ليميتر و عمر الكون
جدول المحتويات
عمر الكون
ليميتر و عمر الكون : في أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي ، ساعد إدينجتون مرة أخرى في توجيه مسار عمل تلميذه السابق من خلال إثارة اهتمامه الشديد بمسألة أصل الكون. في الواقع ، في عام 1931 ، نشر عالم الفلك في كامبريدج مقالًا في مجلة Natureحيث يعلن: “فكرة أن الترتيب الحالي للأشياء له بداية تثير اشمئزازي فلسفيًا”.
كان رد فعل ليميتر من خلال نشر ملاحظة قصيرة في نفس المجلة توضح أن الديناميكا الحرارية ونظرية الكم يمكن أن تعطي معنى فيزيائيًا لبداية العالم. في هذه المقالة ، يصف الحالة الأولية للكون حيث يتم تجميع كل كمية الطاقة في واحدة ، والتي يسميها “الذرة البدائية”. بصرف النظر عنه ، لا معنى لمفاهيم المكان والزمان. هذه الحالة “المرتبة” ذاتها غير مستقرة ، وتتولد التدريجي من الذرات المتتالية التي يمكن مقارنتها بالتحلل الإشعاعي ، من الذرة البدائية ، المادة ، المكان والزمان ، كما نعرفها اليوم. بالنسبة لـسيد ، “مثل هذه البداية للعالم بعيدة بما يكفي عن الترتيب الحالي للأشياء حتى لا تكون مثيرة للاشمئزاز على الإطلاق.” تكتسب فرضية التبشير لنظرية الانفجار العظيم الحديثة أرضية.
ليميتر و عمر الكون : في بداية الثلاثينيات
بالإضافة إلى ذلك ، في بداية الثلاثينيات ، أظهر Lema showstre أن أدنى تغيير في توزيع كثافة المادة في الكون يمكن أن يعطي القوة التنافر المرتبطة بالثابت الكوني ميزة على الجاذبية. وبالتالي ، فإن التوازن بين هاتين القوتين الذي يعتمد عليه نموذج أينشتاين الساكن غير مستقر ويجب أن يكون تكوين المجرات من تقلبات المادة في الكون كافياً لكسرها. وبالتالي ، يبدو من المستحيل أن يظل كون أينشتاين ثابتًا إلى أجل غير مسمى.
إقرأ أيضا:الجينات الموروثةمع ليميتر ، فإن فرضية الذرة البدائية هي قبل كل شيء حدس فيزيائي أكثر من كونها نظرية مدعومة بشكل صارم. إنه يتوافق مع اختيار نموذج كوني جديد حيث انتهى عصر الكون. إنه كون متجانس ، فائق الكرة يبدأ تطوره بحالة من الكثافة اللانهائية ، تفرد ، يعتبرها ليميتر بمثابة الحد الذي تعطيه القوانين الكلاسيكية للنسبية عندما يقترب المرء من الظروف الغريبة. التي كانت سائدة في وقت الذرة البدائية. تهيمن على تطور الكون قوتان ، الجاذبية و “القوة الطاردة” ، التي يحددها الثابت الكوني شدتها. هذا النموذج الذي سيدافع عنه حتى نهاية حياته ،
أهمية الثابت
خلال المرحلة الأولى ، التي تبدأ عند التفرد الأولي ، يبدأ الكون في التوسع ويملأ الفضاء بمنتجات الاضمحلال للذرة البدائية. يؤدي التجاذب الثقالي بين جسيمات المادة إلى إبطاء التمدد تدريجيًا. تتوافق المرحلة الثانية مع التوازن بين الجاذبية وقوة التنافر المرتبطة بالثابت الكوسمولوجي: يظل نصف قطر الكون ، مؤقتًا ، ثابتًا تقريبًا ، كما هو الحال في عالم أينشتاين. تتضمن المرحلة الثالثة والأخيرة من تاريخ الكون وفقًا لـ ليميتر الحقبة الحالية وتبدأ عندما يؤدي تكوين الهياكل والمجرات الكبيرة إلى الإخلال بتوازن الفترة شبه الساكنة ويسبب استئناف التوسع المتسارع في ظل
يعلق ليميتر أهمية كبيرة على الثابت المذكور. إنه يعارض في هذا الأمر لأينشتاين الذي تخلى عنه (“كان سيعلن أنه أكبر خطأ في حياتي” ، كان سيعلن) في نفس الوقت الذي أجبره فيه اكتشاف هروب المجرات على التخلي عن نموذجه. الكون الثابت . يعتقد ليميتر ، صاحب الرؤية ، أن ميكانيكا الكم يمكن أن تعطي يومًا ما معنى فيزيائيًا لهذا الثابت الذي يبدو أنه يعني أن الفراغ يتمتع بكثافة معينة من الطاقة. يُعتقد الآن أن أينشتاين تعامل مع الثابت الكوني باستخفاف شديد وأنه ليس “خيارًا” بسيطًا ، ولكنه يتوافق مع خاصية أساسية لنظريته بسبب وجود طاقة من الفراغ الكمومي: تتطلب ميكانيكا الكم ذلك حتى في مساحة فارغة ،
إقرأ أيضا:الراديوليميتر و عمر الكون : الثابت الكوني ربما ليس صفراً
ثبت مؤخرًا أن الثابت الكوني ربما ليس صفراً ، علاوة على ذلك . يصر ليميتر على حقيقة أنه من خلال تغيير قيمة الثابت الكوني ، نقوم بتعديل عمر الكون. ووفقا له ، فإن هذا يشكل حجة إضافية للحفاظ عليها. في الواقع ، إذا كان تطور الكون تحكمه الجاذبية فقط ، فإن الثابت الوحيد لتلسكوب هابل يكفي لتحديد عمره ( انظر الشكل 6)). ومع ذلك ، مع توفر قيمة ثابت هابل في ثلاثينيات القرن الماضي . لا يزال هذا العمر أقل من عمر النظام الشمسي ، وينبغي تصحيح هذا الشذوذ. في وقت مبكر من عام 1931 ، بناءً على الحد الأعلى للثابت الكوسمولوجي ، قدر ليميتر عمر الكون بعشرة مليارات سنة (لا يزال ترتيبًا جيدًا من حيث الحجم اليوم).
فرضية الذرة البدائية وسيناريوها لتخليق العناصر الكيميائية عن طريق الاضمحلال المتتالي تم التخلي عنها تمامًا في الوقت الحاضر. علاوة على ذلك ، يبدو أن الهندسة المكانية للكون هي إقليدية وليست كروية ، كما تصورها دائمًا ليميتر. ومع ذلك ، يبدو أن الملاحظات المختلفة التي تم إجراؤها مؤخرًا على المستعرات الأعظمية البعيدة تدافع عن قيمة غير صفرية (وإيجابية) للثابت الكوسمولوجي . وبالتالي ، لتطور الكون الذي يتميز بالمراحل الثلاث التي اقترحها ليميتر.
إقرأ أيضا:15 طريقة لتصبح طالبًا سنويًامشكلة التفردات
في أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي . تم الاعتراف بوجود مجرات خارج مجموعتنا وأن الكون يتوسع ؛ يستنتج المرء منها نماذج لكون في تطور دائم ، ربما لفترة محدودة. ومع ذلك ، تستمر هذه الفكرة في الإساءة إلى الاختيارات الفلسفية للعديد من علماء الفيزياء. ليس عليهم فقط قبول حقيقة أن الكون له بداية ، ولكن ، علاوة على ذلك ، يتم التعبير عن هذه البداية من خلال حالة من الكثافة اللانهائية . من خلال التفرد حيث تفقد معادلات الفيزياء كل معناها.
وهكذا ، في كانون الثاني (يناير) 1933 ، التقى أينشتاين . الذي كان قد غادر للتو ألمانيا متوجهاً إلى الولايات المتحدة ، مع لوميتري في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. سألها عما إذا كان بإمكاننا القضاء على التفردات التي تظهر في قصة “Phoenix Universe” ، وهو نموذج ينص على أن الكون ينتفخ من التفرد ، ويصل إلى الحجم الأقصى ، وينهار في حالة تفرد جديدة قبل بدء دورة جديدة من التوسع و
الانكماش (انظر الشكل 7).مثل جميع النماذج التي نظر فيها علماء الفلك . فإن هذا النموذج متجانس وخواص (خصائصه هي نفسها في أي نقطة في الفضاء وفي جميع الاتجاهات). وفقًا لأينشتاين ، ربما يكون هذا الخواص هو سبب ظهور التفردات. إذا اعترفنا بوجود تباين طفيف في الكون (يتمدد الكون في اتجاهين للفضاء ويتقلص وفقًا للثالث ، على سبيل المثال) ربما لن ينهار الكون تمامًا عليه ، حتى ويمكن تجنب التفرد. يثبت ليميتر بسرعة ، باستخدام حالة خاصة ، أن التفرد لا يختفي ، حتى عندما لا يكون الكون متناحًا. يبدو أن المرور عبر حالة “شعاع” صفري هو بالفعل ممر ضروري لمعظم نماذج الكون.
ليميتر و عمر الكون : الأشعة الكونية
وفقًا لـ ليميتر ، تتمثل إحدى نتائج فرضية الذرة المبكرة في وجود جسيمات مشحونة ، عالية الطاقة ، نتجت أثناء التفكك الأول لهذه الذرة. بعد لقاء مع روبرت ميليكان . أقنع لميتر نفسه أن هذه الجسيمات .ليست سوى أشعة كونية تم التقاطها على ارتفاعات عالية والتي كانت طبيعتها وأصلها غير معروفين في بداية الثلاثينيات. إن اكتشاف الأشعة الكونية ودراستها له أهمية حاسمة بالنسبة له ، لأنها . على حد تعبيره ، “هيروغليفية” يجب فك شفرتها من أجل معرفة اللحظات الأولى للكون.
شرع لوميتري وزميله في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، مانويل ساندوفال فالارتا ، في دراسة خصائص مسارات الأشعة الكونية. أظهر العديد من المراقبين أن شدة الإشعاع الكوني تختلف وفقًا لخط العرض المغنطيسي الأرضي (لا يقاس خط العرض من القطب الجغرافي للأرض ، ولكن من القطب المغناطيسي). استنادًا إلى فرضيتهم التي تفيد بأن هذه الأشعة عبارة عن جسيمات مشحونة ناتجة عن تفكك الذرة البدائية . يسعى ليميتر و Vallarta لحساب التفاعل بين هذه الجسيمات والمجال المغناطيسي للأرض لشرح . على وجه الخصوص ، “تأثير خط العرض”.
في عام 1907
في عام 1907 ، عالج كارل ستورمر من جامعة أوسلو مشكلة مماثلة. كان ستورمر يدرس تفاعل الجسيمات المشحونة المنبعثة من الشمس والمجال المغناطيسي للأرض من أجل الحصول على نظرية كاملة عن الشفق القطبي. تنتج هذه الظواهر الضوئية عن جسيمات مشحونة تنبعث من الشمس. عندما يقتربون من الأرض ، يتبنون مسارًا حلزونيًا على غرار المجال المغناطيسي للأرض ويتم توجيههم نحو القطبين. عندما تدخل الغلاف الجوي ، فإنها تؤين ذرات النيتروجين والأكسجين الموجودة في الهواء والتي ، بعد مرورها ، تتلاشى عن طريق إصدار الضوء.
بافتراض أن الأشعة الكونية – وهي جسيمات أكثر نشاطًا من تلك الموجودة في الرياح الشمسية – تنشأ من جميع الاتجاهات في الفضاء (ولم تعد من الشمس فقط) ، فقد أكمل ليميتر و Vallarta نهج Störmer لدراسة مساراتها في المجال المغناطيسي للأرض. في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وباستخدام الكمبيوتر التناظري – “آلة بوش” – القادرة على دمج أنظمة المعادلات التفاضلية وتقديم تمثيلات بيانية للحلول ، نجحوا في رسم ودراسة آلاف مسارات الأشعة الكونية. بفضل هذا العمل ، يؤكد ليميتر و Vallarta أن كمية الأشعة الكونية التي يتم تلقيها على الأرض يجب أن تختلف وفقًا لخط العرض المغنطيسي الأرضي. بالإضافة،
البحث في هذه “الهيروغليفية”
من خلال البحث في هذه “الهيروغليفية” ، وهي بقايا بدايات الكون “المتفجرة” . يعد ليميتر من أوائل الفيزيائيين الذين اقترحوا وجود إشعاع أحفوري قادر على إعطاء أساس تجريبي لعلم الكونيات. بالطبع ، الإشعاع الأحفوري ، الذي تم اكتشافه بالفعل في الستينيات . له طبيعة مختلفة تمامًا عن تلك التي افترض ليميتر وجودها ، واليوم نحن نعتبر أن الأشعة الكونية هي جسيمات نشطة للغاية. البروتونات والنواة الذرية الخفيفة – تم إنتاجها لاحقًا في تاريخ الكون ، لا سيما عن طريق المستعرات الأعظمية. ومع ذلك. فإن بعض الجسيمات التي تبلغ طاقتها 10 19لا يمكن إنتاج إلكترون فولت بهذه الطريقة ، ويعتقد بعض الفيزيائيين أنها تنشأ من اضمحلال الجسيمات الضخمة والغريبة ، التي تنتج في اللحظات الأولى من الكون. في عام 1998 . اختتم مايكل هيلاس ، أحد مؤيدي هذه النظرية ، من جامعة ليدز ، بريطانيا العظمى. إحدى مقالاته: “من المحتمل جدًا أن يكون لوميت بعيدًا عن الخطأ”.
كان ليميتر شغوفًا بالحسابات العددية والآلات الحسابية. في لوفين ، حصل على سلسلة كاملة من آلات الحساب الميكانيكية ، ثم الكهروميكانيكية. في عام 1958 . أحضر أول جهاز كمبيوتر من جامعة لوفان الكاثوليكية ، وهو جهاز بوروز E101 ، والذي استخدمه لإجراء حسابات تتعلق بنماذج عناقيد المجرات التي تم تطويرها في الأربعينيات والخمسينيات من القرن الماضي نتيجة لعمله. المادة في الكون المتوسع.
ليميتر و عمر الكون : من الرياضيات إلى علم الكونيات
كانليميتر رائدًا في علم الكونيات ، مثل العديد من منظري الفيزياء الكلاسيكية . عالم رياضيات رائد قدم حلولًا أصلية لبعض مشكلات الميكانيكا السماوية (مشكلة الأجسام الثلاثة). أو حتى الحساب العددي (تحويل فورييه السريع). في وقته ، ابتعد آخرون . أكثر اهتمامًا بالمناطق الواعدة لميكانيكا الكم . عن هذا النوع من المشاكل ، بينما كان علماء الرياضيات مهتمين أكثر بالبنى المجردة بأسلوب بورباخ. في الدوائر الرياضية في نهاية الخمسينيات ، بدا هامشيًا. كان شغفه بأجهزة الكمبيوتر والحساب العددي والتجريب الرياضي مع ذلك حديثًا جدًا . مثل أفكاره حول تاريخ الكون – والتي كان يدافع أحيانًا ضد أينشتاين نفسه. يؤكد الاكتشاف الأخير لأهمية الثابت الكوني حدسه وربما يكون التحدي الأكبر الذي يواجه علماء الفيزياء في القرن القادم.
