السلام عليكم
الانفجار العظيم
كيف بدأ الكون؟ ومتى؟ وكيف تطور؟ وما هو مآله؟
فى الفترة (مـن 1946 إلى 1952 م) أفترض الفيزيائي النظري جاموف النموذج " الساخن " لنشأة وتطور الكـون. فما هو مضمون هـذا النموذج؟ منذ حوالي 10 إلى 15 ألف مليون سنة لم يكن هنـاك شيء ما. وليس لأي إنسـان مهما أوتي من علم أن يدعي معرفـة ماذا كان قبل هذه اللحظـة. إن ذلك يدخل في نطاق المجهول المطلق الظلام بالنسبة لنا. وفجأة صدر الأمر الإلهي للكون أن كن! فدارت عجلـة الزمن بدءا من الثانية صفر ووجدت نواة كونية مادية قطرها حوالي 14 مليـون كيلو متر أي أقل من قطر الكـون الحالي بـ (واحد وأمامه 33 صفرا) مرة وكثافتها أكـبر من كثافة الماء بـ (واحد وأمـامه 97 صفرا) ودرجـة حـرارتها ( واحـد وأمـامـه 33 صفرا) درجـة الحرارة المطلقـة ( بمقياس كيلفن): تسـاوي فى درجـة الحرارة بـالتدريج المئوي + 273 أي أن درجـة حرارة الإنسان العادي 310 درجـة مطلقة. وفي الحال حـدث انفجـار مروع وهائل وتـدافعت المادة الأوليـة الملتهبة بسرعـة تقارب سرعـة الضـوء في جميع الاتجاهـات وكـذلك انطلقت إشعاعات غزيرة تحمل في ذاكرتها النبأ العظيم. وقـد ورد هذا المعنى في القرآن الكـريم في سورة الأنبياء 21- الآية 30 أو لم ير الـذين كفروا أن السموات والأرض كـانتا رتقـا ففتقناهما وجعلنـا من الماء كل شيء حي . وحيث إن الكثافة ودرجة الحرارة كانتا بهذا القدر الهائل الـذي يفوق جميع صـور المادة المعـروفة لـدينـا الآن . فبديهي أن نتوقع أن المادة عند بداية الكون كانت مكونة من الجسيمات الأولية حي اللبنات الجوهرية التي تتكون منها المادة والتي لا يوجـد لها تـركيب داخلي (تحتي أو مجهري) أبسط منها: (أ) الفوتونات ( ب) الكواركات والجلوونات (جـ) البوزونات البينية (د) الليبتونات: الإلكترون والنيوترينو الإلكتروني، الميون والنيوترينو. الميوني ، التاو والنيوترينو التاوي. ولإلقاء بعض الضوء على هذه الجسيمات نذكر بأن القوى الأساسية في الكون هي: (1) النـوويـة الشـديدة: ومجالها داخل النـواة وجسيماتها الأساسية هي الكواركات وأهم ما يميزها أن لها شحنة كهربية 1/ 3 أو 2/ 3 شحنة الإلكترون ويتم الفعل المتبادل بين الكواركات بواسطة الجلوونات التي هي حاملات المجال النووي الشديد ومن الكواركات تتكون النويدات (الـبروتونات والنيوترونات) وكذلك الميزونات (الجسيمات التي تربط النويدات مع بعضها البعض (2) الكهرومغناطيسيـة وهي أضعـف من الـقوى الشديدة بمائة مرة وتعمل فيما بين الجسيمات المشحـونة وحاملات المجال الكهرومغناطيسي هي الفوتـونات أو المـوجات الكهرومغناطيسية (3) القوى النـووية الضعيفة وهي مسئولـة عن بعض الظواهر داخل النواة مثل تحلل بيتا. وقد تم توحيدها مع القوى الكهرومغناطيسية أخيرا فيما يعرف بالقوى الكهروضعيفة وتشمل عددا من الجسيمات الأوليـة: تسمى البوزونات البينية كما أن الليبتونات سالفة الذكر تساهم في هذه التفاعلات (4) قـوى الجاذبية وهي أضعف ما في الكـون من قـوى أساسيـة وتعمل بين الأجسـام الكتليـة وحـامـلات هـذا المجـال هي الجرافيتونات أو موجات الجاذبية.
وبما أن المادة في بداية الكون كانت في حالة أولية تماما ومتوحـدة فنتوقع أن القوى التي كانت تحكمها كانت واحدة ومع تطور الكون توزعت المادة وانقسم المجال الواحد المتحكم إلى القوى الأربع التي فصلناها سابقا. وهذا ما تحاول إثباته العديد من نظريات التوحد العظيم ونظرية التماثل الفوقي، ونظرية الأوتار الفائقة وهذه ميـادين أبحـاث مهمـة تجرى الآن في علم الجسيمات الأوليـة وعلـم الكـون. وفي اللحظـات الأولى من الانفجار العظيـم يبدأ الفصل بين المادة وصـديد المادة. أما الحالة الأولية سالفة الذكر والمكـونة من الجسيمات الأساسية فتنتهي بعد مرور (واحد على مليون) ثانية من ميلاد الكون. وعندما يبلغ عمر الكون الوليد ثانية واحدة تكون حرارته قد هبطت إلى عشرة آلاف مليون درجة مطلقة وهنا تبدأ مرحلة الاندماج النووي حيث تتكون أنوية الهيدروجين وتتحد مع بعضها مكونة أنوية الهيليوم. ومن هذه الحالة الغازية المتأينـة يتكون الهواء والماء عندما يصير عمر الكـون 100 ثانيـة. وفي ذلك يقول الحق تبارك وتعالى في سورة فصلت 41- الآية 11 ثم استـوى إلى السماء وهي دخـان فقـال لها وللأرض ائتيا طوعا أو كرها قالتا أتينا طائعين فكلمة دخان تعني الحالة الغازية للمادة. وبعد أن ينمو الكون الصغير ويبلغ من العمر ألف عام تكون درجة الحرارة قـد هبطت إلى مائة ألف درجـة مطلقة، أما الكثافة فتصبح أقل من كثافة الماء بـ (واحد وأمامه 15 صفرا) وتبدأ الإلكترونات في الارتباط بالأنوية معطية الذرات التي نعرفهـا اليوم. وبعد أن يبلغ الكون عمرا وقورا حوالي ألف مليون سنة تتوحـد الذرات مكونة المجرات الأولية التي تتولد بداخلها النجوم. أما عندما صار عمر الكـون عشرة آلاف مليون سنـة تكون النظام الشمسي الذي نتبعه ونعيش على جـزء منه هو أرضنا الطيبة.
ولا يزال الكون يتمدد حتى الآن. ومن الشائق أن نحاول التنبأ بالمصير النهائي للكون المتمدد. إلا أننا لا نعرف ما يكفي عن الكون لنحكـم عما إذا كان تمدده يتم بطاقات تسمح للمادة داخله أن تكتسب سرعة الهروب المناسبة. فلو كانت الطاقة كافية لاستمر في التمـدد وإن لم تكن فإن التمدد سيتوقف وتبدأ قوى الجذب في جمع شتـات الكـون من جديد لتحبسه في قمقم صغير وليعود من حيث بدأ.
الانزياح الأحمر
عند فحص الضوء الذي يصلنا من النجوم البعيدة وجد أن الأطوال الموجبة التي تبتعثها الـذرات قـد زحزحت نحو الأحمر أي نحو طول موجي أكبر وهذا يعني تراجع هذه النجـوم بعيـدا عنا. ووفق نموذج الانفجار العظيم فإن الكـون في تمدد مستمر مبتعـدا بذلك عن حالة التكاثف العالية التي وجـدت في البدء. وكـان من الممكن اعتبـار هذه النتيجـة المعملية برهانا على صحة النموذج المذكور، إلا أنه وفق نموذج آخر فإن الكون في حالة مستقرة تخلق فيها مادة جديدة للحفاظ على معدل ثابت للكثافـة بالرغم من تباعد المجرات المرئية بعضها عن بعض.
أصداء لحظة الميلاد الكوني
درس علماء الفيزياء الكونيـة منذ 45 سنـة مضت الخواص الضوئية لجزيئات السيانوجين في غاز المجرة ما بين النجوم وقد اكتشفوا عندئذ في الفضاء الكوني شعاعا كهرومغناطيسيـا يبلغ طـول موجته 0,25 سنتيمتر. وكانت الموجات تأتي من الكون من كل الاتجاهات بقـدرة تزيد بمائة ألف مـرة عن قدرة الإشعاع المناظر من كل المنابع الكونيـة المعروفة. ولم يحاول أحد تفسير مصدر هذه الإشعاعات.
وفي عام 1965 م صنع الباحثان في مختبر شركة بيل- تليفون، بينزياس وويلسون، نظام اتصال بواسطة الأقـمار الصناعية على مـوجة طـولها 7,3 سنتيمتر ولضمان عمل الأجهزة بصورة طبيعية وجبت دراسة كل التشويشات على طول الموجـة هذه. وعندما بدا لهم أنهم استطاعوا القضاء على كل التشويشات اللاسلكية المحتملة واصلت الأجهزة ذات الدقة العالية جدا تسجيل إشعـاع ذي قـدرة عالية يأتي بانتظام من كل حدب وصوب. وهكـذا، وللمرة الثانية، تم رصـد الإشعاع الحراري الكـوني المتبقي (الخلفية الكـونية)- شاهد السنين الماضية الموغلة في القدم. لقد انطلقت هذه الإشعاعات الغزيرة عند لحظة الميلاد العظيم للكون وكـانت درجـة حـرارتها ملايين الملايين من الدرجات المطلقة. ومع توسع الكـون ومضي السنين أخذت تبرد حتى وصلت إلى درجة حرارة 3 درجات مطلقة. لقد كان اكتشاف بنزياس وويلسـون للخلفية الكونية انتصارا حقيقيا لنموذج الانفجار العظيم مما استحقا عليه جائزة نـوبل في الفيزياء. إن الأمر لم يتوقف عنـد هذا الحد، بل أجـريت قياسات أكثر دقة للخلفية الكـونيـة. ففي 18 نـوفمبر 1989 أطلقت وكالة الفضاء الأمريكية " ناسا NASA " من مركز جودارد لرحـلات الفضاء قمرا صناعيا كونيا سمي بـمرتاد الخلفيـة الكـونيـة cosmic Background Explorer أو اختصارا. كوبي COBE في مدار ارتفاعه 600 كيلو متر حول الأرض ومزودا بأدق الأجهزة التي اخترعها الإنسان. وجاءت النتائج باهرة فإن طيف الإشعاع الكوني المتبقي كـما قيس بواسطة " كوبي " يتفق جدا مع درجة حـرارة 2,735 درجة مطلقة، إلى جـانب ذلك تم اكتشاف فـروق محلية طفيفة جـدا في درجة الحرارة تبلغ واحدا على ألف مليون من الدرجة كما أن هناك رعشة أو رفرفـة في الموجات الأثرية التي ولدت منذ لحظة الانفجار العظيم وعاشت حتى الآن كأنها " أبـو الهول " الكوني الشاهد على كل العصور. لقد كـانت نتائج " كـوبي " مزيدا من الانتصار لنظرية الانفجار العظيم. ويستطيع القارئ أن يشاهد الإشعاع الأثري بنفسه وهو جـالس في منزله وكل ما عليه أن يدير مفتاح " التلفاز " على قناة غـير مشغولة وعلى الفور سيشاهد بقعا بيضاء منتظمة على الشاشـة تروح وتجىء وكأنها خلية نحـل ويستمع إلى أزيز هـو مـا تبقى من صوت الانفجار العظيم.
العمالقة الحمر والأقزام البيض
النجـوم كـالبشر تولد وتموت. وعادة يبدأ النجم حياته كسحـابة ضخمة من غاز الهيدروجين والغبار الكوني. وتبدأ جزيئات السحابة بالتماسك والانكماش بفعل الجاذبية وهي تـدور حـول نفسها. وكلما ازداد التجاذب الكتلي ارتفعـت درجة الحرارة في مركـز النجم الوليد حتى تصـير كرة غازيـة مشتعلـة. وعندما تبلغ درجة الحرارة في الـداخل عشرات ومئات الملايين من الدرجـات المطلقة يبدأ الاندماج النووي وتتحـد نوى الهيدروجين معطية أنوية غاز الهليوم. وبمضي الزمن يتحول جل الهيدروجن لهليـوم ويزداد بريق النجم وحجمه وقد يصل قطره مئات المرات قدر قطره الأصلي ويلمع النجم ويزداد احمراره، لذلك يسمى العملاق الأحمر Red Giant . وربما ينفجـر النجم فجأة عند هذه المرحلة ويتم ذلك في زمن قصير جـدا (بضع دقـائق) وتتطاير الطبقات الخارجية عبر الفضاء الكوني وتسمى هذه المرحلة نجما حديثا جدا متفجرا Supernova وفيما يلي سنطلق عليها ببساطة " سوبر نـوفا " وسرعان ما تنتهي هذه الحالة ويرد قلب النجم ويتماسك بشـدة ويتكاثف وتصل كثافة مادته مليون مرة قـدر كثافة الماء أي أن سنتيمترا واحدا مكعبا يزن حوالي طن. ولصغر حجمه النسبي سمي بالقزم الأبيض White Dwarf . والأقزام البيض أو " صخـور الفضاء " تمثل نهاية تطور نجمي ولكنها ليست النهاية الوحيدة المحتملة فطبقا للكتلة الابتدائية للنجم قـد يتحول في نهاية المطاف لقزم أبيض أو نجم نيوتروني أو ثقب أسود Black Hole.
النجوم النيوترونية
النجوم النيوترونية هي نهاية مطاف في مرحلة تطور نجمي. والنجم النيوتروني به 10 57 (واحد وأمامه 57 صفرا) من النيوترونات وكثافة لبه تصل ألف مليـون طن/ السنتيمتر المكعب ومجالـه المغنـاطيسي السطحي تبلغ شدته مليون مليون مرة قدر المغناطيسية الأرضية. وقلب النجم النيوتروني مائع فائق وموصل فائق ودرجة حرارته حوالي مليون درجة مطلقة. وعادة يحدث ازدواج للنجم النيوتروني مع نجم عادي وهذا ما يسمى ثنائية نجمية Binary Star وحيث إن المجال الجاذبي للنجم النيوتروني هائل جدا فإنه يسحب لديه مـادة النجم المرافق لـه على طـول خطوط المجـال المغناطيسي ويمكن أن يـؤدي ذلك إلى سخونة شـديدة وانبعاث أشعة جاما وأشعة إكس وموجات لاسلكي ( راديوية) وسوف يكون لمثل هذا النظام دورية معينة تتوقف على محاور دورانه كـما ترى من الأرض. وقـد يحدث أن يرى الإنسان خسـوفـا للنجم النيوتروني بـواسطة النجم المرافق. والنجـوم النيوترونيـة التي لا رفيق لها قد لا يمكن رصدها على الإطلاق! إن النجوم النيوترونية تلعب أحيانا دورا مهما على مسرح الكون الدرامي وتقوم بدور النابضات Pulsars التي تدور بسرعة عالية، ومنتظمة وتعطى ومضات من الضوء في غاية الانتظام مثل الساعة. وحيث إن قطرها بضع عشرات مـن الكيلـو مترات فقط فـإن زمنهـا الدوري يتراوح من بضع ثوان إلى مللي ثانية (واحـد على ألف من الثانية). فمثلا النابض الموجود في قلب سديم السرطان له زمن دوري 33 مللي ثانية.
الثقوب السوداء
عندما يطلق صاروخ من الأرض تصل سرعته إلى 8 كيلو مترات/ ثانية فإنه يصبـح تابعا اصطناعيا (مثل القمر الصنـاعي يدور في مدار ما حول الأرض. وفي هذه الحالة تتساوى قوة الدفع المركزية للخارج مع قوة التجاذب الكتلي بين الأرض وتـابعها. وإذا زيـدت سرعة إطلاق الصاروخ من 11,2 كيلو متر/ ثانية فإنه يفلت خارج حـدود جاذبية الأرض، ويستمر في حركته في الفضاء وتسمى السرعـة في هذه الحالة بسرعة الهروب، Escape Velocity من هـذا الجرم الكـوني. وكلما زادت كتلة الجرم السماوى زادت السرعة المطلوبة للهروب منه. ويستطيع الإنسان أن يتصور جرما سماويا هائل الكتلـة بحيث تزيد سرعة الهروب من جاذبيته عن سرعة الضوء وحيث إن سرعة الضوء هي السرعة القصوى لأي جسم طبقا للنظرية النسبية فإنه حتى فوتونات الضوء نفسها لن تستطيع الإفلات من زمام هذا الجرم الجبار. من هذا الوصف المبسـط جدا ولهذا السبب تسمى هذه الكيانات بالثقوب السوداء.
والثقـوب السـوداء الأطفـال ( Baby) التي حجمها مثل حجم الذرة بينما كتلتها أكـبر بمائة مليون مرة من كتلة الشمس ربـما تكـون قـد وجـدت أثناء اللحظات الأولى من الانفجـار العظيم. أما عمالقة الثقوب السـوداء فربما تكـون المنابع التي تمد أنـوية المجرات وأشباه النجـوم (الكـوازارات Quasars ) بالطاقة. وحتى الآن لم تشـاهد مثل هـذه الثقوب السوداء الموصوفة في النظرية البحتة. ناهيك عن عدم القدرة على رصدها مباشرة فكل ما حولها حتى الضوء سيسقط لا محالة في هذه الهوة اللانهائيـة. ولكن كـما قال العرب قديما البعرة تدل على البعير والخطى تنبئ عن المسـير. فإن دراسـة أشعة إكـس وأشعة جـاما المنبعثـة من جرم قـريب من الثقب الأسود ومجذوب إليه تلقي الضوء على خواص وطبيعة الثقب نفسه: وحتى يومنا هذا، نعلم بـوجود أقل من عدد أصابع اليد من الكيانات الكونيـة التي يحتمل أن تكون ثقوبا سوداء. منها الثنائية النجمية الباعثة لأشعـة إكس، والمعروفـة باسم الدجاجة س- 1 والموجـودة في برج الدجاجة Cygnus فكتلتها 9 مرات قـدر كتلة الشمس وقطرها حوالي 300 كيلو متر. والمفني العظيم Great Annihilator ، الذي رصـد بواسطـة تليسكوب أشعـة جاما الفرنسي الروسي سيجما، والذي يوجـد بالقرب من مركز مجرتنا هو احتمال ثان.
المادة المظلمة
من الحقائق العلمية التي رسخت أن حوالي 90% من مادة الكون غير مرئية وغير معروفة على وجه الدقة حتى الآن. وإذا كـانت الكتلـة المعروفـة والمسببة تمثل فقط 10% فإن الكون يجب أن يتباعد بسرعة ويجب أن يكـون مفتوحا بلا نهاية ومتوسعا للأبد. فأين المادة الخفية المتبقية؟ والسؤال الأكثر إلحاحا: من أي شيء صنع الكـون؟ ما هـو " الأسمنت " أو الغراء الذي يمسك بلبنات الكون؟ وأخيرا ما هي المادة المظلمة؟ كل هـذه الأسئلـة المثيرة تهم فـرعين أسـاسيين من الأبحـاث العلمية: فيزيـاء الجسيم وعلم الكـون أي أصغر الأشياء (الميكرو) وأكـبرها (الماكرو). وكـلا العلمين يبحثان كل مستقل عن الآخر عن صور من المادة غير مألوفة ولم تكتشف بعـد. وكلاهما قد يستطيع كشف النقاب عن منابع المادة المظلمة. والمادة المظلمة يجب أن تكـون غير مضيئة وشفافـة. ويجب أن تكـون مصنوعة من جسيمات خلقت في المراحل الأولى لنشوء الكـون ويجب أن تكـون آثارا لهذه اللحظات العالية الطاقة جدا وقـد فرضت عدة احتمالات لهذه الجسيمات .
(1) مثلا لو كانت كتلة أحد النيوترينوات الثلاثة قريبة من 30 إلكترون فولت فستكون هناك كتلة كافية لشرح المادة المظلمة التي نبحث عنها. ومع الأسف الشديد فإن رصد خلفيـة كونية لهذه النيوترينوات تبـدو بعيدة المنال وسنضطر إلى اللجـوء إلى تجارب معملية أرضية لتقدير كتل هذه الجسيمات.
(2) الأكسيونات Axions هي جسيمات ابتدعت للالتفاف حول مشكلة رياضية في نظرية الكوارك. والكواركات هي لبنات النويدات.
(3) الجسيـمات الكتلية المتفاعلة بضعـف (Particles) ( Wimp’s ) ( الويمبات) يجب أن تكـون أثقل بكثير من النيوترينوات والأكسيونات ومن المعتقد أنها في حالة اتزان حراري مـع بقية المادة في الكون أما كتلتها فقد تتراوح من واحـد إلى خمسين قدر كتلة البروتون، كل هـذه الجسيمات المثـيرة يمكن مبدئيا أن ترصد في المعمل وحتى الآن لم نحصـل على نتيجـة مضمـونـة إحصائيا.
(4) ويوجد أيضا جسيمات افتراضية تسمى الأوتار الكونية التي نشأت في لحظة الانفجار العظيم وامتدت في الكـون حتى يـومنا هذا وقطرها أصغر من حجم الجسيم الأولي ولكن طولها يبلغ ملايين السنين الضوئية وكتلتها 15 ملايين كتلة الشمس لكل سنة ضوئية من طولها.
(5) وهناك أيضـا ما يسمى بالأقزام البنيـة وهي كـواكب كبيرة أو نجـوم ضخمة لا تستطيع أن تـولـد تفاعلات نوويـة اندماجية.
(6) وكـذلك توجـد احتمالات أخرى فيما يسمى الثقوب السوداء (البيبي) Black Holes Baby التي ربما قـد تكـونت في لحظـة الانفجـار العظيم والتي كتلتها تتراوح من ألف مليون إلى مائة مليون مليون طن ولو وجـدت هذه الأجـرام فإنها ستعطي تعليـلا يكفي لجعل الكـون محدودا أو منغلقا وبالتالي لا تترك أملا لمزيد من الإثارة في موضوع المادة المظلمة والبحث عن جسيمات جديدة. ولكن هذا الأمل لا يبدو قريبا. ومن المؤسف أو المثير أن الأمل لا يبدو قريبا لرصـد مثل هذه الأجرام وستظل الحاجـة ملحة لمزيد من الملاحظات والتجارب
********منقول
