
English: 
[MUSIC PLAYING]
Cosmic inflation
describes a period
of insane exponential
expansion right
after the instant
of the Big Bang.
It calls into question
our very understanding
of what the beginning of
the universe even means.
[MUSIC PLAYING]
The Big Bang theory
describes the earliest epochs
of our universe amazingly well.
It has made predictions
that have been verified
beyond reasonable doubt.
But two significant problems
with the simple model
tell us that
something strange must
have happened in early
times, an insane growth spurt
that we call inflation.
Today, I want to explain what
inflation is, why we need it,
and why essentially all
cosmologists believe
that it really happened.
The observable universe
is impossibly huge.
And I'm not exaggerating
the situation here.
It's so huge, 93
billion light years

Arabic: 
 
 
التضخم الكوني يصف فترة من
التوسع الهائل والمفاجئ مباشرةً بعد
لحظة الإنفجار العظيم
هذه الفترة هي موضع تساؤل لفهمنا
لماهيّة ومعنى بداية الكون
ترجمة: علي إبراهيم Ali M Ibrahem
Twitter:@96_alimibra
 
نظرية الإنفجار العظيم تصف العهود المبكرة
لكوننا بشكل جيد جداً
وقد صنعت تنبؤات تم التحقق منها
بعد الشكوك المنطقية
ولكن مشكلتان كبيرتان مع النموذج البسيط لهذه النظرية
تخبرانا أن شيء غريباً عليه أن يكون
قد حدث في الأوقات المبكرة, طفرة نمو مجنونة
نسميها التضخم
اليوم, سأشرح ماهو التضخم ولماذا نحتاجه
ولماذا -وبشكل أساسي- جميع علماء الفلك يؤمنون
بحدوثه
الكون المرصود ضخم بشكل لا يعقل
ولست أبالغ في قولي هذا
إنه ضخم جداً, 93 مليار سنة ضوئية

Arabic: 
من حافة لأخرى بحيث أن تلك النقاط البعيدة
يجب ألّا تمتلك الوقت لتتواصل مع بعضها البعض
ورغم هذا, في بعض النقاط في المسافات الماضية
يجب أن يكونوا قد تواصلوا
الخلفية الميكروية الكونية تخبرنا
أنهم -وفي وقت من الأوقات- كانوا قريبين من بعضهم البعض
ليختلطوا بشكل تام وسلس
هذه السلاسة لCMB تسمى بمشكلة الأفق
وتحدثنا عنها في الفيديو السابق
مشكلة الأفق ليست المشكلة الوحيدة المثيرة للقلق
في الCMB
يمكننا إستخدام الحجم الظاهري للتقلبات الخفيّة في
CMB لقياس تسطح نسيج الكون
الزمكان
والجواب الذي نحصل عليه غريب جداً
دعوني أفسر
قطعة مسطحة من الورق مسطحة
 
إرسم أي مثلث على أحد الجوانب وأضف الزوايا
ستساوي دائماً 180 درجة
إرسم نفس المثلث على سطح الكرة والتي
تحوي ما نسميه إنحناء موجب

English: 
from one edge to the other,
that those most distant points
should never have had time to
communicate with each other.
And yet, at some point
in the distant past,
they must have been in contact.
The cosmic microwave
background tells us
that they were once close enough
together to become perfectly,
smoothly mixed.
This smoothness of the CMB is
called the horizon problem.
And we talk about it
in the last video.
The horizon problem isn't
the only troubling feature
of the CMB.
We can use the apparent size
of the very subtle fluctuations
in the CMB to measure the
flatness of the fabric
of the universe, of spacetime.
And the answer we
get is very strange.
Let me explain.
A flat sheet of paper is flat.
Duh.
Draw any triangle on one
and add up the angles.
It's always 180 degrees.
Draw the same triangle on the
surface of a sphere, which
has what we call
positive curvature,

English: 
and the angles add
up to more than 180.
On a negative curvature
hyperbolic plane--
a saddle-like structure--
they add up to less.
Triangles in 3D space obey
exactly the same rules as
on 2D surfaces,
and their geometry
measures the curvature of space.
So now, think of
those blobs in the CMB
as the ends of very,
very long triangles.
We know the size of the
brightest of those blobs.
They're defined by how
fast sound waves could
have traveled by the
time the CMB was created.
And we know how
far away they are.
They're really, really far.
Using basic trigonometry,
those distances
tell us what the little
angle at this end should be.
It should be 1 degree,
assuming the universe is flat.
It should be larger if the
universe is positively curved,
smaller if negatively curved.
And yes, it's pretty
much exactly one degree.

Arabic: 
والزوايا ستكون أكبر من 180 درجة
على الإنحناء السالب سطح قطع زائد ولكن
بتركيبة تشبه السراج, هنا مجموع الزوايا ستكون أقل من 180 درجة
المثلثات في الفضاء الثلاثي الأبعاد تطيع نفس قوانين
الأسطح الثنائية الأبعاد, وهندستها
تقيس إنحناء الفضاء
إذاً الآن إفرض أن هذه البقع على الCMB
هي نهايات لضلعي مثلث طويل جداً
ونحن نعرف حجم ألمع تلك البقع
وهي معرّفة بمقدار السرعة التي يمكن أن تسافر بها
أمواج الصوت بالوقت الذي تشكلت فيه الCMB
ونحن نعلم كم هم بعيدون عنا
هم بعيدون جداً جداً
بإستخدام علم المثلثات الأساسي, هذه المسافات
تخبرنا بقياس الزاوية الصغيرة في هذه النهاية
يجب أن يكون قياسها 1 درجة بفرض أن الكون مسطح
ويجب أن تكون أكبر إذا كان الكون منحني بشكل إيجابي
وأصغر إذا كان منحني بشكل سلبي
ونعم إنها بالضبط 1 درجة

Arabic: 
بالإعتماد على دقة قياسنا بشكل كبير
نحن نعلم أن الإنحناء هو بين القيمة 0.4 و 1%
من التسطح التام
حسناً
إذا ماذا...؟
الكون مسطح..
لا, في الحقيقة إنه غريب للغاية
الكون المتوسع لا يميل لأن يبقى مسطحاً
وحتى وإن بدأ كذلك.
إليك هذا التشبيه, الطريقة الوحيدة لتحقق رمية ممتازة بكرة البولينغ
هي أن تبقي الكرة قريبة من مركز المسار
على طول الطريق إلى الهدف المراد
إذا لم تكن الكرة تتحرك بسرعة كافية
عندها أي إنحراف إبتدائي من المركز
سيرسل الكرة نحو الجوانب
نفس الأمر مع الكون
إذا كان مركز المسار يمثل كون مسطح
عندها الجوانب ستمثل الإنحراف الشديد
في الإتجاه السالب او الموجب
إذا بدأ الكون قليلاً بشكل غير مسطح
عندها عدم التسطح هذا سيتضخم بسرعة
إذاً إذا كان كوننا مسطح وبنسبة إنحناء 0.4% الآن
عندئذٍ في اللحظة الأولى, الكون

English: 
Based on the precision of
our measurements so far,
we know that the
curvature is within 0.4
of 1% of perfect flatness.
OK.
So what?
The universe is flat.
No, actually, it's
extremely weird.
An expanding universe
doesn't tend to stay flat,
even if it starts that way.
Analogy-- one way
to bowl a strike
is to keep the ball near
the center of the alley all
the way to the pins.
If the ball isn't
moving fast enough,
then any initial
deviation from dead center
will send it towards the gutter.
Same with the universe.
If the center of the alley
represents a flat universe,
then the gutters represent
extreme curvature
in the positive or
negative directions.
If the universe starts out
even a little bit not flat,
then that not-flatness
will amplify quickly.
So if our universe is flat to
within 0.4 of a percent now,
then in the first
instant, the universe

Arabic: 
عليه أن يكون مسطحاً لجزء من 10^62 -(أي وبنسبة خطأ 1 على 10^62)-
وهذا أشبه بدحرجة كرتك ببطئ شديد جداً
وبقاؤها ثابتة على مركز المسار بنسبة خطأ 0.4%
وبحيث أن يكون المسار بطول سنه ضوئية
رمية جميلة أيها الكون..!
مشكلة التسطح هذه هي بمقدار
مشكلة الأفق
كلاهما يبدو غريب إذا فرضنا أن الجاذبية النظامية هي دائماً
القوّة الوحيدة التي تؤثر بمعدل التوسع
بعد الشرارة الإبتدائية للإنفجار العظيم
علينا أن نلقي بهذا الإفتراض جانباً لأنه
يعطينا إجابة خاطئة
إنه موضوع علمي, أي شكك في إفتراضاتك
جرب..
إنه أمر ممتع..
إذاً تبين أنه يمكننا أن نصلح كلا المشكلتين
بفكرة وحيدة أنيقة تدعى التضخم
إليك محتواها, إبدأ بكون
مضغوط جداً بحيث يكون كامل الجزء المرصود منه

English: 
had to be flat to one part
in 10 to the power of 62.
That's like rolling your
ball really, really slowly
and having it stay
within 0.4 of a percent
of the center of the alley, and
the alley is a light year long.
Nice bowling, universe.
This flatness problem
is just as much
of an issue as the
horizon problem.
Both seem strange if we assume
that regular gravity was always
the only force affecting
the rate of expansion
after the initial
kick of the Big Bang.
We need to throw out that
assumption because it
is giving us the wrong answer.
That's a science thing,
questioning your assumptions.
Try it.
It's fun.
So it turns out that we can
fix both of these problems
with a single, elegant
idea called inflation.
It goes like this--
start with a universe
so crunched down that the entire
currently observable part of it

English: 
was all causally connected.
Then, for a very
short period of time,
blow it up much faster
than the speed of light
so that most of it appears
causally disconnected,
at which point inflation
stops and regular expansion
takes over.
This works because even a
very blotchy, curvy universe
is going to be much smoother and
flatter on its smallest scales.
Inflation takes a very
tiny, smooth, flat speck
of that blotchy,
curvy greater universe
and blows it up to a macroscopic
volume really, really fast.
That inflated speck subsequently
grows into the universe
that we know, but retains
its once subatomic smoothness
and flatness.
That's right.
According to inflation,
the universe that we see
is a tiny part of a
vastly larger universe
that itself may well be curved.

Arabic: 
متصل سببياً ببعضه
بعد ذلك, لفترة قصيرة جداً من الوقت
فجّره بسرعة أسرع من سرعة الضوء
وبالتالي معظمة يبدو غير متصل سببياً
عند هذه النقطة التضخم يتوقف والتوسع النظامي يبدأ سيطرته
 
هذا يعمل لأنه حتى الكون ذو البقع الكثيرة والمنحني
سيكون أكثر سلاسة وتصطحاً على المقاييس الصغيرة
التضخم يأخذ بقعة صغيرة وسلسة ومسطحة
من هذا الكون المنحني والمبقع جداً
ويفجرها لحجم ماكروسكوبي بشكل سريع جداً
هذه البقعة المتضخمة تنمو بعد ذلك إلى الكون
الذي نعرفه ولكنه يحتفظ بسلاسته وتسطحه على المقياس الذري
 
هذا صحيح
وفقاً للتضخم الكون الذي نراه
هو جزء صغير من كون شاسع بشكل هائل
وهذا بحد ذاته ربما يكون منحني

Arabic: 
جمال هذا الفكرة -فكرة التضخم-
يحل مشكلة التسطيح والأفق
بالفعل معظم علماء الفلك يظنون أن شيئاً
كهذا يجب أن يكون قد حدث
ليعمل هذا, هذا التوسع التضخمي
عليه أن يلقي بالمناطق المجاورة من الفضاء بعيداً
بسرعة أسرع من سرعة الضوء بمرات كثيرة
فهو يحتاج إلى أن يزيد حجم الكون
على الأقل بمقدار 10^26 مرّة بأقل من
10^-32 ثانية, وينتهي هذا عندما
يكون الكون ماكروسكوبي
شيء يمكنك دراسته..
فيما بعد 13.7 مليار سنه
الكون توسع بنفس المقدار
الذي توسعه أثناء التضخم
إذاً ما نوع الفيزياء المجنونة التي يمكن أن تصنع شيء كهذا..؟
في الحقيقة أتى أينشتاين بنفس الوصف
الرياضي الذي نحتاجه, تعبير مضاد للجاذبية سماه
بالثابت الكوني

English: 
The neatness with
which this inflation
solves both the horizon
and flatness problems
really has most cosmologists
thinking that something
like this must have happened.
For this to work, that
inflationary expansion
had to throw neighboring regions
of space apart at many times
faster than the speed of light.
It needed to increase
the size of the universe
by a factor of at least 10 to
the power of 26 in less than 10
to the minus 32
seconds, ending when
the universe was
just macroscopic,
something you could
hold in your hand.
In the subsequent
13.7 billion years
since, the universe has expanded
by about the same amount
that it did during inflation.
So what sort of mad physics
could do something like that?
Actually, Einstein came up
with the exact mathematical
description that we need--
an antigravity term called
the cosmological constant.

English: 
In the field equations of his
general theory of relativity,
he added this as a way
to allow his theory
to describe a static space
time, a universe that's neither
expanding nor contracting.
When it was later discovered
that the universe is indeed
expanding, Einstein
retracted his constant.
But this bit of math gives us
exactly the type of expansion
that we need for inflation.
Incidentally, it also describes
the effect of dark energy,
and that may not
be a coincidence.
The cosmological constant
represents something that
can happen to our spacetime.
Einstein is right,
even when he's wrong.
The cosmological constant
adds some energetic stuff
to empty space.
It doesn't tell us what
this stuff is, just
that it's a property
of space itself
and that it acts
to drive expansion.
The more space, the
more of this stuff.
And so the more space,
the more expansion.

Arabic: 
في معادلات المجال لنظرية النسبية العامة
قام بإضافته كطريقة ليسمح لنظريته
بأن تصف زمكاناً ثابتاً, كون لايتوسع
ولا ينكمش
عندما إكتشف لاحقاً أن الكون في الحقيقة
يتوسع, أينشتاين تراجع عن ثابته
ولكن هذه القطعة الرياضية تعطينا بالضبط نوع التوسع
الذي نحتاجه للتضخم
بالمناسبة, هي أيضاً تصف تأثير الطاقة المظلمة
وهذا ليس مصادفةً
الثابت الكوني يمثل شيء يمكنه
أن يحدث لزمكاننا
وبالتالي أينشتاين محق, حتى عندما يكون مخطئاً
الثابت الكوني يضيف بعض الأشياء الطاقية
للفضاء الفارغ
إنه لا يخبرنا عن ماهية هذه الأشياء
بل يضيفها كخاصية للفضاء بذاته
وهي تعمل على قيادة التوسع
كلما كان الفضاء أكثر, كلما كانت هذه الأشياء أكثر
وبالتالي الفضاء الأكثر يعني توسع أكثر

English: 
We'll delve pretty
deep into how this
works in terms of
general relativity
on a future episode
on dark energy.
And we'll explore
exactly what could
cause such a weird sort
of energetic vacuum real
soon-- inflatons, scalar fields,
forced vacuums, all of that.
For now, let's just
go with the fact
that empty space can
propel its own expansion
and will do so if
the vacuum contains
a ubiquitous constant
energy density.
Another really important thing
about the driving mechanism
of inflation is that it stopped.
The universe slowed
down from exponential
to the regular old
expansion that we see today,
what we call Hubble expansion.
And while we know the minimum
amount of inflation needed
before that stopping point, we
don't really know when it began
or even if it had a beginning.
It may have, and
there are some ideas
about what got it started.

Arabic: 
سوف نتحدث وبعمق عن
كيفية عملها في سياق النسبية العامة
في حلقات مستقبلية عن الطاقة المظلمة
وسنكتشف بالضبط ما الذي يسبب
هذا النوع الغريب من الفراغ الطاقي قريباً جداً
وسنتعامل مع رموز الإنفلوتون, حقول القياس..الفراغات القسرية,,كل ذلك
لحلقة اليوم, دعونا نأخذ حقيقة
أن الفضاء الفارغ يمكن أن يدفع توسعه
وسيفعل هذا إذا إحتوى الفراغ على
كثافة طاقية ثابتة مع كل مكان
شيء آخر مهم جداً حول الميكانيزمية القائدة للتوسع
هي أنها توقفت
الكون تباطأ من التوسع التضخمي إلى
التوسع النظامي القديم الذي نراه اليوم
فيما نسميه توسع هابل
وبينما نعرف الحد الأدنى للتضخم اللازم
قبل نقطة التوقف هذه, لا نعرف في الحقيقة متى بدأ أو
حتى إذا كان لديه بداية
ربما لديه وهناك بعض الأفكار
حول ما الذي جعله يبدأ

Arabic: 
ولكنه أيضاً ممكن أن التوسع الإنفجاري التضخمي
هو الحالة الإفتراضية للكون الأضخم, عليّ أن
أقول الأكوان المتعددة عند هذه الحالة
هذه هي فكرة التضخم الأبدي
سوف أتطرق إلى كل هذه الامور قريباً جداً
مع التضخم, نظرية الإنفجار العظيم تأخذ معنى جديد
عندما إفترضت في البداية أن فترة التضخم
قد بدأت في نقطة محددة
بعد لحظة الإنفجار العظيم
ولكن بمجرد قبولك التضخم, ليس من الضروري
أن يكون سبباً جيداً بأن نفكر أنه قبل ذلك
كان هناك فترة توسع عادي, هذا إذا كان هناك  فترة إسمها قبل التضخم
في الحقيقة اللحظة التي إنتهى بها التضخم
ربما يمكن إعتبارها على أنها اللحظة التي بدأ بها الكون
كما نعرفه اليوم
في هذا السياق التضخم هو الشرارة الإبتدائية للإنفجار العظيم
لسنا بحاجة لنتكلم عن إنفجار التفردية بالمطلق

English: 
But it's also possible
that inflationary expansion
is the default state of the
greater universe-- I should
say multiverse at this point.
This is the idea of
eternal inflation.
I'll get to all of these
wild ideas very soon.
With inflation, the Big Bang
theory takes on new meaning.
When first conceived,
the inflationary period
was thought to have started
at a particular point
after the instant
of the Big Bang.
But once you accept inflation,
there isn't necessarily
a good reason to think that
there was a normal expansion
period before, if there was
even was a "before inflation."
In fact, the instant
that inflation ended
can perhaps be thought of as the
moment that our universe as we
know it came into being.
In that sense, inflation is the
initial kick of the Big Bang.
We don't need to talk about an
exploding singularity at all.

Arabic: 
الوقت ربما لم يبدأ مع الإنفجار العظيم
وبالتالي سنقوم بالرجوع إلى قبل بداية الكون
قريباً جداً على عرض SpaceTime
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

English: 
Time may not have begun
with the Big Bang.
And so we'll rewind to before
the beginning of the universe
very soon on "Space Time."
In a recent episode, we
told you why space things
are the shape they are.
And you guys brought it
with the big questions.
Frank Schneider asks, "Why
does dark matter in a galaxy
seem to form a sphere?"
Well, this is because
dark matter doesn't really
interact with itself
except gravitationally.
The Milky Way and
our solar system
were originally made of gas,
giant clouds of the stuff.
And gas does
interact with itself.
It drags on itself.
So even though
the gas originally
had motion in many
directions, over time,
it sweeps into a
single bog flow.
Dark matter doesn't
sweep itself.
It just passes by with a
tiny gravitational tug.
So the orbits of any
bit of dark matter
can be in any
orientation or direction.

Arabic: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

English: 
And random orientation
orbits give you a spheroid.
This is also true of the
stars in a eliptical galaxies.
Stars a small enough, compared
to the distances between them,
that they can be in
these random orbits.
The reason spiral
galaxies are discy
is that those discs formed
before the stars actually
formed, back when the
material was mostly gas.
DBlanding and a few
others questioned
my use of the concept
of a centrifugal force.
And DBlanding, I definitely
chose yours because
of your particular phrasing.
It's true that this force
is, in a sense, fictitious.
It emerges in a
rotating reference
frame as a force-like term
that resists inward motion.
It doesn't exist in the inertial
reference frames for which
Newton's laws are valid.
For example, in
a reference frame
of an unmoving
center of mass, you

Arabic: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

English: 
have a center-pointing
or centripetal force--
in this case, that's gravity--
acting on the orbiting object.
And the force is
resisted by nothing.
The orbiting object is subject
to the full acceleration caused
by gravity, which is what
causes it to move in an orbit.
In that reference frame, it's
the velocity perpendicular
to the centripetal acceleration
that resists radial infall.
But centrifugal force
is easier to say,
and it's still accurate.
A couple of you
asked about the shape
of a black hole and
its accretion disk
based on the spin
of the black hole.
OK.
So first, the
accretion disk that
forms around the
black hole can either
be very flat or fatter,
but probably more toroidal
than spherical.
Yet that doesn't have much to do
with the spin of the black hole
itself.
It depends more on things
like the rate of accretion,
the viscosity of the material,
the way angular momentum

English: 
is lost by that material,
stuff like that.
Although the magnetic field
of a spinning black hole
can also play a part here.
However, the shape of the
event horizon of the black hole
itself does depend on spin.
And indeed, a rapidly-rotating
Kerr black hole
is flattened-- it's
an oblate spheroid--
while a non-rotating
Schwarzschild black hole is
a perfect sphere.
Omicron Vegra asks if I can
please do the Blue Steel
face from "Zoolander."
I'm sorry.
I only do Magnum.
[MUSIC PLAYING]

Arabic: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
