الـــكونُ المُمتــدّ ” The EXPANDING Universe

عامَ 1929 ، إيدوين هابل ” Edwin Hubble “، عالـمُ الفلك في كالتيك (معهدُ كاليفورنيا للتقنية CalTech)، توصّلَ إلى إكتشافٍ فريدٍ بـحقّ قادَنـا إلى إجاباتٍ علميّة لِأسئلةٍ بديهية طالما تصارعَ عُلماء الفلك على أجوبةٍ علميّةٍ دقيقة لهـا، من تلكَ الأسئلة. ما حجمُ الكون ، و ما عمرُ ، هل يمتدُّ الكون إلى ما لا نهاية، أم هَل إنَّ لهُ حافةً في مكانٍ ما؟ ومُذ متى نشأَ الكون أو هَل كانَ أبداً متواجداً؟ ، لقد كانت ألإجابةُ التي قدّمها إيدوين هابل. إنَّ الكونَ آخذٌ بالتمدّد!.

سلم الإغريقيّونَ القُدماء بأنّهُ أمرٌ جدُّ عسيرٍ أنْ تتخيلَ كيف سيكونُ الكونُ لا مُتناهياً . و لكنهم أيضاُ تسائلوا إلى إين ستمتدٌّ يدُك لو مَددتها عبرَ حافةِ الكونِ إذا كان هذا الكونُ مُتناهياً ؟. لقد عدّوها مفارقةً و مغالطةً منطقية، فالكونُ لا بُدَّ أن يكونَ إمّا متناهياً أو لا متناهياً، في حينِ جرّهم الاحتمالان إلى حيرةٍ من أمرهِم في فهمِ طبيعة هذا الكو .
و بِبُزوغ علم الفَلك الحديث، مناقضاتٌ أُخرى بدأت تتجلى للعُلماء. وفي أوائل القرنِ التاسع عَشَر، الفلكيُّ ألألمانيُّ هينريخ أولبيرس جادل في كونِ هذا الكون متناهياً و محدوداً. برّرَ أولبيرس ذلك بحجةِ لو كانَ الكونُ فعلاً لا محدوداً، فإنّكَ عينَكَ ستسقطُ على سَطح نجمٍّ مهما كانَ ألإتجاهُ الذي تنظرُ صوبَهُ، هذا ما يقتضيهِ فرضُ كونٍ لا متناهي و لا محدود، و رُغمَ كونِ حجمِ النَجمِ يبدو أصغَر بِالإبتعادِ عن النجم، إلا إنّ سطوعَ هذا النجم الصغير لن يزول، سيبقى هذا السطحُ الصغير البادي للعين ساطعاً. ولهذا، لو كانَ الكونُ فعلاً لا محدوداً ، فإنَّ سماءَ المساءِ ستبدو مشرقةً كسطحِ النجم. و لوجودِ مناطق معتمة كثيرة في السماء مساءً، لا بُدَّ و أن يكونَ الكونُ متناهياً و محدوداً .

لكنّ قانونَ نيوتن الفاتن للجذب العام، وضعَ علماء الفلك في حيرةٍ من امرهم أخرى ، فقانونُ نيوتن نصَّ على إنَّ كلّ جسم في الكون، يجذبُ الآخر ( بقوةٍّ مساوية مقداراً و مُعاكسة اتجاهاً ) فَلِم لا ينهارُ الكونُ على نفسه أذاً؟
عندما صاغَ آلبرت آينشتاين نظريتهُ في الجاذبية، في النسبية العامة إعتقد بأنّهُ واجهَ ذاتّ المشكلة التي واجهها نيوتن؛ تُفضي معادلاتُ آينشتاين إلى التنبؤ بكونٍ متوسع، أو في إنهيارٍ على ذاتِه، ولحلّ هذه المعضلة، إفترضَ آينشتاين إنّ الكونَ ساكن. ولتبرير هذا الفرض فيزيائياً، وضعَ ما أسماهُ بالثابت الكوني للجاذبية، و الذي أهملَ – في الواقع- جملةً من تأثيرات الجاذبية على مقاييس هائلة في سبيل تبرير سكون الكون، وقد ألغى آينشتاين هذا الفرض، واصفاً إيّاهُ بأفدح اخطاءه العلمية على الإطلاق، بعدَ إكتشافِ إيدوين هابل توسُّع الكون.

و في الوقت عينِه ( تقريباً)، كانت تلسكوبات أضخم في طور التشييد، كان الهدفُ من صُنعها الوصولُ إلى دقّة أكبر في قياس أطياف، وشدّة الضوء ( كدالة لطول موجة الضوء ) القادم من مصادر بعيدة عن كوكبنا. و بالرجوعِ إلى المعطياتِ و النتائج التي تقدّمُها هذه الأجهزة، حاول علماءُ الفَلك فِهم أجسامٍ بعيدة جداً عن الأرض. و بين عامَـيّ 1912 و 1922 للميلاد، فيستو سيلفر (Vesto Slipher) الفلكيُّ في مَرصَد لويل في آريزونا، إكتشف إنَّ أطياف الضوء القادمة من أجسام رصدها، تتدرجُ تحوُّلاً إلى أطياف ذات طولٍ موجيٍّ أكبر، حتّى الطيف الأحمر. تلى هذا الإكتشاف الهامّ تفسيرُ العُلماء لحقيقة هذه الأجسام لقد كانَت المجرّات السّحيقَة البُعد لا غَير.

إيدوين هابل: إكتشافُ تمدٌّدِ الكون !

حينئذٍ، كانَ علماءُ الفَلَك و الرياضيات عاكفينَ على دراسةِ نظرية آينشتاين في النسبيّة العامّة. لقد إهتدى هؤلاءِ العُلماء إلى إنً النظريةَ تتنبؤ بتوسعِ الكون. وتبعاً لهذا المضمون، الضوءُ القادمُ من مصادر بعيدة، سيتدرجُ في التحوُّل إلى طيفٍ أحمر، يزدادُ مقدارُ زيادةِ التدرُّج في إزدياد الطول الموجيّ وصولاً للطيف

و في العام 1929 للميلاد، إيديون هابل الفلكيُّ الشهير والعامِـل في مراصِد كارنيغي في باسادينا ، كاليفورنيا ، قام بقياسِ مدى التدرُّج في زيادة الطول الموجي للضوء القادِم من عددٍ من المجرات البعيدة وقاس أيضاً المسافات النسبيّة التي تبعُد بِها هذه المجرّات عن الأرض، بقياسِ مدى سطوعِها قياساً إلى فِئة من النجوم المسماة علمياً بالـ ((Cepheids، و قد توصّل إلى إنّ التدرُّج يزداد كدالّةٍ خطيّة بإزدياد البُعد بين المصدَر و الأرض هذا يقتضي إنَّ الكون آخِذٌ بالإتّساع لتبرير هذه الظاهرة .

الكونُ المُتـّسع توسُّعُهُ محدودٌ بالزمان و المكان. و السببُ الذي يحولُ دونَ إنهيار الكون، كمـا إفترضت معادلاتُ نيوتن و آينشتاين ( معادلةُ آينشتاين التي افترض فيها سكونَ الكون، و التي قامَ في وقتٍ لاحقٍ بعدّها أكبر أخطاءه، و صححها )، هو كونُ هذا الكون في تمدُّدٍ مُستَمر مُذ أولى لحظةٍ من عُمرِ الكون. والكونُ في حالة تمدُّدٍ مستمرة. الكونُ المـُمتد مفهومٌ حديثٌ في الفيزياء، قادَ الفيزيائيين وعُلماء الفلك إلى حلولٍ للعديد من الأسئلة التي طرحها العُلماء القُدماء. تم الإجابةُ على تلكَخَصائصُ تمدُّدِ الكون

المُعادلاتُ التي تفترضُ تمدُّدَ الكون تضعُنا أمامَ ثلاثِ إحتمالاتٍ لمصير الكون، تتنبأُ كُــلٌ منها بمصيرٍ للكون كَكُل. ومصيرُ كوننا الذي سَيُلاقيهُ في آخرِ المطاف ، يمكنُ التنبؤ به بقياسِ سُرعة التمدُّد التي يتمَدَّدُ بها الكون، و تعتمدُ بالدرجة الأساس على كّمّ المادة التي يحتويها الكون.

و الإحتمالاتُ الثلاث هي ما تُعرف علمياً بـالكون المسطح، الكون المفتوح ، الكون المغلق . إذا كان الكونُ مفتوحاً سيستمر إلى الأبد في التمدُّد. و إذا كان الكونُ مُسطحاً ، فإنَّ الكونَ سيكونُ في تمدُّدٍ مُستمر، لكنَّ مُعَدَّلَ التمدُّد سيتباطأ حتى الصفر بعدَ كَمِّ لا مُتناهي من الوقت. و في حالِ كونِ الكون مُغلقاً، سيستمرُ بالتمدُّد حتى ينهار على نفسه في لحظةٍ ما ما يتسبَّبُ بإنفجارٍ عظيمٍ ( Big Bang). و بأي حالٍ من الأحوال، و أياً كان صحيحاً من بين الإحتمالاتِ الثلاث فإنَّ مُعدَّلَ التمدُّد سيتناقصُ بمرورِ الزم، ذاك بفعل الجاذبية الكونيّة.

و لفهم هذا ، سنستعينُ بتشبيهٍ ماديّ بسيط سفينةُ فضاءٍ أُطلِقت من على سطحِ الأرض.

إذا لم تمتَلك السفينةُ سُرعةً كافية للهروبِ من مجالِ الجذبِ الأرضيّ، لن تُفلِح السفينةُ في مُغادرةِ الأرض. هذا التشبيهُ ( لو صحَّ !!) سيكونُ مثالاً جيّداً على الكون المُغلق الذي ينهارُ على نفسه بعد التمدُّد .

الأسئلة في القرن العشرين، شُكراً لنظرية تمدُّد الكون!.

و إذا تَـمَّ تزويدُّ السفينة بسُرعةٍ كافية للهروب من مجالِ جَذب الأرض، ستُفلحُ في مُغادرة الأرض، لكنَّها، وعلى مسافةٍ لا متناهية من الأرض ستتوقف فجأة ً ( قد يبدو من المُستحيل تخيُّل ذلك أو تصديقُه لكنّها قد تكونُ وسيلةً جيّدة أو فعّالة إلى حدٍ ما لتقريبِ فهم الفرضية) هذا هو الكونُ المُسطّح .

و فيما إذا كانَت السفينةُ المُطلَقة، قد أُطلِقَت بسُرعةٍ أكبَر من المطلوبة للهروب من مجال جذبِ الأرض فإنَّ السفينة ستمتلكُ سُرعَةً مهما إبتعدت عن الأرض حتى لو كانت تلكَ مسافةً لا محدودة وهذا هو الكونُ المفتوح.

المصيرُ الذي سيؤولُ إليهِ الكون

خلالَ السنواتِ الثمانين المُنصَرمة الفَلكيّون عَكَفوا على قياسِ قيمتين كونيّتين متغيّرة بدقّة متزايدة بمرور السنين، وهاتان القيمتان المُتغيّرة ( باراميترات parameter ) هُما:

– الــ(Ho) : مُعدّلُ تمدُّد الكون .

– الــ( w ) : الكثافَةُ المُتوسّطة للمادّة في الكون.

و بالوُصول إلى قِيم هذه الباراميترات، سيكونُ من السهل لعُلماء الفَلَك مَعرفةُ أيّ النماذِج الثلاثة تَصِفُ كونَنا الذي نعيشُ فيه. مَسحُ سلون ( SLOAN) الرقميّ للسماء ، عالي المنهجيّة و الضباطة في قياس كثافة المجرّات في الكون ، من المُفترض بهِ إن يُمكِّن عُلماء الفلك من قياس باراميتر ( w )بدقّة عالية.

العناصِرُ الثقيلة

فهمُ مصير الكون، لم يكُ الغايةَ الوحيدة التي إنصبَّ إهتمامُ الفلكيّين على بلوغها ، بل كان فهمُ الوضع الفيزيائي لهذا الكون هو غايةٌ أبعد طالما حاول الفلكيّون إدراكها. وأحدُ الأسئلة المنطوي إجابته تحت هاته الغاية، هو لِم الكونُ بالدرجة الأساس مكوّنٌ من الهيدروجين و الهيليوم، و ما العاملُ الذي يربطُ هذه النسب بنسبِ العناصِر الأثقَل.

و بالنهضةِ النوعية التي حقّقها علمُ الفيزياء النوويّة في ثلاثينيات و أربعينيات القرنِ الماضي، بدأ العُلماءُ يحاولونَ تبريرَ تلك الوفرة من العناصر الثقيلة بفَرضِ إنَّ هذه العناصِر في مراحل سابقة من عُمر الكون، تشكّلَت من الهيدروجين .
أنَّهُ قد مال إلى أطوال موجيّة أكبر ظاهرة الإنزياح الأحمر السالف الحديث عنها)، و الحرارةُ المُرفقة بالطيف الأسود هذا ستنخفضُ ( بنسبة واحد لكُل 1000) بإنخفاض حرارة الكون كَمُجمَل.

ألإشعاعُ الموجيّ المايكرويّ للخلفيّة الكونيــّة .. (The Cosmic Microwave Background Radiation )

عام 1963 للميلاد آرنو بينزياس و روبرت ويلسون، عالمان من هولمديل في نيوجيرسي، كانا يعملان على تصنيع قمرٍ صناعيّ لقياس الموجات الدقيقة في الفضاء. و بينما كانا يختبران هوائيَّ القمر الصناعي، رَصَدا موجاتِ مايكرويـّة ( دقيقة ) غامضة إلتقطها الهوائيُّ من كُل الإتجاهات. وفي بادئِ الأمر ، ساورت العالمان الشكوك ، في إحتمالية كونِ ما رصداه مُجرَّدَ خطأ تقنيّ في هوائيّ القمر الصناعيّ. و لكن بعد التدقيق إعادة التدقيق، أضحى مما لا مجالَ للشكِّ فيه ، إن ما رصداه كان حقيقة ذاك هو الإشعاعُ الذي تنبأ به غاماو و زميلاه، آلفر و هيرمان.

عام 1978 للميلاد ، تلقّى بينزياس و ويلسون جائزة نوبل للفيزياء ، لإكتشافهم الإشعاع الموجيّ المايكرويّ للخلفيّة الكونيّة ، الذي قادَ عدداً كبيراً من َ عُلماءِ الفلك إلى التسليم بصحّة نظرية الإنفجار العظيم.

و مُذ ذاك الحين ، بدأ الفلكيّون و الفيزيائيون الكونيّون يتساءلون فيما إذا كان بالإمكان الإستفادةُ من خواص هذا الإشعاع في التعرُّف على حالة الكون في مراحل سابقة . و تبعاً لنظريّة الإنفجار العظيم. هذا الإشعاع يحملُ معلوماتٍ عن الكيفيّة التي توزعت بها المادّة منذ أكثر من عشرة مليارات سنة …بل حتّى عندما كانَ عُمرُ الكون 500 ألف سنةٍ فقط !!. و حينئذٍ، كانت النجومُ و المجرّاتُ لَم تتشكَّل بَعد. كان الكونُ حساءاً ساخناً من نوى و ألكترونات الذرات ، كانت هذه الجسيمات في حالة تصادُمٍ مُستمر مع الفوتونات، و كانت الحرارة أكثر من 3000 درجة سيلزيــّة. و بعد ذلك، كان الكونُ قد توسّع بما فيه الكفاية ، و أصبحت درجاتُ الحرارة أوطأ بما فيه الكفاية لتسمحَ بتشكيلّ الذرات، كانت هذه الجسيمات في حالة تصادُمٍ مُستمر مع الفوتونات، و كانت الحرارة أكثر من 3000 درجة سيلزيــّة. و بعد ذلك، كان الكونُ قد توسّع بما فيه الكفاية ، و أصبحت درجاتُ الحرارة أوطأ بما فيه الكفاية لتسمحَ بتشكيلّ الذرات، بإتحادّ الأنوية مع الألكترونات و هذه الذرات لم تعُد تصطدم بفوتونات الأشعة المايكروية .

و حينذاك ، لم تكُ كثافةُ الكون كما هي عليه الآن بمجراته و عناقيده ، لقد كانت هُناك بضعُ إختلافاتٍ طفيفة. وهذه الإختلافاتُ في الكثافة، قادت إلى الإختلافات الطفيفة في درجة حرارة الإشعاع المايكروي للخلفيّة الكونية ، و هذه ألإختلافات من المُفترض أن يتمَّ حِسابُها بِدقّة اليوم وبقياسِ هذه الإختلافات في درجات الحرارة، أصبح بإمكان العُلماء التوصُّل إلى قياس كثافة الكون قبل 10 مليارات سنة مضت.

الإختلافُ في الكثافة الكونيّة الحاليّة عن كثافة الكون في فتراتٍ سالفة من عُمر الكون

في عام 1990 للميلاد ، قام قَمرٌ صناعيّ (و هو المدعوُ إختصاراً بـ”COPE” – مستكشفُ أشعةِ الخلفيّة الكونيّة المايكرويّة Cosmic Microwave Background Explorer ) بقياس درجة حرارة إشعاع الخلفيّة الكونيّة ، للسماء كُلِّها، و توصّل إلى مقدار الإختلاف و البالغ تقريباً 5 أجزاءٍ لكل 100,000 جُزء و لكنَّ هذا ساعدَ في الكشف عن تقلُّبات الكثافة الباكرة في الكون.

و التقلُّبات (في الكثافة) الحاصلة باكراً في كوننا ، هي بِــحقّ الحجرُ الأساسُ لتشكُّل المجرات و عناقيدها و العناقيد العملاقة (superclusters ( لها ، و التي نُلاحظٌها اليوم في مسحِ سلون الرقميّ الذي مشّط السَّماء كاشفاً شيئا ممّا يُخفيه كونُنا العظيم . و إعتماداً على البيانات التي يوفِّرُها هذا المسحُ السماويّ، و بيانات COPE ، أضحى بإمكان الفلكيّين فهمُ تاريخِ الكون بشكل عميقٍ و رُغم كُل ما تقدّم..ما لا يفهمُهُ العلماء في الوقت الراهن هو سببُ هذه الإختلافات في الكثافة ، و بفهمٍ كامل لنظريات نشوء الكون و ما تلى نشوءه سيُجيبُ العُلماءُ على هذا السؤال !.و علمي ، فيا لهُ من إنجازٍ لا يُصدَّق !!.

 

المصدر: هنا