الخميس، 21 مارس، 2013

هل هي نهاية علم الكون (الكسمولوجيا) كما نعرفه؟

هل هي نهاية علم الكون

(الكسمولوجيا) كما نعرفه؟(*)
كونٌ متسارعٌ يزيل جميع الآثار الدالة على نشأته.
<M.L.كراوس> ـ <J.R.شيرَّر>




مفاهيم مفتاحية

  قبل عقد من الزمن، توصل الفلكيون إلى الاكتشاف الثوري، وهو أن تمدد الكون آخذ في التسارع. ومازال الفلكيون منكبّين على دراسة تداعيات هذه الظاهرة.

  إن التمدد المتسارع سيبعد المجرات بعضها عن بعض بسرعة أعلى من سرعة الضوء، وهذا سيجعلها تغيب عن أنظارنا. وهذه العملية تلغي النقاط المرجعية لقياس التمدد، وتضعف المنتجات المميزة للانفجار الأعظم وتحولها إلى العدم. واختصارا، إنها تزيل جميع علامات الانفجار الأعظم التي حدثت سابقا. 

  وبالنسبة إلى من يأتي بعدنا في المستقبل البعيد، سيبدو الكون تجمعا صغيرا للنجوم في فراغ لا نهاية له وغير متبدل.

  تُرى، ما هي المعارف التي أزال الكون آثارها؟

محررو ساينتفيك أمريكان



قبل مئة عام، نُشرت مقالة في مجلة «ساينتفيك أمريكان» عن تاريخ الكون وبنيته الواسعة النطاق؛ وقد كانت هذه المقالة خاطئة كليا تقريبا. ففي عام 1908، ظن العلماء أن مجرتنا كانت تملأ الكون كله، وعدّوه «كونا قائما على جزيرة»، وأنه حشد منعزل من النجوم محاط بخلاء غير منته. أما الآن، فنعرف أن مجرتنا هي واحدة من أكثر من 400 بليون مجرة في الكون القابل للرصد. وفي تلك السنة، كان الإجماع العلمي هو أن الكون سكوني static وأبدي. ولم تكن الفكرة القائلة إن الكون نشأ نتيجة انفجار ناري أعظم عرضة لأي شك إطلاقا. أما تركيب العناصر في اللحظات القليلة الأولى من انطلاق الانفجار الأعظم وفي داخل قلوب النجوم، فلم يكن مفهوما. وأما تمدد الفضاء وتقوسه المحتمل استجابة لنشوء المادة، فلم يكونا أمرين يمكن أن يحلم بهما أحد. وكان لا بد من انتظار تطور تقانات جديدة ـ إذ إن ما كان يصمم منها حينذاك لم يكن لاستكشاف أزلية الكون، بل لتمكين الناس من الاتصال بعضهم ببعض هاتفيا ـ وذلك للإقرار بحقيقة أن الفضاء كله يسبح في بحر من الأشعة، وهذا مما يوفر صورة شبحية للشفق البارد الذي ولده نشوء الكون.

من الصعب تحديد مجال بحثي، طرأت عليه تغيرات في القرن الماضي أكثر من التغيرات التي طرأت على الكسمولوجيا (علم الكون) وعلى الطريقة التي ننظر بها إلى العالم. ولكن هل يتعين على العلم في المستقبل أن يُوفِّر دائما معارف تجريبية أكثر مما كان موجودا في الماضي؟ توحي أبحاثنا الحديثة أنه فيما يتعلق بالمقاييس الزمنية الكونية، فإن الجواب هو لا. وقد نعيش الآن في العصر الوحيد من تاريخ الكون الذي يستطيع العلماء فيه بلوغ فهم دقيق للطبيعة الحقيقية للكون.

كوكب وحيد: مع ازدياد حجم الفراغ في الفضاء، بسبب التوسع الكوني المتسارع، فإن المجرة التي تنتمي إليها أرضنا ستغدو محاطة بفراغ كامل.

وقد حفّز هذه الدراسةَ اكتشافٌ مثير حدث قبل عقد تقريبا. فقد قامت مجموعتان مختلفتان من الفلكيين بتتبع تمدد الكون خلال الخمسة بلايين سنة الماضية، وتوصلتا إلى أن هذا التمدد يبدو متسارعا. ويُظن أن مصدر هذه الثقالة المضادة الكونية(1) نمط جديد من الطاقة المعتمة (المظلمة) dark energy، المرتبطة بالفضاء الخالي. وقد توقع بعض المنظرين ـ من ضمنهم أحدنا، >كراوس< ـ أن هذه النتيجة الجديدة تستند إلى قياسات غير مباشرة، علما بأن ما يحسب له حساب في الفيزياء هو الملاحظات والرصود المباشرة. ويستلزم تسارع الكون أن يحتوي الفضاء الخالي من الطاقة على نحو ثلاثة أمثال ما تحتويه جميع البنى الكونية التي نرصدها في هذه الأيام وهي: المجرات، والحشود المجريّة، والحشود المجريّة الفائقة. ومن عجائب التقادير، أن <A.أنشتاين> كان أول من افترض وجود هذا الشكل من الطاقة بغية إبقاء الكون ساكنا، وأطلق عليه اسم الثابت الكسمولوجي [انظر: «اللاتثاقل الكسمولوجي»، مجلة العلوم ، العدد 11(1999) ، ص 58].

سيكون للطاقة المعتمة تأثير هائل في مستقبل الكون. وقد درس >كراوس< مع الخبير الكسمولوجي <G.ستاركمان> [من جامعة Case Western Reserve]  تداعيات ذلك على الحياة في كون ذي ثابت كسمولوجي، وكان تقديرهما أن النتيجة ليست جيدة. فمثل هذا الكون يصبح مكانا غير صالح للعيش فيه، والثابت الكسمولوجي يولّد «أفق حدث»(2) مثبتا، وهو سطح وهمي لا يسمح للمادة والإشعاع الموجودين وراءه بوصولهما إلينا. وعندئذ يشبه الكون ثقبا أسود مؤلفا من جزأين داخلي وخارجي، وتكون المادة والإشعاع محجوزين خارج ذلك الأفق بدلا من داخله. ويعني هذا الاكتشاف أن الكون المرصود لا يحتوي إلا على قدر محدود من المعلومات، لذا فإن معالجة المعلومات (والحياة) لا يمكن أن تستمر إلى الأبد [انظر: «مآل الحياة في الكون»، مجلة العلوم ، العدد11 (2000) ، ص 18].

وبوقت طويل قبل أن تصبح محدودية المعلومات هذه مشكلة، ستُدفع جميع المادة المتمددة في الكون خارج أفق الحدث. وقد درس هذه العملية <A.لويب> و<K.ناكامين> [اللذان كانا في جامعة هارکرد] وتوصلا إلى أن ما يسمى مجموعتنا المحلية local group من المجرات (درب التبانة(3)، والمرأة المسلسلة(4)، ومجموعة من المجرات القزمة(5) التي تسبح في مداراتها) ستنهار متحولة إلى حشد فائق وحيد ضخم من النجوم، وستختفي جميع المجرات الأخرى وراء أفق الحدث، وتدخل في مجاهل النسيان. وتستغرق هذه العملية قرابة 100 بليون سنة، وهذه مدة قد تبدو طويلة، إلا أنها قصيرة ـ إلى حد ما ـ مقارنة بطول عهد الأزل.


 

كون يتمدد، رؤية تتضاءل(**)

قد يكون الكون غير منته، ولكن فكّر فيما يحدث لرقعة الفضاء حولنا (الكرة الأرجوانية)، التي لا نرى منها سوى جزء فقط (الكرة الداخلية الصفراء). ومع تمدد الفضاء، تتوسع المجرات (البقع البرتقالية). ولما كان لدى الضوء الوقت للانتشار، فنحن ـ الراصدين على الأرض (أو أسلافنا أو أجيالنا المستقبلية) ـ قادرون على رؤية حجم من الفضاء متزايد باطراد. وقبل قرابة ستة بلايين سنة، بدأ التمدد بالتسارع، حاملا معه المجرات النائية بعيدا عنا بسرعة تفوق سرعة الضوء.

1- في مستهل التسارع، نرى أكبر عدد من المجرات يمكننا رؤيته.

2- تتسع المنطقة المرئية، ولكن الكون الإجمالي يتسع بسرعة أعلى، لذا فإن ما نراه في الحقيقة ليس سوى نسبة ضئيلة مما يوجد هناك.

3- تتحرك المجرات النائية (التي لا تتقيد بنا بفعل الثقالة) بعيدا عن مدى رؤيتنا. وفي تلك الأثناء، تعمل الثقالة على دمج المجرات القريبة معا.

4- وأخيرا، فإن جميع ما سنراه هو مجرة فائقة وخواء لا يمكن مد جسور فوقه.

ملاحظة:

لما كان الفضاء يتمدد بانتظام، فإن الغرباء الموجودين  في مجرات أخرى يرون هذا النموذج نفسه.

 



دعامات منهارة(***)

تُرى، ما الذي سيستخلصه فلكيو المستقبل الذين يعيشون في هذا الحشد الفائق عن تاريخ عالمنا؟ للتفكير في هذا السؤال، سنعيد إلى الذاكرة الدعامات التي يستند إليها فهمنا الحالي للانفجار الأعظم(6).

أولى هذه الدعامات نظرية النسبية العامة ل<أنشتاين>. لقد ظلت، طوال نحو 300 سنة، نظرية نيوتن، في التثاقل الكوني(7) صالحة لتكون الأساس لعلم الفلك كله تقريبا. وتؤدي نظرية نيوتن دورا ممتازا في التنبؤ بحركات الأجسام الأرضية، وصولا إلى المجرية، ولكنها تعجز كليا عن التعامل مع مجموعات كبيرة بلا حدود من المادة. وتتغلب النسبية العامة على هذا التقييد. وبعد وقت قصير من نشر <أنشتاين> لنظريته عام 1916، نجح الفيزيائي الهولندي <W.دو سِيتر> في حل معادلات النسبية العامة في حالة كون مُبَسَّط(8) بإدخاله ثابت أنشتاين الكسمولوجي. وقد بدا أن أبحاث <دو سيتر> تحافظ على الفكرة السائدة عن الكون في ذلك الوقت، وهي أنه مجرة قائمة على جزيرة مطمورة في خلاء سكوني ضخم.

وسرعان ما أدرك الكسمولوجيون أن هذا السكون كان تفسيرا سيئا، إذ إن كون <دو سيتر> يتمدد في حقيقة الأمر. وفي وقت لاحق، أوضح الفيزيائي البلجيكي <G.لوميتر> أن معادلات أنشتاين تتنبأ باستحالة وجود كون غير منته ومتجانس وسكوني، إذ إن الكون يجب أن يتمدد أو يتقلص. وانطلاقا من هذا الإدراك، ولدت النظرية التي سميت فيما بعد نظرية الانفجار الأعظم big bang theory.

وقد أُدخلت الدعامة الثانية في العشرينات من القرن الماضي، وذلك عندما اكتشف الفلكيون تمدد الكون. وكان الأمريكي <V.سليفر>، والذي استعمل أطياف النجوم لقياس سرعات المجرات القريبة، هو أول شخص وَفَّر أدلة رصدية على هذا التمدد الفلكي. فموجات الضوء الصادرة عن نجم متحرك نحو الأرض تُضغط، وهذا يُقصِّر طول الموجة، جاعلا الضوء أكثر زرقة. أما موجات الضوء الواردة من جسيم يبتعد عنا، فتتمدد، وهذا يكبّر طول الموجة ويجعل الضوء أكثر احمرارا. وبقياس تمدد أو انضغاط الموجات الضوئية الآتية من مجرات بعيدة، تَمكّن <سليفر> من معرفة ما إذا كانت تلك المجرات تتحرك مقتربة منا أو مبتعدة عنا، كما استطاع تحديد سرعة هذا الاقتراب أو الابتعاد. (وفي ذلك الوقت، لم يكن الفلكيون متوثقين مما إذا كانت تلك اللطخات الغائمة من الضوء، التي نسميها «مجرات»، في الحقيقة هي نجوم منفصل بعضها عن بعض، أم هي مجرد غيوم غازية موجودة داخل مجرتنا). وقد وجد <سليفر> أن جميع المجرات تقريبا كانت تبتعد عنا، وبدا أننا موجودون في مركز التمدد المبتعد عنا.

إن الشخص الذي يعود إليه الفضل، عموما، في اكتشاف تمدد الكون ليس <سليفر>، بل الفلكي الأمريكي <E.هَبُّل>. (متى كانت آخر مرة قرأت فيها عن مقراب سليفر الفضائي Slipher Space Telescope؟). لم يحدد <هَبُّل> فقط سرعات المجرات القريبة وإنما مسافاتها أيضا. وقد أدت قياساته إلى نتيجتين تسوِّغان شهرته: أولاهما أن <هَبُّل> بيّن أن المجرات كانت بعيدة للغاية بحيث إنها كانت في الحقيقة مجموعات مستقلة من النجوم، كما هو الحال تماما في مجرتنا. أما النتيجة الثانية، فهي اكتشافه علاقة بسيطة بين المسافات التي تفصلنا عن المجرات وبين سرعاتها، إذ إن سرعة المجرة تتناسب طرديا مع مسافتها عنا: فالمجرة، التي تبعد عنا ضعف بُعد مجرة أخرى، تتحرك بضعف السرعة. وهذه العلاقة بين المسافة والسرعة هي التي تتحقق بالضبط عندما يتمدد الكون. ومنذ ذلك الحين أُجريت تحسينات على قياسات <هَبُّل>، وكان أحدثها أرصاد المستعرات الفائقة(9) البعيدة، والتي أسفرت عن اكتشاف الطاقة المعتمة.

الدعامة الثالثة هي التوهج الضعيف للخلفية الكونية الميكروية الموجة(10)، الذي اكتشفه مصادفة عام 1965 فيزيائيان من مختبرات بِلْ Bell، هما <A.پنزياس> و<R.ولسون>، وذلك عندما كانا يتعقبان مصادر التداخل الراديوي(11). وسرعان ما عُرف أن هذا الإشعاع هو بقايا من المراحل الأولى لتمدد الكون. وهذا يشير إلى أن الكون بدأ حارا وكثيفا، وبعد ذلك صارت حرارته تنخفض وكثافته تقل.

وآخر دعامة رصدية للانفجار الأعظم هي أن الكون المبكر الحار والكثيف، كان يشغل موقعا ممتازا للاندماج النووي(12). فعندما كانت درجة حرارة الكون 10 بلايين درجة كلکن، تمكنت النوى الأخف وزنا، من الاندماج في نوى أثقل منها، وهي عملية تسمى اصطناعا نوويا للانفجار الأعظم big bang nucleosynthesis. ويمكن أن تستمر هذه العملية بضع دقائق فقط خلال تمدد الكون وتبرده، لذا كان الاندماج مقصورا على أخف العناصر كتلة. وحينذاك، نتج في الكون معظم الهيليوم، وكذلك الدوتريوم، أو الهدروجين الثقيل. وتنسجم المقادير المقيسة من الهيليوم والدوتريوم مع تنبؤات الاصطناع النووي للانفجار الأعظم، وهذا يوفر مزيدا من الأدلة على صحة هذه النظرية، كما يقدم تقديرا دقيقا لمقادير الپروتونات والنيترونات في الكون.

بعد 100 بليون سنة، سيصبح اكتشاف هبُّل الحاسم للكون المتمدد غير قابل للإعادة.


سماوات مظلمة(****)

ما الذي سيراه العلماء في المستقبل عندما يحدقون في السماوات بعد 100 بليون سنة من الآن؟ وإذا لم يستعينوا بالمقاريب، فسيرون الكثير، إلى حد ما، مما نراه في هذه الأيام من نجوم مجرتنا. هذا وستكون أضخم النجوم وأسطعها قد استهلكت وقودها النووي، ولكن قسما كبيرا من النجوم الصغرى سيتابع سطوعه في السماء الليلية. والتقدم الكبير سيحدث عندما يشيِّد هؤلاء العلماء المستقبليون مقاريب قادرة على اكتشاف مجرات خارج مجرتنا، ولكنهم لن يروا أيا منها، إذ ستكون المجرات القريبة مندمجة في درب التبانة لتكوّن مجرة ضخمة؛ وعموما، ستكون جميع المجرات الأخرى قد اختفت قبل وقت طويل بسبب هروبها إلى ما وراء أفق الحدث.

لا يحدث اختفاء المجرات البعيدة بطريقة فورية، بل تدريجيا. فالانزياح نحو الأحمر لهذه المجرات يكبر بلا حدود خلال اقترابها من الأفق. وقد قام <كراوس> و<ستاركمان> بحساب هذا الانزياح نحو الأحمر، فوجدا أنه سيتجاوز 5000 لجميع المجرات بعد 100 بليون سنة، وأنه سيبلغ رقما لا يُسبَر غَوْره 1053 بعد نحو 10 تريليون سنة ـ وفي ذلك الوقت، ستكون حتى الأشعة الكونية التي تتمتع بأعلى الطاقات قد انزاحت نحو الأحمر انزياحا شديدا، بحيث تصبح أطوالها الموجية أكبر من حجم الأفق. وبالطبع، فإن هذه الأجسام سيتعذر علينا تماما رؤيتها عند ذلك.




فقدان ذاكرة كوني(*****)

لا يمثل التمدد الكوني المتسارع حاليا الطريقة الوحيدة التي يدمر بها الكون سجلات ماضيه.

التضخم (الانتفاخ) الكوني

ربما تَسارعَ التمدد في وقت مبكر من التاريخ الكوني، مُزيلا بذلك تقريبا، جميع آثار الكون الذي كان موجودا سابقا، من ضمنها جميع ما حدث في الانفجار الأعظم نفسه.

الثقوب السوداء

لا تبتلع هذه البلاليع الكونية الأشياء فقط، بل، أيضا، المعلومات التي تجسدها تلك الأشياء. وقد تُفتقد هذه المعلومات إلى الأبد.

قياسات كمومية

عندما نقيس نظاما كموميا، فإننا، نموذجيا، نجبره على الدخول في حالة خاصة، وهذا يطمس الأدلة التي توفرها التشكيلات المحتملة الكثيرة، التي ربما كان النظام يشغلها.




ونتيجة لذلك، فإن اكتشاف هبَّل الحاسم لتمدد الكون سيغدو غير قابل للإعادة، بمعنى أن المادة التي تتمدد في الكون ستكون قد اختفت وراء الأفق، وأن كل شيء يبقى بعد ذلك سيكون جزءا من حشد من النجوم مقيد تثاقليا. وبالنسبة إلى هؤلاء الفلكيين المستقبليين، سيكون الكون المرصود شبيها تماما بكون قائم على جزيرة جرى وصفه عام 1908 بأنه مجموعة وحيدة هائلة من النجوم، سكونية وأبدية، ومحاطة بفضاء فارغ.

وبناء على خبرتنا نقول إنه حتى عندما نمتلك البيانات، فلن يكون النموذج الكسمولوجي الصحيح واضحا تماما. فمثلا، نرى أنه منذ الأربعينات إلى منتصف الستينات من القرن الماضي، حين كان صَرْح الكسمولوجيا الرصدية مبنيا على مجرد اكتشاف <هبَّل> للكون المتمدد، أطلق بعض علماء الفيزياء الفلكية فكرة كون أبدي، أي كون حالته مستقرة وتتولد فيه المادة خلال تمدده، ومن ثم فإن الكون، بوصفه كُلاًّ، لا يتغير في الواقع مع مرور الزمن. وقد تبين أن هذه الفكرة انتهت منطقيا إلى طريق مسدود، ولكنها تقدم مثالا على فكرة مغلوطة يمكنها أن تنشط في غياب بيانات رصدية ملائمة.

تُرى، ما هي الأمكنة الأخرى التي يمكن لفلكيي المستقبل البحث فيها عن أدلة على الانفجار الأعظم؟ هل ستسمح لهم الخلفية الكونية الميكروية الموجة بسبر دينامية الكون؟ الجواب هو، مع الأسف، لا. وخلال تمدد الكون تتمدد الأطوال  الموجية لإشعاع الخلفية، ويغدو الإشعاع أوسع انتشارا. وحين يصبح عمر الكون 100 بليون سنة، فإن ذروة الأطوال الموجية للإشعاع الميكروي الموجة سوف تقاس بالأمتار، وهذا مطابق للموجات الراديوية، خلافا للموجات الميكروية. هذا وستَضْعُف شدة الإشعاع بعامل قدره تريليون واحد، وربما لن يصبح هذا الإشعاع مرئيا.

وحتى في المستقبل البعيد، ستصبح الخلفية الكونية غير قابلة للرصد. فالفضاء بين النجمي في مجرتنا مليء بغاز مؤين من الإلكترونات. وليس بمقدور الموجات الراديوية ذات التردد المنخفض اختراق هذا الغاز، ذلك أنها إما أن تُمتص أو تُعكس. وثمة أثر مشابه هو السبب في أن محطات الراديو التي تثبت بالموجات المتوسطة(13) AM radio stations يمكن استقبالها في الليل بعيدا عن مصدرها؛ وتنعكس الموجات الراديوية عن الغلاف الأيوني ionosphere لتعود إلى الأرض. ومن الممكن فهم الوسط بين النجمي بوصفه غلافا أيونيا كبيرا يملأ المجرة. وأية موجات راديوية تردداتها أخفض من نحو كيلوهرتز واحد (أطوال هذه الموجات أكبر من 300 كيلومتر) لا تستطيع اختراق مجرتنا، فالموجات الراديوية التي تردداتها دون كيلوهرتز واحد يستحيل وجودها إطلاقا داخل مجرتنا. وعندما يصبح عمر الكون أكبر من عمره الحالي ب25 مرة، فإن الخلفية الميكروية الموجة سوف تشدُّ إلى ما بعد هذا الطول الموجي وتصبح غير قابلة للكشف من قبل سكان المجرة. وحتى قبل ذلك، فإن الأنماط الدقيقة في إشعاع الخلفية التي وفرت الكثير من المعلومات المفيدة لكسمولوجيي هذه الأيام، ستصبح ضعيفة جدا، ولن تصلح للدراسة.




التنبؤ بما سيحدث في المستقبل البعيد(******)

إن التمدد الكسمولوجي المتسارع آخذ في تقويض أسس الدعامات الرصدية الثلاث لنظرية الانفجار الأعظم، وهي: حركة المجرات المبتعدة بعضها عن بعض، والإشعاع الكوني للخلفية الميكروية الموجة، والمقادير النسبية للعناصر الكيميائية الخفيفة مثل الهدروجين والهيليوم.

بعد مرور بلايين السنين، تندمج المجرات القريبة وتبتعد المجرات النائية عن أنظارنا، ويضعف إشعاع الخلفية دون كشفه، وتلوث أجيال عدة من النجوم المزيج الكيميائي الأصلي.
في هذه الأيام، نرى أن جميع الدعامات الثلاث بارزة. فالمجرات النائية تبتعد عنا (الأسهم الحمر) في حين تقترب المجرات القريبة بعضها من بعض (اللون الأزرق)؛ ويغمر إشعاع الخلفية الفضاء؛ ويحتفظ الغاز الكوني، إلى حد بعيد، بمزيجه الكيميائي الذي حدث نتيجة الانفجار الأعظم.



احتراق(*******)

تُرى، هل تقود أرصاد مقادير العناصر الكيميائية علماء الكونيات في المستقبل البعيد إلى معرفة شيء عن الانفجار الأعظم؟ يبدو أن الجواب سيكون، ثانية، لا. وتكمن المشكلة في أن قدرتنا على سبر الاصطناع النووي للانفجار الأعظم تعتمد على حقيقة أن مقادير الدوتريوم والهيليوم لم تزدد كثيرا جدا منذ نشأتها قبل 14 بليون سنة. فمثلا، يكوّن الهيليوم الذي نشأ في بواكير ولادة الكون، قرابة 24 في المئة من المقدار الإجمالي للمادة. ومع أن النجوم تولد عنصر الهيليوم خلال تفاعلاتها الاندماجية، فلم تزد من مقداره أكثر من بضع وحدات في المئة. وقد اقترح الفلكيان <F.آدمز> و<G.لولين> [من جامعة متشيگان] أن هذه النسبة قد ترتفع إلى 60 في المئة بعد أجيال عدة من النجوم. وسيكتشف راصد في المستقبل البعيد أن الهيليوم البدائي مغمور في الهيليوم الذي تولد في أجيال متأخرة من النجوم.

إذا ما بقيت هذه المقالة محفوظة في مصنف؛ فقد تكون هي الوسيلة الوحيدة التي تُعرِّفُ الحضاراتِ المستقبليةَ بالانفجار الأعظم. أما تصديقهم لها أو عدمه؛ فهذه مسألة أخرى.


وحاليا، يعد أحسن سبر للاصطناع النووي للانفجار الأعظم هو مقدار الدوتريوم. وتُستنتج أفضل قياساتنا لمقادير الدوتريوم البدائي من أرصاد الغيوم الهدروجينية التي تضيئها الكوازارات(14)، وهي منارات بعيدة وشديدة السطوع يظن أن الثقوب السوداء هي التي تزودها بالطاقة. بيد أنه في المستقبل البعيد للكون، سوف تمر وراء أفق الحدث كل من هذه الغيوم الهدروجينية والكوازارات، ومن ثم فلن تصبح مرئية أبدا. وما قد يكون قابلا للرصد هو الدوتريوم المجرّي فقط. ولكن النجوم تدمر الدوتريوم، ولن ينجو منه سوى القليل. حتى ولو رصد فلكيو المستقبل الدوتريوم، فقد لا يعزونه إلى الانفجار الأعظم. والتفاعلات النووية، التي تتضمن أشعة كونية عالية الطاقة والتي درست في هذه الأيام باعتبارها منبعا محتملا لبعض الدوتريوم المرصود، قد تبدو أكثر قبولا.


 

إضاعة مفاتيح حل الألغاز الكيميائية(********)

يتكون الكون، كليا تقريبا، من الهدروجين والهيليوم اللذين نشآ في الدقائق الثلاث الأولى من الانفجار الأعظم. وقد حَوّلت بعضُ النجومِ الهدروجينَ إلى هيليوم، ولكن ليس بالقدر الكبير منها. والكميات النسبية لهذين العنصرين كانت، ولاتزال، حلا رصديا أساسيا للانفجار الأعظم. وفي المستقبل، ومع استمرار النجوم في تحويل المواد إلى أخرى، فلن يكون الوضع على هذه الحال.



ومع أن كثرة الأرصاد للعناصر الضوئية لن توفر أي دليل مباشر على انفجار ناري أعظم، فإنها تقدم سمة لكسمولوجيا المستقبل تختلف عن الكسمولوجيا الوهمية التي كانت سائدة قبل قرن من الزمن. والفيزيائيون والفلكيون، الذين توصلوا إلى فهم للفيزياء النووية، سيستخلصون بحق أن النجوم تحرق الوقود النووي. وإذا توصلوا عندئذ إلى الاستنتاج (الخاطئ) بأن جميع الهيليوم الذي يرصدونه جرى توليده في أجيال سابقة من النجوم، فسيغدو بوسعهم وضع حد أعلى لعمر الكون. وهكذا، سيستخلص العلماء بحق أن كَوْنَهم المجري ليس أزليا، بل له عمر محدود. ومع ذلك، فإن أصل المادة التي يرصدونها سيظل محاطا بالغموض.

ولكن، ما الذي يُمكن قوله عن الفكرة التي استهللنا بها مقالتنا هذه، وهي أن نظرية أنشتاين في النسبية تتنبأ بكون متمدد expanding، ومن ثم بانفجار أعظم؟ إن السكان في المستقبل البعيد للكون يجب أن يكونوا قادرين على اكتشاف نظرية النسبية العامة من قياساتهم الدقيقة للثقالة في النظام الشمسي الذي يقطنونه. ولكن استعمال هذه النظرية، لاستنتاج انفجار أعظم، يستند إلى أرصادٍ لبنية الكون الواسعة النطاق. وتتنبأ نظرية أنشتاين بكَوْنٍ يتمدد في تلك الحالة فقط التي يكون فيها الكون متجانسا homogeneous. والكون الذي ستمسحه ذريتنا من بعدنا لن يكون متجانسا البتة، إذ سيكون مؤلفا من جزيرة من النجوم مطمورة في خواء شاسع. وسيكون، في الواقع، شبيها بكون «دو سيتر» الذي له شكل جزيرة. والمستقبل النهائي للكون القابل للرصد هو الانهيار إلى ثقب أسود، وهذا ما سيحدث، في الحقيقة، بالضبط لمجرتنا في المستقبل البعيد.





 

يبهت لونه متحولا إلى اللون الأسود(*********)

إن السماء في الليل على الأرض (بافتراض أنها باقية) ستتغير بشدة في حين تندمج مجرة درب التبانة مع جيرانها، وتتراجع المجرات النائية خلف مدى النظر.

شريط منتشر ممتد عبر السماء، هو قرص درب التبانة. ثمة مجرات قريبة، مثل المرأة المسلسلة والغيوم الماجلانية، يمكن رؤيتها بالعين المجردة. وتكشف المقاريب بلايين من هذه المجرات.

تتحرك المرأة المسلسلة باتجاهنا، وهي تملأ الآن السماء كلها تقريبا. وتنتفخ الشمس لتصبح بحجم عملاق أحمر، ثم تنطفئ لتحول الأرض إلى جسم قارس البرودة.

ما سيخلف درب التبانة هي مجرة فائقة شبيهة بالكرة , وقد تغدو الارض جسما منعزلا يهيم في ضواحيها البعيدة . أما المجرات الاخري , فقد اختفت عن الرؤيا .
انطفاء الضؤ : لقد احترق اخر النجوم . وبمعزل عن الثقوب السوداء ذات التوهج الضعيف , وعن أي اضاءة اصطناعية من نتاج حضارات كانت قائمة , فان الكون يسود . أما المجرة ,فتنهار فيما بعدمتحولة الي ثقب اسود .



معالم كونية(**********)

 

في 10-30 ثانية

يحدث الانتفاخ الكوني

100 ثانية

ينشأ الدوتريوم والهيليوم

400000  سنة

تنطلق الخلفية الميكروية الموجة

8 بلايين سنة

يبدأ التمدد بالتسارع

13.7 بليون سنة

تجيء أيامنا هذه

20 بليون سنة

يصطدم درب التبانة بالمرأة المسلسلة

100 بليون سنة

تصبح جميع المجرات غير مرئية

تريليون سنة

تضيع النظائر isotopes أو تضعف

100 تريليون سنة

ينطفئ آخر نجم




وحيد في الخلاء(***********)

هل سيستحيل على من يخلفنا رؤية كونٍ متمدد؟ سيظل أحد الآثار المهمة لتسارع التمدد كامنا في أفقنا الرصدي، وذلك، على الأقل، وفقا لفهمنا الحالي للنسبية العامة. ومثلما يُصدر أفق الحدث لثقب أسود إشعاعا، فإن هذا ما يفعله أيضا، أفق حدثنا الكسمولوجي. ولكن درجة الحرارة المرتبطة بهذا الإشعاع هي من الضّعْف بحيث يستحيل قياسها، إذ إنها تعادل نحو 10-30 درجة كلکن. حتى ولو استطاع الفلكيون كشفها، فربما يعزونها إلى منبع ضجيج آخر، محلي وبالغ الكبر.

وقد يرسل الطامحون من راصدي المستقبل مسابير تفلت من المجرة الفائقة، وتصلح أن تكون نقاطا مرجعية لاستكشاف التوسع الكوني المحتمل. ومع أن إمكان قيامهم بهذا العمل يبدو بعيد الاحتمال، فإن وصول مسبار إلى النقطة التي يؤثر فيها التمدد تأثيرا قابلا للرصد على سرعته، يستغرق، على الأقل، بلايين السنين، ثم إن المسبار بحاجة إلى طاقة تعادل تلك التي يحتاج إليها نجم كي يرسل إلى صانعيه الذين تفصله عنهم مسافات شاسعة. ومن غير المحتمل في المستقبل أن تدعم وكالات تمويل العلوم مثل هذا المشروع الذي نتائجه غير مضمونة، على الأقل إذا كان لخبرتنا أي دلالة.

وهكذا، فمن المحتمل أن يتنبأ راصدو المستقبل بأن الكون سينتهي أخيرا إلى سحق محلي كبير، بدلا من أن يكون أزلي التمدد بفعل الثابت الكسمولوجي. وبدلا من أن يواصلوا تذمرهم، فإن كونهم المحدود سينتهي بانفجار.

نُساق نحن بقوة إلى نتيجة جد غريبة. فالفترة الزمنية، التي تسمح خلالها للراصدين الأذكياء استنتاج الطبيعة الحقيقية لكوننا المتمدد، قد تكون في واقع الأمر صغيرة جدا. وقد يكون بوسع بعض الحضارات البحث في أعماق السجلات التاريخية، ومن الممكن أن تظهر هذه المقالة بالذات في أحدها ـ إذا كان بإمكانها البقاء على قيد الحياة بلايين السنين مع ما يحدث فيها من حروب ومستعرات فائقة وثقوب سوداء، ومخاطر أخرى لا تعد ولا تُحصى. وأما تصديقهم لتلك السجلات، فهذا سؤال آخر. والحضارات التي تفتقر إلى مثل هذه السجلات قد يكون قدرها البقاء في حالة جهل أبدي بالانفجار الأعظم.

تُرى، ما هو سبب هذه الخصوصية الشديدة لكوننا الحالي؟ لقد حاول كثير من الباحثين أن يُحاجُّوا في أن وجود حياة يوفر نتيجة انتقائية قد تفسر التوافقات المتصلة بالوقت الحاضر(15). ونحن نأخذ دروسا عدة من عملنا الحالي.

أولا، قد يكون محتملا جدا ألا تكون هذه المرة الأولى التي تُفقد فيها معلومات عن الكون بسبب توسع متسارع له. ولو حدث طور من الانتفاخ في البدايات الأولى للكون، لطرد التوسع السريع خلال هذا العصر جميع التفصيلات تقريبا المتعلقة بالمادة والطاقة اللتين كانتا موجودتين من قبل، من كوننا القابل للرصد الآن. وفي الحقيقة، فإن أحد الدوافع الأصلية للنماذج الانتفاخية هو تخليص الكون من الأجسام الكسمولوجية المزعجة، مثل وحيدات القطب المغنطيسية(16)، التي ربما كانت موجودة بغزارة في وقت من الأوقات.

والأهم هو أنه على الرغم من أننا بالتأكيد محظوظون؛ لأننا نعيش في وقت يمكن فيه تفحص جميع الدعامات الرصدية للانفجار الأعظم، وبمقدورنا التصور بسهولة أن ثمة سمات أساسية أخرى للكون لا يمكن رصدها في هذه الأوقات. تُرى، ما الذي فقدناه؟ عوضا عن أن نكون راضين عن ذواتنا، يجب أن نشعر بالتواضع. وربما سنجد يوما ما أن فهمنا الحالي الدقيق، والكامل ظاهريا للكون، مازال ناقصا إلى حد بعيد.             


المؤلفان
 
 R. J. Scherrer - L. M. Krauses
 شرعا في العمل معا قبل سنتين عندما كان <كراوس> يمضي سنة بحثية في جامعة کاندربلت.
 
 و<كراوس> كسمولوجي (عالم كونيات) في جامعة Case Western Reserve ومدير مركز التعليم والأبحاث في الكسمولوجيا والفيزياء الفلكية. أَلّف سبعة كتب، وهو ينشط في تبسيط العلوم لغير المتخصصين بها.
 
 أما <شيرّر> فهو كسمولوجي ورئيس قسم الفيزياء وعلم الفلك في جامعة کاندربلت، وقد ألَّف كتبا في الخيال العلمي. والمؤلفان كلاهما يتمتعان بإجراء أبحاث في الكسمولوجيا عندما يجدان وقتا لذلك.
      

  مراجع للاستزادة

Life, the Universe and Nothing: Life and Death is an Ever-expanding Universe. Lawrence Krauss and Glenn Starkman in Astrophysical  Journal, Vol. 531, No. 22, pages 22-30; March 2000. Available at www.arxiv.org/abs/astro-ph/9902189

The five Ages of the Universe: Inside the Physics of Eternity. Fred C.  Adams and Greg Laughin. Free press, 2000.

Atom: A Single Oxygen Aton’s Journey from the Big Bang to Life on Earth… and beyond. Lawrence  M. Krauss. Back  Bay Books, 2002.

The Return of a Static Universe and the Eand  of Cosmology. Lawerence M. Krauss and Robert J. Scherre in Journal of General Relativity and Gravitation, Vol. 39, No. 10, pages 1545-1550; October 2007. www.arxiv.org/abs/o7o4.o221


(*)THE END OF COSMOLOGY?

(**)EXPANDING UNIVERSE, SHRINKING VIEW

(***)Collapsing Pillars
(****)Dark Skies

(*****)COSMIC AMNESIA
(******)THE APOCALYPSE OF KNOWLEDGE
(*******)Burning Up
(********)LOSING THE CHEMICAL CLUES
(*********)FADE TO BLACK
(**********)COSMIC MILESTONES
(***********)Alone in the Void


(1) cosmic antigravity

(2) event horizon

(3) the Milky Way
(4) Andromeda
(5) dwarf galaxies
(6) the big bang
(7) universal gravitation
(8) simplified universe  
(9) supernovae

(10) the cosmic microwave background
(11) radio interference
(12) nuclear fusion
(13) تردداتها من 350 إلى 1700 كيلوهرتز.
(14) quasars
(15)انظر: The Anthropic Principle, by George Gale;Scientific American, December 1981

(16) magnetic monopoles

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق