ما هو حجم الكون المرئي؟
يبلغ عمر كوننا حوالي 13.8 مليار سنة ، ويبلغ قطر الفقاعة المرصودة لهذا الكون حوالي 93 مليار سنة ضوئية. ونعلم جميعًا الحكمة الشهيرة من قول ألبرت أينشتاين نظرية النسبية الخاصة: لا شيء يمكنه السفر أسرع من الضوء.
مجتمعة ، يقدم لنا هذا لغزًا محيرًا حول طبيعة الكون نفسه: كيف يمكن للكون أن يصبح كبيرًا بشكل محير للعقل في مثل هذا الوقت القصير؟
ماذا تعني عبارة “أسرع من الضوء”؟
هناك طريقتان للإجابة على هذا السؤال. الطريقتان متكافئتان رياضياً تمامًا ، لكن إحداهما أو الأخرى قد تكون أكثر منطقية بالنسبة لك.
نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين
الطريقة الأولى هي الإشارة إلى أن نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين هي محلي نظرية الفيزياء. يخبرك أنه إذا انفجر صاروخ أمام وجهك ، فلن تسجل سرعته أبدًا كما يسير أسرع من الضوء.
إن مفهوم “السرعة” هو فقط شيء يمكنك قياسه بالقرب من موقعك الحالي. النسبية الخاصة صامتة تمامًا بشأن سلوك الأشياء الموجودة على الجانب الآخر من الكون – مفاهيم مثل سرعة الضوء لا تنطبق عليها ببساطة ، لأنها بعيدة جدًا ولم تعد النسبية الخاصة تنطبق.
نظرية أينشتاين للنسبية العامة
للتعامل مع الأشياء البعيدة ، عليك أن تستخدم نظرية أوسع وأكثر عمومية ، مثل نظرية أينشتاين نظرية النسبية العامة، الذي يصف كيف تؤثر الجاذبية على نسيج الزمكان.
بعبارة أخرى ، يمكن أن تتحرك المجرات الأبعد على ما يبدو أسرع من سرعة الضوء لأنه ، بشكل أساسي ، لا يتعين على الكون أن يهتم بسرعة الضوء.
كون آخذ في التوسع
وفي النسبية العامة نجد طريقتنا الثانية لحل اللغز. وفقًا لهذا النموذج ، وهو كيفية فهمنا للكون حاليًا ، فإننا نعيش في كون يتمدد. كل يوم، عالمنا يكبر ويكبر، مع زيادة متوسط المسافة بين المجرات دائمًا.
حتى الآن ، جيد جدًا ، أليس كذلك؟ لكن هذا التوسع لا ينتج عن تحرك المجرات في الكون بل الفضاء بين تتوسع المجرات. إذا كنت تريد إرفاق مقياس تسارع بكل مجرة ، فلن يسجلوا أي حركة (باستثناء الحركات الصغيرة المحلية هنا وهناك).
محليا ، لا توجد مجرة تتحرك. لكن المسافة بينهما. لذلك لا توجد قيود هنا بناءً على سرعة الضوء لأنها حرفيا لا تتحرك. لا يوجد حد لمدى سرعة تمدد الفضاء (لأن “التمدد” ليس حركة بقدر ما يتعلق الأمر بالنسبية) وبالتالي يمكن للكون أن ينمو بالسرعة التي يحلو لها.
ما هو حجم الكون المرئي؟
في الأساس ، الكون كبير جدًا لأنه يمكن أن يتمدد بشكل أسرع من الضوء. في الواقع ، إنها تفعل ذلك اليوم. نقيس معدل تمدد الكون في الوقت الحاضر بشيء يسمى ثابت هابل، والتي تبلغ حوالي 68 كيلومترًا في الثانية لكل ميجا فرسخ.
هذا يعني أنه مقابل كل ميغا فرسخ تبتعد عن درب التبانة ، ستزداد سرعة تمدد الكون بمقدار 68 كم / ثانية. مجرة على بعد 2 ميغا فرسخ تبدو وكأنها تنحسر بسرعة 136 كم / ثانية ، مجرة على بعد عشرة ميغا فرسخس سوف تنحسر بسرعة 680 كم / ثانية ، وهكذا.
يضمن ثابت هابل أنه بمجرد وصولك إلى مسافة معينة – حوالي 13 مليار سنة ضوئية (مسافة تُعرف باسم نصف قطر هابل) – ستظهر المجرات مبتعدة عنا أسرع من الضوء.
سيكون الأمر نفسه صحيحًا إذا وقفنا أنا وأنت على طرفي نقيض من شريط مطاطي قابل للتمدد. طالما أن الشريط المطاطي لم ينكسر ، وطالما حافظ التمدد على سرعة ثابتة ، فقد يبدو أننا في مرحلة ما نتحرك بعيدًا عن بعضنا البعض أسرع من الضوء. (ومع ذلك ، مرة أخرى للتأكيد على هذه النقطة ، إذا رسمنا علامة “X” عند أقدامنا ، فلن نبتعد عن تلك النقاط).
المجرات البعيدة
تم إطلاق الضوء من المجرات الواقعة خارج نصف قطر هابل منذ بلايين السنين وهو الآن فقط يصل إلى الأرض. نحسب مكان وجود هذه المجرات الآن بناءً على فهمنا لعلم الكونيات ، وبهذه الطريقة يمكننا تقدير حجم الكون. حقيقة أنها بدت وكأنها تتحرك أسرع من الضوء تعني أن أي ضوء يرسلونه الآن لن يصل إلينا أبدًا – لأن هذا الضوء لن يكون قادرًا على التغلب على تمدد الكون.
نظرًا لأن معظم الكون يقع خارج نصف قطر هابل ، فإن كل تلك المجرات بعيدة المنال إلى الأبد. مع مرور الوقت ، ستختفي تلك المجرات ، واحدة تلو الأخرى ، تمامًا عن الأنظار. ليس من خلال أي غش لقوانين الفيزياء ، ولكن من خلال الامتداد البسيط (والحتمي).
