هل الكون أبدي أم له نهاية؟ إليك 6 أسئلة محيرة يجيب عنها علم الفلك

في حال واجهت مشكلة في مشاهدة الفيديو، إضغط على الرابط أعلاه للمشاهدة على الموقع الرسمي

مقدمة للترجمة

في ليلة جميلة وهادئة، بينما تتطلع إلى السماء في صمتٍ ورهبة، يقع أمام عينيك عالَم غير عالَمك، عالَم واسع فسيح ربما يسع العقول الجامحة التي تضيق بها الأرض. تتجلى أمامك محاسن الكون ومفاتنه كقطعة من المخمل الأسود المترع بالجواهر والألماس. الكل يسبح في فلكه الخاص، ويؤدي أبدع رقصاته الكونية. قد يخيَّل إليكَ أن كل شيء في الكون يتدفق بهدوء ولا يُعَكِّر نسقه شيء، إلا أن ذلك أبعد ما يكون عن الحقيقة. لو تعمقت قليلًا، لَعلمت أن ما تراه الآن هو أقل بكثير مما قد تتخيّل، فلطالما أسر هذا العالم الغامض عقل الإنسان ووضعه في حيرة وتعجب؛ ألم تتساءل يومًا: هل الكون أبدي؟ ما حجمه بالضبط؟ وكيف يبدو شكله؟ وما مدى سرعة توسعه؟ وإذا لم يكن أبديًّا فمتى سينتهي!؟  هذه المادة الممتعة والمبسطة قدر الإمكان من نيوساينتست تجيب عن هذه الأسئلة وأكثر.

نص الترجمة

لو تسنى لك قبل قرن من الزمان أن تسأل عالِم فلك عن عمر الكون، فربما كانت إجابته أن الكون "أبدي" أو "غير نهائيّ". وتُعدُّ هذه إجابة سهلة لتجنب السؤال عن كيفية نشأة الكون. فقد ترسخت هذه الفكرة عام 1917 عندما قدَّم ألبرت أينشتاين نموذجًا للكون الثابت باستخدام نظريته النسبية العامة (في هذا النموذج، كان يُفترض أن الكون في حالة توازن، أي لا يتوسع أو ينكمش، مما أدى إلى فكرة أن عمر الكون قد يكون غير نهائيّ*). تصف نظرية النسبية العامة لأينشتاين الجاذبية على أنها القوة التي تشكّل الكون نتيجة لتأثير الكتلة على "نسيج" الزمكان، وهو ما يؤدي إلى انحناء هذا النسيج. لكن في منتصف العشرينيات، أثبت عالم الفيزياء الفلكية جورج لومتر -استنادًا إلى هذه النظرية- أن الكون ليس ثابتًا أو ساكنًا، بل هو في توسع مستمر. وبناءً على ذلك، استنتج أن الكون كان أصغر في الماضي (وهو ما يعني أن له بداية وليس أزليًّا)*.

في ستينيات القرن العشرين، طرأ تغيّرٌ على فكرة لوميتر التي تشير إلى أن كل ما في الكون كان قابعًا في الأصل داخل "ذرة بدائية". وحدث هذا التغيّر عندما اكتشف علماء الفلك أقدم ضوء في الكون، وهو "إشعاع الخلفية الكونية الميكرويّ"، فقد أشار هذا الاكتشاف إلى أن كل شيء في الكون بدأ في حالة شديدة السخونة والكثافة فيما يُعرف الآن بنظرية "الانفجار العظيم". واليوم يعتقد معظم علماء الفلك أن الانفجار العظيم حدث قبل حوالي 13.85 مليار سنة، ويعتمد هذا الرقم على تقديرات معدل توسع الكون. ومع ذلك، تنوء صدور العلماء ببعض الشكوك حول هذا الرقم، لأن الطرق المختلفة المستخدمة لقياس معدل التوسع تعطي قيمًا مختلفة. وبناءً على ذلك، يتراوح العمر المحتمل للكون بين 12 مليار و14.5 مليار سنة.

يمكننا مقارنة عمر الكون بتقديرات عمر أقدم نجم معروف، وهو "إتش دي 140283" المعروف أيضًا بنجم "متوشلخ". يُعدُّ هذا النجم قديما جدًّا لأن تكوينه يوضح أنه يتشكل بصورة شبه كاملة من غازي الهيدروجين والهيليوم، وهما العنصران الأساسيان اللذان كانا سائدين بعد الانفجار العظيم. ويعتقد علماء الفلك أن عمر هذا النجم يبلغ حوالي 14.46 مليار سنة، مع هامش خطأ قد يزيد أو يقل عن 0.8 مليار سنة. وهذا يعني أن عمر النجم قد يكون أقدم قليلًا من عمر الكون نفسه (وهو ما يثير بعض التساؤلات التي قد تحوم على غير هدى في رؤوس العلماء حول دقة التقديرات الحالية لعمر الكون*).

إن تقارب عمر أقدم نجم معروف مع التقديرات الحالية لعمر الكون يشير إلى أن النموذج القياسي لعلم الكونيات -وهو النموذج الشامل والنسبي الذي يشرح كيفية تطور الكون- يمكن أن يعوَّل عليه لدقته وموثوقيته. وبالتالي، فإن عمر الكون نفسه لا يثير شكوكًا كبيرة حوله. ومع ذلك، فثمة العديد من الخصائص الأخرى للكون التي لا يزال العلماء غير متأكدين منها بالدرجة ذاتها.

ما حجم الكون؟

إن تأمُّل السماء ليلًا قد يدفعك إلى التساؤل عن مدى اتساع الكون. فعبر معظم تاريخ البشرية، كان الاعتقاد السائد هو أن الكون منفصل عن الأرض والنجوم المحيطة بها من خلال منطقة غامضة وفاصلة لم تُستكشف بعد. ولكن منذ الثورة العلمية في القرن السابع عشر، طوّر علماء الفلك طرقًا مختلفة لقياس المسافات التي تفصلنا عن الأجرام السماوية. وتُعرَف الطرق المستخدمة لقياس المسافات إلى الأجرام السماوية باسم "سُلَّم المسافة الكونية". وعن ذلك، يقول جيمس شومبرت من جامعة أوريغون الأميركية، إن هذا السُّلَّم يشبه طريقة "البناء التدريجي"، إذ يعتمد كل جزء من السلم على الجزء الموجود أسفله. يبدأ هذا التسلسل بقياس المسافات التي تفصلنا عن الأجسام القريبة ثم يمتد تدريجيًّا للوصول إلى الأجسام السماوية البعيدة جدًّا، مثل المجرات والنجوم المتفجرة المعروفة باسم "السوبرنوفا" أو "المستعرات العظمى"، التي تكون شديدة السطوع إلى الحد الذي يمكِّننا من رؤيتها عبر مسافات كونية شاسعة.

وهذا يعني أن بإمكاننا قياس حجم الكون بأكمله، أو على الأقل يمكننا المحاولة. فأبعد مجرة ​​معروفة عنا هي GN-z11″"، التي استغرق الضوء المنبعث منها 13.4 مليار سنة ليصل إلينا، أي ما يعادل معظم عمر الكون تقريبا. وخلال هذه الفترة، توسع الزمكان. وبناءً على معدل التوسع المقدَّر من النموذج القياسي، ربما تبعد عنا هذه المجرة الآن حوالي 32 مليار سنة ضوئية. أما بالنسبة إلى الكون المرصود كاملًا، فيقدِّر علماء الفلك أن قطره يبلغ 93 مليار سنة ضوئية، أو ما يقرب من 10²⁶ مترًا. لكن في النهاية علينا أن ندرك أن قياس قطر الكون القابل للرصد يمثل فقط المسافة بين أبعد الأشياء التي يمكننا رصدها. وتأكيدًا على ذلك، يقول توني باديلا من جامعة نوتنغهام البريطانية: "بالطبع لن تسير هذه المسافة ثم تصل إلى حد معين تصطدم فيه بجدار يوحي بنهاية الكون. فالكون يمتد إلى ما وراء هذه المسافة ويتجاوز كل هذه التخيلات".

على الجانب الآخر، يتعذر علينا رؤية ما يتجاوز هذا الأفق الكوني (وهو أقصى حد يمكننا من خلاله رؤية الكون)، لكننا مع ذلك نعتمد على ما يخبرنا به النموذج القياسي لعلم الكونيات. يعتقد معظم علماء الكونيات أن الكون شهد فترة من التوسع السريع المعروف بـ"التضخم الكوني". وتُعتبر هذه النظرية أفضل طريقة لتفسير ملاحظاتنا لكون سلس وموحد على أكبر المقاييس، لأن نظرية الكم تشير إلى أن التغيرات الطفيفة في الطاقة في أماكن مختلفة ستؤدي إلى توزيع غير متوازن للمادة (مما يوجِد مناطق كثيفة وأخرى أقل كثافة*). وبدون التضخم، لم يكن من الممكن أن تتساوى هذه التباينات العشوائية ....