Curious Kids هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء، فأرسله إلى Curiouskidsus@theconversation.com.
ما الذي يتوسع فيه الكون إذا كان لا نهائيًا بالفعل؟ – مايل، 10 سنوات، ميسولا، مونتانا
عندما تخبز رغيفًا من الخبز أو مجموعة من الكعك، فإنك تضع العجينة في مقلاة. عندما تُخبز العجينة في الفرن، تتمدد في صينية الخبز. تصبح أي رقائق شوكولاتة أو توت في خليط المافن بعيدة عن بعضها البعض مع تمدد خليط المافن.
إن توسع الكون مشابه في بعض النواحي. لكن هذا التشبيه يخطئ في شيء واحد، فبينما يتمدد العجين في صينية الخبز، لا يوجد لدى الكون أي شيء يتوسع فيه. إنه يتوسع فقط في نفسه.
يمكن أن يبدو الأمر وكأنه دعابة للدماغ، لكن الكون يعتبر كل شيء داخل الكون. في الكون المتوسع، لا يوجد مقلاة. مجرد عجينة. وحتى لو كان هناك مقلاة، فإنها ستكون جزءًا من الكون، وبالتالي ستتوسع مع المقلاة.
حتى بالنسبة لي، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك الذي درس الكون لسنوات، فإن هذه الأفكار يصعب فهمها. لا تواجه شيئًا كهذا في حياتك اليومية. إنه مثل السؤال عن الاتجاه الأبعد شمال القطب الشمالي.
هناك طريقة أخرى للتفكير في توسع الكون وهي التفكير في كيفية تحرك المجرات الأخرى بعيدًا عن مجرتنا، درب التبانة. يعرف العلماء أن الكون يتوسع لأنهم يستطيعون تتبع المجرات الأخرى أثناء ابتعادها عن مجرتنا. إنهم يحددون التوسع باستخدام المعدل الذي تبتعد به المجرات الأخرى عنا. يتيح لهم هذا التعريف تخيل التوسع دون الحاجة إلى شيء يتوسعون فيه.
الكون المتوسع
بدأ الكون بالانفجار العظيم قبل 13.8 مليار سنة. يصف الانفجار العظيم أصل الكون بأنه متفرد شديد الكثافة وساخن. مرت هذه النقطة الصغيرة فجأة بتوسع سريع يسمى التضخم، حيث توسع كل مكان في الكون إلى الخارج. لكن اسم Big Bang مضلل. لم يكن انفجارًا عملاقًا، كما يوحي الاسم، بل كان وقتًا توسع فيه الكون بسرعة.
ثم تكثف الكون بسرعة وبرد، وبدأ في تكوين المادة والضوء. وفي نهاية المطاف، تطورت إلى ما نعرفه اليوم باسم كوننا.
فكرة أن كوننا لم يكن ساكنا ويمكن أن يتوسع أو ينكمش نشرها الفيزيائي ألكسندر فريدمان لأول مرة في عام 1922. وأكد رياضيا أن الكون يتوسع.
وبينما أثبت فريدمان أن الكون يتوسع، على الأقل في بعض المواقع، كان إدوين هابل هو الذي بحث بشكل أعمق في معدل التوسع. وأكد العديد من العلماء الآخرين أن المجرات الأخرى تبتعد عن مجرة درب التبانة، لكن في عام 1929، نشر هابل ورقته البحثية الشهيرة التي أكدت أن الكون بأكمله يتوسع، وأن معدل توسعه آخذ في الازدياد.
ولا يزال هذا الاكتشاف يحير علماء الفيزياء الفلكية. ما هي الظاهرة التي تسمح للكون بالتغلب على قوة الجاذبية التي تحافظ على تماسكه بينما تتوسع أيضًا عن طريق إبعاد الأجسام الموجودة في الكون عن بعضها البعض؟ وفوق كل ذلك، فإن معدل توسعها يتسارع بمرور الوقت.
يستخدم العديد من العلماء صورة مرئية تسمى قمع التوسع لوصف كيفية تسارع توسع الكون منذ الانفجار الكبير. تخيل قمعًا عميقًا ذو حافة واسعة. الجانب الأيسر من القمع – النهاية الضيقة – يمثل بداية الكون. عندما تتحرك نحو اليمين، فإنك تتقدم للأمام في الوقت المناسب. يمثل اتساع المخروط توسع الكون.
لم يتمكن العلماء من قياس مصدر الطاقة المسببة لهذا التوسع المتسارع بشكل مباشر. ولم يتمكنوا من اكتشافه أو قياسه. ولأنهم لا يستطيعون رؤية هذا النوع من الطاقة أو قياسه بشكل مباشر، فإنهم يطلقون عليه اسم الطاقة المظلمة.
ووفقا لنماذج الباحثين، يجب أن تكون الطاقة المظلمة هي الشكل الأكثر شيوعا للطاقة في الكون، حيث تشكل حوالي 68% من إجمالي الطاقة في الكون. إن الطاقة الناتجة عن المادة اليومية، التي تشكل الأرض والشمس وكل ما يمكننا رؤيته، تمثل حوالي 5٪ فقط من إجمالي الطاقة.
خارج قمع التوسع
إذًا، ما الذي يوجد خارج مسار التوسع؟
ليس لدى العلماء دليل على أي شيء خارج كوننا المعروف. ومع ذلك، يتوقع البعض أنه يمكن أن يكون هناك أكوان متعددة. يمكن للنموذج الذي يتضمن أكوانًا متعددة أن يحل بعض المشكلات التي يواجهها العلماء في النماذج الحالية لكوننا.
إحدى المشاكل الرئيسية في فيزياءنا الحالية هي أن الباحثين لا يستطيعون دمج ميكانيكا الكم، التي تصف كيفية عمل الفيزياء على نطاق صغير جدًا، والجاذبية، التي تحكم الفيزياء واسعة النطاق.
تعتمد القواعد الخاصة بكيفية تصرف المادة على نطاق صغير على الاحتمالية وكميات الطاقة الكمية أو الثابتة. على هذا المقياس، يمكن للأشياء أن تأتي إلى الوجود وتخرج منه. يمكن للمادة أن تتصرف كموجة. إن العالم الكمي يختلف تمامًا عن الطريقة التي نرى بها العالم.
على المقاييس الكبيرة، والتي يسميها الفيزيائيون الميكانيكا الكلاسيكية، تتصرف الأشياء بالطريقة التي نتوقع منها أن تتصرف بها على أساس يومي. الكائنات ليست كمية ويمكن أن تحتوي على كميات مستمرة من الطاقة. الأشياء لا تظهر وتختفي من الوجود.
يتصرف العالم الكمي مثل مفتاح الضوء، حيث يكون للطاقة خيار التشغيل والإيقاف فقط. إن العالم الذي نراه ونتفاعل معه يتصرف كمفتاح باهت، مما يسمح بجميع مستويات الطاقة.
لكن الباحثين يواجهون مشاكل عندما يحاولون دراسة الجاذبية على المستوى الكمي. على نطاق صغير، يجب على الفيزيائيين أن يفترضوا أن الجاذبية كمية. لكن البحث الذي أجراه العديد منهم لا يدعم هذه الفكرة.
إحدى الطرق لجعل هذه النظريات تعمل معًا هي نظرية الأكوان المتعددة. هناك العديد من النظريات التي تنظر إلى ما هو أبعد من كوننا الحالي لشرح كيفية عمل الجاذبية وعالم الكم معًا. بعض النظريات الرائدة تشمل نظرية الأوتار، وعلم الكونيات البرين، ونظرية الكم الحلقية وغيرها الكثير.
وبغض النظر عن ذلك، سيستمر الكون في التوسع، وستصبح المسافة بين مجرة درب التبانة ومعظم المجرات الأخرى أطول بمرور الوقت.
مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون! هل لديك سؤال تود أن يجيب عليه أحد الخبراء؟ اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إلى CuriousKidsUS@theconversation.com. من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.
وبما أن الفضول ليس له حد عمري – أيها البالغون، أخبرنا بما تتساءل عنه أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل الأسئلة، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: نيكول جرانوتشي، جامعة كوينيبياك
اقرأ المزيد:
لا تعمل نيكول جرانوتشي في أي شركة أو مؤسسة أو تتشاور معها أو تمتلك أسهمًا فيها أو تتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم تكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينها الأكاديمي.