شارح الدرس: الانفجار العظيم العلوم • الصف الثالث الإعدادي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف بدأ الكون، وكيف تغيَّر عبر مليارات السنين.

قبل أن نتحدث عن نشأة الكون، علينا أولًا أن نفهم ما نعنيه بكلمة «الكون».

نحن نعيش على كوكب الأرض الذي يدور حول الشمس. توجد سبعة كواكب أخرى تدور حول الشمس بخلاف كوكب الأرض، فضلًا عن مجموعة من الأجسام الأخرى؛ تشمل الأقمار والمذنبات والكويكبات. وتُعرَف الشمس وكلُّ ما يدور حولها إجمالًا باسم النظام الشمسي.

إذا نظرنا خارج النظام الشمسي، فسنجد العديد من النجوم الأخرى الشبيهة بالشمس. من منطقة على كوكب الأرض، حيث السماء حالكة الظلام، يمكننا أن نرى نحو ٦‎ ‎٠٠٠ نجم آخر، ولكل نجم من هذه النجوم نظامه الكوكبي الخاص به، الذي يتكوَّن من أجسام مثل الكواكب والكويكبات والمذنبات. وتمثِّل هذه الأجسام جزءًا من بنية أكبر تُسمَّى مجرة درب التبانة، التي تتكوَّن من كل نجم يمكننا رؤيته، بالإضافة إلى العديد من النجوم البعيدة جدًّا أو الخافتة لدرجة أن أعيننا تعجز عن رؤيتها. لا يمكننا السفر بعيدًا بما يكفي في الفضاء لالتقاط صورة لمجرة درب التبانة من خارجها، ولكن إذا استطعنا، فمن الممكن أن تبدو مثل التصور الموضَّح في الصورة الآتية.

كل نقطة مضيئة في هذه الصورة تمثِّل نجمًا مُحاطًا بنظامه الشمسي، وتُعَد الشمس أحد هذه النجوم. يوجد ما لا يقل عن ١٠٠ مليار نجم تقريبًا (أي ١٠٠‎ ‎٠٠٠‎ ‎٠٠٠‎ ‎٠٠٠) في درب التبانة. وهي مجرة؛ أي بنية تحتوي على نجوم وأنظمتها الشمسية، وكذلك جميع الغازات والأغبرة الموجودة بينها. درب التبانة ليست سوى مجرة واحدة من ١٠٠ مليار مجرة على الأقل تشكِّل الكون. والكون هو الاسم الذي يُطلَق على ما هو موجود: كل المجرات والنجوم والكواكب والحياة التي بداخلها، وكل الغازات والأغبرة الموجودة بينها، وكل الضوء، وحتى الزمن نفسه.

الكون شاسع جدًّا بصورة لا يمكن تصورها. لا يمكننا تحديد مدى كبر حجم الكون بالضبط؛ لأنه ليس له نهاية يمكننا رؤيتها. وفي الواقع، قد لا تكون هناك نهاية له.

إذا نظرنا إلى كيفية حركة المجرات في الفضاء، فسنلاحظ أمرًا مثيرًا للاهتمام. قد نتوقَّع أن المجرات تتحرَّك في اتجاهات عشوائية، فبعضها يتحرَّك نحونا والبعض الآخر يتحرَّك مبتعدًا عنا. أو قد تجذب قوة الجاذبية مجرتين كلٌّ منهما نحو الأخرى. لكن بدلًا من ذلك، نلاحظ أن الأجسام القريبة جدًّا منَّا تتأثَّر بالجاذبية: مثل بعض المجرات الصغيرة التي تدور حول درب التبانة كما تدور الكواكب حول الشمس، والمجرة الكبيرة الأقرب إلينا، أندروميدا، التي تتحرَّك بسرعة نحونا. إذا نظرنا أبعد من ذلك، فسنجد أن كل المجرات تتحرَّك مبتعدةً عنا. فكلما كانت المجرة أبعد، زادت سرعة ابتعادها عنا.

للوهلة الأولى، قد نُخطئ في تفسير ذلك على أنه يعني أننا نَشغَل مكانًا خاصًّا في الكون إذا كان كل جسم آخر يتحرَّك بعيدًا عن درب التبانة. في الحقيقة، ما يحدث أشبه بحركة حبات الزبيب الموضوعة في رغيف أثناء خبزه.

فمع زيادة حجم الرغيف، تتحرَّك حبات الزبيب مبتعدةً بعضها عن بعض. وكلما كانت الحبات بعيدة بعضها عن بعض في البداية، زادت سرعة ابتعادها بعضها عن بعض. وسنلاحظ دائمًا أن حبات الزبيب تتباعد بعضها عن بعض، بغض النظر عن الحبة التي نختارها. وهذا لأن حبات الزبيب نفسها لا تتحرَّك بالفعل، ولكن حجم الرغيف نفسه يزيد.

وبالمثل، ما نلاحظه في الفضاء هو أن المجرات نفسها لا تتحرَّك بعيدًا بعضها عن بعض، بل إن الفراغ بينها يتسع. في الحقيقة، الكون كله يتمدَّد طوال الوقت. وهذا لا يعني أن كل عنصر في المجرة يتمدَّد على حدةٍ: فالكواكب والنجوم والمجرات تظل بنفس الأبعاد. إنما يزيد الفراغ بينها بتمدُّد الكون.

مثال ٢: فهم تمدُّد الكون

يوضِّح الشكل الآتي ثلاث مجرات، منها مجرتنا درب التبانة على اليسار.

أيُّ الصور الآتية توضِّح مدى تباعُد هذه المجرات بعضها عن بعض بعد تمدُّد الكون أكثر؟

1. 

2. 

الحل

في هذا المثال، لدينا ثلاث مجرات متباعدة بعضها عن بعض بمسافات متساوية على طول خط مستقيم، وعلينا أن نتخيَّل شكلها عند تمدُّد الكون أكثر.

يوضِّح الخيار (أ) أن المجرات الثلاث لا تزال متباعدة بعضها عن بعض بمسافات متساوية، ولكن مع زيادة الفراغ بينها. في الخيار (ب)، نجد مجرتين قريبتين إحداهما من الأخرى، مع وجود فراغ أكبر بينهما وبين مجرة درب التبانة.

يوضِّح كلا الخيارين أن المجرتين الأخريين تتحرَّكان مبتعدتين عن درب التبانة، كما هو متوقَّع. لكن في حال تمدُّد الكون، نعلم أن جميع المجرات تبدو وكأنها تتحرَّك بعيدًا عن جميع المجرات الأخرى. في الخيار (ب)، اقتربت المجرة الموجودة في المنتصف من المجرة الموجودة على اليمين عمَّا كانت عليه في البداية، إذن لا يمكن أن يكون هذا الخيار صحيحًا. إذن الخيار الأفضل هو (أ)، الذي يوضِّح أن جميع المجرات تتحرَّك مبتعدة بعضها عن بعض.

قد يكون الكون كبيرًا بشكل غير متناهٍ، لكنه لم يكُن موجودًا منذ الأزل. لكي نفهم كيفية نشأة الكون، نرى ماذا يحدث إذا عُدنا بالزمن إلى الوراء، وعكسنا عملية تمدُّد الكون. تتحرَّك جميع المجرات حاليًّا مبتعدة بعضها عن بعض أثناء تمدُّد الكون؛ لذا إذا عُدنا بالزمن إلى الوراء، فستقترب بعضها من بعض وسينكمش الكون. كلما عُدنا بالزمن إلى الوراء، اقتربت الأجسام بعضها من بعض، وأصبح الكون أصغر. إذا عُدنا بالزمن إلى الوراء نحو ١٤ مليار سنة، فسنجد أن المجرات قريبة بعضها من بعض؛ بحيث تتحد جميعها في نقطة واحدة. وهذه النقطة هي الانفجار العظيم.

وهو ما نُطلِق عليه التمدُّد الأوَّلي الذي أنشأ الكون. ونشأ من هذه النقطة وحدها كل جسيم موجود في الكون. ومن هذه النقطة الصغيرة، تمدَّد الكون حتى أصبح بحجمه الحالي. هذا التمدُّد لا يزال مستمرًّا، ولهذا السبب يمكننا أن نرى المجرات تتباعد في وقتنا الحاضر.

في المراحل الأوَّلية من نشأة الكون، عندما كان كل شيء في الكون مدمجًا ومضغوطًا، كان الكون كثيفًا وساخنًا. لم يكُن هناك نجوم أو مجرات، ولم يكُن هناك أي ذرات أيضًا. كان الكون بأكمله عبارة عن خليط ساخن وكثيف من الجسيمات وذي ضغط مرتفع. وعندما تمدَّد الكون أكثر، قلَّت حرارته واتحدت بعض الجسيمات معًا مكوِّنة الذرات، وهي الوحدات البنائية التي تتكوَّن منها جميع العناصر اليوم. وخلال وقت قصير بعد الانفجار العظيم، لم تتكوَّن سوى ذرات العناصر الأخف، مثل الهيدروجين والهليوم، ولم تتكوَّن ذرات العناصر الأثقل، مثل الكربون والأكسجين، إلا بعد فترة كبيرة.

كان الكون في مراحله الأولى سلسًا تمامًا، يُشبه الخليط، لكنه كان يحتوي على تكتلات صغيرة تكون المادة بها أعلى قليلًا في الكثافة مقارنةً بغيرها من الأماكن. وبما أن الجاذبية تجذب المواد بعضها إلى بعض، فإن هذه المناطق ذات الكثافة الأعلى قليلًا جذبت قدرًا أكبر من المواد نحوها وأصبحت أعلى كثافةً، وهو ما يعني أنها تجذب المزيد من المواد نحوها. بهذه الطريقة نمت التكتلات حتى تجمَّعت كل مادة الكون تقريبًا في صورة جيوب منفصلة، مع وجود تمدُّدات شاسعة فارغة بينها. وفي هذه التكتلات، تكوَّنت النجوم الأولى. كانت هذه النجوم الأولى أكبر بكثير من الشمس، وتكتَّلت في مجموعات. جُذِبت هذه المجموعات تدريجيًّا بعضها إلى بعض بفعل الجاذبية، وتجمَّعت معًا لتكوِّن بِنى مثل المجرات التي نراها اليوم.

لم يدُم هذا الجيل الأول من النجوم الضخمة سوى بضعة ملايين من السنين، وهو عمر قصير جدًّا مقارنةً بعمر الكون. وبعد نهاية الجيل الأول من النجوم، ظلت ذراته داخل المجرات التي تكوَّنت حولها، وتكثَّفت مجددًا لتكوِّن الأجيال التالية من النجوم. وتضمَّنت هذه الأجيال التالية نجومًا أصغر، مثل الشمس والنظام الشمسي اللذين تشكَّلا قبل ٤٫٥ مليارات سنة تقريبًا.

يمكننا تلخيص المخطط الزمني لتشكُّل الكون من خلال الشكل الآتي.

سيتناول هذان المثالان الأخيران فهم الترتيب الذي تكوَّنت به البِنى في الكون.