الانفجار العظيم وعمر الكون

ما معنى الانفجار العظيم

الانفجار العظيم هو الوصف العلمي لكيفية تطور الكون من حالة مبكرة شديدة السخونة والكثافة إلى الكون الأبرد المنتشر الذي نراه اليوم. يوحي الاسم بتفجير، لكن الفكرة في حقيقتها تدور حول التمدد.

ظل الفضاء نفسه يتمدد منذ ذلك الحين، حاملًا المجرات بعيدًا بعضها عن بعض. ومع تمدده برد، فأتاح ذلك تكوّن الجسيمات، ثم الذرات، ثم النجوم والمجرات على مدى مليارات السنين.

النظرية من أكثر الأفكار اختبارًا في العلم. وهي لا تحاول تفسير سبب وجود كون أصلًا، لكنها تطابق طيفًا واسعًا من القياسات الدقيقة.

الدليل الأول: الكون المتمدد

في العشرينيات من القرن العشرين استنتج جورج لوميتر أن كونًا يخضع لجاذبية أينشتاين يمكن أن يكون متمددًا. وفي عام 1929 بيّن إدوين هابل أن المجرات البعيدة تبتعد عنا، وكلما كانت أبعد كان ابتعادها أسرع.

هذا النمط، المعروف اليوم بقانون هابل لوميتر، هو ما تتوقعه إن كان الفضاء يتمدد في كل مكان في آن واحد. ويتمدد ضوء المجرات البعيدة أيضًا فينزاح نحو ألوان أكثر احمرارًا، ويسمي الفلكيون ذلك الانزياح نحو الأحمر.

أعد التمدد إلى الوراء كفيلم يُعرض معكوسًا، فيصبح كل شيء أقرب وأكثف وأسخن. ويشير هذا الاستدلال إلى بداية حدثت قبل زمن محدود.

الدليل الثاني: إشعاع الخلفية الكونية الميكروي

طوال نحو 380,000 سنة الأولى كان الكون ضبابًا متوهجًا من الجسيمات المشحونة لا يستطيع الضوء عبوره. وحين برد بما يكفي لتتكون الذرات، انقشع الضباب وصار الضوء ينتقل بحرية.

ولا يزال ذلك الضوء القديم يملأ السماء في كل اتجاه. وقد مطّه التمدد إلى موجات ميكروية باهتة، حرارتها اليوم لا تتجاوز نحو 2.7 درجة فوق الصفر المطلق. وعثر عليه أرنو بنزياس وروبرت ويلسون مصادفة عام 1965 على هيئة طنين عنيد في هوائيهما الراديوي.

رسمت أقمار صناعية مثل COBE وWMAP وبلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية خرائط لتموجات حرارية دقيقة في هذا التوهج. وتلك التموجات بذور المجرات اللاحقة، ومطابقتها مع النماذج تعطي عمرًا قدره نحو 13.8 مليار سنة.

الدليل الثالث: العناصر الخفيفة

في الدقائق القليلة الأولى كان الكون كله ساخنًا بما يكفي لدمج النوى، على نحو يشبه لب النجم. وتتنبأ الحسابات بأن هذه النافذة القصيرة كان ينبغي أن تنتج نحو ثلاثة أرباع هيدروجين وربع هيليوم من حيث الكتلة، مع آثار من الديوتيريوم والليثيوم.

وحين يقيس الفلكيون أقدم الغاز والنجوم، يجدون تلك النسب تقريبًا. ولم يكن بوسع النجوم وحدها أن تصنع هذا القدر من الهيليوم، لذا فالتطابق دعم قوي لكون مبكر ساخن.

ما معنى «الكون المرئي»

يسير الضوء بسرعة ثابتة، فلا نستطيع أن نرى إلا الأجرام التي أتيح لضوئها وقت كافٍ ليصلنا منذ صار الكون شفافًا. وتلك المنطقة المحيطة بنا هي الكون المرئي.

قد تتوقع أن يكون نصف قطره 13.8 مليار سنة ضوئية، لكنه نحو 46 مليار سنة ضوئية. والسبب أن الفضاء ظل يتمدد بينما كان الضوء في طريقه، فصارت المصادر الآن أبعد بكثير مما كانت حين غادرها الضوء.

لكل راصد، في أي مجرة، كونه المرئي الخاص المتمركز حوله. ووراء حافته يوجد على الأرجح شبه المؤكد مزيد من الكون، لكننا لا نستطيع رؤيته بعد، وقد لا نستطيع أبدًا.

مفاهيم خاطئة شائعة

«كان انفجارًا في نقطة واحدة من الفضاء.» لا يوجد مركز ولا خارج. فالتمدد يحدث في كل مكان، كالنقاط على بالون تتباعد كلها حين يُنفخ.

«المجرات تطير عبر الفضاء مبتعدة عنا.» في الغالب، الفضاء بينها هو الذي يتسع. ولا يزال بإمكان المجرات القريبة أن تتحرك نحو بعضها بفعل الجاذبية، فمجرة المرأة المسلسلة متجهة نحونا.

«الانفجار العظيم يفسر اللحظة الأولى تمامًا.» تنهار فيزياؤنا عند أقدم اللحظات. وتحاول أفكار مثل التضخم الكوني وصف تلك الحقبة، لكن ما سبقها، إن كان للسؤال معنى أصلًا، يظل مفتوحًا.

«العلماء يغيّرون العمر باستمرار.» تتفق الطرق المختلفة على قرابة 13.8 مليار سنة. ويوجد خلاف صغير مستمر حول معدل التمدد الحالي، يُعرف بتوتر هابل، لكنه لا يقلب الصورة الأساسية.