لماذا ما زلنا لا نفهم الكون – حتى بعد قرن من النزاع

الخلاف: التاريخ المضطرب لثابت هابل جيم باجوت جامعة أكسفورد. يضعط (2025)

منذ نشر جيمس جينز الكون الغامض في عام 1930 وويليم دي سيتر كوزموس وبعد مرور عامين، انتشرت الكتب المشهورة عن الكون. جيم باجوت كاتب علمي بريطاني ذو خبرة الأعمال السابقة في الفيزياء الحديثة يشمل هيغز (2012) و الواقع الكمي (2020).

لماذا تمنع الفلسفة السيئة التقدم في الفيزياء؟

كتابه الأخير، الخلاف، يتناسب مع فئة علم الكونيات الشعبي التقليدي، إلى حد أنه يمثل وصفًا لكيفية ظهور فهمنا الحالي للكون. ولكنه أيضًا، مع بعض الاستثناءات، أكثر صحة من الناحية التاريخية من الكتب المماثلة الأخرى. يعد كتاب باجوت تحفة فنية تجمع بين العمق والوضوح والشمولية مع سهولة القراءة. فهو يقدم علم الكونيات الحديث كعمل غير مكتمل، وليس باعتباره الاستنتاج النهائي حول ماهية الكون.

الخلاف ولا يخجل من المفاهيم الصعبة أيضًا. يصعب فهم علم الكونيات الحديث، ويقدم باجوت لقرائه بشكل طموح المصطلحات التقنية التي يستخدمها علماء الكون للتفكير في الكون. على سبيل المثال، يشرح بالتفصيل كيف يمكن للأنماط الموجودة في خلفية الميكروويف الكونية أخبرنا عن سلوك المادة والإشعاع في الكون المبكر الحار. ويكشف عن سبب اهتمام علماء الكونيات بـ “المستعرات الأعظم من النوع Ia” – النادرة انفجارات النجوم الميتة تعمل كعلامات للمسافات الكونية وتساعد على تتبع كيفية توسع الكون.

يعترف باجوت: “قد يكون العلم صعبًا، لكن مكافأة الالتزام به هي إلقاء نظرة على الجمال الاستثنائي للكون. ليس فقط الكون كما نراه، بل الكون كما نحاول فهمه”.

التوتر المتواضع

الخلاف هي في الأساس قصة كيفية إدراك العلماء للكون وتفسيرهم له منذ أوائل القرن العشرين وحتى الوقت الحاضر. يشير العنوان إلى حقيقة أن النظرية المفضلة للكون لا تتفق مع بعض الملاحظات وتتحدىها أفكار منافسة. ويشير أيضًا إلى التوافق – وهو مرادف التنافر – حيث أن النظرية المقبولة حاليًا للكون تسمى أحيانًا نموذج التوافق.

كيف انقلب ستيفن هوكينج حول ما إذا كان للكون بداية؟

وبشكل أكثر تحديدًا، يركز الكتاب على ثابت هابل، وهو المعدل المُقاس لتوسع الكون، وهو عامل أساسي في علم الكونيات منذ تقديمه في عام 1929. وبالمناسبة، فإن ثابت هابل ليس ثابتًا. ونظرًا لأن ثابت هابل العكسي يوفر قياسًا تقريبيًا لعمر الكون، فإن قيمة المعلمة تتناقص ببطء مع تقدم الكون في السن. وبالتالي فإن المصطلح هو تسمية خاطئة. لكن العديد من علماء الفلك والفيزيائيين ما زالوا يفضلون هذا المصطلح الراسخ على البديل، وهو معامل هابل، وكذلك يفعل باجوت.

يصف الكتاب كيف تغيرت تقديرات علماء الفلك لثابت هابل مع مرور الوقت مع تحسن عمليات الرصد، بشكل جذري في البداية، ثم بشكل أكثر تواضعًا على مدى العقود القليلة الماضية، وإن كان بشكل ملحوظ. في الأصل، كانت المشكلة عبارة عن قيمة كبيرة جدًا تشير ضمنًا إلى أن عمر الكون أقل من عمر الأرض، وهي صعوبة واضحة. وقد عززت التلسكوبات المتقدمة، بما في ذلك تلسكوب هابل الفضائي، تطور “علم الكونيات الدقيق” وقلصت القيمة إلى حوالي 70، في وحدة غير ملائمة وهي كيلومتر في الثانية لكل ميجابارسيك.

ومع ذلك، لا تزال هناك خلافات بين النتائج الناجمة عن أساليب مختلفة، وهي معضلة نوقشت كثيرًا والمعروفة باسم توتر هابل. النتائج الموثوقة المقدرة باستخدام الخلفية الكونية الميكروية (الضوء المتبقي من الكون المبكر) لا تتوافق مع النتائج الموثوقة أيضًا من القياسات الفلكية باستخدام المجرات القريبة. على الرغم من أن تقديرات التقنيتين لثابت هابل ليست مختلفة بشكل كبير، إلا أن علماء الفلك يشعرون بالقلق من أنهما مختلفان بدرجة كافية لخلق مشكلة خطيرة. أم هم؟ وكما يشير باجوت، وسط هذا الارتباك، لا نعرف ما إذا كانت هذه مشكلة حقيقية، ولا ما إذا كانت القياسات المحسنة ستحل المشكلة.

بالإضافة إلى توتر هابل، فإن النموذج الكوني القياسي الحالي يعاني من بعض المشاكل الأخرى، والتي من بينها عدم فهمها. المادة المظلمة (إن وجد) هو الأشهر. محاولات العلماء لتفسير الطاقة المظلمة التي “تفجر” الكون وتسرع توسعه قد فشلت حتى الآن فشلاً ذريعاً. وبالمثل، لم يتمكن الفيزيائيون من تفسير سبب كون الكون يتكون بشكل شبه حصري من مادة دون أي أثر عمليًا المادة المضادة. يتم التعامل مع هذه المشاكل أيضًا في الخلافبخبرة ولكن بتفاصيل أقل من توتر هابل.

ونظراً لكل هذه الفجوات في الفهم، يختلف كبار علماء الكونيات حول ما إذا كان هناك حاجة إلى نوع ما من الفيزياء الجديدة تتجاوز النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات لمعالجة ما يعتبره بعض العلماء أزمة أساسية. وكان استنتاج باجوت متوازناً: “إن الحجج المؤيدة للفيزياء الجديدة والمطالبة بإعادة النظر في علم الكونيات لا ينبغي لها أن تنتقص من الإنجازات غير العادية التي حققها علم الفلك وعلم الكونيات على مدى القرن الماضي أو نحو ذلك. وما نشهده الآن هو ببساطة المشروع العلمي في العمل، وهذا غالباً ما يكون فوضوياً وغير متماسك”.

مسألة أسبقية