أقلام فكرية

لا سؤال وجودي أكبر من سؤال الأصل النهائي للكون. أخيرا قدّم العلم الإجابة. ربما أعمق الأسئلة هو من أين جئنا. ليس فقط "نحن" كأفراد او جنس بشري، وانما "نحن" ككل الكوكب، المجرة، والكون ذاته. منذ فجر التاريخ، كان هذا موضوعا رئيسيا للاساطير والأديان والفلسفات وحتى الشعر: أصلنا الكوني ألهب الخيال في محاولاتنا لفهم الوجود. لكن في القرنين العشرين والواحد والعشرين، خضعت هذه الأسئلة لتحقيقات العلم. الان، تتجسد قمة الإنجاز الإنساني في المقدرة على تقديم إجابات واقعية لأعمق الأسئلة كلها.

توسّع الكون

جميعنا مررنا بلحظة عندما بدأنا نتساءل حول أشياء اكبر من انفسنا. كيف كانت الأمور قبل ان نأتي الى الوجود؟ قبل آبائنا واجدادنا او اسلافنا الأكثر بعداً؟ قبل وجود الحياة على الأرض، وحتى قبل كوكب الأرض ذاته؟ ماذا عن الشمس؟ ماذا عن اصل الكون: مادة، طاقة، زمان، مكان، والقوانين الأساسية للطبيعة؟

من الممكن للبشر الفضوليين طرح هذه الأسئلة لطالما وُجد النوع البشري منذ (مئات الاف السنين). تقريبا في كل ذلك الوقت، معرفتنا العلمية كانت بدائية للغاية لتطرح أية استنتاجات. نحن لم نعرف عن تاريخ الحياة على الأرض، حول الأدلة الجيولوجية والاحفورية لفترات زمنية هائلة مطلوبة للتطور، او حول طبيعة الكواكب والنجوم الموجودة في الكون. علم الفيزياء الفلكية لم يكن موجودا.

لكن التقدم في القرن العشرين والواحد والعشرين جلب تلك الأسئلة الى مجال العلم، معطياً لنا أجوبة تتجذر في الواقع وليس في قناعتنا العاطفية. في مقابلة استمرت اكثر من ساعتين مع موقع Big Think حاول إيثان سيجل Ethan Siegel عالِم الفيزياء الفلكية والكاتب العلمي فك كل تلك القضايا.

بدأ الانسان يكتشف التاريخ الطويل للأرض وأشكال الحياة فيها قبل وقت طويل من البدء في فهم الكون: رجوعا الى سنوات الـ 1800 لم يكن تشارلس دارون الذي عُرف باكتشافه آلية التطور (سمات موروثة، مصحوبة بطفرات عشوائية، مع تأثيرات الاختيار الطبيعي) عالِم طبيعة ينظر في الكائنات الحية ويدرس الوراثة. هو كان عالِم طبيعي يحاول فهم العالم.

احدى الأشياء التي قام بدراستها كانت قبة ويلدن wealdn Dome في جنوب إنجلترا، وهي طبقة متآكلة من صخور رسوبية تتميز بوجود طبقة طباشيرية متميزة – رواسب غنية بالطباشير على كلا الجانبين. كانت الأحافير متضمنة داخل تلك الطبقات منذ مئات ملايين السنين. وبالارتكاز على النطاق الزمني المطلوب، والتطور البايولوجي للماضي والكائنات الحية الحالية المرئية في المتحجرات، والخلق الجيولوجي، والترسبات وتآكل الطبقات في الصخور الرسوبية، اعترف دارون ان الأرض ذاتها احتاجت ان تكون قديمة: مئات الملايين وربما بلايين السنين. وعلى الرغم من عدم وجود آلية معروفة في القرن التاسع عشر يمكنها ان تُبقي الشمس مضاءة لفترات زمنية طويلة كهذه الاّ ان الأدلة على وجود "ارض قديمة" لازالت قائمة ومن الصعب تجاهلها.

حجة دارون في العمر الجيولوجي للأرض

مقطع عرضي لقبة ويلدن في جنوب إنجلترا الذي تطلّب مئات ملايين السنين فقط لتوضيح خصائص التآكل المّلاحظة، مع أحافير الحياة الماضية التي وُجدت في مختلف الطبقات. رواسب الطباشير على كل جانب، الغائبة في المركز، يوفر دليلا لنطاق زمني جيولوجي طويل مطلوب لإنتاج هذا البناء: أكبر من أي توضيح معاصر لطاقة الشمس كان من الممكن تقديمه في أواخر القرن التاسع عشر. هذا لم يلاحظه احد الاّ تشارلس دارون في أواسط القرن 1800، وسيمثل لغزا لم يُحل الا بعد فهم عملية تغذية الشمس، الاندماج النووي.

اينشتاين طرح نظرية النسبية العامة عام 1915 فأطاح بجاذبية نيوتن معطيا لنا كونا كان فيه الزمكان نسيجا، وحيث قرر انحناء وتطور الزمكان وجود المادة والطاقة وتوزيعهما.

فيستو سليفر Vesto Slipher الذي اختبر السدم الحلزونية والاهليلجية في السماء طوال عام 1910، وجد دليلا بان ضوئها كان انزياحا احمرا بما يشير الى انها كانت تتحرك بعيدا عنا.

الاسكندر فريدمان الذي عمل في معادلات اينشتاين عام 1922، قرر ان كونا مليئا بشكل متجانس بأي نوع من أنواع الطاقة والمادة، والاشعاع، والثابت الكوني، الانحناء المكاني، او أي شيء آخر لا يمكن ان يكون ثابتا ومستقرا في ذات الوقت، ولكن سيكون مجبرا اما على التوسع او الانكماش (وبهذا يتطور) بمرور الزمن.

وبعد ذلك جاء التقدم الكبير عام 1923 عندما لاحظ ادون هابل Edwin Hubble السديم الأعظم في مجرة اندروميدا. ومضات ساطعة تظهر وتتلاشى. هو لاحظ ثلاثة مشاعل مضيئة منفصلة خلال ليلتين فقط وافترض انها كانت أحداث فلكية مصحوبة بانفجار. بعد ذلك هو وجد المشعل الرابع في نفس الموقع كالاول فأصابه الذهول. هو شطب "N" الذي كتبه في السابق للإشارة الى ذلك الحدث Nova واستبدله بـ VAR بحروف حمراء كبيرة.

صورة لثقب اسود تكشف ألغاز الكون التوسعي بعد 100 سنة. ربما اشهر لوحة فوتوغرافية في كل التاريخ، هذا الايمج من أكتوبر 1923 يصف النيبولا الكبيرة (حاليا المجرة) في اندروميدا الى جانب ثلاثة احداث فلكية لاحظها هابل ضمنها. عندما وقع حدث رابع لامع في نفس الموقع كالاول، ادرك هابل بان هذا ليس حدثا فلكيا وانما نجم متغير. الـ "VAR" كُتبت بقلم احمر تعبيرا عن ادراك هابل المذهل: هذا يعني ان مجرة اندروميدا كانت جسما سماويا خارج مجرة درب التبانة، وفي مكان بعيد جدا عنها.

ان الـ نوفا أحداث رائعة تأخذ وقتا طويلا لإعادة شحنها: سنوات، قرون، الاف السنين. لكن النجوم المتغيرة تشرق وتتلاشى بظرف أيام او حتى ساعات. الظهور السريع والاختفاء للضوء الذي رآه هابل يعني انه لم يكن نوفا ابدا، وانما نجمة متغيرة. لكي يظهر نجم متغير بهذا الخفوت، يجب ان يكون بعيد جدا: ليس فقط بمئات او الاف السنوات الضوئية وانما بملايين. (اليوم نحن نعرف ان المسافة الى اندروميدا هي حوالي 2.5 مليون سنة ضوئية). اعترف هابل ان اندروميدا يجب ان تكون جسم خارج المجرة – وهو ما عُرف في الأصل بـ "الكون الجزيرة"- وان السُدم الحلزونية والاهليلجية الأخرى كانت على الأرجح مجرات كاملة بحد ذاتها.

وبينما استمر هابل بقياس النجوم ضمن العديد من المجرات الأخرى، رابطا بياناته مع بيانات سليفر قاد الاخرين الى استنتاج ان الكون كان يتمدد، كلما كانت المسافة للشيء بعيدة، كلما بدا من منظورنا يتراجع أسرع. ان أول من وضع هذه الأجزاء مجتمعة هو جورج لومتر Georges Lemaitre عام 1927، لكن اخرين سيتبعونه حالا. وفي الثلاثينات، اقتنع هابل واينشتاين والعديد من الفلكيين المؤثرين بهذا الاستنتاج. الكون كان يتمدد ويصبح أقل كثافة والذي يعني انه قبل وقت طويل، في الماضي البعيد، كان اكثر كثافة، الأشياء كانت أقرب الى بعضها، وحجمها كان اصغر. حسنا، اذا كان الكون اصغر واكثر كثافة في الماضي، اذن يجب ان يكون اكثر حرارة في الماضي أيضا.

لماذا يحصل هذا؟ لأن الكون ليس فقط مملوء بالمادة (المادة التي تُصنع منها النجوم والكواكب) وانما أيضا يحتوي على الاشعاع او الفوتونات. هذه الجسيمات الكمية للضوء كل واحد يمتلك طاقة معينة، وان الطاقة تُعرّف بطولها الموجي. عندما يتمدد الكون، يتمدد أيضا الطول الموجي لكل فوتون يسافر عبر ذلك الكون المتمدد، ومع ازدياد طوله، فهو يخفض طاقة الفوتونات.

هذا ما يحدث عندما نذهب الى الامام في الزمن. لكن، ماذا يحدث عندما ننظر رجوعا ونسأل "ماذا كان يعمل الكون في الماضي؟"اذا كان الكون اصغر واقل كثافة في الماضي، والمسافات بين الاجسام كانت أقصر، عندئذ يجب ان يكون الطول الموجي للفوتونات في الكون أقصر أيضا. اذا كان الطول الموجي للفوتونات في الماضي اقصر، ذلك يعني انها كانت اكثر طاقة ولذلك فان الكون كان أحر. هذه الفكرة في كون أصغر وأحر وأكثف اتّسع ثم برد ليشكّل الكون الذي نعيش به اليوم هي الفكرة المركزية التي تقف خلف ما نسميه اليوم الانفجار العظيم الساخن.

هذا الكون الصغير والحار والكثيف يجب أيضا انه كان قريب جدا من التناسق التام، ولهذا، عندما اتسع وبرد بمرور الزمن لابد ان يكون انجذب وتكتّل وتجمّع الى بعضه. هذا يعني انه، عندما نعود الى الوراء في الزمن وننظر بعيدا الى الماضي البعيد:

سنجد زمنا فيه المجرات كانت اصغر واقل في الكتلة واقل تطورا مما هي عليه اليوم،

ان هناك قليل من النجوم في الماضي البعيد قياسا بما فيه اليوم،

عندما نعود الى الخلف بما يكفي، سنجد زمنا ليس فيه نجوم او مجرات لأنها لم تتشكل بعد،

وفي ما قبل ذلك، كان الكون حارا بما يكفي لمنع تكوين ذرات محايدة (عدد البروتونات مساوي لعدد الالكترونات)،

في أوقات مبكرة، كان بالإمكان خلق ثنائي المادة-المضاد للمادة تقريبا لأي نوع من الجسيمات،

وقبل ذلك، سيكون الكون شديد الحرارة والكثافة والطاقة لكل البروتونات والنيوترونات لتتشكل. تلك هي بعض التنبؤات الرئيسية للانفجار العظيم الحار.

بالإضافة الى توسّع الكون، نحن يجب ان نرى دليلا لظهور ونمو وتطور النظام. كون شاب يجب ان يكون أقل ثراءً بانواع العناصر الثقيلة التي شكلت النجوم(كاربون، اوكسجين، سيليكون، كبريت، حديد، وغيرها)، بالنهاية يكشف في الأوقات المبكرة، فقط العناصر التي تشكلت في اتون الانفجار الحار العظيم ذاته. واشارة للاشعاع المتبقي من الانفجار الكبير، او خلفية الاشعاع الكوني، تستمر حتى اليوم، فقط عدة درجات فوق الصفر المطلق.

ان الدليل على هذا جاء في ترتيب عكسي تام تقريبا. في عام 1950 اُدرك ان معظم العناصر الثقيلة في كوننا لم تكن متشكلة في المراحل الأولى للانفجار العظيم الحار وانما هي بُنيت في مراكز النجوم من خلال الاندماج النووي، حتى السبعينات من القرن الماضي لم يكن الدليل يبيّن ان العناصر الخفيفة ونظائرها فقط تشكلت في الانفجار العظيم الحار. البناء الواسع النطاق وتطور الكون من تطور المجرات الى نمو وتوزيع المجموعات المجرية وشبكة الكون الواسع، سوف يجعلنا نفشل في فهمها بأسلوب علمي حتى الثمانينات وحتى التسعينات من القرن الماضي، انها ليست مهمة سهلة.

لكن التوهج المتبقي من الانفجار العظيم – في الأصل سمي كرة النار البدائية والان يُعرف بـ خلفية الموجات الميكروية الكونية – جرى اكتشافه من جانب ارنو بينزس وروبرت ولسون بحادث غير متوقع في أواسط الستينات في نيوجرسي. ومنذ ذلك نحن قسنا:

طيف الاشعاع، التغيرات في درجة الحرارة عبر السماء لهذا الاشعاع، واعتماد هذا الاشعاع على الطول الموجي.

نحن قررنا انه في الحقيقة، جسم اسود في الطبيعة: مثلما يتنبأ الانفجار العظيم. نحن قررنا انها نفس درجة الحرارة في كل مواقع السماء، وان حالات عدم الكمال في درجة الحرارة الكلية هي جازية "نسبة الى كارل فردريك جوز" (او تتبع توزيعا عاديا) في الطبيعة. انه تماما مثل ما تنبأ به الانفجار العظيم، جرى التأكد من صحته تماما بالملاحظات.

هذه هي الكيفية التي صيغ بها الانفجار العظيم في العشرينات بواسطة جورج ليماتر، اتسع وتطور في الاربعينات بواسطة جورج جامو ومن ثم تأكّد تنبؤه الأساسي (نافيا عدة بدائل بارزة) في الستينات بواسطة بينزاس وولسون، حيث توفر لنا أول جواب علمي لسؤال (من أين جاء كل هذا؟) لأول مرة في التاريخ الإنساني، نحن امتلكنا جوابا لـ أكبر سؤال وجودي يؤثر على كل البشرية.

لكن من جهة أخرى، هناك أيضا ألغاز لم يتمكن اطار الانفجار العظيم بحد ذاته من توضيحها:

لماذا كان الكون بالضبط نفس درجة الحرارة حتى في المناطق التي لم يكن فيها وقت كاف للتأثير السببي، تنجز توازنا ديناميكيا حراريا، او تبادل معلومات؟

لماذا كان الكون مسطحا مكانيا وبشكل مثالي ولماذا كثافة المادة والطاقة تتوازن مع نسبة التوسع حتى بعد بلايين السنين من التطور الكوني.

عبر التأمل بهذه الأسئلة، وبالبحث عن آلية لتوفير حل لها بينما في نفس الوقت نعيد انتاج كل النجاحات لنموذج الانفجار العظيم الحار لكوننا المبكر، الذي توصّل اليه العلماء في أواخر السبعينات واوائل الثمانينات في توسّع نظري هام لوصفنا للتاريخ الكوني: فترة التضخم الكوني التي سبقت ومهدت الى الانفجار العظيم الحار.

التضخم، تطور نظريا في الأصل في الثمانينات، استمر في عمل سلسلة من التنبؤات العميقة حول ما يجب ان يكون في كوننا والذي اختلف كثيرا عن تنبؤات المدرسة القديمة، انفجار عظيم حار غير تضخمي. هذه التنبؤات تتضمن:

تقريبا، وليس مثاليا، طيف لتقلبات درجة حرارة غير متغيرة القياس، تتضمن تقلبات توجد في نطاقات اكبر من حجم الأفق الكوني (مثل، تقلبات عالية الأفق)، في كون بلغ درجة الحرارة القصوى التي هي دون نطاق الطاقة التي تنهار بها الفيزياء (نطاق بلانك).

تلك التنبؤات الأربعة جرى اختبارها بصرامة الان، والتضخم هو 4%، بينما الانفجار العظيم الحار غير التضخي هو صفر %. هذا يرسخ نظرية الانفجار العظيم الساخن التضخمي كأفضل نظرية لأصل الكون.

لكن الكثير من المجهول والاسئلة المفتوحة لا تزال قائمة. نحن ربما عرفنا كيف تنسجم افضل قصة اصلية مع بناء كامل للبيانات التي نمتلكها – انسجام ليس فيه فجوات كبيرة او ملاحظات غير مختبرة للقصة – لكن هناك العديد من المظاهر الكبرى لقصة الكون التي لانزال نجهلها.

على سبيل المثال: التضخم يتنبأ بوجود الموجات الجذبية البدائية المتولدة في بداية الكون tensor modes او تقلبات موجات الجاذبية مطبوعة في كل الكون. التضخم يمكن ان يخبرنا عن ماذا يجب ان يكون طيف تلك التقلبات، لكنه لا يستطيع اخبارنا بالسعة، نحن فقط لدينا حدود عليا حول مدى الحجم الذي يمكن ان تكون عليه عندما نحاول عمل تلك القياسات الحاسمة. كيف ظهرت حالة التضخم وكم تستمر؟ نحن نعرف نظريا انها لا يمكن ان تكون أبدية في الماضي لكنها بالفعل برزت من:

تفرد أصلي اعطى دفعا للتضخم، حالة غير متفردة انتقلت الى مرحلة يبدأ فيها التضخم في مكان ما، او وجود حفّز التضخم ليبدأ في وقت ما في موقع ما؟ كم من الوقت استغرق التضخم: جزء من الثانية، بمقدار عدة مرات العمر الحالي للكون، او في مكان ما بينهما؟ هل هناك أي ملاحظات نستطيع عملها يمكن ان تسلط الضوء على نوع محدد او صفة مميزة للتضخم الذي حدث في الماضي؟ هل نستطيع نمذجة التضخم بنجاح عبر حقل قياسي واحد، او هل من الضروري في النهاية لنموذج اكثر تعقيدا؟ كما هي دائما الحالة مع العلوم، الأجوبة التي وجدناها حتى الان لا تمثل نهاية القصة، بل هي أساس للخطوات القادمة التي نتخذها لكشف الأجوبة في الوقت الحاضر. لأن كل جيل قبل جيل اجدادنا في القرن العشرين، كان السؤال "من اين جاء الكون؟"يمكن الإجابة عليه فقط بقصص. فقط منذ أواسط الستينات حصلنا على جواب علمي. نحن نستطيع الان قول الكثير بما هو ذات معنى ومعلومات ثرية حول اصل الكون. الخطوات القادمة والاجابة على الأسئلة القادمة تقودنا الى حدود العلم الحديث اليوم.

Big Think, April 15,2025، ثم جرى تحديث المقال في ابريل 2026.

***

حاتم حميد محسن