الثواني القليلة الأولى من الانفجار العظيم: ما نعرفه وما لا نعرفه

بالعربي/ كان الكون الرضيع مكانًا مزدحمًا.

بول إم سوتر عالم فيزياء فلكية في جامعة ولاية نيويورك ستوني بروك ومعهد فلاتيرون ، ومضيف برنامج اسأل رائد فضاء وراديو فضاء ، ومؤلف كتاب “ كيف تموت في الفضاء” . ساهم في هذا المقال في أصوات الخبراء الخاصة بموقع ProfoundSpace.org: الآراء والرؤى .

صدق أو لا تصدق ، يحاول الفيزيائيون فهم الكون عندما كان عمره بضع ثوانٍ فقط. 

لكن الوضع هنا معقد ، على أقل تقدير ، وبينما أحرزنا تقدمًا كبيرًا ، لا يزال هناك الكثير لنتعلمه. من الثقوب السوداء المصغرة إلى التفاعلات الغريبة ، كان الكون الرضيع مكانًا مزدحمًا.

المعروفين

لنبدأ بالإطار العام: منذ 13.77 مليار سنة ، كان كوننا حارًا بشكل لا يصدق (درجة حرارة تزيد عن كوادريليون درجة) وصغير جدًا (بحجم حبة خوخ). يعتقد علماء الفلك أنه عندما كان عمر الكون أقل من ثانية ، مر بفترة من التوسع السريع بشكل لا يصدق ، والمعروفة باسم التضخم .

ربما كان حدث التضخم هذا أكثر حقبة تحول حدث في تاريخ كوننا. في أقل من طرفة عين ، أصبح كوننا أكبر بشكل لا يصدق (يتوسع بعامل لا يقل عن 10 ^ 52). عندما تراجعت مرحلة التوسع السريع هذه ، فإن كل ما تسبب في التضخم في المقام الأول (لسنا متأكدين مما) قد تلاشى ، مما أدى إلى إغراق الكون بالمادة والإشعاع (لسنا متأكدين من كيفية حدوث ذلك).

بعد بضع دقائق (حرفيًا) ، ظهرت العناصر الأولى. قبل هذا الوقت ، كان الكون شديد السخونة والكثافة بحيث لا يتشكل أي شيء مستقر – كان مجرد مزيج عملاق من الكواركات (اللبنات الأساسية لنواة الذرة) والغلونات (حاملات القوة النووية القوية). ولكن بمجرد أن يبلغ عمر الكون عشر دقائق ، تمدد وبُرد بدرجة كافية بحيث يمكن للكواركات أن تتحد معًا ، وتشكل البروتونات والنيوترونات الأولى. صنعت تلك البروتونات والنيوترونات أول الهيدروجين والهيليوم (وقليلًا من الليثيوم) ، والتي استمرت بعد مئات الملايين من السنين لبناء النجوم والمجرات الأولى .

منذ تكوين العناصر الأولى ، تمدد الكون وبرد ، وأصبح في النهاية بلازما ، ثم غازًا متعادلًا. 

بينما نعلم أن هذه القصة واسعة النطاق صحيحة ، فإننا نعلم أيضًا أننا نفتقد الكثير من التفاصيل ، خاصة في الوقت الذي يسبق تكوين العناصر الأولى. ربما كانت بعض الفيزياء غير التقليدية قيد التشغيل عندما كان عمر الكون بضع ثوانٍ فقط ، وهو حاليًا يتجاوز فهمنا النظري – لكن هذا لا يمنعنا من المحاولة. 

المجهول المعروف

ظهرت ورقة بحثية مؤخرًا في مجلة ما قبل الطباعة arXiv ، وتم قبولها للنشر في The Open Journal of Astrophysics ، وتعرض بعض سيناريوهات الكون الأكثر غرابة في وقت مبكر جدًا.

على سبيل المثال ، هناك السؤال الكامل حول المادة المظلمة . لا نعرف ما هي المادة المظلمة ، لكننا نعلم أنها مسؤولة عن أكثر من 80٪ من المادة في الكون. لدينا قصة مفهومة جيدًا عن كيفية نشأة المادة العادية في حساء الكوسموس المبكر الحار والكثيف ، لكن ليس لدينا أي دليل على متى أو كيف ظهرت المادة المظلمة على المشهد. هل ظهرت في الثواني القليلة الأولى؟ أم بعد ذلك بكثير؟ هل أفسدت الكيمياء الكونية التي أدت إلى العناصر الأولى ، أم بقيت في الخلفية؟

لا نعلم.

ثم هناك التضخم نفسه. لا نعرف ما الذي قدم مصدر الطاقة لحدث التوسع المذهل ، ولا نعرف سبب استمراره طوال الوقت الذي حدث فيه ، ولا نعرف ما الذي أوقفه في النهاية. ربما استمر التضخم لفترة أطول مما توقعنا ، وجعل وجوده معروفًا لمدة ثانية كاملة ، بدلاً من الجزء الصغير الذي كنا نفترضه. الإعلانات

إليكم واحدًا آخر: هناك هذه الشوكة الضخمة في جانب كل عالم كوزمولوجي يُعرف باسم عدم تناسق المادة والمادة المضادة . نرى من التجارب أن المادة والمادة المضادة متماثلتان تمامًا: فلكل جسيم من مادة ينتج في تفاعلات في جميع أنحاء الكون ، هناك أيضًا جسيم مناظر من المادة المضادة. ولكن عندما ننظر حولنا إلى الكون ، نرى أكوامًا وأكوامًا من المادة العادية وليس قطرة من المادة المضادة في الأفق. لابد أن شيئًا ضخمًا قد حدث في الثواني القليلة الأولى من وجود الكون للتخلص من هذا التوازن. ولكن فيما يتعلق بمن أو ما هو المسؤول ، والآلية الدقيقة ، لسنا متأكدين.

وإذا لم تكن المادة المظلمة والتضخم والمادة المضادة كافيين ، فهناك أيضًا احتمال أن يكون الكون المبكر قد صنع فيضانًا من الثقوب السوداء الصغيرة. الثقوب السوداء في الكون الحالي (أي الثلاثة عشر مليار سنة الماضية) كلها تأتي من موت النجوم الضخمة. هذه هي الأماكن الوحيدة التي يمكن أن تصل فيها كثافة المادة إلى العتبات الحرجة اللازمة لتحريك تشكل الثقب الأسود. لكن في الكون المبكر الغريب ، ربما تكون البقع العشوائية للكون قد حققت كثافة كافية ، مما أدى إلى تكوين ثقوب سوداء دون الحاجة إلى المرور عبر عملية تكوين النجوم بأكملها أولاً. يمكن.

الحفر أعمق

بينما تدعم نظريتنا عن الانفجار العظيم ثروة من بيانات الرصد ، هناك الكثير من الألغاز التي ترضي فضول أجيال من علماء الكونيات. لحسن الحظ ، نحن لسنا أعمى تمامًا عند محاولة دراسة هذه الحقبة المبكرة. الإعلانات

على سبيل المثال ، حتى لو لم نتمكن من رؤية حالة الكون بشكل مباشر عندما كان عمره بضع ثوانٍ فقط ، يمكننا محاولة إعادة إنشاء هذه الظروف في مصادمات الجسيمات القوية لدينا. إنها ليست مثالية ، لكنها على الأقل يمكنها أن تعلمنا عن فيزياء تلك الأنواع من البيئات.

يمكننا أيضًا البحث عن أدلة متبقية من الثواني القليلة الأولى. أي شيء غير تقليدي يحدث في ذلك الوقت سيكون قد ترك بصماته على الكون اللاحق. قد يؤدي تغيير كمية المادة المظلمة أو التضخم المستمر إلى اضطراب تكوين الهيدروجين والهيليوم ، وهو أمر يمكننا قياسه اليوم. 

وانتقل الكون من بلازما إلى غاز محايد عندما كان عمره 380 ألف سنة. ثم استمر الضوء المنطلق على شكل الخلفية الكونية الميكروية . إذا خرج الكون من مجموعة من الثقوب السوداء الصغيرة ، فإنها ستؤثر على نمط الضوء التالي.

قد نأمل حتى في مراقبة هذه الحقبة مباشرة. ليس مع الضوء ، ولكن مع موجات الجاذبية . لا بد أن هذا الجحيم الفوضوي أطلق سيلًا من التموجات في نسيج الزمكان ، والتي – مثل الخلفية الكونية الميكروية – كانت ستبقى حتى يومنا هذا. ليس لدينا حتى الآن القدرة التكنولوجية لرصد موجات الجاذبية تلك بشكل مباشر ، لكننا نقترب كل يوم.

وربما عندما نفعل ذلك ، سنحصل على لمحة عن الكون حديث الولادة.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com