ولكن بينما تكون الأوتار رفيعة جداً، يمكن أن تحتوي على الكثير من الكتلة. “حلقة نموذجية، قد تكون بطول حوالي 10-20 سنة ضوئية، يمكن أن تحتوي على ما يعادل كتلة عشرات الآلاف من النجوم،” يقول أولوم. ولكن يُعتقد أنها ستنكمش بمرور الوقت بينما تتذبذب الأنابيب، مشعةً موجات جاذبية.

---

---

من المحير أنه يُعتقد أيضاً أن هناك نوعين مختلفين من الأوتار الكونية، على الرغم من أنها ستتصرف بطرق مشابهة جداً. نوع واحد، يسمى الأوتار الفائقة الكونية، يتم التنبؤ به من خلال نظرية الأوتار، وهي محاولة غير مثبتة لنظرية شاملة، تقترح أن الكون يتكون في النهاية من أوتار صغيرة تهتز.

ستكون الأوتار الفائقة الكونية في الأساس هي الأوتار الأساسية التي تنتج كل المادة في الكون، ممتدة.

<>

النوع الآخر يُتصور كندبة من الكون المبكر. في مرحلته الأولى، كان الكون في حالة مختلفة تمامًا عن تلك التي هو عليها الآن. كان شديد الحرارة والكثافة.

يعتقد الفيزيائيون أن القوى الأربعة للطبيعة – الكهرومغناطيسية، الجاذبية، والقوى القوية والضعيفة في النواة الذرية – كانت مدمجة في قوة واحدة في هذه المرحلة. لكننا لا نعرف الكثير عن الفيزياء الغريبة التي كانت تحدث في ذلك الوقت.

بعد فترة من التبريد والتوسع السريع للغاية، المعروفة بالتضخم، تغير الكون “الطور” ليصبح مكانًا مختلفًا جدًا. وشمل ذلك تكوين الجسيمات وانفصال القوى عن بعضها البعض.

تحدث مثل هذه الانتقالات الطورية في الماء، عندما يتجمد أو يتبخر. ج. ريتشارد غوت، أستاذ فخري في علم الفلك بجامعة برينستون، يقول إنه يمكنك التفكير في الانتقال الطوري كـ “ذوبان” للطاقة ذات الكثافة العالية في الفضاء. “عندما تذوب الثلوج، يمكن أن يبقى لديك بعض رجال الثلج ما زالوا واقفين”، يشرح.

وهذا، أساساً، ما هي الأوتار الكونية: مناطق ذات كثافة طاقة عالية جداً تُترك وراءها خلال انتقال كوني من الطاقة العالية إلى الطاقة المنخفضة.

اقرأ المزيد:

التجمد هو أيضاً تشبيه جيد. إذا ملأت صينية مكعبات الثلج بالماء، يمكنك رؤية العيوب تتشكل أثناء تجمدها، بما في ذلك الشقوق وفقاعات الهواء. ستظهر الأوتار الكونية بطريقة مشابهة.

يشتبه الفيزيائيون في أن الخيوط الكونية قد لا تزال موجودة اليوم. ومع ذلك، إذا واجهنا واحدة بالفعل، وهو أمر غير محتمل، فقد يكون ذلك غير سار. فخيط كوني يسير بالقرب من سرعة الضوء ويصطدم بالأرض مباشرة سيقطع الكوكب إلى نصفين، تمامًا كما يقطع سلك كتلة من الطين. لكن نصف الكوكب سيعود فورًا للاصطدام بالنصف الآخر، وفقًا لـ ديفيد تشيرنوف، أستاذ الفلك في جامعة كورنيل.

في أفضل السيناريوهات، يمكن أن نشهد ما يعادل زلزال بقوة 7 درجات، يقول تشيرنوف. لكن يمكن أن ينتج حدثًا زلزاليًا يصل إلى حوالي 12.6 درجة – وهو أكبر بكثير من أكبر زلزال في التاريخ.

البحث في السماء

<>

بدأ البحث عن الخيوط الكونية. إحدى الطرق هي البحث عن نسخ غامضة لنفس المجرة أو أجرام ساطعة أخرى. بسبب كثافتها العالية، ستسبب الخيوط تشويهًا جاذبيًا. يحدث هذا عندما تشوه الأجسام الثقيلة الزمكان من حولها وتغير مسار الضوء أثناء مروره.

ستقوم الخيوط الكونية بانحناء الزمكان إلى هيكل يشبه المخروط. لذا إذا كنا ننظر إلى مجرة من الأرض وظهرت خيط كوني عموديًا أمامها، فإن الضوء من المجرة سينقسم – سيسير على كل جانب من الخيط. مما يعني أنه ينبغي أن نرى صورتين متماثلتين لنفس المجرة، على بعد مسافة صغيرة.

<>

لقد تم الإبلاغ بالفعل عن مشاهدات من هذا النوع. في عام 2003، أفاد فريق من علماء الفلك باحتمالية اكتشاف خيط كوني، لكن ثبت لاحقًا أن المجرتين اللتين شاهدهما لم تكونا متطابقتين. تم تقديم ادعاء آخر من هذا القبيل العام الماضي. لكن أولوم يحذر من أن الأبحاث الأخيرة تشير إلى أن هذه الطريقة في رصد الخيوط الكونية بعيدة عن أن تكون مثالية.

كان يُعتقد أن الخيوط الكونية كثيفة جدًا مقارنة بما يعتقده العلماء اليوم، حيث تمتلك ما يسميه الفيزيائيون توترًا عاليًا، أو كتلة، لكل وحدة طول. في الواقع، كان يُعتقد ذات مرة أنها مسؤولة عن تشكيل هياكل مثل تجمعات المجرات من خلال الجذب الجاذبي.

ومع ذلك، تشير الملاحظات التي أجراها أولوم وآخرون إلى أن الخيوط يجب أن تكون خفيفة نسبيًا. وذلك لأن الخيوط ذات الكثافة العالية جدًا يجب أن تسبب بعض الشذوذ في الخلفية الكونية الميكروية، وهو الضوء المتبقي من الانفجار العظيم.

لكن لم يتم رصد تلك، مما يشير إلى أن الخيوط، إذا كان لها وجود، يجب أن تكون أخف بحوالي 10,000 مرة مما اعتقده العلماء في البداية. ولا يمكن أن تكون السبب الرئيسي لتجمع المادة في الكون. لكن هذا يعني أيضًا أنها ستشوه الزمكان بشكل دقيق جدًا، مما يجعلك غير قادر على رؤية صورتين متميزتين لمجرات، بسبب عدسة الجاذبية.

لقد ابتكر تشيرنوف طريقة أكثر وعدًا لرصدها تُسمى العدسة الدقيقة الجاذبية. بدلًا من النظر إلى المجرات، التي تبدو كأجسام ضبابية، يريد رصد العدسة عن طريق مراقبة النجوم الفردية.

ضوء النجوم، سطوع النجوم

تشير اقتراح تشيرنوف إلى النظر إلى النجوم في مجرة درب التبانة والمجرات القريبة ومراقبة سطوعها. النظرية هي أنه إذا مرت خيط بيننا وبين نجم، فإن الضوء من النجم سيتم عدسه جاذبيًا بواسطة الخيط.

<>

لفترة قصيرة من الزمن، ستظهر صورتان غير محلولتين للنجم في السماء – على الرغم من أنهما لن تكونا متميزتين بشكل منفصل. لكن سيكون هناك تضاعف مفاجئ وقابل للكشف في سطوع النجم. في الواقع، يجب أن يؤدي خيط يمر أمام نجم إلى زيادة سطوعه بمقدار الضعف لبضعة أيام، قبل أن يعود إلى طبيعته، كما يشرح تشيرنوف.

بينما بدأ في التحقيق في بعض البيانات، لم يجد بعد خيطاً كونياً. تعتبر هذه الطريقة مضاربة. مدى احتمالنا في العثور على خيوط بهذه الطريقة سيعتمد على مدى سرعة حركتها وما إذا كانت متجمعة في المجرات – وهي أمور لا نعرفها بالتأكيد. لكن هناك تفاؤل بين الفيزيائيين. “هذه فكرة مثيرة للاهتمام،” كما يقول أولوم، وهو رأي يدعمه غوت.

<>

تشير تشيرنوف إلى أنه متفائل بحذر. “نحن في الواقع في عصر ذهبي لهذا التجربة” ، كما يقول. “تقوم مؤسسة العلوم الوطنية وناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ببناء هذه التجارب للقيام بما تحتاجه بالضبط، وهو قياس الضوء من أعداد كبيرة من النجوم بشكل متكرر.”

يبرز مرصد فيرا سي روبين، الذي يُبنى حاليًا في تشيلي، كأداة واعدة. سيمكننا من عمل فيلم بتقنية الزمن المتقطع للسماء، من خلال النظر إلى 17 مليار نجم لم يُر من قبل.

<>

إذا اكتشفنا سلسلة، سيكون النهج مثالياً لدراستها. “بمجرد أن تكتشف حدث الانحراف المجهري، هناك مجموعة كاملة من الأشياء الأخرى التي يمكنك القيام بها على الفور”، كما يقول تشيرنوف، مضيفاً أن الميزة الحاسمة هي أننا سنعرف موقعها الدقيق – المحدد بواسطة نجم فردي. “لذا يمكن لجميع كواشف موجات الجاذبية أن تركز بعد ذلك على نقطة في السماء.”

ومع ذلك، تأتي أكثر البيانات الواعدة حتى الآن من موجات الجاذبية. في العام الماضي، أبلغت المرصد الأمريكي الشمالي للنانو هيرتز لموجات الجاذبية، أو NANOGrav، وهو تعاون بين فرق مقرها في الولايات المتحدة وأوروبا وأستراليا والصين، عن وجود دليل على خلفية من موجات الجاذبية ذات الأطوال الموجية الطويلة.

<>

تم رصد هذه الظواهر من خلال مراقبة النجوم النابضة، وهي أجسام دوارة تطلق نبضات من الإشعاع على فترات منتظمة. ولكن يمكن لموجات الجاذبية ذات الأطوال الموجية الطويلة، مثل تلك التي يُعتقد أنها تنتج عن خيوط كونية، أن تشوه الزمان-المكان بطريقة تجعل الإشعاع الصادر من النجوم النابضة غير منتظم، مما يسمح للعلماء بالكشف عنها.

التفسير الأكثر احتمالاً لهذه النتيجة هو أزواج من الثقوب السوداء الضخمة تدور حول بعضها البعض أثناء اندماج المجرات. وذلك لأننا نعلم أن الثقوب السوداء موجودة بالفعل، على عكس الخيوط الكونية.

لكن هل هذه هي القصة الكاملة؟ قد تأتي موجات الجاذبية ذات الأطوال الموجية الطويلة المتواجدة في المجرة أيضًا من مصادر أخرى، بما في ذلك الخيوط الكونية. قد تكون الإشارة التي رصدتها NANOGrav في الواقع مزيجًا من أنواع مختلفة من موجات الجاذبية.

عندما قام الفريق بتحليل البيانات، كانوا متفاجئين بعض الشيء. “نموذج الثقوب السوداء لا يتناسب بشكل جيد”، يقول أولوم الذي هو جزء من التعاون. واصل الفريق محاولة مطابقة الإشارة مع مصادر مختلفة في علم الفلك واكتشفوا أن الأوتار الكونية، الأنواع التي تنبأت بها نظرية الأوتار، تناسب البيانات بشكل جيد – أفضل من الثقوب السوداء أو النوع البديل من الأوتار الكونية.

أدى هذا الاكتشاف إلى الكثير من الإثارة حول إمكانية أن يكون NANOGrav قد اكتشف أول دليل على نظرية الأوتار. “لقد حصلنا فعلاً على كشف”، يقول غوت. “هذا يعني أننا رأينا شيئًا.”

ومع ذلك، يبقى أولوم حذرًا. “قد تكون مجرد ثنائيات الثقوب السوداء”، يجادل. “قد تظهر مجموعة البيانات التالية شيئًا مختلفًا.” في الواقع، من المحتمل أن تجعل المزيد من البيانات الإشارة أقوى وأكثر موثوقية. لكن من أجل ذلك، علينا الانتظار بضع سنوات.

<>

فيما بعد، من المقرر أن تُطلق هوائي الفضاء ليزر إنترفيرومتر، LISA، إلى الفضاء خلال الثلاثينيات من القرن الحادي والعشرين وتواصل البحث عن موجات الجاذبية. “LISA أفضل ملاءمة لاكتشاف موجات الجاذبية من خيوط كونية أكثر من NANOGrav أو LIGO،” يقول تشيرنوف.

سيكون العثور على خيوط كونية ثورياً – حيث سيعطينا إشارات مهمة حول كيف سيبدو نظرية أعمق في الفيزياء.

ليس فقط أن اكتشافهم قد يوفر دعماً رصدياً لنظرية الأوتار، بل قد يقدم أيضاً وسيلة لاختبار ما يسمى “النظريات الموحدة الكبرى”، التي تهدف إلى وصف الكون الفتي جداً، حيث يتم توحيد ثلاثة من أربعة قوى أساسية (بعيداً عن الجاذبية، تحتاج إلى نظرية شاملة لذلك).

يقول أولوم: “هناك عدد هائل من النماذج الموحدة الكبرى”. “لذا، حتى إذا تمكنا من استبعاد بعض منها، فإن ذلك سيساعد الناس على معرفة أين يركزون انتباههم.”

يمكن أن تساعد الأوتار الكونية أيضاً في تفسير سلسلة من الملاحظات الحديثة المحيرة، بما في ذلك الثقوب السوداء الضخمة التي رصدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي. هذه الكائنات ضخمة لدرجة أنه يجب أن تكون قد نمت أسرع مما كان العلماء يعتقدون أنه ممكن. ولكن من الممكن أنها قد تم “تغذيتها من خلال الجاذبية الناتجة عن حلقات الأوتار الكونية في الكون المبكر”، كما يقول أولوم.

احتمالية السفر عبر الزمن

<>

هل يمكن أن تكون الخيوط الكونية مفيدة عمليًا؟ يعرف العلماء منذ فترة طويلة أن نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين تسمح بوجود حلقات في الزمن – مما قد يمكّن السفر عبر الزمن. وذلك لأن الزمان والمكان يمكن أن ينحني حتى يغلق على نفسه ويخلق حلقة.

لم يرَ أحد أو يبنِ واحدة، لكن مثل هذه الحلقات هي حل صحيح لمعادلات أينشتاين. في عام 1991، اكتشف غوت أن خيطين كونيين متحركين يمكن أن ينتجا مثل هذه الحلقة – وهما حلان دقيقان للمعادلات.

يمكن للأجسام الثقيلة مثل الخيوط الكونية أن تنحني الزمان والمكان لخلق اختصارات في الزمان والمكان. وهذا هو ما يُعتقد أن الثقب الدودي هو عليه: منطقة تربط بين مناطق من الفضاء بعيدة جدًا عن بعضها البعض. يقول غوت: “تقول النسبية العامة إنه يمكنك التغلب على شعاع ضوئي هندسياً في سباق إذا كان هناك اختصار.”

<>

إذا سافرت بين كوكبين، على سبيل المثال، وكان هناك خيط كوني في المنتصف، فإن ذلك سينشئ اختصارًا مقارنة بالسفر مباشرة بين النقطتين.

إذا اتبعت هذا المسار وسافرت بالقرب من سرعة الضوء، فستكون قادرًا على الوصول إلى وجهتك أسرع من شعاع ضوء يسافر مباشرة بين الكوكبين. وهذا يعني أنه عندما تصل إلى وجهتك، ستتمكن من مشاهدة نفسك وأنت تعبئ حقائبك في نقطة انطلاقك.

أظهر غوت أن خيطين كونيين يسافران في اتجاهين متعاكسين، ويتقاطعا، سيشوهان الزمكان بطريقة تخلق حلقة زمنية. إذا سافرت حول الخيطين، ستعود بالزمن إلى الوراء.

لكن هذا سيتطلب أن تسافر كل من المركبة الفضائية والخيوط بنسبة 99.99 في المئة من سرعة الضوء، وهو ما يصعب تحقيقه. ومن غير المحتمل أن يوجد زوج من الخيوط اللانهائية، التي هي نادرة أكثر من الحلقات، في مثل هذه القرب.

<>

“من غير المحتمل جداً أن تجد خيطًا لانهائيًا يتحرك بهذه السرعة في الكون المرئي؛ عادةً ما يتحركون بسرعة تتراوح بين نصف إلى 70 في المئة من سرعة الضوء”، يقول غوت. “لكن السبب الذي يجعلنا نبحث في هذا هو أننا نريد كشف النقاب عن أدلة حول كيفية عمل الكون.”

“لا يوجد خطأ في حساباته”، يقول أولوم، على الرغم من أنه يبقى متشككًا بشأن إمكانية بناء آلة زمنية. “إذا لم يكن كونك يحتوي على هذه الآلة الزمنية بالفعل، فلا يمكنك فقط أخذ بعض المادة واستخدامها لصنع الخيوط الكونية التي اقترحها غوت”، يشرح. “يجب أن تمتد الخيوط عبر الكون بأسره. لذا، فهي ليست مفيدة جدًا من حيث بناء آلة زمنية.”

أسرار الكون

يقر غوت أنه سيكون من الصعب بناء آلة زمن بهذه الطريقة. لكنه يعتقد أنه قد يكون هناك طريقة أخرى. بدلاً من استخدام خيوط طويلة بلا حدود، يمكننا استخدام حلقة خيط محدودة على شكل مستطيل، مع ضلعين قصيرين جداً وضلعين طويليين بشكل هائل (قد يكون طولهم آلاف السنوات الضوئية).

الخطوة التالية ستكون السماح للحلقة بالانهيار. “يمكنك التلاعب بهذه الحلقة من خلال تحريك سفن فضائية ضخمة حولها”، يقترح، مضيفاً أن “ما نتحدث عنه هنا هو حضارات فائقة.”

ستقوم هذه الحركة بشد وسحب الحلقة حتى تنهار إلى ثقب أسود، مما يجعل الجانبين يقتربان من بعضهما البعض بسرعة قريبة من سرعة الضوء. ستكون هذه حالة مشابهة للآلة الزمنية التي قدمها في عام 1991، باستثناء أن الحل هذه المرة لن يكون دقيقًا،
بل تقريبيًا.

<>

“لذا إذا كانت حضارتك توافق على انهيار حلقة زمنية حولك، فإن ما عليك القيام به في مركبتك الفضائية هو الانتظار حتى تقترب جوانب الحلقة.” ويمكن أن تقترب كثيراً – بمقدار ملليمترات. ثم ستطير حول الخيوط لزيارة ماضيك.

لكن هناك عيوب. “ستجد نفسك محاصراً في ثقب أسود، لذا لا يمكنك العودة لإخبار أصدقائك عن مغامراتك،” يقول. سيكون ذلك أيضاً تحدياً تقنياً. وفقاً لجوت، ستحتاج الحلقة الزمنية إلى كتلة تعادل نصف مجرة تقريباً.

<>

الفكرة مدهشة. ولكن بالنسبة لمعظم الفيزيائيين، بما في ذلك غوت، فإن الشيء الجذاب حول الخيوط الكونية ليس قدرتها على السفر عبر الزمن. بل إنه الحقيقة أنها قد تساعد في كشف أسرار الكون على أكثر المقاييس الأساسية. دعونا نأمل فقط ألا تمر واحدة بالقرب جداً وتقطع الأرض إلى نصفين قبل أن نفك رموز تلك الأسرار المخفية.

---

عن خبرائنا

كين أولوم أستاذ بحث في الفيزياء وعلم الفلك في جامعة توفتس، ماساتشوستس. يركز بحثه على الموجات الجاذبية والخيوط الكونية وقد نُشر في المجلة الفلكية، مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات وإشعارات شهرية من الجمعية الفلكية الملكية.

جي. ريتشارد غوت أستاذ في علم الفلك في جامعة برينستون، نيو جيرسي. يدرس النظرية العامة للنسبية وقد نُشر عمله في إخطارات شهرية من الجمعية الفلكية الملكية، المجلة الفلكية و مراجعة الفيزيائية.

البروفيسور ديفيد تشيرنوف هو رئيس قسم علم الفلك في جامعة كورنيل، نيويورك. يركز بحثه على علم الكونيات والفيزياء الكمومية وقد نُشر في مراجعة الفيزيائية، المجلة الفلكية و إخطارات شهرية من الجمعية الفلكية الملكية.

اقرأ المزيد: