كتب قيمة في كلمات قليلة

(إطلبوا العلم من المهد إلى اللحد)

تاريخ موجز للزمن
(ستيفن هوكنج)

يتحدث ستيفن هوكنج في هذا الكتاب عن بداية نشأة الكون من الإنفجار الكبير ’ وكيف أن نظريات نشوء الكون عبر التاريخ قد تدرجت من نظرية أن الأرض مسطحة ولها أطراف تنتهي فيها ’ إلى نظرية أن الكون كله عبارة عن المجموعة الشمسية وبأن الأرض ثابتة ومسطحة وهي مركز الكون ’ إلى إكتشاف كروية الأرض ’ ثم إكتشاف مركزية الشمس ’ ثم إكتشاف المجرة ’ وبأن المجموعة الشمسية بكاملها جزء صغير منها ’ إلى إكتشاف أن مجرتنا واحدة من بلايين المجرات في الكون ’ وبأن الكون في توسع والمجرات تتباعد عن بعضها متسارعة ’ الأمر الذي قاد إلى إكتشاف أن الكون له بداية ’ وبالرجوع للخلف في الزمن كان يجتمع في نقطة واحدة ربما أصغر من حجم نواة الذرة ’ وبكثافة وحرارة عالية جداً ولا يمكن تخيلها ’ حيث إنفجرت هذه النقطة التي بحجم الجسيم الذري وتمدد الكون في حيز من أربعة أبعاد ’ يمثل الزمن بعداً من الأبعاد الأربعة بالإضافة إلى الأبعاد الثلاثة المكانية المعروفة ’ وعندما إنفجرت هذه النقطة نشأ المكان وبدأ الزمان وإتجه سهم الزمن مع نفس إتجاه سهم التوسع وسهم الزمن النفسي من الماضي للمستقبل ’ تمدد الكون في أجزاء من الثانية وتضاعف حجمه بلايين المرات ’ وكان الإنفجار على شكل تضخم ’ كانت درجات الحرارة في بداية الكون عالية جداً وتصل إلى بلايين الدرجات الأمر الذي جعل المادة فيه على شكل بلازما من الجسيمات الدون ذرية الأساسية فكان الكون يتكون فقط من إلكترونات وفوتونات وبعض الجسيمات الأساسية الأخرى ’ ومع توسع الكون وإنخفاض درجات الحرارة بدأت الجسيمات الدون ذرية تتجمع مكونة أنوية الذرات التي تتكون من البروتونات والنيترونات فكان الكون حتى هذه اللحظة يتكون من مزيج نووي دون ذري حيث لم تتشكل الذرة بعد نظراً لأن درجات الحرارة العالية لا تسمح بذلك ’ وعندما بردت درجات الحرارة أكثر بدأت الأنوية بشحناتها الموجبة تجذب الإلكترونات بشحناتها السالبة وعندئذٍ تكونت أولى الذرات في الكون وهي ذرات الهيدروجين التي تتكون من بروتون واحد ونيوترون واحد وإلكترون واحد ’ ثم تكونت بعد ذلك ذرات ثاني أخف وأقدم عنصر في الكون وهو غاز الهيليوم ’ عندها أصبح الكون شفافاً وقابلاً لإنتقال جسيمات الفوتونات حاملة الضوء بين أجزائة التي كانت معتمة ’ ثم بعد ذلك تكونت السدم الضخمة من سحب الهيدروجين والهيليوم التي بدأت تنهار على نفسها بفعل جاذبيتها الذاتية نحو مركزها ’ وبإنهيارها نحو المركز بدأت بالدوران وهذا فعل طبيعي للمادة عندما تتجمع في الفراغ فهي تتجه للدوران والتكور وهذا ماحصل ’ وعندما زادت كثافة المادة وتجمعها في كرة ضخمة من الغاز الذي يتكون في معظمه من الهيدروجين ونسبة أقل من الهيليوم إرتفعت درجات الحرارة محدثة شرارة تفاعل نووي حيث تندمج ذرات الهيدروجين مكونة ذرات الهيليوم ’ فكل ذرتي هيدروجين تندمجان تحت الضغط والحرارة العالية لتكونان ذرة هيليوم حيث ينطلق الفائض من طاقة الإندماج على شكل حرارة وضوء ’ وعندما إنتهى وقود الهيدروجين في هذه النجوم البدائية الضخمة إنهارت هذه النجوم محدثة مزيداً من الضغط والحرارة بداخلها سمحت بإنطلاق تفاعل آخر محولاً الهيليوم إلى مواد أثقل ’ وهكذا تستمر سلسلة التفاعلات منتجة مواداً أكثر ثم بعد ذلك وبالوصول إلى نهاية السلسلة التفاعلية بإنتاج ذرات الحديد التي تعتبر نهاية التفاعلات الذرية ينهار قلب النجم مكوناً ثقباً أسود تنضغط فيه المادة بشكل كبير إلى الحد الذي تنعدم فيه المسافة بين وأكثر من ذلك حيث تتكون منطقة متفردة في مضاهرها وقوانينها تحتوي على مادة ذات خصائص غريبة وكثافة لا يمكن تخيلها منتجة قوة جذب تبلغ من الشدة حداً لا يستطيع حتى الضوء بجسيماته المكونة له وهي الفوتونات من الإفلات منها لتصبح هذه المنطقة معتمة وغير قابلة للرؤية وبقوة جذب قادرة على إبتلاع مجرة بكاملها محولة مادتها إلى شبه العدم ’ أما طبقات هذه النجوم الخارجية البدائية الضخمة فتنفجر على شكل ( سوبر نوفا ) حيث يطلق النجم كماً هائلاً من الضوء يعادل ما تطلقه مجرة بكاملها وقاذفاً بلايين الأطنان من المواد الثقيلة التي أصبحت مادة خاماً تشكلت منها جميع الكواكب ونجوم الجيل الثاني ومنها شمسنا وجميع ما يتويه الكون من مادة ’ وقد تكونت نجوم الجيل الثاني من مناطق ذات كثافة عالية من الغازات المتوهجة التي تجمعت ثم إنخسفت نحو مركزها بفعل جاذبيتها الذاتية لتنطلق شرارة التفاعلات النووية محدثة الحرارة والضوء اللازمين لنشوء الحياة على الكواكب ’ أما الكواكب فقد نشئت من نفس الدوامة من الغبار والغاز الذي نتج عن إنفجار نجوم الجيل الأول وتكونت منها نجوم الجيل الثاني حيث تكونت الكواكب من مناطق ذات كثافة داخل السحابة الرئيسية الضخمة التي تكون منها الشمس ولكن ونظراً لأن السحابة التي تكونت منها الشمس كانت ذات حجم كبير سمح بتوليد ضغط وحرارة كافية لبدء شرارة التفاعلات النووية التي تميز النجوم عن الكواكب ’ فقد تكونت الكواكب من مناطق ذات حجم وكثافة أقل من الحجم المطلوب لتكون النجوم وعندها بردت هذه المناطق بعد إنخسافها وتكورها مكونة كواكب المجموعة الشمسية ومنها الأرض التي نعيش على سطحها ’ وقد إستمرت الكواكب بالدوران في مدارات دائرية بفعل دوران السحابة البدئية التي تكونت منها هذه الكواكب كما إستمرت هذه الكواكب والشمس كذلك بالدوران حول نفسها كإستمرار طبيعي لدوران المناطق التي تكونت منها عند إنخسافها على مركزها وتكورها بفعل ردة الفعل الطبيعية للمادة عندما تتجمع في فضاء معدوم الجاذبية ’
وقد تحدث المؤلف في كتابة عن مصير النجوم بعد نفاذ وقودها والذي تحدده مقاييس كتلتها التي حددها طالب هندي وسميت بإسمه ( حدود تشاندرا سيخار) وهو إسم الطالب الهندي الذي وضع معادلات هذه الحدود عندما كان متجهاً لإتمام دراسة الجامعية في علم الفلك في إنجلترا ’ حيث أن هذه الحدود تستلزم كون النجم أكبر من الشمس من ناحية الكثافة بعدة مرات ليتحول إلى ثقب أسود بعد نفاذ وقوده أما إذا كان أكبر من الشمس قليلاً أو بحجمه أو أصغر منها فإنه يتحول إلى أشكال أخرى ونظرية تشاندرا سيخار تححد مصير النجوم كما يلي :
(يتكون النجم عندما تأخذ كمية من الغازات غالباً تكون من الهيدروجين بالتجمع والتهافت والانخساف على بعضها البعض ومع هذا التقلص يزداد تصادم الغازات فيما بينها بسر عات كبيره، ويسخن الغاز حتى يصبح حار جداً إلى درجة أن تندمج ذرات الهيدروجين عند تصادمها لتكونّ الهليوم ،بشكل تفاعل يشابه تفاعلات القنبلة الهيدروجينية وهي التي تجعل النجم مشع وهذه الحرارة تزيد من ضغط الغازات إلى أن يصبح كافياً ليتوازن مع التجاذب التثاقلي فيتوقف الغاز عن التقلص وتبقى النجوم مستقرة فترة طويلة حيث تتعادل حرارة التفاعلات النووية مع قوة التجاذب التثاقلي(أي انه يكون في حالة توازن توقفه عن الانخساف مثل التوازن بين الجاذبيه والقوه الطارده المركزيه).
ولكن في النهاية ينضب الهيدروجين من النجم، فكلما كانت كمية الوقود كبيرةً عند ولادة النجم كان نضوبه أسرع لأنه كلما كانت كتلة النجم كبيره وجب أن تكون حرارته عالية من أجل مقاومة تجاذبه التثاقلي وكلما كانت حرارته عالية كان أسرع إستهلاك للوقود.
ولأن شمسنا من النجوم المتوسطة فإنه على الأقل يوجد بها وقود يكفي خمسة آلاف مليون سنه فقط !! وعندما ينضب الوقود فإن النجم يبدأ في التبرد وبالتالي بالتقلص. لكن حسب " تشاندرا سيخار" يمكن أن يكون حجم النجم ضخم ويستطيع مقاومة جاذبيته الذاتية بعد أن يكون قد استهلك كامل وقوده. فعندما يكون النجم صغيراً تقترب جسيمات المادة من بعضها البعض كثيراً ووفقاً لمبدأ "باولي " في الاستبعاد يجب أن تكون سرعات الجسيمات متفاوتة جداً وهذا يجعلها تتنافر وبالتالي يتمدد النجم وهكذا يستقر النجم على حجم ((نصف قطره)) ثابت وهكذا تتعادل الجاذبية كما كانت عند بداية النجم. أدرك (تشاندرا سيخار) أن هناك حدود للتنافر الذي يقدمه مبدأ الإستبعاد ، فالنسبية تحدد الفارق الأقصى بين السرعات التي بين الجسيمات في النجم بسرعة الضوء وبذلك يصبح النجم كثيفا بما فيه الكفاية ويكون التنافر اقل من قوة الجاذبية حسب (تشاندرا سيخار) الكتلة التي لا يمكن للنجم مقاومة جاذبيته وتعرف بحدود (تشاندرا سيخار) وكانت هذه الأ فكار ذات أثر كبير لفهم مصير النجوم :
1-إذا كانت كتلة النجم دون حدود(تشاندرا سيخار) قد يتوقف في النهاية عن التقلص ليستقر على شكل (قزم أبيض) ويكون ذا كثافة عالية مئات الأطنان في الانش الواحد ونشاهد عددا كبيرا من هذه النجوم البيضاء وكان أحد أول ما اكتشف نجم يدور حول الشعرى أسطع نجم في السماء.
2-عندما تكون كتلة النجم ضعف كتلة شمسنا ولكن أصغر بكثير من القزم الأبيض وتحقق هذه النجوم مبدأ تنافر الإستبعاد بين النيترونات والبروتونات أكثر منه بين الإلكترونات ولذلك سميت نجوم نيوترونية قد لا يتعدى نصف قطرها عشرة أميال أو نحوه مع كثافة عالية تعد بمئات الملايين من الأطنان في الانش الواحد ويتم التنبؤ بوجودها ولم يتمكن من مشاهدتها ولم تكتشف إلا بعد فترة طويلة.
ولكن النجوم التي تتجاوز كتلتها حدود (تشاندرا سيخار) تواجه مشكلة كبيرة عند نفاذ وقودها قد تنفجر أو تقذف بعض المادة لتخفيف كتلتها إلى مادون الحدود كي تتفادى الإنسحاق بالجاذبية ، كانت النتيجة مذهلة حيث أن النجم يتحول إلى نقطة حتى آينشتاين كتب مقالا أعلن فيه أنه لا يمكن للنجوم أن تتقلص إلى الصفر وأهملت هذه الفكرة إلى ما بعد الحرب العالمية الثانية.
يمر النجم أثناء دورة حياته بأربع مراحل هي مرحلة النجم الأولي، ومرحلة البلوغ، ومرحلة العملاق الأحمر ،ومرحلة الموت ، وتتشابه جميع النجوم في المراحل الثلاث الأولى في حين تعتمد نتائج المرحلة الرابعة على حجم النجم.
كما تكلم الكاتب عن الزمن وبأنه بعد رابع يدخل في نسيج الكون المكاني الذي يتكون من 3 أبعاد مكوناً الزمكان الذي يتكون من 3 أبعاد مكانية وبعد رابع زماني ’ كما تطرق إلى سهم إتجاه الكون ولماذا يتجه سهم الزمن من الماضي للحاضر في إتجاه مطابق لتمدد الكون وموافق لسهم الزمن النفسي الذي يشعر به الإنسان ’ عازياً هذا التطابق إلى إحدى قوانين الفيزياء وهو قانون الإنتروبيا الذي ينص على تزايد الإختلال مع مرور الزمن فالكأس مثلاً ينكسر ولكنه لا يعود لحالته المثالية مرة ثانية.
وقد تطرق الكاتب لبعض النظريات العلمية الخيالية والتي تتعلق برجوع الزمن للخلف في حالة إنخساف الكون وهو من الإفتراضات المتوقعة لنهاية الكون حيث يفترض أن ينخسف الكون بعودته إلى نقطة إنفجاره مما يؤدي إلى أن ينتقل الزمن بعكس الإتجاه الحالي حيث نتذكر المستقبل ولا نتذكر الماضي وحيث تنعكس المضاهر في الكون مثل إعادة شريط سينمائي فينكسر الكأس قبل أن يصنع ويموت الإنسان قبل أن يولد ’ في مضاهر غريبة لم يألفها العقل البشري.
إلا أن هناك نظريات أقرب للواقع عن نهاية الكون ومنها أن الكون سينخسف ولكن ليس بالعودة إلى الخلف بل بالإستمرار في نفس الإتجاه وعندها فسوف يستمر سهم الزمن في نفس إتجاهه الحالي حتى تصطدم المجرات وتنصهر الذرات وتنسحق النوى وتتلاصق الجسيمات ويعود الكون إلى نقطة بحجم جسيم ذري وبحرارة وكثافة لا نهائية ’ لينفجر بعد ذلك مكرراً دورة مستمرة لا نهائية من الإنفجار والإنخساف مثل ضربات القلب.
فسبحان الله العظيم القائل في محكم آياته :
((يَوْمَ نَطْوِي السَّمَاءَ كَطَيِّ السِّجِلِّ لِلْكُتُبِ كَمَا بَدَأْنَا أَوَّلَ خَلْقٍ نُعِيدُهُ وَعْدًا عَلَيْنَا إِنَّا كُنَّا فَاعِلِينَ)).
وتطرق الكاتب كذلك إلى بعض النظريات التي تقول بأن هناك أبعاد أخرى للكون ولكنها صغيرة جداً بحيث لا نلاحظها ’ حيث تقول بعض النظريات بأن الكون مكون من إحدى عشر بعداً وبأن هذه الأبعاد الإضافية قد تقوست على نفسها وبأنه صغيرة الحجم ولا يمكن الإحساس بوجودها ’
كما أن هناك بعض النظريات التي تتحدث عن وجود عدد من الأكون وبأن كوننا هو كون وليد إنبثق من كون آخر ذو أبعاد أكثر الذي إنبثق بدوره من كون آخر أكبر.
كما تتحدث بعض النظريات عن كون الثقوب السوداء عبارة عن ممرات دودية تؤدي إلى أكوان أخرى أو يمكن السفر من خلالها عبر الزمن والعودة للماضي أو الذهاب للمستقبل أو الإنتقال إلى مسافات كبيرة في الكون لا يمكن قطعها من خلال الأبعاد الحالية المحسوسة.
وهناك نظريات تتحدث عن كون النسيج الكوني ليس لا ينتهي عند جسيمات أولية غاية في الصغر بل يتكون في حده النهائي من نسيج من الأوتار الفائقة الصغر وهي أصغر من أصغر الجسيمات الذرية وتتكون المادة من تذبذب هذه الأوتار مثلما ينتج الصوت من إهتزاز أوتار الآلات الموسيقية.