الفضاء الكوني والعلم المعاصر

يحيى محمد

الحوار المتمدن-العدد: 3953 - 2012 / 12 / 26 - 15:06
المحور: الطب , والعلوم
    

مازالت قضية الفضاء (الكوني) أو الخلاء تعد من المسائل الشائكة. وربما يميل الوجدان إلى إعتبار الفضاء غير متناهي الأبعاد، مع وجود المادة المتناهية. فمن الصعب على العقل أن يتصور محدودية الفضاء للإشكال الذي يرد عما بعده، إذ كيف يمكن تصور ما هو خارج عنه؟! في حين يسهل على العقل أن يتقبل فكرة عدم تناهي الأبعاد. لذا فالنظرية العلمية في تمدد الكون وأنه شبيه بالمنطاد الآخذ بالتوسع والإنتفاخ؛ ليست معقولة ما لم يجرِ ذلك ضمن فضاء غير متناه يسمح بعملية التوسع والتمدد .
فالتردد العلمي حول ما إذا كان الكون مفتوحاً إلى ما لا نهاية كسرج الحصان، أو أنه مغلق متناهٍ كالكرة أو الفقاعة، لا يؤثر في النتيجة التي ذكرناها. وسبق لعالم الرياضيات الروسي ألكسندر فريدمان أن تنبأ لأول مرة (عام 1922) بأن الكون يتمدد، قبل اكتشافات هابل بسنوات معدودة، وقدّم نموذجاً مبنياً على معادلات أينشتاين الأولى والذي زوّد العلماء القاعدة الرياضية لمعظم النظريات الكونية الحديثة باعتباره يتضمن تمدد الكون دون سكونه، أي خلاف ما تصوره أينشتاين في صياغته الأولى للنسبية من أن الكون ثابت لا يتغير . ولهذا النموذج صنفان مغلق ومفتوح اعتماداً على الكثافة الحرجة. ويمكن تشبيه ذلك بقذف حجر شاقولياً، إذ إما أن تكون سرعته الإبتدائية كبيرة بحيث أنه يفلت من جاذبية الأرض رغم تباطؤه تدريجياً، أو أن حركته ليست كبيرة مما يجعله يعود إلى الأرض ساقطاً، فلو كانت سرعته أكبر من سبعة أميال في الثانية فسوف يفلت من الأرض دون عودة. الأمر الذي يشبه ما عليه الكون عندما تكون كثافته أقل من القيمة الحرجة أو أكثر منها. بمعنى أن التردد المذكور حول انغلاق الكون وانفتاحه يعتمد على متوسط كثافة المادة الكونية، رغم أن تقدير هذه الكثافة هو أمر غير متفق عليه، كسائر التقديرات الفلكية التي ينتابها الكثير من الإختلاف والتغيير مقارنة بسائر علوم الفيزياء.
فقد قدّر عالم الفيزياء المعروف (ستيفن وينبرغ) الكثافة الحرجة استناداً إلى كونها متناسبة طرداً مع مربع ثابت هابل (15 كم في الثانية لكل مليون سنة ضوئية) ، فتكون الكثافة (5 × 10-30) غراماً لكل سنتمتر مكعب، أي ما يعادل كتلة ثلاث ذرات هايدروجين لحجم قدره ألف لتر ، وقريب من ذلك نسبياً ما قدرها الباحثان لويد موتز وجيفرسون هين ويفر، وهي أنها تساوي (4,5 × 10-30) غراماً لكل سنتمتر مكعب، أي حوالي بروتون واحد لكل (400000) سم مكعب من الفضاء . كما قدّرها العالمان بول ديفيز وجون جربين بصورة أخرى، وهي حوالي (10-30) غرام لكل سنتمتر مكعب، أي ذرة هايدروجين لكل لتر من الفضاء تقريباً . كذلك قدّرها الفيزيائي برايان غرين بشكل مختلف وهي حوالي (10-29) غرام لكل متر مكعب .
وتشكل الكثافة الحرجة الحد الفاصل بين إنغلاق الكون وإنفتاحه، فإذا كانت الكثافة الفعلية لمادة الكون أكثر من الكثافة الحرجة فإن الكون آخذ في الإنغلاق ومن ثم التهاوي، إذ ما إنْ ينتفخ الكون حتى ينتهي إلى حد معين عند تباطؤ السرعة فيبدأ بالإنكماش والتهاوي مجدداً إلى نقطة الإبتداء والصفر، فلا مكان ولا زمان ولا مادة، فهو الإنسحاق العظيم أو نقطة ما يُسمى (اوميجا). أما إذا كانت أقل من الحد الحرج فإن الكون آخذ في الإنفتاح إلى ما لا نهاية دون عودة. وقد بدا لدى معظم الفيزيائيين في بعض الفترات أن هذا النموذج هو الصحيح. في حين لو كانت هذه الكثافة بقدر الحد الحرج فإن ذلك سيجعل من تمدد الكون يتباطأ بالتدريج بإتجاه الصفر والسكون دون أن يصل إليه. وقد تنبأت نظرية الإنتفاخ الكوني بأنه يجب أن تكون كثافة المادة الكونية مساوية للكثافة الحرجة بالضبط .
ومع أنه لحد الآن لم تحسم النتيجة لأي من هذه الفروض، لكن بحسب بعض المصادر العلمية قيل بأن كثافة المادة هي أقل بدرجة ملموسة من الحد الحرج، وهي تعني ان الكون مفتوح، وإن كان من الناحية النظرية يميل رأي العلماء إلى إنغلاقه ، وبحسب ستيفن وينبرغ تُقدّر الكثافة الحرجة بحوالي 3000 جسيم نووي في كل مليون لتر، لكن في درجة حرارة (3 كلفن) للإشعاع الراديوي الميكروي، أو على نحو أدق (2.7 درجة) ، يوجد حوالي 550 ألف فوتون في اللتر الواحد. وعليه يوجد 500 جسيم نووي في مليون لتر، إذ قبال كل جسيم نووي في الكون هناك حوالي مليار فوتون، وهذه النسبة – أي 500 جسيم – أقل بكثير من الكثافة الحرجة، فهي أقل بحوالي ست مرات، وبالتالي فالكون مفتوح ويتوسع للأبد . وهو في محل آخر أشار إلى أن هناك ضعفاً في تباطؤ المجرات البعيدة، مما يعني أنها تبتعد عنّا بسرعة تفوق سرعة افلاتها، وبالتالي فالكون مفتوح لا مغلق، وهو يتفق مع تقدير الكثافة الكونية، فالمادة المرئية في المجرات لا تتجاوز بضعة أجزاء من مائة من الكثافة الحرجة، لكنه مع ذلك إستدرك ورأى أن هذه النتائج ليست يقينة لإكتشاف ازدياد كتل المجرات، ولإحتمال وجود غاز بين المجرات للهايدروجين المتأين مما يجعل الكثافة الكونية حرجة . في حين أنه بحسب مصادر أخرى، وطبقاً لنظرية الكون الإنتفاخي، فإن الكون يبدو قريباً جداً من الحد الحرج، أي الخط الفاصل بين التقلص واستمرار التمدد ، أو هو شبيه بالمسطح مما سمح للحياة أن تنشأ وتتطور، إذ لو كانت كمية المادة أكثر من الكمية الحرجة فسيؤدي الشد الجذبوي بين المجرات إلى إبطاء سرعتها وإيقافها فتتهاوى على بعضها البعض، في حين لو كانت كثافة الكون أقل من القيمة الحرجة ففي هذه الحالة ستضعف الجاذبية وتندفع المادة خارجاً بالتوسع السريع ومن ثم التواصل في التمدد إلى الأبد، وفي كلا الحالين سوف لا يكون هناك مجال لنشأة الحياة والإستقرار ومنها الحياة الذكية كما هي الحال في الإنسان .
مع هذا فرغم الإعتقاد بأن الكون يميل إلى التسطح إلا أن المشكلة في ذلك هي أنه لا تتوفّر جاذبية كافية لهذا التسطح، وبالتالي تمّ إفتراض وجود (90%) من الكون يتألف من مادة مظلمة (أو طاقة) غير قابلة للإدراك؛ هي التي توفّر الكمية الكافية لجاذبية التسطح، إذ أن كثافة المادة المرئية تقرب من (1%) من القيمة الحرجة، وإذا أضفنا إليها النجوم المعتمة وما إليها فإن المادة الباريونية سوف لا تكون أكثر من (10%) من الكثافة الحرجة. لذا فإن (90%) من كتلة الكون لا بد من افتراضها لحل مشكلة التسطح، وفي البدء كان الإفتراض بأن هذه المادة الغريبة غير الباريونية تتألف من النيوترينوات، لكن تبيّن فيما بعد أن من المستبعد أن تكون النيوترينوات سبباً للجاذبية باعتبارها خفيفة للغاية، كما افترض أنها يمكن أن تكون عبارة عن أوتار كونية ، وبالتالي بقيت هذه المادة غير معروفة إلى يومنا هذا. في حين ينقل لنا (ستيفن هوكنج وليونرد ملوندينوف) تقديرات مختلفة عما سبق، وهي أننا لو أضفنا المادة المظلمة كلها فسنحصل على واحد من عشرة أجزاء فقط من كمية المادة المطلوبة لإيقاف التمدد. لذلك تمّ افتراض الطاقة المظلمة إلى جنب تلك المادة لتفسير التسطح في الكون، وقد كشف مسبار ويلكينسون (WMAP) خلال هذا القرن بأنه رغم وجود الكتل الضخمة للمجرات التي تعمل على حني الفضاء إلا أن هناك شيئاً غامضاً يجعل الفضاء يتقوس في الإتجاه المعاكس، بحيث تكون المحصلة لمتوسط الإنحناء تساوي صفراً، والمتصور حالياً ان هناك طاقة للجاذبية السالبة تعادل طاقة المجرات الموجبة، وتقدر كل منهما بحوالي (5010 طن) موجبة وسالبة، ومن ثم فالكون يزن صفراً أو لا شيء .
ورغم ذلك بيّنت المشاهدات الفلكية بأن الأمر أكثر تعقيداً من التقديرات التي مرت علينا، فقد توضح بأن معدل تمدد الكون يتسارع مع الزمن بدل أن يتباطأ، الأمر الذي لا يتفق مع أي من نماذج فريدمان الثلاثة الآنفة الذكر. وهو ما يثير الغرابة الشديدة، إذ ما هي القوة المؤثرة على تسريع تمدد الكون والتي تدعو للحاجة إلى افتراض ثابت كوني ؟!. وهو ما سبق إليه أينشتاين في صياغته الأولى لنظريته قبل أن يندم على ادراجه ويعتبره أعظم خطأ في حياته. ويُعتقد اليوم أن هذا التسارع للكون نابع من تأثير طاقة مظلمة غامضة من نوع ما .
من جهتنا نعتقد بأنه حتى في حالة إعتبار الكون مغلقاً، تبعاً للكثافة المادية، فإن ذلك لا ينافي فكرة الفضاء المفتوح، فقلة وجود المادة وكثرتها لا تنافي كونها تتمدد - وقد تتقلص بسبب الجاذبية فيما بعد - ضمن وعاء الفضاء الذي يسمح بتمددها أو حتى انكماشها. ومن الناحية التاريخية فإن فكرة الفضاء المفتوح – كوعاء - هي الفكرة السائدة حتى ظهور النسبية لأينشتاين، فإعتماداً على النسبية العامة تمّ اعتبار التمدد في الكون لا يحدث بواسطة المجرات المتباعدة، بل إن الفضاء ذاته هو المتمدد مما يجعل المسافات بين المجرات تتسع. بمعنى أنه قبل نشوء الكون لا يوجد فضاء، ثم بدأ الأخير بالتكون والتوسع شيئاً فشيئاً وما زال على هذه الشاكلة، وقد يستمر إلى ما لا نهاية له، كما قد يصل إلى نهاية ثم ينكمش ويعود إلى ما كان عليه أول الأمر. وهي فكرة تتضمن اعتبار الأشياء ساكنة بالمعنى البارمنيدي - نسبة إلى اليوناني بارمنيدس القائل بثبات الأشياء واعتبارية الحركة والتجدد - باستثناء الفضاء، وبالتالي تجد صعوبة في تفسير كيف أن هذه الأشياء تتصادم فيما بينها إن لم تكن متحركة؟!
لذلك يمكننا القول مع ستيفن وينبرغ بأن فكرة توسع الفضاء أو الكون هي فكرة مضللة، فما يجري واقعاً هو تباعد المجرات بعضها عن البعض الآخر دون توسع .
ومع كل ما سبق ظهرت في السنوات الماضية الأخيرة بعض الأفكار الفيزيائية التي تؤكد معنى وجود الفضاء اللانهائي، لا سيما تلك المتعلقة بالأكوان المتعددة غير المتناهية، ومن ذلك ما اقترحه الفيزيائي اندريه ليند من أن ظروف التمدد التضخمي قد تكررت مرات ومرات في مناطق منعزلة منتشرة في الكون مؤدية إلى عوالم جديدة منفصلة ضمن شبكة كونية لا نهائية. كذلك ما اقترحه غاسبريني وفينيتسيانو - من دعاة نظرية الأوتار الفائقة - بأنه قد يكون هناك عالم لا نهائي في فضاء سابق على بداية كوننا هذا، أو في عصر ما قبل الإنفجار العظيم .
يضاف إلى أننا نعتقد بأن من الممكن التوفيق بين نظرية أينشتاين وفكرة الفضاء اللامتناهي. فمعلوم أنه يرى بأن المادة هي ما تحدد الفضاء دون استقلال، الأمر الذي ينسجم مع الكون المنتهي ؛ لإنتهاء المادة ومحدوديتها. وهذا الإعتقاد وإن بدى متناقضاً مع فكرة الفضاء اللامتناهي، لكن من الممكن التوفيق بينهما ضمن قيود معينة، إذ يمكن افتراض أن في هذا الفضاء مادة متناهية تحدد الفضاء المتعلق بها وتفرض عليه الإنحناء من غير استقلال، وهو ما يحقق صيغة أينشتاين الآنفة الذكر، بيد أن ذلك لا يمتد إلى سائر أرجاء الفضاء التي تخلو من المادة ومن ثم يغيب عندها الإنحناء فتكتسب – لهذا - طابع التسطح والإنفتاح بلا نهاية.

#يحيى_محمد (هاشتاغ)      

---

اشترك في قناة ‫«الحوار المتمدن» على اليوتيوب
حوار مع الكاتب البحريني هشام عقيل حول الفكر الماركسي والتحديات التي يواجهها اليوم، اجرت الحوار: سوزان امين	حوار مع الكاتبة السودانية شادية عبد المنعم حول الصراع المسلح في السودان وتاثيراته على حياة الجماهير، اجرت الحوار: بيان بدل

كيف تدعم-ين الحوار المتمدن واليسار والعلمانية على الانترنت؟

تابعونا على:

الفيسبوك

التويتر

اليوتيوب

RSS

الانستغرام

لينكدإن

تيلكرام

بنترست

تمبلر

بلوكر

فليبورد

الموبايل

كيفية إشراك-إيصال مواضيعكم أو مواضيع تهمكم  إلى اكبر عدد ممكن من القراء والقارئات