ما هي نظرية الانفجار الكبير؟

أ - المفاهيم الخاطئة الشائعة عن الانفجار الكبير:

غالباً ما توصف نظرية الانفجار الكبير (Big Bang Theory) في شعبية من قبيل:

(إن الكون خرج إلى حيز الوجود نتيجة لانفجار في نقطة والتي كانت تتمركز بها كل المادة. ليس من المستغرب، وربما هذا هو المعيار الذي عند معظم الناس من الناحية النظرية الأحيان المرء حتى من يسمع بان البداية لم يكن هنالك شيء يتفجر)؟.

 هنالك العديد من المفاهيم الخاطئة مخبأة تحت هذه التصريحات منها:

- أن نظرية (BBT) هي ليست أصل الكون. بدلاً من كونها تركز بشكل أساسي على تطوير هذا الكون على مر الزمن.

- وهي لا تعني أن هذا الكون كان أشبه بنقطة في وقت مضى.

- وأن الكون ليس أصله الانفجار المادي، لوجوده بالفضاء.

لقد صرح عالم الكونيات P. J. E. Peebles ، عام 2001 م. في مجلة العلوم الأمريكية عدد يناير، ص4، (بأن توسع وتبريد الكون هو جوهر نظرية الانفجار الكبير، ستلاحظ أنني لم أقل شيئاً عن وجود انفجار، تصف نظرية (BBT) كيف يتطور عالمنا، وليس كيف بدأ).

وكتب عالم الكونيات الألماني G, R Kippenhahn)، في كتابه (علم كونيات الجيب) ص 47-46، (هنالك أيضاً نشأ واسع النطاق وفقاً لقانون هبل، بأن الانفجار الكبير بدأ في نقطة معينة واحدة في الفضاء على سبيل المثال، حدث الانفجار عند نقطة ومنها انتقلت سحابة الانفجار إلى فراغ الفضاء، مثل وقوع انفجار على الأرض. وفي هذه المسألة أنه يخفف أكثر وأكثر في مناطق من الفضاء، لم يقل قانون هبل إن المادة كانت أكثر كثافة في كل مكان في وقت سابق، وإنه خفف مع مرور الوقت بسبب أن كل شيء يتدفق بعيداً بعضه عن البعض وأضاف في الهامش: لقد ورد الكثير من النصوص الشعبية عن المراحل الأولى للكون في ذلك الوقت، عندما كان الكون كبيراً مثل تفاحة أو أشبه بحبة البازلاء والمقصود ليس هنالك شكل عام لشكله. ولكن الذي تلاحظه هو جزء من حجم الكون وليس كله.

إضافة إلى ذلك هنالك القراءات الخاطئة التي تصف بها نظرية الانفجار الكبير، ترجع إلى القراءة الأولى وهي: ما هو نموذج الانفجار الكبير؟

هناك عدد من الأسباب والتي تجعل من المفاهيم الخاطئة عالقة في أذهان الناس.

أولا وقبل كل شيء، فإن مصطلح الانفجار الكبير التي صيغ بالأصل في عام 1950م. من قبل السير فريد هويل Sir Fred Hoyle هو أشد المعارضين للنظرية. وكان من دعاة نموذج الحالة المستقرة وكان له رأي منخفض تجاه الكون المتسع.

مصدر الارتباك الآخر هو التكرار الكثير لتعبير (الذرة البدائية primeval atom). وقد استخدم هذا من قبل الميتر Lemaitre) أحد المطورين للنظرية في وقت مبكر عام 1927 م، لشرح المفهوم للجمهور العادي. على الرغم من أنه لن يكون على دراية حول فكرة القنابل النووية لبضعة عقود قادمة، وقد يقود هذا إلى التفهم غير الدقيق من ناحية النظرية والبيانات وراء ذلك.

ب- ماذا تقول نظرية الانفجار الكبير حقاً؟

أبسط وصف للنظرية أن يكون شيء من قبيل النص التالي:

(في الماضي البعيد، كان الكون كثيفاً وساخناً، ومنذ ذلك الحين توسع ليصبح أقل كثافة وأكثر برودة). ولا ينبغي أن يأخذ بكلمة (توسيع) على أن المادة تتطاير إلى أجزاء بعيداً. بدلاً ، ذلك يشير إلى أن القضاء نفسه يصبح أكثر التشبيهات شيوعاً والتي تستخدم لوصف هذه الظاهرة هي سطح المنطاد (والتي يمكن تمثيل المجرات بالنقاط أو النقود المعدنية التي تعلق على السطح)، ومن أمثلة المقارنات أن تعمل على التشابه بين النظرية والأمثلة لإضفاء الكمال. وفي كلنا الحالتين، فإن نموذج الكون أخذ في التوسع بشكل أكبر نوعاً مما كان عليه من قبل. في الواقع، هذه النظرية لا تقول شيئاً من هذا القبيل. بدلا من ذلك، أنها اكتفت بكلمة توسع الكون تماماً . وهذا يتعارض مع أفكارنا المشتركة للحجم والهندسة، لكنها تأتي من المعادلات.

يجد الناس صعوبة في تفهم فكرة أن القضاء ذاته يتوسع)، أسهل طريقة لفهم ، المفهوم هو التفكير في أمر على نحو المسافة بين نقطتين في الكون، تزداد (مع بعض الاستثناءات البارزة) على النحو المبين أدناه (على سبيل المثال، نقول لدينا نقطتين (BA) وهي في موقف تنسيق إحداثي ثابت. في الكون المتسع، يوجد لدينا ملاحظة أمرين ليكون ذلك صحيحاً.

الأول: المسافة بين A و B هي دالة مع الزمن.

والثاني: أن المسافة بين A و B في تزايد دائماً.

لفهم ما يعنيه هذا، هو كيف نعرف (المسافة أو البعد) في مثل هذا النموذج؟ لا بد من وجود فكرة في نظرية أينشتاين النسبية العامة. وأنه ليس من السهولة انصياعها لتفسيرات بسيطة. من التفسيرات التي تلخص ذلك هي نص في كتاب Misner Thorne & Wheeler يقول:

(الفضاء يحاكي المادة كيف تتحرك، والمادة تحاكي الكون كيف ينحني؟).

"Space tells matter how to move, matter tells space how to curve."

طبعاً يغفل هذا البيان تفاصيل معينة من الناحية النظرية. مثل كيفية المنحنى أو التحدب، وكيف يخبرنا الكون عن حركة الإشعاع الكهرومغناطيسي (وأجمل ما أظهرت النسبية العامة هو انحراف الضوء بفضل الجاذبية حول الكائنات الضخمة)، وكذلك، كيف تتجاوب منحنيات الكون مع الطاقة، وكيف للطاقة أن تسبب للكون القيام به أكثر بكثير من مجرد كونه منحنى. وربما أفضل (أو أطول) وسيلة لوصف النسبية العامة يكون شيئاً من قبيل (الطاقة تحدد الهندسة والتغيرات الهندسية للكون، وبالتالي، فإن الهندسة تحدد حركة الطاقة).

ونظراً لذلك، كيف يمكن للمرء الحصول على BBT من النظرية النسبية العامة؟

تأتي معادلات BBT مباشرة من النسبية العامة لأينشتاين تحت افتراضين رئيسيين:

أولاً: أن توزيع المادة والطاقة في الكون غير متجانس.

ثانياً: أن التوزيع غير موحد أو متماثل الخواص.

أبسط طريقة لوضع هذا، هو أن الكون يبدو الشيء نفسه في كل مكان وفي كل اتجاه. ويطلق غالباً على مزيج من هذين الافتراضين مصطلح المبدأ الكوني cosmological principle)، من الواضح أن هذه الافتراضات لاتصف الكون على جميع المستويات المادية. هنالك، كثافة هي 1030 مرة بقدر من متوسط الكثافة في الكون، وبالمثل، فإن كثافة من أشياء مثل النجوم، المجرات، وعناقيد المجرات هي أعلى بكثير من المتوسط (وإن لم تكن بقدر ذلك بكثير)، بدلاً من ذلك، نجد الكثير من هذه الافتراضات لا تنطبق على نطاقات واسعة للغاية، وعلى رتبة من عدة مئات الملايين من السنوات الضوئية. ومع ذلك، وبالرغم من أن لدينا أدلة قوية على أن المبدأ الكوني لا يصلح على هذه المقاييس، وتقتصر علينا فقط دراسة وتفحص وجهة نظر واحدة، لحجم محدود للكون. لذلك يجب أن تبقى هذه الافتراضات بالضبط كما هي.

وعليه يجب افتراض الانحناءات في الكون هندسياً. وبشكل ذي ثلاثة أبعاد لتصور مكان النموذج. ومثال على ذلك، الذي أعطاه فريق ناسا للفضاء: NASA/WMAP ، نموذجين بعديين من نموذج ثلاثي البعد، أغلبية الأشكال المنحنية الوجهة، تكون من الأمثلة الكروية وبملاحظة الكائن الذي ليس له البعد الثلاثي التام، يقال له ثنائي البعد، ومنه يمكن تحديد أي موضع منه برقمين. مثل خطوط الطول والعرض على سطح الأرض. ويمكن أن يكون انحناؤه صفراً كما في مستوى طائر.

هذه الإحداثيات الديكارتية يمكن لأي شخص تذكرها منذ عهد المدرسة. أو يمكن للمرء تصور انحناء سلبياً كما هو في شكل السرج. حيث تتباعد الخطوط المتوازية عن بعضها البعض، ومن المتوقع وصلها إلى ما لا نهاية في الفضاء (الانحناء = صفر )، ويتلاقى المنحني إيجابياً في الفضاء.

وهذا الاستنتاج الأول وهنالك الكثير من الأمثلة الأكثر تعقيداً وهذه الأشكال الهندسية، ولكننا سوف نتخطى مناقشتها هنا. ويمكن للراغبين في قراءة المزيد حول هذه النقطة، النظر في مثل هذا الوصف من طوبوغرافية الكون.

الاستنتاج الرئيسي الثاني:

أن تتمكن من الاستفادة من هذا المبدأ الكوني هو أن الكون ليس له حدود وليس له مركز. من الواضح إذا أن أيا من هذه التصريحات صحيحة، ثم إن الفكرة القائلة بأن كل نقطة في الكون لا يمكن تمييزها (يعني ان الكون غير متماثل) ستكون كاذبة، ويمكن لهذا الاستنتاج أن يكون غير بديهي، لا سيما عندما تفكر في الكون مع انحنائية إيجابية أشبه بغطاء كروي. من الواضح أن هذا الفضاء سيكون محدوداً، وإذا هو كذلك فمن الواضح وبعد لحظة من التفكير، ا احتمال أن ينتقل مسافة كبيرة بشكل تعسفي حول الكرة دون مغادرة السطح. وبالتالي ليس له حدود.

أما بالنسبة للسطوح المستوية والمنحنية سلباً، فمن الواضح أن هذه الحالات يجب أن تمتد إلى حجم لانهائي. وبشكل ملحوظ، نظراً للاختلافات الواسعة لما تقدمه تلك الحالات الهندسة وحجم الكون. فإن تحديد أي من هذه الحالات الثلاث يحمل لكوننا بأنه هو الواقع، فإن السؤال لايزال مطروحاً في علم الكونيات.