درجة حرارة الكون أثناء الانفجار العظيم

إن نظرية الانفجار العظيم لأصل الكون هي نتيجة منطقية لاكتشاف عالم الفلك إدوين هابل أن الكون يتوسع. إذا كان من الممكن عكس التمدد ، فإن الكون بأكمله ، في وقت ما ، سينكمش في نقطة واحدة في الفضاء. استنتج العلماء ظروف الكون ودرجة حرارته في وقت قريب جدًا من هذا التفرد بناءً على ملاحظات الكون الحالي.

التفرد هو منطقة من الزمكان حيث يتم سحق المادة معًا بشكل وثيق لدرجة أن قوانين الجاذبية التي تفسرها النسبية العامة تنهار. في حالة التفرد ، يكون حجم الفضاء صفراً وكثافته لانهائية. طريقة أخرى لقول ذلك هي أن انحناء الزمكان لانهائي. يعتقد العلماء أن مثل هذا التفرد موجود في قلب الثقب الأسود ، والذي يحدث عندما تصل الشمس فائقة الكتلة إلى نهاية حياتها وتنهار. تتطلب النسبية العامة أيضًا وجود مثل هذا التفرد في بداية الكون المتوسع.

الانفجار الأعظم هو اللحظة التي أصبح فيها التفرد البدائي الكون. استنادًا إلى ملاحظات الأجسام البعيدة وقياسات إشعاع الخلفية الكونية ، العلماء استنتجوا درجة الحرارة في زمن بلانك ، وهي 10 ملايين تريليون تريليون جزء من أ ثانيا. في تلك اللحظة ، كانت درجة الحرارة 100 مليون تريليون تريليون كلفن (180 مليون تريليون تريليون درجة فهرنهايت). مر الكون بفترة توسع متسارع انتهت قبل أن تنقضي الثانية. بحلول هذا الوقت ، كانت درجة الحرارة قد بردت إلى 100 مليار كلفن (180 مليار درجة فهرنهايت).

بعد حوالي ثانية واحدة من الانفجار العظيم ، كان الكون أكثر كثافة من الماء بحوالي 400 ألف مرة ، وكانت درجة الحرارة 10 مليارات كلن. تتكون المادة بشكل رئيسي من البروتونات والنيوترونات. بعد 13.8 ثانية ، انخفضت درجة الحرارة إلى 3 مليارات كلن ، وبعد ثلاث دقائق و 45 ثانية ، انخفضت إلى مليار كلن. في هذه المرحلة ، بدأت النيوترونات والبروتونات في تكوين نوى الهيليوم. لم تتشكل الذرات الأولى إلا بعد 700000 سنة من الانفجار العظيم. بحلول ذلك الوقت ، انخفضت درجة الحرارة إلى عدة آلاف من الكلفن ، والتي كانت باردة بما يكفي لتشكيل البروتونات والإلكترونات ذرات الهيدروجين.

إلى جانب اكتشاف هابل أن الكون يتمدد ، والذي أدى إلى تطوير نظرية الانفجار الأعظم في المقام الأول ، هناك سببان آخران لقبول هذه النظرية. أحدها أنه يتنبأ بأن الهليوم الذي تشكل في وقت الانفجار العظيم يجب أن يمثل 25٪ من كتلة الكون ، وهو ما يلاحظه علماء الفيزياء الفلكية. الآخر هو أنه يتنبأ بأن درجة حرارة إشعاع الخلفية الكونية - the الشفق اللاحق للانفجار العظيم - يجب أن يكون 3 درجات فوق الصفر المطلق ، وكذلك الملاحظات أكد هذا.