علم الفلك

تفسير التساؤلات العديدة حول ظاهرة “استمرار التمدد الكوني”

1996 نحن والكون

عبد الوهاب سليمان الشراد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

ظاهرة استمرار التمدد الكوني علم الفلك

يظهر لنا منظر السماء في الليل وكأنها في سكون تام لا حراك فيه، ولكن الأرصاد الدؤوبة أظهرت عكس ذلك ، فلقد تبين لنا في بداية العشرينات من هذا القرن أن مجرة التبانة هي واحدة من مجرات تعد بالملايين ، وتتباعد هذه في جميع الاتجاهات.

وظهر جليا أن الكون Universe يتمدد وأن المجرات تندفع متباعدة عن بعضها، محمولة بنسيج زمكاني ينمو بانتظام .

وكذلك تنساب العناقيد المجرية العملاقة بهدوء وسلاسة في كل أرجاء الكون مبتعدة عن بعضها ، فما هي القوة الجبارة التي بإمكانها تحريك تلك العناقيد الضخمة باندفاع باتجاه الحافة غير الموجودة للكون؟

مع العلم أن قوة عزمتها قد اكتسبتها من الانفجار العنيف الذي حدث خلال نشوء وبداية الكون Universe.

 

ولا شك أن تباعد العناقيد والمجرات يدل على أننا نعيش في كون ممتد ، ويدل على تعبير التمدد expansion على أن المسافات الشاسعة الفاصلة بين العناقيد مستمرة في الازدياد وأن معدل السرعة التي تتباعد فيها العناقيد تتناسب طردياً مع بعدها عن بعضها ، ولعل ذلك هو أفضل وأبسط توضيح لقانون هبل .

ولكن يبدو أن هناك الكثير من التساؤلات المطروحة حول ذلك ، فمثلا هل يستمر التباعد الى ما لانهاية ؟ فلا شك أن التمدد الكوني سيتباطأ في زمن ما. 

فمن المعلوم أن جميع المجرات في أنحاء الكون تتبادل قوة الجذب فيما بينها ، ونتيجة لذلك فإن الجذب المتبادل سيؤدي الى إيقاف الاندفاع الشديد للكون الممتد .

 

ولكن هل يدل ذلك على أن التمدد الكوني سيتوقف في المستقبل ؟ أم هل سيكون معدل التباطؤ ضعيفا بحيث لا يقوى على كبح الاندفاع السريع المستمر للكون باتجاه البعد اللامحدود للفضاء؟

وللإجابة على تلك الأسئلة ، ولمعرفة مستقبل الكون النهائي ، يجب علينا في البداية أن نبني نماذج نظرية للكون تدلنا على ما سينتهي إليه  وبما أن الجاذبية تعد القوة الفعالة في تطور وحركة الكون ، لذا يتوجب علينا أن نطبق أفضل الحسابات لكي يمكننا بلوغ أفضل نظرية تقودنا الى الإلمام بها .

ولا شك أن أفضل نظرية متداولة في الزمن الحاضر عن الجاذبية هي النظرية النسبية العامة General relativity  ، وعلى ذلك ستكون القاعدة التي نرتكز عليها في هذا المضمار. 

 

وأخيرا فمن الأمور المهمة التي يتوجب إدراكها للإجابة عن الأسئلة السابقة هي رصدنا ودراستنا لحركات أبعد المجرات عنا ، وكذلك يتوجب عمل قياس وحساب دقيق لمعدل تباطؤ الكون ، ويمكن بالتالي من ذلك إدراك كثافته Density.

لا تمثل الجاذبية كما تشير نظرية انشتاين في النسبية العامة الى قوة  Forceبل هي إنحناء Curvalure للزمكان ، وكلما كانت الجاذبية أشد كلما ازداد انحناء الزمكان ، ونجد أن الأجرام السماوية مثل الكواكب السيارة والإشعاعات الكهرومغناطيسية تتحرك عبر أقصر الطرق في منحنى الزمكان .

ويمثل ذلك المعنى الحقيقي للنسبية العامة ، فالمادة تقود الزمكان الى طريقة الانحناء ، ويقود منحنى الزمكان المادة الى الفعل المضاد .

 

ومن المعلوم أن هناك كمية كبيرة من المادة في الكون مرئية أو غير مرئية ، ومن المؤكد أن هذه المادة لابد أن يكون لها تأثير على هندسة الزمكان ، فالكون برمته يجب أن يكون له شكل ما نتيجة تواجد المادة به .

ونجد أيضا أن هندسة الكون تؤثر على سلوك المادة به ، ولا شك أن أصل الكون ومصيره مرتبطان بحركة مكوناته ، وهي التي تساعدنا على النفاذ الى بنيته ومعرفة مقدار التقلبات في كثافته.

وكل ما أمكن معرفته عن تلك الحركات يظهر بأن المادة تتكتل مع بعضها بمقاييس شاسعة ، مقدمة لنا صورة عن الأحداث التي لم نتمكن من فهمها جيدا ، والتي حدثت في بداية خلق الكون.

ونجيب عن النهاية الأخرى للزمن ، فهل سيستمر تمدد الكون ؟ أو أن قوة الجاذبية ستوقف هذا التمدد في نهاية المطاف ، أو تعكسه بحيث ينهار ثانية ويرجع لكثافته البدائية؟

 

ولإدراك المعنى الحقيقي لمصطلح شكل الكون فإنه يمكننا افتراض إطلاق حزمتين من شعاع الليزر بشكل متقارب في الفضاء بحيث يكونان متوازيتين تماما ، وافتراض أيضا عدم وجود أي شيء يعترض مسارهما بحيث يمكننا تتبعهما في حركتهما عبر ملايين السنين الضوئية في الكون وعبر الفضاء ، الذي نحن بصدد إدراك مقدار انحنائه أو تحدبه .

ومع ذلك الوضع سيصبح أمامنا ثلاثة احتمالات أو أوضاع ، ولعلنا قد نجد في أولها أن الحزمتين الضوئيتين تظلان متوازيتين تماما في مسيرهما على الرغم من قطعهما بلايين السنين الضوئية .

ولن يكون الكون في هذه الحالة منحنيا ، أي أنه سيكون له انحناء مقداره صفر، وذلك يدل على أن الفضاء سيكون مسطحا.

أما الاحتمال الآخر فهو أن كلا من الحزمتين ستقتربان من بعضهما تدريجيا ، ونتيجة لحركتهما عبر الكون فإنهما ستقتربان تدريجيا لبعض حتى تتقاطعا على بعد كبير جدا من الأرض .

ولن يكون الفضاء في هذه الحالة مسطحا ، وإنما سيكون الوضع مشابها لتقاطع خطوط الطول على سطح الكرة الأرضية في منطقتي القطبين، أي أن هندسة الفضاء ستبدو مشابهة لهندسة الكرة ، ولذا يمكننا اعتبار أن للكون انحناء إيجابي وأن الفضاء كري .

 

وفي الاحتمال الأخير فإن الحزمتان المتوازيتان ستفترقان ، أي ستتباعدان تدريجيا عن بعضهما بازدياد حركتهما عبر الكون ، وفي هذا الوضع يجب أن يكون الكون منحنيا. 

ولكن هذا الانحناء سيكون معاكسا للانحناء الكري ، ولذا يمكن القول إن الكون في تلك الحالة له انحناء سلبي ، ويمكن تمثيلة بالسرج Saddle الذي يعد مثالا ملائما لسطح منحنى سالب ، وبنفس الطريقة التي تتقارب بها الخطوط المتوازية المرسومة على سطح الكرة. 

فإن تلك الخطوط ذاتها تتباعد دائما إذا ما رسمت على سطح السرج . يعرف الفلكيون السطوح سرجية الشكل بأنها ذات قطع زائد Hyperbola . وعلى ذلك يمكننا اعتبار أن للكون المنحني سلبيا فضاء ذا قطع زائد .

ومن الواضح أن لكل حالة من الحالات الثلاث السابقة وضع متباين في تحديد مستقبل الكون ، ولفهم وإدراك تلك الحالات يمكن افتراض أننا قد ألقينا حجرا في الهواء ، وبالتالي ستكون هناك ثلاثة احتمالات لما سيكون عليه مسار الحجر .

 

ونجد في أولها أنه يرتفع الى أعلى ثم يسقط الى أسفل ، وفي هذه الحالة ستكون سرعته ، أدنى من سرعة الافلاتVe- locity of escape  من الأرض .

ويكون الاحتمال الثاني في رمي الحجر الى الأعلى بسرعة تفوق كثيرا السرعة السابقة ، وقد تكون وسيلة الرمي هنا مركبة إطلاق فضائية .

 

وفي تلك الحالة إذا كانت سرعته مساوية لسرعة الإفلات من الأرض فإنه لن يعود الى الأرض ، إذ إنه سينفصل عن الجاذبية الأرضية .

أما الاحتمال الثالث فهو رمي الحجر بسرعة تفوق كثيرا سرعة الإفلات من الأرض ، وفي هذه الحالة فإنه لن يجد أية مشقة في الانفصال عن الجاذبية الأرضية ، وينجح في الإفلات ، ويظل مستمرا في مساره بعيدا عن الأرض مندفعا بسرعة عالية لمسافات شاسعة .

مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
أخبار العلوم
‫‪التعديل الوراثي التخلّقي يصل إلى الحمض النووي الريبي
قلم: كين غاربر، في شيكاغو بولاية إلينوي
ترجمة: صفاء كنج
انتقلت فكرة تأثير الواسمات الكيميائية في الجينات على تعبيرها الخارجي دون تغيير تسلسل الحمض النووي اختصاراً: الحمض DNA من كونها مسألة مفاجئة في الماضي إلى أن صارت مادة مقبولة تُدرس في الكتب.
ظاهرة التعديل الوراثي التخلقي Epigenetics، وصلت إلى الحمض النووي الريبي المرسال اختصاراً: الجزيء mRNA، وهو الجزيء الذي يحمل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى مصانع تصنيع البروتين في ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل تنجح هيئة الخدمات الصحية في مشروع تتبع الاتصالات الذي تعده؟
جرّب الفرع الرقمي لهيئة الخدمات الصحية الوطنية اختصاراً: الفرع NHSX تطبيقا App سيخبرك ما إذا خالطت أي شخص ظهرت عليه أعراض كوفيد -19. ولكن ما هي التكلفة المترتبة على خصوصيتك جراء ذلك؟
إن أحد التحديات الكبيرة التي تطرحها مكافحة فيروس كوفيد-19 COVID-19 هو أنه معدٍ قبل ظهور أي أعراض على الأشخاص المصابين به. ويمكن أن يساعد تتبع الأشخاص الذين اختلطوا بالمصاب على الحد من انتشار الفيروس، من خلال معرفة عدد الأشخاص الذين ربما نقل إليهم المريض ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪العناكب تفكّر بشباكها، متحدّية مفاهيمنا عن الذكاء
قلم:    ديفيد روبسون
ترجمة: آية علي
هناك ذكاء غريب يعيش بيننا. تمتلك هذه المخلوقات نوعًا استثنائيا من الوعي يشمل عقولًا تتجاوز حجم أجسادها. ومع ذلك، وبفضل جهلنا وغرورنا، يكون دافعنا الفوري قتلها.
هذا ليس خيالا. فهذه الأدمغة الغريبة تختبئ بالفعل في ظلال منازلنا وحدائقنا: العناكب. لطالما افترضنا أنها، مثلها مثل العديد من اللافقاريات Invertebrates، تكاد تكون آليّة Automata، وتفتقر إلى حياة داخلية. ولكننا نكتشف الآن أن بعض العناكب ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪كتب صنعتني: أنتوني ديفيد
نتوني ديفيد @ProfTonyDavid رئيس قسم الطب النفسي في معهد الطب النفسي Institute of Psychiatry بجامعة كينغز كوليدج لندن King’s College London. وهو طبيب ممارس في مستشفيات مودسلي وبيثليم. وأحدث مؤلفاته كتاب إلى قعر الهاوية Into The Abyss 14.99 £، Oneworld.
عندما كنت في الثامنة أو التاسعة، كانت هناك سلسلة كاملة من كتب كيف ولماذا How And Why books التي تتضمن مواضيع مختلفة من العلوم والتاريخ. وكان كتاب كيف ولماذا عن روائع الجسم البشري How And Why ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هذه الجينات لا تكذب
دم راذرفورد AdamRutherford@ عالم الوراثيات وكاتب ومذيع. يقدم مجلة BBC Radio 4 الأسبوعية الرائدة داخل العلم Inside Science، ويشارك في عرض الحالات الغريبة لراذرفورد وفراي Curious Cases Of Rutherford & Fry مع الدكتورة هانا فراي Hannah Fry. أجرت المقابلة مساعدة تحرير BBC Science Focus  إيمي باريت Amy Barrett.
ما الذي دفعك إلى كتابة هذا الكتاب؟ تلتقي في هذا الكتاب ثلاثة أمور مهمة في حياتي الشخصية والمهنية. الأول هو أنني اختصاصي بعلم ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪ماذا لو... حــظـــرنـــا الـصــــــيــــــد
لنص: هايلي بينيت Hayley Bennett رسوم: جيسون رايش Jason Raish
يأكل كل واحد منا في المتوسط أكثر من 20 كيلوغراماً من الأسماك سنويّاً. وفي جميع أنحاء العالم، بين عامي 1961 و2016، زاد استهلاك الأسماك بوتيرة أسرع من استهلاك اللحوم، ونما بمعدل ضعفي معدل نمو السكان. فقد استنفدت جميع هذه المطاعم السمكية مخزون الأسماك البحرية إلى درجة صار معها ثلث مخزون الأسماك العالمي ضحية الصيد الجائر Overfished؛ مما يعني أنه إذا واصلنا الصيد على المستويات ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪زُوَّار من نجوم أخرى
لدكتور ستيوارت كلارك Dr Stuart Clark @DrStuClark كاتب في علم الفلك. وأحدث مؤلفاته كتاب بعنوان الكون المجهول The Unknown Universe، 14.99 جنيه إسترليني، من WW Norton.
في عام 2017 تعرَّف علماء الفلك على مذنب من نظام شمسي مختلف تماماً يمرُّ عبر مجموعتنا الشمسية. واكتشفه تلسكوب بان-ستارز Pan-STARRS في مرصد هالياكالا Haleakala بهاواي، وأطلق عليه اسم أومواموا Oumuamua، وهي كلمة تعني المستكشِف بلغة أهل هاواي. وفي البداية، بدا كأنه كويكب إذ لا ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪مطاردة المذنبات
. ستيوارت كلارك
لقد قطعنا شوطاً طويلاً منذ أن ساد النظر إلى المذنبات على أنها مجرد أشباح غامضة تعبر السماء وتُنبئ بالكوارث والأمراض. لكننا الآن نفهم أن هذه الأجرام السماوية الغامضة هي كبسولات زمنية من عصر سابق من تاريخ المجموعة الشمسية. إذ يمكنها إخبارنا عن الأيام التي كانت فيها الكواكب في طور تشكلها. وقد تكشف المذنبات أيضاً عن بعض المكونات الكيميائية التي يحتمل أنها وُجدت في بدايات تكوين الأرض، ومن ثمَّ ربما أسهمت في نشأة الحياة. لذلك، ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪الدماغ في ظروف انعدام الوزن
لدكتورة إليسا رافائيلا فيريه إليسا هي محاضر أول في علم النفس ومدير مختبر التجسيد الدهليزي متعدد الحواس VeME في رويال هولواي، جامعة لندن University of London. أخذها عملها من المختبر إلى السماء في رحلات انعدام الجاذبية، وفي اتجاهات أكثر غرابة من خلال التعاون مع الفنانين والموسيقيين وسلسلة يوغا الفضاء Space Yoga على قناة غوريللا ساينس Guerilla Science على اليوتيوب YouTube.
أجرت معها المقابلة إيمي باريت Amy Barrett. تصوير: أندرو كوتِريلز ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪نظريات الوعي المتنافسة
ظرية المعلومات المتكاملة  INTEGRATED INFORMATION THEORY
تقترح نظرية عالِما الأعصاب جيوليو تونوني Giulio Tononi وجيرالد إم. إدلمان Gerald M Edelman، أن العمليات العصبية المؤدية إلى الوعي لها خاصيتان رئيسيتان: الأولى هي التكامل. عندما تتصور العالم، فإنك تواجه كلّاً واحداً موحداً لا يمكن فصله أو تقسيمه إلى أجزاء أصغر. انظر كيف يتعذر عليك أن تدرك بوعي مشهدين مختلفين في وقت واحد. والثانية هي المعلومات، والتي تشير إلى أن كل تجربة واعية تكون ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪اللغز الذي هو أنت
. كريستيان جاريت Dr Christian Jarrett رسوم: فيكتور سوما Victor Soma
لقد دفعت التطوراتُ العلميةُ البشر إلى القمر وإلى أقصى أعماق المحيطات. فقد شطرنا الذرة وصممنا حواسيب يمكنها هزيمة بطل العالم Grandmaster في الشطرنج. ومع ذلك، لا يزال العلم غير قادر على شرح الجانب الأكثر جوهرية للوجود، ألا وهي تجربتنا الذاتية للوجود؛ أو وعينا Consciousness.
لم ينتج هذا من قصور في المحاولة. إذ إن هناك العديد من نظريات الوعي، لكن لا يجد أي منها قبولاً ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪يتزايد الأمل باستهداف الدماغ بالموجات فوق الصوتية
قلم:       كيلي سيرفيك
ترجمة:   IEEE بالعربية
كطريقة لرؤية ما في داخل الجسم أو للكشف عن ورم أو جنين، فإن الموجات فوق الصوتية Ultrasound مُجرّبة ودقيقة. ولكن علماء الأعصاب لديهم طموح جديد لهذه التكنولوجيا: معالجة الدماغ. وعند ترددات Frequencies أدنى من موجات السونار Sonogram، ولكنها لا تزال خارج نطاق السمع البشري، يمكن أن تخترق موجات فوق الصوتية الجمجمة وتعزّز نشاط الدماغ أو تكبحه. وإذا استطاع الباحثون إثبات أن الموجات فوق الصوتية ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪الروبوتات المختصة بالخدمة
كزت الابتكارات على امتداد فترة طويلة على جعلنا أكثر ارتباطاً ببعضنا بعضاً. وها نحن في الوقت الحالي، صرنا أكثر ارتباطاً بأشيائنا. ولم تعد الأدوات المنزلية مجرد أدوات ذكية، بل صارت قابلة للتكيف ومتنقلة، وحتى أنّ البعض منها لديه ما يمكن أن تسمّيه بالشخصية.
لنأخذ، على سبيل المثال، بالي Ballie من شركة سامسونغ. إنه مفهوم جديد للمساعد الشخصي الشبيه بالكرة والذي كشفت عنه الشركة في المعرض CES. وتصف الشركة بالي بأنه مساعد يتلقى الطلبات عبر الصوت ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪حرائق الغابات الأسترالية: هل هناك ما يمكن فعله لوقف احتراق العالم؟
يل ماكغويرBill McGuire أستاذ فخري متخصص بالمخاطر الجيوفيزيائية والمناخية في يونيفرسيتي كوليدج لندن UCL، وهو مدير مشارك لمعهد الطقس الجديد New Weather Institu