تُظهر محاكاة الهيكل الواسع للكون مجموعات معقدة غير متكررة. لكن من وجهة نظرنا ، يمكننا أن نرى الحجم المحدود للكون. ماذا يكمن؟منذ 13.8 مليار سنة ، بدأ الكون المعروف مع الانفجار الكبير. خلال هذا الوقت ، توسعت المساحة ، اختبرت المادة جاذبية الجاذبية ، ونتيجة لذلك حصلنا على مثل هذا الكون كما نلاحظ اليوم. لكن حتى لو كانت ضخمة ، فإن ملاحظاتنا لها حدود. على مسافة معينة ، تختفي المجرات ، وتتلاشى النجوم ، ولا نتلقى أي إشارات من الأجزاء البعيدة من الكون. لكن ماذا بعد هذا الحد؟ يسأل القارئ هذا الأسبوع:
إذا كان الكون محدود الحجم ، فأين حدوده؟ يمكن لأي شخص أن يقترب منها؟ كيف ستبدو؟
دعونا نبدأ بموقعنا الحالي وننظر إلى أقصى حد ممكن.
النجوم والمجرات التي نراها في مكان قريب ، تبدو تمامًا مثل نجومنا. ولكن كلما نظرنا أكثر ، كلما نظرنا إلى عمق الكون بشكل أعمق: هناك أقل تنظيما ، وأصغر ، وغير متطورةفي محيطنا المباشر ، الكون مليء بالنجوم. إذا سافرت بعيدًا لمدة 100000 سنة ضوئية ، فيمكنك حجز درب التبانة. وراءها بحر من المجرات - ربما تريليوني داخل الكون المرئي. هناك عدد كبير من الأصناف والأشكال والأحجام والكتل. لكن بالنظر إلى المجرات البعيدة ، يمكنك أن ترى شيئًا غير عادي: كلما كانت المجرة أبعد ، كلما زادت احتمالية صغر حجمها وكتلتها ، وستنجذب نجومها نحو الأزرق بقوة أكبر من أقرب المجرات.
ما الفرق بين المجرات في أوقات مختلفة من تاريخ الكونهذا منطقي إذا كان للكون بداية: عيد ميلاد. هذا ما كان عليه الانفجار العظيم ، في اليوم الذي ولد فيه الكون الذي عرفناه. يتزامن عمر المجرة ، قريب نسبيًا من عصرنا ، مع عصرنا. ولكن بالنظر إلى مجرة تبعد مليارات السنين الضوئية ، نرى ضوءًا كان يجب أن يمر مليارات السنين قبل أن يصل إلى أعيننا. يجب أن يكون عمر المجرة ، التي استغرقت النور 13 مليار سنة لنا ، أقل من مليار سنة ، وأن ننظر أعمق في الفضاء ، في الواقع ، ننظر إلى الماضي.
مركب الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء الذي تم الحصول عليه من خلال مشروع هابل eXtreme Deep Field - أكبر الصور التي تم إصدارها للكون البعيدأعلاه هي صورة مشروع Hubble
eXtreme Deep Field (XDF) ، أعمق صورة لكون بعيد. آلاف المجرات مرئية عليه ، وتقع على مسافات مختلفة عنا وعن بعضها البعض. ولكن في لون بسيط ، من المستحيل أن نرى أن لكل مجرة طيفًا محددًا تمتص فيه سحب الغاز ضوء الأطوال الموجية المحددة للغاية ، وذلك بفضل الفيزياء البسيطة للذرة. مع تمدد الكون ، يكون هذا الطول ممتدًا ، لذلك تبدو لنا المزيد من المجرات البعيدة أكثر حمراء. تسمح لنا هذه الفيزياء بالافتراضات حول المسافة إليها ، وعندما نرتب هذه المسافات ، يتبين أن أصغر وأصغر المجرات بعيدة.
خلف المجرات يجب أن يكون هناك النجوم الأولى ، وبعد ذلك لا شيء سوى غاز محايد - عندما لم يكن لدى الكون الوقت الكافي لسحب المادة إلى هياكل كثيفة بما يكفي لتشكيل النجوم. بعد مرور عدة ملايين من السنين ، سنرى أن الإشعاع في الكون كان حارًا جدًا لدرجة أن الذرات المحايدة لم تتشكل هناك ، مما يعني أن الفوتونات ارتدت باستمرار من الجسيمات المشحونة. عندما تتشكل الذرات المحايدة ، يجب أن يذهب هذا الضوء ببساطة في خط مستقيم ، ويذهب إلى الأبد ، لأنه لا يتأثر بأي شيء سوى توسع الكون. كان اكتشاف هذا التوهج المتبقي - الإشعاع الناتج - قبل أكثر من 50 عامًا هو التأكيد النهائي على الانفجار العظيم.
رسم تخطيطي منظم لتاريخ الكون يصف إعادة التأين . قبل تكوين النجوم والمجرات ، كان الكون مليئًا بالذرات المحايدة التي حجبت الضوء. وعلى الرغم من أن معظم الكون خضع لإعادة التأيين فقط بعد 550 مليون سنة ، إلا أن بعض المواقع المحظوظة أعيد تأنيتها عمليًا قبل هذا الوقت.من موقعنا الحالي ، يمكننا أن ننظر في أي اتجاه ونرى نفس مسار تاريخ الفضاء. اليوم ، بعد 13.8 مليار سنة من الانفجار العظيم ، لدينا المجرات والنجوم المعروفة لنا. في السابق ، كانت المجرات أصغر وأكثر زرقة وأصغر وأقل تطورًا. قبل ذلك كانت هناك نجوم أولى ، وقبل ذلك - ذرات محايدة فقط. قبل الذرات المحايدة كان هناك بلازما مؤينة ، وقبلها - بروتونات ونيوترونات خالية ، حدوث عفوي للمادة والمادة المضادة ، الكواركات الحرة والغلوونات ، جميع الجزيئات غير المستقرة في النموذج القياسي ، وأخيرًا لحظة الانفجار العظيم. إن النظر إلى مسافات أكبر من أي وقت مضى هو نفسه النظر إلى الماضي.
تمثيل الفنان في شكل مفهوم لوغاريتمي للكون المرئي. ويتبع المجرات هيكل واسع النطاق وبلازما الانفجار الكبير الساخنة الكثيفة في الأفنية الخلفية. الحافة هي حدود فقط في الوقت المناسب.على الرغم من أن هذا يحدد كوننا الذي يمكن ملاحظته - مع الحدود النظرية للانفجار الكبير ، التي تقع على بعد
46.1 مليار سنة ضوئية من موقعنا - إلا أنها لن تكون حدودًا حقيقية للفضاء. إنه مجرد خط زمني. هناك قيود على ما يمكننا رؤيته ، لأن سرعة الضوء سمحت للمعلومات بالسفر فقط 13.8 مليار سنة من وقت الانفجار العظيم. هذه المسافة هي أكثر من 13.8 مليار سنة ضوئية ، منذ أن تمدد نسيج الكون (ولا يزال يتوسع) ، لكنه بالتأكيد محدود. ولكن ماذا عن الوقت قبل الانفجار الكبير؟ ماذا سترى إذا سقطت بطريقة أو بأخرى في جزء من الثانية قبل أن يمتلك الكون أعلى طاقاته ، هل كان كثيفًا وساخنًا ومليئًا بالمادة والمواد المضادة والإشعاع؟
قدم التضخم انفجارًا كبيرًا ساخنًا وأدى إلى ظهور كون يمكن ملاحظته ، والذي يمكننا الوصول إليه. أدت التقلبات في التضخم إلى زرع بذور نمت في هيكلها الحاليسوف تجد حالة من التضخم الكوني الذي توسع فيه الكون بسرعة كبيرة ، وفيه هيمنت الطاقة الكامنة في الفضاء نفسه. تمدد الفضاء في ذلك الوقت بشكل كبير ، وتمدد إلى حالة مسطحة ، واكتسب نفس الخصائص في جميع الأماكن ، ثم تناثرت الجسيمات الموجودة في اتجاهات مختلفة ، وتمتد التقلبات الكامنة في الحقول الكمية عبر الكون بأكمله. عندما انتهى التضخم في المكان الذي نحن فيه ، ملأ الانفجار الكبير الساخن الكون بالمادة والإشعاع ، وولد ذلك الجزء من الكون - الكون المرئي - الذي نراه اليوم. والآن ، بعد 13.8 مليار سنة ، لدينا ما لدينا.
يمكن أن يمتد الكون المرصود 46 مليار سنة ضوئية في جميع الاتجاهات من وجهة نظرنا ، ولكن بالتأكيد هناك أجزاء أكثر لا يمكن ملاحظتها من الكون ، وربما حتى كمية لا حصر لها ، مماثلة لتلك التي نحن فيهاموقعنا لا يختلف ، لا في المكان ولا في الزمان. ما نراه في 46 مليار سنة ضوئية لا يعلق أي أهمية خاصة على هذه الحدود أو هذا الموقع. هذا هو مجرد حد لمجال رؤيتنا. إذا استطعنا بطريقة أو بأخرى التقاط صورة للكون بأكمله ، يمتد إلى ما بعد الحدود المرصودة ، مثل أنه أصبح بعد 13.8 مليار سنة من الانفجار العظيم ، فسيبدو كلنا أقرب جزء لنا. سيكون لديها شبكة كونية عظيمة من المجرات ، والعناقيد ،
والخيوط المجرية ،
والفراغات الكونية الممتدة خارج منطقة صغيرة نسبياً مرئية لنا. أي مراقب في أي مكان سيرى كونًا مشابهًا جدًا للكون الذي نراه من وجهة نظرنا.
تُظهر إحدى أكثر الملاحظات عن بعد للكون النجوم والمجرات القريبة ، لكن المجرات من المناطق الخارجية تبدو أصغر وأقل تطورًا. من وجهة نظرهم ، يبلغ عمرهم 13.8 مليار سنة ، وهم أكثر تطوراً ، ويبدو لهم كما كانوا قبل مليارات السنينستختلف التفاصيل الفردية ، حيث تختلف تفاصيل نظامنا الشمسي ، المجرة ، المجموعة المحلية ، إلخ. من تفاصيل مراقب آخر. لكن الكون ليس محدودًا في الحجم - فقط الجزء الذي لاحظناه محدود. والسبب في ذلك هو الحدود المؤقتة - الانفجار الكبير - التي تفصلنا عن البقية. لا يمكننا الاقتراب منه إلا بمساعدة التلسكوبات ، التي تنظر إلى الأيام الأولى للكون ، ونظريًا. حتى نكتشف كيفية تجاوز الوقت الحالي ذو الاتجاه الواحد ، سيكون هذا هو نهجنا الوحيد لفهم "حدود" الكون. لكن في الفضاء لا توجد حدود. بقدر ما نعلم ، فإن شخصًا ما على حافة كوننا المرئي سيرانا فقط على حافة كونه المرئي!
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 ؟ لماذا لا يتزامن عمر الكون مع نصف قطر الجزء الملاحظ .