ولادة نظرية الانفجار الكبير

ابتكر البشر منذ فجر التاريخ الأديان والأساطير وحاكوا أجمل القصص والخرافات التي تهدف إلى تفسير الوجود ووضع نظام في العشوائية البادية في الطبيعة والمجتمع. وتوخّت هذه القصص بشكل خاص تحديد موقع الإنسان في هذا الكون وسبب وجوده ومصيره. لهذا ارتبطت قصة الكون، بل اختلطت، عند الكثير من الحضارات القديمة بالأديان والمعتقدات الأساسية لهذه المجتمعات، حاكت بها مخيلة البشر قصص الكون الرائعة التي دمجت الأرض بالسماء والحقيقة بالخيال والواقع بالغيب والدين بالخرافات والعلم بالأساطير، والتي من خلالها وضع الإنسان نظاما واضحا في عشوائيّة الوجود، وأعطى معنىً لعبثية الحياة وبنى لنفسه مأوىً فكريا آمنا “يحميه” من مخاطر المجهول. أي أن نظريات الكون هي من أقدم المواضيع الفكرية التي شغلت البشر عبر التاريخ وفي مركزها سؤالان: من أين أتى (أو كيف تكوّن) الكون؟ ولماذا له هذه الصفات؟

تلعب أفلاك السماء، بطبيعة الحال، في أغلب قصص الكون دورا هاما ومحوريا وذلك لعدة أسباب، منها أن السماء تحيطنا من كل صوب، وهي موطن الشمس التي تزودنا بالحرارة وتبعث فينا وفي الطبيعة الحياة، وبيت القمر الذي ينير ليلنا ويبهرنا بجماله وسكونه، ومسكن عدد لا يحصى من النجوم والكواكب التي ترصّع صفحة الليل.

إضافة إلى هذا فإن دوران النجوم اليومي المنتظم وحركتها الرتيبة والدائريّة المتكاملة كل ليلة تتناقض بشكل كبير مع اعتباطيّة الظواهر التي تحيط بنا أينما نظرنا على الأرض، ومع فوضى الحياة اليومية. لهذا اعتبر الكثير من الحضارات القديمة السماء موطن الآلهة ومصدر الكمال. بل وأكثر من ذلك فقد استطاع البابليون ومن بعدهم الإغريقيون أن يبنوا نماذجاً دقيقة تمكننا من حساب حركة الأجرام السماوية وكيف تظهر في السماء في كل ليلة.

تتوجّت نماذج الكون في العالم القديم بنظريّة بطليموس التي وضعها في القرن الثاني بعد الميلاد، وأسّسها بناءً على فيزياء أرسطوطاليس. وبقيت هذه النظريّة هي النظريّة السائدة من غير منازع حتى القرن الحادي عشر حين ابتدأ علماء الحضارة العربية الإسلامية بالتشكيك بها. وتفاقمت هذه الشكوك حتى وصلت أوجها بعمالقة مرصد المراغة، الذي أنشأه نصير الدين الطوسي في القرن الثالث عشر في بلاد الفرس، وعلى رأسهم ابن الشاطر الذي عاش في القرن الرابع عشر وشغل منصب موقّت المسجد الأموي في دمشق.

لكن على الرغم من البدائل المثيرة للإعجاب التي قدمها هؤلاء وغيرهم من مفكري الحضارة العربية الاسلامية، لم يقترح أي منهم نقل مركز الكواكب السيارة من الأرض إلى الشمس، وهو ما شكّل المفتاح الأساسي للخطوة الهامة التالية في تطور علم الكون بشكل خاص، والعلوم قاطبة بشكل عام.

في الحقيقة، تقدم البشر منذ البداية، تارة ببطء وتارة بسرعة، في اتجاه فهم حقيقي وعلمي لطبيعة الوجود. ولكن أتت القفزة الكبرى مع الثورة العلمية في القرنين السادس عشر والسابع عشر حين أصبحنا نواجه الخوف من اللايقين بالمعرفة، والجهل بالعلم، واستبدلنا الاسطورة الغامضة بالنظريّة العلمية الجليّة، لنفكّ ألغاز الواقع شيئا فشيئا حتى أصبحنا نفهمه بعمق لم يسبق له مثيل في التاريخ.

وربما أروع ما في الأمر أنه كلما عرفنا طبيعة الواقع أكثر وفهمناها بشكل أعمق ازددنا افتتانا بجمالها الخلاب وثرائها المنقطع النظير. ولعل أجمل النظريات العلمية التي طورناها في مئة العام الأخيرة وأكثرها نجاحا هي نظريتنا عن الكون، والتي نعرفها باسم نظريّة الانفجار الكبير.

تطورت نظريّة الانفجار الكبير خلال القرن الماضي، وأُدخلت عليها بعض التعديلات المهمة في العقود الثلاثة الأخيرة لتصبح من أهم وأنجح النظريات العلمية التي نعرفها.

فنحن نعرف اليوم بأننا نعيش في كون منتشر نشأ قبل حوالي الـ 13.8 مليار عام. ودرجة حرارة الكون كما نقيسها اليوم بواسطة الأشعة الميكرونية الكونية هي فقط 2.73 كلفن (أي حوالي الـ 270 درجة مئوية تحت الصفر)، وهو كون فارغ جدا يحوي أقل من ذرة هيدروجين واحدة في المتر المكعب، وهذا مفاجئ جدا بالذات إذا ما قارناه بالكثافة التي اعتدنا عليها على الأرض التي تصل إلى أكثر من مئة ترليون-ترليون من ذرات الهيدروجين في المتر المكعب. بينما في المقابل، وبحسب نظريّة الانفجار الكبير، كان الكون في بدايته ذا كثافة وحرارة كبيرتين جدا من الصعب تخيّلهما.

كان أينشتاين هو أول من حاول وصف الكون من خلال نظريّة النسبيّة العامة التي طورها عام 1915. في مقال نشرة عام 1916، وهو أول دراسة عن الكون في إطار نظريّة النسبيّة العامّة، افترض أينشتاين ما يسمى بالمبدأ الكوني (The Cosmological Principle)، وهو مبدأ يسمى أحيانا بـ “المبدأ الكوبرنيكي” (The Copernican Principle) ولكن أول من وضعه بشكل واضح في الحقيقة كان نيوتن (Newton)، والذي يفترض بأنه لا يوجد في الكون مكان مميَّز بل أن كل مكان فيه يحمل نفس أهمية أي مكان آخر.

هذا بعكس النموذج الكونيّ الذي ساد من قبلهم، أي نموذج بطليموس، والذي أفترض أن الكرة الأرضية هي مركز الكون وكل شي يدور حولها. بناءً على ذلك افترض أينشتاين بأن الكون متجانس ومتناسق بشكل تام، بغض النظر عن أي نقطة نقف عليها وفي أي اتجاه ننظر إليه. لكنه سرعان ما أدرك أنه نتيجة لسيطرة قوة الجاذبية عليه، لا يمكن للكون أن يكون في حالة سكون، أي أنه يجب أن ينتشر أو ينكمش. ممّا يعني أن له بداية أو نهاية وهو أمر رفضه أينشتاين رفضا قطعيا على أسس فلسفيّة.

لكن على الرغم من موقف أينشتاين الرافض لوجود بداية للزمن في الكون، تنتج نظريّة الانفجار الكبير بشكل طبيعي من نظريّة النسبيّة العامة، لهذا سرعان ما قام العالم الروسي ألكسندر فريدمان (Alexander Friedmann) في عام 1922 بتطبيق نظريّة النسبيّة العامة على الكون مستخدما المبدأ الكوني، ومن غير أن تقيّده الآراء المسبقة التي حدّدت أينشتاين، ليتوصل إلى معادلات تكشف لنا هندسة الكون وطبيعة انتشاره. ومنذ ذلك الحين وهذه المعادلات هي حجر الأساس في نظريتنا عن الكون.

من الجدير ذكره هنا أن أينشتاين أدخل تعديلا على معادلات نظريّة النسبيّة العامة بحيث تتضمن حدّا جديدا، أسماه الثابت الكوني (The Cosmological Constant)، يعمل كمقاوم للجاذبية ويعادلها بحيث يضمن أن تعطي نظريته كونا ساكنا لا يتغير.

لكن بعد اكتشاف انتشار المجرّات من ناحية رصدية على يد عالم الفلك الأمريكي إدوين هابل (Edwin Hubble) عام 1929، أدرك أينشتاين خطأه وقال في حينه إنّ إدخال الثابت الكوني إلى معادلاته كان “أكبر خطأ ارتكبه في حياته”. على الرغم من هذا نحن نعرف اليوم أن هذا الحد الذي أدخله أينشتاين هو المسؤول عمّا نسميه اليوم بـ “الطاقة المعتمة” (Dark Energy)، والتي تكوّن حوالي الـ 70٪ من مجمل مركبات الطاقة في الكون.

في عام 1927 نشر الكاهن الكاثوليكي جورج لامتر (Georges Lemaître) مقالا تنبأ به أيضا بانتشار الكون، وتزامن تقريبا مع اكتشاف ادوين هابل (Edwin Hubble) لانتشار المجرات واكتشاف القانون المعروف باسمه. تساءل لوميتر في حينها عن ماذا يحدث للكون إذا أعدنا عقارب الزمن الى الوراء ووصل إلى الاستنتاج بأن الكون في بدايته كان صغيرا جدا وذا كثافة وحرارة خياليتين.

سمّى لوميتر هذا الطور الأولي للكون بالذرّة البدائية (The Primeval Atom) وهو أوّل أسم أعطي لهذه النظريّة، استُبدِل فيما بعد باسم الانفجار الكبير. بعد تلك البدايات الأولى تطورت نظريّة الانفجار الكبير لتصبح نظريّة متكاملة تصف الكون وتطوره بتفصيل كبير وتدعمها آلاف الدلائل والمعطيات الدقيقة.

من الطريف في الأمر هو أن من أطلق على هذه النظريّة اسم “الانفجار الكبير” كان أحد أشد معارضيها، وهو أحد أعظم فيزيائيّي الفلك في القرن العشرين، فريد هويل (Fred Hoyle). في سنوات الخمسين اقترح فريد هويل مع زملائه نموذجاً بديلاً لنظريّة الانفجار الكبير يسمى نظريّة الحالة الثابتة (The Steady State Theory)، وهي تطوير لفكرة أينشتاين عن الكون الثابت.

اكتسبت نظريّة الحالة الثابتة العديد من المدافعين عنها، بالذات في سنوات الخمسين من القرن الماضي. وفي مقابلة صحفية مع فريد هويل عن نظريته، وصف ساخرا النظريّة المنافسة بأنها تصف الكون ككيان نتج من انفجار كبير (Big Bang)، وتحول هذا الاسم الذي قُصد به السخرية من النظريّة إلى الاسم الرسمي لها.

عليّ أن أنوه أن هذه التسمية ليست من أنجح التسميات، إذ لا أحد يعتقد أنه كان هناك انفجار في البداية، كل ما نرصده هو أن الكون ينتشر، ومن هذا نستنتج بأنه كان ينتشر بتسارع أكبر في الماضي، لكننا ما زلنا لا نعرف ماذا حدث في لحظة البداية. إضافة إلى ذلك عندما نفكر في انفجار نتخيل نقطة معينة تتحرر فيها كمية طاقة كبيرة بحيث تطير نتيجة لذلك شظايا وتنتشر في الفراغ.

لكن هذا ليس ما يحدث في الكون، فكما ذكرت لا يوجد انفجار اولي، لكن أيضا ما ينتشر ويبتعد عن بعضه البعض في الكون هو ليس المجرات أو المادة وإنما ما يتمدد هو هندسة الفراغ نفسه. لكي نوضح ذلك، لنتخيل نقاطاً رسمت على سطح بالون، بحيث تمثل هذه النقاط المجرات في الكون. الانتشار الذي يحدث في الكون يشبه ما يحدث عندما ننفخ البالون، أي أن النقاط (“المجرات”) على سطح البالون تبتعد عن بعضها البعض ولكن ليس لأنها تغير مكانها على سطح البالون، بل لأن البالون نفسه ينتفخ ويكبر.

هكذا أيضا في الكون، ما ينتشر ويغير موقعة بالنسبة للكون ليس المجرات بل هندسة الكون نفسه، لهذا من الخطأ ان نعتقد أن “الانفجار الكبير” حدث في نقطة معينة، بل وقع في كل نقطة في الكون في نفس الوقت. لهذا تسمية الانفجار الكبير لا تعبر حقا عمّا يحدث في الكون، ولكنها تسمية ناجحة بمفهوم أنها سهلة وتثير الخيال.

تعتمد نظريّة الانفجار الكبير اليوم على عدد هائل من المعطيات المتنوعة، ولكنها من ناحية تاريخية وصلت إلى هذا الموقع المركزي نتيجة ثلاثة حقائق رصدية أساسية. الحقيقة الأولى هي انتشار المجرات نسبة لبعضها البعض التي اكتشفها إدوين هابل، والثانية هي اكتشاف الأشعة الميكرونيّة الكونيّة التي كانت إحدى التنبؤات المركزية لهذه النظريّة.

أما الحقيقة الرصدية الثالثة فتتعلق بوفرة العناصر الكيميائية المختلفة في الكون الذي تنبأ بها جورج چاموڤ (George Gamow) وتلميذه رالف ألفر (Ralph Alpher) والتي ينتج عنها أنّ العنصرين الأساسيين في الطبيعة هما الهيدروجين والهيليوم، أما باقي العناصر فتشكّل نسبة ضئيلة لا تذكر أمامهما، بل أن أغلبها لم يتكوّن في بداية الكون بل صنعته النجوم خلال اشتعالها.

هذه الحقائق الثلاث وضعت نظريّة الانفجار الكبير في مكانة خاصة جدا وحولتها إلى النظريّة الكونيّة المركزية في الفيزياء. بطبيعة الحال، يتوفر لدينا اليوم عدد كبير جدا من المعطيات الأخرى التي تدعم هذه النظريّة، التي أصبحت النظرية السائدة بلا منازع. لكن هذا لا يعني أنه قد لا تكون هناك نظريّة أفضل أو أعمق منها تحكم الكون، بل كل ما يعنيه هذا هو أننا لم نتمكّن حتى الآن من التفكير في نظريّة بديلة تحصد نفس النجاح الذي حصدته نظريّة الانفجار الكبير وأكثر.

أود أن أنهي هذا المقال القصيرة عن علم الكون بالملاحظة التالية. نجاحات نظريّة الانفجار الكبير كثيرة لكن هذه النجاحات لا تعني أن هذه النظريّة تجيب عن كل شيء، بل بالعكس فهي تفتح أسئلة كثيرة ومبدئية ما زلنا نبحث عن الإجابة عنها. فمثلا ينتج عن هذه النظريّة أنّ المادة العادية (العناصر الكيميائية) تشكّل 5٪ فقط من مركبات الكون.

بينما تركب المادة المعتمة (Dark Matter) 25٪ تقريبا من الكون، وهي مادة من نوع آخر ولا تتفاعل مع المادة العادية سوى بواسطة الجاذبية ونعرف الكثير من خواصها العامة ولكنا لا نعرف ما هي بالضبط. أمّا الـ 70٪ المتبقية فهي الطاقة المعتمة (Dark Energy) المتعلقة بثابت أينشتاين الكوني الذي ذكرته أعلاه، وما زلنا لا نعرف ما هو بالضبط. هذا يضعنا في موقع غريب، إذ أنّ نظرية الانفجار الكبير تصف الكون وتاريخه بدقة كبيرة ولها عدد كبير من الدلائل الرصدية، إلا أنها تتطلب وجود مادة معتمة وطاقة معتمة التي لا نعرف ما هما بالتحديد، أي أننا لا نعرف 95٪ من مكونات الكون.

إضافة إلى ذلك، ينتج عن نظريّة الانفجار الكبير أن الكون ابتدأ في لحظة معينة، لهذا من الطبيعي أن نسأل ماذا حدث حتى ينشأ الكون وما هي العملية التي أدت إلى نشأته. كما تدفعنا هذه النظريّة إلى أن نسأل هل كوننا هو كون وحيد أم أنه واحد من عدد كبير، ولربما لانهائي، من الأكوان. وإذا كانت هذه الأكوان موجودة فما هي صفاتها وهل هي مثل كوننا أم تختلف عنه. ونستطيع أن نسأل أيضا لماذا توجد حياة واعية في الكون، أي لماذا مكّنت قوانين الطبيعة الكون من أن يطوّر حياة في أماكن خاصة، مثل على الكرة الأرضيّة، هذا على الرغم أن الأغلبية الساحقة من الكون لا تصلح لاستضافة حياة من أي نوع. وهذا يأخذنا إلى أسئلة أعمق، مثلا لماذا هناك أربعة أبعاد لكوننا (ثلاثة أبعاد فراغية وزمن) ولماذا لكوننا القوانين الفيزيائية التي نعرفها.

كل هذه الأسئلة وأكثر منها بكثير هو ما يدفع الكثير من العلماء في اتجاه تطوير ودراسة علم الكون وأُسس علم الفيزياء بشكل أعمق. وفي نظري هذا أحد المميزات الأساسية للعمليّة العلميّة التي تدور عجلتها إلى الأبد وتسعى للبحث عن إجابات تفسر من خلالها الواقع، ولكنها في نفس الوقت تفتح بواسطة هذه الاجابات اسئلة جديدة قد تأخذنا إلى مناحٍ لم نكن نحلم بها من قبل نعلم بوجودها.

في الختام أود التنويه إلى أننا من الأجيال الأولى من البشر التي تستحوذ سردا علميا مفصلا عن الكون ومراحل تطوره. كما ويأخذنا هذا السرد العلمي من سحيق الزمان ولحظات بداية الكون، وإلى نشوء المجرات والنجوم والكواكب السيارة وتركيبها، وحتى يصل إلى وقتنا الحاضر.

كما ينتقل بنا هذا السرد إلى نشوء العناصر والمركبات التي يتعامل معها علم الكيمياء. هذه المركبات الكيميائية المعقدة تكمن في صلب علوم الأحياء ودراسة جسم الإنسان. هذا السرد الذي عمل عليه الآلاف المؤلفة من العلماء من مجالات الكون والفلك والفيزياء والكيمياء بأنواعها، وعلوم الأحياء على مختلف مجالاتها، أوصلنا إلى هذا الزمن غير العاديّ. فكما ذكرت، نحن من أوائل الأجيال التي تملك مثل هذه المعرفة المذهلة والمتناسقة التي تَحوك حكاية خلابة في مركزها الكون ومن أين أتى، ومكاننا فيه.

إعداد: البروفيسور سليم زاروبي

اقرأ أيضًا:

الانفجار العظيم: ادعاء كبير، ما سبب اعتقادنا بصحته ؟

غبار أحد الكويكبات كان سببًا في أحد أكبر الانفجارات الحياتية على الأرض

المصدر