عندما ينظر الفلكيون في الكون بواسطة أقوى تلسكوباتهم، فإنهم يستطيعون أن يروا الضوء الذي انبعث من المجرات والكوازارات (Quasars) بعد بضعة مليارات من السنين منذ لحظة الانفجار الهائل ويمكنهم ذلك من التحقق من تمدد الكون الذي تنبأت به نظرية الانفجار الهائل في هذا الطور المبكر من الكون، ومن أن كل الأمور كما تنبأوا بها ولاختبار النظرية في أزمنة سابقة على ذلك فعلى الفيزيائيين والفلكيين أن يستخدموا طرقاً أخرى غير مباشرة. وتتضمن إحدى هذه الطرق الأكثر دقة ما يعرف باسم الخلفية الإشعاعية للكون.

إذا لمست بيدك إطار دراجة مباشرة بعد ملئه بالهواء بشدة فستشعر بأنه دافئ الملمس. تتحول بعض الطاقة التي أنفقتها في حركة ضخ الهواء إلى زيادة في درجة حرارة الهواء داخل الإطار. ويعكس ذلك مبدأ عاماً في ظروف مختلفة وعندما تنضغط الأشياء، فإنها تسخن والعكس صحيح فعندما للأشياء أن تتمدد يسمح فإنها تبرد وتعتمد أجهزة التكييف والثلاجات على هذه المبادئ، فإذا عرضنا مواد مثل الفريون إلى دورات من الانضغاط والتمدد المتكررة (وبالمثل البخر والتكثيف) يحدث سريان للحرارة في الاتجاه المرغوب ومع أن هذه حقائق بسيطة من حقائق الفيزياء الأرضية، فقد اتضح أن لها وجوداً مدوياً في الكون ككل.

وقد رأينا في ما سبق أن الإلكترونات والأنوية بعد أن ترتبط معاً لتكون الذرات، فإن الفوتونات تصبح حرة في الانتقال من دون عائق خلال الكون ويعني ذلك أن الكون مملوء بغاز من الفوتونات التي تنتقل في جميع  الاتجاهات وتتوزع بتجانس في جميع أرجاء الكون. وعندما يتمدد الكون، يتمدد كذلك هذا التيار من غاز الفوتونات الحرة، لأنه في الأساس يعتبر الكون وعاء لها، وتماماً كما تنخفض درجة حرارة غاز مألوف (مثل الهواء في إطار دراجة) بالتمدد، كذلك تنخفض درجة حرارة غاز الفوتونات عندما يتمدد الكون. وفي الحقيقة أيقن الفيزيائيون منذ زمن بعيد – جورج غامو وتلاميذه رالف ألفر وروبرت هيرمان في خمسينيات القرن العشرين، وروبرت دايك وجيم بيبلس في منتصف ستينيات القرن العشرين - أن الكون اليوم لا بد أن يكون منفذاً لقيض متجانس من هذه الفوتونات البدائية التي بردت عبر الخمس عشرة مليار سنة الماضية من عمر تمدد الكون إلى بضع درجات فوق الصفر المطلق. في عام 1965 أنجز آرنو بنزياس وروبرت ويلسون من معامل بل بنيوجرسي، عن طريق الصدفة، واحداً من أهم الاكتشافات في عصرنا، وذلك عندما اكتشفا التوهج الذي تبع الانفجار الهائل بينما كانا يعملان في تثبيت هوائي لاستخدامه في الاتصال بالأقمار الصناعية. قامت البحوث التي تلت ذلك بتنقيح كل من النظرية والتجربة، ووصلت إلى ذروة القياس بواسطة القمر الصناعي لمسار أرضية الكون (COBE Cosmic Background Explorer) من ناسا NASA في أوائل تسعينيات القرن العشرين. وقد أكد الفيزيائيون والفلكيون بدرجة عالية من الدقة أن الكون مملوء بإشعاعات ميكروية، وذلك باستخدام هذه البيانات، لو كانت عيوننا حساسة للموجات الميكروية لكنا شاهدنا وهجاً منتشراً في كل العالم من حولنا) درجة حرارتها حوالي 2.7 درجة  فوق الصفر المطلق، الأمر الذي ينطبق تماماً مع توقعات نظرية الانفجار الهائل.. وللتعبير عن ذلك بدقة فإن كل متر مكعب من الكون - بما في ذلك الحيز الذي تشغله أنت الآن - يحتوي في المتوسط على حوالي 400 مليون فوتون، تكون مجتمعة المحيط الكوني الشاسع للإشعاعات الميكروية، الذي يمثل صدى لحظة الخلق. وعندما تفصل كابل الاتصال عن طريق التليفزيون لتحوله إلى محطة قد أنهت إرسالها، فإن ما تشاهده مما يشبه الثلج على شاشة التليفزيون، ما هو في الواقع إلا الإشعاع الخافت المتبقي منذ لحظة الانفجار الهائل. ويؤكد هذا التوافق بين النظرية والتجربة صورة الانفجار الهائل للكون منذ اللحظة الأولى لتحرك الفوتونات بحرية عبر الكون حوالى بضع مئات الألوف من السنين بعد الانفجار، وتكتب اختصاراً ATB أي After The Bang.

هل نستطيع أن نجري اختباراتنا على نظرية الانفجار الهائل في أزمنة سابقة على ذلك؟ نعم نستطيع ذلك. فباستخدام المبادئ القياسية للنظرية النووية وللديناميكا الحرارية يستطيع الفيزيائيون التوصل إلى تنبؤات محددة حول الانتشار النسبي للعناصر الخفيفة التي أنتجت أثناء فترة تخليق الأنوية البدائية، أي بين جزء من مائة من الثانية ويضع دقائق بعد الانفجار .ATB وتبعاً للنظرية مثلاً، فإن حوالي 23 من الكون لا بد أن يتكون من الهليوم وبقياس انتشار الهليوم في النجوم والسدوم وقع الفلكيون على دعم مؤثر وبالفعل كان تنبؤهم في محله تماماً. وربما كان التنبؤ الأكثر دوياً . التأكد هو من نسبة انتشار الديوتيريوم، حيث إنه لا توجد في الأساس أية عملية فيزيائية فلكية سوى الانفجار الهائل يمكن أن يتحدد بها الوجود الضئيل لكن المؤكد في الكون وتمثل التأكيدات لانتشار الهليوم والديوتيريوم، والليثيوم حديثاً، اختباراً حساساً لفهمنا لفيزياء الكون المبكر في أزمنة التخليق البدائي لها.

إن هذا شيء مؤثر بدرجة تدعو للزهو. فكل البيانات التي تملكها تؤكد أن نظرية الكوسمولوجيا قادرة على وصف العالم منذ جزء من المائة من الثانية وحتى ATB الآن، أي على مدى 15 مليار سنة إلا أنه يجب ألا يغفل المرء حقيقة أن العالم حديث الولادة قد تطور بسرعة مذهلة والكسور الضئيلة من الثانية الواحدة الكسور الأقل كثيراً من جزء من ! المائة من الثانية - تشكل عصوراً كونية تشكلت خلالها سمات للعالم دامت بعد ذلك طويلاً. وهكذا، واصل الفيزيائيون الضغط محاولين تفسير الكون في أزمنة أبعد وأبعد أقرب إلى لحظة الانفجار). وحيث أن الكون يصير أصغر وأسخن وأكثف كلما اتجهنا ناحية لحظة الانفجار الهائل، فإن الوصف الكمي الدقيق للمادة والقوى يصبح أكثر أهمية. وكما رأينا من وجهات نظر أخرى في الفصول السابقة، فإن نظرية مجال الكم للجسيمة النقطة صالحة حتى تصبح طاقة الجسيمات حوالى طاقة بلانك. وفي مفهوم كوني يحدث ذلك عندما يصبح كل الكون المعروف في حجم بلانك، مضغة لها حجم الأمر الذي يؤدي إلى كثافة في غاية الارتفاع لدرجة أنها تستعصي على مقدرتنا في إيجاد استعارة أو تشبيه لها كانت كثافة الكون في زمن بلانك ببساطة جبارة. وفي ظروف مثل تلك الطاقة والكثافة الهائلة لا يمكن التعامل مع الجاذبية وميكانيكا الكم كأمرين منفصلين كما في حالة نظرية مجال الكم للجسيمة النقطة. وبدلاً من ذلك، فإن الرسالة الرئيسية لهذا الكتاب هي أنه عند هذه الطاقة وما فوقها لا بد من اللجوء النظرية الأوتار. وبمصطلح ،وقتي، فنحن نتعامل مع هذه الطاقات والكثافات عندما نختبر أزمنة سابقة لزمن بلانك، أي أقل من 40-10 ثانية ATB وبذلك فإن هذا العصر المبكر هو الساحة الكونية لنظرية الأوتار.

مواضيع ذات صلة

النموذج القياسي للكوسمولوجيا، أو علم الكون

تأملات في علم الكون

المذنبات

الصعود إلى الفضاء

اختلاف الليل والنهار

تصنيع الصاروخ و اطلاقة

الكويكبات والمذنبات

صورة الحجر الأزتكي (فهم وإدراك الحضارة الآزيتية )

الهالات المجرية

المسافة إلى الشمس

النجوم خفيفة الكتلة وبقيات الأجرام فائقة الكتلة

مجموعات المجرات وتجمهراتها