ما يعتقد معظم الناس أنهم يعرفونه عن الانفجار الكبير هو خطأ

لقد حاول العديد من الكتب المدرسية ومعلمي العلوم وصف الانفجار الكبير بأنه ولادة الكون – بداية متفجرة حدثت في نقطة معينة مما أدى إلى خلق المادة وإلقائها في الفراغ مثل شظية قنبلة يدوية.

لكن الانفجار الكبير ليس في الواقع لحظة الخلق، بل هو أشبه بعواقبه. الانفجار الكبير لم يخرج من مكان معين في فضاءولم يكن انفجارًا، على الأقل ليس بالمعنى التقليدي.

لقد ارتكبت الثقافة الشعبية – وعلماء الكونيات، على مضض – الخطأ المؤسف المتمثل في اعتماد اسم للنظرية التي تستحضر حتى صوت انفجار البارود. لذا… بازينجا؟

كتب جون ماثر، عالم الفيزياء الفلكية الحائز على جائزة نوبل وكبير علماء المشروع: “يقال في كثير من الأحيان أن الكون بأكمله الذي يمكننا ملاحظته الآن كان مضغوطًا في حجم بحجم كرة الجولف”. ناسا‘s تلسكوب جيمس ويب الفضائي، في مقال لموقع Theedge.org. “لكن علينا أن نتخيل أن كرة الجولف ليست سوى قطعة صغيرة من الكون الذي كان لانهائيًا حتى ذلك الحين.”

تصف نظرية الانفجار الكبير حدثًا متى موجود بدأ الفضاء – الذي كان أكثر سخونة وكثافة وأصغر بكثير في ذلك الوقت – في التمدد فجأة وبسرعة. كان الكون البدائي عبارة عن جلاش حارق من الجسيمات الدقيقة والضوء والطاقة، ولكن مع توسعه، أصبح الفضاء يبرد بما يكفي للسماح عمليات مهمة أن تحدث مثل تكوين الذرات والعناصر. ويستمر التوسع اليوم.

هذا كل شيء. ولا يشير إلى الظروف التي كانت قبل التوسع. لا يفترض ما يتوسع فيه الكون. إنه لا يفسر حتى سبب التوسع في المقام الأول. وهناك أسباب تجعل محاولة تخيل الحدث على أنه انفجار قد تؤدي إلى بعض الاستنتاجات الخاطئة.

وقال دون لينكولن، كبير العلماء في فيرميلاب في إلينوي: “لن يدعي أي عالم حسن السمعة أننا نفهم بالتفصيل ما حدث في اللحظة المحددة التي بدأ فيها الكون. لكننا لا نفعل ذلك”. فيديو. “على الرغم من أننا لا نعرف كل شيء عن كيفية بداية الكون، إلا أنني أذهلني دائمًا حقيقة أننا نعرف الكثير.”

الانفجار الكبير ينتمي إلى مرئي الكون

لفهم الانفجار الكبير – وتعليق ماذر السابق – من المهم أولاً توضيح أن هذه النظرية تنطبق على الكون المرئي، وليس الكون ككل. الكون المرئي عبارة عن فقاعة من الكون تتمركز في منظورنا من الأرض، ونصف قطرها تحدده سرعة الضوء. الفقاعة بأكملها حوالي 92 مليار سنة ضوئية واسع.

لا يتم تحديد حجم الفقاعة من خلال نطاق التلسكوبات، ولكن من خلال الحدود الفعلية للضوء. هناك أقصى مسافة منها الفوتونات كان من الممكن أن يسافر إلى مراقب في عصر الكون. تُعرف هذه الحدود باسم الأفق الضوئي الكوني: أي إشارات محتملة أبعد من ذلك لم يكن لديها الوقت الكافي للوصول إلينا، ولن تفعل ذلك أبدًا، ولا حتى بعد مليارات السنين في المستقبل. وذلك لأنه عند مسافة قصوى معينة، تتراجع الأجسام البعيدة بسرعة أكبر من سرعة الضوء.

إذن ما هو أبعد من هذه الفقاعة؟ لا أحد يعرف لأنه غير مرئي، لكن يمكن للعلماء أن يتكهنوا بوجود المزيد من الكون. ففي نهاية المطاف، مع توسع الفضاء، يدرك العلماء أنه في كل ثانية، تفلت آلاف النجوم من أعيننا، خلف ذلك الأفق.

أين حدث الانفجار الكبير بالضبط؟

ينبغي النظر إلى الانفجار الكبير على أنه “نقطة” زمنية ولكنه لا يحدث في مكان معين. سيقول علماء الفلك في كثير من الأحيان أن الانفجار الكبير حدث في كل مكان، وهي فكرة محيرة إذا كنت تفكر في الانفجار الكبير وكأنه قنبلة متفجرة.

تخيل بدلاً من ذلك سيناريو افتراضيًا حيث يتم تكثيف الفضاء داخل بقعة، مثل بالون بحجم رأس الدبوس. ثم تخيل أن هذا البالون الصغير قد تضخم بطريقة ما إلى حجم البرتقالة. في هذا التشبيه، يمكنك أن تبدأ في فهم سبب عدم وجود “نقطة أصل” للانفجار الكبير: لم يتبق شيء من رأس الدبوس حيث بدأ؛ أصبحت نقطة رأس الدبوس أكبر بشكل كبير.

وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل العديد من علماء الفيزياء الفلكية يقولون إن كل مكان في الكون الذي يمكن معرفته يمكن اعتباره جزءًا منه مركز الانفجار الكبير. ولم يكن هناك موقع محدد تم تفجير القطع منه، وفقا للنظرية.

استخدم عالم الفلك إدوين هابل تلسكوب هوكر مقاس 100 بوصة في كاليفورنيا لملاحظة تراجع المجرات في الفضاء في كل الاتجاهات.
الائتمان: ناسا / أوراق إدوين ب. هابل / مكتبة هنتنغتون

الانفجار الكبير لم يكن في الواقع انفجارا

تدعم الملاحظات العلمية فكرة التوسع العالمي السريع مقابل الانفجار. إذا كان هناك انفجار من نوع الألعاب النارية أدى إلى تشتيت المادة إلى الخارج، على سبيل المثال، فإن قوانين الفيزياء ستفرض أن الحطام الأبعد عن المكان الذي انفجر فيه سيتحرك بشكل أسرع من الأشياء الأقرب إلى نقطة البداية تلك.

وقال لينكولن “هذا لأن الأجسام البعيدة عن المفرقعات النارية يجب أن تتحرك بشكل أسرع. وهذه هي الطريقة التي ابتعدت بها”.

لكن هذا ليس ما يراه علماء الفلك. في الكون، المسافة بين المجرات تتزايد الجميع الاتجاهات – وليس فقط بالنسبة إلى نقطة مركزية. عالم الفلك إدوين هابل، لمن تلسكوب هابل الفضائي تم تسميته لاحقًا، واكتشف هذا في عام 1929.

وباستخدام تلسكوب هوكر 100 بوصة في كاليفورنيا، لاحظ هابل أنه كلما كانت المجرة أبعد عن المجرة درب التبانة، المجرة موطن الأرض، بدا أنها تنحسر بشكل أسرع. لقد اكتشف ذلك من خلال رسم سرعات ومسافات 24 مجرة ​​قريبة. أظهرت الحبكة أن كل شيء كان ينجرف بشكل منتظم، وبسرعات تتناسب مع المسافة، في جميع الاتجاهات.

وقد أطلق على معدل التوسع اسم هابل ثابت. وبعد عامين من ملاحظات هابل، قام عالم فلك وكاهن بلجيكي، جورج لوميتراستخدم هذه الفرضية لنشر أول نظرية شبيهة بالانفجار الكبير لتفسير بدايات الكون.

ويعتقد علماء الكونيات أن الكون توسع على مدى 13.8 مليار سنة منذ الانفجار الكبير.
الائتمان: بريت جريسوولد (مجموعة ماسلو الإعلامية) / رسم توضيحي لناسا

كيف يعرف علماء الفلك أن الكون يتوسع

ومع اكتشاف هابل أن الفضاء نفسه يتوسع، تمكن العلماء من تقدير حجمه عمر الكون. صيغة السرعة – التي ربما تعلمتها في المدرسة الثانوية – هي المسافة مقسومة على الزمن. يعرف العلماء بالفعل سرعات المجرات والمسافات التي تفصلها، لذا يمكنهم معرفة المدة عن طريق قسمة المسافة على السرعة.

إذا قام العلماء بإعادة عقارب الساعة من يومنا هذا إلى الوقت الذي ينهار فيه كل شيء في الكون الذي يمكن معرفته مرة أخرى في ذلك البالون الصغير المفرغ، فقد حدث ذلك حوالي منذ 13.8 مليار سنة.

لذلك، إذا كان عمر الكون 13.8 مليار سنة، فقد يفترض المرء بشكل غير صحيح أن الفقاعة المرئية للكون يبلغ نصف قطرها 13.8 مليار سنة ضوئية، ويبلغ عرضها الإجمالي 27.6 مليار سنة ضوئية. لكن الكون لا يقف ساكنًا، والمسافة بين الأجسام ليست ثابتة. ويفسر توسع الفضاء التناقض بين 27.6 مليار سنة ضوئية و92 مليار سنة ضوئية، وهو قطر الكون المرئي.

هل نجح العلماء في دحض الانفجار الكبير؟

لم يدحض العلماء نظرية الانفجار الكبير، لكنهم اكتشفوا اختلافات في معدل التوسع – ثابت هابل – من قياسات فرق البحث المختلفة. ويعرف الخلاف باسم توتر هابل.

باختصار، قياسات السرعة المبنية على ملاحظات التلسكوب للكون الحالي أعلى إلى حد ما من التوقعات المبنية على الظروف المعروفة للكون خلال بداياته. خلال السنوات القليلة الماضية، اعتبر علماء الفلك أن هناك شيئًا ما يتسبب في تسريع معدل التوسع. وقد وجدت الدراسات التي استخدمت تلسكوب ويب أن الاختلاف صغير ولكن مهم في معدل التوسع ربما ليس نتيجة حسابات خاطئة ولكن جانبا من الكون لم يتم فهمه بعد.

بينما يعمل العلماء على حل هذا اللغز، قد يحتاج الانفجار الكبير إلى بعض التغيير والتبديل، ولكن حتى الآن هذا التفاوت لم يقلب النتيجة النهائية، وهي أن الفضاء كان أصغر حجمًا وأكثر سخونة، ثم امتد فجأة، وما زال يتوسع.

اكتشف الفيزيائيان الأمريكيان أرنو بنزياس وروبرت ويلسون، عن غير قصد، الخلفية الكونية الميكروية، التي تملأ الكون المرئي.
المصدر: وكالة الفضاء الأوروبية / تعاون بلانك

معدل توسع الكون المبكر

قام الباحثون بحساب معدل توسع الكون الوليد باستخدام بيانات من ما يسمى بالخلفية الكونية الميكروية. الفيزيائيان الأمريكيان أرنو بنزياس وروبرت ويلسون بالصدفة اكتشف هذه الظاهرة، وهو شفق خافت حدث بعد 380 ألف سنة من الانفجار الكبير، باستخدام تلسكوب راديوي في عام 1965.

وفي الوقت نفسه تقريبًا، توقع فريق منفصل من جامعة برينستون وجود مثل هذه الموجات. لو كان علماء الفلك علماء آثار، لكان هذا الاكتشاف أقرب إلى الاكتشاف أقدم أحفورة للضوء. إنه أقدم شيء في الكون رآه أي شخص.

هذه البصمة الحرارية، التي تشع من ذرات تبعد الآن أكثر من 46 مليار سنة ضوئية وتمتد إلى موجات ميكروويف، تملأ السماء. وكالة الفضاء الأوروبية مهمة بلانك رسم خرائط لأفران الميكروويف لقياس التقلبات الصغيرة في درجات الحرارة. تسمح هذه الاختلافات الطفيفة للعلماء باستنتاج معدل التوسع في ذلك الوقت.

كيف تتناسب نظرية “التضخم الكوني” مع الانفجار الكبير

يحاول التضخم الكوني وصف مرحلة قصيرة ولكنها حاسمة في قصة الانفجار الكبير التي أطلقت الكون على خطه الزمني للتوسع.

طرح آلان جوث، عالم الفيزياء النظرية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الفكرة في عام 1980. وهي تشير إلى وجود شكل من أشكال الجاذبية الطاردة، شيء من هذا القبيل. الطاقة المظلمةقاد التوسع السريع للكون في لحظة مبكرة. كانت هذه المرحلة ستستمر لمدة جزء من تريليون من الثانية. ثم انطفأت الطاقة التي دفعت التضخم.

وقال جوث: “عادة ما أصف التضخم بأنه نظرية الانفجار الكبير”. في سؤال وجواب عام 2014 من قبل الجامعة. “في شكلها الأصلي، لم تكن نظرية الانفجار الكبير أبدًا نظرية للانفجار. ولم تذكر شيئًا عن ما الذي اصطدم، أو لماذا اصطدم، أو ما حدث قبل الانفجار.”

خلال مرحلة التضخم، كان الكون الصغير يتوسع بمعدل أسرع من الضوء. واحصل على هذا: لم يكن من الممكن أن يخرق أي قوانين فيزيائية.

وقال لينكولن: “صحيح أنه لا شيء يمكن أن يتحرك عبر الفضاء أسرع من الضوء، ولكن لا توجد قيود على مدى سرعة توسع الفضاء”.

كيف حصل “الانفجار الكبير” على اسمه؟

فريد هويل، وهو عالم فلك ومعروف في مجال التواصل العلمي في المملكة المتحدة، ويُنسب إليه الفضل إلى حد كبير في صياغة “الانفجار الكبير” في عام 1949. وكان في كثير من النواحي مثل نيل ديجراس تايسون في عصره. لكن العديد من علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكون اليوم يشكون من أن هذه التسمية الخاطئة ظلت عالقة.

خلال بث لقناة بي بي سي، وصف هويل نظريات مبنية على فكرة أن “كل المادة في الكون قد خلقت في انفجار كبير واحد في وقت معين في الماضي البعيد”، وفقا لما ذكره موقع “نيوزويك”. نسخة نشرت في مجلة بي بي سي. وقد ذكر هذه العبارة لاحقًا مرة أخرى في كتابه الصادر عام 1950 بعنوان “طبيعة الكون”.

رفض هويل فكرة الأصل المفاجئ للكون، لكنه لم يستخدم عبارة “الانفجار الكبير” باستخفاف، وفقًا لما قاله. مقال حديث عنه في المجلة طبيعة. وبدلاً من ذلك، كان ينوي نقل الفرضية باستخدام استعارات وصفية للمساعدة في إيصال النقطة عبر الراديو.

بازينجا، بالفعل.