الانفجار الكبير وأصل كل شيء

كيف بدأ الكون؟ هذا سؤال فكر فيه العلماء والفلاسفة عبر التاريخ وهم ينظرون إلى السماء المرصعة بالنجوم أعلاه. إنها مهمة علم الفلك والفيزياء الفلكية أن تقدم إجابة. ومع ذلك ، ليس من السهل معالجتها.

جاءت أولى اللمحات الرئيسية لإجابة من السماء عام 1964. حدث ذلك عندما اكتشف الفلكيان أرنو بينزياس وروبرت ويلسون إشارة ميكروويف مدفونة في البيانات التي كانوا يأخذونها للبحث عن إشارات مرتدة من أقمار صدى البالونات. افترضوا في ذلك الوقت أنه كان مجرد ضجيج غير مرغوب فيه وحاولوا تصفية الإشارة.

ومع ذلك ، اتضح أن ما اكتشفوه كان قادمًا من وقت بعد وقت قصير من بداية الكون. على الرغم من أنهم لم يعرفوا ذلك في ذلك الوقت ، فقد اكتشفوا خلفية الميكروويف الكونية (CMB). تم توقع CMB من خلال نظرية تسمى الانفجار الكبيرالتي اقترحت أن الكون بدأ كنقطة ساخنة كثيفة في الفضاء وتوسع فجأة نحو الخارج. كان اكتشاف الرجلين هو أول دليل على هذا الحدث البدائي.

ما الذي بدأ ولادة الكون؟ وفقًا للفيزياء ، نشأ الكون إلى الوجود من التفرد - وهو مصطلح يستخدمه الفيزيائيون لوصف مناطق الفضاء التي تتحدى قوانين الفيزياء. إنهم لا يعرفون سوى القليل عن التفردات ، ولكن من المعروف أن مثل هذه المناطق موجودة في نوى الثقوب السوداء. إنها منطقة يتم فيها ضغط كل الكتلة التي يلتهمها ثقب أسود إلى نقطة صغيرة ، كتلة لا نهائية ، ولكنها أيضًا صغيرة جدًا. تخيل حشر الأرض في شيء بحجم دقيق. التفرد سيكون أصغر.

هذا لا يعني أن الكون بدأ على شكل ثقب أسود. مثل هذا الافتراض من شأنه أن يثير السؤال عن شيء موجود قبل الإنفجار الكبير ، وهو أمر تخميني للغاية. بحكم التعريف ، لم يكن هناك شيء موجود قبل البداية ، لكن هذه الحقيقة تخلق أسئلة أكثر من الإجابات. على سبيل المثال ، إذا لم يكن هناك أي شيء قبل الإنفجار الكبير ، فما الذي تسبب في خلق التفرد في المقام الأول؟ إنه سؤال "مسكتك" لا يزال علماء الفيزياء الفلكية يحاولون فهمه.

ومع ذلك ، بمجرد إنشاء التفرد (مهما حدث) ، يكون لدى الفيزيائيين فكرة جيدة عما حدث بعد ذلك. كان الكون في حالة ساخنة وكثيفة وبدأ في التوسع من خلال عملية تسمى التضخم. انتقلت من صغيرة جدا وكثيفة جدا ، إلى حالة ساخنة جدا. ثم تبرد مع توسعها. يشار إلى هذه العملية الآن باسم الانفجار الكبير ، وهو مصطلح ابتدعه السير فريد هويل لأول مرة خلال بث إذاعي لشركة البث البريطانية (BBC) في عام 1950.

على الرغم من أن المصطلح ينطوي على نوع من الانفجار ، إلا أنه لم يكن هناك انفجار أو انفجار. لقد كان حقا التوسع السريع للمكان والزمان. فكر في الأمر وكأنه يفجر بالونًا: عندما ينفخ شخص ما في الهواء ، يتوسع السطح الخارجي للبالون للخارج.

لم يكن الكون المبكر (في وقت كانت فيه بضع أجزاء من الثانية بعد بدء الانفجار العظيم) ملزماً بقوانين الفيزياء كما نعرفها اليوم. لذا ، لا يمكن لأحد أن يتنبأ بدقة كبيرة كيف بدا الكون في ذلك الوقت. بعد العلماء يملك تمكنت من بناء تمثيل تقريبي لكيفية تطور الكون.

أولاً ، كان الكون الرضيع في البداية ساخنًا وكثيفًا حتى الجسيمات الأولية مثل البروتونات والنيوترونات لا يمكن أن توجد. بدلا من ذلك ، أنواع مختلفة من شيء (تسمى المادة والمضادة للمادة) اصطدمت ببعضها البعض ، وخلق طاقة نقية. عندما بدأ الكون يبرد خلال الدقائق القليلة الأولى ، بدأت البروتونات والنيوترونات تتشكل. ببطء ، اجتمعت البروتونات والنيوترونات والإلكترونات معًا لتكوين هيدروجين وكميات صغيرة من الهيليوم. خلال بلايين السنين التي تلت ، تشكلت النجوم والكواكب والمجرات لخلق الكون الحالي.

لذا ، عد إلى Penzias و Wilson و CMB. ما وجدوه (والذي ربحوا من أجله جائزة نوبل) ، غالبًا ما توصف بأنها "صدى" الانفجار الكبير. تركت وراءها توقيعًا لنفسها ، تمامًا مثل صدى صوتي في الوادي يمثل "توقيع" الصوت الأصلي. الفرق هو أنه بدلاً من صدى مسموع ، فإن دليل Big Bang هو توقيع حر في جميع أنحاء الفضاء. وقد درس هذا التوقيع على وجه التحديد من قبل المركبة الفضائية الخلفية الكونية (COBE) و مسبار ويلكينسون للميكروويف متباين الخواص (WMAP). توفر بياناتهم أوضح دليل على حدث الولادة الكونية.

بينما ال الانفجار العظيم النظرية هي النموذج الأكثر قبولًا على نطاق واسع الذي يشرح أصول الكون ويدعمه الجميع أدلة الملاحظة ، هناك نماذج أخرى تستخدم نفس الأدلة لإخبار مختلفة قليلا قصة.

يجادل بعض المنظرين بأن نظرية الانفجار الكبير مبنية على فرضية خاطئة - وهي أن الكون مبني على زمان-فضاء متزايد الاتساع. يقترحون كونًا ثابتًا ، وهو ما تنبأت به نظرية أينشتاين في الأصل النسبية العامة. تم تعديل نظرية آينشتاين لاحقًا فقط لاستيعاب الطريقة التي يبدو أن الكون يتوسع بها. والتوسع جزء كبير من القصة ، خاصة أنه ينطوي على وجود الطاقة المظلمة. أخيرًا ، يبدو أن إعادة حساب كتلة الكون تدعم نظرية الأحداث الكبرى.

في حين أن فهمنا للأحداث الفعلية لا يزال غير مكتمل ، فإن بيانات CMB تساعد في تشكيل النظريات التي تفسر ولادة الكون. بدون الانفجار الكبير ، لا يمكن أن توجد نجوم أو مجرات أو كواكب أو حياة.

• الانفجار الكبير هو الاسم الذي يطلق على حدث ولادة الكون.
• يُعتقد أن الانفجار الكبير قد حدث عندما بدأ شيء ما بتوسيع التفرد الصغير ، منذ حوالي 13.8 مليار سنة.
• يمكن اكتشاف الضوء بعد فترة وجيزة من الانفجار الكبير بأنه إشعاع الميكروويف الكوني (CMB). إنه يمثل ضوءًا من وقت كان فيه الكون الوليد يضيء حوالي 380،000 سنة بعد وقوع الانفجار العظيم.

• "الانفجار الكبير." وكالة ناسا، وكالة ناسا ، www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
• وكالة ناسا، ناسا ، science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
• "أصول الكون." ناشيونال جيوغرافيك، ناشيونال جيوغرافيك ، 24 أبريل. 2017 ، www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

تم التحديث والتعديل بواسطة كارولين كولينز بيترسن.