يتطلب الارتداد الكبير مرحلة إعادة الانهيار (ضغط كبير) ، يليه التوسع (الانفجار الكبير الجديد)كان أحد أكبر الاختراقات في القرن العشرين هو تحديد مدى ثراء وكون عالمنا حقًا. يبلغ قطر نصف قطرها حوالي 46 مليار سنة ضوئية حوالي تريليوني مجرة. يسمح لنا كوننا الذي يمكن ملاحظته بإعادة إنشاء التاريخ الكامل لتاريخنا الكوني ، ممتدًا إلى الانفجار الكبير وحتى ، على الأرجح ، إلى أبعد قليلاً. ماذا عن المستقبل؟ ماذا عن مصير الكون؟ هل هو مؤكد؟ هذا بالضبط ما يريد القارئ معرفته:
لقد كتبت أن الكون يتوسع بمعدل بطيء. اعتقدت أن جائزة نوبل مُنحت لاكتشافها أن الكون يتوسع بسرعة. هل يمكنك توضيح النظريات الرائدة؟ هل هناك أي ميزات ضغط رائعة؟
أفضل توقع للسلوك المستقبلي كان في الماضي. لكن الناس والكون يمكن أن يفاجئونا أحيانًا.
بعد الانفجار العظيم ، كان الكون متجانسًا تمامًا تقريبًا ، مملوءًا بالمادة والطاقة والإشعاع ، وتوسع بسرعة. يتحدد تطور الكون في أي لحظة من خلال كثافة الطاقة في محتوياته.يعتمد معدل تمدد الكون في أي لحظة على شيئين فقط: كثافة الطاقة الإجمالية الموجودة في الزمكان والانحناء المكاني. إذا فهمنا قوانين الجاذبية وكيف تتطور أنواع الطاقة المختلفة بمرور الوقت ، يمكننا إعادة إنشاء معدل التوسع في أي لحظة في الماضي. يمكننا أيضًا دراسة العديد من الأجسام البعيدة الموجودة على مسافات مختلفة منا ، وقياس مدى تمدد ضوءها بسبب توسع الفضاء. كل مجرة ، مستعر أعظم ، سحابة غاز جزيئي ، إلخ. - كل ما يمتص الضوء أو ينبعث منه سيخبر القصة الكونية عن كيفية امتداد الفضاء لها من اللحظة التي انبعثت فيها إلى اللحظة التي تمكنا فيها من مراقبتها.
كلما كانت المجرة أبعد ، كلما ابتعدت عنا بشكل أسرع بسبب التوسع ، وكلما زاد ضوءها عن انزياح أحمر ، لذلك علينا أن ننظر إلى موجات أكثر وأكثر.من ملاحظات مستقلة مختلفة ، تمكنا من استنتاج ما يتكون الكون بالضبط. ثلاثة خطوط مراقبة كبيرة ومستقلة هي:
- تقلبات درجة حرارة إشعاع CMB ، والتي تحمل معلومات حول انحناء الكون ، والمادة الطبيعية ، والمادة المظلمة ، والنيوترينوات والكثافة الإجمالية للمحتويات.
- ينتج عن الارتباط بين المجرات على أكبر المقاييس - المعروفة باسم التذبذبات الصوتية الباريونية - قياسات واضحة جدًا للكثافة الإجمالية للمادة ونسبة المادة الطبيعية والظلام والتغير في معدل التمدد مع مرور الوقت.
- والشموع القياسية البعيدة والأكثر سطوعًا للكون ، والمستعرات الأعظمية من النوع Ia ، تخبرنا بسرعة التوسع وتفاصيل تطور الطاقة المظلمة.
الشموع القياسية (L) والمساطر المعيارية ® هما تقنيتان مختلفتان يستخدمهما علماء الفلك لقياس تمدد الفضاء على مسافات مختلفة وفي أوقات مختلفة في الماضيتشير كل هذه الشهادات معًا إلى صورة واحدة متسقة للكون. يخبروننا ما هو موجود في الكون اليوم ، ويعطوننا علم الكونيات حيث:
- يوجد 4.9٪ من طاقة الكون في المادة الطبيعية (البروتونات والنيوترونات والإلكترونات).
- 0.1٪ من الطاقة تكون على شكل نيوتريونات ضخمة (تتصرف في الآونة الأخيرة كمادة ، وفي وقت مبكر مثل الإشعاع).
- يوجد 0.01٪ من الطاقة على شكل إشعاع (فوتونات).
- 27٪ من الطاقة في المادة المظلمة.
- 68٪ من الطاقة في شكل طاقة متأصلة في الفضاء نفسه: طاقة مظلمة.
إنهم يعطوننا كونًا مسطحًا ، مع انحناء 0 ٪ ، وكون بدون عيوب طوبولوجية (أحاديات مغناطيسية ، وسلاسل كونية ، وجدران المجال ، ومواد كونية) ، وكون له تاريخ معروف من التوسع.
الأهمية النسبية لمكونات الطاقة المختلفة للكون في أوقات مختلفة في الماضي. في المستقبل ، ستقترب الطاقة المظلمة من أهمية 100٪.المعادلات التي تحكم GTR واضحة للغاية في هذا المعنى: إذا كنا نعرف ما يتكون الكون اليوم ، وكذلك قوانين الجاذبية ، فإننا نعرف بالضبط مدى أهمية كل مكون في أي مرحلة في الماضي. في البداية ، سيطر الإشعاع والنيوترينوات. على مدى مليارات السنين ، كانت المادة المظلمة والمادة الطبيعية هي أهم المكونات. وخلال السنوات القليلة الماضية - ومع مرور الوقت سوف يزداد الوضع سوءًا - ستصبح الطاقة المظلمة العامل المهيمن في توسع الكون. إنه يجعل الكون يتسارع ، وهناك يختلط الأمر على معظم الناس.
متغيرات مصير الكون المتمدد. انتبه إلى الاختلافات بين النماذج المختلفة في الماضي.فيما يتعلق بتوسع الكون ، يمكننا قياس شيئين: سرعة التمدد ، والسرعة التي تتحرك بها المجرة الفردية بعيدًا عنا من وجهة نظرنا. ترتبط هذه المعلمات ، ولكنها لا تتطابق. يشير معدل التوسع إلى كيفية تمدد نسيج الزمكان. يتم تقديرها دائمًا بالسرعة لكل وحدة مسافة ، عادةً بالكيلومترات في الثانية لكل ميجابارسيك ، حيث يكون ميجابارسيك 3.26 مليون سنة ضوئية.
مثل المادة (أعلاه) ، يتطور الإشعاع (في المنتصف) والثابت الكوني مع مرور الوقت في الكون المتوسعإذا لم تكن هناك طاقة مظلمة ، مع مرور الوقت سينخفض معدل التوسع ، ويقترب من الصفر ، لأن كثافة المادة والإشعاع ستقترب من الصفر مع زيادة الحجم. ولكن في وجود الطاقة المظلمة ، يقترب معدل التوسع هذا من كثافة الطاقة المظلمة ، مهما كانت. إذا كانت الطاقة المظلمة ، على سبيل المثال ، ثابتًا كونيًا ، فإن معدل التوسع يميل بشكل مقارب إلى قيمة ثابتة. ولكن إذا كان الأمر كذلك ، فستزداد سرعة المجرات الفردية التي تبتعد عنا.
المجرة النائية Markaryan 1018 في النطاق البصري مع تراكب البيانات الراديوية ( VLT )تخيل أن سرعة التوسع لها قيمة معينة: 50 كم / ثانية / mpk. إذا كانت المجرة تقع على مسافة 20 mpc منا ، فستبتعد عنا من وجهة نظرنا بسرعة 1000 كم / ثانية. ولكن مع مرور الوقت ، عندما يتوسع نسيج الفضاء ، ستكون هذه المجرة أبعد منا. في الوقت الذي تكون فيه على بعد 40 mpk منا ، ستكون سرعة إزالتها منا بالفعل 2000 كم / ثانية. بعد المزيد من الوقت ، ستبتعد عنا عشر مرات - على مسافة 200 ميجابكسل ، وستبتعد عنا بسرعة 10000 كم / ثانية. في الوقت الذي تبتعد فيه بمقدار 6000 ميغا بكسل ، ستبتعد عنا بسرعة 300000 كم / ثانية ، أسرع من سرعة الضوء. لكن هذا سيستمر أكثر ؛ كلما مر الوقت ، زادت سرعة تحرك المجرة بعيدًا عنا. هذا هو المقصود بالكون "المتسارع": تقل سرعة التمدد ، لكن معدل إزالة المجرات الفردية ينمو مع الوقت.
مركب من نطاقات الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء في مشروع Hubble eXtreme Deep Field. أكبر صورة للأجزاء البعيدة من الكون.يتزامن كل هذا مع أفضل قياساتنا: الطاقة المظلمة هي كثافة طاقة ثابتة متأصلة في الفضاء. مع توسع الفضاء ، تظل كثافة الطاقة المظلمة ثابتة ، وسوف ينهي الكون وجوده في وضع التجميد الكبير ، حيث لا يرتبط كل شيء بالجاذبية (فهو يربط ، على سبيل المثال ، مجموعة المجرات المحلية لدينا ، مجرتنا ، النظام الشمسي ، إلخ.) ستطير بعيدا عن بعضها البعض. إذا اتضح أن الطاقة المظلمة هي ثابت كوني ، فسيحدث التوسع إلى الأبد ، وسيؤدي إلى كون بارد وفارغ.
عندما أدرك الفلكيون لأول مرة أن الكون يتسارع ، قال المنطق أنه سيتوسع إلى الأبد. ومع ذلك ، حتى نفهم طبيعة الطاقة المظلمة بشكل أفضل ، تظل السيناريوهات الأخرى لمصير الكون ممكنة. تظهر في الرسم التخطيطي: ضغط كبير ، تمدد دائم ، فجوة كبيرة.ولكن إذا تغيرت الطاقة المظلمة - من الناحية النظرية ، هذا ممكن ، ولكن لم يتم تأكيده من خلال الملاحظات - يمكن أن تأتي إلى كل من الضغط الكبير والكسر الكبير. في الضغط الكبير ، ستضعف الطاقة المظلمة وتغير علامتها ، والتي من خلالها سيصل الكون إلى أكبر حجم ، وسوف يتمدد ويتقلص. يمكن أن يؤدي إلى الكون الدوري عندما يولد الانكماش انفجارًا كبيرًا آخر. إذا زادت الطاقة المظلمة ، فسيظهر الموقف المعاكس ، حيث سيتم في النهاية تمزق الهياكل المربوطة بسبب زيادة سرعة التوسع. لكن أدلة اليوم تدعم بثقة "التجميد الكبير" ، حيث سيكون معدل التوسع ثابتًا إلى الأبد.
تتضمن الأهداف الرئيسية للمراصد المستقبلية ، مثل ike the Euclid و WFIRST و LSST ، قياسات تؤكد ما إذا كانت الطاقة المظلمة هي بالفعل ثابت كوني. على الرغم من أن النظرية الرائدة تفضل الطاقة المظلمة المستمرة ، فمن المهم النظر في جميع الاحتمالات التي لا تستبعدها الملاحظات والقياسات. وبينما يبدو الضغط الكبير بعيد الاحتمال ، إلا أنه لم يتم استبعاده بعد. مع ظهور المزيد من البيانات ذات الجودة الأفضل ، لا يزال بإمكاننا العثور على تلميحات مثيرة للاهتمام مفادها أن الواقع أكثر غرابة مما اعتقده معظمنا!
إيثان سيغل - فيزيائي فلكي ، مروج للعلوم ، مؤلف كتاب "يبدأ بانفجار!" كتب كتب "ما وراء المجرة" [ ما وراء المجرة ] و "Tracknology: علم ستار تريك" [ Treknology ].الأسئلة الشائعة: إذا كان الكون يتوسع ، فلماذا لا نتوسع