4 مشترك

عندما اخذ الكون شكلا

Mr.H: تاريخ الميلاد : 29/05/1994
تاريخ التسجيل : 07/01/2010

مساهمة رقم 1

عندما اخذ الكون شكلا

من طرف Mr.H 9/2/2010, 1:53 am

عندما أخذ الكون شكلاً

بعد تسلحهم بمعلومات رصدية حديثة، يعمل علماء الفلك على تقديم صورة هندسية عن الكون

"إن نظريتك يا هومر[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] عن كونٍ بشكل قالب حلوى تثيرني".

ـ ستيفنهوكنغ[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] بصوت ضيف في فيلم TheSimpsons (آل شمشوم)

مثلما هو الأمر غالباً، تبدو قصة الحياة كحكاية يرويها أحد الحمقى، وفي مثالنا هنا، على مسمع عبقري. ومع ذلك، فإن حقيقة ما نرى من أن أشهر عالم في علوم فيزياء الفلك يؤيد رؤية "هومر سمبسن" للكون كوجبة خفيفة وجاهزة يجب أن لا تدهشنا، وذلك لأن العلماء يضعون حالياً نموذج شكل قالب الحلوى ـ أو طارة الدولاب ـ على رأس قائمة النماذج الهندسية المرشحة التي يمكن أن يتخذها شكل الكون، إضافة إلى أشكال أخرى من قبيل كرة القدم، أو مجسم الإثني عشر سطحا، كنماذج مرشحة أخرى. ويصر مختصون آخرون على أن مجال الاحتمالات الممكنة أوسع بكثير. يقول بود روكيما <وهو باحث في جامعة نيكولاس كوبرنيكس[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] في مدينة تورن في بولندا>: "لقد بدأ العمل الرصدي الجاد لتحديد شكل الكون في العقد السابق فقط؛ والسباق جار الآن للوصول إلى أولى النتائج المهمة".

والآن، ما هي الأشكال الممكنة لكوننا؟ ربما كانت أكثر الإجابات وضوحاً والمستمدة من خبرتنا الطبيعية، هي أن الكون هو عبارة عن فضاء ثلاثي الأبعاد، مليء بالطاقة والمادة، ويمتد بعيداً في جميع الاتجاهات ككرة هائلة الحجم. ويبقى مع هذا النموذج بعض الارتياب في أن نعرف أن هذا الفضاء هو منته ومحدود أم لا حدود له. إن صورة الفضاء المنته ـ أو "المحدود مكاناً" ـ تعترضها مفارقة فلسفية: إذ ما الذي يقع خارج التخوم، خارج حدود الفضاء الأخيرة؟ هكذا، وبسبب أفكارنا المسبقة غالباً، فإن معظمنا، نحن من غير معشر علماء الكون، قد توصل إلى تخيل الكون ككرة ثلاثية الأبعاد كبيرة ولانهاية لها.

إن هذه الصفة الأخيرة ـ الأبعاد الفيزيائية الثلاثة ـ تبدو، ثانيةً، بدهية من وجهة نظر إنسان عادي. فمن المؤكد أن الكون المرصود لا تقل أبعاده أبداً عن الثلاثة. وأي معنى عسى أن يتخذه إن كان له أكثر من ثلاثة أبعاد؟ إن الإجابة عن هذا السؤال الأخير بالنسبة لعلماء الرياضيات على الأقل هي أمر بسيط. يمكننا تمثيل أية نقطة في فضاء ثلاثي الأبعاد باستخدام محاور إحداثية ثلاثية: ولتكن س، و ع، و ص. حيث المحور س يمثل اتجاه اليمين واليسار، والمحور ع يمثل اتجاه الأمام والخلف، والمحور ص يمثل اتجاه الأعلى والأسفل. وبإضافة حد رابع، وليكن المحور ق، يمكننا رياضياتياً تمثيل أية نقطة في فضاء رباعي الأبعاد.

إن بعداً رابعاً كهذا ـ يعرف أيضاً بتسمية الفضاء الفائق ـ سيتعامد بزوايا قائمة على كل شيء. إن هذه الحقيقة تجعل تخيل الصورة بالغ الصعوبة؛ بل إن بعض المعلقين سيقول باستحالة تصور بعد رابع. وعادة ما يتم اللجوء إلى وسائل التشبيه لإيصال الشعور بكنه هذا "المحور" الزائد في عالم الواقع. لنتخيل عالماً من الكائنات "مسطحة" الشكل تعيش في عالم ثنائي البعد، مثل سطح طاولة غير محدود. ستكون علاقة كائنات "مستوية" مثل هذه وعالمها بنا تماماً مثل علاقتنا نحن مع كائنات عالم افتراضي رباعي الأبعاد.

يثير هذا البعد الرابع صعب التصور علماء الكون بخاصة، وذلك لأنه يمكن استخدامه لتخيل كيف يمكن أن يكون الكون مغلقاً. إن انتقاداً سريعاً لهذه الفكرة هو، وبحسب أفضل معلوماتنا، أنه من المؤكد أن بنية الفضاء لا تبدو أنها تنحني نحو حالة انغلاق ـ على الأقل ليس موضعياً. ولكن، بالعودة إلى التشبيه ثانية، لنتخيل أننا نحيا على سطح كرة: إذا كانت هذه الكرة كبيرة بما يكفي، فسيبدو سطحها المنحني مسطحاً ـ أو ثنائي البعد ـ في منطقة الجوار الموضعية، حاجباً عن سكانها وجود بعد ثالث "يثني" البعدين الآخرين. وفي واقع الأمر، فنحن نحيا على مثل هذه الكرة ـ كرتنا الأرضية ـ التي ظل بعدها الثالث "الزائد" خفياً على سكانها طوال جزء كبير من تاريخهم. لقد أضاف هذا الاكتشاف بعداً إلى مفهومنا للعالم؛ وإن موجة جديدة من علماء الكون تتقدم الآن بفرضية مماثلة شاملة للكون ككل ـ فرضية تشابه اكتشاف حقيقة كروية الأرض.

من قالب الحلوى إلى الكعكة المقلوبة

ترى، في أي شكل أو هيئة يمكن للكون أن ينحني ضمن فضاء فائق؟ حسناً، لنأخذ طبقاً مسطحاً مربع الشكل من المطاط ولنثنه حتى تتلامس اثنتان من نهاياته المتعاكسة الاتجاه لينتج بذلك لدينا اسطوانة. والآن لنقم بوصل نهايتي الأسطوانة لنحصل على شكل يعرف هندسياً باسم "الطارة المزدوجة" two-torus وهو شكل الطارة المعروفة. إن لهذه الطارة المزدوجة تمثيل بعدي أعلى مثلاً يعرف باسم الطارة الثلاثية three-torus. ونظرياً، يمكن صنع طارة ثلاثية عندما نأخذ مكعباً من المطاط ونثنيه بحيث يتم وصل جميع أوجهه المتقابلة ـ الأمامي والخلفي، الأيمن والأيسر، العلوي والسفلي ـ بعضاً إلى بعض في آن. والآن، إذا كان هذا "المكعب" هو الفضاء كله لكوننا الثلاثي الأبعاد، إذاً لأنتجت عملية الثني، والتي يمكن تخيلها بالاستعانة ببعد رابع، كعكة "الطارة" الثلاثية في "نظرية هومر سمبسن".

مرة ثانية، نذكر أن هذا المفهوم هو أقرب منالاً بالتمثيل الرياضي منه بالخيال. إن محاكاة حاسوبية لعالم ثلاثي الطارة ستجعل ببساطة أوجه المكعب المتعاكسة تلامس بعضها بعضاً. لقد فعلت لعبة الفيديو المعروفة آسترويدس Asteroids الأمر ذاته ضمن عالم يقل بعداً واحداً: فالأجسام التي تترك الشاشة عند طرفها تظهر فوراً في الطرف المعاكس. والآن لنتخيل شاشة " آسترويدس" مكعبة تخرج فيها الأجسام من أحد وجوهها المربعة لتدخل فوراً من الوجه المقابل، وتكون بذلك قد تدبرت أمر تمثيلك الخاص لعالم ثلاثي الطارة. وكما تُصنع حلوى الكعك بنكهات كثيرة، كذلك هناك أكثر من طريقة لصنع الطارة الكونية. تشير جانا ليفن <من جامعة كامبريدج>: "لو ثنينا بطريقة اصطناعية آجرة سداسية الشكل إلى ثلاثة أبعاد وألصقنا الأطراف المتقابلة فيها ببعضها، فإن ما سنجده هو طريقة أخرى لصنع طارة".

ولماذا الاكتفاء بستة وجوه فقط؟ فإذا جمعنا (أو ألصقنا) وجوه جسم ثماني السطوح المثلثة الشكل إلى بعضها بشكل ثنائي، لنتج الشكل ∞، أو شكل الكعكة مزدوجة الفتحة ـأي وجبة طعام شعبية خفيفة أخرىـ بشكل اتفاقي أم غير اتفاقي.

ما وراء الحافة

يقدم لنا هذا الفن الكوني من عملية الطي الكونية أكواناً محددة الشكل ومحدودة الحجم، وذلك دون مواجهة معضلة "الحافة" التي تسبب إشكالاً في الفرضيات السابقة. وهي تساعد، مرة أخرى، في التفكير بأسلوبنا التمثيلي باستخدام أبعاد ثلاثة. وتنوه ليفن: "إن سطح الأرض محدد الشكل ومنته الحجم. ومع ذلك ليس له تلك "الحافة" التي خشي المستكشفون في عصر النهضة أن يبحروا فوقها". وفي الحقيقة، فإن أية رحلة مستقيمة المسار فوق سطح الأرض ستعطينا طوافاً كاملاً حولها، ولذلك فإن جميع الرحلات مستقيمة الخط سوف تنتهي إلى حيث بدأت. إن الأمر ذاته سيكون صحيحاً بالنسبة لكوننا المغلق. وعلى غرار سفينة فضاء من نوع آسترويدس، فإن أي جسم ينطلق مرتحلاً من الأرض وفق مسار مستقيم باستمرار سوف يعود في نهاية المطاف إلى نقطة بدء رحلته وقد اجتاز كامل محيط الكون.

إن عبارة "أي جسم" تشمل بالطبع جسيمات الضوء، أو الفوتونات[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]. وفي مثال كون منحن مغلق فإن الضوء ذاته سيسلك مساراً منحنياً سوف يعود في النهاية إلى نقطة مصدره. وبذلك فإن مصدراً ضوئياً ـ مثل مجرتنا درب التبانة[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] ـ سوف يعرض صورة لذاته، وستكون مرئية من قِبَله، بعد عبور ضوئه كامل محيط الكون. كذلك فإن هذا الشعاع الضوئي سوف لن يقف عند هذه النقطة، بل سيتابع سيره. وإذا كان الكون قديماً كفاية فإن الضوء سيطوف في النهاية محيط الكون مرة أخرى، ليسقط صورة ثانية عائدة إلى مصدرها الأصل. وهكذا دواليك من "أشواط ضوئية" متعاقبة في الكون.

إن المضامين المترتبة على ذلك بالنسبة لعلم الكون المعاصر مذهلة حقاً. فقد يكون ما نراه من المجرات البعيدة في سماء الليل ليس عدداً فريداً، هائلاً أو غير منته منها، بل قد يكون هو تلك المجموعة ذاتها المحدودة العدد والمنتهية من المجرات، وهي تتكرر عبر السماء، مثل مصابيح ضوئية في صالة مرايا. ويقول جان ـ بيير لومينييه <وهو مدير الأبحاث في مرصد باريس>: "قد يبدو الكون شاسعاً بالنسبة إلينا، مترامي الأطراف، ’منبسطاً‘، ومليئاً ببلايين المجرات. وفي الحقيقة، فإنه سيبدو أصغر كثيراً، و’مطوياً على ذاته‘، ويحتوي على عدد صغير فقط من الأجسام داخله؛ ليغدو الأمر كله مجرد خدعة بصرية كبرى".

سر القصة في بدايتها

إن مثل هذه الخداع سيقدم، رغم ذلك، إمكانية تحرٍ تجريبي للموضوع. فإذا كان الكون المرئي هو في الحقيقة نخروب عسل افتراضي مبني من وحدة بنائية مفردة، أو جسم أولي كثير السطوح، فإن دراسة السماء يمكن أن تسمح لنا بتحديد شكل هذا الجسم. وهناك العديد من النماذج المرشحة المنافسة. ففي فضاء ثلاثي الأبعاد عادي، يمكن للمكعب فقط، أو المسدس المنتظم في قالب الحلوى أن تتوافق مع بعضها ( أو "ترصف" معاً) لتعطي بنية نخروب العسل. وأياً كان أمر هذا الشكل، فما يبدو هو أننا لا نعرف حتى الآن كيف هي "طبيعة" الكون في الحقيقة.

تقول لنا خلاصة بليغة لنظرية آينشتاين[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] في النسبية العامة[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] ما مفاده: "يخبر الزمكان[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] المادة بالكيفية التي يجب أن تتحرك وفقها فيه، فيما تخبر المادة الزمكان كيف ينحني". وتحدد كمية المادة في الكون طبيعة انحناء الفضاء، الذي يمكن أن يكون مسطحاً، أو كروياً، أو زائدي القطع.

يَنتُجُ الكون المسطح عن كثافة معينة من المادة، تعرف باسم الكثافة الحرجة. فإذا كانت كثافة مادة الكون أعلى من الكثافة الحرجة، فسنحصل على كون بشكل منحني كروي. ومع كثافة أقل من الحرجة، نحصل على كون بشكل منحني مفتوح يمثل بيانياً بمنحني القطع الزائد. إننا مازلنا لا نعرف بدقة بعد قدر كثافة المادة في الكون، وذلك لأن معظم كميتها يبدو في صورة مادة مظلمة[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] لا نستطيع رؤيتها. بيد أن الأرصاد الحالية تشير إلى أن الكون قريب جداً من مثال الشكل المنبسط، أي على غرار صورة أية قارة على الأرض تقرب من حال التسطح. إن هندسة الكون المسطح هي بالتأكيد مشابهة لما تعلمناه في دروس الرياضيات في المدرسة ـ خطوط متوازية لا تلتقي أبداً، وأن مجموع درجات زوايا المثلث فيه تساوي دوماً 180° درجة. لكن هذه القواعد لا تنطبق على الأكوان الأخرى. ففي الكون الكروي، تتقارب وتلتقي الخطوط المتوازية في النهاية، تماماً مثلما تلتقي خطوط الطول على الأرض عند القطبين، وكذلك نرى أن مجموع درجات زوايا المثلث فيه تزيد عن 180° درجة. بينما نرى في كون مفتوح أن خطوطه المتوازية تنحرف متباعدة عن بعضها، وأن مجموع درجات زوايا المثلث فيه تقل عن 180°درجة.

إن عدد الأشكال المنافسة لتلك التي يمكن أن تؤلف كوناً مسطحاً هو عدد محدود. لكن كوناً كروياً أو مفتوحاً يمكن أن يقدم أوجهاً لا حصر لها. إن أشكالاً خاصة من قطع آجر ستؤدي عملها مع منحنيات معينة فقط. لنتخيل أنك تحاول أن تكسو أرضيتك المسطحة بقطع آجر مثمنة الشكل ـ إن هذا لا يمكن فعله لأنها ستتشابك. لكنك إذا كنت تسكن في منزل زائد القطع، فإن قطع الآجر مثمنة الشكل سترصف الأرضية تماماً، وذلك لأن الزوايا الأصغر التي تشغلها في فضاء مفتوح (زائد القطع) تعني أنه يمكن استخدامها دونما تشابك فيما بينها. وفي الحقيقة، فإن كون الكعكة المزدوجة مثمن الشكل سيكون ممكناً فقط في فضاء مفتوح (زائد القطع).

مطاردة الأشباح في عالم المرايا

وأياً ما كان الشكل النهائي للكون، فهناك طريقة واضحة لمعرفته ورصده. وكما عبر روكيما عن الفكرة ببساطة، فإن "الجسم المفرد يجب أن يكون مرئياً من اتجاهات مختلفة من السماء وعلى مسافات مختلفة". ومن ناحية نظرية، إن المثال الدقيق لصور الجسم المتكررة هذه سيسمح لعلماء الكون بالتمييز بين الأشكال المختلفة المفترضة للكون.

إن الأمثلة الطبيعية المرشحة لبحث كهذا كانت هي المجرات ذاتها. لقد دأب العلماء النظريون الجدد على التمعن في الخرائط المعاصرة للسماء والبيانات والمعطيات الفلكية بغية التعرف على توائم مجريّة (أو ربما مجموعات ثمانيّة octuplets، بالاعتماد على الشكل النهائي) في أجزاء مختلفة من السماء. غير أن ما يتضح من صورة هذا المشروع يُظهر أنه أكثر إشكالاً مما اعتقد الباحثون. فكلما مضينا أبعد في "قرص العسل" الافتراضي لاستغرق ضوء المجرة في "فجوته الشبحية" زمناً أطول للوصول إلينا. إن هذا يعني أن المجرة ذاتها التي نراها في فجوات مختلفة ستبدو بأعمار مختلفة من مراحل تطورها. وبحسب كلام ليفن، فإن: "محاولة مطابقة صور المجرات هو مثل أمر مطابقة صور أطفال صغار السن مع صورهم في سن الشيخوخة". وبالإضافة إلى ذلك، فإن الصور القادمة من فجوات شبحية مختلفة في الكون ستصلنا من زوايا مختلفة، ليتطلب أمر مطابقة المجرات النظر إليها من اتجاهات مختلفة مثلما نراها بأعمار مختلفة.

وهناك خيار آخر، هو النظر إلى الكوازارات[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] quasars، وهي أكثر أجرام الكون سطوعاً وأبعدها مسافةً تم اكتشافها حتى الآن، وهو ما سيسمح لنا بالبحث عن نماذج على نطاقات أوسع. وعلى أي حال، فإن هذه الطريقة تعاني من المشكلات ذاتها التي توجد مع مثال مطابقة المجرات. فالكوازارات أيضاً تبدو متباينة في مراحل مختلفة من تطورها. وهي تصدر إشعاعاً كهرطيسياً[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] بصورة غير متناظرة، لتجعل، مرة أخرى، المطابقة من زوايا مختلفة أمراً شاقاً.

وباستخدام خرائط معطيات أكثر شمولاً، مثل مشروع سلون الرقمي للمسح السماوي[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] SDSS، وتحليل إحصائي أكثر تطوراً، يأمل الباحثون أن تساعد المجرات والكوازارات في تقديم حل للمسألة. غير أن ما يقدم أفضل رهان في السباق الآن إلى تحديد شكل الكون هو طريقة أخرى مغايرة. تعتمد هذه الطريقة على النظر بالزمن وراءً إلى أول ضوء انطلق في الكون، وهو الذي نعرفه ونراه الآن بصورة إشعاع الخلفية الكونية[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] cosmic microwave background (CMB).

عندما ندرس إشعاع الخلفية، فإننا نقوم بالنظر في ماضي الكون بقدر استطاعتنا، إلى جدار من الضوء يعرف باسم "سطح الانتثار الأخير". بعد الانفجار العظيم[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] مباشرة كان الكون عبارة عن كتلة مضطربة تغلي من الجسيمات والفوتونات. انتثرت الفوتونات بعيداً عن المادة، تماماً مثلما ترتد عن قطرات الماء في الضباب، ولم يكن بوسعها الذهاب إلى أي مكان. لقد استغرق الأمر نحو 400 ألف سنة قبل أن يبترد الكون إلى قدر كاف يمكّن الجسيمات من الالتحام لتكوين الهيدروجين[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] الذي تستطيع الفوتونات عبوره.

إن أية عملية تمت قبل الانتثار الأخير للفوتونات هي عملية محجوبة عنا إلى الأبد، غير أنه يمكننا التقاط الفوتونات الأولى التي أفلتت. إننا نجدها عند أطوال موجية ميكروية عند حرارة تعادل ثلاث درجات كالفن[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] (-454º فهرنهايت[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] أو –270º مئوية[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]). وحيث أن هذه الفوتونات قد اجتازت المسافة ذاتها كي تصل إلينا في ذات الوقت (لأن سرعة الضوء محدودة)، فإننا نرى جدار الانتثار الأخير مثل سطح داخلي لكرة تقع الأرض عند مركزها. وهكذا، فإذا كان الكون مبنياً كما سبق وصفه، مع وجود الكثير من النسخ المختلفة من كوكب الأرض، فيجب أن يكون هناك الكثير من النسخ من هذه الكرة. وإذا كان شكل الأجسام الأولية كثيرة السطوح صغيراً كفاية، فإن هذه الكرات سوف تتداخل على شكل دوائر. وسيعتمد حجم هذه الدوائر على مدى تداخلها، وسيقدم ذلك دلالة على حجم الجسم الأولي كثير السطوح.

هل من كتابة على الحائط؟

ولكن، ترى، كيف يمكننا اكتشاف هذه الكرات؟ لقد قام التابع الصنعي الخاص بوكالة الفضاء الأمريكية ناسا[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]NASA المسمى COBE[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]بين عامي 1989 و 1993 برسم خارطة للسماء عند الأطوال الموجية الدقيقة، ووجد أن حرارتها ليست 3 درجات كالفن تامة في جميع اتجاهات الرصد. إذ سجل فروقات طفيفة في درجة حرارتها. ويعتقد فريق علمي من عدة جامعات أمريكية يتألف من نيل كورنيش <من جامعة ولاية مونتانا> وديفيد سبيرجل وإيشيرو كوماتسو <من جامعة برنستون<، وغلن ستاركمان> من جامعة كيس وسترن ريسيرف< أن البحث عن النماذج في هذه التباينات الطفيفة قد يكون مفتاح الكشف عن شكل الكون. يأمل الفريق بتقصي نماذج حرارة مختلفة على محيط الدوائر، ثم اكتشاف نفس النموذج على دائرة أخرى في مكان آخر من السماء. ويقول كورنيش: "إن نماذج الحرارة حول دائرة معينة يجب أن يكون مطابقاً لنموذج آخر". إن النموذج الدقيق للدوائر سيشير إلى شكل الجسم الأولي كثير السطوح.

وبالطبع، يمكن رسم عدد غير محدود من الدوائر من كل حجم ممكن على السماء، ولذلك فأمامهم مهمة جسيمة وشاقة. سيستغرق الأمر مزيداً من الوقت لإجراء عمليات حاسوبية دقيقة ومعقدة لتمحيص جميع المعطيات. ومن أجل زيادة سرعة العمليات سيقومون أولاً بالبحث عن بصمات أشكال تتوافق وانحناءات مسطحة ودائرية. ويشرح كورنيش قائلاً: "بهذه الطريقة، إذا اكتشفت دائرة واحدة، فستعرف الموضع الأكثر احتمالاً لصورتها. إن كل شكل يصدر بصمة فريدة له ـ إذا اكتشفناها فسنستطيع تحديد شكل الكون".

وإذا لم يأت بحثهم بشيء يتعلق بالنماذج المسطحة المرشحة، فسيتجهون لبحث عن أمثلة مرشحة أخرى من نماذج الأسر المفتوحة والكروية الأكبر حجماً دون حدود. وإذا لم يأت هذا أيضاً بشيء، فإن هذا لا يعني بالضرورة أننا نحيا في كون بسيط غير مركب. فالكون يمكن أن يظل مركباً، لكن الجسم الأولي كثير السطوح قد يكون بالغ الكبر والجسامة لدرجة أن حوافه بعيدة جداً عن رؤيتنا. وترى ليفن: "إذا كان الكون كبيراً نسبياً مقارنة بعمره، أي أنه أكبر بقدر مهم من قطر 15 بليون سنة ضوئية، فإن الضوء الصادر عن صورنا الشبحية لن يكون لديه وقت كاف ليصل إلينا قبل نهاية عمر كوكبنا الأرضي".

كان إنجاز مسبار COBE في رسم أول خارطة ميكروية الموجة للسماء مؤثراً. لكن الخارطة لم تكن مفصلة بالقدر الكافي تماماً لاكتشاف النماذج المنشودة. ولذلك فقد تمت متابعة هذه الدراسة بوساطة مسبار ناسا المسمى WMAP[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]الذي أطلق في العام 2001 من أجل رسم خارطة السماء عند الأطوال ميكروية الموجة بدقة غير مسبوقة قبلاً، وليقدم المعلومات التي يحتاجها كورنيش وسبيرجل وستاركمان لأبحاثهم. ويقول سبيرجل: "سينجز WMAP أول مسح كامل للسماء، ويمكننا من ثم أن نبدأ تحليلنا، ونأمل أن نحصل على نتائجنا قريباً[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]". يأمل الفريق في أن تظهر معطيات WMAP احتوائها أية إشارات دالة على "دوائر متطابقة" ـ وهي معالم مكررة مفترضة في السماء ستوحي بكون مغلق ومنته. وحتى تاريخه، فإن تحليلاتهم، القائمة على حسابات حاسوبية فائقة، لم تكشف بعد مثل هذه الثنائيات.

إن هذا الكشف سيكون على غير وفاق مع نظرية تقدم بها مؤخراً فريق علمي آخر افترض أن معطيات WMAP توحي بأننا نحيا في كون مغلق له شكل كرة القدم. وقد توصلوا إلى هذه النتيجة، جزئياً، لأن WMAP أظهر تباينات حرارية أقل مما هو متوقع عند المقاييس الكبيرة جداً. إن هذه التباينات، كما هو مقبول على نطاق واسع، قد نتجت عن موجات صوتية في باكر تاريخ الكون. وتشير قلة التباينات عند المقاييس الكبيرة جداً إلى كون محدود وصغير نسبياً، وذلك لأنه يستحيل وجود موجات تمتد أبعد أو أطول من الكون ذاته.

لكن كورنيش يرفض هذه الفكرة قائلاً: "إن الإختبار المحدد لكون منته هو أنك تستطيع رؤية ما يحيط به، ولكن ما من دليل موجود يوحي بهذه الصورة. ورغم أننا لا نستطيع أبداً إثبات أن الكون هو غير منته، لكننا واثقين من أنه كبير وكبير". إن لم يكن كذلك، لحظي الضوء بوقت كاف ليدور عبر الكون، لينتج صوراً مكررة للأجرام السماوية عند الموجات الدقيقة. غير أن معطيات WMAP الغزيرة لم تظهر، حتى حينه، إشارة تدل على ملامح كهذه. ويضيف كورنيش: "في هذه اللحظة، لا يمكننا استبعاد أي شكل غريب مثل كرة القدم، ولكن إن كان ذلك صحيحاً، فسنكون حينها نحيا في طرف صغير منه فقط، وقد لا نرى أبداً مداه الكامل".

شكل الأشياء القادمة

هكذا نرى أنه على الرغم من حصول العلماء أخيراً على دلائل عن شكل الكون ـ وهو أمر كان محصوراً في السابق في إطار التخمينات ـ إلا أن ما هو واضح هو أننا لن نبت في الموضوع في وقت قريب. فقد يكون الكون منتهياً ومحدوداً حقاً، ومع ذلك فهو هائل الاتساع والجسامة ليفضي إلينا بسر هيئته. وبنحو مغاير، فقد يكون للكون انحناء كروي أو مفتوح، وبذلك يخفي شكله السري في احتمالات لا حدود لها. أما الموجة الجديدة من علماء الكون فتستقبل مثل هذه الأفكار بنظرة رواقية[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] هادئة. وكما يقول روكيما: "إن الكون هو كما هو، وليس كما أحبه أنا أن يكون".

وفيما نرى ولع هومر سمبسن بحلوى الكعك، نرى مراقبين آخرين، أعمق تفكيراً ـ وأقل عرضة لإملاءات معدتهم ـ يبقون في حالة تيقظ. فهم على معرفة جيدة بقدرة الكون على مفاجئتنا مرة بعد أخرى.

***********************************************

الصور:

1.

قدم مسبار WMAP صورة لإشعاع الخلفية الكونية CMB كما بدا عندما كان الكون بعمر 379 ألف سنة.

***

2. هندسة كونية:

تحدد كمية المادة في الكون مدى كثافته. وبدورها، تحدد الكثافة درجة انحناء الزمكان space-time الذي قد يكون مسطحاً flat، أو كروياً مغلقاً closed ، أو زائدي القطع مفتوحاً open.

- ففي الكون المغلق تلتقي الخطوط المتوازية دوماً، ويفوق

مجموع درجات زوايا مثلثاته 180^° درجة.

- وفي كون مسطح، فالخطوط المتوازية لا تلتقي أبداً،

ويساوي مجموع درجات زوايا مثلثاته 180^° درجة دوماً.

- أما في الكون المفتوح فتتباعد خطوطه المتوازية عن بعضها، ويقل مجموع درجات زوايا مثلثاته عن 180^° درجة.

تشير المعلومات الرصدية الحالية أن الكون قريب جداً من مثال التسطح، لكنه يمكن أن ينكفئ إلى المثال المفتوح أو المغلق.

3. لعبة مطابقة الموجات الدقيقة:

عندما ينظر علماء الفلك إلى إشعاع الخلفية الكونية CMB، فإنهم بذلك يقومون أيضاً باستطلاع جدار ضوئي يعرف باسم "سطح الانتثار الأخير". وفي الواقع، كان هذا أول انتشار كوني للفوتونات التي اجتازت ذات المسافة لتصل إلينا في ذات الوقت (بسبب محدودية سرعة الضوء).

ونظراً لهذه الحقيقة، يستطيع الباحثون تفحص ما يقع داخل هذا "الجدار" ( يعرض في الرسم أعلاه بشكل "سطح داخلي" لكرة تحيط بكوكب الأرض)، وبوسعهم فعل ذلك باستخدام معطيات مسباري COBE وWMAP للبحث عن النماذج المتطابقة في مناطق اختلاف حرارة إشعاع الخلفية الكونية. وإذا اكتشفت نماذج متطابقة، فلسوف يكون علماء الكون واثقين إلى قدر كبير من انحناء الكون، وقد يتمكنون من فك وتحليل شكل وحجم "الجسيم الأولي كثير السطوح" الذي يشكل الكون.

***

4. أشواط الضوء:

في كون منحن ومغلق، سيكون على الضوء العودة إلى نقطة مصدره. إن مصدراً ضوئياً، مثل مجرتنا درب التبانة، سيسقط صورة لذاته، وستكون مرئية من قبله أيضاً بعد اجتيازها الكون كله. وإذا كان الكون قديماً كفاية فسيواصل الضوء دورانه عبر الكون، ليصنع بذلك سلسلة "أشواط ضوئية"، وسيرى الراصدون بذلك سلسلة صور شبحية متكررة تمثل الجسم ذاته. إن اختبار هذه الفرضية يبدو سهلاً: لنكتشف صوراً لأجسام تتشابه تماماً كي نكون واثقين بشكل معقول أننا نحيا في كون مغلق. ولسوء الحظ، فإن اختبار هذه الفرضية سيكون ممكناً فقط في حال كون سرعة الضوء غير محدودة. غير أنها ليست كذلك بالطبع، وهو ما يعني أنه كلما كان الجسم أبعد مسافة عن الراصد، فلسوف يبدو أصغر عمراً. وفضلاً عن ذلك، فإن الأجسام السماوية تتغير مع مرور الزمن (كما هو ممثل في الصورة بأشكال هرمية الشكل تتطور إلى أشكال أجسام ثمانية البنية) وقد تغدو مختلفة الشكل تماماً مع مرور بلايين السنين. وربما تضطر الأبحاث إلى إيجاد تطابقات بين أجرام شديدة الاختلاف عمراً.

وتبدو هنا مجرة درب التبانة في تطورها من سحابة غاز كبيرة إلى مجرة بدائية، ومن ثم إلى البنية اللولبية الدقيقة التي نراها اليوم.

***

5. القادمون من الفضاء في عالم رباعي الأبعاد:

بقدر إدراكنا، فنحن ساكنو هذا الكون عبارة عن كائنات عالم ثلاثي الأبعاد (3-D). ومن جهة أخرى، يفترض بعض علماء الكون الآن أن الكون يأخذ شكلاً محدداً ضمن بعد رابع لا يمكن تصوره، هو ما يشار إليه أيضاً باسم الفضاء الفائق hyperspace.

إن بعداً ذا سوية أعلى هو أمر يصعب تصوره. غير أنه ثمة طريقة لتمثل لمحة عن الكيفية التي يمكن أن يتداخل بها مع بعد أدنى، وتتمثل بالرسم أعلاه الذي يصف كيف يمكن أن يبدو عالم ثلاثي الأبعاد (3-D) عندما يعبر عالماً ثنائي البعد (2-D) تسكنه "كائنات مسطحة".

يظهر النسق الأعلى صوراً تمثل كيف سترى مجموعة نظرية مفترضة من الكائنات الفضائية ثلاثية الأبعاد (3-D)، لقاءً وفراقاً بين العالمين. بينما يصف النسق الأسفل كيف يمكن أن يبدو الحدث بأعين هذه الكائنات السطحية العالقة في المستويات المسطحة.

***

7. أوديسة الفضاء الفائق لهومر:

يمكن تقديم الشكل الرباعي الأبعاد لما يدعى بالطارة الثلاثية بأفضل طريقة ممكنة بوساطة التمثيل الرياضياتي. غير أنه يمكننا كذلك تدبر أمر استعارة مثيلتها الأقل أبعاداً، وهي الطارة المزدوجة الشبيهة بقالب الحلوى، التي تقرّب لنا عندئذ مثال الطارة الثلاثية.

- الصورة يساراً: صنع "قالب حلوى" أو طارة مزدوجة، من قطعة مطاط مسطحة مربعة الشكل، تبدو كطبق ورقي يشكل إطاراً.

- صورة المكعب (يميناً): يستطيع علماء الكون بناء طارة ثلاثية باستخدام مكعب مطاطي يمثل كامل الكون ثلاثي الأبعاد. كيف يكون هذا؟ إذا استطعنا، من حيث المبدأ، تركيب جسم ثلاثي الطارة عن طريق ثني المكعب بطريقة تمكن من لصق الأزواج الثلاثة من أوجهه المتقابلة بعضها إلى بعض، لتشكل جسماً مفرداً.

بقلـم : كن غريمس وآليسون بويل*

ترجمة: حازم محمود فرج.

عن مجلة Astronomy

* كن غريمس وآليسون بويل: كاتبان علميان يقيمان في لندن.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]هومر: الشخصية الرئيسة في الفيلم الأمريكي The Simpsons (آل شمشوم). تاريخياً: هو الشاعر الملحمي اليوناني الكبير الذي تنسب إليه الإلياذة والأوديسة. (المترجم).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]ستيفن هوكنغ Stephen Hawking (1942- ): أحد عمالقة الفيزياء النظرية المعاصرين، يشغل كرسي نيوتن وديراك للفيزياء النظرية في جامعة كمبريدج. عرف بأبحاثه المتعلقة بأصل الكون وطبيعة الثقوب السوداء ومحاولاته التوحيدية بين نظريتي النسبية والكم. (المترجم).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] نيكولاس كوبرنيكس Nicolaus Copernicus (1473-1543): عالم فلك بولوني، نادى بدوران الأرض والكواكب الأخرى حول الشمس وحول نفسها، وخالف في ذلك آراء بطليموس وأرسطو في مركزية الأرض. (المترجم).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] الفوتون Photon: جسيم الضوء، لا كتلة ولا شحنة له، ويمتاز بعمر غير محدود. (المترجم).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]مجرة درب التبانة The Milky Way Galaxy: المجرة اللولبية التي تضم الشمس ومنظومتها الكوكبية، و ما يزيد عن مائة بليون نجم وكوكب آخر. يقدر قطرها بنحو 100 ألف سنة ضوئية، وتقع المجموعة الشمسية على مسافة 26 ألف سنة ضوئية من مركزها. تنتمي مع مجرة المرأة المسلسلة Andromeda و نحو 30 مجرة أخرى أصغر حجماً إلى ما يعرف باسم مجموعة المجرات المحلية The Local Group. يمكن رؤية جزء منها في ليلة سوداء، بعيداً عن أضواء المدينة، تمتد عبر السماء من الأفق إلى الأفق. (المترجم).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]آلبرت آينشتاين Albert Einstein (1879– 1955): أشهر علماء الفيزياء النظرية في القرن العشرين، ألماني المولد وأمريكي الجنسية، أدت نظريته في النسبية العامة والخاصة إلى ثورة في الفكر العلمي الحديث حول طبيعة المكان والزمان، وشكلت أساساً نظرياً للإفادة من الطاقة الذرية. نال جائزة نوبل للفيزياء عام 1921 عن أبحاثه في الفعل الكهرضوئي (طرد الإلكترونات من ذرات مادتها بفعل إشعاع كهرطيسي خارجي، مثل الضوء المرئي). (المترجم).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]النسبية العامة General Relativity: نظرية هندسية في قوة الثقالة (الجاذبية) طورها آينشتاين انطلاقاً من نظريته السابقة (النسبية الخاصة)، قدم فيها مبدأ تساوي قوى الثقالة والعطالة، وأن قوة الثقالة هي نتيجة انحناء الزمكان ذي الأبعاد الأربعة. (المترجم).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] الزمكان Space-Time: بحسب نظر

????

????: زائر

مساهمة رقم 2

رد: عندما اخذ الكون شكلا

من طرف ???? 13/2/2010, 2:32 am

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] اتمنى ان اقراها بس لاكن طويله

مشكووووووووووووووووووور ماقصرت حبيبي

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]