An urgent question, though it’s being continuously asked in so many scientific, philosophical and religious forms.
As from a human logic about causality, it seems that we will always have the same question with every new/higher level and with every scientific discovery, about where everything came from.
Cosmic Inflation is the most promising and precise theory that could describe what happened then, supported with many evidences, such as Cosmic Microwave Background (CMB) in all directions, almost with the same temperature everywhere (a few degrees above the absolute zero). Also Hubble discovery about the Universe’s expansion, which shows light from distant objects is red-shifted in relative to the distance to those objects.
According to cosmic inflation theory, the Universe expanded exponentially in an epoch lasted from 10⁻³⁶ seconds after the estimated Big Bang singularity to sometime between 10⁻³³ and 10⁻³² seconds, where a Planck length sized region of space (~1.6×10⁻³⁵ m) had been stretched to the size of the current observable Universe.
So, if we try to imagine the Universe before the Big Bang, we would find that all toady’s ~92 billion light-years diameter of matter and energy were stuffed into a small, hot and dense some sphere shape, in other words, more than ~10^82 atoms in the known, observable universe (In layman’s terms, that works out to between ten quadrillion vigintillion and one-hundred thousand quadrillion vigintillion atoms), All the Standard Model stuff and all hypothetical dark matter something, with anything else we could call as a part of our known universe, which were all have massively tremendous energy levels, could be the same form of energy within the fabric of space-time itself, and we don’t know for certain -at least until now- where all that energy came from.
So, the Big Bang can’t be introduced as the beginning of the Universe, nor the beginning of space fabric existence.
Back to the answer of the question, as mentioned, at those earlier times things were so hot that atomic nuclei would allow the first nuclear reactions, producing the light elements (i.e Hydrogen, helium, lithium and beryllium). Light elements were produced in the first few minutes of the Universe through a sequence of nuclear reactions known as Big Bang nucleosynthesis (BBN), here is a new outstanding papershows how calculations and the interactions happened.
Before that, things were so hot and dense in a form of pure energy, that could create particle/antiparticle pairs! E = mc² and some Quantum laws.
BOOM! The famous primal soup, quark-gluon plasma.
Back in time 13.8 billion years ago, when our known Universe started, all forces were unified in one super-force, which is beyond current achievable energy levels for now (however, scientific discoveries is well underway to define Unified forces), go further before that time, you would hit the singularity, where the known laws of physics are not applicable.
Big Bang couldn’t explain that, instead it came with many verified predications, so we are all waiting for more, who knows, we might never know.
I hope that I described the scientific information correctly, and helped somehow to deliver that part of the modern physics perspective. All corrections and opinions are welcome.
Edited for typo, hyperlink and rephrasing.
ترجمة للعربي بناءً على طلب صديق:
من أين أتى كل هذا الهيدروجين في الانفجار العظيم؟
سؤال مُلح، رغم أنه يُسأل باستمرار منذ فجر التاريخ، في صيغ مختلفة، علمية وفلسفية ودينية.
ويبدو أن المنطق البشري يحكمنا دائماً من خلال السببية والتساؤل الدائم مع كل مستوى أعلى أو كشف علمي جديد، من أين أتى كل ذلك.
التوسع أو التضخم الكوني هي أكثر نظرية واعدة ودقيقة بشأن تفسير تلك الفترة في بداية الكون المعروفة. وهي نظرية مدعومة بالعديد من الأدلة والتجارب، من أهمها: إشعاع الخلفية الكوني الميكروي (CMB) والموجود في كل الاتجاهات بنفس درجة الحرارة تقريباً (درجات بسيطة فوق الصفر المطلق). وأيضاً في عشرينات القرن العشرين، اكتشاف "إدوين هابل" للتوسع الكوني وتباعد المجرات عن بعضها البعض بدلالة الطول الموجي للضوء والانزياح نحو اللون الأحمر كلما ابتعدت الأجسام، فيما يعرف بتأثير "دوبلر".
وطبقاً لنظرية التضخم الكوني "الذي حدث في لحظات قليلة في بداية الكون المعروفة"، حدث توسع للكون بتزايد مُطرد في الفترة من 10⁻³⁶ من الثانية الأولى المحتسبة لمفردة الانفجار العظيم وامتد التضخم تقريباً إلى الفترة 10⁻³² من تلك الثانية، وهو زمن قصير جداً بحسابتنا البشرية. في تلك الفترة تمددت مسافة من الفضاء تسمى بمسافة بلانك "أصغر وحدة يمكن قياسها (~1.6×10⁻³⁵ m)" إلى حجم الكون المعروف حالياً.
ولو حاولنا تخيل الكون إبان فترة الانفجار العظيم، حيث الكون المعروف اليوم والذي قطره حوالي 92 مليار سنة ضوئية من المادة والطاقة/الإشعاع، نجد أن كل ذلك كان مكتظ بداخل مساحة شبه كروية صغيرة ومهولة في الكثافة والحرارة، بمعنى آخر، عدد 10^82 من الذرات المحسوبة تقريباً كإجمالي الكون المرصود، والتي هي كل مكونات النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، والإشعاع الموجود في الكون وأيضاً المكون الافتراضي للمادة المظلمة وأيا ما يمكن أن نحتسبه كجزء من الكون... كل تلك المكونات كانت تحمل مستويات عظيمة من الطاقة، قد تكون نفس نوع الطاقة الموجودة في نسيج الزمكان في حد ذاته -قد تكون شبيهة بالطاقة المظلمة- والتي لا نعرف على سبيل التحديد -حتى الآن- كيف تولدت، قد تكون أبدية؟
لذلك، لا يصح علمياً تقديم نظرية الانفجار العظيم على أنها بداية الكون ككل ولا بداية نسيج الفضاء/الزمكان.
وبالعودة لإجابة السؤال،
في الفترة المبكرة المذكورة للانفجار العظيم -وهو ليس انفجار حرفي ولكنه مصطلح وليس له مركز ولكنه حدث في كل مكان- كانت الجسيمات ساخنة جدا لدرجة تسمح بالاندماج النووي والتفاعلات الأولى التي أنتجت كل العناصر الخفيفة بدايةً بالهيدروجين والهيليوم، والتي تم حساب نسبتها اليوم بشكل مبهر،
(Big Bang nucleosynthesis, aka BBN)
قبل ذلك، كانت الجسيمات كثيفة جدا وتحمل طاقة مهولة في شكل طاقة نقية والتي تسمح بإنتاج أزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة طبقاً لمعادلة النسبية الشهيرة وبعض حسابات ميكانيكا الكم. من هنا يأتي مصطلح (حساء الكون البدائي - primordial soup - quark-gluon plasma).
منذ 13.8 مليار سنة، وعند بداية الكون المعلومة لنا، كانت القوى الرئيسية (الكهرومغناطيسية والنووية القوية والضعيفة والجاذبية) مدمجة في شكل واحد من الطاقة (super-force) والتي هي خارج نطاق مستويات الطاقة التي يمكن تحقيقها حالياً من خلال العلم المعروف (ولكن قطعنا أشواطاً كبيرة في تعريفها وتوحيد قوانين 3 من تلك القوى عند مستويات مرتفعة من الطاقة) ، قبل ذلك نصطدم بالمفردة (singularity) حيث لا تنطبق قوانين الفيزياء الحالية.
لم تستطع نظريات الانفجار العظيم والتوسع الكوني شرح ذلك، ولكن في المقابل تم تقديم تنبؤات موثّقة ودقيقة جداً تؤكد ما حدث بشكل مفهوم نسبياً، لذلك مازلنا في انتظار السبق العلمي والتحدي المشهور لتوحيد النسبية مع ميكانيكا الكم تحت نظرية كل شيء، ومن يعلم، ربما لا نعرف أبداً!
أرجو أن أكون نجحت في شرح الحقائق العلمية بشكل صحيح لتوصيل هذه الجزئية من مفهوم الفيزياء الحديثة، وكل التعليقات والتصحيحات مُرحب بها.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق