لطالما نظر الانسان الى النجوم و تفكر فيها , و امتد تأمله و اهتمامه و تفكيره الى استيعاب الجزء الاكبر من الحقيقة الكونية و التفكر فيها ولطالما تسائل كيف نشأ الكون ؟, فأن من المواضيع التي حازت على هذا الاهتمام من قبل العلماء في القرن العشرين هو نشأة الكون التي كانت و ما زالت موضع اهتمام من قبل الكثير من العلماء الذين تكاتفت جهودهم لفهم غموض هذه المسألة العلمية و تحليلها و دراستها .
في هذا المقال المطول نحاول ان نشرح بأيضاح ابرز الامور العلمية المهمة التي ساعدت في كيف نشأ الكون و التي تتضمن اسئلة اساسية بهذا الصدد انطلاقا من نقطة البداية وصولا الى النتائج المترتبة عليه .
كيف نشأ الكون؟ ومتى ؟ :-
لا يمكننا فورا الاجابة على مثل هكذا اسئلة علمية بلا اساس علمي يفسر لنا و يدعم كلامنا , لذا تبين للعلماء انهم بحاجة الى نظرية علمية تمتلك تفسيرات علمية للعالم الطبيعي مطابقة للتجارب العلمية و الملاحظات البصرية اضافة الى قدرتها على التنبؤ بدقة , و بلا شك كان يجب توفر شروط اساسية لهذه النظرية تمثلت بشرطان اساسيان لدراسة هذه المسألة , الاول هو ان قوانين الفيزياء قابلة للتطبيق في مدى الكون و الشرط الثاني هو المبدأ الكوني التي اعتمدت بعد ظهور نظريات البيرت اينشتاين و ملاحظات ادوين هابل .
بأعتماد هذه المعطيات الاولية , استطاع العلماء و الباحثين بعد دراسة و تحليل هذه المعطيات بالخروج بما يسمى بنظرية الانفجار العظيم , و لكن ما هي ؟ … يتجه اغلب العلماء و الباحثين الى تعريف نظرية الانفجار العظيم على انها نموذج كوني للكون المرئي تصف فيه اولى لحظات الكون ثم تمدده , و يصف النموذج ايضا تمدد الكون و بروده مع مرور الزمن كما و ان النظرية تقدم تفسيرا لعديد من الظواهر الكونية مثل اشعاع الكون الخلفي الميكروي , وفرة الضوء و حجم الكون الهائل و التي اكدتها الكثير من الملاحظات البصرية لعلماء مثل ادوين هابل , و بهذا فأن نظرية الانفجار العظيم كانت النظرية الاكثر دقة من الناحية العلمية .
و في غضون الاجابة عن سؤال كيف نشأ الكون ؟ ،فطبقا لنظرية الانفجار العظيم فلقد بدأ الكون تقريبا قبل 13.8 مليار سنة و هذا ما تم تأكيده في احدى رحلات الفضاء التابعة لوكالة ناسا و التي كانت بعنوان “استكشاف خلفية الكون” يتم تحديد عمر الكون من خلال اشعاع الخلفية الكوني الميكروي الذي يعتبر اقدم اشعاع اليكترومغناطيسي في الكون , لكن ما يهمنا هو تلك اللحظات الأولى من عمر الكون حيث كان كل الفضاء و المادة و الطاقة محتواة في حجم اقل من تريليون مرة من رأس الدبوس , و كانت قوى الكون الأساسية و التي تفسر الكون موحدة – غير منفصلة –و كانت الطاقة المادة ليست متكافئة فحسب بل كانتا الشيء نفسه في الوقت الذي كان كل شيء حار جدا – تقريبا 5.5 مليون درجة سيليزية – الشيء الذي يجعلنا ان نطرح سؤالا حول كيفية تكافؤ أولى عناصر الكون مع بعضها حراريا التي لم يسبق و ان احتكت ببعضها من قبل ؟ , فهذا الامر يوضح وجود نوع غير مستقر من الطاقة في لحظات الكون الأولى .
لأسباب غير معروفة بدأت كمية الحجم الصغيرة هذه بالاتساع , مع هذا الاتساع بدأت كمية الحجم هذه بالبرود تدريجيا , و يجب ان نعلم ان “الانفجار العظيم” لم يمن انفجارا فهو ببساطة كان عبارة عن تمدد لكمية حجم من الفضاء في الفراغ حيث لم يكن الكون يتسع او يتمدد باتجاه شيء ما و انما كان الفضاء يتمدد نحو نفسه لانه ببساطة لا يوجد “شيء” خارج الكون طبقا للنظرية , فالكون هو كل ما موجود .
عندما كان عمر الكون〖10〗^(-43) ثانية و كانت درجة حرارته 〖10〗^30 درجة سيليزية و قبل ان يكون لكل نظريات الفضاء و المادة أي معنى , ظلت الثقوب السوداء تتكون بكثره و تختفي نتيجة طاقة المجال الموحد , تحت هذه الظروف العصيبة يرجح علماء الفيزياء ان هذه الاحداث جعلت من بنية الفضاء و الزمان منحنية بشدة و أصبحت اشبه ببنية اسفنجية في الوقت الذي كانت فيه نظرية النسبية العامة و نظرية الكم غير منفصلتين .
ففي لحظات الكون الأولى – ثانية – و التي كانت عبارة عن بيئة حارة و كثيفة , تكونت الطاقة بصورة جزيئات وجدت لأجزاء قليلة من الثانية و التي كانت عبارة عن كواركات توجد و تختفي محافظة على مسار الطاقة و مولدة جزيئات جديدة , و عند – ثانية – و بعد ان تمدد الكون و اصبح قطره مليار سنة ضوئية مؤديا الى انخفاض الحرارة و توقف مسار تصادم الكوارك للحفاظ على الطاقة و عدم انتاج جزيئات جديدة , فبدأت الكواركات تتجمع لتكون جزيئات أخرى مثل الهايدرون (Hadron) و الليبتون (Lepton) و لكن لم تكن جميع هذه الجزيئات مستقرة لفترة من الزمن .
بالمضي قدما و طبقا للفيزياء التجريبية , فلقد كان الكون حارا بما يكفي للفوتونات – جسيمات عديمة الشحنة – ان تحول طاقتها باستمرار الى ثنائي جسيمات المادة و المادة المضادة و التي سرعان ما يختفي الثنائي و تعود الطاقة للفوتون , لكن و لأسباب غير معروفة فأن هذا التوازن بين ثنائي الجسيمات قد اختل مما سبب فائضا بالمادة على حساب المادة المضادة , فلكل مليار مادة مضادة وجد مليار زائد واحد من المادة و بالرغم من ان هذا اللا-توازن ضئيلا الا انه سوف يكون مهما في تطور الكون .
و عندما استمر الكون بالاتساع و البرود شيئا فشيئا – عندما اقترب عمره من ثانية واحدة – , انفصلت قوة الجاذبية عن القوى الأخرى ثم انفصلت القوة النووية القوية عن الكهربائية و الضعيفة , و رافق هذا التمدد و البرود انتشار كميات هائلة من الطاقة و وزعت في الفضاء بسبب وجود تدفقات كمية في لحظات الكون الأولى – طبقا لنظرية التضخم – , هذا الانتشار أدى لزيادة سريعة في حجم الكون تعادل 〖10〗^30 ضعف حجم الكون نفسه كما و قد ساعد هذا الانتشار السريع الى تمدد و انتشار المادة و الطاقة الكونية حيث ان اقل تغير في الكثافة قد اصبح اقل من جزء واحد في 100 الف .
عند هذه اللحظة فلقد اصبح عمر الكون ثانية واحدة , حيث اصبح الكون اكثر برودة و بدأت الجزيئات المتكونة من الكواركات و التي تحوي على نيوترونات بالاضمحلال لكي تكون بروتونات و تكون الذرة الأولى في الكون , في اللحظة التي نشأ فيها الكون .
بداية الطاقة و نشوء المادة و الكتلة :-
بعد الاجابة عن السؤال ( كيف نشأ الكون ؟ )،
تبدأ قصة كتلة الجسيمات مباشرة بعد الانفجار العظيم. خلال اللحظات الأولى للكون ، كانت جميع الجسيمات تقريبًا بلا كتلة ، وتسافر بسرعة الضوء في “حساء بدائي” ( نظرية الحساء الكوني ) شديد الحرارة. في مرحلة ما خلال هذه الفترة ، تم تشغيل او تحفيز مجال او حقل هيغز ، متغلغلًا في الكون ، ومانحًا الكتلة للجسيمات الأولية.
غيّر حقل هيغز البيئة الكونية عندما تم تحفيزه او تشغيله ، مما أدى إلى تغيير الطريقة التي تتصرف بها الجسيمات. بعض الاستعارات الأكثر شيوعًا تقارن حقل هيغز بوعاء من دبس السكر أو شراب سميك غليظ القوام ، مما يؤدي إلى إبطاء بعض الجسيمات أثناء مرورها.
تصور علماء اخرون حقل هيغز كحشد من المصورين. عندما يمر علماء مشهورون أو مشاهير من الدرجة الاولى، يحيط بهم الناس ، مما يبطئهم ، لكن الوجوه الأقل شهرة تنتقل عبر الحشود دون أن يلاحظها أحد. في هذه الحالات ، تكون الشعبية مرادفًا للكتلة – فكلما زادت شعبيتك ، زاد تفاعلك مع الجمهور ، وكلما زاد عدد “ضخامتك”.
ولكن لماذا تم تشغيل حقل هيغز؟ لماذا تتفاعل بعض الجسيمات مع مجال هيغز أكثر من غيرها؟
الجواب المختصر هو: لا نعرف.
يقول مات ستراسلر ، الفيزيائي النظري والمساعد بقسم الفيزياء بجامعة هارفارد: “هذا جزء من سبب كون العثور على مجال هيغز مجرد بداية – لأن لدينا الكثير من الأسئلة”.
يعطي مجال هيغز كتلة للجسيمات الأساسية – الإلكترونات والكواركات وكتل البناء الذري الأخرى التي لا يمكن تقسيمها إلى أجزاء أصغر. لكن هذه لا تزال تمثل نسبة ضئيلة من كتلة الكون.
شاهد ايضاً: ما بعد نشأة النجوم , نشأة الكواكب ..
يأتي الباقي من البروتونات والنيوترونات ، التي تحصل على كل كتلتها تقريبًا من القوة النووية الشديدة. يتكون كل من هذه الجسيمات من ثلاثة كواركات تتحرك بسرعات فائقة مرتبطة ببعضها البعض بواسطة الغلوونات ، “وهي الجسيمات التي تحمل القوة الشديدة”. إن طاقة هذا التفاعل بين الكواركات والغلونات هي التي تعطي البروتونات والنيوترونات كتلتها. ضع في اعتباركالمعادلة الشهيرة لاينشتاين E = mc2 والذي يساوي الطاقة والكتلة. هذا يجعل من الكتلة مكان نشأة بل و تخزين للطاقة.
يقول جون لاجوي ، الفيزيائي في جامعة ولاية آيوا: “عندما تضع ثلاثة كواركات معًا لتكوين بروتون ، ينتهي بك الأمر إلى ربط كثافة طاقة هائلة في منطقة صغيرة في الفضاء”.
يتكون البروتون من كواركين علويين وكواركين سفليين. يتكون النيوترون من كواركين سفليين وكوارك علوي. تكوينها المماثل يجعل الكتلة التي يكتسبونها من القوة القوية متطابقة تقريبًا. ومع ذلك ، فإن النيوترونات أكبر بقليل من البروتونات – وهذا الاختلاف مهم. تعزز عملية تحلل النيوترونات إلى بروتونات الكيمياء ، وبالتالي علم الأحياء. إذا كانت البروتونات أثقل ، فإنها ستتحلل إلى نيوترونات ، ولن يوجد الكون كما نعرفه.
يقول أندرياس كرونفيلد ، الفيزيائي النظري في فيرميلاب: “كما اتضح ، تتفاعل الكواركات السفلية بقوة أكبر مع حقل هيغز ، لذا فهي تمتلك كتلة أكبر قليلاً”. هذا هو سبب وجود فرق ضئيل بين كتلة البروتون والنيوترون.
لكن ماذا عن النيوترينوات؟
لقد تعلمنا أن الجسيمات الأولية تحصل على كتلتها من مجال هيغز – لكن انتظر!
قد يكون هناك استثناء: النيوترينوات. النيوترينوات هي في فئة من تلقاء نفسها. لديهم كتل صغيرة للغاية (أصغر مليون مرة من الإلكترون ، ثاني أخف جسيم) ، محايدون كهربائيًا ونادرًا ما يتفاعلون مع المادة.
لطالما كان العلماء في حيرة من سبب خفة النيوترينوات. يدرس المنظرون حاليًا احتمالات متعددة. يمكن تفسير ما إذا كانت النيوترينوات هي جسيماتها المضادة – أي إذا كانت نسخة المادة المضادة مطابقة لنسخة المادة. إذا اكتشف الفيزيائيون أن هذا هو الحال ، فذلك يعني أن النيوترينوات تحصل على كتلتها من مكان آخر غير بوزون هيغز ، الذي اكتشفه الفيزيائيون في عام 2012.اذ يجب أن تحصل النيوترينوات على كتلتها من مجال شبيه بهيجز، و ليست الحالة الوحيدة، بل في بعض النظريات ، تأتي كتلة النيوترينو أيضًا من مصدر إضافي جديد تمامًا .
انشاء و ترجمة و تحرير :-
علي رضا
حسين التميمي
المصادر :-
