تقرير عن نظرية الانفجار العظيم

الانفجار العظيم

لاستعمالات اخرى، اقرا انفجار عظيم (توضيح)

وفقا لنموذج الانفجار العظيم، فان الفضاء الكونى يتمدد من حاله حاره شديده الكثافة، و ما زال يتمدد الي اليوم. يوضح ذلك المخطط تمدد مسطح لجزء من الكون، حيث تتباعد المجرات مع التمدد.

فى علم الكون الفيزيائي، الانفجار العظيم (بالانجليزية: Big Bang) هو النظريه السائده حول نشاه الكون.[2] تعتمد فكره النظريه ان الكون كان فالماضى فحاله حاره شديده الكثافه فتمدد، و ان الكون كان يوما جزء و احد عند نشاه الكون. بعض التقديرات الجديدة تقدر حدوث تلك اللحظه قبل 13.8 مليار سنة، و الذي يعتبر عمر الكون.[3] و بعد التمدد الاول، برد الكون بما يكفى لتكوين جسيمات دون ذريه كالبروتونات و النيترونات و الالكترونات. و رغم تكون نويات ذريه بسيطه اثناء الثلاث دقيقة الاتيه للانفجار العظيم، الا ان الامر احتاج الاف السنين قبل تكون ذرات متعادله كهربيا. معظم الذرات التي نتجت عن الانفجار العظيم كانت من الهيدروجين و الهيليوم مع القليل من الليثيوم. بعدها التئمت سحب عملاقه من تلك العناصر الاوليه بالجاذبيه لتكون النجوم و المجرات، و تشكلت عناصر اثقل من اثناء تفاعلات الانصهار النجمى او خلال تخليق العناصر فالمستعرات العظمى.

تقدم نظريه الانفجار الكبير شرحا و افيا لمجموعه و اسعه من الظواهر المرئية، بما فذلك و فره من العناصر الخفيفه و الخلفيه الاشعاعيه للكون و البنيه الضخمه للكون و قانون هابل.[4] و نظرا لكون المسافه بين المجرات تزداد يوميا، فبالتالي كانت المجرات فالماضى اقرب الي بعضها البعض. و من الممكن استعمال القوانين الفيزيائيه لحساب خصائص الكون كالكثافه و درجه الحراره فالماضى بالتفصيل.[5][6][7] و بالرغم من انه ممكن لمسرعات الجسيمات الكبري استنساخ تلك الظروف، لتاكيد و صقل تفاصيل نموذج الانفجار الكبير، الا ان تلك المسرعات لم تتمكن حتي الان الا البحث فالانظمه عاليه الطاقة. و بالتالي، فان حاله الكون فاللحظات الاولي للانفجار العظيم مبهمه و غير مفهومة، و لا تزال مجالا للبحث. كما لا تقدم نظريه الانفجار العظيم اي شرح للحاله الاوليه للكون، بل تصف و تفسر التطور العام للكون منذ تلك اللحظة.

قدم الكاهن الكاثوليكى و العالم البلجيكى جورج لومتر الفرضيه التي اصبحت لاحقا نظريه الانفجار العظيم سنه 1927 م. و مع مرور الوقت، انطلق العلماء من فكرتة الاولي حول تمدد الكون لتتبع اصل الكون، و ما الذي ادي الي تكون الكون الحالي. اعتمد الاطار العام لنموذج الانفجار العظيم علي النظريه النسبيه العامه لاينشتاين، و علي تبسيط فرضيات كتجانس نظم و توحد خواص الفضاء. و ربما صاغ الكسندر فريدمان المعادلات الرئيسيه للنظرية، و اضاف و يليم دى سيتر صيغ بديله لها. و فسنه 1929 م، اكتشف ادوين هابل ان المسافات الي المجرات البعيده مرتبطه بقوه بانزياحها الاحمر. استنتج من ملاحظه هابل ان كل المجرات و العناقيد البعيده لها سرعه ظاهريه تختلف عن فكرتنا بانها كلما بعدت، زادت سرعتها الظاهرية، بغض النظر عن الاتجاه.[8]

ورغم انقسام المجتمع العلمى يوما بين نظريتى تمدد الكون بين مؤيد لنظريه الانفجار العظيم، و مؤيد لنظريه الحاله الثابتة،[9] الا ان التاكيد بالملاحظه و الرصد علي صحه سيناريو الانفجار العظيم جاء مع اكتشاف الخلفيه الاشعاعيه للكون سنه 1964 م، و اكتشاف ان طيف تلك الخلفيه الاشعاعيه يتطابق مع الاشعاع الحرارى للاجسام السوداء. منذ هذا الحين، اضاف علماء الفيزياء الفلكيه اضافات رصديه و نظريه الي نموذج الانفجار العظيم، و تمثيلها الوسيطى كنموذج لامبدا-سى دى ام الذي هو بمثابه اطار للابحاث الحاليه فعلم الكونيات النظري.

جزء من سلسلة
علم الكون الفيزيائي


    • الانفجار العظيم
    • الفضاء الكوني
  • عمر الكون
  • التسلسل الزمنى للانفجار العظيم
  • بدايات الكون

  • التمدد
  • المستقبل

  • التركيب
  • البنية

  • علم الفلك الرصدي

  • العلماء

  • علم الكون الفيزيائي



  •  تصنيف:علم الكون الفيزيائي


  • بوابه فلك






محتويات

  • 1 تمهيد
    • 1.1 التسلسل الزمنى للانفجار العظيم
      • 1.1.1 التفرد
      • 1.1.2 التضخم الكونى و نشاه الباريونات
      • 1.1.3 التبرد
      • 1.1.4 تشكل البنية
      • 1.1.5 تسارع تمدد الكون
    • 1.2 الافتراضات الضمنية
    • 1.3 تمدد الفضاء
    • 1.4 الافاق
  • 2 التاريخ
    • 2.1 التسمية
    • 2.2 التطور
  • 3 ادله رصدية
    • 3.1 قانون هابل و تمدد الفضاء
    • 3.2 الخلفيه الاشعاعيه للكون
    • 3.3 و فره العناصر الاولية
    • 3.4 تطور المجرات و توزيعها
    • 3.5 السحب الغازيه الاولى
    • 3.6 ادله اخرى
  • 4 قضايا متعلقه فالفيزياء
    • 4.1 تباين الباريون
    • 4.2 الطاقه المظلمة
    • 4.3 الماده المظلمة
    • 4.4 عمرالتجمعات الكروية
  • 5 مشاكل
    • 5.1 مشكله الافق
    • 5.2 مشكله التسطح
    • 5.3 مشكله احاديه القطبية
  • 6 مصير الكون فنظريه الانفجار العظيم
  • 7 تاملات فيزيائيه فنظريه الانفجار العظيم
  • 8 التفسيرات الدينيه و الفلسفية
  • 9 هوامش
  • 10 مراجع
    • 10.1 كتب
  • 11 و صلات خارجية

تمهيد

التسلسل الزمنى للانفجار العظيم

  • Crystal Clear app kdict.png

     مقاله مفصلة: التسلسل الزمنى للانفجار العظيم

 

صورة-1

 



فى تاريخ الكون، هنالك فرضيه بان الموجات الثقاليه نشات عن التضخم الكونى الناتج عن التمدد تماما بعد الانفجار العظيم.[10][11][12][13]

التفرد

  • Crystal Clear app kdict.png

     طالع ايضا: التفرد الجذبوي

يقودنا تتبع تمدد الكون عبر الزمن الي حقيقه ان الكون كان فالماضى فحاله شديده الكثافه و الحرارة.[14] و يشير ذلك التفرد الي تعطل تطبيق النسبيه العامة، فلا يمكننا تتبع حاله التفرد تلك علي و جة اليقين اكثر من فتره نهايه حقبه بلانك. و يسمي ذلك التفرد احيانا “الانفجار العظيم”،[15] و لكن ذلك المصطلح ربما يشير كذلك الي الحاله الاولى(1) التي كانت اكثر حراره و كثافة،[16] التي تعتبر لحظه ميلاد الكون. و بناء علي قياسات التمدد مقارنه بنموذج مستعر اعظم من النوع ا و قياسات التقلبات الحراريه فالخلفيه الاشعاعيه للكون و قياسات الارتباط بين المجرات، امكن حساب عمر الكون و تقديرة بنحو 13.798 ± 0.037 مليار سنة.[17] و ربما ادي التوافق بين هذة القياسات الثلاثه المستقله عن بعضها البعض الي دعم نموذج لامبدا-سى دى ام بقوة، و الذي يصف بالتفصيل محتويات الكون.

التضخم الكونى و نشاه الباريونات

  • Crystal Clear app kdict.png

     مواضيع مفصلة: التضخم الكوني
  • نشاه الباريونات

تخضع الاطوار الاولي للانفجار العظيم للكثير من التكهنات. ففى النماذج الاكثر شيوعا، كان الكون ممتلئا بصوره متجانسه و قياسيه بجسيمات ذات كثافه طاقه و درجات حراره و ضغوط هائلة، و انه تمدد و برد بسرعه فائقة. و اثناء ما يقرب من 10 -37 ثانيه فالتمدد، تسبب تحول طورى فتضخم الكون و نموة نموا اسيا.[18] و بعد توقف التضخم، تالف الكون من بلازما كوارك-غلوونية، و غيرها من كل الجسيمات الاوليه الاخرى.[19] كانت درجات الحراره فتلك الحاله مرتفعه حتي تسني تحرك الجزيئات عشوائيا و فق سرعات نسبية، و نتجت ازواج و مضاداتها من جميع نوع بصفه مستمرة، بل و تلاشي بعضها عبر الاصطدامات. و فمرحله ما ، حدث تفاعل يسمي بنشاه الباريونات لم يحافظ علي رقم باريون، مما ادي الي و جود فائض صغير جدا جدا من الكواركات و الليبتونات يفوق مضادات الكوارك و مضادات الليبتونات بنحو جزء و احد من 30 مليون جزء. ادي هذا الي هيمنه المواد علي المواد المضاده فالكون الحالي.[20]

التبرد

  • Crystal Clear app kdict.png

     مواضيع مفصلة: تخليق الانفجار العظيم النووي
  • الخلفيه الاشعاعيه للكون

 

صورة-2

 



منظر بانورامى لكامل السماء باستعمال اشعه تحت حمراء تخرج توزيع المجرات خارج درب التبانة. المجرات مقسمه لونيا و فق انزياحها الاحمر.

ظلت كثافه الكون و حرارتة فانخفاض، و بالتالي تناقصت طاقه اي من جسيماته. بعدها نقلت الاطوار الانتقاليه كسر تناظر القوي الاساسيه للفيزياء و متغيرات الجسيمات الاوليه الي و ضعها الحالي.[21] ففى اثناء حوالى 10−11ثانية، اصبحت حاله الكون اكثر استقرارا، حيث انخفضت طاقات الجسيمات الي القيم التي ممكن تحقيقها فتجارب فيزياء الجسيمات. و فحوالى 10−6 ثانية، تجمعت الكواركات و الغلوونات لتكوين الباريونات كالبروتونات و النيوترونات. ادي فائض صغير من الكواركات مقابل مضادات الكوارك الي فائض صغير من الباريونات مقابل مضادات الكوارك. و بانخفاض درجات الحرارة، لم تعد درجه الحراره تكفى لتكوين ازواج حديثة من البروتون-مضاد البروتون و ايضا ازواج النيوترونات-مضادات النيوترونات، لذلك نتجت علي الفور عمليات تلاشى ضخمة، تبقي منها فقط و احد من جميع 1010 من البروتونات و النيوترونات الاصلية، لم يتبق اي من مضاداتها. ايضا حدثت عمليه مشابهه اثناء ثانيه و احده للالكترونات و البوزيترونات. و بعد عمليات التلاشى تلك، توقفت باقى البروتونات و النيوترونات و الالكترونات عن التحرك بنسبية، و شكلت الفوتونات غالبيه كثافه طاقه الكون (مع مساهمه بسيطه من النيوترينوات).

واثناء دقيقة من تمدد الكون، عندما كانت درجه الحراره حوالى مليار كلفن و الكثافه تساوى تقريبا كثافه الهواء، توحدت النيوترونات مع البروتونات لتشكيل ديوتريومات الكون و انويه ذرات الهيليوم فعمليه تسمي تخليق الانفجار العظيم النووي.[22] و ظلت معظم البروتونات منفصله كانويه لذرات الهيدروجين. و مع تبرد الكون، سيطرت جاذبيه اشعاع الفوتونات علي كثافه طاقه الكتله الباقيه من المادة. و بعد حوالى 379,000 سنة، اتحدت الالكترونات مع انويه الذرات (معظمها من الهيدروجين)؛ و بالتالي انفصل الاشعاع عن المادة، و انطلق فالفضاء دون عوائق الي حد كبير. و تعرف بقايا ذلك الاشعاع باسم الخلفيه الاشعاعيه للكون.[23]

تشكل البنية

  • Crystal Clear app kdict.png

     مقاله مفصلة: تشكل البنية

علي مدي فتره طويله من الزمن، تجاذبت المناطق الاكثر كثافه من الماده شبة الموزعه بتجانس قليلا نحو المادة، و بالتالي نمت بكثافه اكبر، و تشكلت سحب غازيه و نجوم و مجرات و بقيه اجزاء البنيه الفلكيه الاخري التي ممكن ملاحظتها اليوم. اعتمدت تفاصيل تلك العمليه علي كميه و نوع ما ده الكون. و تنقسم نوعيات الماده الي ما ده مظلمه بارده و مظلمه دافئه و مظلمه حاره و باريونة. و ربما اظهرت اروع القياسات المتاحه (من اثناء مسبار و يلكينسون لقياس اختلاف الموجات الراديوية) ان البيانات تتوافق بشكل جيد مع فرضيه نموذج لامبدا-سى دى ام التي تفترض ان الماده المظلمه كانت بارده (حيث اختفت الماده المظلمه الدافئه فو قت مبكر خلال حقبه اعاده التاين[24])، و قدرت انها تشكل حوالى 23٪ من نسبه المادة/طاقه الكون، بينما تشكل الماده الباريونيه حوالى 4.6٪.[25] و ف“نموذج التمدد” الذي يتضمن ما ده مظلمه ساخنه فشكل نيوترينوات، اذا كانت “الكثافه الفيزيائيه للباريون” bh2 تقدر بحوالى 0.023 (وهى تختلف عن “كثافه الباريون” Ωb التي يعبر عنها كجزء من النسبه الاجماليه لكثافه المادة/الطاقة، و التي اشير اليها اعلاة بحوالى 0.046)، و كثافه الماده المظلمه البارده المصاحبه Ωch2 حوالى 0.11، فان كثافه النيوترينو المصاحب تقدر باقل من 0.0062.[25]

تسارع تمدد الكون

  • Crystal Clear app kdict.png

     مقاله مفصلة: تسارع تمدد الكون

 

صورة-3

 



رصد للمجموعه المجريه ابيل 2744 بواسطه مرصد هابل الفضائي.[26]

هنالك دلائل مستقله من رصد المستعرات العظمي من الدرجه Ia و الخلفيه الاشعاعيه للكون تخرج ان الكون اليوم تسيطر علية شكل غامض من الطاقه تعرف باسم الطاقه المظلمه التي تتخلل كامل الفضاء. و تقدر نتائج الرصد ان 73٪ من كثافه الطاقه الكليه للكون اليوم تتواجد فتلك الصوره من الطاقة. و من المرجح ان الكون فبدايه نشاتة كان مغمورا بالطاقه المظلمة، و لكن مع تضايق المساحه و تقارب جميع شيء من بعضة البعض، سيطرت الجاذبية، و كبحت تمدد الكون ببطء. و فنهايه المطاف، و بعد عده مليارت من سنوات تمدد الكون، تسبب تزايد الطاقه المظلمه فتسارع تمدد الكون و لكن ببطء. و تتخذ الطاقه المظلمه فابسط صيغها هيئه مصطلح الثابت الكونى فمعادلات اينشتاين للمجال فالنسبيه العامة، و لكن تكوينها و اليتها غير معروفين، و بشكل اعم، ما زالت تفاصيل معادله حالتها و علاقتها مع نظريه النموذج العيارى لفيزياء الجسيمات قيد البحث رصديا و نظريا.[27]

كل ذلك التطور الكونى بعد حقبه التضخم الكونى ممكن و صفها بدقه و فق نموذج لامبدا-سى دى ام، الذي يستعمل الاطر المستقله لميكانيكا الكم و النسبيه العامه لاينشتاين. و كما اشير اعلاه، لا يوجد نموذج موثوق يصف ما حدث قبل 10−15 ثانيه من نشاه الكون. و يبدو ان هنالك حاجه الي نظريه جاذبيه كميه موحده حديثة لكسر ذلك الحاجز لفهم تلك الحقبه من تاريخ الكون، و التي تعد حاليا احدي اعظم المسائل التي لم تحل فالفيزياء.

الافتراضات الضمنية

تعتمد نظريه الانفجار الكبير علي فرضيتين رئيسيتين: شموليه القوانين الفيزيائيه و المبدا الكونى الذي يفترض انه فالمقاييس الكبيرة، يوصف الكون بانة فضاء متجانس و موحد الخواص. كانت تلك الافكار فالبدايه من المسلمات، و لكن اليوم هنالك جهود لاختبار جميع منها. فعلي سبيل المثال، فان الفرضيه الاولي تم اختبارها من اثناء الرصد الذي اظهر ان اكبر انحراف محتمل لثابت البناء الدقيق اثناء جزء كبير من عمر الكون يقدر بنحو 10−5.[28] كما استعملت النسبيه العامه لعمل اختبارت صارمه علي مقاييس النظام الشمسى و النجوم الثنائية.

واذا افترضنا ان الكون متجانس الخواص كما يري من الارض، فان المبدا الكونى ممكن استنتاجة من مبدا كوبرنيكوس البسيط، الذي ينص علي انه لا يوجد افضلية. و لذا، فقد تم التحقق من صحه المبدا الكونى الي مستوي 10−5 عبر رصد الخلفيه الاشعاعيه للكون. كما تم قياس تجانس الكون علي المقاييس الاكبر حتي مستوي 10٪.[29]

تمدد الفضاء

  • Crystal Clear app kdict.png

     مواضيع مفصلة: احداثيات روبرتسون-ووكر
  • تمدد الكون

تصف النسبيه العامه الزمكان و فق نظام متري، ممكن من خلالة تحديد المسافات التي تفصل اي نقطه عن نقطه قريبة. هذة النقاط ربما تكون مجرات او نجوم او حاجات اخرى، هذة النقاط نفسها يتم تحديدها باستعمال متعدد شعب او “شبكة” تشمل جميع الزمكان. ينص المبدا الكونى ان ذلك النظام المترى يجب ان يصبح متجانس و موحد الخواص فالمقاييس الكبيره ممكن تمييزة باستعمال احداثيات روبرتسون-ووكر. هذة الاحداثيات تحتوى علي مقياس يصف تغير حجم الكون عبر الزمن، مما يسر اختيار نظام احداثى مناسب يدعي مسافه المسايرة. و فق ذلك النظام الاحداثى تتمدد الشبكه بتمدد الكون، و تبقي الاجسام التي تتحرك بتمدد الكون فمواضع ثابته علي الشبكة، و تبقي مسافاتها الاحداثيه (مسافات المسايرة) ثابتة، فالوقت الذي تتزايد فية المسافات الفعليه بين الاجسام اطراديا بتمدد الكون.[30]

لا يعد الانفجار العظيم انفجارا للماده يتحرك نحو الخارج لملء كون فارغ. و لكن بمرور الوقت يتمدد الكون فكل اتجاة و تتزايد المسافات الفعليه بين الاجسام المتحركة. و نظرا لكون احداثيات روبرتسون-ووكر تفترض توزيعا منتظما للكتله و الطاقة، فانها تنطبق فقط علي القياسات الكبيرة، اما النطاقات المحدوده من الماده كمجرتنا المترابطه تجاذبيا فلا تنطبق عليها نظريه التمدد و اسع النطاق كما فالفضاء خارج مجرتنا.

الافاق

من الخواص الهامه لزمكان الانفجار العظيم هو و جود الافاق. و نظرا لحقيقه ان الكون له عمر محدد، و ان الضوء ينتقل بسرعه محددة، فقد تكون هنالك احداث حدثت فالماضى لم يتوفر لها الوقت ليتمكن ضوئها من الوصول الينا، مما جعل هنالك حدا للمسافه الافقيه التي ممكن رصدها. علي العكس، نظرا لتمدد الفضاء، تبتعد الاجسام البعيده بسرعه اكبر من اي و قت مضى، و ربما لا يدرك الضوء المنبعث بواسطتنا اليوم ابدا الاجسام البعيده للغاية. فبالتالي، ممكن تعريف الافق المستقبلى بانة الافق الذي يحدد الاحداث المستقبليه التي سنتمكن من التاثير فيها. لذلك فان و جود اي نوع من الافاق يعتمد علي تفاصيل نموذج احداثيات روبرتسون-ووكر الذي يصف كوننا. كما ان فهمنا للكون يعتمد علي افتراضنا و جود افق قديم فالعصور السحيقة، علي الرغم من انه و اقعيا نظرتنا كذلك محدوده لغموض الكون فلحظاتة الاولى، اي ان رؤيتنا لا يمكنها ان تمتد الي ذلك الماضى البعيد، كما انه اذا استمر الكون فالتسارع، سيصبح هنالك افق مستقبلي.[31]

التاريخ

  • Crystal Clear app kdict.png

     طالع ايضا: خط زمنى لعلم الكون

التسمية

كان الفلكى الانجليزى فريد هويل اول من اطلق مصطلح “الانفجار العظيم” (بالانجليزية: Big Bang) اثناء مقابله له مع هيئه الاذاعه البريطانيه سنه 1949 م. و من الشائع بين الناس ان هويل الذي كان يفضل نموذج “الحاله الثابتة” الكوني، كان يقصد من تلك التسميه السخرية، الا ان هويل نفسة نفي هذا صراحة، و قال ان التسميه كانت للفت النظر و تسليط الضوء علي الفرق بين النموذجين لمستمعى الراديو.[32][33][34]

التطور



صوره للقمر محاطا بالاف المجرات التي تحتوى علي مليارات النجوم.



صوره التقطت عام 2023 م يخرج بها عده بقع من الضوء جميع منها يمثل مجره بعضها عمرة نحو 13.2 مليار سنة،[1] و يقدر عدد مجرات الكون بحوالى 200 مليار مجرة



صوره تخرج مجرات مكتمله فالاطار الاول عمرها اقل من 5 مليار سنة، و اخري شبة مكتمله عمرها بين 5 الي 9 مليار سنه فالاطار الثاني، و مجرات بدائيه مصحوبه بنجوم ملتهبه عمرها اكثر من 9 مليار سنه فالاطار الثالث.

تطورت نظريه الانفجار العظيم من اثناء رصد بنيه الكون و الابحاث النظرية. ففى سنه 1912 م، قام فيستو سليفر باول قياس لتاثير دوبلر للسديم الحلزونى (السديم الحلزونى هو مسمي قديم للمجرات الحلزونية)، و سرعان ما اكتشف ان تقريبا كل تلك السدم كانت منحسره عن الارض، فالوقت الذي كان فية نزاع شابلي-كورتيس المثير للجدل محتدما حول ما اذا كانت هذة السدم “اكوان جزرية” خارج مجرتنا درب التبانة.[35][36] و بعد عشر سنوات، استنتج عالم الكون الفيزيائى و الرياضياتى الروسى الكسندر فريدمان معادلات فريدمان من معادلات اينشتاين للمجال، مبينا ان الكون ربما يصبح يتمدد مخالفا بذلك نموذج الكون الساكن التي كان اينشتاين يؤيدها و قتئذ.[37] و فسنه 1924 م، اظهر قياس ادوين هابل لمسافه اقرب السدم الحلزونية، ان تلك النظم هى طبعا مجرات اخرى. و بصوره مستقلة، استنتج الكاهن الكاثوليكى و الفيزيائى جورج لوميتر سنه 1927 م معادلات فريدمان، و توصل الي ان انحسار السدم يستدل منة علي تمدد الكون.[38] و فسنه 1931 م، ذهب لوميتر ابعد من هذا و افترض انه نتيجه التمدد الواضح للكون، فلا بد لو عدنا بالزمن ان نجد فلحظه ما كانت جميع ما ده الكون مجتمعه فنقطه ما علي هيئه “ذره بدائية” عندها بدا الزمن و الفضاء فالنشوء.[39]

بدايه من سنه 1924 م، و ضع هابل سلسله من مؤشرات المسافه التي سبقت و ضع سلم المسافات الكونيه مستعملا مقراب هوبر الذي قطرة 100-بوصه (2,500 مليمتر) فمرصد جبل و يلسون. سمح له هذا بتقدير المسافات الي المجرات التي كان انزياحها الاحمر ربما قيس بالفعل، اغلبها بواسطه سيفلر. و فسنه 1929 م، اكتشف هابل و جود علاقه بين المسافه و سرعه الانحسار (يعرف الان بقانون هابل)،[8][40] و هو ما توقعة لوميتر و فقا للمبدا الكوني.[27]

فى عشرينيات و ثلاثينيات القرن الماضي، كان معظم علماء الكون الفيزيائى البارزين من مؤيدى فرضيه الحاله الثابته السرمديه للكون، و تذمر الكثير منهم من القول بان نشاه الزمن نتيجه انفجار عظيم مستوحي من مفاهيم اسلامية، و هو الاعتراض الذي رددة مؤيدو نظريه الحاله الثابته فيما بعد.[41] عزز ذلك التصور حقيقه ان منشا نظريه الانفجار العظيم هو الكاهن الرومانى الكاثوليكى جورج لوميتر.[42] كان ارثر ستانلى ادنغتون من المؤمنين براى ارسطو ان الكون ليس له بدايه زمنية، و ان الماده اصلها سرمدي، مما جعلة يبغض فكره نشاه الزمن.[43][44] اما لوميتر، فقد اعتقد بانه: «اذا كان العالم ربما بدء بكم و احد، فان مفاهيم المكان و الزمان لن يصبح لها معني عند نشاه العالم؛ و ستبدا فقط فان يصبح لها معني معقول عند انقسام الكم الاصلى الي عدد كاف من الكمات. و اذا كانت هذة الفرضيه صحيحة، فستكون اسطوره الخلق ربما حدثت قبل و قت قليل من بدايه الزمان و المكان.[45]» و اثناء الثلاثينيات، ظهرت افكار اخري غير قياسيه لتفسير ارصاد هابل، و منها نموذج ميلن[46] و الكون المتذبذب (اقترحة فريدمان فالبداية، بعدها دافع عنة البرت اينشتاين و ريتشارد تولمان)[47] و فرضيه الضوء المرهق لفريتز زفيكي.[48]

بعد الحرب العالميه الثانية، ظهرت فرضيتان مميزتان. الاولي نظريه الحاله الثابته لفريد هويل؛ اذ و فقا لها فانة لا بد من تولد ما ده حديثة فحاله تمدد الكون. يفترض ذلك النموذج ان الكون يبقي كما هو فاى و قت من الزمن.[49] و الثانيه كانت نظريه الانفجار العظيم للوميتر التي دافع عنها و طورها جورج جاموف الذي و ضع فكره تخليق الانفجار العظيم النووى (BBN)،[50] و الذي شارك رالف الفر و روبرت هيرمان فالتكهن بوجود الخلفيه الاشعاعيه للكون (CMB).[51] و من المفارقات، ان هويل هو من صاغ العباره التي جاء منها اسم نظريه لوميتر، عندما اشار اليها بقوله: «فكره ذلك الانفجار العظيم» اثناء مقابلتة مع راديو هيئه الاذاعه البريطانيه فما رس 1949 م.[33] و لفتره من الوقت، انقسم المؤيدون بين هاتين النظريتين. و فنهايه المطاف، اعطت الادله الرصديه افضليه للانفجار العظيم فمقابل الحاله الثابتة. كان اكتشاف و تاكيد و جود الخلفيه الاشعاعيه للكون سنه 1964 م[52] حاسما فجعل نظريه الانفجار العظيم اروع نظريه حول اصل و نشاه الكون. يسعي العديد من العمل الحالى فعلم الكونيات الي فهم طريقة تكون المجرات و فق نظريه الانفجار العظيم، و محاوله فهم فيزياء الكون فالازمنه السحيقة، و التوفيق بين الارصاد و النظريه الاساسية.

فى نهايه عقد التسعينيات، تحقق تقدم كبير فتفسير الانفجار العظيم نتيجه تقدم تقنيات المقراب و تحليل البيانات المستخلصه عبر الاقمار الصناعيه كمستكشف الخلفيه الكونية[53] و مرصد هابل الفضائى و مسبار و يلكينسون لقياس اختلاف الموجات الراديوية.[54] و لدي علماء الكون الان قياسات محكمه و دقيقه الي حد ما لعديد من متغيرات نموذج الانفجار العظيم، مكنتهم من الاكتشاف غير المتوقع بان تمدد الكون يبدو كما لو كان يتسارع.

ادله رصدية

 

صورة-4

 



تصور فنى للقمر الصناعى مسبار و يلكينسون لقياس اختلاف الموجات الراديويه الذي يجمع بيانات لمساعده العلماء علي فهم الانفجار العظيم.

ان صوره الانفجار العظيم ترسخت بقوه بالبيانات التي جمعت من جميع منطقه بهدف اثبات فساد خصائصة العامة.

—لورنس كراوس[55]

ان اقدم الادله الرصديه و اكثرها صراحه فاثبات فعاليه نظريه الانفجار العظيم هو تمدد الكون و فق قانون هابل (ممثلا فالانزياح الاحمر للمجرات)، و اكتشاف و قياس الخلفيه الاشعاعيه للكون و الوفره النسبيه للعناصر الخفيفه الناتجه عن تخليق الانفجار العظيم النووي. اما الادله الاحدث، فقد شملت رصد تشكل و تطور المجرات، و توزيع الكون المرصود،[56] و احيانا يطلق علي تلك الادله “الاعمده الاربعة” لنظريه الانفجار العظيم.[57]

تناولت النماذج الدقيقه الجديدة للانفجار العظيم الكثير من الظواهر الفيزيائيه الغريبه التي لم يتم ملاحظتها فالتجارب المعمليه الارضيه او دمجها فالنموذج القياسى لفيزياء الجسيمات. من بين تلك الظواهر، تخضع الماده المظلمه حاليا لاكثر الابحاث المعمليه نشاطا.[58] و من بين القضايا الاخري قيد البحث مشكله و جود المجرات القزمه فالماده المظلمه الباردة. و تعد الطاقه المظلمه كذلك محورا لاهتمام كبير من العلماء، و لكن ليس من الواضح ما اذا كان الاستكشاف المباشر للطاقه المظلمه سوف يصبح ممكنا.[59] و يبقي التضخم الكونى و نشاه الباريونات من اكثر نماذج الانفجار العظيم التي تدعو للتفكير.

قانون هابل و تمدد الفضاء

  • Crystal Clear app kdict.png

     مواضيع مفصلة: قانون هابل
  • تمدد الكون
  • Crystal Clear app kdict.png

     طالع ايضا: مقياس المسافه فالفلك
  • عامل التحجيم

اظهرت عمليات رصد ابعاد المجرات و النجوم الزائفه ان الانزياح الاحمر للضوء المنبعث من تلك الاجسام له اطوال موجيه اكبر. و ممكن ملاحظه هذا بدراسه طيف تردد ذلك الجسم و مطابقتة بنموذج مطيافيه خطوط الانبعاث او خطوط الامتصاص المصاحبه لذرات العناصر الكيميائيه التي تتفاعل مع ذلك الضوء. هذة الانزياحات الحمراء متجانسه الخواص، و موزعه بالتساوى بين الاجسام المرصوده فكل الاتجاهات. و اذا تم تصنيف الانزياح الاحمر علي انه انزياح دوبلر، فبالامكان حساب سرعه ابتعاد ذلك الجسم. بعض المجرات ممكن تقدير بعدين من اثناء سلم المسافات الكونية. و عند رسم سرعات ابتعادها الي مسافاتها، ستنتج علاقه خطيه تعرف باسم قانون هابل:[8]

v = H0D

حيث

  • v هى سرعه ابتعاد مجره او اي جسم بعيد.
  • D هى المسافه الي الجسم
  • H0 هو ثابت هابل، الذي قدرة مسبار و يلكنسون ب 70.4 +1.3−1.4 كيلومتر/ثانية/فرسخ فلكي.[25]

هنالك تفسيران محتملان لقانون هابل. الاول اننا فمركز انفجار المجرات، و هو امر لا ممكن تاكيدة و فقا لمبدا كوبرنيكوس، و الثاني ان الكون يتمدد فكل اتجاه. نظريه تمدد الكون استنتجت من اثناء نظريه النسبيه العامه عن طريق الكسندر فريدمان سنه 1922 م،[37] و جورج لوميتر سنه 1927 م،[38] اي قبل ان يقوم هابل بارصادة و تحليلاتة سنه 1929 م، التي اصبحت حجر الزاويه فنظريه الانفجار العظيم، و نتج عنها و ضع احداثيات روبرتسون-ووكر.

تفترض تلك النظريه ان العلاقه v = HD ثابته فجميع الاوقات، حيث D هى المسافة، v هى سرعه الابتعاد، و ان v و H و D تتغير نظرا لتمدد الكون (وبالتالي تكتب H0 للدلاله علي ثابت هابل المعاصر). و بالنسبه للمسافات الاصغر فحيز الكون المرصود، ممكن اعتبار انزياح هابل الاحمر علي انه انزياح دوبلر المصاحب لسرعه الابتعاد v. و مع ذلك، فان الانزياح الاحمر ليس انزياح دوبلر حقيقي، و انما هو الناتج عن تمدد الكون فالوقت الذي انبعث فية الضوء الي الوقت الذي تم اكتشافة فيه.[60]

وفى سنه 2000 م، اثبتت قياسات تاثيرات الخلفيه الاشعاعيه للكون علي حركه النظم الفيزيائيه الفلكيه البعيده مبدا كوبرنيكونس بانة بالمقاييس الفلكية، فان الارض ليست فو ضع مركزي.[61] و ربما كانت اشعاعات الانفجار العظيم اكثر دفئا فالماضى فجميع انحاء الكون. و لا ممكن تفسير التبريد المنتظم للخلفيه الموجيه للكون عبر مليارات السنين الا فحاله ان يصبح الكون يتمدد، و استبعاد احتماليه اننا بالقرب من المركز الاصلى للانفجار.

الخلفيه الاشعاعيه للكون

  • Crystal Clear app kdict.png

     مقاله مفصلة: الخلفيه الاشعاعيه للكون

 

صور-5

 



صوره ملتقطه بواسطه مسبار و يلكنسون سنه 2023 م علي مدار 9 سنوات للخلفيه الاشعاعيه للكون.[62][63] تخرج تجانس الخواص الاشعاعيه بدقه تصل الي جزء من 100,000 جزء.[64]

فى سنه 1964 م، اكتشف ارنو بينزياس و روبرت و يلسون مصادفه الخلفيه الاشعاعيه للكون، التي هى اشاره احاديه فحزمه الموجات الصغرية.[52] قدم اكتشافهما تاكيدا للتنبؤات بوجود خلفيه اشعاعيه للكون، و ربما و جد ان الاشعاع ثابت و معظمة متسق مع طيف الجسم الاسود فكل الاتجاهات، و ان ذلك الطيف انزاح انزياحا احمرا من تمدد الكون، و يتوافق فالوقت الحاضر مع ما يقرب من 2.725 كلفن. مما اعطي دليل اضافى يعطى افضليه لنموذج الانفجار العظيم، و منح بينزياس و ويلسون جائزه نوبل سنه 1978 م.



طيف الخلفيه الاشعاعيه للكون مقاسا بجهاز FIRAS فمستكشف الخلفيه الكونية، و الذي يعد اكثر طيف لجسم اسود مقاسا بدقه فالطبيعة.[65]

تكون السطح المبعثر الاخير المصاحب للخلفيه الاشعاعيه للكون بعد فتره و جيزه من حقبه اعاده الاندماج، التي اصبح بها الهيدروجين مستقرا. قبل ذلك، كان الكون يتالف من بحر من بلازما فوتونية-باريونيه كثيفه و ساخنه حيث كانت الفوتونات تتشتت بسرعه عن الجسيمات المشحونه الحرة. و تبلغ ذروتها عند حوالى 372±14 الف سنة،[24] و اصبح متوسط ​​المسار الحر للفوتون طويلا بما فية الكفايه ليصل الينا اليوم، و اصبح الكون شفافا.

وفى سنه 1989 م، اطلقت ناسا مستكشف الخلفيه الكونيه (COBE). كانت النتائج التي توصلت اليها متوافقه مع التنبؤات فيما يتعلق الخلفيه الاشعاعيه للكون، و وجدت ان درجات الحراره المتبقيه حوالى 2.726 كلفن (القياسات الاخيره خفضت الرقم قليلا الي 2.725 كلفن)، و قدمت اول دليل علي و جود تقلبات فالخلفيه الاشعاعيه للكون، فمستوي حوالى جزء و احد من 105 جزء.[53] و منح جون ما ثر و جورج سموت جائزه نوبل لقيادتهم لهذا العمل. اثناء العقد الاتي، فحصت تقلبات الخلفيه الاشعاعيه للكون اكثر بواسطه عدد كبير من البالونات و التجارب الارضية. و بين عامى 2000-2001 م، كانت اكثر التجارب ملحوظيه هى تجربه بوميرانج التي اكتشفت ان شكل الكون تقريبا مسطح عن طريق قياس الحجم الزاوى (الحجم فالسماء) للمناطق غير المتجانسه فالخلفيه الاشعاعيه للكون. فبدايه سنه 2003 م، نشرت النتائج الاوليه لمسبار و يلكينسون لقياس اختلاف الموجات الراديويه (WMAP)، التي كانت فو قتها القيم الاكثر دقه لبعض المتغيرات الكونية. فندت النتائج بعض نماذج التضخم الكوني، و لكنها توافقت مع نظريه التضخم بشكل عام.[54] و فما يو 2009 م، اطلق مرصد بلانك الفضائي، و ما زالت الكثير من تجارب الارضيه و البالونيه لاختبار الخلفيه الاشعاعيه للكون جارية.

وفره العناصر الاولية

  • Crystal Clear app kdict.png

     مقاله مفصلة: تخليق الانفجار العظيم النووي

باستعمال نموذج الانفجار العظيم، من الممكن حساب تركيزات هيليوم-4 و هيليوم-3 و الديوتيريوم و ليثيوم-7 فالكون نسبه الي كميه الهيدروجين العادي.[22] و تعتمد الوفره النسبيه لتلك العناصر علي متغير و حيد، و هو نسبه الفوتونات الي الباريونات. هذة القيمه ممكن حسابها و حدها من تفاصيل بنيه تقلبات الخلفيه الاشعاعيه للكون. و النسب المتنباه (بالوزن لا بالعدد) حوالى 0.25 لنسبه 4He/H و حوالى 10−3 لنسبه 2H/H و حوالى 10−4 لنسبه 3He/H و حوالى 10−9 لنسبه 7Li/H.[22]

تتفق قيم و فره تلك العناصر كلها تقريبا مع النسب المتنباه من قيمه و حيده لنسبه باريون/فوتون. تتفق النسبه المتنباه للديوتيريوم بامتياز مع النسبه الحسابية، و تقترب نسبه 4He مع بعض التجاوز، و تقترب من النصف فحاله 7Li. و فالحالتين الاخيرتين ينقصهما بعض الدقة، و مع ذلك، فان التوافق العام مع نسب و فره العناصر الاوليه التي تنبا فيها تخليق الانفجار العظيم النووى هو دليل قوى علي الانفجار العظيم، حيث ان النظريه هى التفسير الوحيد المعروف عن الوفره النسبيه لتلك العناصر الخفيفة، و انه يكاد يصبح من المستحيل “ضبط” الانفجار العظيم لانتاج اكثر او اقل من 20-30٪ هيليوم.[66] و فالواقع لا يوجد اسباب و اضح يلزم الكون بان يصبح فية هيليوم اكثر من الديوتريوم او ديوتريوم اكثر من 3He/H و بنسب ثابته ايضا.

تطور المجرات و توزيعها

  • Crystal Clear app kdict.png

     مواضيع مفصلة: تشكل و تطور المجرات
  • تشكل البنية

ان الارصاد التفصيليه لتشكل و توزيع المجرات و النجوم الزائفة، يخرج توافقها مع نظريه الانفجار العظيم. فكل من النظريه و الارصاد افترضتا ان النجوم الزائفه و المجرات الاولي تشكلت بعد مليار سنه من الانفجار العظيم، و منذ هذا الحين تكونت تجمعات اكبر كعناقيد المجرات و العناقيد المجريه الضخمة. بعدها نمت و تطورت عدد من النجوم، بحيث بدت المجرات البعيده مختلفه جدا جدا عن المجرات القريبة. و علاوه علي ذلك، بدا ان المجرات التي تشكلت مؤخرا نسبيا تختلف بشكل ملحوظ عن المجرات التي تشكلت علي مسافات مماثلة، و لكن بعد و قت قصير من الانفجار العظيم. تعد تلك الارصاد حججا قويه ضد نموذج الحاله الثابتة. كما تتفق ارصاد و لاده النجوم و توزيع المجرات و النجوم الزائفه بشكل جيد مع سيناريو الانفجار العظيم عن تشكل بنيه الكون، و تساعد علي اكمال تفاصيل النظرية.[67][68]

السحب الغازيه الاولى

فى سنه 2023 م، و جد الفلكيون ما يعتقدون انهما سحابتين بدائيتين من الغاز الاولى من اثناء تحليل خطوط الامتصاص فاطياف النجوم الزائفه البعيدة. قبل ذلك الاكتشاف، لوحظ ان كل الاجسام الفلكيه الاخري تحتوى علي عناصر ثقيله التي تتكون فالنجوم، بينما هاتين السحابتين من الغاز لا تحتويان علي عناصر اثقل من الهيدروجين و الديوتريوم.[69][70] و نظرا لانها لا تحتوى علي عناصر ثقيلة، يعتقد انهما تكونتا فالدقيقة الاولي للانفجار العظيم اثناء تخليق الانفجار العظيم النووي، حيث تتوافق مكوناتهما مع المكونات المتوقع ان ينتجها تخليق الانفجار العظيم النووي. كان هذا دليلا مباشرا علي انه كانت هنالك حقبه فتاريخ الكون قبل تكون النجوم الاولى، حينها كانت معظم المواد الاوليه موجوده فصوره سحب من الهيدروجين المستقر.

ادله اخرى

ان عمر الكون و فق تقديرات تمدد هابل و الخلفيه الاشعاعيه للكون يتوافق الي حد كبير مع التقديرات الاخري التي تستعمل اعمار اقدم النجوم، فكلاهما قيس من اثناء تطبيق نظريه التطور النجمى علي التجمعات الكرويه و التاريخ الاشعاعى للنجوم المعدنية.[71] كما ان التكهن بان درجه حراره الخلفيه الاشعاعيه للكون كانت اعلي فالماضي، تم تدعيمة تجاربيا من اثناء رصد خطوط الامتصاص المنخفضه الحراره للغايه فسحب الغاز ذات الانزياح الاحمر الكبير.[72] و من المفترض ضمنيا من ذلك التكهن ان مدي تاثير سونيايف-زيلدوفيتش فالكون المرصود لا يعتمد مباشره علي الانزياح الاحمر، و هو ما اثبتت الارصاد صحتة الي حد كبير، و لكن ذلك التاثير يعتمد علي خصائص التجمعات المجريه التي تتغير مع الزمن الكوني، مما يجعل من الصعب قياسة بدقة.[73][74]

وفى 17 ما رس 2023 م، اعلن فلكيو مركز هارفارد-سميثونيان للفيزياء الفلكيه اكتشاف موجات ثقاليه اولية، التي ان تم تاكيدها ربما تعطى دليلا قويا علي التضخم الكونى و الانفجار العظيم.[10][11][12][13] و مع ذلك، ف19 يونيو 2023 م، انخفضت الثقه فتاكيد تلك النتائج،[75][76][77] و ف19 سبتمبر 2023 م، انخفض تاكيد النتائج اكثر.[78][79]

قضايا متعلقه فالفيزياء

تباين الباريون

  • Crystal Clear app kdict.png

     مقاله مفصلة: تباين الباريون

الي الان، من غير المعلوم لماذا يحتوى الكون علي مواد اكثر من مضادات تلك المواد.[80] و من المفترض عامه انه عندما كان الكون ناشئا و شديد الحرارة، كان فحاله توازن استاتيكى و كان يحتوى علي عدد متكافيء من الباريونات و مضادات الباريونات. و رغم ذلك، فان نتائج الارصاد تقول بان الكون بما فية ابعد اجزائة يتكون باكملة تقريبا من الماده (بمعني لا و جود لمضاداتها). و يفترض ان التباين نشا فعمليه نشاه الباريونات. فلكى تحدث عمليه نشاه الباريونات، يجب ان تتحقق الشروط التي و ضعها ساخاروف لنشاه الباريونات. و هو ما يتطلب ان يبقي عدد الباريونات غير ثابت، حيث حدث انتهاك لتناظر الشحنه السوية، و ابتعد الكون عن التوازن الترموديناميكي.[81] جميع تلك الظروف حدثت فنظريه النموذج العياري، لكن تاثيرها لم يكن كافيا لتفسير تباين الباريونات الحالي.

الطاقه المظلمة

  • Crystal Clear app kdict.png

     مقاله مفصلة: طاقه مظلمة

اوضحت قياسات العلاقه بين الانزياح الاحمر–القدر الظاهرى لمستعر اعظم من النوع 1ا ان تمدد الكون بدا فالتسارع منذ كان الكون فنصف عمرة الحالي. و لتفسير ذلك التسارع، تقول نظريه النسبيه العامه بانة يتطلب ان تكون معظم طاقه الكون سلبيه التي تعرف باسم “الطاقه المظلمة”. تحل الطاقه المظلمه الكثير من المشاكل. فقياسات الخلفيه الاشعاعيه للكون توضح ان الكون تقريبا مسطح، و بالتالي و وفقا للنسبيه العامة، لابد و ان يصبح للكون قيمه كتلة/طاقه تماما و فق حسابات معادلات فريدمان. و لكن بحساب كثافه الكتله من اثناء جاذبيتها، و وجد انها تعادل فقط حوالى 30% من كثافتها الحرجة.[27] و نظرا لافتراض النظريه ان الطاقه المظلمه لا تتجمع بالكيفية الاعتيادية، فيصبح هذا هو التفسير الامثل للفقد فكثافه الطاقة. و تساعد الطاقه المظلمه فتفسير مقياسين حجميين للمنحني الكلى للكون، الاول باستعمال تردد عدسات الجاذبية، و الاخر يستعمل النموذج المميز للكون المرصود كمسطره كونية.

يعتقد ان الضغط السلبى هو احد خواص طاقه الفراغ، لكن طبيعه و وجود الطاقه المظلمه لا يزال احد اكبر الغاز الانفجار العظيم. و فسنه 2008 م، توصل فريق مسبار و يلكنسون الي ان الكون يتكون من 73% طاقه مظلمه و 23% ما ده مظلمه و 4.6% ما ده عاديه و اقل من 1% نيوترينوات.[25] و وفقا للنظرية، فان كثافه الطاقه فالماده تقل مع تمدد الكون، و لكن تبقي كثافه الطاقه المظلمه ثابته مع تمدد الكون. و لذا، كانت الماده فالماضى تمثل جزء اكبر من الطاقه الكليه للكون اكثر مما هى علية اليوم، و ستقل نسبه مساهمتها فالمستقبل البعيد عندما تصبح الطاقه المظلمه اكثر هيمنة.

الماده المظلمة

  • Crystal Clear app kdict.png

     مقاله مفصلة: ما ده مظلمة


رسم بيانى يوضح نسب المكونات المختلفه للكون حيث تمثل الماده المظلمه و الطاقه المظلمه حوالى 95% من مكونات الكون.

اثناء سبعينيات و ثمانينيات القرن العشرين، اظهرت عده اعمال رصد عدم و جود ما ده مرئيه كافيه فالكون لتشكل قوه جذب و اضحه داخل و بين المجرات. ادي هذا الي التفكير بان نحو 90٪ من الماده فالكون هى ما ده مظلمه لا ينبعث منها ضوء و لا تفاعل مع الماده الباريونيه العادية. و رغم ان فرضيه و جود الماده المظلمه مثيره للجدل، الا انه يستدل عليها من اثناء عمليات الرصد المختلفة: كعدم التجانس فالخلفيه الاشعاعيه للكون و انخفاض سرعات عناقيد المجرات و توزيع بنيه الكون و دراسات عدسه الجاذبيه و قياسات الاشعه السينيه لعناقيد المجرات.[82] كما ان هنالك دلائل اخري غير مباشره علي و جود الماده المظلمه كتاثيرها الجذبوى علي المواد الاخرى، و ما زال الكثير من المشاريع البحثيه الجاريه ففيزياء الجسيمات للتعرف علي طبيعه الماده المظلمة.[83]

عمرالتجمعات الكروية

فى منتصف التسعينيات، اظهرت ارصاد التجمعات الكرويه عدم توافقها مع نظريه الانفجار العظيم. و تشير المحاكاه الحاسوبيه لعمليات رصد نجوم التجمعات الكرويه ان عمرها حوالى 15 مليار سنة، و هو ما يتعارض مع تقدير عمر الكون الذي هو حوالى 13.8 مليار سنة. تم حل هذة المشكله جزئيا فاواخر التسعينيات، عندما اجريت محاكاه حاسوبيه حديثة شملت تاثيرات فقد الكتله نتيجه الرياح النجمية، مما جعل عمر تلك التجمعات الكرويه اصغر من التقدير الاول.[84] و بقيت هنالك عده اسئله حول دقه تقدير اعمار تلك التجمعات الكروية.

مشاكل

لازالت هنالك ثلاث مشاكل رئيسيه قائمه فمواجهه نظريه الانفجار العظيم: مشكله الافق و مشكله التسطح و مشكله احاديه القطب المغناطيسي. لعل التفسير الامثل لسبب حدوث تلك المشاكل هو التضخم الكوني.[85][86]

مشكله الافق

تكمن مشكله الافق الكونى فحقيقه ان المعلومات او الخواص لا يمكنها ان تنتقل اسرع من الضوء، و بالتالي فانة فكوننا محدود العمر، لابد من و جود حد للمسافه بين اي منطقتين فالفضاء متحدتين فالخصائص.[87] اي ان هنالك مناطق مختلفه فالكون لن يصبح لها نفس الخواص نظرا للمسافات الكبيره بينها و عدم توافر الوقت الكاف لها لكى تتوحد فالخواص، الا ان ذلك يتناقض مع حقيقه توحد مناطق الكون فنفس درجه الحراره و الخصائص الفيزيائيه الاخرى. و ربما قدمت فرضيه التضخم الكونى حلا لهذا التناقض الواضح، فقبل حدوث التضخم الكونى كان الكون و حده اصغر فالحجم متجانسه الخواص، الا انه بحدوث ذلك التضخم تمدد الكون بصوره هائله ففتره قصيره جدا جدا من الزمن، مما جعل هنالك مناطق متباعده متوحده الخواص.

مشكله التسطح



تتحدد هندسيه شكل الكون من اثناء قيمه ناتج معامل اوميجا الكوني، و ما اذا كانت قيمتة اقل او يساوى او اكبر من 1. و الرسم يخرج من اعلي الي اسفل شكل الكون فحالات قيمه المعامل الايجابيه و السلبيه و عندما قيمتة تساوى 1 علي الترتيب.

ومن المشاكل الاخري التي و اجهت نظريه الانفجار العظيم مشكله التسطح. فشكل الكون ربما يصبح ذو انحناء موجب او سالب او بلا انحناء و فقا لقيمه كثافه طاقتة الكلية. يصبح الانحناء سلبيا اذا كانت كثافه الطاقه اقل من الكثافه الحرجه و فقا لمعادلات فريدمان، و ايجابيا اذا كانت القيمه اكثر من الكثافه الحرجة، و يصبح مسطحا اذا كانت الكثافه تساوى قيمه الكثافه الحرجة. و تكمن المشكله فان اي حيود مع مرور الوقت عن قيمه كثافه الطاقه الحرجه سيغير من حاله التسطح التي عليها الكون اليوم. كما انه لا شك بان كثافه طاقه الكون بعد دقيقة من الانفجار العظيم لم يكن حيودها عن القيمه الحرجه لكثافه الطاقه باكثر من جزء من 1014 من القيمه الحرجة، و الا لما كان الكون سيصبح علي حاله تسطحة التي هو عليها اليوم.[88] و ربما قدمت فرضيه التضخم الكونى كذلك حلا لتلك الاشكالية، حيث كان للتضخم الهائل فزمن قياسى دورة فالحفاظ علي تجانس كثافه الطاقه فالكون رغم تمددة المتسارع، مما حافظ علي تجانس حاله تسطحة و عدم اضطرابها من منطقه لاخري فالكون.[89][90]

مشكله احاديه القطبية

اثيرت مشكله احاديه القطبيه الكهرومغناطيسيه فاواخر سبعينيات القرن العشرين، حيث تنبات نظريات التوحيد الكبري بوجود عيوب طوبولوجيه فالفضاء، ربما ينتج عنها تواجد مناطق احاديه القطبية، و ان تلك المناطق المعيبه نشات قديما فالكون عندما كان الكون ساخنا، مما ادي الي زياده فكثافه تلك المناطق. الا ان عمليات الرصد لم ترصد مناطق احاديه القطبيه فالكون المرصود. هذة المشكله كذلك و جد لها حلا افتراضيا من اثناء فرضيه التضخم الكوني، حيث افترض ان التضخم الكونى فائق السرعه ازاح جميع تلك المناطق المعيبه خارج نطاق الكون المرصود.[87]

مصير الكون فنظريه الانفجار العظيم

  • Crystal Clear app kdict.png

     مقاله مفصلة: مصير الكون

قبل الارصاد التي تمت علي الطاقه المظلمة، كان لدي علماء الكون سيناريوين حول مستقبل الكون. الاول اذا زادت كثافه كتله الكون عن الكثافه الحرجه و فق معادلات فريدمان، فان الكون سيصل الي حجم اقصي بعدها يبدا فالانهيار، حيث سيكون اكثر كثافه و سخونه مره اخرى، و ينتهى الي حاله مماثله لتلك التي بدا منها، فيما يعرف بالانسحاق العظيم.[31] السيناريو الاخر اذا كانت الكثافه تساوى او اقل من الكثافه الحرجة، فان تمدد الكون سيتباطا، و لكن لن يتوقف ابدا. و سيتوقف تشكل النجوم مع استهلاك الغاز بين النجوم فكل مجرة، و ستحترق النجوم مخلفه الاقزام البيضاء و النجوم النيوترونيه و الثقوب السوداء. و تدريجيا، ستتصادم تلك الاجسام و تتجمع و ستنتج عن هذا ثقوب سوداء اكبر. و سيقترب متوسط ​​درجه حراره الكون من الصفر المطلق، و سيحدث التجمد الكبير. و علاوه علي ذلك، فنظرا لعدم استقرار البروتونات، ستختفى الماده الباريونيه تاركه فقط اشعاع و ثقوب سوداء. فنهايه المطاف، فان الثقوب السوداء ستتبخر عن طريق انبعاث اشعاع هوكينغ. و ستزداد انتروبيا الكون الي النقطه التي لن تسمح بوجود اي شكل منظم للطاقة، و يعرف ذلك السيناريو باسم الموت الحرارى للكون. كما تستنتج الارصاد الجديدة لتسارع تمدد الكون ان العديد من مناطق الكون المرصود حاليا سوف تظهر من افقنا.

اما نموذج لامبدا-سى دى ام فيشمل و جود طاقه مظلمه فشكل ثابت كوني، حيث تقترح تلك النظريه ان الانظمه المترابطه بالجاذبيه كالمجرات، ستبقي معا، و انها كذلك ستكون معرضه للموت الحرارى مع تمدد الكون و تبرده. و من التفسيرات الاخري للطاقه المظلمة، نظريات الطاقه الوهمية، التي تفترض ان التجمعات المجريه و النجوم و الكواكب و الذرات و الانويه و الماده نفسها ستتمزق مع تزايد تمدد الكون فما يسمي بالتمزق العظيم.[91]

تاملات فيزيائيه فنظريه الانفجار العظيم



نموذج توضيحى لتمدد الفضاء، حيث يمثل جميع فتره زمنيه مقطع دائرى فالرسم. علي اليسار تبدا حقبه التضخم، و فالمنتصف يتسارع تمدد الكون.

رغم تكامل نظريه الانفجار العظيم الي حد بعيد، الا انها تخضع للتنقيح. تخرج المعادلات التقليديه للنسبيه العامه و جود تفرد عند بدايه الزمن الكوني، و هو استنتاج مبنى علي عده افتراضات. مما يجعل تلك المعادلات غير قابله للتطبيق فالازمنه التي سبقت و صول الكون الي حراره بلانك. امكن تصويب هذا باستعمال الجاذبيه الكميه لتجنب حاله التفرد المفترضه تلك.[92]

ليس معلوما ما الذي ربما يصبح الاسباب =و راء و جود حاله التفرد، او كيف و لماذا نشات، الا انه كانت هنالك عدد من التكهنات حول تلك المسالة. فهنالك بعض المقترحات، جميع منها ينطوى علي فرضيات غير مجربة، هي:

  • نماذج كحاله هارتل-هوكينج التي بها الزمكان محدود، و ان الانفجار العظيم يمثل حد الزمن، و دون الحاجه الي التفرد.[93]
  • نموذج شبكه الانفجار العظيم الذي يفترض ان الكون فلحظه الانفجار العظيم كان يتكون من شبكه لا نهائيه من الفرميونات، و كان فاعلي درجات التماثل، و بالتالي له اقل قيمه للعشوائية.[94]
  • نماذج الكون الغشائى التي تفترض ان التضخم نتج عن حركه الاغشيه فنظريه الاوتار كنموذج التحول النارى «ekpyrotic model» الذي يفترض ان الانفجار العظيم نتج عن التصادم بين الاغشية، و النموذج الدورى و هو بديل لنموذج التحول النارى الذي يفترض حدوث اصطدامات بصفه دوريه بعد مرحله انسحاق عظيم و تنقل الكون من عمليه الي اخرى.[95][96][97][98]
  • التضخم الابدى الذي يفترض ان التضخم الكونى ينتهى فمواضع ما ، و تتكون عند تلك المواضع كون و همى يبدا من عندة انفجارة العظيم الخاص به.[99][100]

التفسيرات الدينيه و الفلسفية

  • Crystal Clear app kdict.png

     مقاله مفصلة: التاويلات الدينيه لنظريه الانفجار العظيم

نظرا لوصف نظريه الانفجار العظيم لاصل الكون، فانها لاقت اهتماما كبيرا من الاوساط الدينيه و الفلسفية،[101][102] و خصوصا فيما يتعلق بمفهوم «الخلق من العدم».[103][104][105] و بالنتيجة، اصبحت احد اكثر المقالات التي تثار عند مناقشه العلاقه بين الدين و العلم.[106] فالبعض يري فالانفجار العظيم دلاله علي و جود الخالق،[107][108][109] و حجه فلسفيه علي و جود الله.[110][111] فيما يري اخرون بان الانفجار العظيم لم يكن يستلزم و جود خالق و رائة حتي يحدث.[102][112]

وقد اختلفت الاراء الدينيه فالديانات المختلفه حول النظرية. ففى الهندوسية، تقر عدد من كتبهم المقدسه فكره ان الزمن مطلق بلا بدايه و لا نهاية، و هو ما يخالف نظريه الانفجار العظيم.[113][114] و مع ذلك، فهنالك بعض النصوص الدينية، استدل منها ان الانفجار العظيم يذكر البشريه بان جميع شيء جاء من البراهمان،[115] بل و ايدت تلك النصوص فكره الكون المتذبذب الذي نشا عن عده انفجارات عظمي و انسحاقات عظمي تلت بعضها البعض بصفه دورية.[116]

اما فالمسيحية، فقد رحبت اغلب الطوائف المسيحيه الكبري بنظريه الانفجار العظيم و اعتبرتها لا تتعارض مع قصه الخلق المذكوره فالكتاب المقدس او العقيده المسيحية.[117][118] و ربما اعلن البابا بيوس الثاني عشر فسنه 1951 م، ان نظريه الانفجار العظيم لا تتعارض مع مفهوم الكاثوليكيه عن بدايه الخلق،[119][120] و هو ما صرح بة البابا فرنسيس مجددا فاكتوبر 2023.[121] ايضا رحبت طوائف كالانجيليه و الارثوذكسية[122] بالنظريه كتفسير تاريخى لقصه الخليقة،[123] بالرغم من ان بعض الطوائف الاخري المسيحيه كالادفنتست[124] و الكنيسه اللوثريه فميزوري[125] و الكنيسه الانجيليه المشيخيه الكالفينية[126] (وهى طوائف مسيحيه تعتقد ب خلقيه الارض الفتية) رفضت النظريه و اعتبرتها متناقضه مع قصه الخلق المذكوره فالكتاب المقدس (تحديدا فسفر التكوين). يذكر ان اول من اقترح فرضيه الانفجار العظيم كان رجل دين كاثوليكى و هو جورج لومتر.[127]

وفى الاسلام، يؤمن المسلمون بان الانفجار العظيم و رد ذكرة فالايه رقم 30 من سوره الانبياء فالقران[128][129][130] فقولة تعالى: Ra bracket.png

 اولم ير الذين كفروا ان السماوات و الارض كانتا رتقا ففتقناهما و جعلنا من الماء جميع شيء حى افلا يؤمنون 

 La bracket.png

و ان تمدد الكون ذكر فالايه 47 من سوره الذاريات[130] فقولة تعالى: Ra bracket.png

 والسماء بنيناها بايد و انا لموسعون 

 La bracket.png

و فالبهائية، ذكر بهاء الله ان الكون بلا بدايه و لا نهاية،[131] و لكن استنبط البعض من بعض النصوص فلوح الحكمه و جود اشارات الي نظريه الانفجار العظيم.[132][133]

هوامش

  • 1 لا يوجد اجماع حول كم من الوقت استمرت مرحله الانفجار العظيم. فالبعض يري ان الانفجار العظيم يشير الي حاله التفرد الاولى فقط، و البعض الاخر يراة يشمل جميع تاريخ الكون. و يعتقد ان الدقيقة القليله الاولي للانفجار العظيم شهدت تخلق الهليوم.[134] (طالع تخليق الانفجار العظيم النووي)

 

  • تقرير عن نظرية الانفجار العظيم
  • ما هو سبب انفجار العظيم في الفضاء و كيف تكون الفضاء من لاحظة النفجار التفاصيل


تقرير عن نظرية الانفجار العظيم