[مصطفى سلام]

بسم الله الرحمن الرحيم

الانفجار العظيم

الانفجار العظيم هي أحد أهم نظريات نشأة الكون، ظهرت في العشرينيات من القرن الماضي، واستغرق بناؤها أكثر من أربعة عقود. وعلى عكس جل النظريات الأخرى ما زالت تلقى قبولا واسعا لدى العلماء. فكيف ظهرت هذه النظرية؟ وما أهم مراحل تطورها؟ وما أهم التساؤلات التي لم تجب عليها إلى اليوم وتجعل بعض العلماء يشكك في صحتها؟

ليست نظرية الانفجار العظيم -أو نموذج الانفجار العظيم- أول محاولة لفهم الإنسان للكون. فأقدم النظريات المعروفة لتفسير الكون تعود للفيلسوف اليوناني أرسطو الذي عاش في القرن الرابع قبل الميلاد، وكانت تقوم على فكرة أن الأرض ثابتة في مركز الكون.

وقد أدخلت نظرية النسبية العامة لعالم الفيزياء ألبرت آينشتاين سنة 1915 حركية هامة في الوسط العلمي، فظهرت عدة نظريات لنشأة الكون وتطوره. أشهرها نظرية آينشتاين التي يرى فيها أن الكون متجانس ومتوحد الخواص، وهو في حالة سكون وغير قابل للتغيير. وهي فكرة تم التخلي عنها بعد ثبوت تمدد الكون.



كيف نشأ الكون؟
وحسب هذه النظرية، فقد نشأ الكون قبل حوالي 13.8 مليار سنة. في تلك اللحظة كان الكون "نقطة تفرد" ذات كثافة عالية جدا وحرارة تفوق الخيال، وهي ظروف لا تنطبق فيها قوانين الفيزياء. ويعود ذلك إلى أن القوى الطبيعية الأساسية الأربعة المعروفة -وهي قوى: الجاذبية والكهرومغناطيسية والنووية الكبرى والنووية الصغرى- كانت كلها متحدة ضمن قوة أساسية واحدة.

وتقول النظرية إنه بعد 10-43 ثانية انخفضت الحرارة بانخفاض كثافة الطاقة إلى درجة مكنت قوة الجاذبية من الانفصال عن بقية القوى. وبداية من هذه اللحظة أصبح بإمكان الفيزياء أن تقدم تفسيرا للأحداث المتعاقبة التي تلت اللحظة الصفر بالاعتماد على نظرية النسبية العامة بالنسبة للجاذبية، وعلى الفيزياء الكمية بالنسبة لبقية القوى التي ما زالت متحدة. وفي هذه المرحلة المبكرة لم يحتو الكون على المادة المعروفة بل كانت مكوناته عبارة عن جسيمات وجسيمات مضادة تنشأ من الفراغ وتندثر بسرعة.

وحصل أول حدث هام في تاريخ المادة بين 10-38 و10-35 ثانية، وبعد تواصل انخفاض الحرارة ووصولها لمستوى مكن من انفصال قوة أساسية أخرى وهي القوة النووية الكبرى، ورافق ذلك تدفق هائل للطاقة بدأت معها مرحلة التضخم تمدد الكون خلالها بسرعة فائقة. وقد مكنت هذه الطاقة التي امتصتها الجسيمات المضادة من تغيير شكل هذه الأخيرة -دون أن تندثر- إلى أشكال معروفة من المادة كالإلكترون والنوترينو والكوارك وجسيماتها المضادة بكميات متساوية تقريبا مع فارق إيجابي طفيف لفائدة الأولى.
جانب من مصادم الهدرونات الكبير
الذي يسعى لفك أسرار نشأة الكون (رويترز)

وبعد جزء من المليون جزء من الثانية اتحدت الكواركات مع بعضها بفعل القوة النووية الكبرى في شكل مجموعات من كواركين أو ثلاثة مكونة البروتونات والنيترونات.

وبعد أقل من مائة ثانية بدأ التخليق النووي الابتدائي الذي وصفه جورج غامو، لتتشكل نوى العناصر الخفيفة كالهيليوم والليثيوم. غير أن أولى الذرات لم تتكون إلا بعد 380 ألف سنة من عمر الكون عندما نزلت درجة الحرارة إلى 3000 كلفن وضعفت طاقة الفوتونات التي كانت تحول دون تثبيت الإلكترونات حول النوى الذرية بسبب شدة التصادم. وقد مكنت عملية تثبيت الإلكترونات الفوتونات من التحرر من المادة ليصبح الكون شفافا.

بدى الكون في أولى مراحل نشأته مليئا بسحابات الهيدروجين والهيليوم الموزعة في أرجائه الواسعة. وبشكل بطيء بدأت قوة الجاذبية بإحداث اضطرابات على هذه السحب مكنت من تفتيتها إلى شظايا صغيرة، لتنهار حول بعضها بعضا مكونة أجساما أكبر شيئا فشيئا. وتكونت أولى النجوم بعد حوالي 100 مليون سنة من بداية الكون. وداخل النجوم تشكلت نوى العناصر الكيميائية الأثقل من الليثيوم.

رغم أن نموذج الانفجار العظيم يبدو جميلا متجانسا ونجح على مدى عقود في تقديم أجوبة على جل التساؤلات لكنه في الحقيقة ما زال أمامه الكثير ليحصل حوله إجماع من العلماء. فكثير منهم ما زالوا غير مقتنعين بفكرة نشأة الكون من أصلها ويرون أن الكون قد يكون أزليا، وأن الرياضيات لم توضح لهم ما حدث قبل هذا الانفجار وأسباب حدوثه وتكتفى بشرح لحظة الانفجار وما بعده، وهذا ما أثار الشك لديهم. كما أن النظرية لم تبين لماذا اختل التوازن في اللحظات الأولى بين جسيمات المادة والمادة المضادة لفائدة الأولى؟

الكثير من الأسئلة طرحت وستطرح مستقبلا مع تقدم معرفتنا للكون، ستحدد إجاباتها مصير هذه النظرية وما إذا كان سينتهي الأمر يوما ما -كما حصل كثيرا في تاريخ العلم- بالتخلي عنها لفائدة أخرى أشمل وأوسع، أم ينشأ حولها إجماع في الأوساط العلمية وهو أمر نادر الحدوث




كون متوسع

توسع الكون

توسع الكون هو الاسم الذي يطلق على سرعة تباعد المجرات عن بعضها البعض وعن مجرة درب التبانة، ولقد أكتشفت هذه الظاهرة عام 1998م من قبل مجموعتي بحث دوليتين.

وحاول علماء الفلك منذ آلاف السنين الإجابة على سؤال أساسي حول عمر وحجم الكون. هل الكون لانهائي، أو هل يملك الكون حواف في مكان ما؟ وهل هي موجودة دائماً، أو هل بدأت هذه الحواف بالظهور منذ بعض الوقت؟

وفي عام 1929م، اكتشف "إدوين هابل" (وهو عالم فلكي في معهد كاليفورنيا التقني) اكتشافاً مذهلاً سرعان ما أدى إلى إيجاد الإجابات العلمية لهذه الأسئلة: لقد اكتشف أن الكون يتمدد ويتسع [1]. وهذا التمدد لا يعني أننا يجب أن نرى بقية المجرات تتحرك مبتعدةً عنا فقط، ولكن أيضاً المراقب الموجود في مجرة أخرى عليه أن يلاحظ الشيئ نفسه.

"في كون متوسع واحد، كل ملاحظ يرى نفسه في منتصف التضخم، وجميع الأشياء حولهُ تتحرك مبتعدةً عنهُ". وبهذه العبارة تشكل الأساس للنظرية الحالية عن بنية وتاريخ الكون. ويهتم علم الكونيات بدراسة بنية الكون الأساسية، والنظرية التي هيمنت على الكوزمولوجيا منذ اكتشاف "هابل" سميت بعدة أسماء، ولكن أكثرها انتشاراً يعرف بالانفجار العظيم (وهو النموذج الذي أسس لنشأة علم الفلك)


الطاقة المظلمة

في علم الكون وفيزياء الجسيمات ، الطاقة المظلمة أحد الأشكال الافتراضية للطاقة التي تملأ الفضاء والتي تملك ضغطاً سالبا. وفق النسبية العامة، تأثير مثل هذا الضغط السالب يكون مشابهاً لقوة معاكسة للجاذبية في المقاييس الكبيرة. افتراض مثل هذا التأثير هو الأكثر شعبية حاليا لتفسير تمدد الكون بمعدل متسارع، كما يشكل تفسيرا معقولا لجزء كبير من المادة المفقودة missing mass في الفضاء الكوني

تعتبر النظرية النسبية العامة هي أساس تطور الكون وتشكيله. وبالنسبة إلى تمدد الكون أو انكماشه فإن المادة تعمل على خفض سرعة تمدد الكون من خلال خاصية جاذبيتها. وبالنسبة للثابت الكوني (لأينشتاين) فإنه في صورته الموجبة يعمل على تسريع سرعة تمدد الكون.

وما نشاهده من تسارع في تمدد الكون فيمكن تفسيره بالثابت الكوني. وطبقا لنموذج نشأة الكون المقبولة حاليا بين العلماء فيفترض وجود ثابت كوني ذو قيمة تختلف عن الصفر، ويعادل الثابت الكوني طاقة تسمى طاقة الفراغ وهي تلك الطاقة التي تعمل مضادة لقوى التجاذب بين المادة في الكون. وبعد أن اكتشفنا أن مكونات الكون من مجرات ونجوم ليست ثابته في مواقعها، وإنما تبتعد عن بعضها البعض تحت تأثير تمدد الكون، فقد عدّل أينشتاين معادلته في النظرية النسبية العامة وافترض أن الثابت الكوني مساويا للصفر. وعلى الرغم من ذلك فإن بعض الأبحاث قامت بدراسة نماذج للكون ليتخذ فيها الثابت الكوني قيم تختلف عن الصفر، ومنها على سبيل المثال كون لاميتر Lemaître-Universum.

بالنسبة إلى ماهية الطاقة المظلمة فيحيطها الغموض، إلا أنه يعتقد أن تزايد سرعة تمدد الكون المشاهدة يعود على طاقة وضع لمجال غير متجه ويسمى هذا المجال غير المتجه مجال كوينتيسينس.

ويختلف مجال الكوينتيسيسنس عن الثابت الكوني لأينشتاين في أنه قابل لتغيير في الزمان والمكان. ولكي لا يتراكم ولا يتخذ أشكالا بنائية مثلما تفعل المادة، فيجب أن يتصف هذا المجال بالخفة وطول موجة كومبتون طويلة.

ولم يكتشف مجال الكوينتيسينس بعد ولكن يميل ببعض العلماء إلى الاعتقاد بوجوده. وافتراض وجود مجال الكوينتيسينس يسمح بمعدل أقل لتمدد الكون عن تأثير الثابت الكوني. وتفترض أحد النظريات renormalization theory أن المجالات غير المتجهة لا بد وأن يقترن بها كتل كبيرة.

ويتساءل بعض العلماء لماذا حدث تسارع في سرعة تمدد الكون في وقت حدوثها، فإنه إذا افترض وحدث تسارع تمدد الكون في زمن قبل ذلك لما استطاعت المجرات أن تتكون، إذ لم يكن لها وقت كاف لكي تتكون ولا يمكن بالتالي وجود الحياة في الكون، أو لا يمكن للحياة التكون في صورتها الحالية على الأقل كون.

وفي عام 2004 عندما حاول بعض العلماء الربط بين تطور الطاقة المظلمة والقياسات الكونية فتبين لهم أنه من الممكن ان تكون معادل الحالة للكون قد عبرت نطاق الثابت الكوني (w=-1) من قيمة موجبة إلى قيمة سالبة.

ويعتقد بعض العلماء بأن الطاقة المظلمة تطورت مع الزمن بحيث زادت كثافتها.

على العموم فالكون يتسارع حيث كلما ابتعدت عنا المجرات زادت سرعتها الى ان تصل الى سرعتة الضوء



نحن نعيش في زمان مميز

سوف اختم في هذه الفقرة حول القولة عالم الفيزياء الفلكية وعلم الكونيات لورنس كراوس
يقول لورنس كراوس..


"بعد 5 مليار عام، توسع الكون سيصل إلى نقطةحيث تكون جميع المجرّات قد ابتعدت عنّا لدرجة أنّه لا يمكن لنا الكشف عنها. حقًا، المجرات ستبتعد عنّا بأسرع من سرعة الضّوء، ولذلك اكتشافها سيكون مستحيلاً. الحضارات المستقبليّة ستكتشف العلم وكلّ قوانينه، ولكنّهم لن يعرفوا أبدًا عن مجرّاتٍ أخرى أو عن اشعاع الخلفية الكوني. ولذلك فإنّهم سيصلون لا محالة إلى خلاصة خاطئة عن الكون. نحن نعيش في زمانٍ مميّز، الزّمان الوحيد حيث يمكننا أن نؤكّد بالملاحظة أنّنا نعيش في زمانٍ مميّز." ~ لورنس كراوس



وشكرا