الانفجار الكبير الساخن
Hot Big Bang - هذه هي فترة تطور الكون ، في المراحل الأخيرة التي نعيش فيها. خلال هذه الفترة ، كان الجزء المرصود من الكون كثيفًا وساخنًا في البداية ، ثم بدأ في التوسع والتبريد. تباطأ التوسع حتى وقت قريب. لا تخلط بينك: من المؤكد أن فيلم The Big Big Bang لم يبدأ في اللحظات الأولى من الكون.
يسمي بعض الناس "الانفجار الكبير الساخن" (HBV) ببساطة "الانفجار الكبير". آخرون ، يتحدثون عن الانفجار الكبير ، يشيرون أيضًا إلى وقت سابق. سيتم وصف مشاكل المصطلحات في المقالة التالية عن التضخم.
ما مدى سخونة فيروس الالتهاب الكبدي الوبائي في أشد درجات الحرارة قبل أن يبدأ في البرودة ، وكيف بدأ؟
بالتأكيد هذا لم يعرف لنا بعد. يمكن أن يبدأ فيروس الالتهاب الكبدي الوبائي عندما يصبح الكون ساخنًا في نهاية فترة التضخم. في هذه الحالة ، جاءت حرارة HBV من الطاقة المظلمة التي غذت التضخم ، وتعتمد درجة الحرارة القصوى لـ HBV على كمية الطاقة المظلمة المتاحة.
يمكن أن تكون درجة الحرارة:
- كبيرة مثل نسبة كبيرة من درجة حرارة بلانك (وبعد ذلك كان الكون ساخنًا لدرجة أنه يمكن أن يخلق ثقوبًا سوداء ببساطة بسبب درجة الحرارة) ، و
- منخفضة مثل درجة الحرارة المقابلة للطاقة من مصادم هادرون الكبير (ومن ثم لن يكون كافيا لإنشاء جسيمات هيجز).
وربما ليس تحت هذه العلامة.
في بعض الأحيان تسمى أقصى درجة حرارة لـ HBV "درجة حرارة إعادة التسخين" ، لكن كلمة "re" يمكن أن تؤدي إلى سوء الفهم. افترض الناس أن الكون كان ساخنًا قبل وبعد التضخم ، ومن ثم "إعادة التسخين" - ويمكنك العثور على العديد من المواقع والكتب ومقاطع الفيديو والصور التي توضح نفس الافتراض - ولكنها لا تستند إلى أي شيء.
ماذا حدث بعد ذلك؟
نحن على يقين تام بأننا على دراية بالمعالم الرئيسية وتفاصيل كثيرة لما حدث على مدى 13.7 مليار سنة مقبلة. توسع الكون تدريجيًا (أصبح الفضاء أكبر) ، وبالتالي تبريده وأصبح فارغًا أكثر. بالمقارنة مع مثل هذا الحدث المذهل مثل التضخم ، كانت الفترة اللاحقة مملة نسبيًا ، على الرغم من أن المعالم الهامة جدًا قد تحققت على طول الطريق.
بعد بضع دقائق من بدء فيروس التهاب الكبد الوبائي:
- تم تشغيل حقل هيجز (أي أن متوسط قيمته أصبح غير صفري) ، مما يضمن أن العديد من الجسيمات التي لم يكن لها كتلة من قبل ، بما في ذلك الكواركات والإلكترونات الموجودة في المادة العادية ، تلقت الكتلة. منذ ذلك الوقت ، ظلت قيمة مجال هيجز ثابتة ، على الأقل في الجزء المرئي من الكون.
- الكواركات ، الآثار القديمة ، والغلوونات التي تحلق بحرية انضمت لتكوين هدرونات ، بما في ذلك البروتونات والنيوترونات.
- تشكلت أول نوى ذرية ، مختلفة عن الهيدروجين ، ونتيجة لذلك ظهر الكثير من الهليوم والقليل من الديوتريوم (الهيدروجين الثقيل) ، وكذلك الليثيوم ، في الكون. أصبحوا لاحقًا مكونات النجوم الأولى.
بعد 380،000 سنة ، كل شيء يبرد بما فيه الكفاية بما يكفي لتشكيل الذرات الأولى ، ومنذ تلك اللحظة ، أصبح الكون في الغالب مكانًا شفافًا ، كما نراه اليوم. الضوء ، الذي حصل بعد ذلك على فرصة للتنقل بحرية حول الكون ، يعطينا "إشعاعًا خافتًا".
بعد حوالي مائة مليون سنة ، بدأت المجرات الأولى في التكوين وأضاءت النجوم الأولى. لم يتم تحديد الإطار الزمني المحدد بعد بالقياسات ، لكنهم يحاولون القيام بذلك.
الآن نعيش بعد حوالي 13.7 مليار سنة من بداية فيروس التهاب الكبد الوبائي. لاحظ أنني لم أكتب عن "عمر الكون" ، أو أنه بدأ منذ 13.7 مليار سنة. هذا غير معروف لنا بالضبط. نحن نعلم فقط أن العنف القائم على النوع الاجتماعي بدأ منذ 13.7 مليار سنة - لكننا لا نعرف ما إذا كانت هذه اللحظة قريبة من بداية الكون بأكمله.
التضخم
ربما كانت حقبة التضخم فترة قصيرة جدًا ، لكنها بالتأكيد فترة ملونة اتسعت فيها المساحة داخل الجزء من الكون ، بما في ذلك الجزء المرئي (الجزء الذي يمكننا رؤيته اليوم) بسرعة مذهلة للغاية. كانت سرعة التوسع سريعة لدرجة أنها بدت مجنونة. والشيء الوحيد الذي يحافظ على هذه الفكرة من الجنون هو أن نظرية التضخم تنتج توقعات تتفق حتى الآن مع قياساتنا للفضاء (بما في ذلك تلك التي قام بها مشروع
BICEP2 ). هذا لا يعني أنه صحيح ، لكنه يعني أن:
- هناك أسباب جيدة للاعتقاد أنه يمكن أن يكون صحيحا ، و
- اليوم لا يمكن لأحد أن يثبت أنه خطأ.
مرة أخرى: توسعت المساحة. لا يهم تمزق المادة في الفضاء: أصبح الفضاء أكبر بكثير. لم
يكن يبدو انفجارًا على الإطلاق .
ما مدى جنون سرعة التوسع؟ تم توسيع قسم من حجم الكون بحجم شاشة الكمبيوتر إلى حجم الجزء الذي تمت ملاحظته من الكون اليوم ، أو حتى أكثر ، في وقت أقصر مما يحتاجه الكوارك للانتقال من جانب واحد من البروتون إلى الجانب الآخر. لن أحاول حتى إغراقك بالأرقام ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أننا لا نعرف حقًا كم من الوقت استمر التضخم ، ولكن أيضًا لأن الأرقام تشير إلى أحجام كبيرة جدًا وفترات زمنية صغيرة جدًا بحيث يتخيلها الناس. في الواقع ، تم إنشاء قطعة ضخمة من الكون من قطعة صغيرة على الفور تقريبًا.
كيف كان الكون خلال هذا التوسع؟ فارغ. فارغة للغاية. أكثر من فراغ اليوم بكثير. بارد جدا. مظلمة جدا. كل شيء يمكن أن يكون موجودًا فيه قبل بداية التضخم تمزق وسرق على الفور على مسافات شاسعة. تحذير: هناك صيد مهم ودقيق جدًا فيما يتعلق بعبارات عن الكون الفارغ / المظلم / البارد ، ولا أعرف حتى الآن كيف أصفه بدقة أكبر. سيكون من الأكثر دقة أن نقول أن الكون لم يكن فارغًا "للغاية" فحسب ، بل كان "أقصى" فارغًا ومظلمًا وباردًا - فارغًا من كل شيء باستثناء التقلبات الكمية.
ما حدث قبل التضخم وكيف بدأ ، لا نعرف. هناك العديد من النظريات المعقولة القائمة على العلم ، لكنها ستكون كلها تكهنات حتى يأتي شخص ما بطريقة لاختبارها باستخدام القياسات. قد لا تكون الفترة "قبل التضخم" موجودة على الإطلاق - إما لأن التضخم مستمر باستمرار في مكان ما في الكون ، أو لأن الوقت لن يكون منطقيًا إذا عدت بعيدًا بما فيه الكفاية في الماضي ، أو لسبب آخر. ولكن في العديد من السياقات ، لا يهم ذلك كثيرًا ، حيث سأشرح استخدام الصور والإجابة على بعض الأسئلة الشائعة على طول الطريق.
ما الذي تسبب في معدل التضخم المجنون؟
كان السبب هو كمية كبيرة مما يسمى غالبًا:
- "الطاقة المظلمة" (لكن هذه ليست طاقة ، إنها مزيج معين من الطاقة والضغط السلبي) ، أو
- "الثابت الكوني" (خطأ آينشتاين [ليس] ؛ لحسن الحظ ، هذا ليس ثابتًا ، أو أن الكون سيشهد تضخمًا إلى الأبد) ، أو
- "التمدد الناعم الداكن" (وهذا صحيح ، لكنه يبدو محرجًا ولا يفسر أي شيء).
بشكل عام ، هناك القليل من هذه المادة في الكون ، وهذا هو السبب في أن معدل تمدد الكون قد بدأ في الزيادة على مدى عدة مليارات السنين الماضية. لكننا نشك في أنه في مرحلة ما لسبب ما كان أكبر بكثير. وبسبب هذا ، كانت المنطقة التي تحتوي على الجزء الخاص بنا من الكون تتوسع بمعدل لا يصدق ، أي أنها تعرضت "للتضخم". تحتوي الأشكال 1 و 2 و 3 على تخمينات غير مثبتة وربما غير صحيحة حول سبب بدء التضخم ، وفي الشكل. لم يعد للتفاصيل الأربعة لهذه التخمينات أي معنى.
التين. 1: تخمين لا أساس له من الصحة حول الكيفية التي قد ينظر بها أحد أقسام الكون قبل بدء التضخم. لسبب غير معروف ، تحتوي المنطقة الرمادية على كمية كبيرة من الطاقة المظلمة. داخل المنطقة الرمادية ، قمت برسم بعض الأشياء ، موضحة بنقاط خضراء وحمراء. ما هو خارج المنطقة الرمادية ، ليس لدي أي فكرة ، ولكن في النهاية لن يهم.من أين أتت هذه الكمية الضخمة من الطاقة المظلمة؟
لا نعرف. هناك العديد من الافتراضات ، وقد تم رفض بعض البيانات الأخيرة. نأمل في معرفة المزيد عن هذا الموضوع في العقد المقبل.
التين. 2: تتسبب الطاقة المظلمة في تمدد المنطقة الرمادية. تنتشر الأشياء في المنطقة الرمادية (النقاط الخضراء والحمراء) مع توسع المساحة التي تحتوي على طاقة مظلمة ، والتي تصبح أكثر ضخامة ، بينما لا تتحرك خارج المنطقة الرمادية.لماذا لا تبطئ سرعة التوسع إذا كان التوسع يوسع الطاقة المظلمة؟
من الغريب والمثير للدهشة أنه مع تضخم الكون ونمو حجمه ، تظل كمية الطاقة المظلمة من حيث حجم الوحدة ثابتة. وهذا يعني أن التضخم سيذهب ، ويذهب ، ويذهب ، ولا يتباطأ ، حتى يتسبب شيء ما في اختفاء الطاقة المظلمة.
التين. 3: نظرًا لأن الطاقة المظلمة ، على عكس المواد التقليدية ، لا تصبح أكثر ندرة مع توسع المساحة ، وتبقى كثافتها ثابتة ، تستمر المنطقة الرمادية في التوسع. بحلول هذا الوقت ، اختفت جميع النقاط الخضراء والحمراء ، باستثناء نقطة واحدة ، عن الأنظار. مهما كانت درجة حرارة المنطقة المتوسعة في البداية ، فإنها تصبح شديدة البرودة (باردة كما تسمح الظروف).تتحرك النقاط الخضراء والحمراء بعيدًا عن بعضها البعض بسرعة كبيرة.
هل هذا يعني توسع لا يصدق أن كل الأشياء كانت تتحرك بعيدًا عن بعضها البعض بسرعة تتجاوز سرعة الضوء ، وهي حد السرعة العالمي؟
نعم إنه كذلك.
هل هذا ينتهك نظرية النسبية لأينشتاين؟
لا ، لا ينكسر. تقول نظرية آينشتاين أنه إذا مر جسمان بعضهما البعض في نقطة واحدة في الفضاء ، فعندما يتحرك المراقب مع أحدهما ، فإن السرعة المقاسة للجسم الآخر لن تتجاوز أبدًا سرعة الضوء. لكن شيئان في مكانين مختلفين يمكن أن يتحركا بعيدًا عن بعضهما البعض بشكل أسرع من سرعة الضوء إذا توسعت المساحة نفسها. هذا هو بالضبط ما يحدث في الكون الآخذ في التوسع.
التين. 4: جوهر عصر التضخم. عند هذه النقطة ، انتشر التضخم في جميع الكائنات الموجودة في المنطقة الرمادية في الشكل. 1 (نقاط حمراء وخضراء) على مسافات كبيرة للغاية من بعضها البعض. توسعت المنطقة الرمادية إلى حجم ضخم غير مفهوم ، وأصبحت فارغة وباردة بشكل رهيب. ويمكن أن يستمر التوسع ويستمر على عدة مراحل. التخمينات الأولية الموضحة في الشكل. 1 والتين. 2 ، لا علاقة لها تمامًا بخصائص هذا القسم من الكون ؛ إذا بدأنا في تخمين ممتاز للغاية في الشكل. 1 و 2 ، ما زلنا نحصل على نفس الصورة. 4.اعتقدت أن الانفجار العظيم كان مرتبطًا بكون حار جدًا. والآن تقول أنها كانت باردة جدا؟
نعم إنه كذلك. حسنا ، تقريبا هكذا. إنها باردة قدر الإمكان ؛ ومع ذلك ، فإن وجود التقلبات الكمومية يقدم خصائصه الخاصة. أصبح الكون ساخنًا بعد التضخم (المزيد عن ذلك لاحقًا). سواء كان الجو حارًا في مرحلة ما قبل التضخم ، فإن السؤال هو مجرد مضاربة. لا يوجد دليل على أو ضد. ولكن أثناء التضخم ، انخفضت درجة الحرارة إلى جزء صغير من درجة فوق الصفر المطلق.
التين. 5: تباطؤ توسيع الموقع التضخمي. حقيقة أنه مع مرور الوقت سيصبح جزءًا يمكن ملاحظته من كوننا كبيرًا بما يكفي لرسمه - يشار إليه بخط أحمر منقط.لماذا توقف التضخم؟
لا نعرف. هناك ، بالطبع ، العديد من الافتراضات العلمية ، مع المعادلات والتنبؤات وطرق اختبارها - على الأقل جزئيًا. ربما سنتعلم قريبًا المزيد عن هذا من خلال الاستكشاف المستمر للفضاء.
ماذا حدث عندما توقف التضخم؟
أفضل تخمين (ومعادلاتنا تقول أن هذا ممكن ، ولكن لا تقدم تفاصيل) - كل الطاقة المظلمة تحولت إلى جسيمات ، بما في ذلك تلك التي نتألف منها ، وفي العديد من الأنواع الأخرى من الجسيمات المعروفة لنا ، وربما ، إلى مجموعة من الجسيمات التي لا نعرف عنها شيئًا. وعندما حدث ذلك ، أصبح الكون ساخنًا وكثيفًا للغاية - ويستمر في التوسع ، على الرغم من أنه أبطأ بكثير.
التين. 6: في نهاية التضخم ، تتحول الطاقة المظلمة التي تملأ القسم المتوسع سابقًا إلى طاقة الحركة وطاقة كتلة الجسيمات التي تظهر بكميات ضخمة ، مما يجعل الكون ساخنًا جدًا. كلما زادت الطاقة المظلمة لكل وحدة حجم أثناء التضخم ، كلما أصبح الكون أكثر سخونة بعد أن يسخن. مساحة كبيرة تمتد إلى أبعد بكثير مما هو موضح ، بما في ذلك ما سيصبح جزءًا يمكن ملاحظته من الكون ، مليئة بحساء جسيمات كثيف منتظم وحار تقريبًا. من هذه اللحظة ، يتوسع الكون أكثر ، ولكن بشكل أبطأ بكثير من خلال التضخم ، ويبرد تدريجيًا.كان هذا هو مصدر الانفجار الكبير الساخن. بعض الناس (بمن فيهم أنا) يقولون فقط: هذه اللحظة هي بداية الانفجار العظيم. يقول آخرون أن الانفجار الكبير يشمل الانفجار الكبير الساخن والتضخم ، على الرغم من أنه غريب - التضخم يشبه صافرة أكثر من الانفجار. يقول البعض أن التضخم أدى إلى انفجار في الانفجار الكبير ، مما جعل الكون كبيرًا ومتمددًا ، ثم جعله ساخنًا. يقول شخص آخر أن الانفجار الكبير يشمل الانفجار العظيم ، والتضخم ، وكل ما جاء قبله. لكن هذا بيان محفوف بالمخاطر - قبل التضخم ، قد يكون هناك شيء لا يستحق مصطلح "الانفجار" (حدث مفعم بالحيوية ، حافل ومفاجئ).
نظرًا لأن المصطلحات لم يتم إنشاؤها بعد ، يمكنك أن تقرر بنفسك ما يجب أن تسميه بالضبط مصطلح "الانفجار الكبير". من المهم فقط معرفة أن لديك العديد من الاحتمالات ، وأن العلماء المختلفين والمواقع المختلفة قد يفكرون في مفاهيم مختلفة ، يشار إليها باسم الانفجار الكبير.