عندما يتعلق الأمر بأصولنا الكونية ، فقد تم تقديم عدد من النظريات على مدار التاريخ. حرفيا ، كل ثقافة موجودة على الإطلاق لها تقاليد أسطورية خاصة بها ، والتي تضمنت بطبيعة الحال قصة إنشاء. مع ولادة التقليد العلمي ، بدأ العلماء في فهم الكون من حيث القوانين الفيزيائية التي يمكن اختبارها وإثباتها.
مع فجر عصر الفضاء ، بدأ العلماء في اختبار النظريات الكونية من حيث الظواهر التي يمكن ملاحظتها. من كل هذا ، ظهر عدد من النظريات في النصف الأخير من القرن العشرين التي حاولت شرح كيف أصبحت جميع القوانين والقوانين الفيزيائية التي تحكمها. من بين هذه ، لا تزال نظرية الانفجار الكبير هي الأكثر قبولًا على نطاق واسع في حين أن فرضية الدولة الثابتة كانت تاريخياً أكبر منافس لها.
ينص نموذج الحالة الثابتة على أن كثافة المادة في الكون الآخذ في الاتساع تظل دون تغيير بمرور الوقت بسبب الإنشاء المستمر للمادة. وبعبارة أخرى ، يظل الكون المرصود كما هو في الأساس بغض النظر عن الزمان أو المكان. وهذا يضعها في تناقض حاد مع النظرية القائلة بأن أغلبية المادة تم إنشاؤها في حدث واحد (الانفجار الكبير) وتتوسع منذ ذلك الحين.
الأصول
في حين تم تبني فكرة الكون المستقر وغير المتغير على مدار التاريخ ، لم يبدأ العلماء في تفسير ذلك بمصطلحات فيزيائية فلكية إلا في الفترة الحديثة المبكرة. كان أول مثال واضح على هذا الجدال في سياق علم الفلك وعلم الكونيات هو إسحاق نيوتن المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) نُشر عام 1687.
في التأليف الكبير لنيوتن ، تصور الكون خارج النظام الشمسي كمكان فارغ امتد بشكل موحد في جميع الاتجاهات إلى مسافات لا حد لها. وأوضح أيضًا من خلال البراهين والملاحظات الرياضية أن جميع الحركة والديناميكيات في هذا النظام تم شرحها من خلال المبدأ الوحيد للجاذبية الكونية.
ومع ذلك ، فإن ما سيعرف باسم فرضية الدولة الثابتة لم يظهر حتى أوائل القرن العشرين. استلهم هذا النموذج الكوني من عدد من الاكتشافات ، بالإضافة إلى اختراقات في مجال الفيزياء النظرية. وشملت هذه النظرية نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين وملاحظات إدوين هابل بأن الكون في حالة توسع.
قام أينشتاين بإضفاء الطابع الرسمي على هذه النظرية بحلول عام 1915 بعد أن قرر تمديد نظريته عن النسبية الخاصة لدمج الجاذبية. في النهاية ، تنص هذه النظرية على أن قوة الجاذبية للمادة والطاقة تغير مباشرة انحناء الزمكان حولها. أو كما لخصه الفيزيائي النظري الشهير جون ويلر ، "الزمكان يخبر المادة كيف تتحرك. المادة تخبر الزمكان كيف تنحني. "
بحلول عام 1917 ، أظهرت الحسابات النظرية القائمة على معادلات أينشتاين الميدانية أن الكون يجب أن يكون إما في حالة تمدد أو تقلص. بحلول عام 1929 ، أظهرت الملاحظات التي أدلى بها جورج ليميتر (الذي اقترح نظرية الانفجار الكبير) وإدوين هابل (باستخدام تلسكوب هوكر 100 بوصة في مرصد ماونت ويلسون) أن هذا هو الحال.
بناءً على هذه الرؤى ، بدأ نقاش في ثلاثينيات القرن الماضي حول الأصول المحتملة والطبيعة الحقيقية للكون. من ناحية ، كان هناك من أكدوا أن الكون كان محدودًا في السن وتطور بمرور الوقت من خلال التبريد والتوسع وتشكيل الهياكل بسبب انهيار الجاذبية. سميت هذه النظرية ساخرة "الانفجار الكبير" من قبل فريد هويل ، وتمسك الاسم.
وفي الوقت نفسه ، فإن غالبية الفلكيين في ذلك الوقت تمسكوا بالنظرية القائلة بأنه بينما يتوسع الكون المرئي ، فإنه مع ذلك لا يتغير من حيث كثافة المادة. باختصار ، جادل أنصار هذه النظرية بأن الكون ليس له بداية ، ولا نهاية ، وأن هذه المادة يتم إنشاؤها باستمرار بمرور الوقت - بمعدل ذرة هيدروجين لكل متر مكعب لكل 100 مليار سنة.
وسعت هذه النظرية أيضًا مبدأ أينشتاين الكوني ، المعروف أيضًا باسم. الثابت الكوني (CC) ، الذي اقترحه آينشتاين في عام 1931. وفقًا لأينشتاين ، كانت هذه القوة مسؤولة عن "كبح الجاذبية" وضمان بقاء الكون ثابتًا ومتجانسًا ومتوازيًا من حيث هيكله الواسع النطاق.
بتعديل هذا المبدأ وتوسيعه ، جادل أعضاء في مدرسة Steady State الفكرية بأن الإنشاء المستمر للمادة هو الذي يضمن بقاء بنية الكون كما هي مع مرور الوقت. يُعرف هذا بخلاف المبدأ الكوني الكوني المثالي ، الذي يُسند فرضية حالة الحالة الثابتة.
أصبحت نظرية الحالة الثابتة معروفة على نطاق واسع بحلول عام 1948 مع نشر ورقتين: "نموذج جديد للكون المتوسع" من قبل الفلكي الإنجليزي فريد هويل ، و "نظرية الحالة الثابتة والكون المتوسع" من قبل الفيزيائي الفلكي البريطاني النمساوي وعلم الكونيات من هيرمان بوندي وتوماس جولد.
الحجج والتنبؤات الرئيسية
تشمل الحجج المؤيدة لفرضية حالة الحالة الثابتة مشكلة النطاق الزمني الظاهرة التي يثيرها المعدل المرصود للتوسع الكوني (المعروف أيضًا بقانون هابل الثابت أو قانون هابل-ليميتر). استنادًا إلى ملاحظات هابل للمجرات القريبة ، حسب أن الكون يتوسع بسرعة تزداد بشكل منتظم مع المسافة.
أدى هذا إلى فكرة أن الكون بدأ في التوسع من حجم أصغر بكثير. في غياب التسارع / التباطؤ - 500 كم / ثانية لكل ميجابارسيك (310 ميجابت في الثانية لكل Mpc) - يعني ثابت هابل أن جميع المواد تتوسع منذ حوالي 2 مليار سنة - والتي ستكون أيضًا أعلى عمر للكون.
تناقض هذا الاكتشاف من خلال المواعدة المشعة ، حيث قام العلماء بقياس معدل التحلل لرواسب اليورانيوم 238 وبلوتونيوم 205 في عينات الصخور. باستخدام هذه الطريقة ، تم تقدير أقدم عينات من الصخور (التي كانت في الأصل قمريًا) بـ 4.6 مليار سنة. ظهر تضارب آخر نتيجة لنظرية التطور النجمية.
وباختصار ، فإن معدل اندماج الهيدروجين في باطن النجوم (لإنشاء الهليوم) يعطي تقديرًا للعمر الأعلى يبلغ 10 مليار سنة للمجموعات الكروية - أقدم النجوم في المجرة. والأكثر من ذلك ، أنه لم يكن من الممكن حدوث تطور على مسافات بعيدة في هذا النموذج - مما يعني أن مصادر الراديو - تعرف أيضًا. الكوازارات أو النوى المجرية النشطة (AGNs) - ستكون موحدة في جميع أنحاء الكون.
وهذا يعني أيضًا أن ثابت هابل (كما تم حسابه في أوائل القرن العشرين) سيظل ثابتًا. تنبأ نموذج الحالة الثابتة أيضًا بأن الإنشاء المطرد للمادة المضادة والنيوترونات سيؤدي إلى إبادة منتظمة وتحلل نيوتروني ، مما يؤدي إلى وجود خلفية أشعة غاما وغاز ساخن ينبعث من الأشعة السينية في جميع أنحاء الكون.
الانفجار الكبير للفوز
ومع ذلك ، أدت الملاحظات المستمرة خلال الخمسينيات والستينيات باطراد إلى تراكم الأدلة ضد فرضية الدولة الثابتة. وشملت هذه اكتشاف مصادر الراديو الساطعة (الملقبة بالكوازارات والمجرات الراديوية) التي تم اكتشافها في المجرات البعيدة ولكن ليس الأقرب إلينا - مما يشير إلى أن العديد من المجرات أصبحت "هادئة الراديو" بمرور الوقت.
بحلول عام 1961 ، سمحت مسوحات المصادر الراديوية بإجراء تحليلات إحصائية ، والتي استبعدت إمكانية توزيع المجرات الراديوية الساطعة بشكل موحد. حجة رئيسية أخرى ضد فرضية الحالة الثابتة كانت اكتشاف خلفية الميكروويف الكونية (CMB) في عام 1964 ، والتي تنبأ بها نموذج الانفجار الكبير.
جنبًا إلى جنب مع عدم وجود خلفية أشعة غاما وسحب منتشرة من الغاز المنبعث من الأشعة السينية ، أصبح نموذج الانفجار الكبير مقبولًا على نطاق واسع في الستينيات. بحلول 1990s ، الملاحظات مع تلسكوب هابل الفضائي واكتشفت مراصد أخرى أيضًا أن التمدد الكوني لم يكن ثابتًا بمرور الوقت. خلال الثلاثة مليارات سنة الماضية ، كانت في الواقع تتسارع.
وقد أدى ذلك إلى العديد من التحسينات لثابت هابل. استنادًا إلى البيانات التي تم جمعها بواسطة مسبار Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) ، يُقدر حاليًا معدل التوسع الكوني بين 70 و 73.8 كم / ثانية لكل MPC (43.5 إلى 46 mps لكل Mpc) مع هامش خطأ بنسبة 3٪. هذه القيم أكثر اتساقًا مع الملاحظات التي تضع عمر الكون عند حوالي 13.8 مليار سنة.
المتغيرات الحديثة
ابتداءً من عام 1993 ، بدأ فريد هويل وعالم الفيزياء الفلكية جيفري بوربريدج وجايانت في. نارليكار بنشر سلسلة من الدراسات التي اقترحوا فيها إصدارًا جديدًا من فرضية الدولة الثابتة. حاول هذا الاختلاف ، المعروف باسم فرضية شبه الحالة الثابتة (QSS) ، تفسير الظواهر الكونية التي لم تأخذها النظرية القديمة في الحسبان.
يشير هذا النموذج إلى أن الكون هو نتيجة جيوب الخلق (المعروفة أيضًا باسم الانفجارات الصغيرة) التي حدثت على مدى مليارات السنين. تم تعديل هذا النموذج استجابة للبيانات التي أظهرت كيف يتسارع معدل تمدد الكون. على الرغم من هذه التعديلات ، لا يزال المجتمع الفلكي يعتبر الانفجار الكبير أفضل نموذج لشرح جميع الظواهر التي يمكن ملاحظتها.
اليوم ، يُعرف هذا النموذج باسم نموذج Lambda-Cold Dark Matter (LCDM) ، والذي يدمج النظريات الحالية حول المادة المظلمة والطاقة المظلمة مع نظرية الانفجار الكبير. على الرغم من ذلك ، لا تزال فرضية الحالة الثابتة (ومتغيراتها) مدعومة من قبل بعض علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكونيات. وهو ليس البديل الوحيد لبيغ بانغ كوزمولوجي ...
لقد كتبنا العديد من المقالات حول علم الكونيات هنا في مجلة الفضاء. إليك ما هو الكون ، نظرية الانفجار العظيم: تطور الكون ، ما هي نظرية الكون المتذبذبة ؟، ما هو التمزق الكبير ؟، ما هي نظرية الكون المتعدد ؟، ما هي نظرية الأوتار الفائقة ؟، ما هي خلفية الميكروويف الكونية؟ ، الأزمة الكبرى: نهاية عالمنا ؟، ما هو التجميد الكبير ؟، وعلم الكونيات 101: النهاية.
يلقي علم الفلك أيضًا بعض الحلقات المثيرة للاهتمام حول هذا الموضوع. إليك الحلقة 5: الانفجار العظيم وخلفية الميكروويف الكونية ، الحلقة 6: مزيد من الأدلة للانفجار الكبير ، الحلقة 79: ما حجم الكون ؟، الحلقة 187: تاريخ علم الفلك ، الجزء 5: القرن 20 ، والحلقة 499: ما هو قانون هابل-لمتر المقترح ؟.
مصادر:
- ويكيبيديا - المبدأ الكوني
- ويكيبيديا - فرضية الحالة الثابتة
- أفكار علم الكونيات - الانفجار الكبير أو الدولة المستقرة؟
- موسوعة بريتانيكا - نظرية الحالة الثابتة
- علم الفلك والفيزياء الفلكية UBC - القضايا الأساسية في علم الكونيات
- "نموذج جديد للكون المتوسع" ، Hoyle ، F. MNRAS ، المجلد. 108 ، لا. 372 (1948)
- "شبه الحالة الثابتة والنماذج الكونية ذات الصلة: مراجعة تاريخية" ، كراج. H. (2012)
- "نظرية الحالة الثابتة للكون المتوسع" ، MNRAS ، المجلد. 108 ، ص. 252 (1948)
- "نظرية أينشتاين للحالة المستقرة: نموذج مهجور للكون ،" The European Physical Journal H ، المجلد. 39 ، ص. 353-367 (2014)
- "نموذج كوزمولوجي شبه شبه ثابت مع خلق المادة ،" هويل ، ف. بوربريدج ، ج. Narlikar، J.V.، Astrophysical Journal v. 410، p. 437 (1993)
