مقالة ضيف - نقد الدليل الكوزمولوجي (الجزء الثاني)

الجزء الثاني من سلسلة المقالات العلمية في نقد الرؤية الدينية لظهور الكون، للقاريئ الكريم أبولو:

كنا قد تكلمنا في مقال سابق عن الأرض وتأثير خصائصها على وجود الحياة، فخلصنا الى أنه نظرا لوجود عدد هائل من الكواكب القابلة للحياة، لم يعد لكوكب الأرض أي امتيازات خاصة. وفي المقالات التالية سننظر الى الصورة الكبرى: الكون، لنتسائل هل هو مهيئ خصيصاً لاستقبال الحياة و للسماح بنموها؟ وهل على خصائصه أن تكون مختارة بعناية؟

طرح المشكلة

يتمز الكون بالعديد من الخصائص الجوهرية الثابتة التي وُلدت معه في الانفجار العظيم ولم تتغير أبدا. ويمكن تقسيم معظم هذه الخصائص ضمن أربع قوائم تعتبر التفاعلات الأساسية الأربعة التي تتحكم بالكون: التفاعلان النوويان، ويُسمى أحدهما بـ القوي والآخر بـ الضعيف، والتفاعل الكهرومغناطيسي وأخيراً الجاذبية. هذه التفاعلات الأربعة – بالاضافة الى الثابت الكوني – هي كل ما يتحكم بجميع عناصر الكون منذ ولادته، مرورا بيومنا هذا ووصولا الى نهايته. فالتفاعل النووي هو ما يمسك النواة الذرية  ويؤثر على تشكل النجوم، والتفاعل الكهرومغناطيسي هو ما يسبب التفاعلات الكيميائية بالإضافة إلى بناء الجزيئات الماكروسكوبية ووصولا الى جسم الانسان وكل ما يقوم به في الحياة اليومية. فعندما تضغط عزيزي القارئ على زر الحاسوب إنه هذا التفاعل الذي يسمح لك بذلك. و أخيرا الجاذبية التي تؤدي إلى تشكل النجوم والكواكب وتحفظها في مدارها. وللجاذبية خصائص اخرى سنصل اليها لاحقاً.¹

لكل من هذه التفاعلات الأربع قوة معينة معلومة وثابتة. فالتفاعل النووي القوي هو الأقوى، يليه التفاعل الكهرومغناطيسي فالنووي الضعيف و أخيرا الجاذبية، ومقدار قوتها هو ما يشكل الكون وهنا صلب الموضوع. فلو أن مقدار قوة كل من هذه  التفاعلات الأربعة إختلفت بشكل قليل جدا لتغير وجه الكون، بل لما عاد قادرا على تشكيل النجوم ناهيك عن الحياة، فلو كان التفاعلان النوويان أقوى، لما تمكن الهيدروجين من الإندماج لتشكيل النجوم، ولو كان أضعف لما تشكلت الذرات. ولو كان التفاعل الكهرومغناطيسي أقوى أو أضعف بمقدار ضئيل جدا لما كان هناك كيمياء تسمح بتشكل المواد المعقدة التي تؤدي إلى ظهور الحياة. أما لو كانت الجاذبية أقوى أو أضعف بقليل لاختلف تشكل الكواكب والنجوم بشكل جذري، ولربما أصبح تشكلها غير ممكن. وأخيراً نضيف أوزان البروتونات والالكترونات التي لو تغيرت قليلا جداً لاختلفت البنية الذرية وانعدمت الكيمياء.^2-3

وأخيراً ننهي بأم الخصائص الكونية وهي الثابتة الكونية أي – بتبسيط – الطاقة التي يحملها نسيج الكون نفسه، والتي تشكل عامل مضاد للجاذبية. فلو اختلفت قيمة هذه الطاقة بأقل من جزء من صفر يليه 120 صفر ثم 1 من الواحد لانهار الكون بأكمله بعد تشكله بلحظات أو لتوسع بسرعة هائلة تمنع تشكل الجزيئات الأساسية.⁴

فهل تم اختيار كل هذه الخصائص بعناية تسمح للكون ثم للحياة بالتطور؟ أو كما يُطرح السؤال في الأوساط الفكرية، هل الكون معد بعناية Fine tuned universe؟ بعض الجهابذة ذووا الإتجهات الدينية يقولون نعم، ولكن كالعادة للعلماء رأي آخر..

المشكلة المطروحة أعلاه، وخاصة الجزء المتعلق بالثابت الكوني، شغلت علماء الفيزياء لحوالي العقدين قبل أن يتشكل الحل في بداية القرن الواحد والعشرين. لفهم كيف تم التخلص من فكرة أن للكون خصائص مختارة بعناية فائقة تشير من المنظور الديني إلى قوة عاقلة وراء خلقه، يجب التطرق إلى بعض أحدث وأعقد ما توصلت اليه الفيزياء الحديثة: نظرية التضخم الكوني الفوضوي Chaotic inflation ونظرية الأوتار الخارقة  Superstrings theory. فسيتم، كبداية، التعريف بهاتين النظريتين ومناقشة مصداقيتهما و مكانتهما العلمية بشكل تجريدي قبل العودة الى الموضوع.

نظرية التضخم الكوني الفوضوي

في سبعينيات القرن الماضي، تم تأسيس النموذج الكوني القياسي The standard model of Cosmology ، وهو ما يعرف طبعا بنظرية الانفجار العظيم, و كانت الأدلة النظرية و التجريبية قد تكدست لصالح هذه النظرية حتى أصبحت بعداد الحقائق العلمية الغير القابلة لمجرد النقاش. ولكن هذا لم يمنع من وجود بعض المشاكل الغير المحلولة، وكان أهمها وقتذاك إثنان: مايسمى بمشكلة التسطح The flatness problem  ومشكلة الأفق The horizon problem. المشكلة الأولى متعلقة بالشكل الجيومتري (الهندسي) للكون وهذا مرتبط بمتوسط كثافة الطاقة والمادة في الكون، والتي ثبت بأنها تأخذ قيمة معينة حساسة، وكان من المتوقع أن تتغير مع تقدم عمر الكون، ولكن هذا لم يحصل. والمشكلة الثانية تتعلق بكون أن الكون متجانس الى حد كبير جداً، حيث وجد العلماء بأن بعض المناطق البعيدة جداً عن بعضها في الكون متشابهة لدرجة تفوق ما يُمكن تفسيره بالانفجار الكبير ( تقنيا الكون متجانس لدرجة تبدو للوهلة الأولى بأنها تخرق مبادىء النسبية الخاصة ).

فاللتخلص من هاتين المشكلتين، إقترح الفيزيائي الشهير آلن غوث Alan Guth نظرية التضخم الكوني Cosmic Inflation والتي تنص على أن الكون قد مر بعد ظهوره بلحظات بتوسع سريع جداً، حيث أن حجمه قد تضاعف عشرة رفع ستة و سبعين مرة قبل أن يعود الى وتيرة توسعه الطبيعية. وقد تمكن العلماء من إثبات أن توسع من هذا النوع قادر على حل المشكلتين أعلاه، ثم تم أخيراً إثبات صحة هذه النظرية باستعمال التليسكوب المسمى بـ WMAP ، وأصبحت جزء بديهي من النموذج الكوني القياسي.^5-6

نظرية الأوتار الخارقة

لطالما حلم علماء الفيزياء بتوحيد هذا العلم من خلال نظرية واحدة تفسر كل شيء، حتى آينشتاين نفسه أمضى السنوات الأخيرة من حياته في محاولة للتوصل الى هكذا نظرية، إلاّ أن جميع محاولاته بائت بالفشل، وظن الكثيرون بأنه لا وجود لهذه النظرية، وإن وُجدت فلن نتمكن من الوصول إليها.

ظلت هذه  وجهة نظر العلماء الى عام 1973 حيث توصل الفيزيائيون واينبيرغ وغلاشو وعبدالسلام إلى بناء ما يسمى بنموذج واينبرغ - سلام - غلاشو Weinberg-Salam-Glashow Model ، والذي نجح بتوحيد النظريتين المتعلقتين بالتفاعلين النووي الضعيف والكهرومغناطيسي في نظرية واحدة تسمى بالنظرية الالكتروضعيفة Electroweak theory، فأحيوا بذلك الإنجاز الحلم بايجاد نظرية موحدة تجمع كل النظريات الفيزيائية. واستمر الحلُم كحلم إلى بداية الثمانينيات حيث أدى الجهد المشترك للكثير من علماء الفيزياء، مثل غابرييل فينيزيانو وإدوارد ويتن ومايكل غرين، للتوصل إلى نظرية الأوتار الخارقة والتي اعتبروا بموجبها أن البنية الأساسية للمادة في ما دون الذرة تتكون من أوتار strings  متناهية الصغر، وهي بدورها تصيغ شكل وتُفاعل جميع خصائص القوى الأربعة والجزيئات الأساسية. فالخيط (أوالوتر) نفسه قد يكون إليكترون أو كوارك أو قد يقوم بالتفاعل النووي أو الكهرومغناطيسي حسب صفاته. و قد تمكنوا بفضل هذه النظرية من توحيد جميع الفيزياء المعروفة، من التحت ذرية الى النسبية العامة، ومن حركة الذرات إلى حركة الكواكب، في إطار نظري واحد.

طبعا، ككل نظرية عظيمة، نظرية الأوتار الخارقة أتت بنتائج باهرة: أن الكون يحتوي على 11 بعداً و ليس 4 أبعاد فقط (الطول العرض الارتفاع و الزمن)! ولكن سنعود إلى هذه النقطة في المقال اللاحق. إنما الأوتار الخارقة، من الصعب إعطائها حقها في مقال مبسط صغير، فمعظم العلماء يعتقدون بأنها من أعظم ما تم إكتشافه في العلوم قاطبة، والعدد الأكبر من علماء الفيزياء النظرية يعملون عليها اليوم في كل أنحاء العالم. وبالرغم من عدم وجود دليل مخبري عليها لعدة صعوبات تقنية (حيث بناء جهاز قادر على القيام بالاختبارات اللازمة يفوق قدرة الجنس البشري الحالية بأشواط طويلة)، إلاّ أنه يوجد الكثير من الأدلة النظرية عليها، حيث تمكن بعض العلماء أخيراً، كـ إدوارد ويتن و مايكل دوف، من ربطها بنظريات أخرى تم برهنتها مخبريا.^7-8

نعود الى صلب الموضوع  

بعد هذا الهامش الطويل نعود الى موضوعنا. ما علاقة التضخم الكوني والأوتار الخارقة باختيار خصائص الكون وقابليته للحياة؟

في نهاية ثمانينيات القرن الماضي وبداية التسعينيات، وبالتوازي مع بداية إثبات تليسكوب WMAP لنظرية التضخم الكوني، كان مكتشف النظرية آلان غوث بالإضافة إلى آندريه ليندي، يحققون المزيد من البحث المعمق للنظرية، وتوصلوا إلى ما يسمى بالتوسع العشوائي Chaotic Inflation الذي ينص على أن التضخم الكوني يستحيل بالمبدأ أن يتوقف في كافة أرجاء الكون، بل يمكن أن يتوقف في نقاط محدودة منه، فيسمح بتشكل فقاعات كونية تشكل كل منها كون كالذي نعيش فيه، ولكن يجب أن يستمر في أرجاء أخرى من الكون الأكبر The multiverse (كلمة تستخدم في سياقات مختلفة فيُرجى الحذر عند البحث)، لنحصل في النهاية على كون أكبر يستمر في التضخم الكوني من جهة، و يحتوي على عدد لامتناهي من الفقاعات الكونية Bubble universes حيث يتوقف التضخم من جهة أخرى.^9-10

 صورة توضيحية لفقاعات كونية، يحتوي كل منها على كون كامل كالذي نعيش فيه. وسبب وجودها هو توقف التضخم الكوني في هذه الرقعة. إنما الكون الأكبر الذي يحتويها كلها سوف يستمر في التضخم في نواحي ويبطئ في نواحي أخرى، مما سيؤدي إلى ولادة عدد لامتناهي من الفقاعات (الأكوان).

وهنا تدخل نظرية الأوتار الخارقة على الخط، فعند إستعمال أحد خصائصها المسمى بـ strings vacua landscape مع نظرية التضخم العشوائي، توصل آندريه ليندي إلى أن كل فقاعة كونية كالتي نعيش فيها ونسميها الكون، ستُحظى بخصائص منفردة بها، كقوة التفاعلات الأساسية الأربعة والثابت الكوني ووزن الإكترون، ومختلفة عن الفقاعات الكونية الاخرى! ونظراً لكون عدد الأكوان (الفقاعات) لامتناهي، ستحصل في مجموعها على جميع الخصائص الممكنة في الوجود. أي أننا سنجد بعض الفقاعات (أي الأكوان) غير قادرة على تشكيل نجوم، وبعضها الآخر لن يشكل جزيئات دون ذرية أبداً، ولكن عدد قليل جداً منها سيكون صالح للحياة ومشابه لكوننا. وفي هذه الأنواع من الأكوان المشابهة لكوننا، سيتكون الإنسان القادر على سؤال: "لمذا خصائص الكون على هذا الشكل" .^11-12-13

ورغم أن هذا الجزء المتعلق بالنظرية لم يصل إلى صيغته النهائية، إلاّ أنه يتطور بشكل مطرد بالتزامن مع التطور في أبحاث نظرية الأوتار الخارقة، وقد أصبح الآن جزء من التيار الرئيسي للأبحاث الفيزيائية النظرية.

وبهذا نكون قد أجبنا على تساؤل لماذا الكون قابل للحياة؟ وهل هو مهيئ خصيصا لذلك؟ ولكن يبقى الإستفسارات الأعظم: كيف وُجد الكون؟ و لماذا وجد؟ وهل هو أزلي؟

References

1-      Davies, Paul (1986), The Forces of Nature, Cambridge Univ. Press 2nd ed.

2-      Is The Universe Fine-Tuned For Us? Victor J. Stenger, University of Colorado

3-      Paul Davies, "How bio-friendly is the universe?" International Journal of Astrobiology, vol. 2, no. 2 (2003): 115.

4-      Carroll, Sean M., "The Cosmological Constant"

5-      Guth, Alan (1997). The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins

6-      Seven-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Cosmological Interpretation. January 2010

7-      Sunil Mukhi(1999)"The Theory of Strings: A Detailed Introduction

8-      Greene, Brian (October 20 2003). The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory

9-      Linde, Andrei (2005) "Inflation and String Cosmology,"

10-  Liddle, Andrew; David Lyth (2000). Cosmological Inflation and Large-Scale Structure

11-  Linde, A. (1986). "Eternal Chaotic Inflation". Mod. Phys. Lett.

12-   Linde, A.D. (August 1986). "Eternally Existing Self-Reproducing Chaotic Inflationary Universe &". Physics Letters B

13-   Guth, Alan. "Eternal inflation: Successes and questions"

الكاتب: أبولو

يتبع ...

لقراءة الجزء الأول من المقالة، إضغط هـنأ

الجزء الثالث هـنـا

 * * * * * * * * * *