أين مركز الكون؟

منذ حوالي قرن من الزمان ، كان العلماء يكافحون للتوفيق بين ما بدا تناقضًا في نظرية ألبرت أينشتاين للنسبية العامة.

نُشرت في عام 1915 ، وقبلت بالفعل على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم من قبل علماء الفيزياء وعلماء الرياضيات ، افترضت النظرية أن الكون كان ثابتًا – لا يتغير ، لا يتغير وغير قابل للتغيير. باختصار ، اعتقد أينشتاين أن حجم وشكل الكون اليوم كان ، إلى حد ما ، بنفس الحجم والشكل الذي كان عليه دائمًا.

ولكن عندما نظر علماء الفلك إلى سماء الليل في مجرات بعيدة مع تلسكوبات قوية ، رأوا تلميحات إلى أن الكون لم يكن سوى ذلك. اقترحت هذه الملاحظات الجديدة عكس ذلك – أنها كانت ، بدلاً من ذلك ، تتوسع.

سرعان ما أدرك العلماء نظرية أينشتاين في الواقع أن الكون يجب أن يكون ثابتًا ؛ النظرية يمكن أن تدعم الكون المتوسع كذلك. في الواقع ، من خلال استخدام نفس الأدوات الرياضية التي توفرها نظرية آينشتاين ، أنشأ العلماء نماذج جديدة أظهرت أن الكون كان ديناميكيًا وتطورًا في الواقع.

لقد أمضيت عقودًا في محاولة لفهم النسبية العامة ، بما في ذلك وظيفتي الحالية كأستاذ فيزياء تدريس دورات تدريبية حول هذا الموضوع. أعلم أن لف رأسك حول فكرة الكون المتناسق باستمرار يمكن أن يشعر بالشاقة-وجزء من التحدي هو تجاوز حدسك الطبيعي حول كيفية عمل الأشياء. على سبيل المثال ، من الصعب أن نتخيل شيئًا كبيرًا مثل عدم وجود مركز على الإطلاق ، لكن الفيزياء تقول إن هذا هو الواقع.

المسافة بين المجرات

أولاً ، دعونا نحدد ما هو المقصود بـ “التوسع”. على الأرض ، “التوسع” يعني أن شيئًا ما يزداد. وفيما يتعلق بالكون ، هذا صحيح ، نوعًا ما. قد يعني التوسع أيضًا “كل شيء يتجه أبعد منا” ، وهذا صحيح أيضًا فيما يتعلق بالكون. قم بتوضيح تلسكوب في المجرات البعيدة ويبدو أن جميعهم يبتعدون عنا.

ما هو أكثر من ذلك ، كلما كانت أبعد ، كلما يبدو أنها تتحرك بشكل أسرع. يبدو أن تلك المجرات تبتعد عن بعضها البعض. لذلك من الدقة أن نقول إن كل شيء في الكون يبعد بعيدًا عن كل شيء آخر ، كل ذلك مرة واحدة.

هذه الفكرة خفية ولكنها حاسمة. من السهل التفكير في إنشاء الكون مثل تنفجر الألعاب النارية: ابدأ بانفجار كبير ، ثم تطير جميع المجرات في الكون في جميع الاتجاهات من بعض النقاط المركزية.

لكن هذا القياس غير صحيح. لا يعني ذلك ضمناً أن توسيع الكون بدأ من بقعة واحدة ، وهو ما لم يفعل ذلك ، ولكنه يشير أيضًا إلى أن المجرات هي الأشياء التي تتحرك ، وهي ليست دقيقة تمامًا.

إنها ليست المجرات التي تبتعد عن بعضها البعض-إنها المساحة بين المجرات ، ونسيج الكون نفسه ، وهذا يتزايد مع مرور الوقت. بمعنى آخر ، ليست المجرات نفسها التي تتحرك عبر الكون ؛ أكثر من ذلك أن الكون نفسه يحملهم بعيدًا عن التوسع.

هناك تشبيه شائع هو تخيل التمسك ببعض النقاط على سطح البالون. بينما تهب الهواء في البالون ، يتوسع. لأن النقاط عالقة على سطح البالون ، فإنها تتفكك. على الرغم من أنها قد تبدو وكأنها تتحرك ، إلا أن النقاط تبقى في الواقع في المكان الذي تضعه فيه ، والمسافة بينهما تكبر ببساطة بحكم توسع البالون.

الآن فكر في النقاط كجرة وبالون كقماش للكون ، وتبدأ في الحصول على الصورة.

لسوء الحظ ، في حين أن هذا القياس بداية جيدة ، فإنه لا يحصل على التفاصيل بشكل صحيح أيضًا.

البعد الرابع

من المهم لأي تشبيه فهم لقيوده. بعض العيوب واضحة: البالون صغير بما يكفي لتناسب يدك – ليس كذلك الكون. عيب آخر هو أكثر دقة. يحتوي البالون على جزأين: سطحه اللاتكس والداخلية المملوءة بالهواء.

يتم وصف هذين الجزأين من البالون بشكل مختلف بلغة الرياضيات. سطح البالون ثنائي الأبعاد. إذا كنت تتجول عليها ، فيمكنك المضي قدمًا أو للخلف أو اليسار أو اليمين ، لكن لا يمكنك التحرك لأعلى أو لأسفل دون مغادرة السطح.

الآن قد يبدو الأمر وكأننا نسمي أربعة اتجاهات هنا – إلى الأمام ، للخلف ، اليسار واليمين – ولكن هذه مجرد حركات على طول مسارين أساسيين: من جانب إلى جانب إلى الخلف. هذا ما يجعل السطح ثنائي الأبعاد-الطول والعرض.

من ناحية أخرى ، يكون الجزء الداخلي من البالون ثلاثي الأبعاد ، لذلك ستكون قادرًا على التحرك بحرية في أي اتجاه ، بما في ذلك أعلى أو لأسفل-الطول والعرض والارتفاع.

هذا هو المكان الذي يكمن فيه الارتباك. الشيء الذي نفكر فيه على أنه “مركز” البالون هو نقطة في مكان ما في الداخل ، في الفضاء المملوء بالهواء أسفل السطح.

ولكن في هذا القياس ، فإن الكون يشبه سطح البالون اللاتكس. لا يوجد نظير في عالم البالون المليء بالهواء في عالمنا ، لذلك لا يمكننا استخدام هذا الجزء من القياس-فقط السطح يهم.

لذا سأل ، “أين مركز الكون؟” هل يشبه إلى حد ما السؤال ، “أين مركز سطح البالون؟” ببساطة لا يوجد واحد. يمكنك السفر على طول سطح البالون في أي اتجاه ، طالما أردت ، ولن تصل أبدًا إلى مكان يمكنك الاتصال به في مركزه لأنك لن تترك السطح أبدًا.

بنفس الطريقة ، يمكنك السفر في أي اتجاه في الكون ولن تجد مركزه أبدًا لأنه ، مثل سطح البالون ، ليس لديه ببساطة.

جزء من السبب في أن هذا يمكن أن يكون تحديًا كبيرًا لفهمه هو الطريقة التي يوصف بها الكون بلغة الرياضيات. يحتوي سطح البالون على بعدين ، والبالون الداخلي له ثلاثة ، لكن الكون موجود في أربعة أبعاد. لأن الأمر لا يتعلق فقط بكيفية انتقال الأشياء في الفضاء ، ولكن كيف تتحرك في الوقت المناسب.

أدمغتنا سلكية للتفكير في الفضاء والوقت بشكل منفصل. لكن في الكون ، تتشابك في نسيج واحد يسمى “زمان الزمان”. يغير هذا التوحيد الطريقة التي يعمل بها الكون بالنسبة لما يتوقعه حدسنا.

وهذا التفسير لا يبدأ حتى في الإجابة على سؤال حول كيفية توسيع شيء ما إلى أجل غير مسمى – ما زال العلماء يحاولون إلغاء قوى هذا التوسع.

لذلك في السؤال عن مركز الكون ، نواجه حدود حدسنا. الإجابة التي نجدها – كل شيء ، والتوسع في كل مكان ، في وقت واحد – هو لمحة عن مدى غرابة وجمال عالمنا.

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: روب كوين ، جامعة رود آيلاند

اقرأ المزيد:

يتلقى روب كوين تمويلًا من إدارة الطيران والفضاء الوطنية (NASA) ومؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية (NSF).