الفلك

هل يتباطأ الزمن لأن الكون يتمدد بمعدل متسارع؟

هل يتباطأ الزمن لأن الكون يتمدد بمعدل متسارع؟

إذا كان الكون يتوسع بمعدل متسارع ، بحيث تتسارع ابتعاد المجرات عن بعضها البعض ، فيجب أن يتباطأ الوقت أيضًا. وعندما يتسارع الكون إلى سرعة الضوء ، عندها يجب أن يتوقف الزمن.

هل يتباطأ الزمن لأن الكون يتمدد بمعدل متسارع؟ هل يستطيع أي فيزيائي أن يشرح ما إذا كان هذا صحيحًا أم لا؟


بشكل عام ، من الأفضل الامتناع عن استخدام مصطلح "التضخم" إلا إذا كنت تتحدث عن تضخم الكون المبكر. بدلا من ذلك ، الكون توسيع بمعدل متسارع.

يبدو أن جوهر هذا السؤال يكمن في ما تسميه "الوقت". لا يوجد شيء مثل "الوقت" ، ولست متأكدًا من تعريف الوقت الذي تتوقع أن يتوقف. يتم تحديد الوقت بشكل جيد في أي إطار راحة ولن يتأثر بالتوسع الكلي للكون ، بأي معدل.


نعم ، يعمل الوقت بشكل أبطأ بالنسبة للأشياء البعيدة ، كما لوحظ من وجهة نظرنا ؛ هذا هو توقع النسبية العامة. ونعم ، نظرًا لأن التمدد يتسارع ، فإن التمدد هذه المرة ببطء ، وببطء شديد ، يصبح أكثر وضوحًا (سيحدث هذا حتى لو لم يحدث التمدد تسريع، ولكن فقط استمر بنفس المعدل).

هذا التمدد الزمني هو تأثير معروف جيدًا ، ويؤخذ دائمًا في الاعتبار عند إجراء الملاحظات. على سبيل المثال ، عند مراقبة المستعرات الأعظمية البعيدة ، غالبًا ما يهتم المرء بكيفية انخفاض لمعانها كدالة للوقت. هذا يسمى بهم منحنى خفيف. من أجل مقارنة المنحنيات الخفيفة عند الانزياحات الحمراء المختلفة ، يتم تحويلها عادةً إلى إطار الراحة الخاص بها ، أي كيف ستبدو إذا كنت "تقف بجوار المستعر الأعظم" (على سبيل المثال Goldhaber et al 2001).

ومع ذلك ، فإن تمدد الوقت لا يعمل تمامًا كما تعتقد. في المجرة عند الانزياح الأحمر لـ $ z $ تمدد وقته بعامل $ 1 + z $، لذا فإن الوقت يمر مرتين بطيئًا بالنسبة لمجرة عند ، على سبيل المثال ، $ z = 3 دولارات من مجرة ​​في $ z = 1 دولار. المجرات ذات الانزياحات الحمراء أكبر من $ z sim1.5 $ تنحسر أسرع من سرعة الضوء ، والوقت لا يتوقف هنا على الإطلاق. فقط ل $ z rightarrow infty $، أي في بداية الوقت في Big Bang ، هل يقترب تمدد الوقت إلى ما لا نهاية.


لا يتباطأ وقتنا بسبب توسع الكون. والوقت لن يتوقف.

لكن تمدد الوقت يحدث بالفعل ، وهذا شيء مختلف.

عندما يتحرك شيء ما بسرعة عالية جدًا ، بالنسبة إلينا ، نرى الوقت يتباطأ بالنسبة له. نظرًا لأن المجرات البعيدة تبتعد عنا بسرعات كبيرة ، فإن الأحداث في تلك المجرات (من وجهة نظرنا) تبدو أبطأ. لوحظ هذا في حيث تشرق المستعرات الأعظمية وتتلاشى الموصوفة في هذه الورقة.

لن يلاحظ سكان تلك المجرات أي تغيير في معدل الوقت. (بالأحرى سيرون ساعاتنا تتباطأ ، لأننا نحن الذين نتحرك بسرعة ، من وجهة نظرهم)

يتزايد معدل التمدد (على الرغم من أن السبب وراء ذلك غامض) ولكن لن يتسارع أي جزء من الكون إلى سرعة الضوء ، حيث لا يمكن لأي شيء أن ينتقل بسرعة الضوء. لذلك سيبقى تمدد الوقت محدودًا.


هل معدل توسع كوننا أسي؟

أم أنه نوع تدريجي وخطي من التوسع؟ على سبيل المثال ، استخدام الأميال في الساعة لقياس السرعة. هل الكون يتسارع هكذا:

أم أن الكون يتسارع مثل هذا:

المكافأة: هل هذا يعني أن الكون كان بحجم معين حيث بدأت في كتابة هذا المنشور وأصبح الآن أكبر بحلول الوقت الذي أنقر فيه على & # x27submit & # x27؟

خلال الفترة القليلة الماضية - آخر 4 أو 5 مليارات سنة - تحول معدل التوسع العالمي من التباطؤ تحت تأثير المادة إلى التسارع تحت تأثير الطاقة المظلمة.

يمكنك التفكير في الأمر على هذا النحو: إذا كانت معظم كثافة الطاقة في الكون في شكل مادة ، فإن التمدد سوف يتباطأ بسبب جاذبية الكون الخاصة به. لكن مع توسع الكون ، تنخفض كثافة المادة ، لأنه يجب الحفاظ على الكمية الإجمالية للمادة. لذلك مع مرور الوقت ، تقل كثافة الكتلة وتنخفض ، ويتباطأ التمدد ، وحتى معدل التباطؤ يتناقص.

في الواقع ، إذا كانت هناك كمية مناسبة من المادة ، فستصل إلى الموقف الذي ينزلق فيه الكون إلى نقطة توقف مثالية مع مرور الوقت إلى اللانهاية. لكي يحدث هذا ، ستحتاج إلى حوالي 4 أضعاف كمية المادة الموجودة بالفعل في الكون ، وستحتاج إلى عدم وجود طاقة مظلمة. الذي يقودني إلى.

لكن هناك أيضًا طاقة مظلمة. يعمل هذا كما لو كان مقدارًا في الخلفية من الطاقة المرتبطة بالمساحة الفارغة - والكلمات التي نستخدمها هي & # x27vacuum energy & # x27. لذا فإن كثافة الطاقة للطاقة المظلمة ثابتة. على ما يبدو ، مع توسع الفضاء ، تتسع الكمية الإجمالية للطاقة المظلمة معها. إذا تضاعف حجم الكون ، فعندئذٍ تتضاعف الكمية الإجمالية للطاقة المظلمة. (بشكل لا يصدق ، لا ينتهك هذا & # x27t الحفاظ على الطاقة ، ولكن دعني أعود إلى ذلك في لحظة.) ولكن هذا يعني أنه مع انخفاض كثافة الطاقة الجماعية وتنخفض ، سرعان ما تتلاشى وتتزايد كمية الطاقة المظلمة باستمرار للسيطرة تمامًا على ميزانية الطاقة في الكون.

الآن ، من معادلة أينشتاين ، وهي الطريقة النسبية العامة لوصف الكون ، يمكنك اشتقاق شيء يسمى معادلات فريدمان ، وهي الطريقة النسبية العامة لوصف ديناميكيات الكون. ما تحصل عليه من هذا هو أن المعدل الكسري للتسارع (أي معدل التسارع مقارنة بمعدل التمدد) في كون به طاقة فراغ فقط - أو كون تكون فيه طاقة الفراغ هي العنصر المسيطر - ثابت.

طريقة أخرى لقول ذلك هي أن معدل التمدد يزيد دائمًا بنفس المقدار ، بالنسبة المئوية ، لكل وحدة زمنية. طريقة أخرى لقول ذلك هي أن معدل التسارع يتناسب مع معدل التمدد. هناك طريقة أخرى لقول ذلك وهي أن التوسع الكوني يتسارع أضعافًا مضاعفة.


هل يتباطأ الزمن لأن الكون يتمدد بمعدل متسارع؟ - الفلك

حتى لو كان الكون يتمدد أو حتى يتسارع ، ألن تؤدي الجاذبية في النهاية إلى إبطاء التمدد؟ بغض النظر عن حجم قوة السرعة ، ألا تؤدي الجاذبية ، مهما كانت صغيرة ، إلى تقليل التمدد في النهاية؟

لا ، لن يحدث ذلك في الواقع. هذا ليس أعظم تشبيه في العالم ، لكنه نوعًا ما يشبه قطع الخيط إلى نصفين ، ثم قص أحد نصفي الخيط إلى النصف ، ثم قصه الذي - التي في النصف ، وما إلى ذلك ، يمكنك الاستمرار في القص إلى الأبد ، ولن تنفد تمامًا من الخيط. لن تنفد أبدًا من الخيط ، لأنك تقطع أقل وأقل في كل مرة.

وبالمثل ، يمكن للجاذبية أن تبطئ تمدد الكون ، لكنها تستمر في القيام بذلك بنسبة أقل وأقل مع مرور الوقت (لأنها ليست قوية على مسافات أكبر). لذلك ليس من الصعب تخيل كون لا ينخفض ​​فيه التوسع أبدًا عن معدل معين ، لأن تأثيرات الجاذبية لا يمكن أن تحصل عليه أبدًا الى حد كبير هذا المستوى المنخفض.

تم آخر تحديث لهذه الصفحة في 27 حزيران (يونيو) 2015.

عن المؤلف

كريستوفر سبرينجوب

يدرس كريس البنية الكبيرة للكون باستخدام السرعات الغريبة للمجرات. حصل على درجة الدكتوراه من جامعة كورنيل عام 2005 ، وهو الآن أستاذ مساعد في جامعة غرب أستراليا.


لماذا الكون فارغ

من المحتمل وجود حياة غريبة ، لكن لا يوجد شيء يمكننا رؤيته. لذلك ، يمكن أن تكون الحالة أنه في مكان ما على طول مسار تطور الحياة ، هناك تحد كبير ومشترك ينهي الحياة الفضائية قبل أن تصبح ذكية بما يكفي وواسعة الانتشار بما يكفي لنرى - مرشح عظيم.

يمكن أن يتخذ هذا المرشح عدة أشكال. قد يكون وجود كوكب في منطقة Goldilocks - النطاق الضيق حول نجم حيث لا يكون الجو حارًا جدًا ولا شديد البرودة بحيث لا تكفي الحياة - ووجود هذا الكوكب يحتوي على جزيئات عضوية قادرة على التراكم في الحياة أمر غير محتمل للغاية. لقد لاحظنا الكثير من الكواكب في منطقة Goldilock من النجوم المختلفة (يقدر أن هناك 40 مليار في مجرة ​​درب التبانة) ، ولكن ربما لا تزال الظروف غير مناسبة لوجود الحياة.

يمكن أن يحدث التصفية الكبرى في المراحل المبكرة جدًا من الحياة. عندما كنت في السيرة الذاتية بالمدرسة الثانوية ، قد يكون لديك فكرة مفادها أن "الميتوكوندريا هي القوة المحركة للخلية." لقد فعلت ذلك بالتأكيد. ومع ذلك ، كانت الميتوكوندريا في مرحلة ما عبارة عن بكتيريا منفصلة تعيش في وجودها. حاولت الأرض ، وهي كائن وحيد الخلية ، أن تأكل إحدى هذه البكتيريا ، إلا أنه بدلاً من هضمها ، تعاونت البكتيريا مع الخلية ، منتجة طاقة إضافية مكنت الخلية من التطور بطرق تؤدي إلى أشكال أعلى من الحياة. حدث مثل قد يكون هذا غير مرجح لدرجة أنه حدث مرة واحدة فقط في مجرة ​​درب التبانة.

أو يمكن أن يكون المرشح تطورًا لأدمغة كبيرة ، كما فعلنا. بعد كل شيء ، نحن نعيش على كوكب مليء بالعديد من المخلوقات ، وذكاء البشر لم يحدث إلا مرة واحدة. قد يكون من المرجح بشكل كبير أن الكائنات الحية على الكواكب الأخرى لا تحتاج ببساطة إلى تطوير الهياكل العصبية التي تتطلب الطاقة اللازمة للذكاء.


إذا كان كوننا يتوسع بمعدل معين بدأ في وقت الانفجار العظيم منذ حوالي 13.8 مليار سنة ضوئية ونصف قطر تيار 46.6 مليار سنة ضوئية ، فما الذي يسبب هذا التمدد؟

ضع في اعتبارك هذا سؤال متابعة لـ r / askscience / comments / 5omsce / if_we_cannot_receive_light_from_objects_more_than تم نشره بواسطة / u / CodeRirm فيما يتعلق بتوسيع الكون.

أفضل مثال على & # x27ve حتى الآن هو توسيع عجينة الخبز وتوسيع البالون w.r.t. كيف تتحرك الأشياء بعيدًا عن بعضها البعض. ومع ذلك ، في كل هذه السيناريوهات هناك & # x27s الطاقة الثابتة المطبقة ، أي في حالة عجين الخبز ، التخمير (أو التفاعلات الكيميائية ذات الصلة) ، في حالة البالون شكل من أشكال المضخة. ما هذه المضخة في حالة الكون مما يسهل التمدد؟

سؤال جيد. هنا & # x27s تشبيه.

تخيل أنك تلقيت كرة في الهواء - بقوة حقًا. بعد أن تغادر الكرة يدك ، تتحرك في الهواء. الآن ، إذا نظر شخص ما ورأى هذه الكرة وهي تطير في الهواء ، فقد يسألون & quot؛ كيف تتطاير هذه الكرة في الهواء من تلقاء نفسها. & quot بالطبع ، هذا لأنك رميته!

هذا بالضبط ما حدث مع الكون. استنادًا إلى فهمنا الحالي لعلم الكونيات ، تسبب الانفجار العظيم في أن يبدأ الكون في التوسع بسرعة كبيرة. لماذا ا؟ هذا & # x27s سؤال رائع ولا يزال أحد المناقشات الساخنة.

إذن ماذا سيحدث بعد ذلك؟ حسنًا ، في تشبيهنا بالكرة ، سوف تتباطأ الكرة كلما ارتفعت أعلى وأعلى بسبب قوة الجاذبية الأرضية. هذا هو بالضبط نفس الشيء بالنسبة للكون. بسبب جاذبية كل الأشياء الموجودة في الكون ، تباطأ تمدد الفضاء بعد الانفجار العظيم. في الواقع ، إذا كانت كثافة الكتلة الكلية للكون أعلى من بعض القيمة الحرجة ، فسيتوقف الكون في النهاية عن تمدده ويبدأ في الانكماش ، تمامًا كما ستصل الكرة في النهاية إلى أعلى نقطة لها وتبدأ في السقوط.

ربما لم يكن للكون كثافة كتلة كافية لتسببه في الانتكاس؟ ثم ماذا سيحدث؟ حسنًا ، سيكون الأمر كما لو رمينا الكرة بقوة لدرجة أن قوة الجاذبية الأرضية لا تستطيع إيقافها. ستتباطأ الكرة لفترة من الوقت ، وتهرب من جاذبية الأرض ، ثم تتراجع إلى الأبد.

يتم تلخيص هاتين الفكرتين في هذا الشكل. المحور السيني هو الوقت ، والمحور الصادي يسمى عامل & quotscale & quot وهو طريقة لتصور حجم الكون. في مثالنا الأول ، سنكون في عالم & quotclosed & quot حيث ينهار الكون في النهاية ونحصل على & quot؛ Big Crunch & quot. المثال الثاني هو مثل & quotFlat & quot أو & quotNegative Curvature & quot الخطوط حيث تستمر الكرة إلى الأبد.

ربما سمعت أن الكون يتسارع. كان ذلك أحد أعظم الاكتشافات في عصرنا. الآن لدينا سيناريو مختلف تمامًا. تخيل أنك إذا رميت كرتك ، صعدت وأبطأت قليلاً ، لكن فجأة بدأت في التسارع والتحليق أعلى وأعلى وأسرع وأسرع. قد تفترض أن بعض القوة السحرية تدفع الكرة لأعلى ، وستكون على حق! يبدو أن هذا ما يحدث في كوننا. لقد أعطينا هذه القوة الغامضة الاسم & quotDark Energy & quot ، وهي تتسبب في تسارع الكون! يشار إلى ذلك من خلال & quotDark Energy & quot المنحنى على هذا الرسم البياني.


أبطئ ، الكون!

تُظهر صورة Swift UVOT هذه المجرة M82 قبل الانفجار وتجمع البيانات التي تم الحصول عليها بين عامي 2007 و 2013. يظهر الضوء فوق البنفسجي المتوسط ​​باللون الأزرق ، وضوء قريب من الأشعة فوق البنفسجية باللون الأخضر والضوء المرئي باللون الأحمر. (الصورة: ناسا / سويفت / بي.براون ، تامو)

منذ عام 1929 ، عرف الفيزيائيون أن الكون يتوسع. في تسعينيات القرن الماضي ، أشارت الملاحظات إلى أن المعدل الذي يتم به ذلك يتسارع ، وهي النتيجة التي فازت مؤلفيها بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2001. جاء هذان الاكتشافان بمثابة صدمة في الوقت الذي تم فيهما. الآن يبدو أن علماء الفيزياء قد يتراجعون قليلاً: يبدو أن دراسة جديدة تشير إلى أن توسع الكون لا يتسارع بنفس السرعة التي كان يُعتقد سابقًا عنها.

الأداة الرئيسية في اكتشاف تسارع التوسع كانت نوعًا معينًا من الانفجارات التي يمكنها تفجير النجوم ، والمعروفة باسم اكتب Ia المستعر الأعظم. "الفكرة [.] هي أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia تصادف أنها بنفس السطوع ،" يوضح بيتر إيه ميلن ، عالم الفلك في جامعة أريزونا الذي شارك في تأليف الدراسة الجديدة. "كلهم ينتهي بهم الأمر متشابهين عندما ينفجرون." وبالتالي يمكن أن تكون هذه المستعرات الأعظمية بمثابة الشموع القياسية: من خلال مراقبة سطوعها الظاهري ومقارنته بما تعرف أنه سطوعها الجوهري ، يمكنك معرفة مدى بُعدها. بمعرفة المسافة والسرعة التي ينتقل بها الضوء ، يمكنك بعد ذلك معرفة المدة التي مرت بها الانفجارات.

عندما ينتقل الضوء من هذه المنارات الكونية نحونا ، يتأثر هو نفسه بتوسع الكون. يمتد الطول الموجي للضوء ، ويحوله إلى الطرف الأحمر للطيف. عن طريق قياس هذا الانزياح الأحمر، يمكنك معرفة مقدار تمدد الكون منذ انبعاث الضوء من المستعر الأعظم. إذا تمكنت من ملاحظة العديد من المستعرات الأعظمية من النوع Ia على نطاق من المسافات ، فيمكنك تجميع تاريخ التوسع الحديث للكون.

الكون المتوسع

يعتقد الكثير من الناس أن توسع الكون كان بمثابة انفجار ، لذلك يجب أن يكون له مركز ويجب أن يكون هناك حافة. لكن لا يوجد مركز للكون ولا يوجد حد للتوسع. الحالة السهلة للتخيل هي حالة الكون اللامتناهي. فكر في كون ثنائي الأبعاد ، صفيحة مطاطية تسير بلا حدود في كل اتجاه. إذا تم تمديد هذه الورقة اللانهائية ، فبغض النظر عن المكان الذي وقفت عليه ، سترى كل شيء يتوسع بعيدًا عنك. يمكنك رسم دائرة حولك تصف حافة كونك المرئي - سيكون نصف قطر تلك الدائرة هو المسافة التي استطاع الضوء قطعها منذ أن بدأت الورقة في التوسع. ليس الأمر أنه لا توجد ورقة خارج حدود تلك الدائرة ، الأمر فقط أننا لا نستطيع رؤيتها بعد.

لكن ماذا لو كان الكون محدودًا؟ تخيل سطح بالون ، محدود ، لكن ليس له حافة. إذا نفخنا بالونًا مميزًا بالصلبان ، فإن كل الصلبان تبتعد عن بعضها البعض بينما يتمدد البالون. لا يقع مركز التمدد على البالون ، لذا فهو ليس جزءًا من عالم البالون.

تلقي الدراسة الجديدة بظلال من الشك على الإجماع السابق من خلال إظهار أن المستعرات الأعظمية من النوع Ia قد لا تكون موحدة كما كان يعتقد. "وجدنا أن الاختلافات [بين المستعرات الأعظمية] ليست عشوائية ، ولكنها تؤدي إلى فصل المستعرات الأعظمية Ia إلى مجموعتين ، حيث تكون المجموعة الموجودة في الأقلية القريبة منا في الأغلبية على مسافات كبيرة - وبالتالي عندما كان الكون أصغر سنًا ، "يقول ميلن. "هناك مجموعات سكانية مختلفة هناك ، ولم يتم التعرف عليهم. كان الافتراض الكبير هو أنه كلما تقدمت من قريب إلى بعيد ، فإن المستعرات الأعظمية من النوع Ia هي نفسها. لا يبدو أن هذا هو الحال." نتيجة لذلك ، يبدو أن تسارع الكون قد يتعين تعديله إلى أسفل.

لاحظ ميلن وزملاؤه (Ryan J. Foley من جامعة إلينوي في Urbana-Champaign وبيتر جيه براون من جامعة Texas A & ampM و Gautham Narayan من المرصد الوطني للفلك البصري في توكسون) عينة كبيرة من المستعرات الأعظمية من النوع Ia ، سواء في الضوء فوق البنفسجي أو في الضوء المرئي. من أجل دراستهم ، قاموا بدمج الملاحظات التي أجراها تلسكوب هابل الفضائي مع تلك التي قام بها القمر الصناعي Swift التابع لناسا. كانت البيانات التي تم جمعها باستخدام Swift مهمة بشكل خاص لأن الاختلافات بين مجموعتي المستعر الأعظم - التحولات الطفيفة نحو الطيف الأحمر أو الأزرق - كانت دقيقة جدًا فقط في الضوء المرئي ، والذي تم استخدامه للكشف عن المستعرات الأعظمية من النوع Ia سابقًا. أصبحت واضحة فقط من خلال ملاحظات المتابعة المخصصة لـ Swift في الأشعة فوق البنفسجية.

قال ميلن: "بدأ إدراك وجود مجموعتين من المستعرات الأعظمية من النوع Ia ببيانات سويفت". "ثم راجعنا مجموعات البيانات الأخرى لمعرفة ما إذا كنا سنرى نفس الشيء. ووجدنا الاتجاه موجودًا في جميع مجموعات البيانات الأخرى."

عندما اكتشف الفيزيائيون لأول مرة أن تمدد الكون يتسارع ، احتاجوا للتوصل إلى تفسير للسبب. هذا أدى إلى فكرة الطاقة المظلمة، شكل غامض من الطاقة يفرق الأشياء. يقول ميلن: "نقترح أن بياناتنا تشير إلى أنه قد يكون هناك طاقة مظلمة أقل من المعرفة الكتابية ، لكن لا يمكننا وضع رقم عليها". "حتى ورقتنا البحثية ، تم التعامل مع مجموعتي المستعرات الأعظمية على أنها نفس المجموعة. للحصول على هذه الإجابة النهائية ، عليك القيام بكل هذا العمل مرة أخرى ، بشكل منفصل لـ [المجموعتين]." يجب جمع المزيد من البيانات قبل أن يتمكن الفيزيائيون من تقييم ما تعنيه النتيجة الجديدة للطاقة المظلمة بالضبط.

تم اقتباس هذه المقالة من بيان صحفي لجامعة أريزونا بقلم دانيال ستولت.


تحسين التحليل

تحاول هذه الورقة الجديدة أن تفعل شيئًا جديرًا بالثناء. إنها تحاول تحسين التحليل الإحصائي للبيانات (للتعليق على تحليلها انظر).

مع حصولنا على المزيد والمزيد من البيانات وتقلص حالة عدم اليقين بشأن قياسنا ، يصبح من المهم أكثر فأكثر مراعاة كل التفاصيل الأخيرة.

في الواقع ، مع مسح الطاقة المظلمة لدينا ثلاثة أشخاص يعملون بدوام كامل في اختبار وتحسين التحليل الإحصائي الذي نستخدمه لمقارنة بيانات السوبرنوفا بالنظرية.

نحن ندرك أهمية التحليل الإحصائي المحسّن لأننا سنمتلك قريبًا حوالي 3000 مستعر أعظم يمكن بواسطتها قياس التسارع بدقة أكبر بكثير من الاكتشافات الأصلية ، التي تضم 52 سوبر نوفا فيما بينها. تحتوي العينة التي أعادت هذه الورقة الجديدة تحليلها على 740 سوبر نوفا.

ملاحظة أخيرة حول الاستنتاجات الواردة في الورقة. يقترح المؤلفون أن الكون غير المتسارع يستحق الدراسة. هذا جيد. لكن أنت وأنا ، الأرض ، مجرة ​​درب التبانة وجميع المجرات الأخرى يجب أن تجذب بعضها البعض بقوة.

لذا فإن الكون الذي يتمدد بمعدل ثابت هو في الواقع غريب مثل كونه يتسارع. لا يزال يتعين عليك شرح سبب عدم تباطؤ التمدد بسبب خطورة كل شيء يحتوي عليه.

لذا حتى لو كان ادعاء عدم التسارع في هذه الورقة صحيحًا ، فإن التفسير لا يزال يتطلب فيزياء جديدة ، والبحث عن "الطاقة المظلمة" التي تشرحها لا يقل أهمية.

الشك الصحي أمر حيوي في البحث. لا يزال هناك الكثير من الجدل حول سبب التسارع ، وما إذا كان مجرد تسارع ظاهري ينشأ لأن فهمنا للجاذبية لم يكتمل بعد.

في الواقع ، هذا هو ما نقضيه نحن كعلماء كوزمولوجيين محترفين في البحث عن وظائفنا بأكملها. ما تتفق عليه هذه الورقة الجديدة وجميع الأوراق السابقة هو أن هناك شيئًا يحتاج إلى شرح.

تُظهر بيانات المستعر الأعظم أن شيئًا غريبًا حقًا يحدث. قد يكون الحل هو التسارع ، أو نظرية جديدة للجاذبية. مهما كان ، سنواصل البحث عنه.


هل يتباطأ الزمن لأن الكون يتمدد بمعدل متسارع؟ - الفلك

سيتم تحديد مصير الكون في نهاية المطاف من خلال التوازن بين عنف الانفجار الأولي (القوة الدافعة وراء التمدد) والجاذبية إذا كانت كل المادة داخل الكون (والتي من شأنها إبطاء التوسع). هناك أيضًا احتمال أن بعض المصادر الإضافية للطاقة تميل إلى تسريع التوسع.

قبل أن نواصل دراسة العقود المستقبلية المحتملة ، نحتاج إلى تذكر مفهوم سرعة الهروب لأنه ضروري في مناقشتنا. سرعة الهروب هي السرعة الدنيا التي يجب أن ينطلق بها جسم من سطح كوكب أو نجم من أجل الهروب من جاذبيته والانتقال إلى ما لا نهاية. إذا كانت سرعة الإطلاق أقل من سرعة الهروب ، فسوف ينتقل المقذوف إلى أقصى ارتفاع ، ويتباطأ تدريجيًا ، ثم يستدير ويسقط مرة أخرى إلى السطح. يمكن أيضًا التعبير عن حالة هروب المقذوف من حيث الكثافة ، نظرًا لأن الجسم الأكثر كثافة يكون أكثر إحكاما (يمكن أن يحزم كتلة أكبر في نفس الحجم).

هذا وثيق الصلة بتوسع الكون. إذا كان الكون يحتوي على كتلة كافية ، فستكون الجاذبية قادرة على إبطاء التوسع وربما إيقافه. خلاف ذلك ، قد يتمدد الكون إلى الأبد. العامل المحدد هو كثافة الكون الحالية. مثال مثير للاهتمام تقدمه النجوم في المجرة. على الرغم من اتساع الفضاء الذي تندمج فيه النجوم ، إلا أن جاذبيتها المتبادلة تبقيها معًا ولا تكبر المجرة نفسها.

الكثافة الحرجة

نحن نعلم أن الكون يتوسع ويبدو أن المجرات تبتعد عن بعضها البعض. نعلم أيضًا أن المجرات تنجذب لبعضها البعض بسبب الجاذبية ، مما يعني أن الجاذبية تعمل ضد التمدد وتبطئه. يصبح السؤال إذن ، هل لدى المجرات ما يكفي من السرعة للهروب من جاذبيتها المتبادلة؟ تعتمد إجابة هذا السؤال على كثافة الكون.

لكي نكون أكثر تحديدًا ، يمكننا تحديد الكثافة الحرجة الكون. إذا كانت الكثافة أكبر من الكثافة الحرجة ، فهناك كتلة كافية وبالتالي جاذبية كافية لوقف التمدد وتحويله. من ناحية أخرى ، إذا كانت كثافة الكون أقل من الكثافة الحرجة ، فإن الكتلة المتاحة للكون لا تمارس جاذبية كافية لإيقاف التمدد.

للراحة ، نعبر عن كثافة الكون الحالية من حيث الكثافة الحرجة الحالية على النحو التالي:

لاحظ أن كلا الكميتين اللتين تدخلان في تعريف & أوميغا0 تتغير مع الوقت ، لذلك نستخدم قيمها في الوقت الحاضر في هذا التعريف. إذا كانت كثافة الكون اليوم مساوية للكثافة الحرجة ، فعندئذ & أوميغا0 = 1 ، إذا كانت الكثافة أكبر من الكثافة الحرجة ، فعندئذ & أوميغا0 & gt 1 ، وإذا كانت الكثافة أقل من الكثافة الحرجة ، فعندئذ & أوميغا0 & lt 1. يعتمد مصير الكون على أي من هذه الاحتمالات يحمل في الواقع ، كما هو موضح أدناه.


لا ، الكون لا يتوسع بمعدل متسارع ، كما يقول علماء الفيزياء

بالعودة إلى عام 2011 ، مُنح ثلاثة علماء فلك جائزة نوبل في الفيزياء لاكتشافهم أن الكون لم يكن يتوسع فحسب - بل كان يتوسع بمعدل متسارع.

أدى الاكتشاف إلى قبول واسع النطاق لفكرة أن كوننا تهيمن عليه قوة غامضة تسمى الطاقة المظلمة ، وغيرت النموذج القياسي لعلم الكونيات إلى الأبد. لكن علماء الفيزياء الآن يشككون في النتيجة ، ولديهم مجموعة بيانات أكبر لدعمها.

للحصول على معلومات أساسية عن جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2011 ، تمت مشاركتها بين علماء الكونيات شاول بيرلماتر من جامعة كاليفورنيا ، وبيركلي آدم ريس من جامعة جونز هوبكنز وبريان شميت من الجامعة الوطنية الأسترالية.

خلال التسعينيات ، كان هؤلاء العلماء الثلاثة جزءًا من فرق متنافسة كانت تقيس المستعرات الأعظمية البعيدة من النوع 1 أ - النهاية العنيفة لنوع من النجوم يسمى القزم الأبيض.

تتكون النجوم القزمة البيضاء من أحد أكثر أشكال المادة كثافة في الكون المعروف - لا يتجاوزها سوى النجوم النيوترونية والثقوب السوداء.

في حين أن القزم الأبيض النموذجي سيكون أكبر بقليل من الأرض ، سيكون له نفس القدر من الكتلة مثل شمسنا. لوضع ذلك في المنظور الصحيح ، يمكنك احتواء ما يقرب من 1300000 من الأرض داخل الشمس.

تخيل الآن أن النجم الميت الكثيف بشكل لا يصدق ينهار تحت وطأة جاذبيته. نحن نتحدث عن مستوى لمعان أكثر سطوعًا من الشمس بحوالي 5 مليارات مرة.

نظرًا لأن كل مستعر أعظم من النوع 1a ينفجر بنفس درجة السطوع تقريبًا ، يمكن استخدام كمية الضوء المنبعثة كمؤشر على بعدهم عن الأرض - ويمكن أيضًا استخدام التحولات الطفيفة في اللون لمعرفة مدى سرعة حركتهم.

عندما قاس بيرلماتر وريس وشميدت جميع البيانات الخاصة بالمستعرات الأعظمية المعروفة من النوع 1 أ ، والتي سجلها تلسكوب هابل الفضائي وعدد من التلسكوبات الأرضية الكبيرة ، وجدوا شيئًا غريبًا بشكل لا يصدق.

كما أوضحت الأكاديمية الملكية السويدية صباح إعلان جائزة نوبل في ستوكهولم:

"في الكون الذي تهيمن عليه المادة ، يتوقع المرء أن تؤدي الجاذبية في النهاية إلى إبطاء التوسع. تخيل بعد ذلك الدهشة المطلقة عندما اكتشفت مجموعتان من العلماء أن التوسع لم يكن يتباطأ ، بل كان في الواقع يتسارع.

من خلال مقارنة سطوع المستعرات الأعظمية البعيدة البعيدة مع سطوع المستعرات الأعظمية القريبة ، اكتشف العلماء أن المستعرات الأعظمية البعيدة كانت خافتة بنسبة 25٪ تقريبًا. كانوا بعيدين جدا. كان الكون يتسارع. ولذا فإن هذا الاكتشاف أساسي وعلامة فارقة في علم الكونيات. وتحديا لأجيال من العلماء قادم ".

تم دعم الاكتشاف ببيانات تم جمعها بشكل منفصل حول أشياء مثل المجرات المتجمعة وخلفية الموجات الكونية الميكروية - الوهج الخافت للانفجار العظيم.

وفي وقت سابق من هذا العام ، اكتشف علماء وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية أن الكون يمكن أن يتمدد بنسبة 8٪ أسرع مما كان يعتقد في البداية.

بكل المقاييس ، كان الاكتشاف صعبًا (جائزة نوبل الصلبة) لكنه طرح سؤالًا صعبًا للغاية - إذا كانت الجاذبية الجماعية من كل المادة التي تم طردها إلى الكون بسبب الانفجار العظيم قد أدت إلى إبطاء كل شيء ، فكيف يمكن أن تتسارع ؟

"هناك شيء ينتشر في الكون وينتشر الفضاء فعليًا بشكل أسرع مما يمكن للجاذبية أن تجمع الأشياء معًا. التأثير ضئيل - لا يمكن ملاحظته إلا عندما تنظر إلى المجرات البعيدة - لكنها موجودة. أصبحت تُعرف باسم الطاقة المظلمة -" الظلام " ، لأن لا أحد يعرف ما هو ".

منذ أن اقترح العلماء لأول مرة الطاقة المظلمة ، لم يقترب أحد من معرفة ما يمكن أن تكون عليه في الواقع.

لكن فريقًا دوليًا من الفيزيائيين شكك الآن في تسارع توسع الكون ، ولديهم قاعدة بيانات أكبر بكثير من المستعرات الأعظمية من النوع 1a لدعمها.

من خلال تطبيق نموذج تحليلي مختلف على المستعر الأعظم 740 Type Ia الذي تم تحديده حتى الآن ، يقول الفريق إنهم تمكنوا من تفسير الاختلافات الدقيقة بينهم كما لم يحدث من قبل.

يقولون إن الأساليب الإحصائية التي استخدمها الفريق الأصلي كانت شديدة التبسيط ، واستندت إلى نموذج تم ابتكاره في ثلاثينيات القرن الماضي ، والذي لا يمكن الاعتماد عليه في مجموعة بيانات المستعر الأعظم المتزايدة.

يذكرون أيضًا أن الخلفية الكونية الميكروية لا تتأثر بشكل مباشر بالطاقة المظلمة ، لذا فهي تعمل فقط كنوع "غير مباشر" من الأدلة.

"قمنا بتحليل أحدث كتالوج لـ 740 مستعر أعظم من النوع Ia - أكبر بعشر مرات من العينات الأصلية التي استند إليها ادعاء الاكتشاف - ووجدنا أن الدليل على التوسع المتسارع هو ، على الأكثر ، ما يسميه الفيزيائيون '3 سيجما' ،" تقرير الباحث الرئيسي ، سوبير ساركار ، من جامعة أكسفورد.

"هذا أقل بكثير من معيار '5 سيجما' المطلوب للادعاء باكتشاف ذو أهمية أساسية."

بدلاً من العثور على دليل يدعم التوسع المتسارع للكون ، يقول ساركار وفريقه إنه يبدو أن الكون يتوسع بمعدل ثابت. إذا كان هذا هو الحال حقًا ، فهذا يعني أننا لسنا بحاجة إلى طاقة مظلمة لشرحها.

"إن إطارًا نظريًا أكثر تعقيدًا يفسر الملاحظة القائلة بأن الكون ليس متجانسًا تمامًا ، وأن محتواه من المادة قد لا يتصرف كغاز مثالي - وهما افتراضان رئيسيان لعلم الكون القياسي - قد يكون قادرًا على تفسير جميع الملاحظات دون الحاجة إلى الظلام. يقول.

الآن ، لكي نكون واضحين ، هذه مجرد دراسة واحدة ، وهي ادعاء كبير ومثير للجدل للغاية أن الاكتشاف الحائز على جائزة نوبل خطأ جوهري. (لأنني لست مضطرًا لإخبارك أن جوائز نوبل لا تُمنح بسهولة).

لكن تكرار النتائج هو كل شيء في العلم ، وإذا كان لدينا مجموعة بيانات أكبر مما كنا نفعله قبل خمس سنوات ، فيجب أن نستخدمها لدعم - أو تصحيح - الاكتشافات السابقة.

السؤال الآن هو ما إذا كان فريق ساركار قد طبق نموذجهم الإحصائي الجديد على البيانات بطريقة تعكس العلم بشكل أفضل ، ومن المرجح أن يحفز الكثير من علماء الفيزياء على اكتشاف أيهما صحيح - الكون المتسارع ، أو الكون الثابت.

يقول ساركار: "بطبيعة الحال ، سيكون الكثير من العمل ضروريًا لإقناع مجتمع الفيزياء بهذا ، لكن عملنا يوضح أن الركيزة الأساسية للنموذج الكوني القياسي مهزوزة نوعًا ما".

"نأمل أن يحفز هذا تحليلات أفضل للبيانات الكونية ، بالإضافة إلى إلهام المنظرين للتحقيق في نماذج كونية أكثر دقة."


1 إجابة 1

هذا هو السيناريو من ويكيبيديا

وفقًا لنظرية التضخم ، فإن الانفلاتون هو مجال قياسي مسؤول عن التضخم الكوني في الكون المبكر جدًا. يُتوقع وجود جسيم مُكمَّم لهذا المجال ، على غرار الحقول الكمومية الأخرى ، ويُطلق عليه اسم inflaton. يوفر المجال آلية يمكن من خلالها توليد فترة من التوسع السريع من 10 ^ −35 إلى 10 ^ −34 ثانية بعد التمدد الأولي ، لتشكيل الكون.

لاحظ أنه قبل 10 ^ -35 ثانية يكون التضخم ثابتًا من الانفجار العظيم الأصلي.

تتكون العملية الأساسية للتضخم من ثلاث خطوات:

قبل فترة التوسع ، كان مجال النفخ في حالة طاقة أعلى. أدت التقلبات الكمومية العشوائية إلى تحول طوري حيث أطلق مجال الانتفاخ طاقته الكامنة على شكل مادة وإشعاع عندما استقر في حالة الطاقة المنخفضة.

يؤدي التضخم السريع إلى زيادة الطاقة الحركية حيث يستقر مجال التدفق في مستوى طاقته الأدنى

أدى هذا الإجراء إلى توليد قوة طاردة دفعت الجزء من الكون الذي يمكن ملاحظته لنا اليوم للتوسع من حوالي 10 ^ −50 مترًا في نصف قطر عند 10 ^ −35 ثانية إلى ما يقرب من متر في نصف قطرها عند 10 ^ −34 ثانية.

لذا فقد حان الوقت لانخفاض مجال التضخم من مستوى الطاقة الأعلى إلى مستوى الطاقة الأدنى.

At the end of the early universe's inflationary period, all the matter and energy in the universe was set on an inertial trajectory consistent with the equivalence principle and Einstein's general theory of relativity and this is when the precise and regular form of the universe's expansion had its origin (that is, matter in the universe is separating because it was separating in the past due to the inflaton field).

According to measurements, the universe's expansion rate was decelerating until about 5 billion years ago due to the gravitational attraction of the matter content of the universe,

So it is the gravitational attraction that takes over once the inflaton field is at its lowest energy state.A lot of kinetic energy ended up as potential gravitational balancing the expansion

after which time the expansion began accelerating.

and is currently doing so.

In order to explain the acceleration physicists have postulated the existence of dark energy which appears in the simplest theoretical models as a cosmological constant. According to the simplest extrapolation of the currently-favored cosmological model (known as "ΛCDM"), this acceleration becomes more dominant into the future.

As I understand it the subject is still under research, theoretically and experimentally


شاهد الفيديو: حقيقة السفر عبر الزمان واثبات ذلك من القران الكريم!!! (شهر اكتوبر 2021).