الدقائق ( 3 ) الأولى من عمر الكون ( 1 )
مقدمة :
ولد الكتاب بمحاضرات قدمت فى سنة ( 1973 )
لتدشين المركز العلمى للطلاب غير المتخرجين فى جامعة ( هارفورد ) حيث وجد بحث
كوزمولوجى صغير إلا أن العمل الأساسى كان يستهدف فيزياء الأشياء الصغيرة جدا ( نظرية
الجسيمات الأولية ) حيث أنه فى السنوات الأخيرة كانت غنية لأقصى حد بتطورات جديدة
بالنسبة لفيزياء الجسيمات الأولية فقد وجد كتاب يتحدث عن بداية الكون حيث أن مشكلة
التكوين هى بداية الكون ولاسيما أول جزء من ( 100 ) من الثانية حيث تمت
الرابطة بين نظرية ( الجسيمات الأولية ) وبين ( الكوزمولوجية ) حيث أن اللحظة
الحاضرة هى أنسب لحظة لوضع كتاب عن بداية الكون لأن السنوات ( 10 ) الأخيرة هى
التى شهدت ظهور نظرية منفصلة تشرح مجرى الحوادث فى بداية تاريخ الكون والنظرية
لقيت موافقة الأغلبية من رجال العلم لذلك اعتمدت ( بالنظرية القياسية ) فالذى يثير
الاهتمام فى نهاية النظرية القياسية أنه يمكن القول بالضبط كيف كان الكون ( Universe ) فى نهاية
الثانية الأولى أو فى نهاية الدقيقة الأولى أو فى نهاية السنة الأولى حيث يمكن
معالجة المسائل حتى الجانب العددى منها حيث أن درجة حرارة الكون فى هذه اللحظة
وكثافته ومسلكه الكيميائى كانت بهذا القدر حيث لا يوجد يقين مطلق فى هذا المجال
إلا أنه من المثير الاعتقاد أنه يمكن التحدث عن هذه القضايا بشىء من الطمأنينة حتى
إن الشعور أو التشويق فيجب تحديد القراء الذين سيهتمون بهذا الكتاب حيث أن القراء
الذين يرغبون فى تفاصيل البراهين دون أن يكون رياضيا أو فيزيائيا فعلى الرغم من
إدخال أفكار علمية معقدة لحد ما إلا أنه لا توجد رياضيات فى الكتاب نفسه ما عدا
قليل من الحساب كما لا تحتاج قراءته إلا إلى القليل من المعارف المسبقة عن
الفيزياء والفلك حيث تم إضافة معجم يضيف تعاريف الكلمات الفلكية والفيزيائية كما
تم كتابة أعداد ك ( 100 مليار ) بالكلمات وحدها من أكثر من استعمال الطريقة
العلمية المناسبة ( 10 اس 11 ) غير أن هذا لا يعنى محاولة تأليف كتاب سهل حيث أن
الكتاب تم الحاقه ببعض الملحقات الرياضية حيث أن الملحقات الرياضية هى سوية السنين
فى الجامعتين الأولى والثانية للرياضيات والفيزياء حيث أن معظم الحسابات التى تلعب
دورا هاما فى ( الكوزمولوجيا ) هى فى الحقيقة سهلة لحد ما ولا تدخل الدقائق (
النسبية العامة / الفيزياء النووية ) إلا هنا وهناك وعن طريق تعميق المعارف فى هذا
المجال لتسوية تكنولوجيا متخصصة سنجد قائمة بعدة مباحث متخصصة ومنها الكتاب الذى
عنوانه ( مراجع مقترحة ) إلا أن الكتاب لا يمكن أن يكون فى حال من الأحوال كتابا
يعالج سائر الجوانب الكوزمولوجية فيوجد ميدان تفليدى لهذا العلم مخصص بوجه رئيسى
لدراسة بنى العوالم الكبيرة فى الكون الحالى كالجدال حول الطبيعة بعد المجربة
للسدم الحلزونية واكتشاف انحراف أطياف المجرات ( Galaxies ) البعيدة
نحو الأحمر وعلاقته بابعادها عنها ونماذج ( آينشتين / ديستير / فريدمان ) الكونية
التى أسست نظرية ( النسبية العامة ) حيث تم شرح هذا القسم من ( الكوزمولوجيا ) فى
مؤلفات ممتازة حيث إن القيام بدراسة مستفيضة جامعة مانعة حيث أن الدراسة فى هذا
الكتاب تنصب على بدء الكون وخاصة عن التصور الجديد للكون البدائى الذى أظهره للنور
اكتشاف الخلفية الكونية للأشعة الميليمترية سنة ( 1965 ) حيث إن نظرية ( التوسع
الكونى ) تؤلف عنصرا أساسيا للفهم الراهن لبدء الكون حيث أن مدخل العرض الموجز
للفصل ( 2 ) للجوانب التقليدية جدا فى الكوزمولوجيا حيث أن الفصل ( 2 ) سيشكل
قاعدة كافية لمساعدة القارىء حتى الذى لا يملك أى معرفة كوزمولوجية مسبقة على
متابعة التطورات الحديثة للنظريات التى تتحدث عن بداية الكون حيث أن الذى يبحث عن
مدخل معمق حول أقدم الأقسام من
( الكوزمولوجيا ) إلا العودة للمؤلفات التى
أدرجت تحت عنوان ( مراجع مقترحة ) فى المقابل لا يوجد حسب معرفة أى عرض كامل
مترابط لأحداث التطورات الكوزمولوجية حيث أن مزاولة عمل صغير فى البحث يتعلق بوجه
خاص فى المشكلة المثيرة التى يطرحها غياب بحث تجريبى عن المصدر الكونى للإشعاع
المليمترى قبل سنة ( 1965 ) وهذه النقطة نوقشت فى الفصل ( 6 ) ولكن ذلك لا يعنى اعتبار
هذا الكتاب قصة ما بعدها قصة وهذه التطورات حيث أن كتابة الأبحاث الكوزمولوجية فى
الأعوام ( 30 ) الأخيرة .
1 )
مدخل ( المارد والبقرة ) :
إن الأساطير النرويجية التى جمعت سنة ( 1220
) حيث عثر على تفسير لنشأة الكون حيث فى البداية لم يوجد شىء لا أرض ولا سماء
فوقها بل هاوية فاغرة ولا وجود لعشب فى أى مكان فى شمال العدم وجنوبه حيث تمتد
مناطق من الجليد والنار
وحرارة النار تزيد قليلا من الجليد ومن قطرات
السائل ولد مارد فماذا كان يأكل ؟ يبدو أنه يوجد بقرة ولكن ما الذى كانت تأكله
البقرة ؟ لا بد أنه كان يوجد ملح .
حيث أن الوصف لنشأة الكون ليس مرضيا فحتى لو
تركت جانب الاعتراضات التى تستدل عنها أدلة قال عن قيل فإن القصة تثير الكثير من
المشاكل بقدر ما تحل وكل رد على اعتراض سيجر إلى تعقيد جديد فى الظروف الابتدائية
إلا أن البداية يجب ألا تبعث على الابتسام وألا تدع البشرية تهمل كل تأثير (
كوزمولوجى ) فالرغبة فى إعادة رسم تاريخ الكون منذ نشأته هى رغبة ملحة لا يمكن
دفعها ومنذ ولد العلم الحديث فى القرنين ( 16 و 17 ) ما انفك الفزيائيون والفلكيون
يقلبون مسألة أصل الكون على كل جوانبها إلا أن الأبحاث كانت لها دائما سمعة سيئة
إلى حد ما حيث إن دراسة أصل الكون وعند بداية الأبحاث الخاصة حول أمور أخرى فى (
50 / ق 20 ) كانت تعد بوجه عام نوعا من الأمور التى لا يصح لعالم محترم أن يضيع
وقته فيها وهذا حكم لا يفتقر إلى أساس ففى الجزء الأكبر من تاريخ الفلك والفيزياء
لم يوجد ما يكفى من المشاهدات ولا من الأسس النظرية لوضع تاريخ لنشأة الكون ولكن
الأمور تغيرت فى السنوات ال ( 10 ) الأخيرة إذ أن نظرية عن أصل الكون شاعت جدا حتى
أن الفلكيون يدعونها ( بالنموذج القياسى ) وهذه النظرية هى نظرية ( الانفجار
العظيم / Big Bang
) ولكنها فاقتها بالوصف والأكثر دقة حول محتوى الكون ولكى تكون الصورة أكثر وضوحا
قد يبدأ بتلخيص قصة الكون كما يعرضها النموذج القياسى فالذى تم عرضه لا يتعدى إلمامة
قصيرة شاملة بينما ستدخل الفصول التالية فى تفاصيل نشأة الكون ويتم شرح ما يوجد من
الأسباب التى تدعوا إلى أن نضيفها وحيدا من العناية ففى البداية حدث انفجار لكنه
ليس انفجارا كالذى يمكن مشاهدته على الأرض فالانفجار الأخير ينطلق من مركز معين
ويمتد حتى يشمل حجما متزايدا من الهواء المحيط به وإنما هو انفجار حدث فى كل مكان
وفى آن واحد فملأ الفضاء كله منذ البدء وهرب كل جسيم عن ما عداه حيث أن ( الفضاء
كله ) يمكن أن يعنى كل فضاء كون لا منتهى كما يعنى كل فضاء منتهى أى منحنى منغلق
على نفسه فلن يسهل تصور الإمكانية الأولى ولا الثانية غير أن الصعوبة لا تمنع من
المتابعة وكون الفضاء منتهيا أو غير منتهى أمر لا أهمية له من الناحية العملية عند
بدء الكون بعد جزء من ( 100 ) من الثانية وهى أقدم لحظة يمكن التحدث عنها بشىء من
الاطمئنان والثقة حيث هبطت درجة حرارة الكون إلى ما يقرب من ( 100 مليار ) ( 10 اس
11 درجة م ) وهذه أسخن من مركز أكثر النجوم حرارة لا بل إنها حارة إلى حد أن كل
مكونات المادة العادية ( الجزيئات / الذرات / النوى الذرية ) لا يمكن أن تحتفظ
بتماسكها وبدلا من العناصر المركبة كانت المادة المضطربة فى أتناء الانفجار مكونة
من مختلف أشكال ( الجسيمات الأولية ) أى تلك الجسيمات التى هى موضع الفيزياء النووية
الحديثة فى الطاقات العالية فالجسيمات ستصادفها دائما فى الكتاب ولكن سيتم
الاكتفاء بالتى هى أكثر عددا فى بداية الكون حيث يتم تأجيل الشروح الأكثر تفصيلا
للفصلين ( 3 و 4 ) حيث إن الجسيمات التى كانت بوجه خاص وفيرة فى بداية الكون هى (
الإلكترونات ) وهى جسيمات مشحونة بكهرباء سالبة وهى الجسيمات التى تنتقل بأعداد
كبيرة فى الأسلاك المعدنية لتشكل التيارات الكهربائية كما تؤلف القسم الخارجى من
ذرات الكون الحالى وجسيماته وكان يوجد فى البدء نوع آخر من الجسيمات العديدة جدا
هى ( البوزيترونات ) وهى مشحونة إيجابيا وكتلتها هى كتلة ( الإلكترونات )
والبوزيترونات لا نجدها فى الكون إلا فى المخابر ذات الطاقة العالية أو فى أثناء
بعض العمليات الإشعاعية أو فى ظروف فلكية عنيفة كالأشعة الكونية والسوبرنوفا ولكن
فى البدء كان يوجد من ( البوزيترونات ) بقدر ما يوجد من ( الإلكترونات ) وعلاوة
على الإلكترونات والبوزيترونات كان يوجد وبأعداد متقاربة مختلف أنواع ( النيوترينو
) وهى جسيمات شبحية لا كتلة لها ولا شحنة حيث كان الكون مفعلا بالضياء ولكن الضوء
يجب ألا يعد شيئا بعيدا أو منفصلا عن الجسيمات حيث علمت النظرية الكوانتية أن
الضوء مكون من جسيمات ذات كتلة وشحنة معدومتين ( الفوتونات ) ففى كل مرة تنتقل
فيها ذرة داخل السلك الصغير فى مصباح كهربى من حالة طاقة إلى أخرى أخفض منها ينطلق
( فوتون ) ومن انبوب كهربى أى مصباح يصدر عدد كبير من ( الفوتونات ) حتى تبدو على
شكل دفقة متصلة من النور ولكن يمكن لخلية ضوئية أن تعد الفوتونات فرادى أى واحدا
واحدا وكل ( فوتون ) ينقل كمية طاقة وحركة محددتين تتوافقان على طول موجة الضوء
ولكى نصف الضوء الذى كان يملأ الكون فى البداية حيث أن عدد ( الفوتونات ) وطاقاتها
الوسطى كانا متساويين تلك التى ملئت بالإلكترونات والبوزيترونات والنيوترينو حيث
كانت الجسيمات ( الإلكترونات / البوزيترونات / النيوترونات / الفوتونات ) تولد بلا
انقطاع من الطاقة الصرفة ثم تتلاشى من جديد بعد حياة قصيرة فعندها لم يكن محددا
سلفا ولكنه كان ثابتا نتيجة للتوازن بين عملية الخلق والتلاشى واعتمادا على
التوازن يمكن استنتاج أن كثافة الحساء الكونى فى درجة حرارة ( 100 مليار ) = 4
مليارات مرة من كثافة الماء وكانت توجد نسبة ضعيفة من الجسيمات الأثقل (
البروتونات / النيوترونات ) أى الجسيمات التى تشكل نوى الذرات فالبروتونات مشحونة
إيجابيا والنيوترونات وهى أثقل قليلا حيادية كهربائيا أى لا شحنة لها والبروتونات
والنيوترونات يوضعان معا تحت ( النيكلونات ) وكانت النسبة تقرب من بروتون واحد
ونيوترون واحد لكل مليار إلكترون أو بوزيترون أو نيوترينو أو فوتون حيث إن العدد (
مليار فوتون ) مقابل كل ( نيكلون ) التى هى الكمية الأساسية التى يجب تعينها لبناء
صرح ( النموذج القياسى ) وقد ساعد اكتشاف إشعاع الخلفية الكونى التى ستكون موضع
الفصل ( 3 ) على قياس العدد بالضبط وكلما تابع الانفجار سيره هبطت درجة الحرارة
أولا إلى ( 30 مليار ) ( 3 × 10 اس 10 درجة م ) بعد
( عشر ثانية ) ثم إلى ( 10 مليار درجة م )
بعد ثانية ثم إلى ( 3 مليار درجة م ) بعد ( 24 ث ) وهذه حرارة تكفى برودتها لأن
يتسنى للإلكترونات والبوزيترونات أن تبدأ فى التلاشى بسرعة أكبر من أن يمكنها أن
تولد من جديد من الفوتونات والنيوترينو والطاقة المحررة ومن عملية التلاشى أبطأت
إلى حين اطراد الكون غير أن درجة الحرارة استمرت بالهبوط حتى بلغت فى نهاية
الدقائق ( 3 ) الأولى ( 1 مليار درجة ) والحرارة منخفضة إلى حد كاف الذى يتيح
للبروتونات والنيوترونات أن تكون معا نوى الذرات المعقدة مبتدئة من نواة
الهيدروجين الثقيل أو ( الديليترون ) المكون من إلكترون واحد ونيوترون واحد وكانت
الكثافة لا تزال مرتفعة إلى حد ما ( أقل قليلا من كثافة الماء ) بحيث كان فى
استطاعة النوى الخفيفة أن تتجمع بسرعة لتكون نواة خفيفة أكثر استقرارا وهى نواة (
الهليوم ) التى تحتوى على بروتونيين ونيوترونيين فى نهاية الدقائق
( 3 ) الأولى حيث كان محتوى الكون مؤلفا
بصورة أساسية من الضوء والنيوترونات والنيوترونات المضادة وكانت توجد كميات صغيرة
من النوى الذرية التى كانت ( 73 % ) منها من الهيدروجين و ( 22 % ) منها هليوم
وكمية قليلة من الإلكترونات التى استمرت موجودة بعد فترة نلاشى الإلكترونات مع
البوزيترونات حيث أن المادة كلها استمرت فى الاندثار وقد ظلت حرارتها وكثافتها
تتناقصان بانتظام وبعد زمن طويل أى بضعة آلاف من السنين انخفضت الحرارة إلى حد
يكفى لأن تأسر النواة الإلكترونات مكونة معها ذرتى الهيدروجين والهليوم وعندئذ
تكاثف الغاز المتشكل هنا وهناك تحت تأثير قوى الجاذبية
( Gravity ) إلى أن
انتهى التكاثف إلى انهيار المادة على ذاتها لتكون مجرات الكون الحالى ونجومه ولكن
المقومات الضرورية لولادة النجوم كانت مهيأة فى نهاية الدقائق ( 3 ) الأولى حيث أن
( النموذج القياسى ) الذى تم رسم خطوطه العامة ليس أكثر النظريات المتخيلة إقناعا لتفسير
نشأة الكون فهو ينطوى على عدم اليقين نفسه وحتى حول البدء ذاته أى حول الجزء الأول
من ( 100 ) من الثانية الأولى ثم إنه يتطلب اختيار الظروف الابتدائية لاسيما
النسبية الابتدائية لجسم نووى من أجل كل ( مليار فوتون ) حيث كان يفضل نظرية تتصف
بالحتمية القوية حيث أن ( النموذج الاستقرارى ) يبدو أكثر إغراء من وجهة نظر
فلسفية فحسب النظرية التى اقترحت فى نهاية ( 40 / ق 20 ) وبصيغة مختلفة نوعا ما حيث
أن الكون دائما فى حالة خلق دائم للمادة يصاحب انتشارها ويشغل الفضاء الفارغ الذى
تتركه المادة بين المجرات فالنظرية يمكنها افتراضا أن تفسر لماذا كان الكون على
الصورة المعروفة حاليا ؟ فالنظرية تخبر أن الكون دائما هكذا أما بالنسبة لنشأة
الكون فقد أفرغت من مضمونها إذ لا يوجد بداية للكون .
س : لماذا اقترح أن ( النموذج القياسى ) ؟
ولماذا احتل مكانة النظريات الأخرى ( كالنموذج الاستقرارى ) ؟ حيث إن الإجماع كان
نتيجة لضغط وقائع اختبارية وهذه نتيجة يمكن أن تضم إلى الرصيد الموضوعى فى
الفيزياء الفلكية حيث أن الفصلين
( 2 و 3 ) سيضيفان المؤشرين الأساسيين التى
قدمتها الأرصاد الفلكية والذين أودى لبناء ( النموذج القياسى ) وهما اكتشاف هروب
المجرات البعيدة واكتشاف الحقل المركزى الضعيف الذى يملأ الكون وعن طريق المحاولة
للعرض من الكوزمولوجيا الرصدية أن يتم ترتيب الحقائق التجريبية بطريقة نصل منها
إلى صورة مترابطة عن الظروف الفيزيائية التى كانت سائدة فى بداية الكون إذ سيساعد
ذلك على العودة للدقائق ( 3 ) الأولى بتفصيل أكثر وسنلجأ لطريقة العرض السينمائى
التى تبدو ملائمة للغرض فيتم تأمل توسع الكون واطراده وتحضيره للكون الحالى وسنحاول
الاقتراب من عصر ما زال مغلقا بالغموض ألا وهو أول جزء من ( 100 ) من الثانية .
أسامه ممدوح عبد الرازق مصطفى شرف
1 / 6 / 2024
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق