزوايا).

في الواقع ، لقد فعلنا ذلك. قياسات الإشعاع الكوني الميكروي (MKI) أعطتنا مثلثات. يتم الحصول على جانب واحد من المثلث من الحجم المميز للتقلبات في MCI. نحن نعرف حجمها المادي. يأتي البعض الآخر من مسار الضوء المنتقل من جانبين من هذا التذبذب. من خلال قياس الزاوية بين أشعة الضوء القادمة من كل جانب ، يمكننا معرفة هندسة المثلث. لقد فعلناها. الجواب: كوننا مسطح. ومع ذلك ، كما هو الحال مع أي كميات مادية ، هناك خطأ في قياساتنا. إذا حكمنا من خلال أحدث الحسابات ، فإن قيمة Ω تتراوح بين 0.9916 و 1.0133 ، بدقة 95٪. هذا يعني أنه لا يزال هناك احتمال أن يكون كوننا لانهائي (Ω≤1) أو محدود (Ω> 1).

الحد الأدنى لحجم كوننا

. . , . , , .

نعتذر لدوجلاس آدمز ونحسب حجم كوننا.

أولاً ، عمر الكون هو 13.8 مليار سنة. هذا وقت طويل جدًا مقارنة بحياتنا ، ولكن بالنسبة للكون - العمر مناسب تمامًا. تبلغ حافة الكون المرئي 48 مليار سنة ضوئية منا. "انتظر دقيقة!" يمكنك الصراخ. "كيف يمكن للضوء أن يسافر على مسافة 48 مليار سنة ضوئية في 13.8 مليار سنة!" تذكر أنه خلال الوقت الذي وصلنا إليه الضوء ، توسع الكون. بمعنى ما ، كان الضوء يحاول "اللحاق" بالتوسع. هذا وصف غير كامل وإذا كنت تعرف محطة الخدمة ، فسوف تمانع. ولكن هذا منطقي في سياق الموارد الوراثية.

كيف يرتبط هذا الحجم بالحجم الكلي للكون؟ إذا افترضنا أن Ω = 1.0133 ، وهذه هي كثافة الطاقة القصوى المطابقة للبيانات الحالية ، وبالتالي ، أصغر الأكوان المغلقة ، فيمكننا حساب حجم الكون. تبدو النتيجة شيئًا مثل هذا:

يشير سطح الكرة إلى حجم الكون بأكمله ، حيث Ω = 1.0133. الجزء البليد خارج الكون الذي نلاحظه. قطعة أعلاه هي الكون المرئي. يبلغ نصف قطر انحناء هذا الكون 120 مليار سنة ضوئية. محيطها 760 مليار سنة ضوئية. هذا يعني أن قطر الكون المرئي هو 1/8 من الطول الكلي للخط الذي يجب رسمه في الفضاء بحيث يغلق على نفسه. حجم الكون بأكمله هو 100 ضعف حجم الكون الملاحظ. (إذا اعترضت على ذلك 8 ³لا تساوي 100 ، تذكر أن مساحتنا غير إقليدية وأن حدسك حول نصف القطر والأحجام لا يعمل).

تذكر أن هذا هو الحد الأدنى لحجم الكون ، وفقًا لبياناتنا. يشك معظم الناس في أن الكون أكبر حقًا من هذا الأمر وقد يكون بلا حدود.

الحجم والمصير لا علاقة لها

بعد أن فتحت أي كتاب عن علم الكونيات مكتوب قبل عام 2000 (وبعضها أحدث قليلاً) ، ستقرأ على الأرجح أن الكون المغلق سوف يتراجع ، والكون المفتوح سوف يتوسع إلى الأبد. ولكن هذا فقط إذا كانت كثافة الطاقة المظلمة للكون صفرًا! تشير هذه الأوصاف بشكل ضمني إلى أن المادة تهيمن على كوننا ، وفي هذه الحالة كانت هندسة الكون ومصيره مرتبطان ارتباطًا وثيقًا. في عالم مثل عالمنا ، حيث توجد الطاقة المظلمة ، لا يرتبط القدر والهندسة ارتباطًا وثيقًا. تؤثر المادة المظلمة والطاقة المظلمة على كل من شكل الكون ومصيره ، لكنها تؤثر عليه بشكل مختلف. ما سيحدث بالضبط لكوننا يعتمد على نوع الطاقة المظلمة التي ستظهر. ولكن إذا كانت هي ما يتخيله معظمنا ،سوف يتوسع الكون إلى الأبد وستستمر مجموعات المجرات في التحليق عن بعضها البعض. لا يهم إذا كان الكون مسطحًا أم مفتوحًا أم مغلقًا.