كان الكون الرضيع مكانًا مزدحمًا

الثواني القليلة الأولى قبل الانفجار العظيم هي ما حددت لنا مسار الكون، لذلك يحاول العلماء دراسة هذه الثواني لمعرفة حقيقة هذا الكون.

بول إم سوتر عالم فيزياء فلكية في جامعة ولاية نيويورك ستوني بروك ومعهد فلاتيرون، ومضيف برنامج اسأل رائد فضاء وراديو الفضاء ، ومؤلف كتاب “كيف تموت في الفضاء”. تبرع بهذا المقال في أصوات الخبراء الخاصة بموقع  space.com

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 ، فقد كان الكون الرضيع مكانًا مزدحمًا.

ماهو معروف “علم اليقين”:

بدأ 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 أيًا كان سبب التضخم في المقام الأول (لسنا متأكدين ماهو) 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 يمكن لأي شيء مستقر أن يتشكل – كان مجرد مزيج عملاق من الكواركات (اللبنات الأساسية لنواة الذرة) والغلوونات (حاملات القوة النووية القوية). ولكن بمجرد أن يبلغ عمر الكون عشر دقائق، تمدد وبُرد بما يكفي بحيث يمكن للكواركات أن تتحد معًا ، وتشكل البروتونات والنيوترونات الأولى. صنعت تلك البروتونات والنيوترونات أول هيدروجين وهليوم (وقليل 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، خاصةً 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 الطبيعية في حساء الكوسموس المبكر الحار والكثيف، لكن ليس لدينا أدنى فكرة عن 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.

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. لكن عندما ننظر حول 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. ولكن في الكون المبكر الغريب ، ربما تكون البقع العشوائية للكون قد حققت كثافة كافية ، مما أدى إلى تكوين الثقوب السوداء دون الحاجة إلى المرور عبر عملية تكوين النجوم بأكملها أولاً، ربما.

نتعمق أكثر:

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 عميان تمامًا عند محاولة دراسة هذه الحقبة المبكرة.

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. 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 المنبعث 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 قد 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.

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

المصدر: https://www.livescience.com

ترجمة: رولا الشقير

تويتر: crtcprof@

مراجعة: لبنى عبدالله آل ربيع

تويتر: @astrolubna