الفلك

هل من الممكن أن الكون يتمدد بسبب أحداث الانفجار العظيم الإضافية؟

هل من الممكن أن الكون يتمدد بسبب أحداث الانفجار العظيم الإضافية؟

هل من الممكن نظريًا أن الكون يتمدد بسبب أحداث الانفجار العظيم الإضافية التي حدثت في نفس الموقع الذي حدث فيه الانفجار العظيم الأصلي؟

ربما كانت هناك سلسلة مستمرة من أحداث Big Bang الأصغر على مدار الـ 13.7 مليار سنة الماضية ، والتي على الرغم من أنها لم تكن ضخمة في الحجم مثل الانفجار العظيم الأصلي ، إلا أنها خلقت قدرًا كبيرًا من الزمكان الجديد والمواد الجديدة التي نتجت عنها الكون يتمدد.


قد تحتاج إلى إعادة النظر في النظرية الكامنة وراء الانفجار العظيم. يعتبر الانفجار العظيم وصفًا إلى حد ما لما يبدو عليه الكون المبكر إذا نظرت إلى التوسع في الاتجاه المعاكس. "الانفجار العظيم" المنفرد في بداية كوننا هو حدث "الانفجار الكبير" الوحيد الذي تنبأ به التوسع. أيضًا ، لم يحدث الانفجار العظيم في مكان واحد ، لقد حدث في كل مكان في الكون. أخيرًا ، لم يخلق الانفجار العظيم زمكانًا ، ولم يكن توسع الكون هو خلق مادة جديدة. يصف الانفجار العظيم وقتًا كان فيه مقياس الزمكان كثيفًا للغاية ، والتوسع هو مقياس زيادة الزمكان على النحو التالي:

تزداد المسافة بين النقاط في الفضاء ، لكن نفس الكتلة والطاقة موجودة كما كانت من قبل.


المفاهيم الخاطئة الشائعة في علم الكون في الانفجار الكبير

شهد علم الكونيات ثورة في القرن العشرين. منذ زمن الإغريق القدماء ، ساد الاعتقاد السائد في الغرب أن الكون أبدي. بحلول زمن نيوتن قبل أكثر من ثلاثة قرون ، تمت إضافة الكون اللانهائي مكانيًا إلى أبديه.

بدأ هذا الموقف يتغير بشكل كبير منذ قرن من الزمان مع نشر نظرية أينشتاين للنسبية العامة واكتشاف هابل لتوسع الكون. سرعان ما رأى جورج لوميتري أن هذين التطورين قد يلمحان إلى أن الكون لم يكن أبديًا ولا غير محدود. ومع ذلك ، من الصعب دائمًا الخروج من الشبق الذي يعيش فيه المرء ، لذلك انتظر الاعتقاد السائد في كون غير أبدي وربما محدود اكتشاف الخلفية الكونية الميكروية في عام 1965. منذ ذلك الحين ، نموذج الانفجار العظيم ، الاعتقاد بأن الكون ظهر فجأة في حالة صغيرة وساخنة ومتوسعة منذ 13.8 مليار سنة سيطرت على علم الكونيات.

بعد القبول العام لنموذج الانفجار العظيم منذ نصف قرن ، بدأ بعض المدافعين المسيحيين في رؤية الانفجار العظيم في الكتاب المقدس. كان منطقهم هو أنه بما أن العلم قد أثبت أن الكون له بداية ، فلا بد من وجود خالق ، وهذا الخالق هو إله الكتاب المقدس. ومع ذلك ، في الإجابات في سفر التكوين ، أدركنا منذ فترة طويلة عدم توافق الانفجار الكبير مع حساب الخلق في سفر التكوين 1. لذلك ، فإننا نفهم أن نموذج الانفجار العظيم هو مجرد واحدة من العديد من المحاولات الفاشلة التي قام بها الرجال لتبرير وجود العالم. بغير الله. وبالتالي ، فإن معارضة نموذج الانفجار الأعظم لم تكن موضع الإجابات في سفر التكوين فحسب ، بل كانت أيضًا موضع الخلق المستند إلى الكتاب المقدس والوزارات الدفاعية.

لسوء الحظ ، تسللت العديد من المفاهيم الخاطئة حول علم الكونيات إلى تفكير الخلقيين الكتابيين. سأناقش هنا بعض هذه المفاهيم الخاطئة.


اسأل إيثان: هل يمكن أن يؤدي التمزق الكبير إلى انفجار كبير آخر؟

في فك رموز اللغز الكوني لماهية طبيعة الطاقة المظلمة ، سوف نتعلم بشكل أفضل. [+] مصير الكون. ما إذا كانت الطاقة المظلمة تتغير في القوة أو الإشارة هي المفتاح لمعرفة ما إذا كنا سننتهي في تمزق كبير أم لا.

خلفيات انعكاسات ذات المناظر الخلابة

هناك القليل من الأسئلة التي يمكن أن تبقينا مستيقظين في الليل مثلما يمكن أن نفكر في المصير النهائي للكون بأسره. سوف تحترق النجوم ، ويتم استبدالها بنجوم جديدة ، والتي سوف تحترق نفسها ، باستمرار حتى نفاد الوقود من الكون. سوف تندمج المجرات معًا وتخرج المادة ، بينما الفضاء بين المجرات والمجموعات والعناقيد سوف يتسع إلى الأبد. تتسبب الطاقة المظلمة في أن هذا التوسع ليس قاسياً فحسب ، بل يؤدي إلى تسارعه هل هذه بالضرورة النهاية؟ بدخول منطقة المضاربة ، يريد Justin Agustino di Paola أن يعرف:

هل يمكن أن يؤدي "التمزق الكبير" إلى "الانفجار الكبير" آخر؟ عندما يتمدد الكون بسرعة كافية لتمزيق الذرات ثم الكواركات. في هذه المرحلة ، هل سيخلق الكون حساء كوارك-غلوون؟

لا شيء أقل من مصير الكون على المحك.

المجرات البعيدة ، مثل تلك الموجودة في مجموعة مجرات هرقل ، تتسارع بعيدًا عنا. . [+] في النهاية ، سنتوقف عن تلقي الضوء من وراء نقطة معينة منهم. لكن قيمة الطاقة المظلمة لا تحتاج إلى ضبطها تمامًا كما يعتقد الكثيرون أنها قد تكون ثابتة ، أو يمكن أن تختلف في أي عدد من الطرق.

ESO / INAF-VST / OmegaCAM. شكر وتقدير: OmegaCen / Astro-WISE / معهد كابتين

عندما تنظر إلى مجرة ​​بعيدة عشوائياً في الكون ، فإن الاحتمالات جيدة للغاية أنك ستجد ضوءها أكثر احمرارًا من الضوء الذي تراه من النجوم داخل مجرتنا. بالعودة إلى عشرينيات القرن الماضي ، لاحظ العلماء وجود علاقة كانت صحيحة بشكل عام: كلما كانت المجرة بعيدة عنك ، في المتوسط ​​، أصبح الضوء أكثر احمرارًا. في سياق النسبية العامة ، سرعان ما تم فهم أن هذا كان على الأرجح بسبب توسع نسيج الفضاء نفسه مع مرور الوقت.

الملاحظات الأصلية لعام 1929 لتوسع هابل في الكون ، تلاها لاحقًا. [+] ملاحظات أكثر تفصيلاً ، ولكنها أيضًا غير مؤكدة.

إلى اليمين ، روبرت ب. كيرشنر (http://goo.gl/C1d7EF) يسار ، إدوين هابل

كانت الخطوة التالية ، إذن ، هي تحديد مدى سرعة تمدد الكون بالضبط ، وكيف يتغير هذا التوسع بمرور الوقت. السبب في أهمية ذلك ، من منظور نظري ، هو أن تاريخ توسع الكون يحدد بشكل فريد ما بداخله. إذا كنت تريد أن تعرف ما يتكون الكون الخاص بك ، على المقاييس الأكبر ، فإن قياس كيفية توسع الكون على مدار الزمن الكوني هو طريقة مؤكدة للوصول إلى هناك.

إذا كان كونك ممتلئًا بالمادة ، فستتوقع أن ينخفض ​​معدل التمدد بما يتناسب مع كيفية تخفيف المادة مع زيادة الحجم. إذا كانت مليئة بالإشعاع ، فإنك تتوقع أن ينخفض ​​المعدل بسرعة أكبر ، لأن الإشعاع نفسه ينزلق إلى الأحمر ويفقد طاقة إضافية. الكون ذو الانحناء المكاني ، أو الأوتار الكونية ، أو الطاقة الكامنة في الفضاء نفسه سوف يتطور بشكل مختلف ، اعتمادًا على نسب جميع مكونات الطاقة المختلفة.

مخطط معدل التمدد الظاهري (المحور الصادي) مقابل المسافة (المحور السيني) يتوافق مع الكون. [+] التي توسعت بشكل أسرع في الماضي ، ولكن حيث تتسارع المجرات البعيدة في ركودها اليوم. هذه نسخة حديثة من عمل هابل الأصلي تمتد آلاف المرات. لاحظ حقيقة أن النقاط لا تشكل خطًا مستقيمًا ، مما يشير إلى تغير معدل التوسع بمرور الوقت.

نيد رايت ، بناءً على أحدث البيانات من Betoule et al. (2014)

استنادًا إلى المجموعة الكاملة من القياسات التي تمكنا من إجرائها ، بما في ذلك النجوم المتغيرة وأنواع مختلفة من المجرات وخصائصها ، والمستعرات الأعظمية من النوع Ia ، وكذلك من الخلفية الكونية الميكروية وتكتل المجرات والارتباطات ، قادر على التحديد الدقيق لما يتكون الكون. وتتكون على وجه الخصوص من:

  • 68٪ طاقة مظلمة
  • 27٪ مادة مظلمة
  • 4.9٪ مادة عادية ،
  • 0.09٪ نيوترينوات و
  • 0.01٪ إشعاع ،

مع عدم يقين بنسبة قليلة فقط في كل رقم.

تتوافق جميع المصائر المتوقعة للكون (الرسوم التوضيحية الثلاثة الأولى) مع الكون حيث يكون. [+] المادة والطاقة تحارب معدل التمدد الأولي. في عالمنا المرصود ، يحدث التسارع الكوني بسبب نوع من الطاقة المظلمة ، والتي لم يتم تفسيرها حتى الآن. تخضع كل هذه الأكوان لمعادلات فريدمان ، التي تربط توسع الكون بأنواع مختلفة من المادة والطاقة الموجودة فيه.

إي سيجل / ما وراء المجرة

كوننا تهيمن عليه الطاقة المظلمة أمر مثير للاهتمام بشكل خاص ، لأن هذا كان مكونًا للكون لم يكن من الضروري وجوده ، ناهيك عن الهيمنة. لكن ها نحن هنا ، بعد 13.8 مليار سنة من الانفجار العظيم ، نعيش في كون حيث الطاقة المظلمة هي التي تحكم توسع الكون.

هناك العديد من الأسئلة المحيطة بالطاقة المظلمة ، بما في ذلك ماهية طبيعتها ، وما الذي يسببها ، وما إذا كانت ثابتة أو ستتطور بمرور الوقت. لم يتبق سوى مساحة صغيرة للمناورة ، لكن جميع الملاحظات متسقة مع كونه ثابتًا كونيًا. بعبارة أخرى ، يبدو أنه يتصرف كما لو كان شكلًا جديدًا من أشكال الطاقة ، متأصل في الفضاء نفسه. عندما يتمدد الكون ، فإنه يخلق مساحة جديدة ، تحتوي جميعها على نفس الكمية المنتظمة من الطاقة المظلمة.

في حين أن كثافة الطاقة للمادة والإشعاع والطاقة المظلمة معروفة جيدًا ، فلا يزال هناك. [+] مساحة كبيرة للمناورة في معادلة حالة الطاقة المظلمة. يمكن أن يكون ثابتًا ، ولكنه قد يزيد أو ينقص في القوة بمرور الوقت أيضًا.

هذه هي الصورة المفضلة حاليًا ، على أي حال. من منظور نظري ، هناك عدد من الطرق المعروفة لتوليد ثابت كوني ، وبالتالي فإن هذا التفسير - طالما أن البيانات متوافقة معه - من المرجح أن يظل مفضلاً. لكن لا يوجد سبب يجعل الطاقة المظلمة أكثر تعقيدًا من ذلك.

يمكن أن يكون شيئًا يخف مع الوقت ، ويصبح أقل كثافة ، وإن كان قليلاً. يمكن أن يكون شيئًا يعكس الإشارة في المستقبل البعيد ، مما يؤدي إلى عودة الكون في أزمة كبيرة. أو قد يكون شيئًا يزداد قوة بمرور الوقت ، مما يتسبب في تمدد الكون بمعدل أسرع وأسرع مع مرور الوقت. هذا الاحتمال الأخير هو الذي يقود إلى سيناريو التمزق الكبير.

الطرق المختلفة التي يمكن أن تتطور بها الطاقة المظلمة في المستقبل. البقاء ثابتًا أو متزايدًا في. [+] القوة (في التمزق الكبير) يمكن أن تجدد الكون ، في حين أن عكس الإشارة قد يؤدي إلى أزمة كبيرة.

عندما نتحدث عن أي مكون للطاقة في الكون ، فإننا نتحدث عن معادلة الحالة الخاصة به ، والتي تصف كيف تتطور بمرور الوقت في الكون. علماء الفيزياء الفلكية يعينون المعلمة ث لهذا الغرض ، أين ث = 0 يتوافق مع المادة ، ث = 1/3 يتوافق مع الإشعاع ، و ث = -1 يتوافق مع الثابت الكوني.

يبدو أن الطاقة المظلمة لها ث = -1 ، ولكن هناك مجال للمناورة هناك. على سبيل المثال ، أصدرت ورقة جديدة من تعاون Subaru Hyper Suprime-Cam قيودًا جديدة على معادلة الطاقة المظلمة للحالة. بينما يبدو أنه متوافق للغاية مع ث = -1 ، هناك بعض الاقتراحات بأنها قد تكون سلبية أكثر من ذلك بقليل. إذا كان الأمر كذلك بالفعل - إذا اتضح ذلك ث & lt -1 بدلاً من معادلته - إذًا لا مفر من التمزق الكبير.

"align =" "] المصير المتوقع للكون هو توسع أبدي متسارع. [+] يقابل w (على المحور ص) يساوي -1 تمامًا. إذا كان w أكثر سالبًا من -1 ، كما هو الحال بالنسبة للبعض من البيانات المفضلة ، سيكون مصيرنا بدلاً من ذلك تمزق كبير.

إذا كان التمزق الكبير حقيقيًا ، فلن يقتصر الأمر على تمدد الكون فقط (وهو ما يحدث بغض النظر عن الطاقة المظلمة) ، ولن تظهر الأجسام البعيدة فقط وكأنها تتسارع بعيدًا عنا بمعدلات أسرع وأسرع مع مرور الوقت (وهو ما يحدث بسبب الطاقة المظلمة) ، ولكن الأشياء التي ترتبط ببعضها البعض من خلال أي من القوى الأساسية سيتم في النهاية تمزيقها عن طريق القوة المتزايدة للطاقة المظلمة.

بعد مليارات السنين في المستقبل ، ستشاهد مجموعتنا المحلية النجوم في الضواحي وهي تتساقط في الفضاء ، لأنها أصبحت غير مرتبطة بجاذبية مجرتنا المستقبلية البعيدة: Milkdromeda. مع مرور الوقت ، سيتم دفع المزيد والمزيد من النجوم إلى الخارج ، مما يؤدي في النهاية إلى القضاء على البنية التي نعرفها باسم المجرة وتحويلنا إلى مجموعة من المليارات من النجوم غير المنضمة والجثث النجمية.

سيحدث سيناريو التمزق الكبير إذا وجدنا أن الطاقة المظلمة تزداد قوة مع بقائها. [+] سلبي في الاتجاه بمرور الوقت.

جيريمي تيفورد / جامعة فاندربيلت

مع مرور الوقت ، ستُطرد الكواكب من أنظمتها الشمسية مع استمرار تقوية الطاقة المظلمة ، وبعد ذلك ستتمزق حتى الكواكب نفسها. في اللحظات الأخيرة ، سيتم تمزيق الأجسام التي تجمعها القوى الذرية والجزيئية معًا ، وسيتم تجريد الإلكترونات من ذراتها ، وسيتم تفكيك النوى الذرية ، وحتى الكواركات نفسها سيتم فصلها عن بعضها البعض. إذا كان هناك أي شيء يشتمل على الكواركات ، فسيتم تمزيقه أيضًا.

إذا كان التمزق الكبير صحيحًا ، فسيتم تقليص كل شيء في الكون إلى مكوناته الأساسية ، في بعض الموازي الغريب للمراحل الأولى من الانفجار العظيم.

ستكون بلازما كوارك-غلوون في الكون المبكر مشابهة جدًا لبلازما كوارك-غلوون. [+] ولدت في اللحظات الأخيرة من Big Rip. على الرغم من أننا غالبًا ما نمثل جسيمات مثل الكواركات والغلونات والإلكترونات على أنها كرات ثلاثية الأبعاد ، فإن أفضل القياسات التي أجريناها على الإطلاق توضح أنها لا يمكن تمييزها عن الجسيمات النقطية.

مختبر Brookhaven الوطني

لكن هذه بلازما كوارك-غلوون مختلفة تمامًا عن تلك الموجودة في بداية الانفجار العظيم. أولاً ، يتميز الانفجار العظيم بحالة حارة وكثيفة ، لكن التمزق الكبير سيكون شديد البرودة ومتفرقة. من ناحية أخرى ، يتميز الانفجار العظيم بانضغاط كل المادة والطاقة في الكون إلى حجم صغير من الفضاء ، ولكن في التمزق الكبير ، سينتشر على مدى تريليونات السنين الضوئية. ومن ناحية أخرى ، يمثل الانفجار العظيم حالة من الانتروبيا المنخفضة نوعًا ما ، لكن الانتروبيا ستكون أكبر بحوالي 10 35 مرة في Big Rip مما كانت عليه في Big Bang.

لكن لا يزال هناك أمل.

من المحتمل أن الطاقة المظلمة ، إذا أدت إلى التمزق الكبير ، يمكن أن تعيد تدوير الكون. إذا زادت قوة الطاقة المظلمة ، فهذه طاقة متأصلة في نسيج الفضاء نفسه ، ويمكن أن تكون مماثلة تمامًا لفترة مبكرة من تاريخ كوننا حيث توسع الفضاء بمعدل لا يصدق: التضخم الكوني. يزيل التضخم كل المواد والطاقة الموجودة مسبقًا من الكون ، تاركًا فقط نسيج الفضاء نفسه وراءه. بعد فترة من التضخم ، تتحول هذه الطاقة بطريقة ما إلى جسيمات وجسيمات مضادة وإشعاع ، وتؤدي إلى الانفجار العظيم الساخن. تم استكشاف هذا السيناريو من قبل ، ويُعرف باسم الكون المتجدد.

تتمدد التقلبات الكمية التي تحدث أثناء التضخم عبر الكون ، ومتى يتم ذلك. [+] ينتهي التضخم ، ويصبح تقلبات في الكثافة. هذا يؤدي ، بمرور الوقت ، إلى بنية الكون واسعة النطاق اليوم ، بالإضافة إلى التقلبات في درجات الحرارة التي لوحظت في CMB.

E. Siegel ، مع الصور المستمدة من وكالة الفضاء الأوروبية / بلانك وفرقة العمل المشتركة بين الوكالات التابعة لوزارة الطاقة / ناسا / مؤسسة العلوم الوطنية المعنية بأبحاث CMB

إذا كان التمزق الكبير صحيحًا ، فيجب عليه ببساطة تمزيق كل المادة ، مما يؤدي إلى كون فارغ للغاية يحتوي على كمية كبيرة من الطاقة الكامنة في الفضاء نفسه. إذا قمنا باستقراء هذا بعيدًا بشكل تعسفي ، إلى أعلى الطاقات التي يمكن تخيلها ، فإن الفضاء نفسه سوف يتفكك ، ولهذا يطلق عليه اسم التمزق الكبير. لكن ربما يكون هناك انقطاع ، وربما يكون هناك انتقال آخر في المتجر. إذا كان هذا هو ما يتجه إليه كوننا ، فقد لا يكون التمزق الكبير هو آخر شيء يحدث على الإطلاق ، فقد يكون مقدمة لميلاد كون جديد تمامًا.


كيف يمكن للكون أن يتمدد بسرعة أكبر من سرعة الضوء؟ يبدو ذلك مستحيلاً!

في عوالم الخيال العلمي ، يكون السفر في المجرة أمرًا سريعًا - ما عليك سوى الانخراط في محرك "الالتواء" أو "السرعة الفائقة" ، وانطلق ، تجول في الكون بسرعة تزيد عن سرعة الضوء بعدة أضعاف. لكن في الواقع ، لقد تعلمنا جميعًا أن سرعة الضوء هي قانون مرور صارم لا يمكن كسره. هذا صحيح ، لكنه مضلل بعض الشيء.

أكدت نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين ، التي نُشرت لأول مرة عام 1905 ، أن سرعة الضوء ثابتة (300 مليون متر في الثانية) ، بغض النظر عمن يقيسها. إنه & # 8217s دائمًا كما هو سواء كنت في حالة حركة أو في حالة راحة. يختلف هذا الخط في التفكير كثيرًا عما اعتدنا على تجربته. على سبيل المثال ، إذا حاولت قياس سرعة سيارة قادمة من مركبة متحركة ، ينتهي بك الأمر بالحصول على السرعة المجمعة لكلا السيارتين. هذا هو سبب بقاء رجال الشرطة متوقفين. يختلف الضوء ، لأنه بغض النظر عما تفعله ، فإنه يسير دائمًا بنفس السرعة.

تؤثر سرعة الضوء علينا أكثر مما ندرك - فهي تساعدنا على فهم الفرق بين السبب والنتيجة. إذا كانت الأشياء يمكن أن تتحرك بشكل أسرع من الضوء الذي نراه من خلاله ، فسنكون في خضم تجارب غريبة. إذا كنت ممسكًا يحاول التقاط كرة سريعة فائقة اللمعان ، فقد تشعر أن الكرة اصطدمت بقفازك حتى قبل أن يبدأ الرامي في حسمه: التأثير قبل السبب. وذلك لأن صورة الجسم ستنتقل بسرعة الضوء ، متخلفة عن لعبة البيسبول الأسرع مثل الصوت الأبطأ لمسارات الرعد بعد صورة البرق.

الآن بعد أن تذوقنا نظرية أينشتاين ، نعلم أن كرات البيسبول لا تسير أسرع من سرعة الضوء. لكن هل هناك أي شيء يمكن؟ اتضح أن سرعة الضوء ليست سوى حد للأشياء - مثل كرات القاعدة - أثناء تحركها عبر الفضاء. ومع ذلك ، فإن حركة الفضاء نفسها يمكن أن تجعل سرعة الضوء تبدو بطيئة.

بعد الانفجار العظيم مباشرة ، شهد الكون طفرة نمو هائلة تسمى التضخم. انتهى الأمر برمته في أقل من تريليون جزء من تريليون من الثانية ، لكن الكون نما بشكل كبير في تلك الصورة القصيرة ، وتضاعف حجمه مرارًا وتكرارًا. في نهاية التضخم ، على الرغم من أن الكون كان لا يزال أصغر من السيارة ، إلا أن الحافة الخارجية قد تحركت أسرع عدة مرات من سرعة الضوء. منذ ذلك الحين ، واصل الكون توسعه ، ولكن بوتيرة أكثر منطقية وثباتًا.

يبدو أن هذا النمو الفائق السرعة يتعارض مع ما ناقشناه للتو ، ولكن من المنطقي أن تفهم الفرق بين التمدد والحركة. عندما يقول علماء الفلك أن الكون يتمدد ، فإنهم يتحدثون عن المفهوم المجرد إلى حد ما للزمكان. في الأساس ، الزمكان هو الأبعاد المادية الثلاثة لوجودنا - الطول والعرض والعمق - جنبًا إلى جنب مع البعد الإضافي للوقت ، فكر في الأمر على أنه شبكة سلكية تربط كل جزء من الكون بكل جزء آخر. عندما نقول أن كائنًا ما لديه حركة ، فإننا نشير إلى تغييره في موضعه بالنسبة لشبكة الزمكان. إن سرعة الضوء ما هي إلا قيد على الأشياء الموجودة في الزمكان ، وليس الزمكان نفسه.

لتصور النظرية بشكل أفضل ، غالبًا ما يصور علماء الفلك الكون المتوسع على أنه رغيف من خبز الزبيب يرتفع في الفرن. الزبيب عبارة عن مجرات والعجين الصاعد يمثل الزمكان. مع تمدد العجين ، تجد مجرات الزبيب نفسها متباعدة عن بعضها البعض ، على الرغم من أنها لا تتحرك بالنسبة للعجين بينهما.

الآن دعونا نتخيل أن هناك خنفساء في الرغيف وتبدأ بالزحف نحو زبيب بعيد (لا تقلق - لن نأكلها على أي حال). تمثل الخنفساء أي شيء داخل الفضاء ، مثل كرات القاعدة أو سفن الفضاء أو الفوتونات. عندما تخترق الخنفساء الخبز ، فإنها تتحرك بالنسبة إلى العجين وجميع أنواع الزبيب الأخرى. تحدد سرعة الضوء السرعة التي يمكن أن تتحرك بها الخنفساء ، ولكن لا تحدد السرعة التي يمكن أن يرتفع بها الخبز. فقط لأن توسع الفضاء يمكن أن يكسر الحد الأقصى للسرعة ، فهذا لا يعني أنه يمكننا أن نذهب أسرع مما قال أينشتاين أننا نستطيع ذلك.

لذلك ، في حين أن سرعة الضوء لا تزال حاجزًا غير قابل للكسر بالنسبة لنا داخل الكون ، فإنها لا يمكن أن تحد من توسع الزمكان نفسه. يستمر الكون في التمدد ، لكن سرعة الضوء تحد من المقدار الذي يمكننا رؤيته ، ومدى سرعتنا في التحرك. قد لا يكون ذلك عادلاً ، لكن هذه هي الفيزياء.


ما الذي يتطلبه تزوير & quotbig bang & quot نموذج علم الكونيات؟

تشير أدلة Arp إلى أن الانزياح الأحمر لا يشير دائمًا إلى المسافة. لذلك ، لم تعد المشكلة التي لا يمكن أن تعالجها إدارة الجودة ولا الموارد الوراثية بحاجة إلى معالجة.

& lt & lt تمت إزالة المحتوى الديني بواسطة الوسيط & gt & gt

لكن بينما أحب الحديث عن الفلسفة ، أفضل التحدث عما يتطلبه الأمر لتزوير BB. حتى الآن أجد أنه من المستحيل تقريبًا الحصول على إجابات!

نكبة

يقترب من كويكب؟ هل هذا هو؟

قد يكون هذا مفرط في التبسيط لأن معرفتي بهذه الأشياء مفقودة بشكل محرج ، ومع ذلك ، ألن تؤدي ملاحظة "الغشاء" أو الجدار الذي يحيط بالكون إلى إسقاط حجة BB؟

قد يكون لدي سوء فهم لأنك تطلب لأننا من الواضح أننا لم نلاحظ أي "هيكل خلوي بحجم المساحة" ولكني لست متأكدًا مما تقصده إذا كانت المعلومات "الجديدة" غير مؤهلة لإحباط نظريات BB المقبولة.

نكبة

يقترب من كويكب؟ هل هذا هو؟

ما المطلوب لتزوير & quotbig bang & quot نموذج علم الكونيات؟

نشر هيليو:
& quotN لا يمكن لـ QM و GR معالجة الأحداث عند t = 0. الأمر اللافت للنظر هو مدى قرب علماء الفيزياء من ذلك. & quot الذي أوافق عليه.

كما يعلم بعضكم ، أنا ضد التفرد الذي حصل عليه (IMO) الاستقراء الرجعي غير الصحيح من "توسع الكون وخاصة التضخم". المفهوم خاطئ - ليس من الناحية النظرية ولكن في التنفيذ. على سبيل المثال ، لديك هذا مخصصة الاستيفاء للتوسع السريع - كيف تتناسب مع الاستقراء الرجعي الموحد؟

فقط قم بإجراء تعديل آخر على HI بالقرب من (OK جدا قريب) إلى t = 0. ننسى التفردات - فقط إز من خلال الانقباض الضيق. . . حسنًا ، لقد قابلت للتو ثقبًا أسود ورأس رباعي على & quot. على محمل الجد ، أنا من الإقناع الذي يدافع عن تقدم دوري BB-BH. أعتقد أن اعتراض الانتروبيا على ذلك ضعيف بعض الشيء - متى سمعت حديثًا عن الإنتروبيا في سياق أي منهما؟

استمتع! - ابحث فقط: التوسع غير المنتظم للكون! وداعا وداعا BB

فقط وجدت هذا في ملاحظاتي و يجب أضفه هنا:
& quot من الممكن أن يكون ما نراه على أنه كوننا هو بقايا ثقب أسود يتشكل في كون آخر. أحد المؤيدين الرئيسيين لهذه الفكرة هو عالم الفيزياء النظرية البولندي نيكوديم بوبلاوسكي & quot

IG2007

& quot ؛ لا تنتقد ما لا تستطيع فهمه. & مثل

نكبة

يقترب من كويكب؟ هل هذا هو؟

& quotIts a Big Bang يا جيم ، لكن ليس كما نعرفها! & quot

لذلك قمنا بتزوير نموذج "الانفجار الكبير" لصالح نموذج Nikodem Poplawski.

كل من يؤيد رفع أيديهم!

القطب الشمالي فروست

نكبة

يقترب من كويكب؟ هل هذا هو؟

القطب الشمالي فروست

حسنًا ، لقد استفدت الآن فقط من هذا و "أعتقد" أفهم ذلك. من فضلك اغفر أسلوبي البدائي ولكن هنا يذهب: أنا نملة على سطح سمك 0. لا أستطيع إدراك "z" لأنه غير موجود بالنسبة لي. أستطيع أن أرى عالمي يتوسع عندما تصبح مسافاتي أطول ولكني لا أتصور أنها تتوسع على المحور "z"؟

نأمل أن يصف هذا مستوى فهمي. بعد قولي هذا ، هل يمكنك أن تنصحني بكتاب يساعدني في فهم هذا الكون الذي لا حدود له؟ شكرًا على التحلي بالصبر وسأعود الآن إلى الوراء حتى يتمكن هذا الموضوع من متابعة بحثه على BB. أشعر كأنني طفلة تستمع إلى طلاب المدارس الثانوية يتحدثون عن الجبر ، هاهاهاهاها. من المهم بالنسبة لي ألا ألهِ الآخرين.

روبوترون

روبوترون

عملت Arp بالتنسيق مع العديد من العلماء لإظهار أن الانزياح الأحمر لا يشير دائمًا إلى المسافة. كم عدد العلماء الذين تحتاجهم قبل أن يكون الاستنتاج صحيحًا؟ اثنان ، خمسة ، ألف؟

كنت تحت الانطباع بأن العلم ليس مسابقة شعبية ، ولكنه جهد مدفوع بالبيانات. إذا اختلف الناس مع بيانات Arp ، فإنهم يعالجون البيانات. كل ما نحتاجه هو بجعة سوداء واحدة لإثبات أن جميع البجعات ليست بيضاء.

هيليو

العلم والدين مختلفان بشكل واضح. العلم أساس موضوعي. جاء اختبار BBT منذ اليوم الأول مع اختبارات يمكن لعلماء الفلك إجراؤها لتزوير النظرية. نظرًا لأن علماء الفيزياء أخذوا الأمر بجدية أكبر ، فقد تم إعطاء الاختبارات الجديدة النظرية ، بما في ذلك متطلبات CMBR. ومع ذلك ، فإن الذهاب إلى t = 0 هو الذهاب إلى ما هو أبعد من النظرية وإلى الميتافيزيقا أو العلوم الزائفة ، سواء كانت وجهات نظر فلسفية أو دينية.

يمكن أن يحصل الدين على دعم من الأدلة العلمية (مثل علم الآثار) لكنه يعتمد على التفكير الذاتي.

أنا أحب القياس حيث يكون العلم مثل الجزيرة والدين والفلسفة مثل المحيط المحيط به. يمكننا بناء أشياء رائعة والاستمتاع بمستوى معيشي لطيف من خلال البناء على الجزيرة ولكننا مقيدون للغاية فيما يمكن بناؤه في البحر. لكن البحر مهم أيضًا.

& quot للقلب اسبابه والعقل لا يعرفه & quot - بليز باسكال.

هيليو

لم يتطلب الأمر سوى تزوير نموذج Arp ، على الرغم من أنني أفترض أن هناك العديد من الأشخاص الذين يشوهون وجهات نظره حول الانزياح الأحمر.

يمكن لعلم الفلك أن يرى أكثر بكثير وقد تعلم المزيد منذ يوم آرب. من الصعب بالنسبة لي أن أتصفح جميع أفكار Arp ولدي أي أمل في إمكانية الدفاع عنها بالكامل ويجب إعادة النظر فيها. ومع ذلك ، إذا كانت صحيحة ، فكلما أسرعنا في إجراء التصحيحات كان ذلك أفضل. حدثت مثل هذه الأشياء حيث ضاعت عقود بسبب وجهات النظر الخاطئة. يشمل التحليل الطيفي بعضًا من تلك القصص. المفضل لدي هو أن الشمس صفراء. * Caugh! *

مضاعفة قريبا

لعلمك. تعد قضية الوقت صراعًا كبيرًا بين وصف أينشتاين للموارد الوراثية وإدارة الجودة.

https://phys.org/news/2020-06-theorists-upper-limit-quantization.html، & quot. لسنوات عديدة ، حاول الفيزيائيون النظريون شرح مشكلة كبيرة - تقترح النظرية العامة للنسبية أن الوقت كمية مستمرة ، يمكن أن تتحرك بشكل أبطأ أو أسرع اعتمادًا على ظروف التسارع والجاذبية. لكن نظريات ميكانيكا الكم تشير إلى أن الوقت يمر بعيدًا بوتيرة ثابتة ، مثل إطارات الفيلم الذي يتم عرضه. في هذا السيناريو ، يجب أن يكون الوقت عالميًا. & quot

هذا تضارب كبير بين إدارة الجودة والموارد الوراثية. "الآثار المادية لفترة أساسية من الوقت" ، https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.241301 ، & quot إذا تم وصف الوقت بعملية أساسية بدلاً من إحداثيات ، فإنه يتفاعل مع أي نظام فيزيائي التي تتطور بمرور الوقت. تظهر الديناميكيات الناتجة هنا لتكون متسقة بشرط أن تكون الفترة الأساسية للنظام الزمني صغيرة بدرجة كافية. يتم الحصول على حد أعلى قوي لـ Tc & lt 10 ^ −33 ثانية من الفترة الأساسية من الزمن ، عدة أوامر من حيث الحجم أقل من أي قياس زمني مباشر ، من حدود الاختلافات الديناميكية لفترة تطور النظام في الوقت المناسب. & quot

تجد أنه من المثير للاهتمام في علم الكونيات اليوم ، أن التضخم وتعليم الكون المتعدد ، يعتمدان على وقت إدارة الجودة وهذا التعريف للوقت * عدة مرات من حيث الحجم أقل من أي قياس مباشر للوقت * في المختبر. عنوان مناقشة الموضوع هذا ، "ما المطلوب لتزوير & quotbig bang & quot نموذج علم الكونيات؟"

هناك حاجة إلى تحديد الوقت لتزوير علم الكون BB. هناك تضارب بين الموارد الوراثية وإدارة الجودة هنا.

مضاعفة قريبا

ليمان الفير

نعم ، أنا (والعديد من الآخرين) أزعم أن هذه الأعمدة الثلاثة قد هُدمت تمامًا.

قال فان فلاندرن عن خلفية الميكروويف المفترضة:

تبدو "الخلفية" في الميكروويف أكثر منطقية نظرًا لأن درجة حرارة الفضاء المسخن بواسطة ضوء النجوم محدودة أكثر من كونها بقايا كرة نارية. [https://www.spaceandmotion.com/cosmology/top-30-problems-big-bang-theory.htm]

غالبًا ما يتكرر هذا ولكنه في الواقع وصف خاطئ لما قاله إدينجتون. إذا نظرت بالفعل إلى كتاب Eddington الأصلي ، فإنه يوضح تمامًا أنه لم يكن يقترح أن خلفيته كانت 3 K blackbody.

& quot الإشعاع في الفضاء بين النجوم هو أبعد ما يكون عن التوازن الديناميكي الحراري بقدر ما يمكن تخيله ، وعلى الرغم من أن كثافته تقابل 3 ° -18 ، إلا أنه أكثر ثراءً في المكونات عالية التردد من إشعاع التوازن لهذه درجة الحرارة. & quot

ثم يمضي في سرد ​​الكثافة كدالة لطول الموجة ، حيث تتغير درجة الحرارة الفعالة بشكل كبير مع الطول الموجي. هناك مخطط للطيف مقابل طيف CMB هنا.

Eddington & # 039s درجة حرارة الفضاء

ليمان الفير

سيستغرق الأمر أكثر من مجرة ​​واحدة ، لأن تحليلات كهذه ليست موضوعية. في هذا المثال ، أنت تؤسس ادعائك بأن المجرات في Stephan's Quintet متصلة بالفعل بخيار شخصي لديك. بدون دليل قوي على وجود علاقة جسدية ، لا يمكننا أن نبني استنتاجاتنا على أمثلة منتقاة بعناية. لنفكر في تشبيه ، لعبة خيالية من رمي السهام.

توضح حبكتي المرفقة ما أتحدث عنه. في اللوحة الأولى الموجودة على اليسار ، قمت برسم النقاط بشكل عشوائي عبر المؤامرة. لا تعرف هذه النقاط شيئًا عن هدف نقطة الهدف في المنتصف ، لذا فهي غير مترابطة ، ولكن بالصدفة العشوائية ، قد يكون بعضها قريبًا من المركز. في اللوحة التالية اخترت فقط أقرب نقطة عشوائية. إذا كان هذا هو كل ما أريتكم إياه ، فقد تستنتجون أن النقطة في المركز متصلة بطريقة ما بالهدف. لكن هذا فقط لأنه تم اختيار هذا المثال لإعطاء هذا الانطباع. نفس المنطق ينطبق على المجرات والكوازارات. إذا نظرت إلى عدد كافٍ من الأزواج ، فستجد أمثلة تبدو مرتبطة ، لكنك تجاهلت معظم الكائنات. إذن كيف يمكننا إجراء اختبار أفضل؟ إذا كانت النقاط مرتبطة حقًا بالهدف ، فيجب أن يكون لكل منهم بعض الارتباط بموضع الهدف. يظهر مثال على ذلك على اللوحة اليمنى ، حيث يوجد ارتباط حقيقي. يتضح من مقارنة التوزيعات الكاملة للمخططات اليمنى واليسرى أن هناك فرقًا ، ولكن إذا نظرت إلى حالة واحدة أو حالتين فقط ، فلن تتمكن من رؤية هذا مطلقًا. بالنظر إلى تأثير التجميع هذا ، لا يتعين علينا اختيار الكوازارات والمجرات التي يجب تحليلها واختيارها ، بل ننظر إلى العينة الكاملة.

لقد فعل الناس هذا في الواقع في بيانات حقيقية لاختبار فكرة Arp. إذا تم طرد الكوازارات ذات الانزياح الأحمر العالي من مجرات منخفضة الانزياح الأحمر ، فيجب ربط الاثنين في الموضع. نظر هذا التحليل إلى آلاف الأزواج ، بدلاً من أعداد الكائنات الصغيرة لـ Arp. كانت النتيجة متسقة مع توزيع الكوازارات والمجرات بشكل عشوائي فيما يتعلق ببعضها البعض. هذا هو أنظف اختبار لأفكار Arp ولا يظهر أي دليل على أي صلة.


تثير دراسة جديدة الشك حول تكوين 70٪ من كوننا

حتى الآن ، يعتقد الباحثون أن الطاقة المظلمة تمثل ما يقرب من 70 في المائة من الكون المتسارع والمتسارع باستمرار.

لسنوات عديدة ، ارتبطت هذه الآلية بما يسمى بالثابت الكوني ، الذي طوره أينشتاين في عام 1917 ، والذي يشير إلى قوة كونية طاردة غير معروفة.

ولكن نظرًا لأن الثابت الكوني - المعروف باسم الطاقة المظلمة - لا يمكن قياسه بشكل مباشر ، فقد شكك العديد من الباحثين ، بما في ذلك أينشتاين ، في وجودها - دون أن يكونوا قادرين على اقتراح بديل قابل للتطبيق.

حتى الآن. في دراسة جديدة أجراها باحثون في جامعة كوبنهاغن ، تم اختبار نموذج يستبدل الطاقة المظلمة بمادة مظلمة على شكل قوى مغناطيسية.

"إذا كان ما اكتشفناه دقيقًا ، فسوف يقلب اعتقادنا أن ما اعتقدنا أنه يشكل 70 بالمائة من الكون غير موجود بالفعل. لقد أزلنا الطاقة المظلمة من المعادلة وأضفنا بعض الخصائص الإضافية للمادة المظلمة. يظهر هذا. أن يكون لها نفس التأثير على توسع الكون مثل الطاقة المظلمة ، "يوضح Steen Harle Hansen ، الأستاذ المشارك في مركز DARK Cosmology التابع لمعهد نيلز بور.

The universe expands no differently without dark energy

The usual understanding of how the universe's energy is distributed is that it consists of five percent normal matter, 25 percent dark matter and 70 percent dark energy.

In the UCPH researchers' new model, the 25 percent share of dark matter is accorded special qualities that make the 70 percent of dark energy redundant.

"We don't know much about dark matter other than that it is a heavy and slow particle. But then we wondered -- what if dark matter had some quality that was analogous to magnetism in it? We know that as normal particles move around, they create magnetism. And, magnets attract or repel other magnets -- so what if that's what's going on in the universe? That this constant expansion of dark matter is occurring thanks to some sort of magnetic force?" asks Steen Hansen.

Computer model tests dark matter with a type of magnetic energy

Hansen's question served as the foundation for the new computer model, where researchers included everything that they know about the universe -- including gravity, the speed of the universe's expansion and X, the unknown force that expands the universe.

"We developed a model that worked from the assumption that dark matter particles have a type of magnetic force and investigated what effect this force would have on the universe. It turns out that it would have exactly the same effect on the speed of the university's expansion as we know from dark energy," explains Steen Hansen.

However, there remains much about this mechanism that has yet to be understood by the researchers.

And it all needs to be checked in better models that take more factors into consideration. As Hansen puts it:

"Honestly, our discovery may just be a coincidence. But if it isn't, it is truly incredible. It would change our understanding of the universe's composition and why it is expanding. As far as our current knowledge, our ideas about dark matter with a type of magnetic force and the idea about dark energy are equally wild. Only more detailed observations will determine which of these models is the more realistic. So, it will be incredibly exciting to retest our result.


Ask Ethan: If The Universe Stops Expanding, Will Time Run Backwards?

Your location in this Universe isn't just described by spatial coordinates (where), but also by a . [+] time coordinate (when). It is impossible to move from one spatial location to another without also moving through time.

As we step forward in time, a number of things always seem to happen together. Objects move through the Universe proportional to their velocity. They change their motion due to the effects of gravity and the other forces. On large scales, the Universe expands. And everywhere we look, the entropy of the Universe always goes up. As the story of our cosmic evolution continues, we think all of these things will continue: the laws of physics will still apply just as they do today, dark energy ensures that the Universe will keep on expanding, and the laws of thermodynamics will still be obeyed.

Many have speculated — although there is no proof — that the arrow of thermodynamics and the arrow of time may be related. Still others have speculated that dark energy might evolve over time, rather than being a constant, leaving the door open to the possibility that it might someday counteract and reverse our Universe’s expansion. What happens, then, if we put these speculations together? That’s what Jordan Musen wants to know, asking:

“If the universe were to contract towards a big crunch, would entropy decrease if so, would time run backward?”

This isn’t something we can test, but based on the laws of physics that we know, it’s something we think we can answer. Let’s find out.

By examining this strobe image of a bouncing ball, you cannot tell for certain whether the ball is . [+] moving towards the right and losing energy with each bounce, or whether it's moving towards the left and getting an energetic kick with each bounce. The laws of physics are symmetric under time-reversal transformations, and the equations of motion will give you two solutions (positive and negative) to any trajectory you can derive. Only by imposing physical constraints can we know which of the two yields the correct answer.

Wikimedia commons users MichaelMaggs and (edited by) Richard Bartz

One of the most important symmetries in all of physics is known as time-reversal symmetry. Put simply, it says that the laws of physics obey the same rules whether you run the clock forwards or backwards. There are many examples where one phenomenon, if you run the clock forwards, corresponds to an equally valid phenomenon if you run the clock backwards. على سبيل المثال:

يقول العلماء إنه لا يوجد سوى كوكب آخر في مجرتنا يمكن أن يكون شبيهًا بالأرض

يقول العلماء إن 29 من الحضارات الغريبة الذكية ربما تكون قد رصدتنا بالفعل

شرح: لماذا سيكون "قمر الفراولة" لهذا الأسبوع منخفضًا جدًا ومتأخرًا جدًا ومضيئًا جدًا

  • A purely elastic collision, like two billiard balls colliding, would behave exactly the same if your ran the clock forwards and backwards, right down to the speed and angle that the balls will go off at.
  • A purely inelastic collision, where two objects smash into each other and stick together, is exactly the same as a purely inelastic explosion in reverse, where the energy absorbed or released by the materials is identical.
  • Gravitational interactions work the same forwards and backwards.
  • Electromagnetic interactions behave identically forwards and backwards in time.
  • Even the strong nuclear force, which binds atomic nuclei together, is identical forwards and backwards in time.

The lone exception, and the only known time where that symmetry is violated, occurs in the weak nuclear interaction: the force responsible for radioactive decays. If we ignore that outlier, the laws of physics truly are the same regardless of whether time goes forwards or backwards.

Individual protons and neutrons may be colorless entities, but the quarks within them are colored. . [+] Gluons can not only be exchanged between the individual gluons within a proton or neutron, but in combinations between protons and neutrons, leading to nuclear binding. However, every single exchange must obey the full suite of quantum rules, and these strong force interaction are time-reversal symmetric.

WIKIMEDIA COMMONS USER MANISHEARTH

What this means is that, if you wind up at any final state at any moment in time, there's always a way to get back to your initial state if you just apply the right series of interactions in just the right order. The only exception is that, if your system is complex enough, you’d have to know things like the precise positions and momenta of your particle to a better accuracy than is quantum mechanically possible. Leaving the weak interactions and this subtle quantum rule aside, the laws of nature really are time-reversal invariant.

But this doesn't appear to be the case for everything we experience. Some phenomena clearly display an arrow of time, or a preference for a particular one-way direction. If you grab an egg, break it, scramble it, and cook it, that's easy you'll never uncook, unscramble, and un-break an egg, though, no matter how many times you try. If you push a glass off the shelf and watch it shatter against the floor, you'll never see those bits of glass rise up and spontaneously reassemble themselves. For these examples, there clearly is a preferred direction to things: an arrow in which things flow.

A wine glass, when vibrated at the right frequency, will shatter. This is a process that . [+] dramatically increases the entropy of the system, and is thermodynamically favorable. The reverse process, of shards of glass reassembling themselves into a whole, uncracked glass, is so unlikely that it never occurs in practice.

Admittedly, these are complex, macroscopic systems, experiencing an extremely intricate set of interactions. Nevertheless, the combination of all these interactions adds up to something important: what we know as the thermodynamic arrow of time. The laws of thermodynamics basically state that there are a finite number of ways that the particles in your system can be arranged, and the one(s) that have the maximum number of possible configurations — the one(s) in what we call thermodynamic equilibrium — are the ones that all systems will tend towards as time goes forward.

Your entropy, which is a measure of how statistically likely or unlikely a particular configuration is (most likely = highest entropy very unlikely = low entropy), always rises over time. Only if you’re already in the most likely, highest entropy configuration already will your entropy stay the same over time in any other state, your entropy will increase.

My favorite example is to imagine a room with a divider down the middle: with one side full of hot gas particles and the other full of cold gas particles. If you remove the divider, the two sides will mix and achieve the same temperature everywhere. The time-reversed situation, where you take a room of even temperature and stick a divider in the middle, spontaneously getting a hot side and a cold side, is so statistically unlikely that, given the finite age of the Universe, it never occurs.

A system set up in the initial conditions on the left and let to evolve will have less entropy if . [+] the door remains closed than if the door is opened. If the particles are allowed to mix, there are more ways to arrange twice as many particles at the same equilibrium temperature than there are to arrange half of those particles, each, at two different temperatures.

WIKIMEDIA COMMONS USERS HTKYM AND DHOLLM

ولكن ماذا يستطع occur, if you were willing to manipulate these particles intricately enough, is you could pump enough energy into the system to separate the particles into hot and cold, relegating one side to containing all the hot particles and the other into containing all the cold ones. This idea was put forth some 150 years ago, and goes all the way back to the person who unified electricity and magnetism into what we now know as electromagnetism: James Clerk Maxwell. It’s known, in common parlance, as Maxwell’s demon.

Imagine that you have this room full of hot-and-cold particles, and there is a central divider, but the particles are evenly distributed on both sides. Only, there’s a demon controlling the divider. Whenever a hot particle is going to smash against the divider from the “cold” side, the demon opens a gate, letting the hot particle through. Similarly, the demon also lets cold particles get through from the “hot” side. The demon has to put energy into the system to make this happen, and if you consider the demon to be part of the box/divider system, the total entropy still goes up. However, for the box/divider alone, if you were to ignore the demon, you’d see the entropy of just that box/divider system go down.

A representation of Maxwell's demon, which can sort particles according to their energy on either . [+] side of a box. By opening and closing the divider between the two sides, the flow of particles can be intricately controlled, reducing the entropy of the system inside the box. However, the demon must exert energy to make this happen, and the overall entropy of the box+demon system still increases.

Wikimedia Commons user Htkym

In other words, by manipulating the system appropriately from the outside, which always involves pumping energy from outside the system into the system itself, you can cause the entropy of this non-isolated system to artificially decrease.

The big question, before we even get to the Universe, is to imagine that along with these hot and cold particles, there’s also a clock inside the system. If you were inside the system, had no knowledge of the demon, but saw the gate opening and closing rapidly in various places — seemingly at random — and experienced one side of the room getting hotter while the other got colder, what would you conclude?

Would it appear that time was running backwards? Would the hands on your watch start ticking backwards instead of forwards? Would it appear to you that the flow of time had reversed itself?

We’ve never performed this experiment, but as far as we can tell, the answer ought to be “no.” We have experienced conditions where entropy:

both in systems on Earth and for the Universe as a whole, and as far as we can tell, time continues to always march forward at the same rate it always does: one second per second.

A light-clock, formed by a photon bouncing between two mirrors, will define time for any observer. . [+] Although the two observers may not agree with one another on how much time is passing, they will agree on the laws of physics and on the constants of the Universe, such as the speed of light. Most importantly, time always appears to run forward, never backwards.

In other words, there is a perceived arrow of time, and there is a thermodynamic arrow of time, and they both always point in the forward direction. Is this causation? While some — notably Sean Carroll — speculate that they are linked in some fashion, we should remember that is pure speculation, and that no link has ever been uncovered or demonstrated. As far as we can tell, the thermodynamic arrow of time is a consequence of statistical mechanics, and is a property that emerged for many-body systems. (You might need at least three.) The perceived arrow of time, however, seems largely independent of anything entropy or thermodynamics may do.

What, if anything, happens when we bring the expanding Universe into the equation?

It’s true that, for all of time since (at least) the hot Big Bang, the Universe has been expanding. It’s also true that while time is linear, passing at that constant perceived rate of one second per second, the rate at which the Universe expands is not. The Universe expanded much more quickly in the past, is expanding more slowly today, and will asymptote to a finite, positive value. This, as far as we understand it, means that distant galaxies that aren’t gravitationally bound to us will continue to recede from our perspective, faster and faster, until what remains of our Local Group is the only remaining thing we can access.

The far distant fates of the Universe offer a number of possibilities, but if dark energy is truly a . [+] constant, as the data indicates, it will continue to follow the red curve, leading to the long-term scenario described here: of the eventual heat death of the Universe. If dark energy evolves with time, a Big Rip or a Big Crunch are still admissible.

But what if this weren’t the case? What if, as in some theoretical variants of evolving dark energy, the expansion were to continue to slow down, eventually stop altogether, and then gravity would cause the Universe to contract? It’s still a plausible scenario, although the evidence doesn’t point to it, and if it pans out, the Universe could still end in a Big Crunch in the far future.

Now, if you take an expanding Universe and apply that earlier symmetry to it — time-reversal symmetry — you’ll get a contracting Universe out of it. The reverse of expansion is contraction if you time-reversed the expanding Universe, you’d get a contracting Universe. But within that Universe, we have to look at the things that are still happening.

Gravitation is still an attractive force, and particles that fall into (or form) a bound structure still exchange energy and momentum through elastic and inelastic collisions. The normal matter particles will still shed angular momentum and collapse. They will still undergo atomic and molecular transitions and emit light and other forms of energy. To put it bluntly, everything that makes entropy increase today will still make entropy increase in a contracting Universe.

This image, which represents the evolution of the expanding Universe, shows time flowing forward . [+] along with our Universe's expansion. As time goes forward, entropy increases. To the best of our knowledge, if the expansion reversed itself, entropy would continue increasing and time would keep flowing forward.

So if the Universe contracts, entropy will still go up. In fact, the biggest driver of entropy in our Universe is the existence and formation of supermassive black holes. Over the history of the Universe, our entropy has increased by about 30 orders of magnitude the supermassive black hole at the center of the Milky Way alone has more entropy than the entire Universe had just 1 second after the hot Big Bang!

Not only would time continue to run forward, as far as we know, but the instant that preceded the Big Crunch would have enormously more entropy than the Universe did at the start of the hot Big Bang. All the matter and energy, under those extreme conditions, would start to merge together as all the supermassive black holes had their event horizons begin to overlap. If there were ever a scenario where gravitational waves and quantum gravitational effects could show up on macroscopic scales, this would be it. With all the matter and energy compressed into such a tiny volume, our Universe would form a supermassive black hole whose event horizon was billions of light-years across.

From outside a black hole, all the infalling matter will emit light and always is visible, while . [+] nothing from behind the event horizon can get out. But if you were the one who fell into a black hole, what you'd see would be interesting and counterintuitive, and we know what it would actually look like.

Andrew Hamilton, JILA, University of Colorado

What’s interesting about this scenario is that clocks run differently when you’re in a strong gravitational field: where you’re at small enough distances from a large enough mass. If the Universe were to recollapse and approach a Big Crunch, we’d inevitably find ourselves approaching the edge of a black hole’s event horizon, and as we did, time would begin dilating for us: stretching our final moment out towards infinity. There would be some sort of race occurring as we fell into a black hole’s central singularity, and as all the singularities merged to lead to the ultimate demise of our Universe in a Big Crunch.

What would happen after that? Would the Universe simply wink out of existence, like a complicated knot that suddenly was manipulated in such a way that it came undone? Would it lead to the birth of a new Universe, where this Big Crunch would lead to another Big Bang? Would there be some sort of cutoff, where we’d only get so far into the crunch scenario before the Universe rebounded, giving rise to some sort of rebirth without reaching a singularity?

These are some of the frontier questions of theoretical physics, and while we don’t know the answer, one thing seems to be true in all scenarios: the entropy of the entire Universe still increases, and time always runs in the forward direction. If this turns out not to be correct, it’s because there’s something profound that remains elusive to us, still waiting to be discovered.


The big picture

First off, it's important to note that we live in an expanding universe. Every day the galaxies get farther apart from each other — on average. There are slight motions on top of that general expansion, leading to instances such as the Andromeda Galaxy heading on a collision course for the Milky Way. But in general, in the biggest of pictures, the galaxies are getting farther away from each other.

A key feature of this expansion is how uniform it is. Imagine a bunch of folks standing around the edges of a stretchy piece of fabric, tugging at it. Let us assume they're choreographed well and are able to walk backward and pull at the same rate. You, standing in the middle, would correctly observe that your "universe" is expanding: any objects placed on that fabric would slowly move away from you.

Because stretchy stuff is stretchy, the objects on the fabric close to you would appear to move away with some speed, but the farther objects would appear to move faster. Even though the folks doing the pulling are moving at a constant speed, the واضح stretch changes with distance. I swear this is true you can even try it for yourself at home!

Now, let's jump to the universe. It's as if a bunch of folks are at the edge of the cosmos, gently tugging at the fabric of space-time, stretching it. Edwin Hubble was the first to measure the expansion rate. The number he got was way wrong, so I won't bother mentioning it, but good on him for trying. The more modern value is 68 kilometers per second per megaparsec, plus or minus a couple, but close enough.

I know, I know. You were probably following along just fine until that odd "per megaparsec" popped up. It's a distance: One megaparsec is 1 million parsec, which is 3.26 million light-years.

It means that if you look at a galaxy 1 megaparsec away, it will appear to be receding away from us at 68 km/s. If you look at a galaxy 2 megaparsec away, it recedes at 136 km/s. Three megaparsec away? You got it! 204 km/s. And on and on: for every megaparsec, you can add 68 km/s to the velocity of the far-away galaxy.


Is it possible that the Universe is expanding due to additional Big Bang events? - الفلك

Science deals with testable hypotheses, i.e. ideas that are falsifiable through prediction and experiment. As it is only possible to interact with the contents of the Universe, it is essentially impossible to ask a scientific question about what is external to the Universe, whether spatially or temporally (assuming either is even possible).

It is possible that if there are additional dimensions and mutliple universes that interact with the 4 traditional dimensions, then we may eventually be able to learn of things that were once external to the Universe. However, such ideas are currently not testable and so might be classified as applied mathematics rather than science.

In short, questions about events that were before or outside the Universe are not currently scientific questions, and likely never will be.

This page was last updated on July 3, 2015.

عن المؤلف

مايك جونز

Mike is a fourth year astronomy graduate student at Cornell, where he works with Professors Martha Haynes and Riccardo Giovanelli on the ALFALFA survey, a blind survey of gas-rich galaxies in the local Universe carried out with the 305m Arecibo telescope in Puerto Rico.


Is it possible that the Universe is expanding due to additional Big Bang events? - الفلك

I am a 6th grade science teacher. Currently I am teaching our astronomy/space exploration unit. During class a student asked this question:

If you built an unending line of reflectors out into space, could light be reflected across the universe and back to earth at the same degree of light energy that was originally transmitted?

We teachers have a difference of opinion about the answer to this question. Could you assist with the answer?

1) One group of teachers says 'yes'. Light could be reflected continuously and at the same energy level as was originally sent. This would be accomplished because the reflectors would mirror exactly the light intensity level which was originally sent. This capture and reflection process of the original light energy could potentially go on forever - through millions of light year distances in outer space.

2) The other group says "no". Due to the expanded cone shape which light rays create when transmitted - there would be no reflector that could 'catch' all of the light rays. Thus, through millions of reflections and potentially through the process of entropy, eventually the total light energy originally transmitted would diminish in intensity. Eventually, while reflecting this light across millions of light year miles - the light would be lost to outer space.

Could you help us with the answer to this question?

What a good question! Both groups of teachers make very good points. It turns out that there are a few things to consider:

1. Although we like to think of everyday mirrors as "perfect" reflectors, they aren't: a little bit of light is absorbed (and therefore lost) with each reflection. The same is true with transmission through a clear material like glass: in this case, a little bit of the light impinging on the glass is actually reflected instead of transmitted (we've all seen faint reflections against a glass window that's a manifestation of this effect). Since a little bit of light is lost with each reflection of a normal mirror, we can't "reflect" the light to the edge of the Universe.

But who says that we have to use real-life mirrors? Let's assume that we have access to "perfect" mirrors, that reflect all of the light that we impinge on them. Let's also assume that we can place these mirrors anywhere we want in the Universe with infinite accuracy, that no other objects in the Universe (or light from these objects) contaminates our experiment, and that we can measure the energy of each photon in the light we send out with infinite accuracy at each stage. Now can we reflect it infinitely, as the first group suggests?

2. The second group has a good point about the expansion of a light wave front as it travels: as we get farther away from the source that emitted the light, we have to build bigger surfaces to reflect the latter. It turns out that this is also the case for highly collimated beams of light like those from lasers: they too "spread out" as they propagate through space. So if light spreads out as it travels and you have to keep building a bigger perfect mirror to reflect it all, then you can't propagate the light infinitely since eventually you'd have to build an infinite mirror (which even in our idealized world we'll assume is impossible).

But what if we used perfect منحن mirrors instead of مستوي ones? We could curve the mirrors and make them just concave enough to counteract the spreading of the light from one mirror to the next. Then the size of the mirrors could always be finite, since we would "focus" the light often enough to avoid having really big mirrors. So perhaps we can reflect a signal infinitely and retain all its energy after all.

3. It turns out that the Universe itself has to be taken into account in this experiment, because it's expanding! The expansion of the Universe causes a الانزياح الأحمر of light propagating in it - the wavelength of the light expands along with spacetime in the Universe, and that causes the energy of the light to decrease. Even if we bounce the light off perfect curved mirrors as we propagate it through the Universe, we can't avoid the effects of the redshift. This means that although we can preserve the *number* of photons that we emit, we can't preserve their energy - it will always decrease.

All of these things considered, I think a fair answer to your student's question is this: إذا you use perfect mirrors and إذا you curve at least some of them to counteract the spreading of the light beam you send out, then you can keep reflecting every single photon you started with indefinitely, and certainly to the end of the Universe and back. However, each of these photons will lose energy because of the expansion of the Universe, and so you can never retain the same amount of energy, just the number of photons.

I hope that this clarifies matters! If you have any additional questions, feel free to write back. It's a pleasure to help teachers give their students a better understanding of physics and astronomy!

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 باحث في جامعة غرب أستراليا.


شاهد الفيديو: نظرية الإنفجار الكبير. وبداية نشأة الكون (ديسمبر 2021).