ربما سمعت بالفعل أن الكون بدأ مع الانفجار الكبير قبل 13.8 مليار سنة ، وشكل الذرات والنجوم والمجرات ، وأخيرًا الكواكب ذات التكوين الضروري لظهور الحياة. بالنظر إلى الأماكن النائية في الكون ، فإننا ننظر أيضًا إلى الوراء في الوقت المناسب ، وبطريقة ما ، وبفضل قدرات الفيزياء وعلم الفلك ، قمنا بحساب ليس فقط كيف بدأ الكون ، ولكن أيضًا عصره. لكن كيف نعرف كم عمرها؟ هذا هو السؤال الذي يطرحه علينا القارئ:
إيثان ، كيف يقدر هذا الرقم بـ 13.8 مليار سنة؟ (فقط اشرح بلغة بسيطة ، من فضلك!)
في الواقع ، هناك طريقتان مختلفتان ومستقلتان لقياس هذه الكمية ، وعلى الرغم من أن إحداهما أكثر دقة من الأخرى ، إلا أن الافتراضات الأقل دقة تستخدم في أقل دقة.
تقترح طريقة أكثر دقة التفكير في أن الكون يتوسع ويبرد ، مما يعني أنه كان في الماضي أكثر حرارة وكثافة. إذا عدنا بالزمن إلى الوراء ، نجد أنه في حجم أصغر من الكون ، لم تكن جميع المواد تقترب من بعضها البعض فحسب ، بل كانت أيضًا الأطوال الموجية لجميع الفوتونات أقصر ، حيث امتد توسع الكون إلى حالتها الحالية.
بما أن الطول الموجي للفوتون يحدد طاقته ودرجة حرارته ، فإن الفوتون قصير الموجة أكثر نشاطًا وساخنًا. كلما عدنا بالزمن ، كلما ارتفعت درجة الحرارة ، حتى نصل في مرحلة ما إلى المراحل الأولى من الانفجار العظيم. هام: كان لدى Big Bang الساخن مرحلة يمكن تسميتها في أقرب وقت!
إذا استقررنا إلى الماضي إلى ما لا نهاية ، فسوف نحقق تفردًا تتوقف فيه الفيزياء عن العمل. مع فهمنا الحالي للحالة المبكرة للكون ، نعلم أن الانفجار العظيم الحار والكثيف سبقته حالة تضخم ، وكانت مدته غير مؤكدة. عندما نتحدث عن عمر الكون ، نتحدث عن مقدار الوقت الذي انقضى منذ المرة الأولى التي يمكن فيها وصف الكون من خلال الانفجار العظيم الساخن.
وفقًا لقوانين النظرية النسبية العامة ، في عالم مثل كوننا:
• بنفس الكثافة على أكبر المقاييس ،
• بنفس القوانين والممتلكات في جميع الأماكن ،
• نفس الشيء في جميع الاتجاهات ،
• مع الانفجار الكبير الذي حدث في جميع الأماكن في نفس الوقت ،
هناك علاقة فريدة بين عمر الكون وتوسعه طوال الحياة.
بعبارة أخرى ، إذا استطعنا قياس كيفية توسع الكون اليوم ، وكيف تمدد طوال الحياة ، فسوف نحسب بدقة المكونات التي يتكون منها. نعرف ذلك من العديد من الملاحظات المختلفة ، وهي:
• من القياسات المباشرة للسطوع والمسافات إلى أجسام الكون مثل النجوم والمجرات والمستعرات الأعظمية ، التي تسمح لنا ببناء درج فضاء للمسافات.
• من قياسات الهياكل واسعة النطاق ، وعناوين المجرات والتذبذبات الصوتية الباريونية.
• من التقلبات في إشعاع الخلفية ، في "صورة" للكون تم التقاطها عندما كان عمره 380.000 سنة.
من خلال الجمع بين كل هذا ، نحصل على الكون ، الذي يتألف حاليًا من 68٪ من الطاقة المظلمة ، و 27٪ من المادة المظلمة ، و 4.9٪ من المادة الطبيعية ، و 0.1٪ من النيوترينوات ، و 0.01٪ من الإشعاع ، وبشكل عام ، هذا كل شيء. ولكن إذا أضفت ميزات اليوم لتوسع الكون ، يمكنك استنتاجه مرة أخرى ومعرفة تاريخ التمدد بأكمله ، وبالتالي عصر الكون.
العدد الناتج - بدقة أكبر ، يمنحنا تجربة بلانك ، لكن مصادر أخرى ، مثل قياسات المستعرات الأعظمية ، تلسكوب هابل ومسح سلون الرقمي للسماء - تصحح - يتبين أن 13.81 مليار سنة ، مع خطأ 120 مليون سنة فقط. هذا يعني أننا في عصر الكون نتأكد بنسبة 99.1٪ ، وهو أمر دقيق على نحو مدهش!
نعم ، لدينا الكثير من البيانات المختلفة التي تشير إلى هذا الرقم ، ولكن في الواقع هذه طريقة واحدة. لقد كنا محظوظين فقط لأن هناك صورة متسقة تشير إليها جميع البيانات ، ولكن كل من هذه القيود بشكل فردي لا يكفي للقول: "الكون هو ذلك فقط". وبدلاً من ذلك ، فإنهم جميعًا يقدمون مجموعة من الاحتمالات ، والمكان الذي يتقاطعون فيه يخبرنا أين نعيش.
إذا كان للكون اليوم نفس الخصائص بالضبط ، لكنه سيتألف من 100٪ من المادة الطبيعية ، بدون مادة مظلمة وطاقة مظلمة ، فعندئذٍ سيكون عمره 10 مليار عام فقط. إذا كان هناك 5 ٪ من المادة الطبيعية في الكون (بدون المادة المظلمة والطاقة المظلمة) ، وكان ثابت هابل يساوي 50 كم / ثانية / ميجابت في الثانية بدلاً من 70 كم / ثانية / ميجابت في الثانية ، فإن الكون سيكون 16 مليار سنة. ولكن ، من خلال الجمع بين جميع البيانات المعروفة ، يمكننا القول بثقة أن 13.81 مليار سنة هي عمر الكون مع وجود خطأ صغير. هذا إنجاز مذهل للعلم.
وكل هذا بشكل عام يعطي طريقة واحدة. هذه هي الطريقة الرئيسية ، الأفضل ، الأكثر اكتمالاً ، مع كمية هائلة من الأدلة المختلفة. ولكن هناك حقيقة أخرى مفيدة بشكل مدهش للتحقق من نتائجنا.
وميض النجوم هو دليل على تنوعها بسبب النسبة الفريدة من فترة الوميض إلى السطوع.هذه حقيقة فهمنا لكيفية عيش النجوم وحرق وقودها وموتها. بشكل أكثر تحديدًا ، نعلم أن جميع النجوم ، عندما تكون على قيد الحياة وتحرق وقودها الرئيسي (توليف الهليوم من الهيدروجين) ، لها سطوع ولون معين ، وتحتفظ بهذه السطوع واللون لفترة معينة من الزمن: حتى يبدأ الوقود في النفاد في قلوبها .
في هذه اللحظة ، تبدأ النجوم الساطعة والزرقاء والأكثر ضخامة في "الإيقاف" من التسلسل الرئيسي (منحنى في الرسم البياني للألوان والحجم) ، وتتحول إلى عمالقة و / أو عمالقة عظمى.
من خلال النظر إلى مكان وجود نقطة "الإيقاف" هذه لمجموعات النجوم التي ظهرت في نفس الوقت تقريبًا ، يمكننا حساب - معرفة كيفية عمل النجوم - عمر النجوم في الكتلة. بالنظر إلى أقدم العناقيد الكروية ، التي تحتوي على العناصر الأقل ثقلاً ، والتي يحدث إغلاقها مع النجوم ذات الكتلة الأصغر ، نجد أن عمرها يساوي 13.2 مليار سنة باستمرار ، ولكن ليس أكثر (ضع في اعتبارك أن هذا الحالة ، الخطأ كبير جدًا ، حوالي مليار سنة).
عمر أقدم العناقيد الكروية المعروفة يصل إلى 95٪ من عمر الكون.غالبًا ما يكون هناك عمر 12 مليار سنة ، ولكن لم يتم العثور على أعمار تصل إلى 14 مليار سنة أو أكثر ، على الرغم من أنهم في التسعينات ذكروا غالبًا ما بين 14-16 مليار سنة. وقد أدى تحسين فهم كيفية عمل النجوم وتطورها إلى تقليل هذه الأرقام.
بشكل عام ، لدينا طريقتان - واحدة من تاريخ الفضاء ، والأخرى من قياس النجوم المحلية - تظهر أن عمر كوننا يتراوح بين 13 إلى 14 مليار سنة. لن يفاجأ أحد إذا كان لدينا 13.6 مليار أو 14.0 مليار ، ولكن يمكن القول بدقة كبيرة أننا لسنا 13.0 أو 15.0 مليار سنة. تحدث بثقة أننا بلغنا 13.8 مليار سنة - الآن أنت تعرف كيف حسبناها!