بوابة اوكرانيا- كييف 13 ابريل 2021 -كان الكون يتوسع منذ الانفجار العظيم ، ولكن ما السرعة؟ يمكن أن تكشف الإجابة عما إذا كان كل شيء اعتقدنا أننا نعرفه عن الفيزياء خاطئًا.
نبدأ بالقول إن الكون كبير. عندما ننظر في أي اتجاه ، فإن أبعد مناطق الكون المرئية تقدر بحوالي 46 مليار سنة ضوئية . هذا يبلغ قطره 540 سكستيليون (أو 54 متبوعًا بـ 22 صفراً) ميلاً. لكن هذا في الحقيقة أفضل تخمين لدينا – لا أحد يعرف بالضبط حجم الكون حقًا.
وذلك لأننا لا نستطيع أن نرى إلا بقدر الضوء (أو بدقة أكثر إشعاع الميكروويف الناتج عن الانفجار العظيم) قد سافر منذ بداية الكون. منذ نشوء الكون منذ ما يقدر بنحو 13.8 مليار سنة ، كان يتوسع إلى الخارج منذ ذلك الحين. ولكن نظرًا لأننا لا نعرف عمرًا دقيقًا للكون أيضًا ، فإنه يجعل من الصعب تحديد المدى الذي يمتد فيه خارج حدود ما يمكننا رؤيته.
ومع ذلك ، فإن إحدى الخصائص التي حاول علماء الفلك استخدامها لمساعدتهم على القيام بذلك ، هي رقم يُعرف باسم ثابت هابل.
تقول ويندي فريدمان ، عالمة الفيزياء الفلكية في جامعة شيكاغو ، التي أمضت حياتها المهنية في قياسه: “إنه مقياس لمدى سرعة توسع الكون في الوقت الحالي”. “ثابت هابل يحدد مقياس الكون ، حجمه وعمره.”
من المفيد التفكير في الكون مثل بالون يتم تفجيره. نظرًا لأن النجوم والمجرات ، مثل النقاط على سطح البالون ، تتحرك بعيدًا عن بعضها البعض بسرعة أكبر ، كلما زادت المسافة بينها. من وجهة نظرنا ، ما يعنيه هذا هو أنه كلما كانت المجرة بعيدة عنا ، زادت سرعة انحسارها.
لسوء الحظ ، كلما زاد عدد الفلكيين الذين يقيسون هذا الرقم ، يبدو أنه يتحدى التنبؤات المبنية على فهمنا للكون. تعطينا إحدى طرق قياسه مباشرة قيمة معينة بينما يقول قياس آخر ، والذي يعتمد على فهمنا للمعلمات الأخرى حول الكون ، شيئًا مختلفًا. إما أن تكون القياسات خاطئة ، أو أن هناك شيئًا معيبًا في الطريقة التي نعتقد أن كوننا يعمل بها.
لكن العلماء يعتقدون الآن أنهم قريبون من الإجابة ، ويرجع الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى التجارب والملاحظات الجديدة التي تهدف إلى اكتشاف ما هو ثابت هابل بالضبط.
“ما يواجهنا كعلماء كونيات هو التحدي الهندسي: كيف نقيس هذه الكمية بأكبر قدر ممكن من الدقة والدقة؟” تقول راشيل بيتون ، عالمة الفلك التي تعمل في جامعة برينستون. ولمواجهة هذا التحدي ، كما تقول ، لا يتطلب فقط الحصول على البيانات اللازمة لقياسه ، بل يتطلب أيضًا مراجعة القياسات بأكبر عدد ممكن من الطرق. “من وجهة نظري كعالمة ، يبدو الأمر أشبه بتجميع أحجية أكثر من كونك داخل لغز على غرار أجاثا كريستي.”
أول قياس على الإطلاق لثابت هابل في عام 1929 من قبل عالم الفلك الذي يحمل اسمه – إدوين هابل – حدده بسرعة 500 كيلومتر في الثانية لكل ميجا فرسخ (كيلومتر / ثانية / متر مكعب في الثانية) ، أو 310 ميل / ثانية / مليون قطعة. تعني هذه القيمة أنه مقابل كل ميغا فرسخ (وحدة مسافة تعادل 3.26 مليون سنة ضوئية) بعيدًا عن الأرض ، تنظر المجرات التي تراها تندفع بعيدًا عنا بسرعة 500 كم / ثانية (310 ميل / ثانية) من تلك المجرات الأقرب. .
لعبت قوتان متنافستان – قوة الجاذبية والدفع الخارجي للإشعاع – لعبة شد الحبل الكوني مع الكون في مهده
منذ أكثر من قرن منذ تقدير هابل الأول لمعدل التوسع الكوني ، تم تعديل هذا الرقم تنازليًا مرارًا وتكرارًا. تقدر تقديرات اليوم أنها في مكان ما بين 67 و 74 كم / ثانية / Mpc (42-46 ميل / ثانية / Mpc).
جزء من المشكلة هو أن ثابت هابل يمكن أن يكون مختلفًا اعتمادًا على كيفية قياسه.
تشير معظم أوصاف تناقض ثابت هابل إلى وجودها.
هابل إلى وجود طريقتين لقياس قيمته – أحدهما ينظر إلى مدى سرعة ابتعاد المجرات القريبة عنا بينما يستخدم الثاني خلفية الميكروويف الكونية (CMB) ، وهو الضوء الأول الذي هرب بعد الانفجار العظيم .
لا يزال بإمكاننا رؤية هذا الضوء اليوم ، ولكن بسبب الأجزاء البعيدة من الكون التي تبتعد عنا ، فقد امتد الضوء إلى موجات الراديو. هذه الإشارات الراديوية ، التي اكتشفت لأول مرة عن طريق الصدفة في الستينيات ، تعطينا أقرب فكرة ممكنة عن شكل الكون.
لعبت قوتان متنافستان – قوة الجاذبية والدفع الخارجي للإشعاع – لعبة شد الحبل الكوني مع الكون في مهده ، مما خلق اضطرابات لا يزال من الممكن رؤيتها داخل الخلفية الكونية الميكروية على أنها اختلافات طفيفة في درجة الحرارة.
باستخدام هذه الاضطرابات ، من الممكن قياس مدى سرعة تمدد الكون بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم ويمكن بعد ذلك تطبيق ذلك على النموذج القياسي لعلم الكونيات لاستنتاج معدل الا اليوم. هذا النموذج القياسي هو أحد أفضل التفسيرات التي لدينا لكيفية بدء الكون ، ومكوناته ، وما نراه من حولنا اليوم.
لكن هناك مشكلة. عندما يحاول علماء الفلك قياس ثابت هابل من خلال النظر في كيفية ابتعاد المجرات القريبة عنا ، فإنهم يحصلون على شكل مختلف.
يقول فريدمان: “إذا كان النموذج [القياسي] صحيحًا ، فستتخيل أن القيمتين – ما تقيسه اليوم محليًا والقيمة التي تستنتجها من الملاحظات المبكرة ستوافقان”. “وهم لا يفعلون.”
عندما قاس القمر الصناعي بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) التناقضات في الإشعاع CMB ، أولاً في عام 2014 ثم مرة أخرى في عام 2018 ، كانت القيمة الناتجة عن ثابت هابل 67.4 كم (41.9 ميلاً) / ثانية / مليون قطعة . لكن هذا أقل بنسبة 9٪ تقريبًا من القيمة التي قاسها علماء الفلك مثل فريدمان عند النظر إلى المجرات القريبة.
ارتبطت قياسات أخرى لـ CMB في عام 2020 باستخدام تلسكوب Atacama Cosmology ببيانات بلانك. يقول بيتون: “يساعد هذا في استبعاد وجود مشكلة منهجية في بلانك من عدة مصادر”. إذا كانت قياسات CMB صحيحة – فقد تركت أحد احتمالين: إما أن التقنيات التي تستخدم الضوء من المجرات القريبة كانت معطلة ، أو أن النموذج القياسي لعلم الكونيات بحاجة إلى التغيير.
تستفيد التقنية التي استخدمتها فريدمان وزملاؤها من نوع معين من النجوم يسمى متغير القيفيد. اكتشفت هذه النجوم منذ حوالي 100 عام من قبل عالم فلك يُدعى Henrietta Leavitt ، تغيّر سطوعها ، وتنبض أكثر خفوتًا وإشراقًا على مدار أيام أو أسابيع. اكتشف ليفيت أنه كلما كان النجم أكثر إشراقًا ، كلما طال سطوعه ، ثم خفته ثم سطوعه مرة أخرى. الآن ، يمكن لعلماء الفلك معرفة مدى سطوع النجم بالضبط من خلال دراسة هذه النبضات في السطوع. من خلال قياس مدى سطوعه لنا على الأرض ، ومعرفة ضوء التعتيم كدالة للمسافة ، فإنه يوفر طريقة دقيقة لقياس المسافة إلى النجوم.
اقرا ايضا:أفضل 10 كتب علمية مشهورة لأولئك الذين يريدون معرفة كل شيء في العالم
