ما قبلاً وارد دوره ششم و آخر جهان خود شده ایم

تصویری از تاریخ کیهانی ما ، از بیگ بنگ تا زمان حال ، در چارچوب.[+] جهان در حال گسترش. ما با وجود آنچه بسیاری ادعا کرده اند ، نمی توانیم مطمئن باشیم که جهان از یک تکینگی آغاز شد. با این حال ، ما می توانیم تصویری را که می بینید بر اساس خواصی که جهان در آن زمان های خاص داشته است ، در دوره های مختلفی قرار دهیم. ما در حال حاضر در دوره ششم و آخر جهان هستیم.

تیم علوم ناسا / WMAP

جهان امروز همانند دیروز همان نیست. با هر لحظه که می گذرد ، تعدادی از تغییرات ظریف اما مهم رخ می دهد ، حتی اگر بسیاری از آنها در بازه های زمانی قابل اندازه گیری و قابل اندازه گیری غیرقابل تصور باشند. جهان در حال گسترش است ، به این معنی که فاصله بین بزرگترین ساختارهای کیهانی با زمان در حال افزایش است.

یک ثانیه پیش ، جهان کمی کوچکتر بود. یک ثانیه از این پس ، جهان کمی بزرگتر خواهد شد. اما این تغییرات ظریف هم در بازه های زمانی بزرگ و کیهانی ایجاد می شود و بیش از مسافت ها تأثیر می گذارد. با گسترش جهان ، اهمیت نسبی تابش ، ماده ، نوترینوها و انرژی تاریک همه تغییر می کند. دمای جهان تغییر می کند. و آنچه در آسمان می بینید نیز به طرز چشمگیری تغییر خواهد کرد. همه گفته شده ، شش دوره مختلف وجود دارد که می توانیم جهان را به آن تقسیم کنیم و ما در حال حاضر در مرحله نهایی هستیم.

چقدر (بالا) ، تابش (میانه) و یک ثابت کیهان شناختی (پایین) همه با زمان در تکامل می یابند.[+] یک جهان در حال گسترش. با گسترش جهان ، چگالی ماده رقیق می شود ، اما تابش نیز خنک تر می شود زیرا طول موج آن به حالت های طولانی تر و کم انرژی کشیده می شود. از طرف دیگر ، چگالی انرژی تاریک اگر همانطور که در حال حاضر تصور می شود رفتار کند ، واقعاً ثابت خواهد ماند: به عنوان نوعی انرژی ذاتی برای خود فضا.

E. Siegel / فراتر از کهکشان

دلیل این امر را می توان از نمودار بالا درک کرد. هر آنچه در جهان ما وجود دارد ، انرژی مشخصی در آن دارد: ماده ، تابش ، انرژی تاریک و غیره. با گسترش جهان ، حجم این اشکال انرژی در حال تغییر است و هرکدام چگالی انرژی خود را متفاوت می کنند. به طور خاص ، اگر افق قابل مشاهده را با متغیر A تعریف کنیم ، پس:

• ماده چگالی انرژی آن به عنوان 1/ A 3 تکامل خواهد داشت ، زیرا چگالی (برای ماده) فقط جرم بیش از حجم است و جرم به راحتی می تواند از طریق E = MC 2 به انرژی تبدیل شود.
• تابش چگالی انرژی خود را به صورت 1/ A 4 تکامل می بخشد ، زیرا (برای تابش) چگالی تعداد تعداد ذرات تقسیم بر حجم است و انرژی هر فوتون جداگانه با گسترش جهان گسترش می یابد و یک عامل اضافی 1/ اضافه می کندنسبت به ماده ،

   

یک تاریخچه بصری از جهان در حال گسترش شامل حالت گرم و متراکم معروف به Big Bang و.[+] رشد و شکل گیری ساختار متعاقباً. مجموعه کامل داده ها ، از جمله مشاهدات عناصر نوری و پس زمینه مایکروویو کیهانی ، فقط Big Bang را به عنوان یک توضیح معتبر برای همه آنچه می بینیم ، می گذارد. با گسترش جهان ، همچنین خنک می شود ، یون ها ، اتم های خنثی و در نهایت مولکول ها ، ابرهای گازی ، ستاره ها و در نهایت کهکشان ها را قادر می سازد.

جهانی که مدت زمان طولانی تری داشته است ، بیشتر گسترش خواهد یافت. در آینده خنک تر خواهد بود و در گذشته داغ تر بود. در گذشته از نظر گرانشی یکنواخت تر بود و اکنون هم جمع شده است. در گذشته کوچکتر بود و در آینده بسیار بزرگتر خواهد بود.

با استفاده از قوانین فیزیک در جهان و مقایسه راه حل های احتمالی با مشاهدات و اندازه گیری هایی که به دست آورده ایم ، می توانیم تعیین کنیم که هم از کجا آمده ایم و هم به کجا می رویم. ما می توانیم تاریخ گذشته خود را تا تمام راه بازگشت به ابتدای Big Big Big و حتی قبل از آن ، به دوره ای از تورم کیهانی برگردانیم. ما می توانیم جهان فعلی خود را به آینده ای بسیار دور نیز برون یابی کنیم و سرنوشت نهایی را که در انتظار همه چیز است پیش بینی کنیم.

کل تاریخ کیهانی ما از نظر تئوری به خوبی درک شده است ، اما فقط به این دلیل که ما درک می کنیم.[+] نظریه گرانش که زیربنای آن است ، و به دلیل اینکه ما می دانیم میزان گسترش و ترکیب انرژی فعلی جهان است. نور همیشه از طریق این جهان در حال گسترش به تبلیغ خود ادامه خواهد داد ، و ما همچنان آن نور را به طور خودسرانه به آینده دریافت خواهیم کرد ، اما به موقع محدود خواهد شد تا آنچه به ما می رسد. ما برای ادامه دیدن اشیاء در حال حاضر قابل مشاهده ، باید به روشنایی های ضعیف تر و طول موج های طولانی تر تحقیق کنیم ، اما محدودیت های فناوری و نه فیزیکی هستند.

نیکول راگر فولر / بنیاد ملی علوم

هنگامی که ما خطوط تقسیم کننده را بر اساس نحوه رفتار جهان ترسیم می کنیم ، می فهمیم که شش دوره مختلف وجود دارد که می گذرد.

1. دوره تورمی: که پیش از آن بود و Big Bang Hot را تنظیم کرد.
2. عصر سوپ اولیه: از آغاز انفجار بزرگ تا آخرین برهمکنش های هسته ای و ذرات دگرگون کننده در اوایل کیهان رخ می دهد.
3. عصر پلاسما: از پایان فعل و انفعالات هسته ای و ذرات غیر پراکنده تا زمانی که کیهان به اندازه کافی سرد شود تا به طور پایدار ماده خنثی تشکیل شود.
4. عصر تاریک: از تشکیل ماده خنثی تا زمانی که اولین ستاره ها و کهکشان ها محیط بین کهکشانی کیهان را دوباره یونیزه کنند.
5. عصر ستاره ای: از پایان یونیزه شدن مجدد تا زمانی که شکل گیری و رشد ساختاری در مقیاس بزرگ بر اثر گرانش متوقف شود، زمانی که چگالی انرژی تاریک بر چگالی ماده غالب شود.
6. عصر انرژی تاریک: مرحله نهایی جهان ما، که در آن انبساط شتاب می گیرد و اجسام قطع شده به طور برگشت ناپذیر و برگشت ناپذیر از یکدیگر دور می شوند.

ما قبلاً میلیاردها سال پیش وارد این دوره نهایی شده بودیم. بیشتر رویدادهای مهمی که تاریخ کیهان ما را مشخص می کنند قبلاً رخ داده اند.

نوسانات خود فضازمان در مقیاس کوانتومی در طول کیهان کشیده می شوند.[+] تورم، که باعث ایجاد نقص در امواج چگالی و گرانشی می شود. اینکه آیا تورم از یک تکینگی نهایی ناشی شده است یا خیر، ناشناخته است، اما امضای این که آیا آن رخ داده است در جهان قابل مشاهده ما قابل دسترسی است.

E. Siegel، با تصاویر مشتق شده از ESA/Planck و گروه ضربت بین سازمانی DoE/NASA/NSF در تحقیقات CMB

1.) دوران تورم. قبل از انفجار بزرگ، جهان پر از ماده، پادماده، ماده تاریک یا تشعشع نبود. با هیچ نوع ذره ای پر نشده بود. در عوض، پر از شکلی از انرژی ذاتی خود فضا بود: شکلی از انرژی که باعث شد کیهان هم به شدت سریع و هم بی امان، به صورت تصاعدی منبسط شود.

• کیهان را از هر هندسه ای که قبلاً داشت، به حالتی کشید که از نظر فضایی صاف قابل تشخیص نبود.
• این یک تکه کوچک و مرتبط با علت از کیهان را به قسمتی بسیار بزرگتر از جهان قابل مشاهده کنونی ما گسترش داد: بزرگتر از افق علی فعلی.
• ذراتی که ممکن است وجود داشته باشد را گرفت و به سرعت جهان را گسترش داد که هیچ یک از آنها در منطقه ای به اندازه جهان مرئی ما باقی نماند.
• و نوسانات کوانتومی که در طول تورم رخ داد، بذرهای ساختاری را ایجاد کرد که باعث ایجاد شبکه کیهانی گسترده امروزی ما شد.

و پس از آن ، ناگهان ، حدود 13. 8 میلیارد سال پیش تورم به پایان رسید. تمام این انرژی ، که زمانی ذاتی خود فضا بود ، به ذرات ، ضد ذرات و تابش تبدیل شد. با این انتقال ، دوران تورمی به پایان رسید و Big Big Big آغاز شد.

در دماهای بالا به دست آمده در جهان بسیار جوان ، نه تنها ذرات و فوتون ها می توانند باشند.[+] به طور خودجوش ایجاد شده ، با توجه به انرژی کافی ، بلکه ضد ذرات و ذرات ناپایدار نیز ایجاد می شود و در نتیجه یک سوپ ذرات و آنتی بادی اولیه ایجاد می شود. با این حال ، حتی با وجود این شرایط ، فقط چند حالت خاص یا ذرات می توانند ظهور کنند.

آزمایشگاه ملی بروکهاون

2.) دوران سوپ اولیه. هنگامی که جهان در حال گسترش پر از ماده ، ضد ماده و تابش شود ، خنک می شود. هر وقت ذرات با هم برخورد می کنند ، هر جفت ذرات ذرات را طبق قوانین فیزیک مجاز می کنند. محدودیت اصلی فقط از انرژی تصادفات ناشی از آن ناشی می شود ، زیرا تولید توسط E = MC 2 اداره می شود.

با خنک شدن جهان ، انرژی کاهش می یابد ، و ایجاد جفت های ذرات عظیم ذرات سخت تر و سخت تر می شود ، اما نابودی ها و سایر واکنشهای ذرات بدون استفاده ادامه می یابد. 1 تا 3 ثانیه بعد از بیگ بنگ ، ضد ماده از بین رفته است و فقط ماده را پشت سر می گذارد. 3 تا 4 دقیقه بعد از Big Bang ، Deuterium پایدار می تواند تشکیل شود و نوکلئوزنتز عناصر نوری رخ می دهد. و پس از برخی از پوسیدگی های رادیواکتیو و چند واکنش هسته ای نهایی ، تمام آنچه ما باقی مانده ایم یک پلاسما یونیزه گرم (اما خنک کننده) است که از فوتون ها ، نوترینوها ، هسته های اتمی و الکترون ها تشکیل شده است.

در اوایل (سمت چپ) ، فوتون ها از الکترونها پراکنده می شوند و به اندازه کافی از نظر انرژی برای ضربه زدن به هر یک.[+] اتمها به حالت یونیزه شده باز می گردند. هنگامی که جهان به اندازه کافی خنک شد ، و از چنین فوتون های پر انرژی (سمت راست) عاری نیست ، آنها نمی توانند با اتم های خنثی تعامل داشته باشند ، و در عوض به سادگی جریان آزاد ، زیرا طول موج اشتباه دارند تا این اتم ها را به سطح انرژی بالاتر تحریک کنند.

E. Siegel / فراتر از کهکشان

3.) دوره پلاسما. هنگامی که این هسته های سبک شکل می گیرند ، آنها تنها اشیاء با بار مثبت (برقی) در جهان هستند و در همه جا هستند. البته ، آنها با مقدار مساوی از بار منفی به شکل الکترون متعادل می شوند. هسته ها و الکترونها اتم را تشکیل می دهند ، بنابراین ممکن است طبیعی به نظر برسد که این دو گونه از ذرات بلافاصله یکدیگر را پیدا کنند و اتم ها را تشکیل دهند و راه را برای ستاره ها هم هموار کنند.

متأسفانه برای آنها، تعداد فوتون ها - بیش از یک میلیارد به یک - بیشتر است. هر بار که یک الکترون و یک هسته به یکدیگر متصل می شوند، یک فوتون با انرژی کافی همراه می شود و آنها را از هم جدا می کند. تا زمانی که کیهان به طور چشمگیری سرد شود، از میلیاردها درجه تا فقط هزاران درجه، اتم های خنثی در نهایت می توانند تشکیل شوند.(و حتی پس از آن، فقط به دلیل یک انتقال اتمی خاص امکان پذیر است.)

در آغاز عصر پلاسما، محتوای انرژی کیهان تحت سلطه تابش است. در پایان، ماده معمولی و تاریک بر آن تسلط دارد. این مرحله سوم ما را به 380000 سال پس از انفجار بزرگ می برد.

نمودار شماتیکی از تاریخ کیهان، که یونیزه شدن مجدد را برجسته می کند. قبل از ستاره ها یا کهکشان ها[+] تشکیل شد، جهان پر از اتم های خنثی مسدود کننده نور بود. در حالی که بیشتر کیهان تا 550 میلیون سال بعد دوباره یونیزه نمی شود، برخی از مناطق زودتر و برخی دیگر دیرتر به یونیزه شدن کامل می رسند. اولین امواج بزرگ یونیزه شدن مجدد در حدود 250 میلیون سال سن شروع می شود، در حالی که چند ستاره خوش شانس ممکن است فقط 50 تا 100 میلیون سال پس از انفجار بزرگ شکل بگیرند. با ابزارهای مناسب، مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب، ممکن است شروع به آشکارسازی اولین کهکشان ها کنیم.

S. G. Djorgovski و همکاران، مرکز رسانه دیجیتال Caltech

4.) دوران تاریکی. پر از اتم های خنثی، در نهایت، گرانش می تواند فرآیند تشکیل ساختار در جهان را آغاز کند. اما با وجود همه این اتم های خنثی در اطراف، آنچه ما در حال حاضر به عنوان نور مرئی می شناسیم در سراسر آسمان نامرئی خواهد بود.

چرا؟زیرا اتم های خنثی، به ویژه به شکل غبار کیهانی، در مسدود کردن نور مرئی برجسته هستند.

برای پایان دادن به این دوران تاریک، محیط بین کهکشانی باید دوباره یونیزه شود. این امر مستلزم مقادیر عظیمی از تشکیل ستاره و تعداد بسیار زیاد فوتون های فرابنفش است و به زمان، گرانش و شروع شبکه کیهانی نیاز دارد. اولین نواحی اصلی یونیزه شدن مجدد 200 تا 250 میلیون سال پس از انفجار بزرگ اتفاق می افتد، اما به طور متوسط تا زمانی که کیهان به 550 میلیون سال سن نرسد، یونیزه شدن مجدد کامل نمی شود. در این مرحله، نرخ ستاره زایی همچنان در حال افزایش است و اولین خوشه های کهکشانی عظیم تازه شروع به شکل گیری کرده اند.

Galaxy Cluster Abell 370 ، که در اینجا نشان داده شده است ، یکی از شش خوشه عظیم کهکشان بود که در آن تصویربرداری شده بود.[+] برنامه Fields Hubble Frontier. از آنجا که از رصدخانه های بزرگ دیگر نیز برای تصویربرداری از این منطقه از آسمان استفاده شده است ، هزاران کهکشان فوق العاده دور از ذهن آشکار شد. با مشاهده دوباره آنها با یک هدف علمی جدید ، برنامه بوفالو هابل (فراتر از میدان های مرزی فوق العاده عمیق و مشاهدات میراث) مسافت هایی را برای این کهکشان ها به دست می آورد و ما را قادر می سازد تا درک کنیم که کهکشان ها چگونه شکل می گیرند ، تکامل می یابند و در جهان ما بزرگ می شوند. هنگامی که با اندازه گیری های نور داخل سلولی ترکیب می شویم ، می توانیم از طریق چندین خط شواهد از همان ساختار ، از ماده تاریک در داخل ، درک حتی بیشتری کسب کنیم.

ناسا ، ESA ، A. Koekemoer (STSCI) ، M. Jauzac (دانشگاه دورام) ، C. Steinhardt (موسسه نیلز بور) و تیم بوفالو

5.) دوران ستاره ای. پس از اتمام قرون تاریک ، جهان اکنون به سبک ستاره شفاف است. شکافهای بزرگ کیهان اکنون در دسترس است ، با ستاره ها ، خوشه های ستاره ، کهکشان ها ، خوشه های کهکشان و وب کیهانی بزرگ و در حال رشد که همه در انتظار کشف هستند. جهان تحت سلطه ، با انرژی ، توسط ماده تاریک و ماده عادی است و ساختارهای گرانشی محدود همچنان بزرگتر و بزرگتر می شوند.

نرخ شکل گیری ستاره بالا می رود و افزایش می یابد و حدود 3 میلیارد سال پس از بیگ بنگ به اوج خود می رسد. در این مرحله ، کهکشان های جدید همچنان شکل می گیرند ، کهکشانهای موجود همچنان به رشد و ادغام ادامه می دهند و خوشه های کهکشان بیشتر و بیشتر ماده را به خود جلب می کنند. اما مقدار گاز آزاد در کهکشان ها شروع به کاهش می کند ، زیرا مقادیر عظیمی از شکل گیری ستاره از مقدار زیادی از آن استفاده کرده است. به آرامی اما به طور پیوسته ، نرخ شکل گیری ستاره کاهش می یابد.

با افزایش زمان ، میزان مرگ و میر ستاره ای از میزان تولد پیشی خواهد گرفت ، واقعیتی که با تعجب زیر بدتر می شود: با کمال تعجب ماده با جهان در حال گسترش ، شکل جدیدی از انرژی - انرژی تاریک - شروع به ظاهر و تسلط می کند. 7. 8 میلیارد سال پس از بیگ بنگ ، کهکشانهای دوردست از کند شدن رکود اقتصادی خود از یکدیگر متوقف می شوند و دوباره شروع می کنند. جهان شتاب بر ما است. کمی بعد ، 9. 2 میلیارد سال پس از بیگ بنگ ، انرژی تاریک به مؤلفه غالب انرژی در جهان تبدیل می شود. در این مرحله ، ما وارد دوره نهایی می شویم.

سرنوشت های مختلف ممکن جهان ، با سرنوشت واقعی و شتاب دهنده ما در سمت راست نشان داده شده است. واد[+] پس از گذشت زمان کافی ، شتاب باعث می شود هر ساختار محدود کهکشانی یا فوق العاده ای که کاملاً در جهان جدا شده است ، زیرا همه ساختارهای دیگر به طور غیرقابل برگشت از بین می روند. ما فقط می توانیم به گذشته نگاه کنیم تا حضور و خواص انرژی تاریک را استنباط کنیم ، که حداقل به یک ثابت نیاز دارند ، اما پیامدهای آن برای آینده بزرگتر است.

6.) سن انرژی تاریک. هنگامی که انرژی تاریک به پایان رسید ، اتفاق عجیب و غریب رخ می دهد: ساختار در مقیاس بزرگ در جهان رشد می کند. اشیاء که قبل از تصاحب انرژی تاریک به یکدیگر محدود بودند ، محدود خواهند شد ، اما مواردی که هنوز به شروع عصر انرژی تاریک محدود نشده اند ، هرگز محدود نمی شوند. درعوض ، آنها به سادگی از یکدیگر شتاب می گیرند و موجودات تنهایی را در وسعت بزرگ هیچ چیز پیش نمی برد.

ساختارهای محدود فردی ، مانند کهکشان ها و گروه ها/خوشه های کهکشان ها ، در نهایت ادغام می شوند تا یک کهکشان بیضوی غول پیکر تشکیل دهند. ستاره های موجود خواهند مرد. شکل گیری ستاره جدید به یک ترفند کند می شود و سپس متوقف می شود. فعل و انفعالات گرانشی بیشتر ستاره ها را به پرتگاه بین قاره ای بیرون می کشد. سیارات به دلیل فروپاشی توسط تابش گرانشی ، به ستاره های والدین یا بقایای ستاره ای خود مارپیچ می شوند. حتی سیاهچاله ها ، با طول عمر فوق العاده طولانی ، سرانجام از تابش شاهین پوسیده می شوند.

بعد از اینکه خورشید به کوتوله سیاه تبدیل می شود ، اگر هیچ چیز با بقایای زمین بیرون نرود یا برخورد نکند.[+] در نهایت اشعه گرانشی باعث می شود که ما به مارپیچ در اثر باقیمانده خورشید خود بلعیده و بلعیده شویم.

تصویر حسن نیت از جف برایانت

در پایان ، فقط ستارگان کوتوله سیاه و توده های جدا شده بسیار کوچک برای مشتعل کردن همجوشی هسته ای باقی خواهند ماند ، در این کیهان خالی و در حال گسترش از یکدیگر جدا شده و از یکدیگر جدا می شوند. این اجساد دولت نهایی حتی گوگول های سالهای بعد نیز وجود خواهند داشت و همچنان ادامه می یابد زیرا انرژی تاریک همچنان عامل اصلی در جهان ما است.

این دوره آخر ، از تسلط انرژی تاریک ، از قبل آغاز شده است. انرژی تاریک 6 میلیارد سال پیش برای گسترش جهان مهم شد و در زمان تولد خورشید و منظومه شمسی ما تسلط بر محتوای انرژی جهان را آغاز کرد. جهان ممکن است شش مرحله منحصر به فرد داشته باشد ، اما برای کلیت تاریخ زمین ، ما قبلاً در مرحله نهایی بوده ایم. نگاهی خوب به جهان اطراف ما بیندازید. این هرگز غنی - یا این دسترسی آسان - دوباره نخواهد بود.