The Big Bang, Cosmology part 1: Crash Course Astronomy #42

ما هي طبيعة الكون؟

يا له من سؤال! لزمن طويل، لم يكن

لدينا نحن البشر فكرة عمّا يحدث في الكون.

ولمساعدة أنفسنا، ألّفنا القصص،

إما لمساعدتنا على تفسير ما رأيناه

أو ليمدنا بالراحة حيال ما لم نفهمه.

ثم ظهر العلم، وبدأنا نفهم المزيد.

واستطعنا أن نختبر أفكارنا

وأصبحت لدينا ثقة أكبر في العملية،

فتنامت أفكارنا وظهر مجال علم الكونيات،

وهو دراسة الكون بحد ذاته. والآن،

بعد مرور قرون من التكهّنات والقصص التقريبية

بدأنا نستوعب أكبر الأفكار الموجودة.

ما هي طبيعة الكون؟ فلنعرف الجواب.

مع بداية القرن العشرين،

عرف العلماء أن الأرض قديمة.

نظرية التطور لـ”داروين” لمّحت بقوّة

إلى أنّ الأرض عمرها ملايين السنين على الأقل

ولورد “كيلفين”، المهندس والفيزيائي المعروف،

أكّد أنّ الأرض قديمة

على أساس أنّها بردت بعد أن كانت منصهرة،

ويستغرق ذلك وقتًا، مليون عامًا على الأقل.

لكن لم يعرف أحد عمرها بدقة، أمّا الكون نفسه،

فالمنطقي أن يكون بعمر الأرض، أو أكبر منها.

النموذج المنتشر للكون، كان يظهره

على أنّه ساكن، ولطالما كان كذلك كما نراه الآن.

ولم يتغير بشكل عام.

قد تولد النجوم، ثم تموت.

لكن بشكل عام، بقيت الأمور متوازنة.

لطالما كان الكون موجودًا، وسيبقى إلى الأبد،

لطالما كان يحتوي المجرات، وهكذا.

ثمة اختلافات في الآراء بشأن هذه الفكرة، لكن

هذه هي باختصار، وما ظنه كثير من علماء الفلك.

هذا مهم، حين نحاول فهم المشاهدات في علم الفلك

نلائمها لإطار من المفاهيم.

أشياء نظن أنّنا نعرفها مسبقًا،

وحين لا يتلاءم شيء ما، فتلك مشكلة.

قد تكون المشاهدة خاطئة،

أو ربّما أخطأنا في تفسيرها.

وقد يكون الإطار خطًأ، وهذه خطوة كبيرة

عند أخذها، وتتطلب دراسة وتشكّكًا.

العلم أشبه بلوحة منسوجة،

عند شدّ خيط منها

عليك إعادة نسجها بالكامل.

أحيانًا، نادرًا، ولكن أحيانًا،

قد يكون عليك شدّ ذلك الخيط.

الخيط الذي تمّ سحبه في هذه الصورة

اكتُشف في المرّة الأولى في عام 1912.

وكان ذلك حين قام عالم الفلم “فيستور سلايفر”

الذي يحمل أروع اسم لعالم فلك في العالم

بدأ تصوير أطياف ما يسمّى الغيوم الحلزونية،

أملًا في التعرّف على بعض صفاتها.

تذكروا أنّ هذا كان قبل أن نفهم ما هي المجرات.

احتاج إلى المراقبة لسبع سنوات،

لكن بحلول عام 1917، كان قد شاهد 25 منها

وتوصّل إلى شيء مدهش، حين فحص أطيافها،

رأى أنّ كلها تقريبًا غنية بالانزياح الأحمر.

بمعنى آخر، بدا أنّ معظم هذه الأجسام

كانت تبتعد عنّا بسرعة عالية.

ملايين الكيلومترات في الساعة.

ما الذي قد يعنيه ذلك؟

في هذه المرحلة، بدأ نوعان من العمل بالتجمع

أحدهما لفيزيائيّ اسمه “جورج لاميترا”، درس في

عشرينات القرن الـ20، أعمال “ألبيرت آينشتاين”

المعادلات التي تهتم بسلوك الكون ككل.

استنتج “آينشتاين” أن الكون ثابت ومستقر،

لكنّ “لاميترا” خالفه الرأي.

فقد وجد أنّ الكون الذي يتوسّع أو يتقلّص

يلائم المعادلات أفضل

ونظرًا للانزياحات الحمراء التي رآها “سلايفر”،

قال إنّ الكون نفسه يكبر.

وهذا ما يجعل المجرات تبدو كأنّها تبتعد عنّا.

فيزيائيّ ذكيّ آخر اسمه “ألكساندر فريدمان”

توصّل إلى الاستنتاج نفسه.

في نفس الوقت، كان علماء الفلك يحاولون

تحديد المسافات إلى السديم.

التي عُرف الآن أنّها تعتبر بحدّ ذاتها مجرّات.

وكما ذكرت في حلقتنا الأولى عن المجرّات

فإنّ “إدوين هابل” ومساعده “ميلتون هاميسون”

كانا في صدارة هذا.

فقد رأيا عدّة نجوم في مجرّة المرأة المتسلسلة

ممّا أتاح لهم معرفة المسافة إلى المجرّة.

ثمّ رأيا نفس المجرّات التي رآها “سلايفر”،

واستطاعا قياس المسافات إليها.

حين قارنا المسافات بالانزياحات الحمراء

التي رآها “سلايفر”

وجدا أنّه كلّما ابتعدت المجرّة،

كانت تتحرّك بعيدًا عنّا بسرعة أكبر.

دعوني أكرّر ذلك، لأنّه مهم.

كلّما كانت المجرّة أبعد

ستبدو أنّها تتراجع بعيدًا

عنّا بسرعة أكبر.

بعض الفلكيين الآخرين توصلوا أيضًا إلى النتائج

نفسها، وأعمال “هابل” و”هاميسون” حسمت الأمر.

ونعرف الآن أنّ ذلك ينطبق على كلّ مجرّة بعيدة

نراها، كلّها مرت بانزياحات حمراء.

وكلّها تبتعد عنّا.

وهذا يرتبط بما استنتجه “لاميترا”،

وهو أنّ الكون يتوسّع.

ماذا؟ الكون يزداد حجمًا؟

كيف يمكن ذلك؟ وما معناه أصلًا؟

ثمّة طرق مختلفة للنظر إلى هذا، “لاميترا”

بنفسه اقترح تخيّل الساعة الكونيّة تتحرّك بالعكس.

والآن، مع تقدّم الزمن بثبات

كلّ المجرّات في السماء تبتعد أكثر فأكثر عنّا.

لكنّ ذلك يعني أنّه في الماضي،

كانت أقرب من بعضها البعض.

وعند إعادة الزمن بالقدر المطلوب،

واقترابها من بعضها البعض

حتّى في مرحلة ما مِن الماضي،

كان كلّ شيء في الكون بأكمله

محشوّة مع بعضها البعض

في نقطة كثيفة جدًا.

هذه فكرة غريبة جدًا،

من الصعب تخيّل كلّ شيء في الكون

كلّ نجم وسديم ومجرة، كلّ ذرّة وإلكترون وبروتون،

كلّها مضغوطة مع بعضها في كتلة كثيفة.

لكنّ هذا ما تبيّنه لنا المشاهدات.

أطلق “لاميترا” على هذا اسم الذرّة البدائيّة،

أو اسم أكثر حيوية، البيضة الكونيّة، هذا مقبول.

لكنّ هذا له معانٍ ضمنيّة، إن ضغطنا كلّ الطاقة

في كلّ مكان في مكان واحد

فإنّ هذا المكان سيكون ساخنًا، حين كان الكون

مجرّد نقطة صغيرة، كان حارًا لدرجة يتعذّر تخيّلها.

ثمّ لسبب ما، توسّع فجأة بعنف

وبدأ يبرد.

يبدو ذلك كأنّه انفجار

حدث في الكون كلّه، وهو عظيم.

ماذا يمكننا تسميته سوى “الانفجار العظيم”؟

في الواقع، اشتُهر المصطلح حين استخدمه عالم

الفلك “فريد هويل” ببرنامج إذاعيّ، ثم في مقال.

المفارقة أنّه كان يقوله باستخفاف، لأنّه

لم يعتقد أنّ نظرية “الانفجار العظيم” صحيحة.

ومن سوء حظه، وحظّ الكثيرين من علماء الفلك،

فقد ثبت الاسم.

إنّه يعجبني، ليس دقيقًا، لكنّه بليغ.

أكرّر أنّ هذا كلّه غريب جدًا،

وكان مِن الصعب على علماء الفلك تقبّله.

ففي النهاية، كان يخالف كلّ ما اعتقدوا

أنّه صحيح في ذلك الوقت.

لكن في العلم، على النظريّة تقديم توقّعات

يمكن اختبارها قبل أن تؤخذ على محمل الجد.

ما التوقّعات التي يمكن لنموذج الانفجار العظيم

للكون تقديمها

ممّا يمكننا مراقبتها اليوم؟

سرعة الضوء كبيرة، 300 ألف كيلومتر في الثانية،

أو حوالى مليار كيلومتر في الساعة.

كما قلت، إنّه سريع.

لكنّه ليس سريعًا إلى ما لانهاية.

تبعد الشمس عنّا 150 مليون كيلومتر،

ويستغرق الضوء حوالى ثماني دقائق ليصل للأرض.

إذن، أنتم ترون الشمس كما كانت قبل ثماني

دقائق، أقرب نظام نجميّ إلينا هو “رجل القنطور”.

ويبعد عنا 4،3 سنة ضوئية.

لذا، نراه كما كان يبدو قبل 4،3 سنة.

مجرة أندروميدا أو “المرأة المسلسلة”

تبعد عنا حوالى 2،5 سنة ضوئية.

الضوء الذي نراه منها غادرها

حين عاشت القرود الجنوبية على الأرض.

كلّما كان الشيء أبعد، نراه في وقت أبعد

من الماضي، وهذا اسمه وقت التتبع الرجعي.

وهو أداة مهمة لعلم الكونيات.

بمراقبة أجسام بعيدة جدًا

يمكننا رؤية الكون حين كان صغيرًا.

قد تعتقدون أنّنا نستطيع رؤيته

حتّى وقت وقوع الانفجار العظيم. لكن هناك مشكلة.

في مرحلة ما من الماضي،

كان الكون حارًا وكثيفًا

لدرجة أنّه كان بنفس حرارة سطح نجم،

وهذا يجعله مشعًا جدًا

لكنّه غير شفاف.

ومع تمدّده، برد وأصبح شفافًا. إن نظرنا

إلى الماضي، في تلك اللحظة حين أصبح شفافًا

هو أبعد وقت يمكننا رؤيتها فيه.

كيف تبدو تلك اللحظة؟

عند النظر إلى فيزيائية الانفجار العظيم،

الحسابات التي تصف طريقة المادة والطاقة

والفراغ والزمن في التصرف، يستطيع علماء الفلك

توقّع متى حدثت تلك اللحظة في حياة الكون.

بعد الانفجار العظيم

ببضعة مئات الآلاف من السنين.

وفقًا لفكرة زمن النظر إلى الماضي،

يمكنهم توقّع بعدها عنّا

وبالتالي، حساب انزياحها الأحمر، تذكروا

أنّ الانزياح الأحمر يمدّد طول موجة الضوء.

الضوء الذي بعثه الكون في ذلك الوقت كان سيبدو

كنجم في الجزء المرئيّ للطيف الكهرومغناطيسي.

لكنّ الضوء الذي يصل إلينا

بعد مليارات السنين الآن

يفترض أن يزيد طول موجاتها

لتصل لطول الموجات القصيرة.

في عام 1965، أعلن عالما فلك إشعاعيّ

أنّهما وجدا إشارة في تلسكوبهما اللاسلكي

كان يشبه صوتًا خلفيًا،

صادرًا من كلّ مكان في السماء.

جرّبا كلّ ما بوسعيهما لتفسيره،

وحتّى إزالة براز الطيور من داخل تلسكوبهما

تحسّبًا لكونه السبب في ذلك.

لكنّ التفسير المنطقيّ الوحيد

كان أنّ هذا هو الضوء الذي تغيّر طول موجته من

الكون القديم، لقد اكتشفا توهّج الكرة الناريّة

المتبقّي من ولادة الكون.

لاحقًا، في التسعينات، حسّنت مشاهدات القمر

الصناعي قياسات الموجات الصغرى الكونية الخلفية

وأصبح الأمر مؤكّدًا الآن، تمّ توقّع

هذا التوهّج بنجاح من نموذج الانفجار العظيم

ونحن الآن نرى ذلك بتفاصيل شديدة.

كان ذلك الاكتشاف خطوة كبيرة

في علم الكون.

الانزياح الأحمر للمجرات البعيدة والخلفية

الكونيّة ليسا التأكيدين الوحيدين لدينا

على صحّة فكرة الانفجار العظيم.

فمثلًا، يقدّم النموذج أيضًا توقّعات

عن العوامل التي نراها في الكون.

في البداية، حين كان الكون كثيفًا وساخنًا،

كانت الجزيئات دون الذرّية فقط هي الموجودة.

لكن حين برد الكون لمدّة قصيرة،

استطاعت الاندماج، وتشكيل عناصر أثقل.

نموذج الانفجار العظيم توقّع وجود عناصر

معينة بوفرة، وبنسب تُقارن بالهيدروجين.

وذلك ما نراه في الكون بوجه عام.

كما أنّ أحجام وأشكال الهياكل الكبيرة في الكون

تطابق ما توقّعه نموذج الانفجار العظيم.

هناك أدلّة مرئيّة أخرى كثيرة أيضًا.

كلّ علماء الفلك المعاصرين في العالم تقريبًا

يفهمون أنّ نموذج الانفجار العظيم لتشكّل الكون

هو النموذج الصحيح.

لكن ماذا يعني ماديًا؟

الفكرة الشائعة الخاطئة بأنّ الانفجار العظيم

كان انفجارًا في الفضاء

مع ابتعاد كلّ شيء عن نقطة ما.

لكنّ ذلك ليس ما يحدث في الواقع.

تذكّروا، ذكرتُ أنّ الفضاء هو شيء،

تتواجد فيه المادة والطاقة.

يمكن للفضاء أن يتشوّه أو ينحني بالكتلة،

ممّا يوجد ما نعتبره جاذبيّة.

حين نتحدّث عن توسّع الكون،

نعني أنّ الفضاء نفسه يتوسّع

وحين يتوسّع، فهو يحمل معه المجرّات.

بشكل ما، يشبه ذلك المسطرة المطاطية.

حين نشدّها، يزداد طولها،

وتزداد المسافة بين العلامات التي تحملها.

حين يتضاعف طول المسطرة، العلامات فصل بينها

ملليمترًا في البداية أصبحت منفصلة بملليمترين

لكنّ الإشارات التي فصل بينها 10 سنتيمترات،

يفصل بينها الآن 20 سنتيمترًا.

المعنى، كلّما كانت العلامتين أبعد عن بعضهما،

ستبدوان أنّهما تبتعدان عن بعضهما بسرعة أكبر.

هل يبدو ذلك مألوفًا؟ هذا ما تقوله لنا

الانزياحات الحمراء للمجرات.

ويعني أيضًا أنّ المجرات لا تتحرك فعليًا،

بل يتوسّع الفراغ الذي بينها.

قد يبدو هذا كدلالة لفظية مبالغٍ فيها،

لكنّه صحيح فيزيائيًا.

المجرات تقف ثابتة تمامًا

والمساحة التي بينها هي التي تتغيّر.

هناك ما هو أغرب من هذا،

هذا صحيح أينما كنت في الكون.

من أيّ مجرّة، ستبدو المجرات الأخرى

تبتعد عنك بسرعة، انظروا إلى تلك المسطرة ثانية

أيًا كانت الإشارة التي بدأت عندها،

عند تمدّد المسطرة

من تلك النقطة، ستبدو كلّ المؤشرات

كأنّها تبتعد عنك.

هذا ما أظهرته معادلات “آينشتاين”،

وما رآه “لاميترا” فيها.

الفضاء يتوسّع، لكنّ ذلك يعني أنّ الانفجار العظيم

لم يكن انفجارًا في فضاء ما موجود مسبقًا

بل كان الانفجار الأوّل

الذي سبّب التوسّع في الفضاء نفسه.

الكون لا يتوسّع إلى أيّ شيء، لأنّه موجود فحسب،

لا يوجد شيء خارج الكون ليتوسّع فيه.

هذا يعني أنّ الكون ليس له مركز، أو جهة أصل.

تخيّلوا الآن أنّ المسطرة دائرة

وقطرها يتوسّع، لا يوجد أيّ مؤشّر

يمثّل المركز الحقيقي.

لكن أينما كنت حول المسطرة،

كلّ مؤشّر يبدو كأنّه يبتعد عنك.

بالطريقة ذاتها، كلّ نقطة من الكون تبدو كمركز،

وذلك يعني ألّا شيء منها يعتبر مركزًا.

لا مكان في الكون مميز أكثر من مكان آخر،

كلّنا متساوون.

قد يصعب استيعاب ذلك، لكنّي أعترف

أنّنا جميعًا نواجه صعوبات في هذه الأفكار.

لكنّ الحساب يبيّنها، وكذلك كلّ الملاحظات

التي نسجّلها في الكون البعيد.

وسط كلّ هذه الغرابة، لا تنس الفكرة العامة،

كان للكون بداية.

ويمكننا رؤية دليل عليه.

ليس ذلك فحسب، بل بقياس سرعة تمدّده،

يمكننا استخدام الحساب للعودة في الزمن

وتحديد عمر الكون.

حاليًا، أفضل قياس لدينا عن عمر الكون

هو 13،82 مليار سنة.

أو ربّما عليّ أن أقول 13،82 مليار سنة!

هذا رقم مدهش، إنّه زمن طويل جدًا

يفوق عمر الأرض بثلاثة أضعاف.

لكنّ ما يدهشني أنّنا استطعنا حسابه أصلًا.

نحن أذكياء جدًا.

تعلّمنا اليوم أنّ المجرّات البعيدة تظهر انزياحًا

أحمر في طيفها. أي أنّها تبتعد عنا.

الكون يتمدّد، وهذا يعني أنّه كان ساخنًا وكثيفًا

ثمّ بدأ يتمدّد ويبرد. هذا النموذج لسلوك

الكون في البداية يسمّى “الانفجار العظيم”.

وتمّ تأكيده مع اكتشاف الإشعاع الخلفي

أو سطوح كرة النار في ستينات القرن العشرين.

الأدلة الأخرى تدعم ذلك أيضًا.

باستخدام هذه المعلومات، استطعنا حساب

أنّ عمر الكون هو حوالى 14 مليار عام.

تم إنتاج Crash Course بالتعاون

مع استوديوهات PBS Digital.

زوروا قناتهم على يوتيوب لمشاهدة حلقات رائعة

أخرى. أنا “فيل بليت”، كتبت هذه الحلقة

ومحرر النص هو بليك دي باستينو

ومستشارتنا هي الدكتورة ميشيل ثالر.

الحلقة من إخراج نيكولاس جينكنز ومونتاج

نيكول سويني، ومصمم الصوت هو مايكل أراندا

وفريق الرسومات هو Thought Café.

اترك تعليقاً

إغلاق القائمة