اللانهائية وقفة للتأمل في أعماق الكون

الملحق الثقافي:حاتم حميد محسن:

نجح العلماء أخيراً في الحصول على صورة مباشرة (Image) للثقب الأسود لأول مرة. مجرة M87)) هي ثقب أسود عملاق على بعد 55 مليون سنة ضوئية، ما يعني أنه أكبر من كامل نظامنا الشمسي. قبل عشرين سنة، بدت الثقوب السوداء كخيال علمي أكثر من كونها حقيقة علمية. الآن لدينا سبب معقول للاعتقاد أن هناك ثقباً أسود في مركز كل مجرة، بما في ذلك مجرتنا (مجرة التبانة). لذا فإن الثقوب السوداء ليست فقط حقيقية، وإنما هي أمر شائع. السؤال الآن هو: هل الثقوب السوداء تبتلع النظرية الكونية للانفجار العظيم Big Bang؟
الفلكي إدوين هابل (Edwin Hubble)، ومع أن اسمه بارز في الكوزمولوجي (علم الكون)، إلا أنه لم يخترع فكرة تمدّد الكون. الفضل في تلك الفكرة يعود في الأصل إلى أمريكي آخر هو فيستو سليفر (Vesto Slipher ( الذي اقترح عام 1912 أن التحول الأحمر (red shift)(1) المُلاحظ في طيف الضوء القادم من المجرات البعيدة هو ناتج عن حركتها البعيدة عن المراقب. طبقاً له، إن الضوء القادم من المجرات البعيدة كان يمتد إلى النهاية الحمراء للطيف لأن مصدره يتحرك بعيداً عنا. هو قارن التحول الأحمر في الضوء مع (تأثير دوبلر) Doppler effect (2) المُلاحظ في الموجات الصوتية، حيث مصدر الصوت يتحرك بعيداً عن المستمع (لنقل صافرة إنذار الشرطي) منتجاً نغمة أعمق مما لو كان مستقراً.
طوّر هابل فكرة سليفر عبر ترتيب وتحليل الضوء من عدة مجرات. هو عرض نتائجه في شكل بياني نُشر عام 1929، والذي كشف أنموذج: كلما كانت المجرة أكثر بعداً، كلما كان التحول الأحمر في ضوئها أشد، ولذلك تكون سرعتها بعيداً عنا أكبر. تلك العلاقة بين المسافة والسرعة تُعرف (بقانون هابل). ولكن مع أن الأنموذج العام تأكد في جميع الملاحظات، إلا أن نفس النسبة بين المسافة والسرعة والتي تُسمى (ثابت هابل)، اتضح أنه من الصعب تحديدها، وأن ذلك الفشل قاد النظرية الكونية إلى طريق مسدود. إن فكرة تمدد المجرات البعيدة عنا قادت إلى استنتاجات محددة في علم الكون.
أولاً، إذا كانت جميع المجرات تتمدد الآن، فنحن نستطيع نظرياً إعادة الساعة إلى الوراء لنجد نقطة بدء مشتركة.
ثانياً، إذا كنا نلاحظ المجرات تتمدد في جميع الاتجاهات بعيداً عنا، عندئذ فإن نقطة البدء المشتركة هذه يجب أن تكون حيثما نحن فيه الآن. غير أن الاستنتاج الثاني غير مقبول، لأنه يتعامل مع الأرض كمكان خاص جداً – مركز الكون. ولكن كيف نستطيع تجنب هذه الانتقائية؟
الجواب كان إعادة تفسير التمدد ليس كحركة فيزيائية في فضاء نيوتني ثابت، وإنما كتوسع بالفضاء ذاته في كون آينشتايني متغير. الفرق هو أن علم الكون كما يفهمه نيوتن هو لا محدود في جميع اتجاهات الفضاء: بُعد الزمن أيضاً غير محدود، في كل من العودة إلى الماضي والتقدم نحو المستقبل. الصاروخ النيوتني الذي يُطلق إلى الفضاء ويحتفظ بخط مستقيم، سوف يسافر إلى الأبد. في المقابل، الكون طبقاً لآينشتاين محدود، ويتشكل بالمادة التي يحتويها. المادة تحني الزمكان، والتوسع بالمادة يدفع الزمكان للتمدد معها. ونظراً لانحناء الزمكان، فإن الصاروخ الآينشتايني المنطلق نحو الفضاء، سوف يعود في النهاية إلى نقطة البداية.
(هابل) وأتباع نظرية الانفجار العظيم من الكوسمولوجيين استنتجوا أنه بدلاً من أن تكون المجرات ذاتها تتحرك بعيداً عنا، فإن الفضاء بين المجرات هو الذي يتمدد. التمدد يسبب تحولاً أحمر، لأن الضوء له سرعة ثابتة، ولهذا فإن الضوء الذي نلاحظه يكون قد امتد ليملأ الفضاء المتزايد. ونظراً لأن التوسع يحدث في كل مكان، فإن نفس التحول الأحمر ونفس التمدد الظاهر، سوف تتم ملاحظتهما، لا يهم أين تحصل الملاحظة في الكون. بكلمة أخرى، لم يكن كوكب الأرض في مركز الكون أكثر من أي مكان آخر.
العودة إلى الأصل
إن نظرية تمدد الكون بالفعل، تعني أنه لو قمنا بإعادة الساعة إلى الوراء، فإن الزمكان ذاته يتقلص إلى مصدر مكثف. كل شيء ينشأ من تلك البيضة الأولى: المكان، الزمان، المادة، الطاقة التي برز منها كوننا الحالي، كلها لا تزال تتمدد.
كوسمولوجيا الانفجار العظيم، مضاد للبديهة لدى البعض، لأنه يفترض نقطة بداية للكون. كنا منذ وقت طويل اعتدنا على فكرة أن النجوم تتشكل من الغاز والغبار بسبب الجاذبية، ثم تشتعل كردود فعل نووية، وفي النهاية تحترق تاركة الغاز والغبار اللذين سيُعاد تحويلهما إلى نجوم أخرى. الشيء ذاته ربما يصح على المجرات، هي أيضاً تتشكل من غاز وغبار ومن ثم تنطعج نحو الداخل حتى تنفجر في النهاية.
هذه العملية لا نهاية لها، وهي عكس كوزمولوجيا الانفجار العظيم، لا تتطلب نقطة بداية. تلك الرؤية كانت الأساس في كوزمولوجيا الحالة الثابتة(3)، كما اقترح فريتز زويكي ( Fritz Zwicky) وآخرون منذ الثلاثينات. تحدّى Zwicky الافتراض بأن التحول الأحمر ناتج عن المسافة التي قطعها الضوء، ولهذا فإن نظريته أطلق عليها «الضوء المتعب» tired light. هذا أوضح بنجاح لماذا المجرات الأكثر بعداً تمتلك أعظم تحول أحمر – الضوء المنطلق منها قطع أعظم مسافة. غير أن زويكي لم يصل إلى إطار رياضي مقنع لنظريته، لذا فإن نظريته خسرت المنافسة أمام الانفجار العظيم.

توفي إدوين هابل عام 1953. علم الفلك قطع خطوات كبيرة منذ ذلك الوقت – بعضها إلى القمر. نجوم الـ (Quasars) و(Pulsars) جرى اكتشافها(4). الأقمار الصناعية تم وضعها في مدار حول الأرض، بما فيها تلسكوب هابل الفضائي، وحصل الفلكيون من البعثات الاستكشافية المرسلة إلى الفضاء على صور تفصيلية عن كواكب أخرى مع أقمارها. المركبة الفضائية فويجر التي بدأت في السبعينات، خرجت من النظام الشمسي، وهي الآن تسافر في فضاء ما بين النجوم. خرائط المجرات كشفت عن تراكيب واسعة النطاق تستلزم عدداً هائلاً من المجرات، على سبيل المثال، الحائط الكبير الذي تم اكتشافه عام 1989.
إحدى الاكتشافات الهامة جداً لدى الكوزمولوجيين حدثت عام 1964. هذا كان على شكل صفير راديوي ضعيف المستوى لوحظ في جميع الاتجاهات في الكون: وجود الإشعاع الكهرومغناطيسي الكوني ((CMBR (5) تنبأت به نظرية الانفجار العظيم، ولهذا فإن اكتشافه جرى التعامل معه كتأكيد للنظرية. قيل إنه شفق للانفجار الكوني الأول، عندما سبق انفجار الضوء قذف المادة، وبالتالي وجود الإشعاع المنتظم في جميع أنحاء الكون.
غير أن الشكوك اللاحقة بدأت تتسلل منبثقة من ذلك الغموض. هذه الشكوك عُرفت بـ «مشكلة الأفق»the Horizon Problem. الخوف هو أنه مع تمدد الكون، فإن أجزاء من الفضاء التي كانت متعاكسة تماماً ستتجاوز فوراً النقطة التي يمكن بها تبادل المعلومات بسرعة الضوء، ولذلك كانت قُطعت كلياً من بعضها البعض. ولكن إذا كانت مختلف أجزاء الكون منعزلة جداً، كيف سيأتي الإشعاع الكهرومغناطيسي الكوني متشابهاً في كل الاتجاهات؟ لغرض التشبيه تصوّر حياة تنشأ في كوكب آخر مقطوع تماماً من الأرض. فما هو احتمال أن تكون الحياة المتشكلة هناك مشابهة لتلك الموجودة على الأرض؟ لا احتمال لذلك أبداً.
هناك حل بديل مرتكز على استنتاجات القمر الصناعي لبعثة ناسا الفضائية COBE في السبعينات – بمعنى أن الإشعاع الكهرومغناطيسي الكوني ليس موحداً أبداً. نتائج بعثة COBE جرى تنقيحها في خارطة توضح التغيرات في الإشعاع الكهرومغناطيسي الكوني عبر السماء. من المدهش أن الخارطة الجديدة جرى التعامل معها كدليل لتفضيل نظرية الانفجار العظيم، تماماً مثلما كان الانتظام الأصلي في الإشعاع الكهرومغناطيسي الكوني. يبدو أن نظرية الانفجار العظيم لن تخسر. ولكن مشكلة أخرى حدثت بشكل غير متوقع. التحول الأحمر للمجرات البعيدة يبدو الآن يبين أنها ليست مجرد تبتعد، وإنما تسرع بعيدة عنا. ونظراً لأن نظرية الانفجار العظيم غير قادرة على توضيح هذا، لذا فإن الاقتراح الآن هو أن هناك كمية هائلة من «طاقة معتمة» غير مكتشفة، تتصرف كقوة طاردة تدفع المجرات عن بعضها. وبما أن الانفجار العظيم يتطلب المزيد من الأجراس والصافرات ليجعل الرياضيات صحيحة، فإن إعادة تفكير كوني ربما هي الآن مناسبة.

الكسوف بالمادة المعتمة
تطور دراماتيكي في علم الفلك كان إدراك أن ما لا يُرى هو أغزر بكثير مما نستطيع رؤيته. فمثلاً، نحن لا نستطيع عادة أن نرى الثقب الأسود لأن جاذبيته قوية جداً لدرجة أن لا ضوء يستطيع الهروب منه. علينا أن نستدل على وجوده من خلال تأثيره على الأجسام المجاورة، والتي هي النجوم.
لعدة سنوات كان يُظن أن الثقوب السوداء مجرد احتمال خيالي. لكن الدراسات وجدت دليلاً على وجود الثقوب السوداء في مركز كل مجرة، بما فيها مجرتنا. الثقوب السوداء كان يُظن في الأصل أنها حالة ثابتة، لكن العمل النظري لستيفن هاوكينغ بيّن أنها تسرّب الإشعاع، وفي النهاية تتبخر. أكبر الثقوب السوداء سميت «العملاق» Supermassive، وهي هائلة، ثقوب 87M، مثلاً، هي بقطر 40 بليون كيلومتر، ولذلك هي أكبر من النظام الشمسي. إنها تمتلك كتلة بمقدار ستة بلايين ونصف مرة أكبر من الشمس.
مثلما حصل مع الثقوب السوداء، جرى افتراض وجود المادة المظلمة قبل وقت طويل من القبول بها. في عام 1933، كان (زويكي) يدرس مجموعة كوما المجرية. هو اعتبر أن أفضل توضيح لما لاحظ، هو أن هناك المزيد من وجود «المادة المظلمة» قياساً بالمادة المرئية. هو قصد بهذه المادة، تلك التي لا تكشف عن وجودها إلاّ من خلال تأثيرات الجاذبية.
دخلت الفكرة في سبات لمدة 40 عاماً. لاحقاً في عام 1973 وجد العالمان أوستريكر جريمي وجيمس بيبلز Jeremiah Ostriker وJames Peebles أن محاكاة كومبيوترهما لتكوّن المجرة يُنتج شكل ذراع حلزوني شائع بين المجرات، فقط إذا احتوت على كمية كبيرة من المادة المظلمة. ونفس الشيء، عندما درس كل من روبن فيرا وكينت فورد Vera Rubin و Kent Ford سرعة دوران المجرات، هما استنتجا أن الدوران لا يمكن توضيحه من دون كميات كبيرة من المادة المظلمة. الفلكيون يعتقدون الآن أن المادة المظلمة في الكون هي اكثر بكثير من المادة العادية. ماهية هذه المادة بالضبط لاتزال عرضة للنقاش.
الاكتشافات الأخيرة المتعلقة بالثقوب السوداء وبالمادة المعتمة، يمكن القول إنها ترقى إلى تغيير الأساس الذي ترتكز عليه حجج نظرية الانفجار العظيم: هناك المزيد من المادة في الكون قياساً بما اعتُقد سابقاً، وذلك يعني أن هنالك المزيد من الجاذبية أيضاً. هذه الاكتشافات يجب أن تغيّر تصوّرنا لرحلة الضوء عندما يسافر من مجرة أخرى إلى مجرتنا. أولاً، يُسحب الضوء مرتداً بفعل جاذبية المجرة التي يرحل منها، ثم يسافر عبر تدخلات مجالات الجاذبية، أخيراً، يُسحب إلى الداخل بفعل جاذبية مجرة التبانة. لذا فإن الجاذبية بجميع أشكالها ربما هي التي تسبّب التحول الأحمر، وليس الحركة، وهي الحالة التي لا نحتاج بها للافتراض أن الكون يتمدد. ربما قفز (سليفر) إلى الاستنتاج الخاطئ عام 1912، وكان على (هابل) أن ينظر قبل أن يقفز خلفه.
من الملفت أننا ربما في نقطة التحول من أنموذج علمي scientific paradigm إلى أنموذج آخر. تماماً مثلما سمح علم الفلك البطليموسي بالثورة الكوبرنيكونية، كذلك نظرية الانفجار العظيم ربما على وشك أن تفسح الطريق لنظرية كونية مرتكزة على الجاذبية والمادة المظلمة. إنها ستكون ثورة بنفس الأهمية. نظرية الانفجار العظيم أعطتنا كوناً له نقطة بداية وتاريخ منفرد، بينما الكون الجديد ينطوي على العودة إلى اللانهائية – كون ليس له بداية ولا نهاية، يُعيد استخدام المادة والطاقة في دورة أبدية فيها تندمج المجرات والتراكيب المجرية، ثم تستمر، تنفجر أو تتبخر وتتشتت، فقط لتندمج مرة أخرى في مكان آخر.
الانفجار العظيم جسّد مستوى للكون، لأنه اكتسب مظهر الحقيقة المؤسسة. لكن العلم يستمر بالتقدم إلى الأمام، مكتشفاً حقائق جديدة، يعيد مراجعة نظرياته في ضوء تلك الاكتشافات. مثل فيلم تيتانك، الذي يتحدث عن غرق السفينة، أطلق عليه اسم «لا تغرق»، كذلك الانفجار العظيم ربما أصاب جبل الجليد المعتم العملاق. لكننا مازلنا ننتظر تطورات أخرى ذات أهمية.
…….
المصادر
‏(1) Return To Infinity, Philosophy Now April/May2020
‏(2) Wikipedia The Free encyclopaedia
‏(3) SPACE.com
الهوامش
(1) التحول الأحمر هو التغيير في طول موجة الضوء. زيادة طول الموجة يعني أنها تصبح أكثر احمراراً، الفلكيون يستعملون التغير الأحمر لقياس المسافة إلى المجرات البعيدة جداً. كلما كان الجسم بعيداً، كان لونه أكثر حمرة. أمثلة على التحول الأحمر هو أشعة غاما التي تُفهم كأشعة إكس راي، أو الضوء المرئي الذي يُفهم كموجات راديو. المضاد للتحول الأحمر هو التحول الأزرق، وفيه طول الموجة يقل مع تزايد الطاقة.
(2) تأثير دوبلر، هو عبارة عن الزيادة أو النقصان في تردد الصوت أو الضوء أو الموجات الأخرى عندما يتحرك المصدر أو المراقب إما باتجاه أو بعيداً عن بعضهما.
(3) في أواسط القرن العشرين، كانت هناك نظريتان متنافستان عن أصل الكون. نظرية الحالة الثابتة The state theory التي ترى أن المادة تُخلق باستمرار، لأنه مع تمدد الكون تبقى الكثافة الكلية للكون كما هي والكون يبقى موجودا إلى الأبد. أما نظرية الانفجار العظيم، فترى أن الكون المتسع يجب أن يكون شديد الكثافة في الماضي، ولذلك في البداية الأولى يجب أن يكون الكون نقطة من الكثافة اللامتناهية. الفلكيان بينزياس وويلسون Penzias و Wilson افترضا أن نظرية الانفجار العظيم إذا كانت صحيحة، فإن الكون سيكون مملوءاً بالإشعاع المتبقي منذ حدوث الخلق.
‏(4) Quasar هو جسم سماوي مندمج شبيه بالنجوم له قوة أكبر من مجرتنا بالكامل. يُعتقد أنه أقدم وأبعد شيء مكتشف حتى الآن، هذه الأجسام تبعد بلايين السنوات الضوئية عن الأرض وتتحرك بعيداً عنا بسرعة تبلغ حوالي 80% من سرعة الضوء. لهذا السبب، تُعتبر كاسار هامة جداً للفلكيين في فهم الكون المبكر. القليل يُفهم الآن حول طبيعة الكاسار، إحدى النظريات ترى أنها نتاج لثقوب سوداء عملاقة تحطم كميات هائلة من المادة، مسببة الطرد اللاحق للإشعاع على طول القطبين الشمالي والجنوبي. العديد من الفلكيين يعتقدون أن الكاسار تمثل المرحلة الأولى من تطور المجرات بما فيها مجرتنا.
(5) الإشعاع الكهرومغناطيسي الكوني هو إشعاع يملأ الكون ويمكن تحسسه في كل اتجاه. موجات المايكرو هي غير مرئية بالعين المجردة، لذا لا يمكن رؤيتها بدون وسيلة. الإشعاع الكهرومغناطيسي كونه نشأ بعد وقت قصير من خروج الكون إلى الوجود أثناء الانفجار العظيم، فهو يمثل أول إشعاع يمكن اكتشافه. الفلكيون ربطوا الإشعاع برؤية ضوء الشمس مخترقاً السماء الملبدة بالغيوم.

التاريخ: الثلاثاء12-5-2020

رقم العدد :998