نظرية الإنفجار الكبير (توضيح)

في فهم الكون الفيزيائي، نظرية الانفجار العظيم أحد النظريات المطروحة في فهم الكون والتي ترى بأن الكون قد نشأ من وضعية حارة شديدة الكثافة تقريبا قبل حوالي 13.7 مليار سنة. نشأت نظرية الإنفجار العظيم نتيجة لملاحظات الفريد هيل حول تباعد المجرات عن بعضها، مما يعني عندما يؤخذ بعين الإعتبار مع المبدأ الكوني حتى الفضاء المتري يتمدد وفق نموذج فريدمان-لميتر Friedmann-Lemaître model للنسبية العامة. هذه الملاحظات تشير إلى حتى الكون بكل ما فيه من مادة وطاقة انبثق من حالة بدائية ذات كثافة وحرارة عاليتين شبيهة بالمتفردات الثنطقية gravitational singularity التي تتنبأ بها النسبية العامة. ولهذا توصف تلك الفترة بالحقبة المتفردة.

فإذا كان الكون يتمدد فما من شك حتى حجمه في الماضي كان أصغر من حجمه اليوم، وأن حجمه في المستقبل سيكون أكبر منهما. وإذا تمكنا من حساب سرعة التمدد يمكننا التنبؤ بالزمن الذي احتاجه الكون حتى وصل إلى الحجم الراهن، وبالتالي يمكننا تقدير عمر الكون وهو14 مليار سنة تقريباً. تتحدث نظرية الانفجار العظيم عن نشوء وأصل الكون إضافة لهجريب المادة الأولى primordial matter من خلال عملية الاصطناع النووي nucleosynthesis كما تتنبأ بها نظرية ألفر-بثه-گاموAlpher-Bethe-Gamow theory .

مقدمة تمهيدية

قد تكون بداية التأكيد العملي لنظرية الانفجار العظيم قد بدأت مع رصد الفلكي الأمريكي إدوين هبل للمجرات ومحاولة تعيين بعد هذه المجرات عن الأرض مستخدما مفهوم لمعان النجوم الذي يتعلق بسطوع النجوم وبعدها عنا.

أمر آخر يمكن تحديده بالنسبة للنجوم هوطيف الضوء الصادرعن النجم عن طريق موشور ، فكل جسم غير شفاف عند تسخينه يصدر ضوءا مميزا يتعلق طيفه فقط بدرجة حرارة هذا الجسم. إضافة لذلك نلاحظ ان بعض الالوان الخاصة قد تختفي من نجم لآخر حسب العناصر المكونة لهذا النجم. عند دراسة الأطياف الضوئية للنجوم الموجودة في مجرة درب التبانة، كان هناك فقدانا للألوان المتسقطة في الطيف بما يتوافق مع الهجريب المادي لمجرة درب التبانة، لكن هذه ظهرت منزاحة نحوالطرف الأحمر من الطيف. الأمر الذي يذكرنا بظاهرة دوبلر.

في ظاهرة دوبلر: يختلف التواتر للأمواج الصادرة عن منبع موجي ما باختلاف شدة وسرعة هذا المصدر، فمثلا السيارة التي تقترب باتجاهك تكون ذات صوت عالي حاد (تواتر مرتفع) لكن نفس السيارة تصبح ذات صوت أجش (تواتر منخفض) بعد حتى تجتازك وتبدأ بالابتعاد عنك. فتواترات الأمواج الصوتية تختلف حسب سرعةالمصدر وسرعة الصوت في الهواء والاتجاه بينك وبين المصدر، لأنه في حالة اقتراب المصدر منك (الراصد) يصلك شيئا فشيئا مقدار أكبر من الأمواج فترصد تواترا أعلى لأمواج الصوت لكن حينما يبتعد المصدر عنك تتلقى تواترا منخفضا .

ينطبق نفس هذا المبدأ على الأمواج الضوئية فإذا كان المنبع الضوئي يبتعد عنا فهذا يعني حتى تواترات الأمواج المستقبلة ستكون أقل، أي منزاحة نحوالأحمر. أما إذا كان المنبع يقترب فستكون الأمواج الضوئية المستقبلة منزاحة نحوالأزرق(البنفسجي).

التصور البدئي كان يعتقد حتى المجرات تتحرك عشوائيا وبالتالي كان التسقط حتى عدد الانزياحات نحوالأحمر سيساوي الانزياحات نحوالأزرق وسيكون المحصلة معدومة (لا إنزياح) لكن رصد هابل بجدولة أبعاد المجرات ورصد طيوفها مثبتا حتى جميع المجرات تسجل انزياحا نحوالأحمر أي حتى جميع المجرات تبتعد عنا، أكثر من ذلك حتى مقدار الانزياح نحوالأحمر (الذي يعبر هنا عن سرعة المنبع الضوئي أي المجرة) لا يختلف عشوائيا بين المجرات بل يتناسب طردا مع بعد المجرة عن الأرض ، أي حتى سرعة ابتعاد المجرات عن الأرض تتناسب مع بعدها عن الأرض . العالم ليس ساكنا كما كان الاعتقاد سائدا وإنما آخذ في الاتساع . كانت مفاجأة أذهلت الكثير من الفهماء.

رغم حتى ظاهرة التثاقل الموجودة في الكون كانت كافية لتدلنا حتى الكون لا يمكن انقد يكون سكونيا بل يجب حتى يتقلص تحت تأثير ثنطقته ما لم يكن أساسا متوسعا أويملك قوة مضادة للجاذبية، فإن نيوتن لم يناقش هذه الحالة وحتى أينشتاين رفض فكرة كون غير سكوني حتى أنه أضاف ثابتا كونيا يعاكس الثنطقة ليحصل على كون سكوني. الوحيد الذي قبل النسبية العامة كما هي ومضى بها إلى مداها كان ألكسندر فريدمان .

وضع ألكسندر فريدمان فرضيتين بسيطتين :

• الكون متماثل في جميع مناحيه .
• جميع نقاط الرصد متشابهة ويظهر منها الكون بنفس حالة التماثل (فلا أفضلية لمسقط رصد على آخر) .

نتيجة ذلك حصل فريدمان على ثلاثة نماذج تناقش حركية الكون وإمكانيات توسعه وتقلصه .

إشعاع الخلفية الكونية الميكروي

في معامل بل بنيوجرزي كان أرنوپنزياس وويلسون يختبران كاشفا للأمواج السنتيمترية (أمواج كهرومغناطيسية تواترها عشرة مليارات في الثانية (ميكروويف))، وكانت المشكلة ان جهازهما كان يستقبل إشعاعات مشوشة أكثر مما ينبغي. الإشعاعات المشوشة كانت أشد عندماقد يكون الجهاز في وضع شاقولي منها عندما تكون في وضع أفقي. أما فرق الشدة بين الوضع الشاقولي وجميع الاتجاهات الأفقية فكان ثابتاً.

كان هذا يعني حتى مصدر هذا الإشعاع من خارج الأرض ، وأنه لا يتأثر بحالات الليل والنهار ولا اختلاف الفصول مما يعني أيضا أنه من خارج المجموعة الشمسية، وحتى خارج مجرتنا ، وإلا فإن حركة الأرض تغير جهة الجهاز ومن المفروض ان تغير شدة الإشعاع المشوش .

كان هذا الإشعاع غريبا في تماثله في جميع نقاط العالم المرصود فهولا يتغير من جهة رصد لأخرى ولا من نقطة لأخرى . كان ديك وبيبلز من جهة اخرى يدرسان اقتراح غاموف (تلميذ فريدمان) والذي يقول حتى العالم بما أنه كان تعبير عن جسم ساخن وكثيف جدا ومشع في بداية أمره فإن إشعاعه لا بد أنه باق إلى الان . كما حتى توسع الكون لا بد حتى ينزاح نحوالأحمر (مفعول دوبلر) وأن يصبح بشكل إشعاع سنتمتري.

عندئذ استوعب بنزياس وويلسون ان ما رصداه ما إلا بقايا إشعاع الكون البدئي الذي أطلق عليه لاحقا اسم : (إشعاع الخلفية الكونية الميكروي ) .

نماذج فريدمان

استنتج فريدمان من فرضيتيه نموذجا واحدا يتحدث عن كون يتوسع كالبالون بحيث حتى جميع البقع على سطح البالون تبتعد عن بعضها البعض . لا يوجد في هذا النموذج أي مركز للكون فلا يوجد أي شيء داخل النفاخة والكون لا يمثل أكثر من هذا السطح المتوسع . يتحدث نموذج فريدمان أيضا عن كون يتوسع بمعدل بطيء بحيث يصل إلى فترة توازن ثم يبدأ التثاقل بتقليص الكون ليعود إلى حالته البدئية المضغوطة (في البداية تتزايد المسافات بين المجرات حتى حد أعلى ثم تبدأ بالتناقص بعمل الجازبية لتعود المجرات إلى التلاصق من حديث . ). يتنبأ هذا النموذج أيضا بانزياح طيف المجرات نحوالأحمر بشكل متناسب مع بعد المجرات عنا (وهذا يتلائم مع نتائج رصد هابل) .

عام 1935 أوجد الأمريكي روبرتسون والبريطاني ولكر نموذجان إضافيان انطلاقا من فرضيتي فريدمان نفسهما ، في هذين النموذجين : يبدأ الكون بالتوسع من حالة كثيفة جدا بمعدل توسع عال جدا لدرجة حتى التثاقل لا يمكنه إيقاف هذا التوسع فيستمر التوسع إلى ما لا نهاية (استمرار زيادة المسافات بين المجرات) ، في الحالة الأخرى يبدأ الكون بالتوسع بمعدل متوسط إلى ان يصل لفترة يتوازن بها التوسع مع التقلص الثنطقي فيصبح في حالة ثابته لا تتوسع ولا تتقلص (تصل المسافات بين المجرات إلى قيمة ثابتة لا تتغير بعدها ).

تاريخ الانفجار العظيم

تطورت نظرية الانفجار العظيم من ملاحظات واعتبارات نظرية. الملاحظات الأولى كانت واضحة منذ زمن وهي ان السدم اللولبية spiral nebulae تبتعد عن الأرض، لكن من سجل هذه الملاحظات لم يمضى بعيدا في تحليل هذه النتائج . في عام 1927 قام الكاهن البلجيكي جورج لميتر Georges Lemaître باشتقاق معادلات فريدمان-لميتر-روبرتسون-ووكر إنطلاقا من نظرية آينشتاين العامة واستنتج بناء على تقهقر السدم الحلزونية spiral nebulae حتى الكون قد بدأ من إنفجار "ذرة بدئية" ، وهذا ما دعي لاحقا بالانفجار العظيم Big Bang. في عام 1929 ، أثبت إدوين هابل Edwin Hubble نظرية لميتر بإعطاء مرشد رصدي للنظرية . اكتشف هابل حتى المجرات تبتعد وتتراجع نسبة إلى الأرض في جميع الاتجاهات وبسرع تتناسب طردا مع بعدها عن الأرض ، هذا ما عهد لاحقا باسم قانون هابل . حسب المبدأ الكوني cosmological principle فإن الكون لا يملك إتجاها مفضلا ولا مكانا مفضلا لذلك كان استنتاج هابل ان الكون يتوسع بشكل معاكس تماما لتصور آينشتاين عن كون ساكن static universe تماما .

مراحل تطور الانفجار

بناءا على قياسات الانفجار الكوني باستخدام مستعر أعظم نمط Iأ Type Ia supernova وقياسات إشعاع الخلفية الميكروية الكونية cosmic microwave background radiation ، وقياسات دوال الارتباط للمجرات، يمكن حساب عمر الكون على أنه 13.7 ± 0.2 مليار عام. توافق هذه القياسات الثلاثة يعتبر دليلا قويا على ما يدعى نموذج لامبدا-سي دي ام Lambda-CDM model الذي يصف تفصيلا طبيعة محتويات الكون.

الكون البدئي كان مملوءاً بشكل متجانس بكثافة طاقية عالية ودرجات حرارة وضغط عاليين. يقوم الكون بالتوسع والتبرد (كنتيجة لتوسعه) ليمر بفترة انتنطق طور phase transition مماثلة لتكاثف البخار أوتجمد الماء عند تبرده، لكنها هنا انتنطق طور للجسيمات الأولية.

تقريبا بعد 10^-35 ثانية من فترة بلانك يؤدي الانتنطق الطوري إلى خضوع الكون لنموأسي exponential growth خلال فترة تدعى التوسع الكوني cosmic inflation . بعد توقف التوسع ، تكون المكونات المادية للكون بشكل بلازما كوارك-گلوون quark-gluon plasma (انظر [1])

وفي حين يستمر الكون بالتوسع تستمر درجة الحرارة بالانخفاض. عند درجة حرارة معينة ، يحدث انتنطق غير معروف لحد الآن يدعى اصطناع باريوني baryogenesis ، حيث يتم اندماج الكوراكات والباريونات معا لانتاج باريونات مثل البروتونات والنترونات ، منتجا أحيانا اللاتناظر الملاحظ بين المادة والمادة المضادة. درجات حرارة أكثر انخفاضا بعد ذلك تؤدي للمزيد من انتنطقات الأطوار الكاسرة للتناظر التي تنتج القوى الحالية في الفيزياء والجسيمات الأولية كما هي حاليا .

الجدول الزمني للانفجار العظيم

جدول زمني للانفجار العظيم

الأديان ونظرية الانفجار العظيم

آراء المسلمين

يعتقد المسلمون حتى الله هوخالق الكون من العدم ، إلا أنهم لا يرفضون نظرية الإنفجار الكبير لاعتقادهم أنه تمت الإشارة إليها في القرآن (وذلك ضمن ما يعهد بالإعجاز الفهمي في القرآن.

نطق الله تعالى : ( أَوَلَمْ يَرَ الَّذِينَ كَفَرُوا أَنّ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضَ كَانَتَا رَتْقاً فَفَتَقْنَاهُمَا وَجَعَلْنَا مِنَ الْمَاءِ كُلَّ شَيْءٍ حَيٍّ أَفَلَا يُؤْمِنُون )[الأنبياء:الآية30] .

(الفتق ): فتق الشيء شقَّه .

أما الرتق فهوضد الفتق ، رتق بمعنى التأم .

تشير الآية إلى حتى السماء والأرض كانتا ملتئمتين أي كتلة واحدة ففتقهما الله سبحانه

وقد اخبرنا الله بهذه الحقيقة قبل 14 قرن .

• رأي آخر :

في كتاب حقائق فهمية في القرآن الكريم للأستاذ زغلول راغب محمد النجار (رئيس الإعجاز الفهمي للقرآن الكريم والسنة المطهرة في المجلس الأعلى للشؤون الإسلامية ) :

أن الكون في القديم كان في حالة الرتق وكان تعبير عن جرم صغير ثم وقع انفجارعظيم أوفتق الرتق بالاستشهاد بالآية السابقة وبدأ بالتوسع وسرعته تقارب سرعة الضوء فنطق تعالى : (والسماء بنيناها بأييد وإنا لموسعون)[سورة الذاريات:الآية47]

ويختلف الفهماء في هذا الوضع فمنهم من يقول حتى الكون مفتوح وسيبقى يتسع لما لا نهاية .

ومنهم من يقول أنه منغلق بمعنى أنه يفقد من قوة الدفع إلى الخارج باستمرار حتى تتوقف عملية الاتساع وحينئذ تبدأ قوى الجاذبية في لم أطراف الكون في عملية معاكسة لعملية انفجار الكون وتمدده يسميها الفهماء (عملية الانسحاق الشديد) أوعملية (رتق الفتق) تقوم بإعادة الكون إلى حالة الجرم الابتدائي الأول الذي بدأ منه الخلق ونحن معشر المسلمين ننتصر لتلك النظرية ، ونرتقي بها إلى مقام الحقيقة وذلك انطلاقا من قول الحق تبارك وتعالى:(يوم نطوي السماء كطي السجل للخط كما بدأنا أول خلق نعيده وعدا علينا إنا كنا فاعلين)[سورة الأنبياء: الآية 104]

وصلات خارجية

• الذرات تحمل سر الانفجار الكبير

مصادر

• الكون - تأليف دافيد برجاميني - مخطة لايف الفهمية - بيروت - 1971م.
• النسبية بين نيوتن وأنشتاين - تأليف د. طالب ناهي الخفاجي - 1978م.
• الكون الأحدب - تأليف د. عبد الرحيم بدر - بيروت - لبنان - 1980م.
• آينشتين والنظرية النسبية - د. محمد عبد الرحمن أهلا - دارالقلم - بيروت - الطبعة الثامنة - شباط - 1981م.
• الكون الراديوي - تاليف جي. أس . هي -ترجمة عبد الكريم علي - بغداد -1991م.
• مسقط الكون

مراجع