في عام 1929 أعلن الفلكي الامريكي هو بل Hubble. (1889-1952) بعض نتائج القياسات التي أجراها على الضوء الآتي من المجرات النائية . فلدى فحص الطيف التواتري لهذا الضوء اكتشف أن الخيوط الطيفية منزاحة ، كلها وبشكل منهجي ، نحو اللون الأحمر (وهو أقل الألوان تواتراً في الطيف الضوئي المرئي) . وقد وجد أن مقدار هذا الانزياح نحو الأحمر يزداد متناسباً مع بعد المجرة عنا . وقد شرحنا في الفصل الثاني كيف يحدث هذا الانزياح التواتري كنتيجة لابتعاد منبع هذا الضوء ، أي مفعول دوبلر . إن الانزياح نحو الأحمر دليل واضح على أن المجرات تتحرك مبتعدة عنا باسلوب منهجي : كلما كانت بعيدة كانت حركة ابتعادها أسرع . والنتيجة التي لا مناص من قبولها هي : إن العالم في حالة توسع . إن هذا الاكتشاف اللا متوقع بتاتاً قلب الأمور في علم الكون رأساً على عقب . فالعالم المتوسع عالم متغير، له تاريخ حياة وربما حتى ميلاد وموت والمفارقات التي على شاكلة مفارقة أولبرس قد ذهبت أدراج الرياح ، إذ ما من سبب يجعلنا نتوقع من كون متطور أن يكون متوازناً ترمودينامياً بحال من الأحوال .

إن هذا التوسع يُبرز ، فوق ذلك، إمكانية مثيرة جديدة تقود الى مبدأ أساسي يواكبها : اذا كان العالم يتحرك ، فهل ثمة قانون يحكم حركته ، كقوانين نيوتن مثلاً ؟ وهل ثمة معنى لمعالجة العالم ككل على شاكلة جملة ميكانيكية ؟

إن علم الكون الحديث مبني على مسلمة تقول بأن جواب هذه الأسئلة هو نعم. إن الحركة الاجمالية للكون مفروض فيها أن تطيع القوانين نفسها التي تحكم حركة مفردات أجزائها .

 والخطوة التالية تهدف الى معرفة القوة التي تنظم الحركة الكونية . ليس لدينا من ذوات الفعل المديد لدرجة كافية سوى القوى الكهرطيسية والقوى الثقالية لتصل الى تلك التخوم النائية . ونعلم ، في الأجرام الواسعة ، أن الثقالة أعظم بكثير وزناً من الكهرطيسية ، حتى في سلّم المنظومة الشمسية. وعلى هذا فإن النظرية المرجوة في حركة . العالم يجب أن تكون نظرية في التثاقل . وعندما أعلن هوبل اكتشافه كانت نظرية النسبية العامة قد أصبحت جاهزة ومقبولة كأفضل ماتملك في توصيف الحركة في حقل الثقالة وعلى هذا راح الفيزيائيون يدرسون التحريك الكوني بصنع نماذج للعالم رياضية نسبوية .

 الواقع أن تطبيق النسبية العامة على العالم الكوني كان آينشتاين قد أجراه بنفسه قبل اكتشاف هويل . ومن الطريف أن آينشتاين قد ارتعب حين وجد أن نظريته تقود الى عوالم إما متوسعة أو متقلصة .. ولكي ينسجم مع الاعتقاد السائد في ذلك الوقت بأن العالم غير متغير حاول أن يصنع نموذجاً لعالم سكوني لا يتساقط على نفسه بفعل ثقالته الخاصة ، أو يحاول التوسع للتخلص منها . وقد ذهب في هذا السبيل بعيداً لدرجة أنه عدل في نظريته كي يلبي هذا المطلب ، فاضاف قوة تنافر كونية لتوازن تجاذب النجوم الثقالي.

 إن نموذج آينشتاين يختلف عن النموذج السكوني القديم ، المعتمد على نظرية نيوتن في التثاقل ، في ناحية جديدة وساحرة ، وهي أن نموذج عالم آينشتاين متته ، ولكنه مازال واحداً في كل مكان. أي أنه عالم محدود الحجم ولكنه عديم الحافة ! وإن وجود مثل هذه الهولة لاشك مستحيل في نموذج المكان والزمان النيوتني . لكن انحناء الفضاء في النسبية يتقبل بالفعل هذه الامكانية . وقد عرضنا في الفصل الرابع نموذجاً لهذا الانحناء يعتمد على التشبيه مع سطح الكرة ذي البعدين . فالسطح الكروي منته لكنه لا يملك حدوداً - انه فضاء منته غير محدود. فالفضاء ذو الأبعاد الثلاثة له ، في نموذج آينشتاين ، توبولوجية تضاهي توبولوجية السطح الكروي في الفضاء ذي البعدين . فعالم آينشتاين له ، بهذا المعنى ، حجم فضائي منته تتوزع فيه المجرات بالتساوي ، وهذا يتفق مع المبدأ الكوني ، وليس له حافة ولا خط حدود في أي مكان. وبدلاً من أن يستمر امتداده نحو الخارج، ينغلق هذا الفضاء على نفسه كما يفعل السطح الكروي وهو يصل في تكوره أوله بآخره الضوئي. وهذا يعني أن القاطن في مثل هذا العالم يمكن أن يرى الشعاع، الذي كان قد اندفع أمامه في خط مستقيم، عائداً إليه من الجهة المعاكسة بعد أن يكون قد دار حول العالم. كما أن المرء يستطيع أن يتصور رحلة فضائية مغلقة كونية، على شاكلة رحله ماجيلان .

إن فكرة عالم مغلق منته وغير محدود كانت بالتأكيد فكرة جديدة غريبة من أفكار آينشتاين. ويجد أغلب الناس بعض الصعوبة في تصور مثل هذا الشيء ويطرحون السؤال التالي: ماهو الشيء الخارجي، عن عالم منته؟ إن هذا السؤال، بالنسبة لأناس ذوي ثلاثة أبعاد، عديم المعنى كالسؤال عن الشيء الخارجي، بالنسبة لأناس مسطحين

شكل 5-3 . كيف يرى المرء نقرة عنقه ... إن العالم ، بموجب نموذج آینشتاین محدود الحجم ، ولكن ليس له حدود . الضوء يستطيع أن يسافر الى الأمام حوله في أي اتجاه ، وسيجد نفسه عائداً إلى نقطة انطلاقه من الجانب المعاكس. إن هذا يتيح للمرء المسلح بمرقاب ذي مقدرة (كافية أن يرى نقرة عنقه . الشكل يمثل كرة . والسطح الكروي تدبير تو بعدين يعبر عن تلك الخاصية الغربية لعالم أينشتاين .

ذوي بعدين يعيشون على سطح كروي. ولا يوجد ماهو «خارج عالم آينشتاين، لأن وجود «داخل» و «خارج» معناه خط وجود حدودي بينهما، وليس لهذا العالم حدود. فكل نقاطه متكافئة فيما بينها، ليس فيها من هو أقرب الى المركزه أو الى الحافة، إذ لا حافة هناك ولا مركزاً.

لقد كان فريدمان A.Friedmann (عالم مناخ روسي، 1888 - 1925) أول من استخدم نظرية النسبية العامة لصنع نماذج رياضية عن عالم متوسع، ونشر نتائج أعماله عام 1922، إبان الحاجة اليها. ومازالت هذه النماذج الإطار النظري الأساسي لمعظم المناقشة حول علم الكون الحديث. والسمة الرئيسية لنماذج فريدمان هي انطواؤها على فرضية الانتظام الفضائي. فطبقاً للمبدأ الكوني يُفترض أن التجمعات المجرية موزعة على الفضاء بالتساوي. وقد تبنى فريدمان توزعاً للمادة منتظماً بدقة، ثم حل معادلات آينشتاين في النسبية العامة في ظروف هذا التوزع المادي ليجد كيف تتغير هندسة الفضاء مع الزمن. وبسبب ذلك الانتظام فإن الفرق الهندسي الوحيد الذي يمكن أن يحدث هو فرق في السلم، أي أن التوسع، أو التقلص، واحد في كل مكان. (انظر الحاشية القادمة)

إن أقرب شيء تشبه به هذا التوسع رقعة من المطاط. وهذه الرقعة المرسومة في الشكل 5 - 4 تحمل نقطاً سوداء موزعة عليها بانتظام وتمثل المجرات (أو بالتدقيق مجموعة مجرات). والرقعة تمثل الفضاء. أما التوسع فيمكن أن يتمثل بامتطاط الرقعة في كل الاتجاهات. وليكون التوسع نسيقاً يجب أن يحدث في كل الاتجاهات وفي جميع النقاط. وأثناء الامتطاط تتحرك كل نقطة مبتعدة عن كل نقطة أخرى . فمن أية نقطة معطاة نرى

شكل 5 ـ 4 توسع العالم . الرقعة المطاطية تحمل نقطاً وتمتط بالتساوي . فمن أية نقطة A تبدو النقط الأخرى متزايدة البعد أثناء الامتطاط ، وتبتعد النقط البعيدة بأسرع من القريبة . فليس ثمة مركز توسع واحد، بل كل ماهنالك تغير في السلم لكل المسافات .

كل النقط تبتعد عنها، مما يجعلها بذاتها تظهر كمركز للتوسع العام مادون أن يكون ذلك صحيحاً لأن كل النقط الأخرى تشاهد منظر التوسع نفسه وبالاسلوب نفسه . فليس إذن ثمة مركز للتوسع ولا مركز للعالم . ولئن كانت الرقعة المطاطية المرسومة ذات مركز ، فإن ما قلناه ينسحب على رقعة لا نهائية الاتساع ، أو على رقعة محنية على شكل سطح كروي .

هذا ويجب أن نلح على أن هذا التشبيه يُبرز أن توسع العالم هو توسع الفضاء نفسه ، ويجب أن لا نتصوره كهجرة للمجرات نحو خلاء خارجي موجود سلفاً . والهندسة المتغيرة يمكن أن نميزها بخصائص المسافة بين أي نقطتين من هذا الفضاء . وينتج من ذلك أن سرعة التباعد بين نقطتين تتناسب ببساطة مع المسافة بينهما ، تماماً كما وجد هوبل بخصوص المجرات. إن هذا الواقع وحده بعطينا بعض الثقة في أن نموذجاً

واحداً من نماذج فريدمان الرياضية يمثل بتقريب جيد سية العالم الحقيقي في السلّم الأوسع. لكن أيها الصحيح؟ فثمة ثلاثة نماذج ممكنة، متمثلة في الشكل 5 - 5 الذي يُظهر تابعية المسافات R لمرور الزمنt .

وقبل مناقشة هذه النماذج بالتفصيل لابد من بضع كلمات مدقق فيها بطبيعة الزمن الوارد هنا. فبناء على ماقلناه في الفصلين الثاني والرابع بنصح أن الزمن الذي يستخدمه الراصد يتوقف على حركته النسبية وعلى حقل التثاقل الذي بعمره. فكيف إذن نستطيع بناء زمن عام لوصف سلوك العالم كله وهو نفسه في حالة حركة ويغير حقله الثقالي؟ إن الجواب مستمد هنا أيضاً من المبدأ الكوني. بما أن العالم (في المجال الواسع) يظهر متماثلاً من أي تجمع بجري، ويتغير من جراء التوسع بمعدل واحد في كل مناطقه، فإن أثر ذلك على الميقاتيات واحد في كل مكان، شرط أن  لا تكون الميقاتيات نفسها في حالة حركة سريعة بالنسبة للتجمع المجري المحلي، كي لا ينأ نحدد زمني نسبوي. فكل

شكل 5-5. نموذج فريدمان الكوني. أثناء توسع العالم يرده اتساع كل منطقة. والشكل يمثل مخططاء لهذا الازدياد بمظهر الامكانيات الثلاث التي اكتشفها فريدمان. أنها تنطلق كلها من الاشيء، عندما R=O. المنحنيان 1 و 2 يمثلان التوسع الى الأبد ، لكن 3 يمثل توسعاء يتوقف ثم يبدأ التقلص نحو لا شيء .

تجمع، من التجمعات المجرية، يحدد في منطقته مرجعاً متميزاً ـ المرجع الذي يبدو منه توسع العالم متناحياً (أي ذا معدل واحد في كل المناحي) - وبذلك يكون لنا مجموعة من الميقاتيات المتميزة ، مما يعطي معنى لفكرة مقارنة تواتر ايقاعاتها (أزمانها) فيما بينها . فالأرض مثلاً بطيئة الحركة جداً إذا قورنت بالضوء) بالنسبة للتجمع المحلي للمجرات ، مما نستطيع معه أن نتخذ زمنها وسيلة جيدة للتاريخ في هذا السلم الواسع الذي يتناوله بالدراسة راصد يتحرك مع تجمعه المجري المحلي. على أن الراصد القاطن في صاروخ سريع بالنسبة للأرض سيكون له ، إزاء الحوادث الكونية ، سلّم زمني مختلف ، فهو لا ينتمي الى أي من المراجع المتميزة وقد يرى ، بسبب حركته السريعة ، أن بعض المجرات تقترب منه بدلاً من أن تبتعد . إن هذا الزمن الميقاتي الشامل يسمى الزمن الكوني ، وبما أنه لحسن الحظ يكاد يتطابق مع زمن الأرض ، فإنه يتيح لنا أن نقارن الحوادث التاريخية على الأرض بشتى الحوادث الكونية . ونورد هذه المقارنة في الجدول 1-5 الذي يساعد القارىء على أخذ فكرة عن الفترات الزمنية التي نناقشها في هذا الفصل . ونعود الى نماذج فريدمان لنقول إن العينات الثلاث الموضحة في الشكل 5 - 5 نحصل عليها من حل معادلات آينشتاين الحقلية باهمال ضغط محتويات الكون الضغط مصدر تناقل في النسبية العامة. وهذا تقريب جيد في الوقت الحاضر ، لأن المفعول الشاقلي لكتلة كل مادة المجرات أعظم بكثير من مفعول الضغط الصغير في العالم (الناجم عن الاشعاع رئيسياً) . ولهذه النماذج سمة معنوية تختص بها تشكيلة كبيرة من النماذج التي تنطوي على فرضيات معقولة بخصوص سلوك المحتوى المادي ، ألا وهي أن معدل التوسع يتناقص باستمرار بمرور الزمن. وكل المنحنيات المرسومة في الشكل تنعطف بالتدريج نحو الأسفل . وقد أشرنا إلى الوضع المتوقع في الوقت الحاضر . ومن ذلك ينتج أن المضروب السلمي R كان في وقت معين صفراً ، بموجب كل واحد من هذه النماذج . وهذا يعبر عن القول الفيزيائي بأن المجرات، التي تبدو الآن في حركة تباعد بعضاً عن بعض ، كانت بلا ريب متعثكلة معاً في ماضي الزمن السحيق . وهذا الظرف الكوني ، قرب انعدام R ، يتطلب مناقشة دقيقة سنؤجلها حتى نستكمل عرض سمات نماذج فریدمان

الجدول 5-1 . تاريخ الكون : في الأعلى، منظوراً إليه الآن نحو الماضي ، في الأسفل ،

منظوراً إليه منذ الانفجار الأعظم نحو المستقبل .

وبالقاء نظرة على الشكل 5 ـ 5 نستطيع أن نتنبأ بمستقبل العالم . ففيه نرى إمكانيتين مختلفتين تماماً. فالنموذجان 1 و 2 يدلان على استمرار التوسع الى الأبد. ولفهم. سبب ذلك بسهولة نقول ما يلي.

إن كثافة المادة في النموذج 1 ضعيفة لدرجة أن التوسع يتغلب بالتدريج على التجاذب الثقالي الذي يُبطئه ليصبح، بعد زمن معين، حراً بشكل رئيسي، مما يتيح للمجرات أن تفلت بعضاً من ثقالة بعض. أما في النموذج 2 فالكثافة كبيرة بما يكفي لاستمرار التجاذب الثقالي في لجسم التوسع فترة أطول ودون أن يوقفه تماماً. لكن هذه الكثافة عظيمة في النموذج 3 بما يكفي لتحويل التوسع، بعد أن يبلغ R قيمة عظمي، الى تقلص يلم المجرات من جديد بعضاً على بعض، وفي النهاية ترتص المجرات معاً، على شاكلة «قطرة» نيوتن، فتعود الى ظروف تشبه الظروف التي كانت سائدة في بدء التوسع.

إن سبب وجود هذه النماذج الثلاثة المتباينة يترجم عن حقيقة أن هندسة الفضاء لعالم نسيق يمكن أن تتخذ أشكالاً ثلاثة متباينة. وهذه الأشكال تتمثل، كتشبيه أولي في الشكل 5-6، بالفضاء المنحني نحو الداخل (كالكرة) وبالفضاء المنحني نحو الخارج (کالسرج) وبالفضاء المنبسط (كالمستوي). فالكثافة العظمية، أي النموذج الذي سيتقلص، تجعل الفضاء منحنياً نحو الداخل، وعلى شاكلة نموذج آینشتاین، ذا حجم منته. أما في غير ذلك، وعند فريدمان، فنجد فضاء كروياً، متوسعاً أو متقلصا على شاكلة نفاخة تنتفخ أو تتضاءل.

شكل 5-6 الهندسة الممكنة لعالم يتوسع . هنا أيضاً تحاكي الرقعة ذات البعدين بعض سمات الفضاء الثلاثي. إن والنفاخة المتوسعة ، في (a) ، تقابل نموذج فريدمان 3 الذي يصور عالماً سيعود إلى التقلص . أما (b) فيقابل النموذج 2 المنبسط (الاقليدي) الذي تعلمنا هندسته في المدرسة. لكن الفضاء ، في (c) ، منحن (نحو الخارج) ، بعكس الانحناء نحو الداخل في (a) . إن ( b) و (c ) ، كليهما ، ممتدان بلا انتهاء ، لكن (a ) منته .

إن النموذج الذي يمثله المنحني 2 في الشكل 5 - 5 يصور فضاء منبسطاً اقليدياً ، في حين أن النموذج (الهارب) 1 يصور انحناء الفضاء نحو الخارج . وكلا النموذجين هذين يصوران فضاءً لا منتهي الحجم. هذا وإن فكرة توزع لا نهائي الانتشار المجرات تتوسع فكرة صعبة الادراك أحياناً على بعض الناس . إذ لو كانت المجرات تملأ الفضاء كله في الأصل ، فالى أين تتوسع ؟ لكن على القارىء أن يتذكر أن المجرات لا تتوسع عبر . فضاء ثابت ، لكنها محبوسة في فضاء يتوسع . وهذا يعني ببساطة أن سلّم كل المسافات يتزايد في كل مكان

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

مجلة تسليم تدعو الباحثين والأكاديميين للمشاركة في أعدادها القادمة

المجمع العلمي يواصل إقامة محاضراته الأسبوعية في مقام الإمام المهدي (عجل الله فرجه)

جامعة الكفيل تطلق الدورة التدريبية الصيفية لطلبة كلية الهندسة التقنية

استعدادًا لزيارة الأربعين العتبة العباسية المقدسة تعقد الورشة التنسيقية الرابعة الخاصة بمراكز إرشاد التائهين

المزيد

الآخبار الصحية

دراسة علمية تكشف مفاجأة حول الأسباب الحقيقية للسمنة

دراسة: الأطباء يتجاهلون "سببا شائعا" لارتفاع ضغط الدم

نظامك الغذائي غني بالبروتين؟.. احذر هذه الآثار الجانبية

لا تتجاهلها.. أعراض تنذرك بأنك مهدد بالإصابة بالسكري

المزيد

الآخبار التكنلوجية

ISOFIX: معيار الأمان الذهبي لمقاعد الأطفال في السيارات

هل المحرك الأكبر دائمًا الأفضل للسيارة؟

اختبارات ناجحة لمحرك "VK-800" الروسي وتطويره لطائرة بايكال الخفيفة

رئيس إنفيديا: الذكاء الاصطناعي الصيني "محفز للتقدم العالمي"

المزيد

مواضيع ذات صلة

نظرية النسبية العامة وتشوه المكان - الزمان بفعل الثقالة

الفيزياء من حركة سقوط الأجسام (مبدأ التكافؤ وثورة آينشتاين: من سقوط الأجسام إلى انحناء الضوء)

قواعد النسبية العامة

التحقق التجريبي من النسبية العامة

الثقوب السوداء والانفجار الهائل وتمدد الفضاء

الفزياء والكون .. النسبية العامة

خاتمة: النسبية العامة

More about four-vectors

Past, present, and future

Space-time intervals

The geometry of space-time

النظريات المنافسة للنظرية النسبية العامة