مصير الكون
بالنسبة لعلماء الفلك في تسعينيات القرن العشرين، كانت هذه الحقائق الثلاث واضحة بذاتها: الكون يتوسع؛ كل المادة في الكون تجتذب جاذبيتها كل المادة الأخرى في الكون؛ وبالتالي، فإن توسع الكون يتباطأ.
كُلِّفَتْ وحدتان علميتان بتحديد معدل هذا التباطؤ. وتوصلتا إلى تحديد هذا المعدل، وسيعرفان مصير الكون هل يتباطأ التمدد بما يكفي ليتوقف في النهاية؟ أم أنه يتباطأ كثيرًا لدرجة أنه سيتوقف في النهاية، وينعكس مساره، وينتج عنه ارتدادٌ شبيهٌ بالانفجار العظيم؟
وكانت الإجابة التي توصل إليها الفريقان بشكل مستقل في عام 1998، هي العكس تماما مما كانا يتوقعانه.
لطالما انساق علم الكونيات وراء افتراضات غير مدروسة، تبيّن أنها خاطئة تمامًا. المثال الأبرز هو مركزية الأرض. على مدى ألفي عام قبل اختراع التلسكوب في أوائل القرن السابع عشر، اقترح بعض الفلاسفة أن الأرض تدور حول الشمس وليس العكس. لكن الغالبية العظمى من علماء الفلك استطاعوا ببساطة النظر إلى الأعلى والتأكد بأنفسهم. الشمس تدور حول الأرض. كان الدليل، في الواقع، بديهيًا.
لكن في ذلك الوقت، كان معظم تاريخ علم الفلك يعتمد على افتراضٍ غير مُتعمّد: ستظلّ السماوات بعيدة المنال. ومثل سجناء مثل أفلاطون، سنبقى إلى الأبد تحت رحمة قيودنا الإدراكية، نحاول فهم الحركات في عالم سماوي ثنائي الأبعاد يُعادل جدار كهف في الكون. لكن اختراع التلسكوب في العقد الأول من القرن السابع عشر قلب هذين الافتراضين رأسًا على عقب: فالأرض تدور حول الشمس، والسماوات في متناول أيدينا.
تلا ذلك المزيد من الاكتشافات التلسكوبية التي تناقضت، بدرجات متفاوتة، مع “حقيقة” بديهية تلو الأخرى: جبال على القمر، أقمار حول المشتري، نجوم جديدة، كواكب جديدة. وتبين أن بعض الافتراضات لم تكن مجرد افتراضات غير واردة، بل كانت مستحيلة. كيف يمكن لأي شخص في تاريخ الحضارة أن ينظر إلى زحل ويفكر: “أفترض أنه لا يحتوي على حلقات”؟
إن حقيقة توسع الكون ــ وهي الفرضية الرئيسية التي أدت إلى البحث في تسعينيات القرن العشرين عن معدل التباطؤ ــ كانت بمثابة كشف لم يتوقعه أحد، بما في ذلك المنظران اللذان جعلا الاكتشاف ليس فقط قابلاً للتصديق بل حتميا.
كان على إسحاق نيوتن، الأول، أن يخطو خطوتين منطقيتين غير بديهيتين ليصل إلى هذا الاستنتاج الصادم. كان عليه أن يتخيل أن الكون قادر على فعل ما لا يفعله بالضرورة: الانهيار. ثم كان عليه أن يتصور أنه يفعل العكس: الاتساع.
ألبرت أينشتاين، ثاني مُنظّر مهد الطريق لاكتشاف التمدد، هو من تصوّره. في نوفمبر 1915، قدّم المعادلات التي تقوم عليها نظريته النسبية العامة؛ وبعد 15 شهرًا، طبّق تلك المعادلات على ما صاغه في عنوان بحثه، “اعتبارات كونية”. ووفقًا لحساباته، ينبغي أن يكون الكون متقلبًا بمرور الوقت، إما في حالة تمدد أو انكماش. ولتجنب هذا التلميح المُقلق، أدخل مُتغيّرًا، وهو الرمز اليوناني لـ “لامدا”، لموازنة معادلته. ستكون قيمة “لامدا” هي القيمة المطلوبة لإرضاء رغبة أينشتاين في كون متوازن تمامًا.
كان “خطأ” كلٍّ من المنظّرين، كما وصف اينشتاين رفضه الثقة برياضياته، مفهومًا. نيوتن وأينشتاين، على الرغم من تفوقهما الفكري، كانا بشرًا. كان الكون ساكنًا. وإن وُجد دليل على العكس، فهو بالتأكيد ليس واضحًا.
ثم حدث ذلك. في أوائل عشرينيات القرن الماضي، نشر عالم الفلك الأمريكي إدوين هابل التلسكوب الجديد بقطر 100 بوصة فوق جبل ويلسون في كاليفورنيا لرصد بعض البقع السديمية في أبعد مدى للتلسكوبات السابقة. وباستخدام متغيرات قيفاوية (نجوم تسطع وتخفت بانتظام) كمقياس للمسافة، استنتج أن بعضًا من تلك السدم على الأقل كانت في الواقع “جزر كونية” – مجرات – تقع خارج مجرتنا درب التبانة. ثم استخدم انزياحات تلك المجرات نحو الأحمر ليس فقط لاستنتاج أن المجرات تبتعد عنا وعن بعضها البعض – وهو اكتشاف يُعيد تعريف العلم – بل أيضًا لمعدل تحركها.
عندما رسم هابل تلك المسافات مقابل تلك السرعات على منحنى س/ص ، وجد علاقة مباشرة: كلما بعدت المجرات، زادت سرعة ابتعادها عنا. وبالتالي، لا بد أن الكون يتمدد. توصل عالم الفلك البلجيكي جورج لوميتر، بشكل مستقل، إلى النتيجة نفسها، معتمدًا ليس على بياناته الخاصة، بل على معادلات أينشتاين. وجادل بأنه إذا تتبعنا التمدد عكسيًا، سنصل إلى “ذرة بدائية”.
لم تظهر الأدلة التي تدعم وجود مثل هذا “الانفجار العظيم” إلا عام ١٩٦٤، وذلك على شكل خلفية من إشعاع الموجات الدقيقة يبدو أنها تملأ الفضاء بأكمله. تنبأ المنظرون بوجود مثل هذه الخلفية باعتبارها بقايا من أصل انفجاري، على الرغم من أن عالمي الفلك في مختبرات بيل، اللذين رصدا الإشعاع لأول مرة، رفضا اعتباره في البداية مجرد ضوضاء، ربما نتيجة فضلات الحمام التي كانت تبطن قرن هوائي الراديو العملاق. إلا أن أربعة فيزيائيين في جامعة برينستون القريبة أقروا بأن هذه الملاحظة تتطابق مع التنبؤ الرئيسي لنظرية الانفجار العظيم.
بعد ست سنوات، وصف عالم الفلك الأمريكي آلان سانديج علم الكونيات بأنه “البحث عن رقمين”. كان أحد الرقمين يُمثل “معدل التمدد” آنذاك. أما الرقم الآخر، فقد افترض افتراضًا غير مُدروس حفّز فريقين من الباحثين بعد ربع قرن: “تباطؤ التمدد” بمرور الوقت.
اتبع كلا الفريقين، اللذين يحاولان قياس التباطؤ الكوني، منهجية هابل في رسم العلاقة بين السرعة والمسافة على رسم بياني (باستخدام مقادير نوع من النجوم المتفجرة، أو المستعرات العظمى، بدلاً من متغيرات القيفاويات). توقع كلا الفريقين إيجاد نفس الارتباط المباشر الذي وجده هابل – على الأقل في البداية. مع ذلك، افترضا، على مسافة ما، أن الخط سينحرف عن مساره بزاوية 45 درجة وينخفض، مما يشير إلى أن المقادير الظاهرية للمستعرات العظمى كانت أكثر سطوعًا، وبالتالي أقرب، مما ستكون عليه في كون يتمدد بمعدل ثابت.
وانحرف الخط عن مساره بزاوية 45 درجة. لكنه لم ينخفض، بل ارتفع. كانت المستعرات العظمى أكثر خفوتًا، وبالتالي أبعد، مما ستكون عليه في كون يتمدد بمعدل ثابت. خلصت الفرق المتنافسة إلى أن تمدد الكون لا يتباطأ، بل يتسارع بطريقة ما.
سرعان ما أصبحت الطاقة المظلمة – كما أطلق عليها علماء الكونيات اسم “مسبب التسارع” – جزءًا من النموذج الكوني القياسي، إلى جانب المادة المظلمة والمادة “العادية”، التي تُشكل جوهرنا. وقد كشفت ملاحظات الخلفية الكونية الميكروية نفسها، التي ساعدت في ستينيات القرن الماضي على إثبات صحة تفسير الانفجار العظيم لعلم الكون، عن مكونات الكون. ومن خلال دراسة أنماط الإشعاع، حسّن العلماء مساهمات كثافة الكتلة والطاقة في الكون إلى مستوى فائق الدقة: إذ يجب أن تكون 4.9% منها مادة عادية، و26.8% مادة مظلمة، و68.3% طاقة مظلمة. ويعتقد علماء الكونيات أن النموذج صلب.
لكنها ليست خالية من العيوب. بل ليست كاملة. ما هي الطاقة المظلمة؟ ما هي المادة المظلمة؟ في الواقع، حتى بعد كل هذه السنين: ما هو مصير الكون؟ هذا العام فقط، قدّم جهاز مطياف الطاقة المظلمة في أريزونا دليلاً على أن الطاقة المظلمة ربما تكون قد تغيرت على مدار تطور الكون. وقد وجد علماء الكونيات هذا الدليل دامغًا، مع أن معناه – ناهيك عن آثاره على النموذج القياسي لعلم الكونيات – لا يزال غامضًا.
إذن: هل علم الكونيات على شفا انقلاب جديد؟ ثورة جديدة؟ إذا كان التاريخ دليلاً، فالجواب هو: ربما. فكل ما يعرفه علماء الكونيات اليوم هو أنهم قد يعملون في ظل افتراض يبدو بديهيًا لا يقبل الجدل، ولكنه خاطئ. بل ربما يكون افتراضًا غير مدروس.
لقد حدث هذا من قبل.
scientificamerican