الفلك

هل هناك تنبؤات لتوزيع المادة في نهاية الوقت

هل هناك تنبؤات لتوزيع المادة في نهاية الوقت

هل هناك أي تنبؤات نظرية أو "تخمينات مستنيرة" من قبل علماء الكونيات حول كيفية توزيع المادة في أوقات بعيدة جدًا جدًا في المستقبل؟

على سبيل المثال ، سيكون مهمًا:

  • ملصقة في كرة باردة كبيرة؟
  • مخففة عبر الكون في أجزاء صغيرة؟
  • مجموعات كبيرة من المادة هنا وهناك؟
  • شيء آخر؟

الاحتمالات الحالية هي:

  • التجميد الكبير
  • التمزق الكبير
  • الأزمة الكبيرة
  • الوثب الكبير
  • السلورب الكبير

ومع ذلك ، مع فهمنا الحالي غير الكامل للطاقة المظلمة ، لا يمكننا الجزم بذلك.

استنادًا إلى الأفلام الوثائقية التلفزيونية حول علم الكونيات ، يبدو أن مزيجًا من Big Freeze و Big Rip هما المفضلان حاليًا - على الأقل بين موصلي العلوم.

التجميد الكبير هو: سيصبح كل شيء باردًا ، وستفقد الثقوب السوداء الطاقة من إشعاع هوكينغ ، وفي النهاية سيكون هناك إنتروبيا كاملة / لا توجد معلومات.

التمزق الكبير هو: كل شيء سوف يتمزق بواسطة الطاقة المظلمة. لا مزيد من البروتونات أو النيوترونات (لست متأكدًا من الإلكترونات والكواركات).

الأزمة الكبيرة هي: كل شيء يصبح ثقبًا أسودًا واحدًا.

الارتداد الكبير هو: بعد أن أصبح ثقبًا أسودًا واحدًا ، هناك انفجار كبير آخر.

Slurp الكبير: ينتهي الكون "مبكرًا" بانحلال الفراغ يمارس قوة تجعل كل المادة تتوقف عن كونها مجرد مادة ، عن طريق تغيير الثوابت العامة. مثل هذه النهاية ستنتشر بسرعة الضوء ، لذلك لن نراها قادمة (حيث لا يمكن لأي معلومات أن تنتقل أسرع من سرعة الضوء).


الجواب الأساسي لسؤالك هو "نعم لكل ما سبق ، في عصور مختلفة".

إذا استخدمنا التوافق $ لامدا $نموذج CDM ، مع بقاء الثابت الكوني ثابتًا ، سيستمر الكون في التوسع بمعدل متسارع إلى الأبد. أول تأثير كبير لهذا هو أن عناقيد المادة المرتبطة بالجاذبية مثل عناقيد المجرات ستصبح مفصولة بمسافات أكبر من أي وقت مضى (لكنها نفسها لم تتغير بشكل ملحوظ من خلال هذا). تتفكك الشبكة الكونية الحالية من المجرات والفراغات إلى قطرات صغيرة منفصلة على مدى مئات المليارات من السنين القادمة.

داخل هذه "الأكوان الجزرية" ، تميل تفاعلات الجاذبية المحلية إلى جعل المجرات تندمج مع بعضها البعض ، وينتهي بها الأمر في النهاية كمجرة بيضاوية كبيرة واحدة.

على مدى فترة طويلة (حول $10^{20}$ سنوات) تؤدي المواجهات القريبة بين النجوم إلى اندفاع بعض النجوم من المجرة إلى الظلام الخارجي ، بينما تتجمع النجوم الأخرى بالقرب من الثقب الأسود المركزي. في النهاية يؤدي هذا إلى تحويل المجرات إلى ثقوب سوداء كبيرة ونجوم متناثرة. تبرد النجوم المتناثرة إلى درجات حرارة منخفضة.

إذا حدث اضمحلال البروتون ، ثم في مكان ما بعده $10^{33}$ سنوات أو نحو ذلك النجوم المتناثرة بهدوء وببطء تتبخر إلى جسيمات أولية. ومن المتوقع أيضًا أن تتبخر الثقوب السوداء وبعد ذلك $ sim 10 ^ {99} دولار سنوات أو نحو ذلك الشيء الوحيد المتبقي سيكون جسيمات أولية ثابتة منفصلة - الإلكترونات والبوزيترونات والنيوترونات والفوتونات وربما بعض المادة المظلمة المستقرة. بسبب التوسع ، سيكون كل جسيم بمفرده في كونه المرئي.

نظرة عامة جيدة هي "العصور الخمسة للكون" لأدامز ولوفلين (أو ورقتهم ، لمزيد من التفاصيل).


لماذا تنبؤات Ray Kurzweil & # 39s صحيحة 86 ٪ من الوقت

إنه ذلك الوقت من العام مرة أخرى عندما يخبرنا نقاد التقنية مرة أخرى بلا تردد عن اتجاهات التكنولوجيا والابتكار التي ستكون كبيرة في عام 2013. هذا رائع ، لكن العديد من هذه التوقعات ستكون خاطئة بشكل ميؤوس منه بنهاية مارس. هذا هو السبب في أنه من المدهش للغاية أن راي كورزويل ، أحد المفكرين البارزين عندما يتعلق الأمر بمستقبل التكنولوجيا ، كان لديه مثل هذا السجل القوي في وضع تنبؤات حول التكنولوجيا لما يقرب من عقدين من الزمن. في الواقع ، من بين 147 توقعًا قدمها كورزويل منذ تسعينيات القرن الماضي ، تبين أن 115 منها بالكامل كانت صحيحة ، واتضح أن 12 أخرى "صحيحة أساسًا" (تم إيقافها لمدة عام أو عامين) ، مع إعطاء تنبؤاته معدل دقة مذهل يبلغ 86٪. اذا كيف يفعل ذلك؟

الحقيقة هي أن Ray لديه نظام وهذا النظام يسمى قانون العوائد المتسارعة. في كتابه الجديد "كيف تصنع عقلًا: كشف سر الفكر البشري" ، يشير كورزويل إلى أن "كل مقياس أساسي لتكنولوجيا المعلومات يتبع مسارات متوقعة ومتسارعة". أشهر هذه المسارات ، بالطبع ، كان مسار السعر / الأداء لقوة الحوسبة على مدى أكثر من 100 عام. بفضل نماذج مثل قانون مور ، الذي يقلل من قوة الحوسبة إلى مشكلة تتعلق بعدد الترانزستورات التي يمكنك حشرها على شريحة ، يمكن لأي شخص أن يفهم بشكل بديهي لماذا تصبح أجهزة الكمبيوتر أسرع وأرخص بشكل كبير بمرور الوقت.

منحنى النمو الأسي الشهير الآخر في حياتنا هو الكم الهائل من المعلومات الرقمية المتاحة على الإنترنت. عادةً ما يرسم كورزويل هذا الرسم البياني على أنه "بت في الثانية تنتقل عبر الإنترنت." هذا يعني أن كمية المعلومات على الإنترنت تتضاعف كل 1.25 سنة تقريبًا. لهذا السبب أصبحت "البيانات الضخمة" كلمة رنانة هذه الأيام - هناك إدراك متزايد بأننا نفقد تتبع جميع المعلومات التي نعرضها على الإنترنت ، من تحديثات حالة Facebook ، إلى مقاطع فيديو YouTube ، إلى منشورات meme المضحكة على نعرفكم. في غضون عقد واحد فقط ، سنكون قد أنشأنا محتوى أكثر مما كان موجودًا منذ آلاف السنين في تجربة البشرية السابقة.

ولا يقتصر الأمر على قوة الحوسبة أو نمو الإنترنت. يتضمن الفصل العاشر من كتاب كورزويل الأخير ، كيفية إنشاء عقل ، 15 مخططًا آخر يوضح منحنيات النمو الأسي هذه في العمل. بمجرد أن تصبح أي تقنية تقنية معلومات ، فإنها تصبح خاضعة لقانون تسريع العوائد. فكر في الطب الحيوي ، على سبيل المثال. الآن بعد أن تمت ترجمة الجينوم البشري إلى رمز حياة رقمي من 1 و 0 يمكن معالجته بواسطة أجهزة الكمبيوتر ، فهي أيضًا تقنية معلومات ، وهذا يعني أيضًا أنها تخضع لقانون تسريع العوائد. عندما تنظر إلى تكلفة تسلسل جينوم بحجم الإنسان ، بدأت التكلفة في الانخفاض بشكل كبير في حوالي عام 2001 وسقطت من الجرف الجيني في حوالي عام 2007 - في نفس الوقت تقريبًا الذي انطلق فيه مشروع جينوم كريج فينتر.

كما يشير راي في كتابه How to Create a Mind ، فإن السبب الذي يخطئ الخبراء والمتنبئون النموذجيون في فهمه بشكل خاطئ عامًا بعد عام هو أن العقل البشري قد تطور للتفكير بشكل خطي ، وليس بشكل أسي. نتصور 40 خطوة على أنها تقدم خطي: ​​خطوة تلو الأخرى ، من 1 إلى 40. عندما يفكر راي في 40 خطوة ، على الرغم من ذلك ، ينظر إليها بشكل أسي ، على أنها 2 ^ 40 ، وهذا يعني 1 تريليون. في الواقع ، في حديث حديث أدلى به كورزويل في TEDx Silicon Alley في مانهاتن ، ذكر ما يمكن تسميته بـ "مغالطة 1٪". عندما يسمع معظم الناس أن 1٪ فقط من المشكلة قد تم حلها ، فإنهم عادةً ما يستسلمون ويفترضون أن الأمر سيستغرق سنوات حتى يتم حلها بالكامل. لكن راي يفكر بشكل كبير. من وجهة نظره ، إذا قمت بحل 1٪ من المشكلة ، فهذا يعني أنك لست 1/100 من الطريق (أي 99 خطوة خطية صغيرة للذهاب) ، فهذا يعني أنك فقط بضع خطوات أسية أخرى بعيد. هذا هو السبب في أن مشروع راي الأخير - الهندسة العكسية للدماغ البشري - مثير للغاية. بمجرد إجراء هندسة عكسية لـ 1٪ فقط من الدماغ البشري ، فهذا يعني أننا على بعد خطوات قليلة من إنشاء قشرة اصطناعية - أفضل آلة للتعرف على الأنماط خوارزمية في العالم.

إذن ما الذي يمكننا الاعتماد عليه لعام 2013؟ فكر مثل راي ، واستخدم قانون تسريع العوائد لصالحك. اكتشف حجم المشكلة التي تواجهها ، واكتشف القوة الحاسوبية اللازمة لتحقيقها ، ثم اعمل عكسيًا للوصول إلى جدول زمني تقريبي. باستخدام هذا النهج البسيط ، كان راي قادرًا على التنبؤ بأن تقنية ذكاء اصطناعي مثل ديب بلو ستكون قادرة على التغلب على معلم الشطرنج الكبير بحلول عام 1998. تحدث إلى خبير كبير ، واكتشف أن آلة الذكاء الاصطناعي يجب أن تتعرف على 100،000 موقع محتمل على اللوحة في أي وقت ، وأنه سيتعين عليه الحصول على قطع الحوسبة الأولية لسحق جميع التوليفات الممكنة من مواقع اللوحة التي يبلغ عددها 100000 مرارًا وتكرارًا. بمجرد أن أصبحت هذه القوة الحاسوبية المطلوبة ممكنة (بفضل قانون مور) ، فقد حان الوقت للانتقال إلى التحدي التالي - أن تصبح خطرًا! بطل. الآن ، بعد فوز واتسون ، حان الوقت للانتقال إلى التحدي التالي - أن نصبح أفضل طبيب في العالم.

الميزة المثيرة حقًا لقانون العوائد المتسارعة هي أنه يفترض ضمنيًا أن إحدى التقنيات الأسية تعتمد على التكنولوجيا الأسية التالية. شيء مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد هو مثال على تقنية أسية واحدة مبنية على قمة تقنية أسية أخرى. في الواقع ، قد تصبح الطباعة ثلاثية الأبعاد هي التقنية الأسية المطلقة للأشهر الـ 12 القادمة ، لدرجة أن كريس أندرسون من WIRED يراهن على سمعته. إذن ما هي المجالات الأخرى التي يمكن أن تكون جاهزة لتحقيق اختراقات مفاجئة العام المقبل ، بسبب القفزات الهائلة في قوة الحوسبة؟ إذا كنت من المتنبئين الذين يستمتعون برمي النرد في فيجاس ، فهذه لعبة تتراكم فيها الاحتمالات لصالحك ، ولديك فرصة 86٪ في التغلب على المنزل.


بدايات علم التنجيم

بدأ علم التنجيم في بلاد بابل منذ حوالي ألفي سنة ونصف. اعتبر البابليون أن الكواكب وحركاتها أثرت في ثروات الملوك والأمم ، واستخدموا معرفتهم بعلم الفلك لإرشاد حكامهم. عندما استوعب اليونانيون الثقافة البابلية ، بدأ علم التنجيم بالتدريج في التأثير على العالم الغربي بأكمله وانتشر في نهاية المطاف إلى آسيا أيضًا.

بحلول القرن الثاني قبل الميلاد ، جعل الإغريق علم التنجيم ديمقراطيًا من خلال تطوير فكرة أن الكواكب تؤثر على كل فرد. على وجه الخصوص ، اعتقدوا أن تكوين الشمس والقمر والكواكب في لحظة الولادة أثر على شخصية الشخص وثروته - وهي عقيدة تسمى علم التنجيم عند الولادة. بلغ علم التنجيم عند الولادة ذروته مع بطليموس بعد 400 عام. اشتهر بطليموس بعلم التنجيم وعلم الفلك رباعيبلوس، أطروحة في علم التنجيم لا تزال & # 8220bible & # 8221 للموضوع. إن هذا الدين القديم ، أقدم من المسيحية أو الإسلام ، هو الذي لا يزال يمارسه المنجمون اليوم.


التفاعلات الذاتية للمادة المظلمة وهيكل صغير الحجم

شون تولين ، هاي بو يو ، في تقارير الفيزياء ، 2018

2.2 مشكلة التنوع

في Λ آلية التنمية النظيفة ، ينتج تشكيل الهيكل الهرمي هالات متشابهة ذاتيًا موصوفة جيدًا بواسطة ملفات تعريف NFW. نظرًا لأن معلمات الهالة (على سبيل المثال ، s و r s) مترابطة بشدة ، فلا يوجد سوى معلمة واحدة تحدد الهالة. على سبيل المثال ، بمجرد تثبيت السرعة الدائرية القصوى V max (أو أي معلمة هالة أخرى) ، يتم تحديد ملف تعريف كثافة الهالة تمامًا في جميع أنصاف الأقطار بما في ذلك حد الكثافة الداخلية (حتى التشتت). من ناحية أخرى ، تظهر منحنيات الدوران الداخلية للمجرات المرصودة تنوعًا كبيرًا. يمكن أن يكون للمجرات التي لها نفس V max تباين كبير في كثافتها المركزية. يجب أن تستوعب أي آلية لشرح المشكلة الأساسية أيضًا هذا التنوع الظاهر.

لتوضيح هذه المشكلة ، Kuzio de Naray et al. [68] جهزت سبع مجرات LSB بأربعة نماذج مختلفة من الهالات المحورية ، بما في ذلك ، على سبيل المثال ، ملف تعريف حراري كاذب ρ dm (r) = ρ 0 (1 + r 2 ∕ r c 2) - 1. يوضح الشكل 5 (على اليسار) كثافة DM المركزية ρ 0 - يُستدل عليها بالمنحدر الداخلي للدائرة V (r) - مقابل V max لهذه المجرات. داخل العينة ، لا يوجد ارتباط واضح بين الأجزاء الداخلية (ρ 0) والخارجية (V max) من الهالة. علاوة على ذلك ، يمكن أن يكون الانتشار في ρ 0 كبيرًا بالنسبة للمجرات ذات الحد الأقصى المتماثل ، حتى عامل O (10) عندما يكون V بحد أقصى ∼ 80 كم ∕ ثانية. النتيجة مستقلة عن اختيار نموذج الهالة ونسبة الكتلة إلى الضوء.

بدلاً من الملاءمة لملف تعريف هالة معين ، عمان وآخرون. [67] حدّد تنوع منحنيات الدوران بشكل مباشر أكثر بمقارنة V circ (2 kpc) مقابل V max ، والتي تمثل الهالات الداخلية والخارجية ، على التوالي. يوضح الشكل 5 (على اليمين) التبعثر في هذه السرعات للمجرات المرصودة (النقاط الزرقاء) مقارنة بالعلاقة المتوقعة من هالات CDM فقط (الخط الصلب) وهالات CDM مع الباريونات (النطاق الأحمر). بالنسبة لـ V max في نطاق 50-300 km ∕ s ، فإن الانتشار في V circular (2 kpc) هو عامل ∼ 3 لقيمة V كحد أقصى. على سبيل المثال ، عندما V max ∼ 70 km ∕ s ، تتنبأ CDM (فقط) بحلقة V (2 kpc) ∼ 50 km ∕ s (خط صلب) ، لكن المجرات المرصودة تمتد من V circ (2 kpc) ∼ 20 إلى 70 كم ∕ س . تعاني المجرات الموجودة في الطرف الأدنى من هذا النطاق من مشكلة عجز الكتلة التي نوقشت أعلاه. بالنسبة لهذه القيم المتطرفة ، بما في ذلك المساهمة الباريونية سيجعل المقارنة أسوأ. من ناحية أخرى ، يمكن أن تكون المجرات الموجودة في الطرف العلوي من هذا النطاق متسقة مع تنبؤات آلية التنمية النظيفة بمجرد تضمين المساهمة الباريونية [67]. ومع ذلك ، فإن الانتشار في توزيع الباريون يلعب دورًا أقل أهمية في توليد التشتت في دائرة V (2 kpc) لهالات CDM نظرًا لأن كتلة DM المغلقة في الحافة تميل إلى السيطرة على كتلة الباريون.

الشكل 5. إلى اليسار: كثافة النواة المركزية المستنبطة ρ 0 كدالة لأقصى سرعة دوران ملحوظة لسبع مجرات ذات سطوع منخفض للسطح. يمثل كل رمز نموذجًا مختلفًا لملف تعريف كثافة هالة DM المحفور. بالنسبة لنموذج معين ، 0 ليس ثابتًا لقيمة V كحد أقصى. تشير الرموز الرمادية الصغيرة إلى النتائج عند افتراض نسبة كتلة إلى ضوء نجمية غير صفرية. أعيد طبعه من المرجع. [68]. إلى اليمين: إجمالي (متوسط) سرعة الدوران المقاسة عند 2 kpc مقابل أقصى سرعة دوران للمجرات المرصودة. يشير الخط الأسود الخالص إلى توقع آلية التنمية النظيفة فقط المتوقعة لهالات NFW ذات التركيز المتوسط. يُظهر الخط الأحمر السميك العلاقة المتوسطة المتوقعة في المحاكاة الكونية للديناميكا المائية [67] ، بينما تُظهر المناطق المظللة الانحراف المعياري. تم تجميع البيانات في [67].


26 يونيو: المادة المظلمة: ليست مثل الأثير المضيء

وصف: المادة المظلمة هي المادة الغامضة التي تشكل معظم كتلة المجرات والعناقيد المجرية. يمكننا & # 8217t رؤيته مباشرة ، لكننا نراه بشكل غير مباشر فقط ، بسبب آثار الجاذبية لوجوده على النجوم والغازات حوله ، أو على الضوء المار بالقرب منه. نظرًا لأنه & # 8217s بعيد المنال ، يرغب الكثير من الناس غريزيًا في رفض الدليل على ذلك. في الواقع ، تتم مقارنتها أحيانًا بالأثير المضيء ، وهي نظرية من مطلع القرن العشرين تم اختراعها لشرح التناقض الواضح بين ميكانيكا نيوتن ونظريتنا عن الكهرومغناطيسية. الأثير المضيء غير موجود ، وقد تم شرح هذه التناقضات من خلال إدخال النسبية الخاصة لأينشتاين. ومع ذلك ، فإن Dark Matter في الواقع ليست مثل الأثير المضيء الذي هو & # 8217s ليس هناك فقط لأننا نفترض أنها موجودة ، ولأننا نحتاجها لشرح التناقضات. بدلاً من ذلك ، لدينا دليل مباشر وإيجابي على وجوده.

السيرة الذاتية: حصل Rob Knop على درجة الدكتوراه في الفيزياء من Caltech في عام 1997. ثم عمل مع مشروع Supernova Cosmology وكان جزءًا من اكتشاف أن توسع الكون يتسارع. بعد ست سنوات كأستاذ مساعد في جامعة فاندربيلت ، عمل في صناعة الكمبيوتر لمدة عامين. في هذا الفصل الدراسي ، قام بتدريس الفيزياء في جامعة بلمونت في ناشفيل ، وسينضم الخريف القادم إلى كلية Quest Unviersity الجديدة في كولومبيا البريطانية. يقوم بإلقاء محاضرات منتظمة في علم الفلك في Second Life بالتعاون مع Meta-Institute of Computational Astronomy.

راعي اليوم & # 8217s: & # 8220 بين عودة Hayabusa إلى الوطن من Itokawa و Rosetta flyby للكويكب Lutetia ، من 13 يونيو حتى 10 يوليو 2010 ، تمت رعاية هذه الحلقة من 365 يومًا من علم الفلك بشكل مجهول ومخصصة لذكرى آني كاميرون ، مصممة عجلة تريفينا صن ، جريت جزيرة باريير ، نيوزيلندا ، مشروع لم يبدأ بعد ".

المادة المظلمة: ليست مثل الأثير المضيء

أنا دكتور روب نوب. في الخريف القادم ، سوف أنضم إلى هيئة التدريس في جامعة كويست في سكواميش ، كولومبيا البريطانية ، حيث سأقوم بتدريس الفيزياء والمواد ذات الصلة.

المادة المظلمة. إنها المادة الغامضة التي تشكل معظم كتلة المجرات والعناقيد المجرية. يمكننا & # 8217t رؤيته مباشرة. لا يصدر أي ضوء & # 8217t ، لذلك يمكننا & # 8217t مراقبته ونحن نرصد النجوم. لا يمتص الضوء & # 8217t ، لذا يمكننا حتى أن نلاحظه بالطريقة التي نلاحظ بها سحب الغبار التي تحجب ضوء النجوم الخلفية والسدم. لا يمكننا رؤيته إلا بشكل غير مباشر ، بسبب آثار الجاذبية لوجوده على النجوم والغازات حوله ، أو على الضوء المار بالقرب منه. نظرًا لأنه & # 8217s بعيد المنال ، يرغب الكثير من الناس غريزيًا في رفض الدليل على ذلك. & # 8220 علماء الفلك يخترعون مادة خرافية لشرح المشاكل في بياناتهم & # 8221 يقولون. & # 8220 يجب عليهم ابتكار شيء يمكننا حتى من حيث المبدأ رؤيته لمطابقة ملاحظاتهم مع نظرياتهم. لماذا يجب أن نصدق هذا؟ & # 8221 إنه سؤال عادل ، ولكن الحقيقة هي أن الدليل على Dark Matter صلب للغاية اليوم.

في كثير من الأحيان ، عندما ألقي محاضرات عامة عن Dark Matter ، سيقارنها شخص ما بالأثير المضيء. المعنى الضمني لهذا البيان هو أن المادة المظلمة هي شيء اخترعناه ، وهو شيء ليس حقيقيًا ، من أجل شرح شيء لا نفهمه. في الواقع ، لا تشبه المادة المظلمة الأثير المضيء على الإطلاق. لكن ، من أجل إقناعك بهذا ، أود أولاً أن أخبرك ما هو الأثير المضيء.

بحلول نهاية القرن التاسع عشر ، كنا قد طورنا نظرية كاملة للكهرومغناطيسية الكلاسيكية ، ملخصة في معادلات ماكسويل & # 8217. وصفت هذه النظرية كيفية تفاعل المجالات المغناطيسية والكهربائية ، وكيفية تفاعلها مع الشحنات الكهربائية والتيارات الكهربائية. يتنبأ التلاعب البسيط بهذه المعادلات بوجود موجات كهرومغناطيسية ، أو أن الضوء & # 8211 هو مجرد موجة كهرومغناطيسية. تشير المعادلات إلى أن هذه الموجات تتحرك بسرعة معينة ، وهي سرعة الضوء. المشكلة هي أنه & # 8217s غير واضح من المعادلات ما هي هذه السرعة بالنسبة له.

في ذلك الوقت ، تحركت جميع الموجات الأخرى التي كان الفيزيائيون على دراية بها بالنسبة إلى الوسط. الأمواج على سطح الماء تتحرك نسبة إلى الماء. الموجات الصوتية هي موجات ضغط في الهواء تتحرك بالنسبة للهواء. إذا كانت هناك رياح في اتجاه واحد ، فإن الموجات الصوتية تتحرك أسرع في هذا الاتجاه منها في الاتجاه المعاكس ، لأنها تتحرك في الهواء. إذا كان الهواء نفسه يتحرك ، فإنه يحمل الموجات الصوتية معه. مع الموجات الكهرومغناطيسية ، لم يكن واضحًا ما تلوح به الأمواج. ما الوسيط الذي وجدت فيه هذه الموجات؟ للإجابة على هذا السؤال ، افترض الفيزيائيون الأثير المضيء. كان هذا وسيطًا يتخلل الكون ، وكان الوسيط الذي كان يُعتقد أن موجات الضوء تلوح به ، تمامًا كما أن سطح المحيط هو الوسط الذي موجة موجات الماء.

قدمت فرضية الأثير المضيء تنبؤات قابلة للاختبار. على وجه التحديد ، إذا كان هناك وسط في الكون يتحرك الضوء بالنسبة له ، فيجب أن نكون قادرين على اكتشاف حركتنا بالنسبة لتلك الوسيلة من خلال مقارنة سرعة الضوء في اتجاهات مختلفة. إذا كنا نتحرك عبر الأثير ، فسيكون الأمر كما لو كان هناك إيثر & # 8220wind & # 8221 يهب عبر الأرض وعبرها. ستكون سرعة الضوء في اتجاه هذه الرياح أسرع مما كانت عليه في الاتجاهات الأخرى. بالطبع ، من الممكن تمامًا أنه في الوقت الذي أجرينا فيه هذه التجربة ، ستكون الأرض في حالة سكون بالنسبة للأثير ، وفي هذه الحالة سيكون للضوء نفس السرعة في جميع الاتجاهات. قد تكون التجربة الأفضل هي مقارنة سرعة الضوء في اتجاهات مختلفة في أوقات مختلفة خلال العام. بينما تدور الأرض حول الشمس ، فإنها تتحرك في اتجاهات مختلفة في أوقات مختلفة خلال العام. على هذا النحو ، إذا كانت الأرض في وقت ما في حالة راحة فيما يتعلق بالأثير ، فلن تكون بعد ثلاثة أو ستة أشهر.

وهكذا ، أجرى الفيزيائيون هذه التجربة ، تجربة ميشيلسون مورلي الشهيرة. أظهرت هذه التجربة أن الضوء يتحرك بنفس السرعة في جميع الاتجاهات بغض النظر عن الوقت الذي أجريت فيه القياسات خلال العام. كانت هذه تجربة تناقض توقعات فرضية الأثير المضيء. وجهة نظرنا الحديثة الآن هي وجهة نظر النسبية الخاصة لأينشتاين ، أن سرعة الضوء هي نفسها في جميع الإطارات المرجعية ، ولا يوجد وسط معين يتم تلويحه ، وأن موجات الضوء تتحرك نسبيًا. إن التلويح بالضوء هو تلويح المجالات الكهرومغناطيسية نفسها ، وحقيقة أن كل مراقب يقيس السرعة نفسها له مجموعة كاملة من النتائج المثيرة للاهتمام.

يُترك الأثير المضيء في سلة مهملات التاريخ. لقد كانت مادة غير مرئية تم اختراعها لشرح الأشياء التي لم نستطع فهمها في فيزياءنا. اقترح ميكانيكا نيوتن أنه لا يمكنك تحديد السرعة إلا إذا كانت مرتبطة بإطار مرجعي محدد ، ولذا اخترعنا الأثير ليكون الشيء الذي كانت هذه السرعة بالنسبة له. لكن الأثير غير موجود بالفعل ، والإجابة الحقيقية هي أن آليات نيوتن غير مكتملة ، ويجب تعديلها بالنسبية.

لنعد & # 8217s إلى المادة المظلمة. لقد عرف الفلكيون منذ منتصف القرن العشرين أن هناك شيئًا خاطئًا في ديناميكيات المجرات والعناقيد المجرية. يمكنك تقدير كتلة المجرة عن طريق قياس كل المواد & # 8220 المضيئة & # 8221 ، أي كل المادة التي يمكننا اكتشافها باستخدام التلسكوبات. وهذا يشمل كل النجوم والغاز والغبار. لا يجب أن تكون المادة المضيئة متوهجة مثل النجوم ، يمكننا أيضًا اكتشاف غاز الهيدروجين الذري باستخدام التلسكوبات الراديوية ، والبلازما المتأينة باستخدام تلسكوبات الأشعة السينية ، على سبيل المثال. إذا قمنا بقياس الكتلة المضيئة في المجرة ، يمكننا معرفة مدى قوة الجاذبية في المجرة. يمكننا أيضًا قياس مدى سرعة تحرك النجوم والغازات في المجرة ، أو مدى سرعة تحرك المجرات الفردية داخل مجموعة من المجرات. والنتيجة أن الأشياء تتحرك بسرعة كبيرة بالنسبة لمقدار الجاذبية! إنهم يتحركون بسرعة كبيرة بحيث لا ينبغي أن تتماسك المجرات معًا ، لكن يجب أن تنهار. يجب أن تكون كل مجموعات المجرات غير منضمة ، ويجب أن تطير جميع المجرات من هذه المجموعات. ومع ذلك ، فإننا نلاحظ المجرات في كل مكان ، ونلاحظ عناقيد المجرات في كل مكان ، ومن ثم فهي أجسام مستقرة بشكل واضح.

أدى هذا التناقض إلى فرضية المادة المظلمة. إذا كان هناك & # 8217t جاذبية كافية من الكتلة يمكننا رؤيتها لتماسك المجرات معًا ، يجب أن يكون هناك كتلة أكبر مما يمكننا رؤيته. كان هناك العديد من الأشكال المقترحة لهذه المادة المظلمة ، ولكن يمكن تلخيص معظمها على أنها MACHOs و WIMPs. لا ، أنا & # 8217m لم أختلق هذا ، هؤلاء هم حقًا ما كان يُطلق عليهم. تم اقتراح MACHOs ، أو & # 8220massive Compact Halo Object & # 8221 ، أقزامًا بنية اللون ، أو ثقوبًا سوداء ، أو نجومًا خافتة جدًا ، أو أشياء أخرى بحجم النجوم لم تصدر ضوءًا كافيًا ليتم تضمينها في ميزانيتنا للأجسام الضخمة. أظهرت عمليات البحث غير المباشرة عن MACHOs في مجرتنا أنه يوجد ببساطة & # 8217t ما يكفي من هذه الأجسام السفلية لتعويض الكتلة المفقودة اللازمة لتماسك المجرات معًا ، لذلك تركنا مع WIMPs ، أو & # 8220 تتفاعل جزيئات ضخمة بشكل ضعيف & # 8221 .

WIMPs هي جسيمات مشابهة للنيوترينوات ، لها كتلة ، لكنها لا تتفاعل عبر القوة الكهرومغناطيسية. على هذا النحو ، فإنها لا تنبعث منها ولا تمتص الضوء. سوف يمرون عبر الكواكب والنجوم كما لو لم يكن هناك شيء. إنها تشكل نوعًا من الغازات التي تتخلل وتحيط المجرات. اليوم ، نحن نفهم أن ما يقرب من 90 في المائة من كتلة المجرات والعناقيد المجرية تتكون من جسيمات المادة المظلمة هذه.

لكن انتظر ، أنت & # 8217re تقول. لقد اخترعت للتو شكلاً جديدًا غريبًا من المادة ، وهو شكل من أشكال المادة لم نلاحظه مطلقًا على الأرض على الرغم من كل مسرعات الجسيمات عالية الطاقة لدينا ، والتي لا يمكننا رؤيتها مباشرة ، بسبب خطأ حسابي بين مقدار الجاذبية الذي لديك أعتقد أن المجرات لديها ، ومدى سرعة رؤيتك للأشياء. قد تسأل ، ألا ترتكب نفس الخطأ الذي حدث مع الأثير المضيء؟

الجواب لا. بادئ ذي بدء ، لم يكن الأثير المضيء خطأً. كانت الفرضية ، الفرضية المعقولة ، هي التي قدمت تنبؤات قابلة للاختبار. تم اختبار هذه التنبؤات ولم يتم التحقق منها ، لذلك نحن نعلم أن الأثير المضيء لم يكن حقيقيًا. المادة المظلمة مختلفة. إن فرضية وجود مادة مظلمة غريبة تتكون من غير البروتونات والنيوترونات والإلكترونات العادية تقدم أيضًا تنبؤات قابلة للاختبار. تم اختبار هذه التنبؤات والتحقق منها. المادة المظلمة حقيقية.

أقدم دليل على المادة المظلمة هو الخطأ الحسابي بين سرعات النجوم في المجرات وكمية الكتلة المضيئة. يمكن تفسير ذلك أيضًا بالقول إننا لا نفهم حقًا كيف تعمل الجاذبية على مقاييس المجرات ، وأن هذا الخطأ المحاسبي يوجهنا إلى نظرية أعمق وأفضل للجاذبية. ومع ذلك ، فإن Dark Matter تقدم تنبؤات أخرى. على سبيل المثال ، تخبرنا حسابات الاندماج النووي في الكون المبكر جدًا ما يجب أن تكون نسب العناصر الضوئية في سحب الغاز غير الملوثة بتكوين النجوم. لقد أظهرت لنا قياسات هذه الغيوم أنه لا يمكن أن يكون هناك ما يكفي من المادة الباريونية & # 8211 أي مادة مصنوعة من الذرات العادية & # 8211 لتكوين الكتلة التي نعرفها في الكون. الاستنتاج هو أن معظم كتلة الكون يجب أن تكون شيئًا مختلفًا عن المادة الباريونية. هذا هو السطر الثاني من الأدلة التي تشير إلى حقيقة المادة المظلمة. والثالث هو حسابات كيفية تغيير البنية من الكون المبكر إلى اليوم ، فهذه الحسابات قادرة على إعادة إنتاج التوزيع العام للمادة على نطاقات كبيرة بشكل ملحوظ ، ولكن فقط إذا قمنا بتضمين عنصر المادة المظلمة في الحسابات.

ربما يكون أفضل دليل على المادة المظلمة هو إذا تمكنا من العثور على جسم في الكون حيث معظم الكتلة غير موجودة في مكان وجود معظم الكتلة المضيئة. سيكون هذا مسدسًا قويًا للمادة المظلمة الغريبة ، مما يؤكد بحد ذاته وجود المادة المظلمة # 8217 حتى بدون خطوط التفكير الأخرى المتعددة التي تقودنا إلى قبول حقيقة أنها حقيقية. جاء هذا المسدس الدخاني مع قياسات Bullet Cluster في عام 2006. اصطدمت مجموعتان من المجرات ببعضهما ومرتا عبر بعضهما البعض. تتكون معظم الكتلة المضيئة & # 8211 الكتلة من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات & # 8211 في مجموعات المجرات على شكل بلازما بين المجرات. عندما مرت المجموعتان عبر بعضهما البعض ، تفاعلت البلازما في المجموعتين ، ووقعت في منتصف النظام. ومع ذلك ، فإن جسيمات المادة المظلمة غير الباريونية تتدفق بحرية عبر بعضها البعض ، على غرار ما يحدث عندما ترمي حفنتين من الرمل على بعضها البعض. تظهر ملاحظات الأشعة السينية لـ Bullet Cluster أن البلازما محاصرة في منتصف الكتلة. ومع ذلك ، تُظهر ملاحظات انعكاس الجاذبية لضوء المجرات الخلفية أن معظم كتلة العناقيد تقع خارج الوسط ، وقد مرت عبر بعضها بحرية. ما لدينا هو حالة حيث معظم كتلة المجرة ليست حيث معظم الكتلة المضيئة. ومن ثم ، لدينا دليل مباشر على المادة المظلمة. هذا تنبؤ مباشر لفرضية المادة المظلمة التي تم التحقق منها بالتجربة.

كثير من الناس غير مرتاحين من الناحية الفلسفية لفكرة أن معظم الكتلة في الكون تتكون من أشياء لم نرها بشكل مباشر من قبل ، أشياء لا نعرف هويتها. ومع ذلك ، فقد أظهر العلم أنه على عكس الأثير المضيء ، فإن المادة المظلمة حقيقية. كان الأثير المضيء عبارة عن فرضية قدمت تنبؤات لم يتم التحقق منها. هناك العديد من الأدلة التي تشير إلى حقيقة المادة المظلمة ، واليوم نعرف بما لا يدع مجالاً للشك أن المادة المظلمة موجودة.


"الانفجار الكبير يتلاشى" & # 8211 العلماء يشككون في النظرية العلمية الأكثر شهرة منذ النسبية لأينشتاين

& # 8220 لا تقول نظرية الانفجار العظيم شيئًا عما حدث ، ولماذا انفجرت ، أو ما حدث قبل أن تنفجر ، & # 8221 لاحظ الفيزيائي وعالم الكونيات بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا آلان جوث ، الذي ابتكر النظرية القائلة بأن الكون توسع حجمه بشكل كبير في فترة عابرة جزء من الثانية بعد الانفجار العظيم.

أسئلة كارل ساجان & # 8217s

قال كارل ساجان عن النظرية العلمية الأكثر شهرة منذ نظرية النسبية لأينشتاين: "إذا كانت الصورة العامة للكون المتوسع والانفجار العظيم صحيحة" ، فيجب علينا حينئذٍ مواجهة أسئلة أكثر صعوبة. كيف كانت الظروف في وقت الانفجار العظيم؟ ماذا حدث قبل ذلك؟ هل كان هناك كون صغير خالي من كل مادة ، ثم خلقت المادة فجأة من لا شيء؟ كيف يحدث ذلك؟ "

تقول نظرية الانفجار العظيم أن كوننا بدأ بانفجار هائل ، منذ حوالي 14 مليار سنة ، وهو يتوسع ويبرد منذ ذلك الحين. يجمع علماء الفلك بين النماذج الرياضية والملاحظات لتطوير نظريات عملية لكيفية ظهور الكون ، بما في ذلك نظرية ألبرت أينشتاين والنسبية العامة للنسبية جنبًا إلى جنب مع النظريات القياسية للجسيمات الأساسية. اليوم ، تستمر مركبة الفضاء التابعة لناسا مثل تلسكوب هابل الفضائي في قياس تمدد الكون.

موجات الجاذبية & # 8211 Pure Data من الانفجار العظيم

لا يزال السؤال حول ما الذي أدى إلى التضخم من دون إجابة. إحدى الصعوبات في الإجابة على هذا السؤال ، كما تلاحظ وكالة ناسا ، هي أن التضخم قد انتهى قبل فترة طويلة من إعادة التركيب ، وبالتالي فإن عتامة الكون قبل إعادة التركيب هي ، في الواقع ، ستارة مرسوم فوق تلك الأحداث المبكرة المثيرة للاهتمام. لحسن الحظ ، فإن الموجات الثقالية المكتشفة حديثًا بواسطة مرصدي LIGO و VIRGO توفر طريقة لمراقبة الكون لا تتضمن الفوتونات على الإطلاق. هذه التموجات في الزمكان هي الشكل الوحيد المعروف للمعلومات التي يمكن أن تصل إلينا دون تشويه منذ لحظة الانفجار العظيم. يتم النظر في العديد من المهمات من قبل وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية والتي ستبحث عن موجات الجاذبية من حقبة التضخم.

ومع ذلك ، يعتقد العديد من العلماء المشهورين أن الانفجار العظيم لم يحدث أبدًا وأنه خاطئ تمامًا ويتعارض مع الأدلة التي أدت إلى ما يعتبره البعض "أزمة علم الكونيات".

أدخل فريد هويل & # 8211 "الانفجار العظيم لم يحدث أبدًا"

أشهر منتقدي نظرية الانفجار العظيم هو عالم الفيزياء الفلكية البريطاني المتمرد ، فريد هويل ، الذي أطلق على نظرية أصل كوننا ووجودنا اسم "الانفجار العظيم" الذي صاغه في عام 1950 أثناء قيامه بذلك. سلسلة من المحاضرات الإذاعية لهيئة الإذاعة البريطانية حول علم الفلك عندما قال: كانت إحدى الأفكار أن الكون بدأ حياته منذ زمن محدود بانفجار ضخم واحد ، وأن التوسع الحالي هو من مخلفات عنف هذا الانفجار. بدت لي فكرة الانفجار العظيم هذه غير مرضية حتى قبل أن أظهر الفحص التفصيلي أنها تؤدي إلى صعوبات خطيرة. & # 8221

Hoyle, who studied at the University of Cambridge under physicist and Nobel laureate Paul Dirac, who predicted the existence of antimatter, moved rapidly to the forefront of astronomy, showing how nuclear physics could illuminate such celestial phenomena as white dwarfs, red giants, supernovae and the brilliant radio sources that came to be called quasars. Hoyle founded the prestigious Institute of Astronomy at Cambridge in the early 1960’s and served as its first director, yet his stubborn refusal to accept the big bang theory -made him persona non grata in the field he had helped to create.

Hoyle calculated that inside stars carbon would have to exist in a very special “steady state”: the 7.65 MeV state of carbon-12. Without it, nucleosynthesis could not proceed beyond a very simple stage. However, no one had ever observed carbon in this state. If the 7.65 MeV state did not exist, reports The Guardian, Hoyle reasoned, “the universe would contain no carbon. And if there was no carbon, there would be no human beings. Hoyle was saying that the mere fact he was alive and pondering the question of carbon was proof the 7.65 MeV state existed.”

“I began to get the sense that there was something seriously wrong, not only with these new concepts, but with the big bang itself,”
Hoyle said as he watched cosmologists in the 1980’s struggle to explain the formation of galaxies and other puzzles, “I’m a great believer that if you have a correct theory, you show a lot of positive results. It seems to me that they’d gone on for 20 years, by 1985, and there wasn’t much to show for it. And that couldn’t be the case if it was right.”

“Many Little Bangs in Pre-existing Space and Time”

“Rather than one big bang,” Hoyle said in a 2020 interview with John Horgan author of “The End of Science” for Scientific American, “there were many little bangs occurring in pre-existing space and time. These little bangs are responsible for light elements and the red shifts of galaxies. As for the cosmic microwave background, Hoyle’s best guess was that it is radiation emitted by some sort of metallic interstellar dust. Hoyle acknowledged that his “quasi-steady state theory,” which in effect replaces one big miracle with many little ones, is far from perfect. But he insisted that recent versions of the big bang theory, which posit the existence of inflation, dark matter and other exotica, are much more deeply flawed. ‘It’s like medieval theology,’ he exclaimed in a rare flash of anger.”

Will Cosmology Undergo a Paradigm Shift?

“Will cosmology undergo a paradigm shift that leaves the big bang behind?” asks Horgan. “Probably not. The theory rests on three solid pillars of evidence: the red shift of galaxies, the microwave background and the abundance of light elements, which were supposedly synthesized during our universe’s fiery birth. The big bang also does for cosmology what evolution does for biology: it provides cohesion, meaning, a unifying narrative. That is not to say that the big bang can explain everything, any more than evolutionary theory can. The origin of life remains profoundly mysterious, and so does the origin of the universe. Nor can physics tell us why our universe takes its specific form, which allowed for our existence.”

Enter Dark Energy

In the late 1990’s, writes Horgan, “ astrophysicists discovered that the universe is expanding at an increasing rate being driven by enigmatic dark energy. This is the most significant finding in cosmology—and arguably science as a whole—over the last 25 years. But the big bang theory has absorbed this finding, just as evolutionary theory absorbed the discovery of the double helix.”

“Dark energy is incredibly strange, but actually it makes sense to me that it went unnoticed,” said Noble Prize winning physicist Adam Riess about “dark energy,” a force that is real but eludes detection in an interview. “I have absolutely no clue what dark energy is. Dark energy appears strong enough to push the entire universe – yet its source is unknown, its location is unknown and its physics are highly speculative.”

Hoyle’s brilliant skepticism, has been reaffirmed as Eric Lerner, author of “The Big Bang Never Happened” and colleagues continue to publish articles refuting the Big Bang theory.

Famous Scientists –“Open Letter to the Scientific Community”

The “Open Letter to the Scientific Community” published in the May 2004 issue of New Scientist was signed by 35 astrophysicists and physicists –famous scientists who made major contributions to astrophysics and astronomy, such as Hermann Bondi, Thomas Gold and Jayant Narlikar–saying that the Big Bang theory had not been proven and that its predictions were contradicted by astronomical evidence.

“The big bang today relies on a growing number of hypothetical entities,” observes the Open Letter, “things that we have never observed– inflation, dark matter and dark energy are the most prominent examples. Without them, there would be a fatal contradiction between the observations made by astronomers and the predictions of the big bang theory. In no other field of physics would this continual recourse to new hypothetical objects be accepted as a way of bridging the gap between theory and observation. It would, at the least, raise serious questions about the validity of the underlying theory.”

“But the big bang theory can’t survive without these fudge factors. Without the hypothetical inflation field, the big bang does not predict the smooth, isotropic cosmic background radiation that is observed, because there would be no way for parts of the universe that are now more than a few degrees away in the sky to come to the same temperature and thus emit the same amount of microwave radiation.

“Without some kind of dark matter, unlike any that we have observed on Earth despite 20 years of experiments, big-bang theory makes contradictory predictions for the density of matter in the universe. Inflation requires a density 20 times larger than that implied by big bang nucleosynthesis, the theory’s explanation of the origin of the light elements. And without dark energy, the theory predicts that the universe is only about 8 billion years old, which is billions of years younger than the age of many stars in our galaxy.

“What is more, the big bang theory can boast of no quantitative predictions that have subsequently been validated by observation. The successes claimed by the theory’s supporters consist of its ability to retrospectively fit observations with a steadily increasing array of adjustable parameters, just as the old Earth-centered cosmology of Ptolemy needed layer upon layer of epicycles.

“Yet the big bang is not the only framework available for understanding the history of the universe,” the Open Letter concludes,. “Plasma cosmology and the steady-state model both hypothesize an evolving universe without beginning or end. These and other alternative approaches can also explain the basic phenomena of the cosmos, including the abundances of light elements, the generation of large-scale structure, the cosmic background radiation, and how the redshift of far-away galaxies increases with distance. They have even predicted new phenomena that were subsequently observed, something the big bang has failed to do.”

Thomas Gold, one of the signers, believed with Hoyle that there was reason to think that the creation of matter was “done all the time and then none of the problems about fleeting moments arise. It can be just in a steady state with the expansion taking things apart as fast as new matter comes into being and condenses into new galaxies”.

Two papers were published in 1948 discussing the “steady-state theory” as an alternative to the Big Bang: one by Gold and Bondi, the other by Hoyle. In their seminal paper, Gold and Bondi asserted that although the universe is expanding, it nevertheless does not change its look over time it has no beginning and no end. Since then, over 200 additional astronomers and physicists have added their signatures to the Open Letter.

In an Nov 12, 2020 interview with Jonathan Tennenbaum for Asia Times, Eric Lerner says “I’ve just submitted to a peer-reviewed journal, we look at 18 large, independent data sets of observations, and in 17 of these, the predictions of the Big Bang theory are clearly contradicted by the data.

Lerner starts his book “The Big Bang Never Happened” with the “errors” that he thinks invalidate the Big Bang. These are
The existence of superclusters of galaxies and structures like the “Great Wall” which would take too long to form from the “perfectly homogeneous” Big Bang The need for dark matter and observations showing no dark matter the FIRAS CMB spectrum is a “too perfect” blackbody –a physical body that absorbs all incident electromagnetic radiation, regardless of frequency or angle of incidence.

“For example, the universe contains objects that are 10 times older than when the Big Bang was supposed to have happened. The Big Bang’s predictions of the distribution of the light elements in the Universe are completely wrong – orders of magnitude wrong.
The Big Bang’s predictions of the distribution of the light elements in the Universe are completely wrong – orders of magnitude wrong. The Big Bang theory’s predictions concerning the cosmic microwave background have multiple contradictions, as do the theory’s predictions concerning so-called inflation and dark energy.

“You need – with one exception – gravitation, electromagnetism, nuclear forces and nuclear reactions: things that we have studied here on Earth,” says Tennenbaum . “You can get rid of so-called cosmic inflation, you can get rid of dark energy, you can get rid of the expanding universe. You can get rid of dark matter and just throw them into the dustbin of history. The only exception is the one that Edwin Hubble pointed out one hundred years ago, namely the red shift — the shift of the observed spectrum of light from astronomical objects toward longer wavelengths – that is, lower photon energies – which is conventionally explained in terms of the so-called Doppler effect, by assuming that those objects are moving away from us. The red shift appears to be larger, the more distant the object.

“In 1929, Edwin Hubble discovered that the universe is expanding, with most other galaxies moving away from us. Light from these galaxies is shifted to longer (further away and redder) wavelengths – in other words, it is red-shifted, a result of the expansion of the universe. The Big Bang theorists take the red shift measurements as decisive evidence that distant galaxies are moving away from us, and that the Universe itself is expanding.

:Expansion is only one specific explanation of the red shift relationship. But in science, just to give an explanation for something is not enough. The validity of an explanation of a theory needs to be tested by its predictions – by comparing its predictions with subsequent observations.

The point is, apart from the red shift, says Lerner, the expansion theory makes many other predictions. The key observational data set that I and my colleagues concentrated on over the course of a long period from 2005 to 2018 – and the results were published in peer-reviewed journals, including the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society in 2018 – deals with surface brightness. And, as I mentioned, for these and 16 other data sets, the predictions of the Big Bang theory turn out to be all wrong.

“So what I’m saying,” concludes Lerner,” is that the crisis in cosmology has reached a point where the alternative to the Big Bang is, quite simply, no Big Bang – no Bang at all.”


Observations challenge cosmological theories

Recent observations create a puzzle for astrophysicists: since the big bang, fewer galaxy clusters have formed over time than was actually expected. Physicists from the university of Bonn have now confirmed this phenomenon. For the next three years, the researchers will analyze their data in even greater detail. This will put them in a position to confirm whether the theories considered valid today need to be reworked. The study is part of a series of 20 publications which appear in the journal علم الفلك والفيزياء الفلكية.

Nearly 13.8 billion years ago, the big bang marked the beginning of our universe. It created space and time, but also all the matter of which our universe consists today. From then on, space expanded at a terrifying rate and so did the diffuse fog in which the matter was nearly evenly distributed.

But not completely: at some places the fog was a little bit denser than in others. As a result, these regions exerted a slightly stronger gravitational pull and slowly attracted material from their surroundings. Over time, matter concentrated more and more within these condensation points. At the same time, the space between them gradually became emptier. Over 13 billion years, this resulted in the formation of a sponge-like structure: big "holes" devoid of matter, separated by small areas within which thousands of galaxies agglomerate -- the galaxy clusters.

Six parameters explain the whole universe

The standard model of cosmology describes this history of the universe, from the first seconds after the big bang to the current day. The beauty of it: the model manages to explain, with only six parameters, everything we know today about the birth and evolution of the Universe. Nonetheless, the model may now have reached its limits. "New observational evidences point to the fact that the matter is distributed today in a different way than the theory predicts," explains Dr. Florian Pacaud from the Argelander-Institut für Astronomie of the University of Bonn.

It all started with the measurements of the Planck satellite, which was launched by the European Space Agency (ESA) to measure the cosmic background radiation. This radiation is, to some extent, an afterglow of the big bang. It conveys crucial information on the matter distribution in the early universe showing the distribution as it was only 380.000 years after the big bang.

According to the Planck measurements, this initial distribution was such that, over cosmic time, more galaxy clusters should have formed than we observe today. "We have measured with an X-ray satellite the number of galaxy clusters at different distances from ourselves," explains Dr. Pacaud. The idea behind it: the light from remote galaxy clusters has traveled for billions of years before reaching us, and so we observe them today as they were when the universe was still young. Nearby clusters, on the contrary, are observed as they appeared much more recently.

"Our measurements confirm that the clusters formed too slowly," said Dr. Pacaud. "We have estimated to which extent this result conflicts with the basic predictions of the standard model." While there is a large discrepancy between the measurements and predictions, the statistical uncertainty in the present study is not yet tight enough to really put into question the theory. However, the researchers expect to obtain substantially more constraining results from the same project within the next three years. This will finally reveal whether the standard model needs to be revised.

The dark energy -- a constant?

The study also supplies a glimpse into the nature of the dark energy. This mysterious constituent of the Universe acts as a kind of interstellar baking powder which cause the cosmic expansion to accelerate. The "amount" of dark energy -- the cosmological constant -- should have stayed the same since the big bang or so assumes the standard model of cosmology. Many observations seem to point in this direction. "Our measurement also supports this thesis," explains Dr. Pacaud. "But here again we shall obtain more precise results in a near future."

The study is a part of a large-scale project with the appropriate name of 'XXL Survey', in which more than 100 scientists all around the globe cooperate. The 20 new publications from the collaboration, gathered in a special issue of علم الفلك والفيزياء الفلكية , only provide a taste of the project's full power. The current analysis is based on a sample of 365 clusters, from which (so far) only 200 are used for the statistical analyses. By the end of the project -- planed for 2020 -- this database will double to some 400 to 500 clusters.


Astronomy and particle physics race to replace Standard Model

تعليقات القراء

شارك هذه القصة

If energy issues seem to be attracting the attention of a lot of physicists, the Large Hadron Collider seems to be drawing the attention of many of the rest of them, including people in fields like cosmology, which deals with items on the opposite end of the size scale. In turn, the people working on the LHC and other particle detectors are carefully paying attention to the latest astronomy results, hoping they'll put limits on the properties and identities of the zoo of theoretical particles that need to be considered.

There are two reasons for this newfound unity in physics. If cosmology has become a part of elementary particle physics, as Nobel Laureate George Smoot put it at the Lindau Meeting, it's because we've found that "it's a continuum from quantum mechanics to clumps of matter to galaxies." The properties of the tiniest particles should dictate what the Universe looks like, but all the cosmological data is telling us there must be something in addition to what we know about, dark matter particles that we haven't yet identified.

The second issue is that we know the Standard Model, which describes the properties of these particles, is wrong, but we're not sure what to replace it with yet, and it's entirely possible that astronomy and cosmology will provide key insights into this process.

The Lindau meeting featured an all-star panel that ran through some of the evidence that we could be on the verge of finding something big, in a discussion entitled "Dark Matter, Dark Energy, and the LHC." Smoot and his co-laureate John Mather, who won for the Cosmic Background Explorer, were joined by physicists David Gross, Carlo Rubbia, Gerard t'Hooft, and Martinus Veltman.

From particles to the Universe

The cosmologists kicked things off by discussing the evidence for dark matter. Smoot described how cosmologists can model a universe with dark matter, gas, photons, and neutrinos initially clumped, and observe how they spread. These models provide some specific predictions about things like the cosmic microwave background and other properties we can observe, with an accuracy of about one percent. And they give us a Universe that's only about 27 percent matter, most of it dark, along with lots of dark energy, which is pushing the Universe apart at an expanding pace

Nobody has a clue what dark energy might be, but dark matter is really coming in to its own. Saying, "I'm a measuring kind of guy," Mather discussed some of the ways that astronomers were pinning down the properties of dark matter. These include detailed measurements of some aspects of the cosmic microwave background left over from the Big Bang, and large-scale surveys of gravitational lensing, which will produce data on the quantity and distribution of dark matter. Mather also suggested that we can read the temperatures of X-ray emitting gas clouds, and this will let us weigh the galaxy clusters that hold the gas in place, providing an independent measure.

Initial attempts at most of these have already been done, which is what gives us a lot of our confidence in the existence of dark matter. But Mather also suggested it may be time to try a more exotic search, one for early-generation stars that lived unusually long because dark matter annihilations within the stars have prevented their gravitational collapse.

David Gross highlighted some confusing astronomical data that indicates an excess of gamma rays that may be the product of dark matter annihilations. Some studies haven't seen this, and the ones that have suggest very different dark matter properties. Nevertheless, Gross was optimistic we'd have that sorted out within a decade.

He was also convinced that there's something there to sort out, saying that astronomers had convinced him that not only does it exist, but it takes the form of weakly interacting massive particles, or WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles).

The only one who appeared not to be convinced was Veltman, who called dark matter "bullsh*t," and said he thought highly of an alternative called MOND (Modified Newtonian Dynamics). As the rest of the panel tried to find out why, it became clear that Veltman had stopped paying attention to the field about five years ago, and wasn't up on the latest data. At this point, Gross described the bullet cluster as a clear demonstration of dark matter, while Rubbia referred to data related to the production of matter during the Big Bang the panel eventually moved on.

What is this dark stuff, anyway?

So, if almost everyone is convinced that dark matter exists, what is it? The term WIMP could cover a lot of ground. Rubbia mentioned one possible WIMP: sterile neutrinos, a heavy version of the three familiar flavors of this particle. Rubbia said some of the recent results, like strange antineutrino masses and the confirmation of flavor oscillations have gotten a lot of people excited about the prospects of discovering a sterile neutrino.

The biggest problem is that there are no sterile neutrinos in the Standard Model. That in itself isn't so much of a problem evidence has been piling up from these and other experiments that indicate that the Standard Model isn't a complete description of particle physics. But that also means that we've got no clear idea of what to replace it with, all of which makes predicting the precise properties of a sterile neutrino rather challenging. That, in turn, makes creating a detector to pick one up very challenging.

The other big alternative source of dark matter comes via supersymmetry, which postulates another complete set of particles that match the quarks, leptons, etc. that we already know about (it's a bit like having a full set of anti-particles, without the annihilation-upon-contact aspect). The symmetry works for particle identity, but breaks down for mass the supersymmetric particles are much heavier than their regular counterparts, and that heft places the lightest supersymmetric particle right in the range expected for dark matter.

Some forms of supersymmetry could handle a number of other issues with the standard model and observational astronomy, but we'll go over those in more detail once we start our coverage of our visit to the LHC.

Fortunately, these heavy particles (assuming they are WIMPs) are well within the energy reached by the LHC, and they're obviously stable, since they seem to have lasted the lifetime of the Universe. So, if they exist, we should be able to detect them as they carry mass and energy away from collisions.

Taking odds on what we're going to see

With the possibilities laid out, the panel spent some time discussing what they felt were the likely outcomes from the experiments in the works. Gross said that he thinks we'll get a dark matter candidate particle before we know whether it's supersymmetric if we somehow stumble onto supersymmetry first, then we'll have a dark matter candidate by default. t'Hooft mentioned it was possible that all the supersymmetric particles would require higher energies, but suggested the theorists who like the concept will go on quite happily, and wait for the next accelerator.

Veltman suggested the chances of seeing the Higgs boson, another target of the LHC, "are minimal" given the current data. Cryptically, he also suggested that we might see something that looks a lot like a Higgs, but isn't.

Rubbia felt the same way about the quark-gluon plasma that the LHC will produce by colliding lead ions. Scientists at Brookhaven's RHIC have claimed to produce a quark-gluon plasma that behaves as a perfect liquid and, although Rubbia called this work "beautiful," he felt that the material being observed had been misidentified. After RHIC's work, he now thinks that the LHC won't reach sufficient energies to make what he'd consider the real plasma.

Will the LHC spot evidence of extra dimensions required by string theory? Not according to Peter Gross, who termed it "an act of desperation" to need so many possible models before we can get them to spit out something that looks like our Universe, with all the fundamental physical constants having the right values.

A specific constant—Einstein's cosmological one, which could explain dark energy—is also bugging a lot of people. The current estimates for the cosmological constant are all very small, almost (but not quite) zero. t'Hooft (and others) seems to think it would be more satisfying if it were simply zero, or a large enough number that it might be easier to find a relationship between it and some other constants.

In fact, t'Hooft suggested that the LHC will make our current list of fundamental constants much larger, and that it will take theorists many years to start reducing that list to a manageable number. But, he added, the more unexplained constants you have, the more interesting it should be.


Are there predictions of the distribution of matter at the end of time - Astronomy

These various questions fall into the areas of cosmological parameter estimation (Hubble constant, matter density, dark energy density, etc.), dark matter searches, early universe model building (inflationary theory, theories of dark energy, string cosmology).

What are the new frontiers?

  • Structure formation
    What is the (statistical and precise) distribution of structure today and how is it evolving? On large scales, on small scales? Are there simple ways to characterize and understand the emergence of regular structures and regularity from the complexity due to gravitational collapse?
  • Galaxy properties
    Can we extend our understanding of what matter is doing to an understanding of what luminous (more often observed) matter is doing? Dark matter halos can be reliably simulated using numerical simulations of dark matter and gravity only, and galaxies populate these halos often in a many to one manner. How do they do so and what galaxy properties determine the association to the host dark matter halos (collapse time, recent merger activity)?
  • Galaxy formation
    How do galaxies form? What is the role of black hole growth and quasar activity in the history of galaxies? How do objects at high redshift evolve into those we see today what are the progenitors of today's galaxies of different sorts, of clusters? How did the history of galaxies affect their surroundings (injecting metals, for instance)?
  • Reionization
    How and when did the first luminous objects form and how did reionization occur? What is the respective role of stars and quasars in producing ionizing photons? Were there early supermassive stars (PopIII) and if so, when did they stop forming and what happened at the end of their lifetimes?

Measurements addressing these questions also can shed light on cosmological parameters, etc., and vice versa. Different theories (e.g. different types of matter) predict different results for each of the properties above, and different cosmological histories.

    The expansion of the universe can be studied by measuring redshifts of cepheids, just as Hubble did in the 1920's. The cepheids fluctuate in luminosity on a time scale related to their luminosity. Knowing their absolute luminosity allows one to calculate their distance. The Hubble Space Telescope has a Key Project to measure the Hubble Constant H0. An introduction can be found in this Scientific American article by W. Freedman. Also, some recent review articles are at this link, here and here (a recent workshop summary). (Hubble diagram taken from this paper.)


Jill Tarter: Alien tracker

Humans have wondered since the beginning of time whether anyone else is out there. For astronomer Jill Tarter, this question spawned a career. Like Ellie Arroway, the heroine of Carl Sagan’s 1985 novel “Contact,” Tarter devoted decades to scanning the heavens for life in the field known as SETI, the search for extraterrestrial intelligence, including a stint as director of the Center for SETI Research at the SETI Institute. In fact, Jodie Foster consulted with her during filming of the movie version of "Contact.” Now retired, Tarter never made contact with any non-earthlings, but her passion and dedication for using scientific methods and pioneering technology to find them has helped push our search for cosmic neighbors out of the realm of quackery and into the realm of respectability, and even possibility.


شاهد الفيديو: تنبؤات سيمبسون انتفاضة الأقصى وتحرير فلسطين القدس. نهاية إسرائيل توقعات 2021 the simpsons (شهر اكتوبر 2021).