الكون والانفجار الكبير

نظرة العلم لولادة الكون ونشائته
من خلال نظرية الأنفجار الأعظم


فكرة الانفجار الأعظم
كان الكون منذ بادئ الأمر مستقر تخلق فيه المادة باستمرار
قام
العالم جورج غاموف عام 1948 بالتحقق أن الكون الأول هو كرة نارية كثيفة
والبروتونات والنيترونات سيلتصق بعضها ببعض لتشكل نوى الذرات
وعالمنا الذي نعيش فيه قد ولد قبل 15 الف مليون سنة نتيجة انفجار هائل وهو الانفجار الاعظم
ان
نقطة صغيرة جدا من مادة فائقة الكثافة وشديدة الحرارة تمزقت بانفجار طاقي
عنيف فخلقت فضاء مازال يتوسع حتى الآن وأول مشهد من حياة الكون بدء من
الثانية الأولى
والحقبة الأولية قصيرة جدا مقارنة مع المقاييس العددية لكنها مفعمة بأحداث كونية كبرى
وهذه
الحقبة الأولية بدءت في اللحظة 〖10〗^(-43) الأولى من الثانية وفي درجة
حرارة 〖10〗^32 والكون كان عندها نقطة دقيقة قطرها 〖10〗^32 cm وتحوي مزيجا
من الجسيمات وأضدادها التي تولد وتفنى
ومع مرور الوقت في هذه الثانية نفسها نجد فيها مراحل عديدة تتلخص فيما يلي :
تبدء
النقطة بالانتفاخ بتأثير قوى شادة عليها فتتسرب فقاعات كمومية للخلاء
المحيط وتنتفخ بسرعة هائلة يكون عندها عالمنا المرئي في داخلها يبلغ حجم
كرة المضرب

نشاهد نوعين من الجسيمات :
كواركات تتحسس القوة الشديدة
الليبتونات وتتحسس قوة تتوحد
في الخلاء القوى الشادة والضاغطة عدا قوة الثقالة مما يجعله في حالة
استقرار فينتج مزيدا من الجسيمات وتتجمد القوى الشادة المؤدية لتسرب
الفقاعات للخلاء فيتوقف الانتفاخ ويتجدد النفجار الاعظم لكن ببطء وبنفس
القوة كهرضعيفة موحدة
في لحظة معينة من الثانية الأولى تنشطر القوة الكهرضعيفة إلى قوة كهرطيسية وقوة ضعيفة وتنخفض درجة الحرارة
في
لحظة بعدها نلاحظ مذبحة كواركات تسبح في الفضاء وتتفاعل مع جسيمات اخرى
وببرود الكون لاتكفي الطاقة عندها لتوليد الكواركات فتأخذ الأزواج بالفناء
تتحد الكوراركات المتبقية لتشكيل البروتونات والنيترونات
وفي نهاية الثانية الاولى تنجو معظم النترينوهات التي كانت تتحسس القوة الضعيفة
وتتحد التتحد البروتونات والنيترونات فجأة وتشكل نوى الهيليوم
خلال ال 100 ألف سنة التالية بعدها يمتزج الهيدروجين والهيليوم وآثار نوى خفيفة مع الالكترونات والإشعاع وتبرد جميعها
خلال ال 300 ألف سنة التالية الكون يضيء
وتبدأ الاكترونات بعدها بالالتحاق بالنوى متولد أول مادة نووية زعندها يكون الإشعاع غير كاف لتحطيم الذرات ولم يمتص آليا
فأصبح الكون شفافا مضيأً
خلال الألف مليون مليون سنة أصبح الكون كما نعهده بالمقاييس الكونية والذرية وبذلك سمي هذا الحدث أعظم انفجار حتى الآن
















، تستمد نظرية الانفجار الأعظم صحتها عن طريق 3 قضايا أساسية:
الأولى: أن
المجرات تتباعد عن بعضها بسرعة أكبر كلما كانت أبعد عنا، وهذا بالاعتماد
على "ظاهرة دوبلر" التى تقول بانخفاض التردد عندما يتحرك مصدره مبتعدا عنا.

الثانية: الخلفية الإشعاعية أو الحرارية التى أثبت وجودها منتشرة فى الكون المنتشر حولنا.

الثالثة: كمية الهيدروجين والهليوم ونسبته فى الكون تؤيد هذه النظرية.
منتدى الباحث نبيل حاجي نائف




أفكار خاطئة عن الانفجار العظيم .
مجلة Scientific American عدد مارس\أبريل 2005 م

مقدمة :

قد
يثير مفهوم توسع الكون حيرةً لدى كثير من العامة ، بل إن الفلكيين كثيرا
ما يتناولونه بشكل خاطئ يدل على اختلال فهمهم لهذا المفهوم .
إن تكوين جميع البنيات في كوننا هذا ( مجرات ، و نجوم ،و كواكب ، بل حتى هذا المقال ) يعتمد اعتمادا كليا على توسع الكون ، لذلك بإمكاننا أن نقول إن توسع الكون هو من أهم الحقائق التي جرى اكتشافها عن أصولنا .
و
حيث إن العلماء قد عثروا – قبل أربعين عاما - على الشفق البارد للانفجار
العظيم ، الذي هو بمثابة الدليل القاطع على توسع الكون ، فقد وحدت نظرية
توسع الكون و تبرده كل الأطروحات الكزمولوجية ( الكونية ) .
على
الرغم من كل ذلك ، إلا أن توسع الكون ، الذي تم اكتشافه قبل 75 عاما - يظل
مستعصٍ على فهم كثير من العامة ، بل و قد يختلف بعض العلماء على فهم معناه .
و
دليل ذلك هو قيام بعض العلماء الذين أرادوا تيسير ( تبسيط ) العلوم ، بطرح
تعبيرات غير صحيحة ، بل و مضللة . بل إن بعض مؤلفي الكتب المنهجية في
الفلك قد حذوا حذو أولئك في ارتكاب الأخطاء الفادحة في سبيل شرح توسع الكون
تقهقر Receding أسرع من الضوء !

لقد وجد " هبل " في عام 1929 م أن معدل تزايد المسافات بين المجرات يخضع إلى علاقة هي v = Hd ، حيث إن v هي سرعة التقهقر ، و d هي بعد المجرة عنا ، و أما H فهو ثابت التناسب الذي يسمى " ثابت هبل "
إن ثابت هبل هذا يحدد مدى السرعة التي يتمدد بها الكون حول أي راصد في الكون .
لكن
إذا علمنا أن مجرة أندرو مينا ، التي هي أقرب مجرة إلينا ، تتحرك نحونا و
ليس بعيدا عنا ! و لا يدل هذا على خطأ علاقة هبل ، لأنها تنطبق على السلوك
الوسطي للمجرات ، فهي ( أي العلاقة ) تبلي بلاءً حسنا على المجرات البعيدة
عنا . كذلك فإن الكون لا يتوسع بسرعة واحدة ، استنادا إلى علاقة هبل ، بل
إنها تتنبأ بوجود مجرات بعيدة عنا تتقهقر عنا بأسرع من سرعة الضوء ، و لكن
بشرط أن تقع على مسافة محددة تسمى " مسافة هبل " .
و
تصل تلك المسافة إلى 14 بليون سنة ضوئية ، بناء على ثابت هبل الذي قيس . و
هنا نصل إلى إشكالٍ طالما أربك عديدا من الطلبة ، و هو : أليست تقول
النظرية النسبية الخاصة إن لا شيء بإمكانه أن يتجاوز سرعة الضوء ؟ فكيف إذن
تتقهقر تلك المجرات بأسرع من السرعة القصوى ؟ أوليس هذا اختلال في علاقة
هبل !؟
و
الجواب واضح و يسير ، هو أن النظرية النسبية الخاصة لا تنطبق إلا على
السرعات العادية ، أي التي تكون فيها الحركة خلال الفضاء ، أما توسع الكون
فهو حركة الفضاء ذاته ، الذي يخضع بدوره للنسبية العامة . إذن لا يعد ذلك
خرق أبدا ، و يظل صحيحا أن لا شيء بإمكانه تجاوز سرعة الضوء .


يتمدد الكون و يبرد .
لقد لوحظ أن الموجات الواردة من المجرات البعيدة تنـزاح نحو الموجات الطويلة ( الانزياح
نحو الأحمر ) . و التفسير المباشر هو : طالما أن الكون يتوسع ، فإن
الموجات الضوئية تتمدد خلال رحلتها في الفضاء ، فتتضاعف أطولها الموجية
بتضاعف الاتساع ، مع انخفاض إلى النصف في الطاقة.
و
المشكل هنا هو اختلاف مفهوم الانزياح نحو الأحمر الكزمولوجي الناتج عن
توسع الكون ، و بين الانزياح نحو الأحمر الناتج من أثر دوبلر ، و كم يخطئ
كثير من الفلكيين عندما ينسبون ذلك الانزياح إلى أثر دوبلر على الرغم من
خضوعهما لقانونين مختلفين إذ أن أثر دوبلر يشتق من النسبية الخاصة ، أما
الانزياح الكزمولوجي نحو الأحمر فهو مشتق من النسبية العامة .
فنحن
عندما نطبق قانون دوبلر على الأجرام التي تقارب سرعتها سرعة الضوء ، فإننا
نجد أن الانزياح نحو الأحمر يقترب من اللانهاية . و بذلك تصبح موجات الضوء
أطول من أن تلاحظ .
و لكن قانون الانزياح الكزمولوجي يؤدي إلى نتائج غير تلك ، بإمكان من أراد التوسع فيها أن يعود إلى المقالة الأصلية .
نعود
إلى قضية تبرد الكون . فحيث إن الفوتونات المنبعثة من المجرات لها درجة
حرارة ، و بما أنها تزداد طولا بسبب توسع الكون ، و بالتالي تخسر شيئا من
طاقتها ، و عليه فإن درجة حرارتها سوف تنخفض ، و بناء على ذلك فإن الكون
يبرد بتوسعه . و هذا ما أثبتته القياسات .
يركض ليظل ساكنا
إن التغييرات في توسع الكون ؛ أعطت صفة القبول لوجود مجرات تتقهقر بسرعة تتجاوز سرعة الضوء .
افترض
أن شعاعا ضوئيا أبعد من مسافة هبل يسير نحونا ، مع ملاحظة أن فضاءه يتقهقر
بأسرع من سرعة الضوء عنا ، و هو يسير بأقصى سرعة كي يحافظ على موضعه . قد
تظن للوهلة الأولى أنه ليس بإمكاننا أن نرى ذلك الضوء ، إذ أنه لن يصل
إلينا أبدا !
إلا
أن الحقيقة التي أنت بصدد معرفتها الآن هي أن ثابت هبل ليس ثابتا ، و إنما
يتغير مع الزمن ، و عليه تكبر مسافة هبل . و بهذا فإن ذلك الفوتون سوف يجد
نفسه و قد دخل ضمن نطاق مسافة هبل التي يتقهقر فيها الفضاء بأقل من سرعة
الضوء . و بهذا يصل إلينا .
و عليك أن تعلم – بناءً
على ما سبق - أن مسافة هبل ليست مؤشرا على حافة ( طرف ) الكون المرئي . بل
في الواقع إن مسافة أبعد جرم سماوي يمكن رصده تتضاعف ثلاث مرات تقريبا
لتصل إلى 46 بليون سنة ضوئية !
لقد
اكتشف العلماء مؤخرا أن معدل توسع الكون يتسارع ، و هذا يزيد من أهمية
مسألة أقصى بعد نراه ، فاستنادا إلى الاعتقاد القديم القائل إن الكون
يتباطأ ؛ ظن العلماء أن المزيد من المجرات ستتوالى في الوصول إلى مجال
الرؤية .
أما
في كونٍ متسارعٍ فإنه أشبه ما يكون بثقب أسود . إذ يكون له أفق حدث بحيث
لا يمكننا أن نرى ما خلفه أبدا ، فمهما ازدادت مسافة هبل ؛ فإن تسارع الكون
يقاومها بحيث يمنع ضوء المجرات التي خلف أفق الحدث بعيدة عن الوقوع ضمن
مسافة هبل .
إن
المسافة الحالية التي تفصلنا عن ذلك الطرف هي 16 بليون سنة ضوئية ، فالضوء
المنبعث الآن عن المجرات التي أصبحت الآن خلف أفق الحدث لن تستطيع الوصول
إلينا أبدا .
و
سوف تتوسع تلك المسافة كثيرا ، و بذلك سنظل قادرين على رؤية ما كان خلفها ،
إلا أن الأحداث اللاحقة تظل دوما خارج مدى الرؤية إلى الأبد .
نناقش
الآن الفكرة القائلة إن الكون تسود فيه قوة الجاذبية ، و بناءً عليه
فسيتباطأ التوسع نتيجة للجذب بين الأجسام ، مما يجعلها أصغر حجما ( تنكمش )
، و هذا ما كان يظنه أكثر الكوزمولوجيين حتى وقت قريب . إلا أنه غير صحيح .
و
في الواقع فإن تسارع التوسع يسبب زيادة قليلة في حجم الأجرام بعكس ما هو
عليه الحال في كونٍ غير متسارعٍ . و لكن هذا لا يعني أن الأجرام سوف تتوسع
بسبب توسع الكون فهي ليست مثل الموجات التي ليست متماسكة بسبب تحديد القوة
لحجمها كما هو الحال عليه بالنسبة للأجرام .

و
في ختام الموضوع ، دعونا نقرُّ أن نموذج الانفجار العظيم الذي يدرس و يرصد
التوسع ، و الخلفية الإشعاعية الكونية ، و التركيب الكيميائي للكون ، هو
نموذج عرضة للتبديل . و لكنه حتى الآن يعد أفضل نموذج يناسب البيانات
المتوفرة لدينا .

أخيرا
، تظل هناك أسئلة تحير الكوزمولوجيين ( على الأقل ) ، فهم يتساءلون ما هو
سبب توسع الكون ؟ و يعزونه أحيانا إلى ما يعرف بالتضخم . و لكن هذا التضخم
أيضا يخضع إلى نفس السؤال ! كما أن هناك أسئلة أخرى تتعلق بما وراء ما
نستطيع رؤيته ؟ و عن معدل تسارع الكون و غير ذلك العديد من الأسئلة التي لا
تفتأ تلوح في أفق الحدث !


سؤال : هل يمكن للمجرات أن تتقهقر ( Recede ) بأسرع من سرعة الضوء ؟
جواب :

( خطأ ) : طبعا لا ، لأن نظرية آينشتاين النسبية لا تسمح بذلك .
لنأخذ رقعة من الفضاء فيها بعض المجرات ، إن هذه المجرات تبتعد عنا ، و كلما كانت المجرة
أبعد كلما كانت أسرع ، فإذا كانت سرعة الضوء هي السرعة القصوى ، فإن سرعة المجرات يجب أن تستقر في نهاية المطاف .

( صح ) : من المؤكد أنه ممكن ، لأن النظرية النسبية لا تنطبق على سرعة التقهقر .
في
كون يتوسع ؛ تحافظ سرعة التقهقر على تزايدها مع المسافة . و بعد مسافة
معينة تعرف بمسافة هبل تتجاوز سرعة الضوء . و ليس في ذلك خرق لنظرية
النسبية ، لأن سرعة التقهقر ليست ناتجة من الحركة عبر\خلال الفضاء و إأنما
من توسع\حركة الفضاء نفسه .
سؤال : هل نستطيع مشاهدة مجرات تتقهقر بأسرع من سرعة الضوء ؟
جواب :

( خطأ ) : قطعا لا ، لأن الضوء الآتي من هذه المجرات لن يصل إلينا أبدا .
إن
كل مجرة أبعد من مسافة هبل ، تتقهقر عنا بأسرع من سرعة الضوء ، و الفوتون
المنبعث منها و المتجه إلى الأرض يبعده توسع الكون مثل شخص يسبح عكس التيار
. إذن فالفوتون لن يصل إلينا أبدا .

( صح ) : من المؤكد أننا نستطيع ذلك ؛ لأن معدل التوسع يتغير مع الزمن .
في
البداية لا يمكن لهذا الفوتون أن يقترب منا ، و لكن مسافة هبل ليست ثابتة
بل تتزايد مع الزمن ، و يمكن أن تكبر لتشمل الفوتون ، و عند ذلك يقترب منا
حتى يصل إلينا .
سؤال : لماذا يوجد انزياح كوني نحو الأحمر ؟
جواب :

( خطأ
) : لأن المجرات المتقهقرة تتحرك عبر الفضاء و تتعرض لمفعول\ أثر دوبلر
.عندما تبتعد المجرات عن المراقب تتطاول موجات ضوئها فتجعلها أكثر احمرارا و
يبقى طول موجة الضوء هذا على حاله أثناء رحلته عبر الفضاء . و يكشف الراصد
الضوء و يقيس انزياح دوبلر نحو الأحمر و يحسب سرعة المجرة .

( صح ) : لأن توسع الكون يمدد جميع موجات الضوء عندما تنتشر .
تتحرك
المجرات بصعوبة عبر الفضاء ، و هكذا تبث ضوءا يكاد يكون جميعه بنفس طول
الموجة و في جميع الاتجاهات ، و يتمدد طول الموجة أثناء رحلته لأن الفضاء
يتوسع و لذلك ينزاح الضوء إلى الأحمر . و مقدار الاحمرار هذا يختلف عما
يولده مفعول\أثر دوبلر .
سؤال : كم يبلغ كبر الكون المرئي ؟
جواب :

( خطأ ) : يبلغ عمر كوننا 14 بليون سنة ، فقطر الجزء المرئي منه هو 14 بليون سنة ضوئية .
لنأخذ
أبعد مجرة يمكن رصدها ، أي المجرة التي انطلقت فوتوناتها بعد الانفجار
العظيم بقليل ، و تصل إلينا الآن فقط . و لما كانت السنة الضوئية هي
المسافة التي يقطعها الضوء في سنة ، فالفوتون الآتي من هذه المجرة اجتاز
مسافة 14 مليون سنة ضوئية .

( صح ) : لما كان الفضاء يتوسع ، فالقسم المرئي من كوننا يزيد قطره على 14 مليون س ض
حين
يتابع الفوتون رحلته ، يتوسع الفضاء الذي يجتازه . و لدى وصوله إلينا تصبح
المسافة الكلية التي تفصلنا عن المجرة التي أصدرته أكبر ، و هذا ما يثبته
حساب سهل قائم على المدة التي استغرقها الفوتون لكي يصل إلينا .
سؤال : هل تتوسع الأشياء داخل الكون أيضا ؟
جواب :

( خطأ ) : يؤدي توسع الكون إلى تضخم كل شيء
لنأخذ حالة مجرات في عنقود مجري ، فبما أن الكون يتوسع ، فإن المجرات و العنقود بمجمله تتوسع أيضا ، و من ثم تتوسع حافة العنقود .

( صح ) : لا ، الكون يتوسع ، و لكن الأشياء المتماسكة داخله لا تكبر .
في البدء تتباعد المجرات المتجاورة عن بعضها ، و لكن تجاذبها الثقالي يتفوق على التوسع فيتشكل عنقود . و من ثم يستقر على حجم متوازن .

نتائج توسع الكون في القرآن الكريم