منتديات طموح الجزائر :: ˆ~¤®§][©][ البيئة والفضاء ][©][§®¤~ˆ :: عالم الفضاء

اللاتثاقل الكوسمولوجي

كاتب الموضوع

رسالة

المعلومات
الكاتب:	المدير{ع~المعز}العام
اللقب:	المدير العام
الرتبه:
الصورة الرمزية

البيانات
الجنسية :
الجنس :
الـبـلــــد :
المزاج :
نوع المتصفح :
المهنة :
الهواية :
تاريخ الميلاد :	07/04/1987
العمـر :	37
العمل/الترفيه :	المدير المميز في المنتدى
المزاج :	في منتهى الروعة و الإطمئنان فرح بما حوله
تاريخ التسجيل :	08/03/2009
النقاط :	77633
تقييم الأعضاء :	0
إحترام القوانين :
توقيع المنتدى :

التوقيت

الإتصالات
الحالة:
وسائل الإتصال:

موضوع: اللاتثاقل الكوسمولوجي

الجمعة يوليو 08, 2011 3:47 pm

[size=21]اللاتثاقل الكوسمولوجي[/size]

[size=16]إن الثابت الكوسمولوجي الذي هُزئ به فترة طويلة والذي ابتكره ألبرت آينشتاين ليمثل[/size]

[size=16] شكلا غريبا لطاقة كامنة في الفضاء نفسه، هو أحد بديلين متنافسين لتفسير تغيرات معدل تمدد الكون.[/size]

[size=16]<M.L.كراوس>[/size]

في عام 1946 كتب الروائي والناقد الاجتماعي <G.
أورويل> قائلا: «إن رؤية ما يواجهك مباشرة تستلزم صراعا دائما.» وهذه
الكلمات تصف الأعمال الحديثة في الكوسمولوجيا (علم الكون) وصفا جيدا.
فالكون يحيط بنا من كل جانب ـ ونحن جزء منه ـ ومع ذلك، يتحتم في بعض
الأحيان على العلماء أن ينظروا جزئيا من أجل فهم العمليات التي أدت إلى
وجودنا على الأرض. ومع أن الباحثين يؤمنون بأن المبادئ التي تستند إليها
الطبيعة هي مبادئ بسيطة، فإن الكشف عنها أمر ليس بالبساطة نفسها، فالأدلة
في السماء قد تكون خادعة. وتتضاعف صحة مقولة أورويل بالنسبة إلى
الكوسمولوجيين (علماء الكون) الذين يحاولون معالجة الأرصاد الحديثة للنجوم
المتفجرة والتي تبعد عن الأرض مئات الملايين من السنين الضوئية. وعلى عكس
أغلب التوقعات، يرى هؤلاء أن تمدد الكون قد يكون متسارعا وليس متباطئا.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

إن ما يطلق عليه
اسم «الفضاء الخاوي» هو في الواقع مملوء بجسيمات أولية تتواجد وتتلاشى
بسرعات عالية بدرجة تجعل اكتشافها متعذرا. ووجود هذه الجسيمات هو نتيجة
للارتباط بين قاعدة أساسية في الميكانيك الكمومي ونظرية النسبية الخاصة: لا
يوجد شيء مضبوط exact تماما، ولا حتى اللاشيء. والطاقة الكلية التي تمثلها
هذه الجسيمات «الافتراضية»، مثل الأنواع الأخرى من الطاقة، يمكن أن ينتج
منها قوة تثاقلية. وهذه القوة قد تكون جاذبة أو طاردة، ويعتمد ذلك على
مبادئ فيزيائية لم تفهم بعد. وبالمقاييس المكروسكوبية، يمكن أن تمثل هذه
الطاقة الثابت الكوسمولوجي الذي اقترحه ألبرت آينشتاين.

منذ نحو عام 1929، عرف الفلكيون أن الكون المرئي يتمدد، وكان ذلك عندما أوضح <P.E.هَبل>
أن المجرات البعيدة تتحرك متفرقة عن بعضها بعضا، وهو ما يتوقع حدوثه إذا
كان الحجم الكلي للكون يتزايد بانتظام. وهذه الحركات إلى الخارج تقاومها
الثقالة (الجاذبية) gravity المشتركة لحشود المجرات وجميع الكواكب والنجوم وما تحويه من غاز وغبار. وحتى الجذب التثاقلي gravitational
الصغير جدا والذي ينشأ عن مشبك للورق مثلا، يؤخر التمدد الكوني بمقدار
بالغ الصغر. ومنذ نحو عقد من الزمن اتفقت الدراسة النظرية والأرصاد الفلكية
على أن الموجود في الكون في مشابك الورق وغيرها من المادة يكفي تقريبا
لإيقاف هذا التمدد ولكن ليس تماما على الإطلاق. وبالتعابير الهندسية التي
كان آينشتاين يشجع الكوسمولوجيين على استخدامها، بدا الكون «مسطحا» flat.

إن
الكون المسطح هو حالة بين هندستين بديلتين مقبولتين، تسميان «الكون
المفتوح» و«الكون المغلق». وفي كون لا تتصارع فيه المادة مع الدفع الخارجي
الناتج من الانفجار الأعظم big bang،
تمثل حالة الكون المفتوح انتصارَ التمدد: يستمر الكون في التمدد إلى
الأبد. وفي حالة الكون المغلق، يكون للتثاقل اليد العليا، وسيتداعى الكون
ثانية بمرور الزمن وينتهي في «انسحاق ناري أعظم» big crunch.
والسيناريوهات الثلاثة (المفتوح والمغلق والمسطح) تناظر على الترتيب حالات
إطلاق صاروخ بسرعة أكبر من، أو أصغر من، أو تساوي سرعة الهروب من الأرض،
وهي السرعة الابتدائية للصاروخ اللازمة للتغلب على الجذب التثاقلي للأرض.

إن
فكرة كوننا نعيش في كون مسطح ـ حالة التوازن الأمثل للقوى ـ هي أحد
التنبؤات المميزة للنظرية الأساسية للتضخم، وهي النظرية التي تفترض فترة
مبكرة للغاية من التمدد السريع، وذلك للتغلب على بعض التناقضات في الصياغة
التقليدية لنظرية الانفجار الأعظم. ومع أنه من الواضح أن محتويات الكون
المرئية لا تكفي لجعله مسطحا، فإن الديناميكا السماوية تبين أن الكون يحتوي
على مادة أكثر جدا مما تراه العين. وأغلب المادة الموجودة في المجرات وفي
تجمعاتها هي بالضرورة غير مرئية بالمقاريب. ومنذ أكثر من عشرة أعوام،
استخدمتُ المصطلح «جوهر» quintessence لهذه المادة التي تسمى «مادة خفية (معتمة)» dark matter، وبذلك أكون قد استعرت مصطلحا استخدمه أرسطو «للأثير» ether ـ المادة غير المرئية التي يفترض أنها تتخلل كل الفضاء [انظر: «المادة الخفية في الكون»،مجلة العلوم، العدد 4(1995) ، ص 50].

ومع
ذلك، توجد الآن بيّنة دامغة تقتضي أن المادة غير المرئية لا تكفي هي أيضا
لإنتاج كون مسطح. ربما لا يكون الكون مسطحا وإنما مفتوح ـ الأمر الذي
يستلزم أن يُعَدل العلماء نظرية التضخم أو يرفضونها تماما [انظر: «تضخم في
كون منخفض الكثافة»، في هذا التقرير الخاص]، أو ربما يكون الكون بالفعل
مسطحا. وإذا كان الأمر كذلك فلا يمكن أن تكون المكونات الأساسية للكون هي
مادة مرئية أو مادة خفية أو إشعاعا. وبدلا من ذلك، لا بد أن يكون الكون
مكونا في عمومه من شكل من أشكال الطاقة إثيريا ethereal، يشغل الفضاء الخاوي، بما في ذلك ما هو حولنا.

جذب مميت

لفكرة
هذه الطاقة تاريخ مديد راوحت فيه بين النجاح والفشل، بدأ عندما أكمل
آينشتاين نظرية النسبية العامة، وكان ذلك قبل أكثر من عشر سنوات من برهان
هَبل المقنع بأن الكون يتمدد. وعن طريق الربط بين المكان والزمان والمادة،
بشرت نظرية النسبية بما كان مستحيلا من قبل: فهم علمي ليس فقط لديناميكا
الأشياء الموجودة في الكون، وإنما للكون نفسه. كانت هناك مشكلة واحدة
مفادها أن قوة التثاقل هي دائما قوة جذب على خلاف القوى الأساسية الأخرى
التي تؤثر في المادة ـ التثاقل يجذب فقط ولا يتمكن من الطرد. إن الجذب
العنيف الناشئ عن تثاقل المادة يمكن أن يسبب في النهاية انهيار الكون.
وبالتالي فإن آينشتاين، الذي كان يَفترِضُ أن الكون سكوني (استاتيكي)
ومستقر، أضاف إلى معادلاته «حدا كوسمولوجيا» cosmological term
يمكن أن يؤدي إلى استقرار الكون، وذلك بإنتاج قوة جديدة طويلة المدى في
الفضاء كلّه. يمثل هذا الحد قوة طاردة إذا كانت قيمته موجبة. وهذه القوة،
التي هي نوع من اللاتثاقل، يمكنها أن تجعل الكون يتماسك تحت تأثير وزنه.

أنواع المادة

النوع	التركيب المحتمل	الدليل الرئيسي	الإضافة التقريبية للنسبة Ω
مادة مرئية	مادة عادية (تتركب على الأغلب من بروتونات ونيوتورونات) تُكوِّن النجوم والغبار والغاز	أرصاد تلسكوبية	0.01
مادة خفية باريونية	مادة عادية معتمة بدرجة يتعذر معها رؤيتها، وربما أقزام بنية أو سوداء (أشياء ضخمة مدمجة لها هالة)	حسابات التحليل النووي للانفجار الأعظم وأرصاد تدل على وفرة الديوتريوم	0.05
مادة خفية لاباريونية	جسيمات غريبة مثل "الإكسيونات" axions، نيوترينوهات لها كتلة أو جسيمات ثقيلة، التفاعل المتبادل بينها ضعيف الويمپات (WIMP's)	تثاقل المادة المرئية غير كاف لإحداث السرعات المدارية للنجوم داخل المجرات في الحشود.	0.3
"مادة خفية" كوسمولوجية	الثابت الكوسمولوجي (طاقة الفضاء الخالي)	خلفية الموجات المكروية تشير إلى أن الكون مسطح، ولكن لا يوجد ما يكفي من المادة الباريونية أو اللاباريونية لجعله كذلك	0.6

تتضمن
محتويات الكون بلايين وبلايين من المجرات، وكل هذه المجرات يحوي عددًا
رهيبًا مماثلاً من النجوم، ومع ذلك يبدو أن كل هذا يتركب من "مادة خفية" لا
تزال هويتها غير مؤكدة. وإذا تحقق وجود الثابت الكوسمولوجي، فسيكون سلوكه
مماثلاً لسلوك صورة أكثر غرابة من المادة الخفية بالمقاييس الكوسمولوجية.
إن العدد "أوميگا" omegaا، Ω، هو النسبة بين كثافة المادة أو الطاقة والكثافة اللازمة لكي يكون الكون مسطحا.

وللأسف،
تخلى آينشتاين خلال خمسة أعوام عن هذا الحد الذي كان يعتبره «أكبر أخطائه
الفادحة.» فقد ظهر أن الاستقرار الذي يوفره هذا الحد كان وهما. وأهم من
ذلك، أخذت تتوالى الأدلة على أن الكون يتمدد. وقد كتب آينشتاين عام 1923
إلى عالم الرياضيات <هرمان ڤايل> Weyl خطابا ضمنه العبارة التالية: «إذا لم يوجد عالَم شبيه السكوني quasi-static فلا داعي للحد الكوسمولوجي.» وكما حدث للأثير من قبل، بدا أن هذا الحد يتجه إلى مزبلة التاريخ.

سَعِدَ
الفيزيائيون بالتخلص من هذا المتطفل. فمصدر قوى التثاقل (جاذبة كانت أو
طاردة) في نظرية النسبية العامة هو الطاقة، إذ إن المادة هي ببساطة أحد
أشكال الطاقة؛ ولكن حد آينشتاين الكوسمولوجي مميز، فالطاقة التي ترتبط بهذا
الحد لا تعتمد على الموضع أو الزمن ـ ومن هنا نشأت تسميته «بالحد
الكوسمولوجي». وتؤثر القوى التي يمثلها هذا الثابت حتى في حالة عدم وجود
المادة أو الإشعاع. وعلى ذلك يتحتم أن يكون مصدرها طاقة غريبة تسكن في
الفضاء الخاوي. والثابت الكوسمولوجي، مثله مثل الأثير، يضفي على الخواء
هالة تكاد تكون خارقة للطبيعة. وبعد زواله، أصبحت الطبيعة مقبولة من جديد.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

خطاب بعثه
آينشتاين، عندما كان في الأكاديمية البروسية ببرلين، إلى عالم الرياضيات
الألماني هرمان ڤايل يقر فيه بأن كونا لا يتغير حجمه قد ينزع إلى التمدد أو
الانهيار: «في كون دو سيتر De Sitter ثمة نقطتان مائعتان واضحتان وغير
مستقرتين تتفرقان بتسارع متزايد. وإذا لم يوجد عالَم شبيه السكوني
quasi-static فلا داعي لوجود الحد الكوسمولوجي.»

ولكن
هل كان هذا صحيحا؟ لقد ظهرت في الثلاثينات من هذا القرن لمحات للثابت
الكوسمولوجي في مجال آخر مستقل تماما: محاولة ربط قواعد الميكانيك الكمومي
بنظرية النسبية الخاصة التي وضعها آينشتاين. فقد برهن الفيزيائي<M.A.P.ديراك>، ومن بعده الفيزيائيون <R.فاينمان> و<S.J.شوينگر> و<Sh.توموناگا>،
على أن الفضاء الخاوي هو أعقد بكثير مما كان يتصوره أي شخص من قبل. فقد
تبين أنه يمكن للجسيمات الأولية فيه أن تظهر تلقائيا من العدم ثم تختفي
ثانية، إذا تم ذلك خلال فترة زمنية قصيرة بدرجة لا يمكن أثناءها قياس
الجسيمات الأولية مباشرة [انظر: «استغلال طاقة النقطة صفر»، مجلة العلوم،
العددان 6/7 (1998) ، ص 40]. وقد تبدو مثل هذه الجسيمات، التي تسمى
الجسيمات الافتراضية virtual particles،
بعيدة عن التصور مثلها مثل القول بوجود ملائكة جالسين على رأس دبوس. ولكن
ثمة فارق؛ فالجسيمات التي لا تُرَى تُنتج تأثيرات يمكن قياسها، مثل تغير
مستويات طاقة الذرات وأيضا القوى بين الصفائح المعدنية القريبة من بعضها
بعضا. وتتفق نظرية الجسيمات الافتراضية مع المشاهدات حتى تسع خانات (مراتب)
عشرية. (وعلى العكس من ذلك، ليس للملائكة عادة تأثير ملحوظ في الذرات أو
الصفائح.) وسواء رضينا أو لم نرض، فإن الفضاء الخاوي هو في نهاية المطاف
ليس خاويا.

الواقع الافتراضي

إذا
كانت الجسيمات الافتراضية تستطيع تغيير صفات الذرات، فهل تستطيع أيضا أن
تؤثر في تمدد الكون؟ في عام 1967، أثبت عالم الفيزياء الفلكية الروسي <B.Y.زلدوڤتش>
أن تأثير طاقة الجسيمات الافتراضية يجب أن يكون مماثلا تماما لتأثير
الطاقة المرتبطة بالثابت الكوسمولوجي. ولكن، برزت مشكلة عويصة؛ فالنظرية
الكمومية تتنبأ بطيف كامل من الجسيمات الافتراضية يشمل جميع الأطوال
الموجية الممكنة. وعندما يحصِّل الفيزيائيون جميع التأثيرات، يجدون أن
الطاقة الكلية لانهائية. وحتى إذا أهمل العلماء النظريون التأثيرات
الكمومية الأصغر من طول موجي معين ـ الذي يفترض أن تتغير الأمور عنده نتيجة
للتأثيرات الكمومية غير المفهومة جيدا ـ فإن رتبة مقدار طاقة الفضاء
المحسوبة تكون أعلى بنحو 120 مرة من رتبة مقدار الطاقة المحتواة في جميع
المادة الموجودة في الكون⁽¹⁾.

ما
هو تأثير مثل هذا الثابت الكوسمولوجي الغريب؟ لو اقتدينا بحكمة أورويل،
فسنتمكن بسهولة من وضع حد أعلى لقيمة هذا الثابت، مبني على المشاهدات. ابسط
يدك وانظر إلى أصابعك، إذا كان الثابت بالكبر الذي تقترحه بسذاجة النظرية
الكمومية فستتمدد المسافة بين عينيك ويديك بسرعة كبيرة لدرجة أن الضوء
الصادر عن يديك لن يصل أبدا إلى عينيك. ستصبح رؤية ما هو أمام وجهك، إذا
جاز القول، صراعا مستمرا وستكون أنت الخاسر دائما. وحقيقة أننا نستطيع رؤية
ليس فقط نهاية ذراعينا وإنما أيضا الجوانب البعيدة من الكون، تضع حدا
للثابت الكوسمولوجي أكثر صرامة من ذلك: مقدار تقل رتبته 120 مرة عن رتبة
التقدير المذكور سابقا. إن التعارض بين النظرية والمشاهدة هو أكثر ألغاز
الفيزياء الكمومية تعقيدا في الوقت الحاضر [انظر: “The Mystery of the Cosmological Constant‚” by L. Abbott ;Scientific American, May 1988].

إن
أبسط استنتاج هو أن هناك قانونا فيزيائيا، لم يُكتشف بعد، يسبب اختفاء
الثابت الكوسمولوجي. ولكن على قدر ما يرغب الفلكيون في اختفاء هذا الثابت،
فإن عددا من الأرصاد الفلكية ـ لعمر الكون وكثافة المادة وطبيعة التركيبات
الكونية ـ تقترح، مستقلة عن بعضها بعضا، أن ذلك الثابت موجود وسوف يبقى.

إن
تحديد عمر الكون هو إحدى القضايا التي طال عدم حسمها في الكوسمولوجيا
الحديثة. يمكن للفلكيين حساب الزمن الذي استغرقته المجرات في الوصول إلى
أمكنتها الحالية عن طريق قياس سرعاتها، وذلك بفرض أنها بدأت جميعا من مكان
واحد. وكتقريب أول، يمكن إهمال التباطؤ الذي يسببه التثاقل. في هذه الحدود،
سوف يتمدد الكون بسرعة ثابتة، وتصبح الفترة الزمنية المطلوبة هي النسبة
بين بُعد المجرات عن بعضها والسرعة المقيسة لتفرقها ـ أي معكوس ثابت هَبل
الشهير. فكلما زادت قيمة ثابت هَبل، زاد معها معدل تمدد الكون، وبالتالي
يقل عمر الكون.

وأول تقدير أعطاه هَبل لثابته الذي اشتهر باسمه كان نحو 500 كيلومتر في الثانية لكل مليون فرسخ نجمي⁽²⁾ megaparsec
ـ وهذا يعني أن مجرتين تفصل بينهما مسافة مليون فرسخ نجمي (نحو ثلاثة
ملايين سنة ضوئية) تتحركان بعيدا إحداهما عن الأخرى بسرعة متوسطة قدرها 500
كيلومتر في الثانية. وهذه القيمة تؤدي إلى تقدير عمر الكون بنحو بليوني
سنة، وهو تقدير يتعارض بشدة مع العمر المعلوم للأرض ـ والذي يقدر بنحو
أربعة بلايين سنة. وعند أخذ الجذب التثاقلي للمادة في الحسبان، ينبئنا
التحليل بأن الأشياء كانت تتحرك من قبل بصورة أسرع، وبالتالي استغرقت في
الوصول إلى مواقعها الحالية زمنا أقل من الزمن المناظر في حالة حركتها
بسرعة ثابتة. وهذا التحسين يقلل التقدير إلى ثلثيه، وبالتالي فإنه لسوء
الحظ يزيد من التناقض.

وعلى
مدى السبعين عاما الماضية حسّن الفلكيون تقديرهم لمعدل تمدد الكون، ولكن
التناقض بين العمر المحسوب للكون وعمر الأشياء الموجودة فيه مازال قائما.
وفي العقد الماضي، مع إطلاق مقراب هَبل الفضائي وتطوير تقنيات رصد جديدة،
بدأت التقديرات المتباينة لثابت هَبل تتقارب من بعضها بعضا. فقد استنتجت
<L.W.فريدمان> وزملاؤها في مراصد
كارنيگي القيمة 73 كيلومترا في الثانية لكل مليون فرسخ نجمي (وفي الغالب
تقع القيمة ما بين 65 و81 كيلومترا وذلك تبعا للخطأ التجريبي) [انظر: «معدل
تمدد الكون وحجمه»، مجلة العلوم، العددان 6/7(1994)، ص 72]. وبناء على هذه
النتائج فإن الحد الأعلى لعمر كون مسطح هو نحو عشرة بلايين سنة.

الأزمة التي يثيرها عمر الكون

هل
تدل تلك القيمة على قِدَمٍ كاف؟ تتوقف الإجابة عن هذا السؤال على معرفة
عمر أقدم الأشياء التي يستطيع الفلكيون تأريخها. ومن أقدم النجوم في
مجرتنا، تلك النجوم التي تتواجد في مجموعات مكتظة، وتسمى الحشود الكرية globular clusters.
وبعض هذه النجوم توجد في ضواحي مجرتنا، وبالتالي يعتقد أنها تكونت قبل
تكوُّن بقية درب التبانة (الطريق اللبني). وعلى أساس حسابات حرق النجوم
لوقودها النووي، يقدر عمر هذه النجوم تقليديا بما يتراوح بين 15 و20 بليون
سنة. ويبدو من ذلك، أن مثل هذه الأجسام هي أقدم من الكون.

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

إن توضيح تأثير
كازيمير Casimir هو إحدى الوسائل التي لجأ إليها الفيزيائيون لإثبات نظرية
مفادها أن الفضاء مملوء «بجسيمات افتراضية» تتلاشى. ويولّد تأثير كازيمير
قوى بين الأشياء المعدنية ـ قوة جاذبة بين صفيحتين معدنيتين متوازيتين مثلا
(في الأعلى). وبشكل تقريبي، يمكن القول بأن المسافة المحدودة بين
الصفيحتين تمنع الجسيمات الافتراضية ـ التي طولها الموجي أكبر من طول موجي
معين ـ من التواجد كمادة في الفجوة. وعلى ذلك، ستوجد جسيمات خارج الصفيحتين
أكثر من تلك الموجودة بينهما، وهذا الاختلاف يؤدي إلى دفع الصفيحتين
إحداهما نحو الأخرى (في اليمين). ويعتمد تأثير كازيمير اعتمادا قويا على
شكل الصفيحتين، مما يسمح للفيزيائيين بعزله عن القوى الطبيعية الأخرى.

ولتحديد ما إذا كان هذا التناقض العمري يرد إلى الكوسمولوجيا أو إلى نمذجة modeling النجوم، قمت عام 1995 مع آخرين منهم: <C.B.شابوير>،
[وكان يعمل حينذاك في المعهد الكندي للفيزياء الفلكية النظرية] بمراجعة
تقديرات أعمار الحشود الكرية. وتوصلنا إلى إمكان ألا يزيد عمر أقدمها على
12.5 مليون سنة فقط. ولايزال هذا التقدير متناقضا مع عمر كون مسطح يتكون في
معظمه من المادة.

ولكن،
في عام 1997 جرى تعديل للمسافات إلى هذه النجوم وذلك عن طريق الساتل
هيپاركوس الذي أطلقته وكالة الفضاء الأوروبية لتحديد المسافات إلى أكثر من
مئة ألف من النجوم القريبة، وأيضا، وبطريق غير مباشر، إلى الحشود الكُريّة.
وقد غيرت المسافات الجديدة تقديرات سطوع النجوم وأجبرتنا على إعادة إجراء
تحليلنا؛ لأن السطوع يحدد معدل استهلاك النجم لوقوده وبالتالي مدى عمره.
ويبدو الآن أن عمر الحشود الكرية ربما يكون عشرة ملايين سنة فقط، وهذا
التقدير يتفق تماما مع الأعمار الكوسمولوجية.

ولكن
هذا الاتفاق الهامشي غير مريح؛ لأنه يتطلب أن تكون كل مجموعة من مجموعتي
الأعمار بالقرب من نهاية مداها. والأمر الوحيد المتبقي لنا والذي قد يكون
مفيدا، هو إعادة النظر في فرضية أننا نعيش في كون مسطح يتكون في معظمه من
المادة. إن الإقلال من كثافة المادة، وهو من دلائل الكون المفتوح بتباطؤ
أقل، سيخفف إلى حد ما من التناقض. ومع ذلك، فالطريقة الوحيدة لزيادة العمر
إلى أعلى من 12.5 بليون سنة هي اعتبار أن المهيمن في الكون هو الثابت
الكوسمولوجي وليس المادة. والقوة الطاردة الناشئة ستعمل بمرور الزمن على
تسارع تمدد هَبل، وستكون المجرات بالتالي قد تحركت بعيدا عن بعضها بعضا
بسرعة أقل من السرعة المناظرة الحالية. وبالتالي تكون المجرات قد استغرقت
زمنا أطول للوصول إلى تفرقها الحالي، أي إن الكون سيكون أطول عمرا.

ملخص للقيم المستنتجة من أرصاد كثافة المادة الكونية

الأرصاد	Ω مادة
عمر الكون	< 1
كثافة البروتونات والنيوترونات	0.3 - 0.6
حشود المجرات	0.3 - 0.5
تطور المجرات	0.3 - 0.5
إشعاع الخلفية الكونية المكروي الموجة	≤1
مستعرات أعظمية من النوع la	0.2 - 0.5

إن قياسات إسهامات النسبة Ω من المادة هي في اتفاق تقريبي. ومع وجود مشككين في كل قياس يُجرى، فإن أغلب الفلكيين يتقبلون الآن فكرة

أنه
يتعذر على المادة وحدها أن تجعل النسبة Ω مساوية للواحد. ولكن أنواعا أخرى
من الطاقة، مثل الثابت الكوسمولوجي، يمكن أيضا أن تدعم هذا الرأي.

إن
التقديرات الحالية لعمر الكون هي مجرد مؤشرات. ومنذ فترة قصيرة تزعزعت
أيضا دعامات أخرى في مجال الرصد الكوسمولوجي. فقد صاحب تمكُّن الفلكيين من
مسح مناطق كونية أكبر مما مسحوه في أي وقت مضى، زيادة قدرتهم على تعرّف
محتويات الكون. والوضع القائم الآن هو أن الكمية الكلية للمادة لا تكفي
ليكون الكون مسطحا.

يتضمن
هذا الحصر الكوني أولا حسابات عن تشكل العناصر بالانفجار الأعظم. فالعناصر
الخفيفة في الكون ـ الهيدروجين والهيليوم ونظائرهما النادرة مثل
الديوتريوم ـ نشأت في الكون المبكر بكميات تتوقف نسبها على عدد البروتونات
والنيوترونات المتوافرة، وهي مكونات المادة العادية التي أنتجت في الانفجار
الأعظم. (من الممكن طبعا أن توجد مادة أخرى لا تتكون من البروتونات
والنيوترونات.)

في عام 1996، خطت الأرصاد المتعلقة بالموضوع خطوة كبيرة إلى الأمام عندما قاس <R.D.تايتلر>،
وزملاؤه من جامعة كاليفورنيا، الوفرة الأصلية للديوتريوم باستخدام امتصاص
السحب الهيدروجينية الواقعة بين المجرات لأضواء الكوازارات (الأجرام
الفائقة البعد فيما وراء المجرة). ولأن هذه السحب لم تحتو إطلاقا على نجوم
فلا بد أن يكون الديوتريوم الخاص بها قد نشأ عن الانفجار الأعظم. ويقتضي
اكتشاف تايتلر أن الكثافة المتوسطة للمادة العادية تتراوح ما بين أربعة
وسبعة في المئة من الكمية اللازمة لكي يكون الكون مسطحا.

استشف
الفلكيون أيضا كثافة المادة عن طريق دراسة الحشود المجرية، وهي أكبر
الأجسام في الكون التي تنضم إلى بعضها بعضا بفعل التثاقل. هذه التجمعات
المكونة من مئات المجرات تشكل جميع المادة المرئية تقريبا وأغلب محتواها
المضيء هو على صورة غاز بينمجري (بين المجرات) حار يصدر الأشعة السينية.
وتتوقف درجة حرارة هذا الغاز ـ كما يدل عليها طيف الأشعة السينية ـ على
الكتلة الكلية للحشد. ويكون التثاقل أشد في الحشود ذات الكتل الكبيرة،
وبالتالي لا بد من أن يكون الضغط الذي يدعم الغاز ضد التثاقل أعلى، الأمر
الذي يؤدي إلى رفع درجة الحرارة. في عام 1993، جمع <M.D.S.هوايت
> [الذي يعمل الآن بمعهد ماكس پلانك للفيزياء الفلكية في ألمانيا]
وزملاؤه معلومات حول عدة حشود مختلفة لتأييد وجهة النظر التي تقول بأن
المادة المضيئة تمثل ما بين عُشْر وخُمْس المادة الكلية لجميع الأشياء.
وهذه النتائج، إضافة إلى قياسات الديوتريوم، تبين ضمنيا أن الكثافة الكلية
لمادة الحشود ـ بما في ذلك البروتونات والنيوترونات وأيضا جسيمات أخرى من
المادة الخفية أكثر غرابة ـ تكوّن ستين في المئة على الأكثر مما يلزم
لاستنتاج أن الكون مسطح.

وتدعم
مجموعة ثالثة من الأرصاد، تتعلق أيضا بتوزيع المادة بمقاييس كبيرة للغاية،
وجهة النظر التي تقول بأن الكون فيه من المادة أقل مما يجعله مسطحا. وربما
يكون فهم أصل وطبيعة التركيبات الكونية هو أكثر المجالات الفرعية
للكوسمولوجيا تقدما في العشرين سنة الماضية. وقد ظل الفلكيون لأمد طويل
يعتقدون أن التحام المجرات نتج من تركزات طفيفة من المادة في الكون المبكر،
ولكن الأمر الذي نتجت بسببه هذه التموجات كان مجهولا للجميع. لكن تطور
نظرية التضخم في الثمانينات وفَّر أول آلية مقبولة لذلك ـ ألا وهي تكبير
التموجات الكمومية إلى الحيز الماكروسكوبي (العياني).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

خريطة للنماذج
توضح كيف أن إعادة بسط الكون تتوقف على كميتين كوسمولوجيتين أساسيتين:
الكثافة المتوسطة للمادة (المحور الأفقي) وكثافة الطاقة في الثابت
الكوسمولوجي (المحور الشاقولي). وقيم هاتين الكميتين، المعطاة هنا بدلالة
الوحدات الكوسمولوجية القياسية، لها ثلاثة تأثيرات واضحة. أولا، إن
مجموعهما (الذي يمثل المحتوى الكلي للطاقة الكوسمولوجية) يحدد هندسة
الزمكان (الخط الأصفر). وثانيا، إن الفرق بينهما (الذي يمثل الشدة النسبية
لكل من التمدد والتثاقل) يحدد كيف يتغير معدل التمدد بالنسبة إلى الزمن
(الخط الأزرق). وقد تم سبر هذين التأثيرين عن طريق الأرصاد الحديثة
(المناطق المظللة). وثالثا، إن التوازن بين الكثافتين، يحدد مصير الكون
(الخط الأحمر). وللتأثيرات الثلاثة هذه تباديل متعددة ـ على خلاف وجهة
النظر في علم الكون التي تعتبر الثابت الكوسمولوجي صفرا وتعتبر أن هناك
نتيجتين ممكنتين فقط.

أوضحت
المحاكاة العددية لنمو التركيبات التي تتلو التضخم أنه إذا لم تكن المادة
الخفية مكونة من البروتونات والنيوترونات وإنما من نوع آخر من الجسيمات
(كالتي تدعى ويمپات WIMP′s)، فإن التموجات
الدقيقة في إشعاع الخلفية الكونية المكروي الموجة يمكنها أن تنمو على هيئة
التركيبات التي تُرى حاليا. إضافة إلى ذلك، فمن المفروض أن تركيزات المادة
لاتزال تتطور إلى حشود مجرية، وذلك إذا كانت كثافة المادة الكلية عالية.
والنمو البطيء نسبيا لعدد الحشود الوافرة على مدى التاريخ القريب للكون
يشير إلى أن كثافة المادة أقل من نصف الكثافة المطلوبة لكون مسطح. [انظر:
«نشوء الحشود المجرية وتطورها»، مجلة العلوم، العدد 4(1999) ، ص 16].

لا شيء يهم

إن
هذه الاكتشافات المتعددة، عن أن المادة الموجودة في الكون أقل من المطلوب
لجعله مسطحا، صارت مقنعة بدرجة تكفي للتغلب على التحامل النظري الشديد ضد
صحة هذا الاحتمال. وثمة تفسيران مقبولان: إما أن يكون الكون مفتوحا وإما أن
توجد صورة ما إضافية من الطاقة لا تتعلق بالمادة العادية تجعله مسطحا.
وللتمييز بين هذين البديلين، أخذ الفلكيون يدفعون نحو قياس إشعاع الخلفية
المكروي الموجة بميز⁽³⁾ (فصل) عال. وفي
الوقت نفسه، وفر الباحثون الذين يدرسون المستعرات الأعظمية البعيدة أول
دليل مباشر، ولو أنه غير نهائي، على أن تمدد الكون يتسارع، وكان ذلك علامة
تدل على ثابت كوسمولوجي له القيمة نفسها التي تشير إليها البيانات الأخرى
[انظر: «مسح الزمكان بالمستعرات الأعظمية»، في هذا التقرير الخاص]. إن
أرصاد خلفية الموجات المكروية والمستعرات الأعظمية تسلط الضوء على وجهين
مختلفين للكوسمولوجيا. تكشف الخلفية المكروية الموجة هندسة الكون⁽⁴⁾،
التي هي حساسة للكثافة الكلية للطاقة في أي صورة من صورها، بينما تسبر
المستعرات الأعظمية مباشرة معدل تمدد الكون الذي يتوقف على الفرق بين كثافة
المادة (التي تبطئ التمدد) والثابت الكوسمولوجي (الذي يمكن أن يسرّع
التمدد).

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

تعتبر المصادفة
الكونية أحد الأسرار الكثيرة التي تحوم حول الثابت الكوسمولوجي. إن الكثافة
المتوسطة للمادة العادية تتناقص بتمدد الكون (الأحمر). والكثافة المكافئة
الممثلة بالثابت الكوسمولوجي ثابتة (الأسود). والسؤال هو: لماذا يكون
لهاتين الكثافتين القيمة نفسها حاليا على الرغم من هذا التناقض؟ والرأي
المتفق عليه في هذا الصدد هو أن السبب إما أن يكون مجرد حدث بالمصادفة، وهو
شرط مسبق من أجل وجود البشرية (وفي هذا لجوء إلى المبدأ الأنثروبي
الضعيف)، أو وجود آلية غير متصورة حاليا.

وهذه
النتائج مجتمعة تشير إلى أن الثابت الكوسمولوجي يوفر ما بين أربعين وسبعين
في المئة من الطاقة اللازمة لجعل الكون مسطحا [انظر الشكل في الصفحة
السابقة]. وعلى الرغم من وفرة الأدلة، فمن المفيد أن نتذكر القول المأثور:
إن النظرية الفلكية التي تتفق تنبؤاتها مع جميع المشاهدات هي خطأ في
الغالب، وربما ذلك لمجرد أن بعض القياسات أو بعض التنبؤات هي على الأرجح
خاطئة. ومع ذلك، فإن النظريين يتدافعون الآن في محاولة فهم ما كان غير قابل
للمناقشة منذ عشرين عاما: ثابت كوسمولوجي أكبر من الصفر ولكن أصغر بكثير
مما تتنبأ به النظرية الكمومية الحالية. ويلزم إجراء عمل توفيقي فذ لطرح
طاقات الجسيمات الافتراضية حتى المنزلة العشرية 123 مع ترك المنزلة 124 على
حالها ـ وهذا مستوى دقة لم نشهده في أي مجال آخر في الطبيعة.

وحديثا قام <S.واينبرگ> وزملاؤه في جامعة تكساس باستكشاف اتجاه يمثل الملاذ الأخير للكوسمولوجيين، ألا وهو المبدأ الأنثروبي⁽⁵⁾ anthropic principle.
إذا كان الكون الملاحظ هو مجرد واحد من عدد لانهائي من أكوان منفصلة ـ قد
تختلف ثوابتها الطبيعية اختلافا طفيفا ـ كما هو مقترح من بعض تجسيدات نظرية
التضخم والأفكار الجديدة للتثاقل الكمومي ـ فمن الممكن أن يراود
الفيزيائيين الأمل في تقدير قيمة الثابت الكوسمولوجي بالتساؤل عن العوامل
التي يمكن أن تنشأ فيها حياة ذكية. وقد توصل واينبرگ وآخرون إلى نتيجة
تتوافق مع قيمة الثابت الكوسمولوجي التي تظهر لنا حاليا.

ولكن
أغلب الفيزيائيين النظريين يجدون أن هذه الأفكار غير مقنعة، لأنها تقتضي
عدم وجود سبب لأن يأخذ الثابت قيمة معينة، فهو يفعل ذلك وحسب. ومع أنه قد
يتبين أن هذه الحجة صحيحة، فإن الفيزيائيين لمّا يستنفدوا بعد جميع
الاحتمالات الأخرى، التي قد تسمح بأن يتقيد الثابت بالأسس النظرية بدلا من
ارتباطه بالمصادفات التاريخية. [انظر: “The Anthropic Principle, by George Gale;” Scientific American, December 1981].

وثمة
اتجاه آخر للبحث يتَّبع تقليدا أرساه ديراك. فقد كان ديراك يجادل بأن هناك
عددا واحدا كبيرا في الكون ـ ألا وهو عمره (أو بعبارة مكافئة حجمه). فإذا
تغيرت كميات فيزيائية معينة بمرور الزمن، فمن الطبيعي أن تكون هذه الكميات
الآن إما كبيرة جدا وإما صغيرة جدا [انظر: «پول ديراك وجمال الفيزياء»،
مجلة العلوم، العددان 8/9 (1995) ، ص 18] وقد يكون الثابت الكوسمولوجي
مثالا على ذلك. فقد لا يكون في واقع الأمر ثابتا.. وعلى أية حال، إذا كان
الثابت الكوسمولوجي محددا وليس صفرا، فنحن نعيش في المرحلة الأولى والوحيدة
في تاريخ الكون التي يمكن فيها مقارنة كثافة المادة، التي تتناقص بتمدد
الكون، بالطاقة المخزونة في الفضاء الخاوي. ولكن ما سبب هذه المصادفة؟ لقد
تصور العديد من الباحثين، بدلا من ذلك، وجود شكل ما من الطاقة الكونية
يحاكي الثابت الكوسمولوجي ولكنه يتغير مع الزمن.

مصير الكون

يغير
الثابت الكوسمولوجي الصورة العادية البسيطة لمستقبل الكون. تقليديا، تتنبأ
الكوسمولوجيا بنتيجتين ممكنتين تعتمدان على هندسة الكون، أو على ما يكافئ
ذلك، وهي الكثافة المتوسطة للمادة. إذا تعدت كثافة كون مملوء بالمادة قيمة
معينة حرجة، سيكون الكون «مغلقا»، وفي هذه الحالة سيتوقف عن التمدد في آخر
الأمر، ويبدأ بالتقلص، وفي النهاية يتلاشى محترقا كما في نبوءة سفر الرؤيا.
وإذا كانت الكثافة أقل من القيمة الحرجة، يكون الكون «مفتوحا» وسيتمدد إلى
الأبد. وفي حالة الكون «المسطح»، تتساوى الكثافة مع القيمة الحرجة ويستمر
الكون أيضا في التمدد إلى الأبد ولكن بمعدل أبطأ كثيرا.

ولكن،
يُفترض في هذه السيناريوهات أن قيمة الثابت الكوسمولوجي تساوي الصفر. أما
إذا لم يكن الأمر كذلك، فإن هذا الثابت ـ بدلا من المادة ـ قد يتحكم في
المصير النهائي للكون. والسبب هو أنه طبقا للتعريف، يمثل هذا الثابت كثافة
ثابتة للطاقة في الفضاء. ولا يمكن للمادة أن تزاحم في هذا المضمار: إذا
تضاعف طول نصف القطر تنقص الكثافة إلى الثمن. وفي حالة كون يتمدد، يجب أن
تهيمن كثافة الطاقة التي ترتبط بثابت كوسمولوجي. وعندما تكون قيمة الثابت
موجبة ستولَد في الكون قوة طاردة بعيدة المدى. وسيستمر الكون في التمدد حتى
لو تعدت كثافة الطاقة الكلية في المادة والفضاء القيمة الحرجة. (تستبعد
القيم السالبة الكبيرة للثابت؛ لأن القوة الجاذبة الناتجة ستكون قد قضت على
الكون).

وحتى
هذا التنبؤ الجديد بالتمدد الأبدي يفترض أن الثابت هو ثابت فعلا، وهذا هو
بالضبط ما تقترحه نظرية النسبية العامة. إذا لم تتناسب كثافة الطاقة في
الفضاء الخاوي مع الزمن، سيتوقف مصير الكون على الطريقة التي تتغير بها هذه
الكثافة. وقد توجد حالة سابقة لمثل هذه التغيرات ـ وبالذات التمدد التضخمي
للكون البدائي. وربما يكون الكون داخلا في مرحلة جديدة من التضخم، مرحلة
قد تنتهي بمرور الزمن.

قبل عقد من الزمن، قام <E.J.P.پيبلز>
وآخرون من جامعة پرنستون باستكشاف هذا المبدأ. وأحيا باحثون آخرون الفكرة،
تدفعهم إلى ذلك الاكتشافات الجديدة الخاصة بالمستعرات الأعظمية. وبعض
هؤلاء جذبتهم المفاهيم التي برزت من نظرية الأوتار string theory. وقد أعاد <R.كالدوِل> و<J.P.شتاينهارت>
[من جامعة بنسلڤانيا] اقتراح مصطلح «الجوهر» لوصف هذه الطاقة المتغيرة.
وإن أحد مقاييس مدى تعقيد اللغز النظري الذي أمامنا هو أن المادة الخفية،
التي استحقت في البداية إطلاق هذا الاسم (الجوهر) عليها، تبدو الآن متدنية
للغاية مقارنة بالطاقة المتغيرة. ومع استحساني لكلمة «الجوهر»، لا يبدو لي
أن أيا من الأفكار النظرية لهذا الجوهر تفرض نفسها، فكل منها نشأ لغرض معين
بذاته. إن ضخامة مشكلة الثابت الكوسمولوجي مازالت قائمة.

كيف
سيعرف الكوسمولوجيون بشكل مؤكد ما إذا كان عليهم أن يوطنوا أنفسهم على هذا
الكون المعقد نظريا؟ إن القياسات الجديدة للخلفية المكروية الموجة
والتحليل المستمر للمستعرات الأعظمية وقياسات التعدّس⁽⁶⁾ lensing
التثاقلي للكوازارات البعيدة يجب أن تتمكن من تحديد الثابت الكوسمولوجي
خلال السنوات القليلة القادمة. وثمة أمر واحد مؤكد حاليا ألا وهو أن
كوسمولوجيا عام 1980 المألوفة، والتي تفترض كونا مسطحا مملوءا بالمادة، لم
تعد مقبولة. فالكون إما أن يكون مفتوحا وإما مملوءا بطاقة غير معروفة
المنشأ. ومع أنني أعتقد أن الدلائل ترجح الاحتمال الثاني، فإن كلا من
السيناريوين سيتطلب فهما دراميا جديدا للفيزياء. أو بعبارة أخرى، لا يمكن
«للاشيء» أن يكون بحال من الأحوال أكثر إثارة للاهتمام.

المؤلف

Lawrence M. Krauss
يعمل
في الفيزياء الفلكية. درس كراوس فِعل النجوم والثقوب السوداء والعدسات
التثاقلية والكون القديم، وذلك بهدف تسليط الضوء على فيزياء الجسيمات إلى
ما بعد النموذج القياسي الحالي، بما في ذلك توحيد القوى والتثاقل الكمومي
وتفسيرات المادة الخفية. والمؤلف هو حاليا رئيس لقسم الفيزياء في جامعة كيس
ويسترن ريزيرڤ Case Western Reserve، وقد ألف أربعة كتب عامة أحدثها
Beyond Star Trek الذي يُعالج القضايا العلمية التي تُعرض في الأفلام
السينمائية والتلفزيون.

الموضوع الأصلي : اللاتثاقل الكوسمولوجي الكاتب : المدير{ع~المعز}العامالمصدر : منتديات طموح الجزائر

المدير{ع~المعز}العام : توقيع العضو

المعلومات
الكاتب:	المدير{ع~المعز}العام
اللقب:	المدير العام
الرتبه:
الصورة الرمزية

البيانات
الجنسية :
الجنس :
الـبـلــــد :
المزاج :
نوع المتصفح :
المهنة :
الهواية :
تاريخ الميلاد :	07/04/1987
العمـر :	37
العمل/الترفيه :	المدير المميز في المنتدى
المزاج :	في منتهى الروعة و الإطمئنان فرح بما حوله
تاريخ التسجيل :	08/03/2009
النقاط :	77633
تقييم الأعضاء :	0
إحترام القوانين :
توقيع المنتدى :

التوقيت

الإتصالات
الحالة:
وسائل الإتصال:

موضوع: رد: اللاتثاقل الكوسمولوجي

الأحد نوفمبر 06, 2011 7:42 pm

كم من شخص كتب موضوع كم من شخص رتب الكلام الي في راسه وقاله كم من شخص تعب
حتى يحصل على معلومه وينقلها الى المنتدى عن طريق مواضيعه .... ولكن لا
حياة لمن تنادي ...
يا اخوان الردود تشجع الكاتب وتفيده وهنا نحن كي نستفيد ونفيد ونتحاور لا
نشاهد فقط .... والله العظيم انه شي مؤسف لما تطالع انه المشاهده اعلا من
المشاركة طيب انت لما شاهدت الموضوع اكتب عن رايك اتجاه الموضوع لا تمرعلى
الموضوع وكانه شي تافه او قديم ياخي اكتب عن رايك لا تجامل اكتب الموضوع
ممتاز الموضوع غير هادف اكتب اهم شي كتب الواحد يكتب كي يشاهد وجهات النظر
من الجميع لامن طرفه هو شخصياً اتمنى ان الموضوع اليوم اشوف عليه ردود
وياليت يعني ياليت انا نبدا بالردود على المواضيع ولكم تحياتي ..........

الموضوع الأصلي : اللاتثاقل الكوسمولوجي الكاتب : المدير{ع~المعز}العامالمصدر : منتديات طموح الجزائر

المدير{ع~المعز}العام : توقيع العضو

اللاتثاقل الكوسمولوجي

صفحة 1 من اصل 1

الكلمات الدلالية	اللاتثاقل الكوسمولوجي حصرياا , اللاتثاقل الكوسمولوجي بانفراد , اللاتثاقل الكوسمولوجي منتديات اوديسا , اللاتثاقل الكوسمولوجي حمل , اللاتثاقل الكوسمولوجي download , اللاتثاقل الكوسمولوجي تحميل حصري
رابط الموضوع
BBCode
HTML كود الموضوع

صلاحيات هذا المنتدى:

لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى