تكشف النظرة إلى جزء بعيد جدًا من الكون أن المجرات تتحرك بسرعات عالية منا. في مثل هذه المسافات ، تظهر المزيد من المجرات ، وهي أصغر حجمًا ، وليست متطورة جدًا وتبتعد عن الانزياحات الحمراء الكبيرة عن تلك الموجودة في الجوارعندما تنظر إلى الكون البعيد ، ترى المجرات في كل مكان - في جميع الاتجاهات ، كل ملايين ومليارات السنين الضوئية. حوالي 2 تريليون مجرة متاحة للبشرية للمراقبة ، والمبلغ الإجمالي لكل شيء موجود في الكون أكبر بكثير وأكثر لا يصدق مما يتخيله معظمنا. واحدة من أكثر الحقائق المربكة هي أن جميع المجرات التي نراها تطيع قاعدة واحدة في المتوسط: كلما كانت أبعد عنا ، كلما كانت أسرع ، على ما يبدو ، تبتعد عنا. قادنا هذا الاكتشاف ، الذي قام به إدوين هابل ومساعدوه في عشرينيات القرن الماضي ، إلى صورة الكون الآخذ في الاتساع. ولكن ماذا يعني أن الكون يتوسع؟ العلم يعرف ذلك ، والآن ستعرف!
كلما نظرنا ، كلما رأينا الكون الأقدم والأكثر تطوراً. ولكن هذا فقط إذا كانت النظرية النسبية العامة قابلة للتطبيق على الكون وتسيطر على توسعه.1) ما هو توسع الكون؟ هذا هو أحد الأسئلة التي تبدو معقولة ، لأن كل شيء آخر يمكن أن يتوسع ، يتكون من مادة ويوجد في مساحة ووقت الكون. لكن الكون نفسه هو المكان والزمان ، ويحتوي على كل المواد والطاقة المتاحة. بالحديث عن "توسع الكون" ، فإننا نعني أن الفضاء يتوسع ، ونرى أن المجرات الفردية ومجموعاتها تتناثر عن بعضها البعض. أفضل تصور لهذه العملية هو عجين الزبيب الذي يرتفع نتيجة الخبز في الفرن.
نموذج "الخبز مع الزبيب" لتوسع الكون ، حيث تزداد المسافات النسبية مع اتساع الفضاء (الاختبار).العجين هو نسيج الفضاء ، الزبيب هي هياكل ذات صلة (المجرات أو مجموعات / مجموعات المجرات) ، ومن وجهة نظر أي زبيب ، يتحرك الآخرون بعيدًا عنه ، وكلما زاد الزبيب ، كلما أسرع في الهروب. فقط في حالة الكون لا يوجد موقد ولا هواء خارج العجين. لا يوجد سوى عجينة (فراغ) وزبيب (مادة).
لا ينجم الانزياح الأحمر عن حركة المجرات منا - يعود الانزياح الأحمر للضوء الذي ينتقل من نقاط بعيدة في الفضاء إلينا إلى امتداد الفضاء بيننا وبين المجرات2) كيف نعلم أن نسيج الفضاء يتوسع - ربما أن المجرات تتحرك فقط بسرعات مختلفة؟ إذا تحركت الأشياء منك في جميع الاتجاهات ، فربما تكون المسافة بينك وبينها تتسع ؛ لكن هذه ليست سوى واحدة من الاحتمالات. يبدو من المعقول أيضًا أن تكون في وسط الانفجار ، وقد تصادف وجود العديد من الأشياء بعيدًا عنك وتتحرك بشكل أسرع اليوم لأنها اكتسبت المزيد من الطاقة أثناء الانفجار. إذا كان الأمر كذلك ، فسوف يبرز دليلان على ذلك:
- على مسافات كبيرة ، ستكون المجرات ذات السرعات العالية أصغر لأنها ستحلّق في الفضاء بمرور الوقت.
- سيكون لنسبة الانزياح الأحمر والنطاق على مسافات كبيرة شكل محدد للغاية ، يختلف عن الحالة عندما يتمدد نسيج الفضاء.
الفرق بين تفسير مبني على الحركة البسيطة (الخط المنقط) وتنبؤات GR (الصلبة) للمسافات في الكون الآخذ في الاتساع. تتوافق ملاحظاتنا بشكل لا لبس فيه مع تنبؤات الموارد الوراثية.على مسافات كبيرة ، كثافة المجرات أعلى مما هي بالقرب منا. يتزامن هذا مع صورة تتسع فيها المساحة ، نظرًا لأن النظر في المسافة هو نفس النظر في الماضي ، حيث لم يكن التوسع قويًا جدًا. نرى أيضًا أن نسبة الانزياح الأحمر إلى المسافة في المجرات البعيدة تتوافق مع صورة تمدد نسيج الفضاء ، ولا تتزامن مع الحالة التي تتحرك فيها المجرات ببساطة بعيدًا عنا. يقدم العلم إجابة على هذا السؤال بطريقتين مختلفتين تمامًا ، وكلا الإجابة تدعم خيار الكون المتسع.
يتطابق الرسم البياني لمعدل التمدد الظاهري (المحور ص) مقابل المسافة (المحور س) مع الكون ، الذي توسع بشكل أسرع في الماضي ، لكنه لا يزال يتوسع اليوم. هذه نسخة حديثة من الملاحظة تمتد مسافات آلاف المرات أكثر مما فعله هابل. لاحظ أن النقاط لا تقع على خط مستقيم ، مما يشير إلى تغيير في معدل التوسع مع مرور الوقت3) هل تمدد الكون دائمًا بنفس السرعة؟ نحن نسمي هذه السرعة ثابت هابل ، لكنه ثابت في جميع أنحاء الفضاء ، وليس طوال الوقت. الكون اليوم ، اليوم ، يتوسع ببطء أكثر مما كان عليه في الماضي [
هنا يشرح إيثان سبب تباطؤ التوسع ، وتتطاير المجرات بشكل أسرع / تقريبًا. ترجم.]. عندما نتحدث عن سرعة التوسع ، فإننا نعني السرعة لكل مسافة وحدة: اليوم تبلغ حوالي 70 كم / ثانية / MPC (كيلومترات في الثانية لكل ميجابكسل ؛ megaparsec - 3،260،000 سنة ضوئية). لكن معدل التوسع يعتمد على كثافة كل شيء موجود في الكون ، بما في ذلك المادة ذات الإشعاع. مع توسع الكون ، تصبح المادة والإشعاع داخله أقل كثافة ، ومع انخفاض كثافة المادة والإشعاع ، تقل أيضًا سرعة التمدد. توسع الكون بشكل أسرع في الماضي ، وتباطأ منذ الانفجار العظيم الساخن. ثابت هابل غير مسمى بالضبط ؛ يجب أن يطلق عليه معلمة هابل.
توفر خيارات المصير البعيد للكون العديد من الاحتمالات ، ولكن إذا كانت الطاقة المظلمة ثابتة حقًا ، كما تشير بياناتنا ، فإن الكون سيستمر في اتباع المنحنى الأحمر4) هل سينمو الكون إلى الأبد أم سيتوقف أو سيتقلص؟ لقد ظل هذا السؤال ، لعدة أجيال ، بمثابة الكأس المقدسة لعلم الكون والفيزياء الفلكية ، وكان من الممكن الإجابة عليه فقط عن طريق تحديد كل من معدل تمدد الكون وجميع أنواع وكميات الطاقة الموجودة فيه. لقد نجحنا الآن في قياس مقدار المواد الطبيعية والإشعاع والنيوترينوات والمادة المظلمة والطاقة المظلمة الموجودة فيه ، بالإضافة إلى سرعة توسع الكون. بناءً على قوانين الفيزياء والأحداث الماضية ، يبدو من المرجح جدًا أن الكون سوف يتوسع إلى الأبد. على الرغم من أن هذا الاحتمال لا يساوي 100 ٪. إذا كان هناك شيء ، على سبيل المثال ، المادة المظلمة ، سيتصرف بشكل مختلف في المستقبل ، وليس كما كان الحال في الماضي أو اليوم ، فيجب مراجعة جميع استنتاجاتنا.
5) هل هناك مجرات تهرب منا أسرع من سرعة الضوء ، وهل هي ممنوعة؟ من وجهة نظرنا ، تتسع المسافة بيننا وبين أي نقطة بعيدة. كلما كان الشيء أبعد ، كلما ابتعدنا عنا بشكل أسرع. حتى لو كانت سرعة التمدد صغيرة ، فإن جسمًا بعيدًا إلى حد ما سيتغلب على عتبة أي سرعة نهائية ، لأن سرعة التمدد (السرعة لكل مسافة وحدة) مضروبة في مسافة كبيرة بما فيه الكفاية ستعطيك أي قيمة للسرعة. لكن GRT لا تحظر هذا! القانون الذي يحظر الحركة بشكل أسرع من الضوء ينطبق فقط على حركة الأشياء في الفضاء ، وليس على توسيع الفضاء نفسه. في الواقع ، تتحرك المجرات نفسها بسرعات تصل إلى مئات أو آلاف الكيلومترات / ثانية ، وهي أقل بكثير من 300000 كم / ثانية ، وهو حد السرعة المحدد بواسطة الضوء. يحدث الهارب والانزياح الأحمر بسبب توسع الكون ، وليس الحركة الحقيقية للمجرة.
يوجد داخل الكون المرئي (الدائرة الصفراء) حوالي 2 تريليون مجرة. المجرات التي تقع على مسافة أكبر من ثلث الطريق مننا إلى الحدود لا يمكن الوصول إليها أبدًا بسبب توسع الكون ، وبالتالي فإن الحجم المفتوح للدراسة البشرية هو 3٪ فقط من الكون المرصودإن تمدد الكون هو نتيجة ضرورية لوجود المادة والطاقة التي تملأ الزمكان ، مع مراعاة الموارد الوراثية. طالما هناك مادة ، هناك جاذبية الجاذبية ، لذلك إما أن الجاذبية تفوز وكل شيء ينكمش ، أو يفقد الجاذبية ويفوز التوسع. لا يوجد مركز للتمدد ؛ لا يوجد شيء خارج الفضاء حيث سيتمدد الكون ؛ إن تمدد نسيج الكون نفسه ، في كل مكان وباستمرار. وما هو الأكثر إزعاجًا ، حتى لو غادرنا الأرض اليوم وسرنا على الطريق بسرعة الضوء ، فإن 3٪ فقط من المجرات من الكون المرئي بأكمله ستكون متاحة لنا ؛ 97 ٪ منهم بالفعل خارج قدراتنا. يمكن أن يكون الكون مكانًا صعبًا ، لكنك على الأقل تعرف الآن إجابات خمسة من الأسئلة الأكثر إرباكًا!