✋🏼 🌃 🔠 اسأل إيثان رقم 10: لماذا الكون هو نفسه في كل مكان 🍘 👨‍👩‍👧‍👧 👨‍💼

واحدة من أكثر السمات البشرية المأساوية هو الميل إلى إنقاذ الحياة. نحلم جميعًا بحديقة ورود سحرية خارج الأفق ، بدلاً من الاستمتاع بالورود التي تتفتح خارج نافذتنا.

ديل كارنيجي.

يسأل القارئ:

لم أفهم حقاً التضخم الكوني ومشكلة الأفق. أعتقد أنك تحدثت بالفعل عن هذا ، لكني أود أن أسمع المزيد من التفاصيل.

دعنا نعود إلى البداية.

هذا هو كونك. يمتد بقدر ما يمكن لأقوى التلسكوبات أن تدرس في جميع الاتجاهات. يرون عشرات الآلاف من المجرات منتشرة على مسافات تصل إلى عشرات المليارات من السنوات الضوئية في جميع الاتجاهات ، أينما نظرنا. على نطاق واسع ، كل شيء متشابه تقريبًا - الكثافات ودرجات الحرارة وأنواع النجوم والمجرات ومعدنية النجوم (التركيز النسبي للعناصر أثقل من الهيليوم) ، إلخ. كل ما نراه هو كلما نظرنا أكثر ، كلما رأينا أشياء أكثر شبابا ، وأسرع في الابتعاد عنا.

كل هذا مرتبط بتوسع وتطور الكون. أدلةنا الرئيسية الثلاثة في سياق النظرية النسبية العامة:

توسع هابل للكون - يرتبط الانزياح الأحمر بالمسافة إلى المجرة ،
ووجود وخصائص إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف (KMFI) - بحر شبه متجانس تمامًا من إشعاع الجسم الأسود في جميع الاتجاهات ، مع درجة حرارة أعلى قليلاً من الصفر المطلق
تخبرنا وفرة العناصر الضوئية - الهيدروجين ، الديوتريوم ، الهليوم (الهيليوم 3 و 4) والليثيوم في الكون الصغير ، قبل تكوين النجوم ،

أن الكون قد تطور وتوسع من حالة أكثر حرارة وكثافة ، وأنه بالفعل في حالته الحالية تقريبًا 13.8 مليار سنة. طويل ، لكن ليس لانهائي. يُعرف هذا النموذج باسم الانفجار الكبير.

ولكن هناك مشكلة واحدة. 13.8 مليار سنة ، كان الكون يتوسع وفقًا لقوانين النسبية العامة ، أي تم تحديد سرعة توسع الفضاء من خلال مجموعة من الظروف الأولية ومحتوى الطاقة في الكون (المادة العادية ، المادة المظلمة ، الإشعاع ، النيوترينو ، الطاقة المظلمة ، الانحناء المكاني ، إلخ). كل شيء جيد مع هذا - المشكلة هي أن الكون متجانس وله نفس الخصائص تقريبًا في جميع الاتجاهات ، أينما نظرنا.

تتطابق كثافات وخصائص مجموعات المجرات على جانب واحد من الكون مع تلك الموجودة على الجانب الآخر - بغض النظر عن كيفية تقسيم الكون إلى أجزاء. يجب أن يكون هذا غريبًا ، أليس كذلك؟

في الواقع ، منذ الانفجار العظيم ، لا يمكن نقل المعلومات بشكل أسرع من سرعة الضوء. يمكننا أن نرى قطعة 46 مليار سنة ضوئية من الكون لأن الضوء قد قطع هذه المسافة في الكون المتمدد على مدى 13.8 مليار سنة. لذلك ، إذا نظرنا في اتجاه واحد إلى 23 مليار سنة ضوئية ، ثم في الاتجاه الآخر ، يمكننا أن نتوقع ألا يتم ربط هذين القسمين مع بعضهما البعض.

أما زلت غير واضح؟ سأعطي القياس.

تخيل الماء المغلي في مقلاة. يمكنك تسخينه من الأسفل ، ويغلي الماء في جميع الأماكن في نفس الوقت. لا يوجد فرق في درجة الحرارة بين الجزء العلوي والسفلي من الماء. لماذا هذا؟

تسخن المقلاة من الأسفل ، لكن الماء يسخن في كل مكان. وذلك لأن جزيئاته تتحرك وتتصادم مع بعضها البعض وتتشارك طاقتها. يتبادل الماء من الأسفل الطاقة والمعلومات مع الماء من الأعلى ، والوقت المطلوب لهذا التبادل أقل بكثير من الوقت اللازم للغليان.

لكن الأمر ليس كذلك دائما.

في هذه الصورة ، تتدفق الحمم البركانية من بركان نشط إلى المحيط. عندما تتلامس الحمم أعلى من 1000 درجة مئوية مع الماء ، فإنها تغلي على الفور. لكن المحيط كبير ، وسرعة انتشار الحرارة محدودة. ليس بعيدًا جدًا عن هذا المكان ، لن تتغير درجة حرارة الماء عمليًا بسبب الحمم البركانية. من وجهة نظر عملية ، يتم تقسيم هذه المناطق مع بعضها البعض ؛ فهي لا تتبادل المعلومات أو الخصائص.

سيكون من الغريب إذا كانت المناطق المنفصلة عن بعضها البعض ، والتي لا تتلامس مع بعضها البعض ولا تتبادل المعلومات ، لديها نفس درجة الحرارة. لكن هذا ما يحدث بالضبط في الكون.

ينبعث إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف (KMFI) عندما كان عمر الكون 380،000 سنة فقط ، وفي ذلك الوقت كان الضوء لا يستطيع السفر أكثر من مليون سنة ضوئية في أي اتجاه. إذا ملأت سماء الميكروويف بدوائر يبلغ قطرها نصف مليون سنة ضوئية ، فستحتاج إلى أكثر من عشرة مليارات منطقة مستقلة لملء كل ما نراه. ومع ذلك ، في هذه المناطق التي لا ترتبط ببعضها البعض ، فإن درجة الحرارة والطيف والكثافة هي نفسها بدقة 99.99 ٪.

هذه المشكلة ، عندما تسمى المناطق التي لا تتلامس مع بعضها البعض ، لسبب ما ، خصائص متطابقة ، مشكلة الأفق.

يمكن حلها على النحو التالي: ربما لم يكن لدى هذه المناطق الوقت لتبادل المعلومات مع بعضها البعض ، ولكن ماذا لو كان لديها بالفعل نفس الخصائص بعد الانفجار العظيم؟

بشكل عام ، هذا امتداد: ما حدث قبل الانفجار العظيم ، الذي لم يعده فحسب ، بل أعد أيضًا الظروف الأولية التي يمتلكها كوننا. أخذوا منطقة صغيرة (ربما صغيرة بشكل لا نهائي) ، ووسعوها بشكل كبير ، وتمتد إلى أحجام أكبر من الكون المرصود ، مع وضع القواعد التالية:

أي مادة أو جزيئات أو طاقة أو عيوب طوبولوجية كانت موجودة في هذه المنطقة قبل التوسع ، يتم تقليل كثافتها لدرجة أنه لن يكون هناك أكثر من جسيم واحد في الكون بأكمله (يتم حل مشكلة الاحتكار)
بغض النظر عن مساحة الانحناء قبل التوسع ، فإن توسعها إنه يمتد ليصبح لا يمكن تمييزه عن الفضاء المسطح (يتم حل مشكلة الكون المسطح) ،
بغض النظر عن اختلافات درجة الحرارة والكثافة في مناطق مختلفة من الفضاء قبل التوسع ، يأتي كوننا القابل للرصد من منطقة صغيرة واحدة. لذلك ، فإن درجة حرارة وكثافة الكون هي نفسها في كل مكان (يتم حل مشكلة الأفق)
أدت التقلبات الكمية التي حدثت أثناء التوسع إلى مجموعة واضحة من التنبؤات بتقلبات درجة الحرارة والكثافة في الجزء المرئي من الكون.

إذا تجاهلنا نظرية التضخم ، فيجب علينا استبدال المشاكل الثلاث الأخرى (أحادي القطب ، الكون المسطح والأفق) وتنبؤ واحد (حول طيف تقلبات درجات الحرارة و كثافة الكون) تحت السجادة ، وقل: "هذه مجرد الظروف الأولية للانفجار الكبير" لجعل نموذجك يعمل.

أو يمكنك التعرف على النموذج التضخمي - كطريقة بسيطة وأنيقة وفورية لحل كل هذه المشاكل.

هذا هو السبب في كوننا ، على حد علمنا ، هو نفسه في كل مكان وفي جميع الاتجاهات.

اسأل إيثان رقم 10: لماذا الكون هو نفسه في كل مكان

More articles: