المقدمة
منذ حوالي 13.8 مليار سنة ، بدأ الكون كما نعرفه. هذه اللحظة ، المعروفة باسم الانفجار الكبير ، هي عندما بدأ الفضاء نفسه في التوسع بسرعة. في وقت الإنفجار الكبير ، يتناسب الكون المرئي (بما في ذلك مواد ما لا يقل عن 2 تريليون مجرة) في مساحة أقل من سنتيمتر واحد. الآن ، يبلغ الكون المرئي 93 مليار سنة ضوئية ولا يزال يتوسع.
هناك العديد من الأسئلة حول الإنفجار الكبير ، خاصة حول ما حدث قبله (إن وجد). لكن العلماء يعرفون بعض الأشياء. تابع القراءة للحصول على بعض أكثر الاكتشافات المذهلة حول بداية كل شيء.
الكون يتوسع
حتى عام 1929 ، غطت أصول الكون بالكامل في الأسطورة والنظرية. لكن في ذلك العام ، اكتشف عالم فلك مغامر يدعى إدوين هابل شيئًا مهمًا جدًا حول الكون ، شيئًا سيفتح طرقًا جديدة لفهم ماضيه: كل شيء يتوسع.
اكتشف هابل اكتشافه بقياس ما يسمى الانزياح الأحمر ، وهو التحول نحو أطوال موجية حمراء أطول للضوء تظهر في المجرات البعيدة جدًا. (كلما كان الجسم أبعد ، كلما كان الانزياح الأحمر أكثر وضوحًا.) وجد هابل أن الانزياح الأحمر يزداد خطياً مع المسافة في المجرات البعيدة ، مما يشير إلى أن الكون ليس ثابتًا. إنها تتوسع في كل مكان في نفس الوقت.
تمكنت هابل من حساب معدل هذا التوسع ، وهو رقم يعرف باسم ثابت هابل ، وفقًا لوكالة ناسا. كان هذا الاكتشاف هو الذي سمح للعلماء باستنباط الظهر ونظرية أن الكون كان مرتبطًا في نقطة صغيرة. أطلقوا على اللحظة الأولى من توسعها الانفجار الكبير.
إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف
في مايو 1964 ، كان أرنو بنزياس وروبرت ويلسون ، الباحثان في مختبرات Bell Telephone ، يعملان على بناء جهاز استقبال لاسلكي جديد في نيو جيرسي. استمر هوائيهم في التقاط ضجيج غريب بدا أنه يأتي من كل مكان ، طوال الوقت. اعتقدوا أنه قد يكون الحمام في المعدات ، لكن إزالة الأعشاش لم تفعل شيئًا. لم تفعل محاولاتهم الأخرى للحد من التدخل. أخيرًا ، أدركوا أنهم كانوا يلتقطون شيئًا حقيقيًا.
اتضح أن ما اكتشفوه هو أول ضوء للكون: إشعاع الخلفية الكونية الميكروي. يعود هذا الإشعاع إلى حوالي 380،000 سنة بعد الانفجار العظيم ، عندما تبرد الكون في النهاية بما يكفي للفوتونات (الجسيمات الشبيهة بالموجة التي تشكل الضوء) للسفر بحرية. قدم الاكتشاف الدعم لنظرية الانفجار الكبير وللمفهوم القائل بأن الكون توسع بسرعة أكبر من سرعة الضوء في أول لحظة له. (وذلك لأن الخلفية الكونية موحدة تمامًا ، مما يوحي بتوسيع سلس لكل شيء دفعة واحدة من نقطة صغيرة.)
خريطة السماء
فتح اكتشاف خلفية الميكروويف الكونية نافذة على أصول الكون. في عام 1989 ، أطلقت وكالة ناسا قمرًا صناعيًا يسمى مستكشف الخلفية الكونية (COBE) ، والذي يقيس الاختلافات الطفيفة في إشعاع الخلفية. وكانت النتيجة "صورة طفولية" للكون ، وفقًا لوكالة ناسا ، التي تُظهر بعض الاختلافات الأولى في كثافة الكون المتوسع. ربما أدت هذه الاختلافات الضئيلة إلى ظهور نمط المجرات والفضاء الفارغ ، المعروف باسم الشبكة الكونية للمجرات ، التي نراها في الكون اليوم.
دليل مباشر على التضخم
كما مكنت الخلفية الكونية للميكروويف الباحثين من العثور على "مسدس التدخين" للتضخم - هذا التوسع الهائل وأسرع من الضوء الذي حدث في الانفجار الكبير. (على الرغم من أن نظرية آينشتاين عن النسبية الخاصة تنص على أنه لا يوجد شيء يسير أسرع من الضوء عبر الفضاء ، إلا أن هذا لم يكن انتهاكًا ؛ اتسع الفضاء نفسه.) في عام 2016 ، أعلن علماء الفيزياء أنهم اكتشفوا نوعًا معينًا من الاستقطاب ، أو الاتجاه ، في بعض خلفية الميكروويف الكونية. يُعرف هذا الاستقطاب باسم "أوضاع B". كان استقطاب النمط B أول دليل مباشر على الإطلاق لموجات الجاذبية من الانفجار الكبير. يتم إنشاء موجات الجاذبية عندما تسرع أو تبطئ الأجسام الضخمة في الفضاء (أول ما تم اكتشافه على الإطلاق جاء من تصادم اثنين من الثقوب السوداء). توفر أنماط B طريقة جديدة للتحقيق المباشر في توسع الكون المبكر - وربما لمعرفة ما الذي دفعه.
لا أبعاد إضافية حتى الآن
كانت إحدى نتائج اكتشاف موجة الجاذبية أنها سمحت للعلماء بالبحث عن أبعاد إضافية ، تتجاوز الثلاثة المعتادة. وفقا للمنظرين ، يجب أن تكون موجات الجاذبية قادرة على العبور إلى أبعاد غير معروفة ، إذا كانت هذه الأبعاد موجودة. في أكتوبر 2017 ، اكتشف العلماء موجات الجاذبية من اصطدام نجمين نيوترونيين. قاموا بقياس الوقت الذي استغرقته الأمواج للانتقال من النجوم إلى الأرض ، ولم يجدوا أي دليل على أي تسرب خارج الأبعاد.
تشير النتائج ، التي نُشرت في يوليو 2018 في مجلة Cosmology and Astroparticle Physics ، إلى أنه إذا كانت هناك أي أبعاد أخرى ، فهي صغيرة - فهي ستؤثر على مناطق الكون التي يقل حجمها عن ميل واحد (1.6 كيلومتر). وهذا يعني أن نظرية الأوتار ، التي تفترض أن الكون مصنوع من أوتار اهتزازية صغيرة وتتنبأ بعشرة أبعاد على الأقل ، يمكن أن تكون صحيحة.
تسارع التوسع ...
أحد أغرب الاكتشافات في الفيزياء هو أن الكون لا يتوسع فحسب ، بل يتوسع بمعدل متسارع.
يعود هذا الاكتشاف إلى عام 1998 ، عندما أعلن علماء الفيزياء عن نتائج العديد من المشاريع طويلة الأمد التي قامت بقياس المستعرات الأعظمية الثقيلة بشكل خاص والتي تسمى المستعرات الأعظمية من النوع Ia. كشفت النتائج (التي فازت بالباحثين شاول بيرلموتر ، وبريان ب.شميت ، وآدم ج. ريس ، جائزة نوبل في عام 2011) ، عن أضعف مما كان متوقعًا من أبعد هذه السوبرنوفا. أظهر هذا الضوء الضعيف أن الفضاء نفسه يتسع: كل شيء في الكون يبتعد تدريجيًا عن أي شيء آخر.
يطلق العلماء على محرك هذا التوسع "الطاقة المظلمة" ، وهو محرك غامض يمكن أن يشكل حوالي 68٪ من الطاقة في الكون. يبدو أن هذه الطاقة المظلمة حاسمة في جعل نظريات بداية الملاحظات الملائمة للكون التي يتم إجراؤها الآن ، مثل تلك التي قام بها مسبار ويلكنسون الميكروويف المتغاير (WMAP) التابع لناسا ، وهي أداة أنتجت الخريطة الأكثر دقة للكون. خلفية الميكروويف حتى الان.
... أسرع من المتوقع
عمقت النتائج الجديدة من تلسكوب هابل ، الذي صدر في أبريل 2019 ، لغز الكون الآخذ في التوسع. تظهر القياسات من التلسكوب الفضائي أن توسع الكون أسرع بنسبة 9٪ من المتوقع من المشاهدات السابقة. بالنسبة للمجرات ، تترجم كل 3.3 مليون سنة ضوئية من الأرض إلى 46 ميلاً في الثانية (74 كم في الثانية) أسرع من الحسابات السابقة المتوقعة ، وفقًا لوكالة ناسا.
لماذا يهم هذا لأصل الكون؟ لأنه يجب أن يفتقد الفيزيائيون شيئًا ما. وفقًا لوكالة ناسا ، ربما كانت هناك ثلاث "انفجارات" منفصلة للطاقة المظلمة خلال الانفجار العظيم وبعد ذلك بوقت قصير. هذه الانفجارات مهدت الطريق لما نراه اليوم. ربما يكون الأول قد بدأ التوسع الأولي ؛ ربما حدثت ثانية أسرع بكثير ، مثل القدم الثقيلة التي تضغط على دواسة الغاز للكون ، مما يتسبب في تمدد الكون بشكل أسرع مما كان يعتقد سابقًا. قد يفسر انفجار الطاقة المظلمة النهائي التوسع المتسارع للكون اليوم.
لم يثبت أي من هذا - حتى الآن. لكن العلماء يبحثون. يستخدم الباحثون في جامعة تكساس في مرصد أوستن ماكدونالد أداة مطورة حديثًا ، تلسكوب هوبي إبيرلي ، للبحث عن الطاقة المظلمة مباشرة. يقيس المشروع ، تجربة Hope-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX) ، الضوء الخافت من المجرات البعيدة حتى 11 مليار سنة ضوئية ، مما سيسمح للباحثين برؤية أي تغييرات في تسارع الكون بمرور الوقت. سوف يدرسون أيضًا أصداء الاضطرابات في الكون الذي يبلغ عمره 400000 عام ، والذي تم إنشاؤه في حساء كثيف من الجسيمات التي تكونت كل شيء مباشرة بعد الانفجار العظيم. وهذا سيكشف أيضًا عن أسرار التوسع ويشرح الطاقة المظلمة التي دفعتها.
