فهم نظرية الانفجار الكبير

نظرية الانفجار الكبير هي النظرية السائدة عن أصل الكون. في جوهرها ، تنص هذه النظرية على أن الكون بدأ من نقطة أولية أو فردية ، والتي توسعت على مدى مليارات السنين لتشكيل الكون كما نعرفه الآن.

في عام 1922 ، وجد عالم الكونيات وعالم الرياضيات الروسي ألكسندر فريدمان أن الحلول البرت اينشتاين'س النسبية العامة أدت معادلات المجال إلى الكون المتمدد. كمؤمن بكون ثابت وأبدي ، أضاف أينشتاين ثابتًا كونيًا إلى معادلاته ، "تصحيح" هذا "الخطأ" وبالتالي القضاء على التوسع. وقد أطلق على هذا لاحقًا أكبر خطأ فادح في حياته.

في الواقع ، كان هناك بالفعل أدلة ملاحظه تدعم الكون المتوسع. في عام 1912 ، لاحظ الفلكي الأمريكي فيستو سليفر مجرة ​​حلزونية - اعتبرت "سديمًا حلزونيًا" في ذلك الوقت ، نظرًا لأن الفلكيين لم يعرفوا بعد أن هناك مجرات وراء درب التبانة- وسجلت الانزياح الأحمر، يتحول تحول مصدر الضوء نحو الطرف الأحمر من طيف الضوء. لاحظ أن كل هذه السديم كانت تسافر بعيدًا عن الأرض. كانت هذه النتائج مثيرة للجدل في ذلك الوقت ، ولم يتم النظر في آثارها الكاملة.

في عام 1924 ، عالم الفلك إدوين هابل كانت قادرة على قياس المسافة إلى هذه "السديم" واكتشفت أنها بعيدة جدًا بحيث لم تكن في الواقع جزءًا من درب التبانة. لقد اكتشف أن مجرة ​​درب التبانة كانت واحدة فقط من العديد من المجرات وأن هذه "السدم" كانت في الواقع مجرات في حد ذاتها.

في عام 1927 ، قام الكاهن والفيزيائي الروماني الكاثوليكي جورج لوميتر بحساب حل فريدمان بشكل مستقل واقترح مرة أخرى أن الكون يجب أن يتوسع. تم دعم هذه النظرية من قبل هابل عندما وجد في عام 1929 أن هناك علاقة بين مسافة المجرات وكمية الانزياح الأحمر في ضوء تلك المجرة. كانت المجرات البعيدة تتحرك بسرعة أكبر ، وهو بالضبط ما تنبأت به حلول Lemaitre.

في عام 1931 ، ذهب Lemaitre إلى أبعد من ذلك مع تنبؤاته ، حيث استقر إلى الوراء مع مرور الوقت ليجد أن مسألة الكون ستصل إلى كثافة ودرجة حرارة غير محدودة في وقت محدود في الماضي. وهذا يعني أن الكون يجب أن يكون قد بدأ في نقطة مادة صغيرة وكثيفة بشكل لا يصدق ، تسمى "ذرة بدائية".

إن حقيقة أن لوميتر كان كاهنًا كاثوليكيًا رومانيًا كانت تتعلق ببعض البعض ، حيث كان يطرح نظرية قدمت لحظة محددة من "الخلق" للكون. في عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين ، كان معظم الفيزيائيين - مثل آينشتاين - يميلون إلى الاعتقاد بأن الكون كان موجودًا دائمًا. في الجوهر ، كان ينظر إلى نظرية الانفجار العظيم على أنها دينية للغاية من قبل العديد من الناس.

في حين تم تقديم العديد من النظريات لبعض الوقت ، إلا أنها كانت في الحقيقة فقط فريد هويل نظرية الحالة المستقرة التي قدمت أي منافسة حقيقية لنظرية Lemaitre. ومن المفارقات أن هويل هو الذي صاغ عبارة "الانفجار الكبير" خلال إذاعة إذاعية من خمسينيات القرن الماضي ، قصدًا ذلك مصطلح ساخر لنظرية Lemaitre.

تنبأت نظرية الحالة المستقرة بأن الجديد شيء تم إنشاؤه بحيث تظل كثافة ودرجة حرارة الكون ثابتة بمرور الوقت ، حتى أثناء تمدد الكون. كما توقع هويل أن تكون العناصر الأكثر كثافة من الهيدروجين والهيليوم خلال عملية تركيب النوى نجمي، والتي ، على عكس نظرية الحالة المستقرة ، أثبتت دقتها.

كان جورج جامو - أحد تلاميذ فريدمان - المدافع الرئيسي عن نظرية الانفجار العظيم. تنبأ مع زملائه رالف ألفر وروبرت هيرمان بخلفية الميكروويف الكونية (CMB) إشعاع ، وهو إشعاع يجب أن يكون موجودًا في جميع أنحاء الكون كبقايا كبيرة انفجار. كما بدأت تتشكل الذرات خلال عصر إعادة التركيبسمحوا لإشعاع الميكروويف (شكل من أشكال الضوء) بالانتقال عبر الكون ، وتوقع جامو ذلك إشعاع الميكروويف ستظل ملحوظة اليوم.

استمر الجدل حتى عام 1965 عندما تعثر أرنو بينزياس وروبرت وودرو ويلسون على مجلس الإدارة CMB أثناء العمل في مختبرات Bell Telephone. التقط مقياس إشعاع ديكي الخاص بهم ، المستخدم في علم الفلك الراديوي والاتصالات الساتلية ، درجة حرارة 3.5 كلفن (مباراة قريبة لتنبؤ ألفير وهيرمان بـ 5 كلفن).

طوال أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات ، حاول بعض أنصار فيزياء الحالة المستقرة شرح هذه النتيجة بينما لا يزال إنكار نظرية الانفجار الأعظم ، ولكن بحلول نهاية العقد ، كان من الواضح أن إشعاع الإشعاع CMB ليس له أي معقول آخر تفسير. حصل Penzias و Wilson على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1978 لهذا الاكتشاف.

ومع ذلك ، ظلت بعض المخاوف تتعلق بنظرية الانفجار العظيم. واحدة من هذه كانت مشكلة التجانس. سأل العلماء: لماذا يبدو الكون متطابقًا ، من حيث الطاقة ، بغض النظر عن الاتجاه الذي ينظر إليه المرء؟ لا تعطي نظرية الانفجار الكبير الكون المبكر وقتًا للوصول إليه توازن حراريلذا يجب أن تكون هناك اختلافات في الطاقة في جميع أنحاء الكون.

في عام 1980 ، اقترح الفيزيائي الأمريكي آلان جوث رسميًا نظرية التضخم لحل هذه المشكلة وغيرها. تقول هذه النظرية أنه في اللحظات الأولى التي أعقبت الانفجار الكبير ، كان هناك توسع سريع للغاية للكون الناشئ مدفوعًا بـ "طاقة فراغ الضغط السلبي" (التي قد تكون بطريقة ما مرتبطة بالنظريات الحالية الطاقة المظلمة). بدلاً من ذلك ، تم طرح نظريات التضخم ، المشابهة في المفهوم ولكن مع تفاصيل مختلفة قليلاً من قبل الآخرين في السنوات منذ ذلك الحين.

قدم برنامج مسبار ويلكينسون للميكروويف المتغاير (WMAP) من قبل وكالة ناسا ، والذي بدأ في عام 2001 ، أدلة تدعم بقوة فترة تضخم في أوائل الكون. هذه الأدلة قوية بشكل خاص في بيانات السنوات الثلاث التي صدرت في عام 2006 ، على الرغم من وجود بعض التناقضات البسيطة مع النظرية. منحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2006 إلى جون سي. ماثر وجورج سموت ، عاملين رئيسيين في مشروع WMAP.

بينما يتم قبول نظرية الانفجار الكبير من قبل الغالبية العظمى من الفيزيائيين ، لا تزال هناك بعض الأسئلة البسيطة المتعلقة بها. والأهم من ذلك ، الأسئلة التي لا تستطيع النظرية أن تحاول الإجابة عنها:

• ما الذي حدث قبل الانفجار العظيم؟
• ما سبب الانفجار الكبير؟
• هل كوننا هو الوحيد؟

قد تكون الإجابات على هذه الأسئلة موجودة خارج نطاق الفيزياء ، ولكنها رائعة مع ذلك ، وإجابات مثل الأكوان المتعددة توفر الفرضية مجالًا مثيرًا للاهتمام من المضاربات للعلماء وغير العلماء على حد سواء.

عندما اقترح Lemaitre في الأصل ملاحظته حول الكون المبكر ، دعا هذه الحالة المبكرة للكون ذرة البدائية. بعد سنوات ، قام جورج جامو بتطبيق اسم ylem عليه. وقد سميت أيضًا بالذرة البدائية أو حتى البيضة الكونية.