الكون الخفي

بقلم: أندرو ماي

مع تزايد قوة التلسكوبات في القرن العشرين، بدأت في اكتشاف الحجم الحقيقي للكون. اكتشف علماء الفلك أن هناك بلايين المجرات الأخرى الشبيهة بمجرتنا، منتشرة في معظم أنحاء الكون الشاسع والمتوسع باستمرار. وفي الوقت نفسه أُحرز تقدمٌ في علم الكوزمولوجي النظري Theoretical cosmology، نبع من نظرية النسبية العامة General relativity لآينشتاين، والتي أظهرت بالتفصيل الدقيق كيف تتحرك الأجسام تحت تأثير الجاذبية. عند جمع هذين التطورين- الملاحظة والنظرية- معاً، توصل الباحثون إلى نتيجة مذهلة. بحلول نهاية القرن العشرين، كان من الواضح أن كل تلك البلايين من المجرات المرئية كانت مجرد جزء صغير مما هو موجود بالفعل.

يُطلَق على %95 من الكون الخفيِّ اسم المادة المعتمة Dark matter والطاقة المعتمة Dark energy- لكنهما شيئان مختلفان تماماً. كلمة معتمة مناسبة بمعنى أننا “نجهل كل شيء” عنهما،- فلا يمكننا مشاهدتهما مباشرة، ولا نعرف ماهيتهما. غير أن من المضلل التفكيرَ فيهما على أنهما داكنتا اللون. هذا صحيح بالنسبة إلى شيء مثل الغبار الكوني، والذي يمكننا رؤيته بسهولة تامة إذا وقع بيننا وبين جِرم ساطع يحجبه جزئياً، لكن المادة المعتمة والطاقة المعتمة شفافتان تماماً. يمر الضوء من جميع الأطوال الموجية، وجميع أشكال المادة الأخرى، عبرهما كأنهما غير موجودتين.

اكتُشفت المادة المعتمة أولاً- ومن السهل فهْم النظرية التي تفسر وجودها. ليست هناك حاجة إلى النسبية هنا، إذ يكفي تطبيق أساس نظرية الجاذبية Theory of gravity لإسحق نيوتن Isaac Newton. عند وجود مجموعة كبيرة من النجوم في مجرة- أو في مجرات ضمن عنقود من المجرات- على الرغم من كل الفيزياء المعقدة التي تحدث بداخلها، فإن الجاذبية هي الشيء الوحيد الذي يحدد حركتها. مثلما يمكن للمركبة الفضائية بلوغ “سرعة الإفلات” Escape velocity من مدار الأرض إذا انطلقت بسرعة كافية، فهناك سرعة قصوى يمكن للنجوم أن تتحرك بها- والتي تحددها الكمية الإجمالية للمادة الجاذبة في المجرة- قبل أن تطير نحو الخارج. اتضح أن النجوم في التخوم الخارجية لمعظم المجرات تتحرك بسرعة كبيرة، على الأقل إذا كانت المادة المرئية هي الشيء الوحيد الذي يحبسها. إن مفهوم المادة المعتمة التي توفر الجاذبية المفقودة Missing gravity، وإن كان لا يمكن اكتشافها بأي وسيلة أخرى، لهو أبسط طريقة لتفسير المشاهدات.

يرى علماء الفلك دليلاً على وجود المادة المعتمة في كل مكان ينظرون إليه- هنا في مجرتنا وفي المجرات المجاورة الأخرى.

في المقابل، لا تتضح الطاقة المعتمة إلا عندما نلقي نظرة أوسع على الكون ككل. لقد عرفنا منذ قرن من الزمن أن الكون يتوسع منذ الانفجار الكبير Big Bang. من المنطقي أن نفترض أن هذا التوسع يتباطأ تدريجياً بمرور الزمن، ويتراجع بفعل الجاذبية المتولدة من جميع المادة في الكون. لكن في تسعينات القرن العشرين اكتشف علماء الفلك أن العكس هو الصحيح: فمعدل التوسع يتسارع في الواقع، لا يتباطأ. هناك شيء يُبطل تأثير الجاذبية، ويدفع المجرات بعضها بعيداً عن بعض بوتيرة متزايدة التسارع. أطلق على هذا “الشيء”- الذي لا أحد يعرف ماهيته حتى الآن- اسم الطاقة المعتمة.

هناك شيء واحد مشترك بين كل من المادة المعتمة والطاقة المعتمة، وهو عدم وجود دليل مباشر على أيٍّ منهما. يُفترض أنهما موجودتان لأن هذا هو أبسط طريقة للتوفيق بين المشاهدات والنظرية. لكن يُحتمل خطأ كل من النظرية والمشاهدات، وأننا لا نحتاج حقاً إلى مادة معتمة أو طاقة معتمة بعد كل شيء. إلا أن الأدلة غير المباشرة على وجودهما تتزايد طوال الوقت، لذلك يعتقد معظم علماء الفلك أنهما ستظلان موجودتين.