عندما تخبز رغيفاً من الخبز أو دفعة من المافن، فإنك تضع العجين في صينية. بينما يُخبز العجين في الفرن، يتمدد في الصينية. أي رقائق شوكولاتة أو توت أزرق في خليط المافن تبتعد عن بعضها البعض مع تمدد خليط المافن.
تمدد الكون هو، من بعض النواحي، مشابه لذلك. لكن هذه المقارنة تخطئ في شيء واحد – بينما يتمدد العجين في الصينية، فإن الكون ليس لديه ما يتمدد فيه. إنه يتمدد فقط في ذاته.
قد يبدو الأمر كأنه لغز ذهني، لكن الكون يُعتبر كل ما هو داخل الكون. في الكون المتوسع، لا توجد صينية. فقط عجين. حتى لو كانت هناك صينية، فإنها ستكون جزءًا من الكون وبالتالي ستتمدد مع الصينية.
حتى بالنسبة لي، أستاذ تعليم في الفيزياء وعلم الفلك الذي درس الكون لسنوات، فإن هذه الأفكار من الصعب فهمها. أنت لا تختبر شيئًا من هذا في حياتك اليومية. إنه مثل السؤال عن الاتجاه الذي هو أبعد شمالًا من القطب الشمالي.
طريقة أخرى للتفكير في توسع الكون هي التفكير في كيفية ابتعاد المجرات الأخرى عن مجرتنا، درب التبانة.
يعلم العلماء أن الكون يتوسع لأنهم يمكنهم تتبع المجرات الأخرى وهي تبتعد عن مجرتنا. يعرفون التوسع باستخدام معدل ابتعاد المجرات الأخرى عنا. هذه التعريفات تتيح لهم تخيل التوسع دون الحاجة إلى شيء يتوسع فيه.
الكون المتوسع
بدأ الكون مع الانفجار العظيم قبل 13.8 مليار سنة. يصف الانفجار العظيم أصل الكون كنقطة كثيفة وساخنة للغاية. هذه النقطة الصغيرة مرت فجأة بتوسع سريع يُسمى التضخم، حيث توسعت كل نقطة في الكون إلى الخارج.
لكن اسم الانفجار العظيم مضلل. لم يكن انفجارًا عملاقًا، كما يوحي الاسم، بل كان وقتًا توسع فيه الكون بسرعة.
ثم تكثف الكون بسرعة وبدأ في البرودة، وبدأ في إنتاج المادة والضوء. في النهاية، تطور إلى ما نعرفه اليوم باسم كوننا.
فكرة أن كوننا لم يكن ثابتًا وأنه يمكن أن يتوسع أو ينكمش كانت نشرت لأول مرة بواسطة الفيزيائي ألكسندر فريدمان في عام 1922. وقد أكد رياضيًا أن الكون في حالة توسع.
بينما أثبت فريدمان أن الكون كان يتوسع، على الأقل في بعض الأماكن، كان إدوين هابل هو الذي نظر أعمق في معدل التوسع. أكد العديد من العلماء الآخرين أن مجرات أخرى تبتعد عن درب التبانة، ولكن في عام 1929، نشر هابل ورقته الشهيرة التي أكدت أن الكون بأسره كان يتوسع، وأن معدل توسعه في تزايد.
تستمر هذه الاكتشافات في حيرة علماء الفيزياء الفلكية. ما هي الظاهرة التي تسمح للكون بتجاوز قوة الجاذبية التي تحافظ عليه معًا بينما يتوسع أيضًا من خلال تفريق الأجسام في الكون؟ وعلى كل ذلك، فإن معدل توسعه يتسارع مع مرور الوقت.
يستخدم العديد من العلماء صورة تُسمى قمع التوسع لوصف كيف تسارعت عملية توسع الكون منذ الانفجار العظيم. تخيل قمعًا عميقًا ذو حافة واسعة. الجانب الأيسر من القمع – الطرف الضيق – يمثل بداية الكون. كلما تحركت نحو اليمين، فإنك تتحرك قدمًا في الزمن. يُمثل اتساع القمع توسع الكون.
لم يتمكن العلماء من قياس مصدر الطاقة التي تسبب هذا التوسع المتسارع بشكل مباشر. لم يتمكنوا من اكتشافها أو قياسها. لأنهم لا يستطيعون رؤية أو قياس هذا النوع من الطاقة بشكل مباشر، فإنهم يطلقون عليها الطاقة المظلمة.
وفقًا لنماذج الباحثين، يجب أن تكون الطاقة المظلمة الشكل الأكثر شيوعًا للطاقة في الكون، حيث تشكل حوالي 68 في المائة من إجمالي الطاقة في الكون. الطاقة الناتجة عن المادة اليومية، التي تشكل الأرض والشمس وكل شيء يمكننا رؤيته، تمثل فقط حوالي 5 في المائة من إجمالي الطاقة.
خارج قمع التوسع
إذن، ما الذي يوجد خارج قمع التوسع؟
لا يمتلك العلماء دليلاً على أي شيء يتجاوز كوننا المعروف. ومع ذلك، يتنبأ البعض بأنه قد يكون هناك كونات متعددة. يمكن أن يحل نموذج يتضمن كونات متعددة بعض المشاكل التي يواجهها العلماء مع النماذج الحالية لكوننا.
تتمثل إحدى المشكلات الكبرى في فيزيائنا الحالية في أن الباحثين لا يستطيعون دمج الميكانيكا الكمومية، التي تصف كيفية عمل الفيزياء على مقياس صغير جداً، والجاذبية، التي تحكم الفيزياء على نطاق واسع.
تعتمد القواعد التي تحكم سلوك المادة على المقياس الصغير على الاحتمالات وكميات الطاقة الكمية، أو الثابتة. في هذا المقياس، يمكن أن تظهر الأجسام وتختفي. يمكن أن تتصرف المادة كموجة. العالم الكمومي مختلف جداً عن الطريقة التي نرى بها العالم.
على المقاييس الكبيرة، التي يسميها الفيزيائيون الميكانيكا الكلاسيكية، تتصرف الأجسام كما نتوقع أن تتصرف في حياتنا اليومية. الأجسام ليست مكممة ويمكن أن تحتوي على كميات مستمرة من الطاقة. الأجسام لا تظهر وتختفي من الوجود.
يتصرف العالم الكمومي بطريقة تشبه مفتاح الضوء، حيث أن الطاقة لديها فقط خيار التشغيل والإيقاف. العالم الذي نراه ونتفاعل معه يتصرف مثل مفتاح التعتيم، مما يسمح بجميع مستويات الطاقة.
لكن الباحثين يواجهون مشاكل عندما يحاولون دراسة الجاذبية على المستوى الكمومي. على المقياس الصغير، سيتعين على الفيزيائيين افتراض أن الجاذبية مكممة. لكن البحوث التي أجراها العديد منهم لا تدعم هذه الفكرة.
واحدة من الطرق لجعل هذه النظريات تعمل معًا هي نظرية الكون المتعدد. هناك العديد من النظريات التي تنظر إلى ما وراء كوننا الحالي لشرح كيفية عمل الجاذبية والعالم الكمومي معًا. بعض من النظريات الرائدة تشمل نظرية الأوتار، علم الكونيات الفرعية، نظرية الكم الحلقي والعديد من الآخرين.
بغض النظر، سيستمر الكون في التوسع، مع زيادة المسافة بين درب التبانة ومعظم المجرات الأخرى بمرور الوقت.
نيكول غرانوتشي، مُدرّسة في الفيزياء، جامعة كوينبياك
تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة بموجب رخصة المشاع الإبداعي. اقرأ المقالة الأصلية.
المصدر: المصدر