يعرض الدرس نظريتي الكون المستقر والانفجار العظيم، ويوضح لماذا رفض العلماء الكون المستقر بعد اكتشاف الكوازارات وإشعاع الخلفية الكونية، ولماذا تعد نظرية الانفجار العظيم الأكثر قبولا بفضل توسع الكون والخلفية الكونية ووفرة الهيدروجين والهيليوم.
آخر تحديث:
يعرف الكون بأنه كل ما هو موجود من مادة وطاقة، بما في ذلك المجرات والنجوم والكواكب والفضاء الذي يحوي هذه المكونات. أما علم الكون فيدرس هذه المكونات ونشأة الكون والفرضيات التي تفسرها.
نظرية الكون المستقر: الكون أزلي لا بداية له ولا نهاية، ويتوسع باستمرار مع احتفاظه بمتوسط كثافة ثابت وخصائص لا تتغير بمرور الوقت.
تفترض هذه النظرية أن مادة جديدة تتشكل باستمرار مع تمدد الكون وتوسعه، أي أن كتلة الكون تزداد بنسبة ثابتة مع حجمه، فيحافظ على متوسط كثافته. لذلك يرى مؤيدوها أن الكون يبدو كما هو في الماضي والحاضر والمستقبل.
دعم كثير من الفلكيين هذه النظرية في خمسينيات وستينيات القرن الماضي، لكن اكتشاف الكوازارات وإشعاع الخلفية الكونية كانا سببين كافيين لرفضها.
الكوازارات أنوية مجرات نشطة تصدر كميات هائلة من الطاقة وتتميز بلمعان شديد. رصدها بعيدا جدا باتجاه حافة الكون المرصود، وعدم رصدها بالقرب منا، يتعارض مع فكرة تماثل الكون في كل مكان وكل زمان، ويدل على أن خصائص الكون سابقا تختلف عن خصائصه في الوقت الحاضر.
ثابت لا يعني غير متمدد: نظرية الكون المستقر تقول إن الكون يتوسع، لكنها تفترض بقاء متوسط الكثافة والخصائص العامة ثابتة مع الزمن.
نظرية الانفجار العظيم: تقول إن الكون كان في بداية نشأته في حيز صغير يسمى الذرة البدائية، كثافته لانهائية وحرارته عالية جدا، ثم حدث انفجار عظيم أدى إلى انتشار أجزائه وتوسع الكون.
في اللحظات الأولى، عند زمن 10^-43 s تقريبا، وصلت درجة الحرارة إلى قيم عالية جدا نحو 10^32 K، وهي مرحلة مجهولة لم يفسرها أي قانون فيزيائي حتى الآن.
كانت مادة الكون في بدايته تتكون من جسيمات بدائية غير موجودة الآن وتتفاعل باستمرار. ومع توسع الكون وبرودته بدأت دقائق مثل الفوتونات والنيوترونات والإلكترونات والبروتونات بالتكون.
بعد مرور ثلاث دقائق تكونت أنوية ذرات الهيدروجين والهيليوم، ولم تتكون الذرات إلا بعد 380,000 سنة عندما انخفضت درجة حرارة الكون إلى نحو 3000 K. ومع مرور الوقت تكونت النجوم، ونتيجة الاندماج النووي داخلها تكونت معظم العناصر المعروفة حاليا، وانخفضت حرارة الكون تدريجيا حتى أصبحت نحو 2.7 K.
ترتيب الأحداث: ابدأ بجسيمات بدائية، ثم دقائق مثل الفوتونات والبروتونات، ثم أنوية الهيدروجين والهيليوم، ثم الذرات عند 3000 K، ثم الانخفاض إلى 2.7 K.
من الأدلة المؤيدة لنظرية الانفجار العظيم اكتشاف الكوازارات؛ فهي تعارض نظرية الكون المستقر، لكنها تؤيد أن الكون يتطور وتتغير خصائصه مع الزمن.
ومن الأدلة أيضا الاتساع المستمر للكون. فقد لاحظ العلماء حدوث تباعد بين المجرات في كل مكان من الكون بسرعات كبيرة، ما يدل على أن الكون يتسع باستمرار.
اكتشف إشعاع الخلفية الكونية عام 1965. وهو إشعاع كهرمغناطيسي يمثل إشارات ميكروية منتظمة الخواص قادمة من كل الاتجاهات في الفضاء وفي كل الأوقات بصورة مستمرة. وفسر بأنه بقية الإشعاع الناتج من الانفجار العظيم، وقد تكون بعد 380,000 سنة من الانفجار، وقت تشكل ذرات الهيدروجين والهيليوم.
تدعم وفرة الهيدروجين والهيليوم النظرية أيضا؛ إذ تشير الأرصاد إلى أن الهيدروجين يكون نحو 74% من المادة العادية في الكون المرئي، والهيليوم نحو 24%، وبقية العناصر مجتمعة نحو 2%. وتتفق هذه النسب مع توقعات نظرية الانفجار العظيم.
حدود النظرية: رغم قوة الأدلة، فإن نظرية الانفجار العظيم لم تفسر حتى الآن الأحداث التي حصلت عند اللحظة 0 s.
قبل المراجعة: الأدلة الأربعة: الكوازارات، توسع الكون، إشعاع الخلفية الكونية، ووفرة الهيدروجين والهيليوم.
صوّر هذا الجدول وسمِّعه:
| المصطلح/المفهوم | الدلالة |
|---|---|
| نظرية الكون المستقر (Steady State Theory) | نظرية تنص على أن الكون أزلي لا بداية له ولا نهاية، ويتوسع باستمرار مع احتفاظه بمتوسط كثافة ثابت وخصائص لا تتغير بمرور الوقت. |
| الكوازارات (Quasars) | أنوية مجرات نشطة تصدر كميات هائلة من الطاقة، وتتميز بلمعان شديد وتقع على مسافات شاسعة من مجرة درب التبانة. |
| نظرية الانفجار العظيم (The Big Bang Theory) | نظرية تنص على أن الكون كان في بداية نشأته في حيز صغير شديد الكثافة والحرارة يسمى الذرة البدائية، ثم حدث انفجار عظيم أدى إلى توسع الكون. |
| إشعاع الخلفية الكونية (Cosmic Background Radiation) | إشعاع كهرمغناطيسي ميكروي منتظم الخواص قادم من كل الاتجاهات، ويفسر بأنه بقايا الإشعاع الناتج من الانفجار العظيم. |
العلم الذي يدرس المكونات (المجرات والنجوم والكواكب والفضاء) ويبحث في نشأة الكون، والفرضيات التي تفسر هذه النشأة.
تنص على أن "الكون أزلي ليس له بداية أو نهاية، وأن الكون يتوسع باستمرار مع احتفاظه بمتوسط كثافة ثابت وخصائص لا تتغير بمرور الوقت".
أنوية مجرات نشطة تصدر كميات هائلة من الطاقة، وتتميز بلمعانها الشديد، وتقع على بعد مسافات شاسعة من مجرة درب التبانة، وتزداد أعدادها كلما ابتعدت عنها باتجاه حافة الكون المرصود.
تنص على أن "الكون في بداية نشأته كان موجوداً في حيز صغير يُدعى الذرة البدائية التي تمتاز بكثافتها اللانهائية وحرارتها العالية جداً، وبقدرة الله تعالى انفجرت انفجاراً عظيماً أدى إلى انتشار أجزائها في الاتجاهات جميعها، وبدأ تشكل الكون وتوسعه إلى أن صار على هيئته المعروفة في هذا الوقت".
إشعاع كهرمغناطيسي يمثل إشارات ميكروية منتظمة الخواص قادمة من كافة الاتجاهات في الفضاء، وفي الأوقات كافة وبصورة مستمرة من دون توقف أو تغير، وهي بقية الإشعاع الذي نتج من عملية الانفجار الكوني العظيم.
حيز صغير كان موجوداً في بداية نشأة الكون، تمتاز بكثافتها اللانهائية وحرارتها العالية جداً.
مادة الكون المرئي، وتتكون من غاز الهيدروجين بنسبة (74%)، وغاز الهيليوم بنسبة (24%)، وبقية العناصر مجتمعة بنسبة (2%).
نظرية مكملة لنظرية الانفجار العظيم، تنص على أن "زيادة مفاجئة وكبيرة قد حدثت في حجم الكون في المدة الزمنية التي كان فيها عمر الكون يتراوح ما بين (10^-36 s) و(10^-32 s)".
اشرح الفكرة الرئيسة في قسم "نظرية الكون المستقر ولماذا رُفضت"؟
يعرف الكون بأنه كل ما هو موجود من مادة وطاقة، بما في ذلك المجرات والنجوم والكواكب والفضاء الذي يحوي هذه المكونات. أما علم الكون فيدرس هذه المكونات ونشأة الكون والفرضيات التي تفسرها. نظرية الكون المستقر تقول إن الكون أزلي لا بداية له ولا نهاية، ويتوسع باستمرار مع احتفاظه بمتوسط كثافة ثابت وخصائص لا تتغير بمرور الوقت؛ إذ تفترض أن مادة جديدة تتشكل باستمرار مع تمدد الكون فيحافظ على متوسط كثافته، لذلك يرى مؤيدوها أن الكون يبدو كما هو في الماضي والحاضر والمستقبل. ورغم أن كثيرا من الفلكيين دعم هذه النظرية في خمسينيات وستينيات القرن الماضي، فقد رُفضت بعد اكتشاف الكوازارات (أنوية مجرات نشطة شديدة اللمعان رُصدت بعيدا جدا باتجاه حافة الكون المرصود ولم تُرصد بالقرب منا، ما يدل على أن خصائص الكون تغيرت مع الزمن) وبعد اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية، وكلاهما يتعارض مع فكرة ثبات خصائص الكون في كل زمان.
اشرح الفكرة الرئيسة في قسم "نظرية الانفجار العظيم وخط الزمن"؟
تقول نظرية الانفجار العظيم إن الكون كان في بداية نشأته في حيز صغير يسمى الذرة البدائية، كثافته لانهائية وحرارته عالية جدا، ثم حدث انفجار عظيم أدى إلى انتشار أجزائه وتوسع الكون. في اللحظات الأولى، عند زمن 10^-43 s تقريبا، وصلت درجة الحرارة إلى قيم عالية جدا نحو 10^32 K، وهي مرحلة مجهولة لم يفسرها أي قانون فيزيائي حتى الآن. كانت مادة الكون في بدايته تتكون من جسيمات بدائية غير موجودة الآن وتتفاعل باستمرار، ومع توسع الكون وبرودته بدأت دقائق مثل الفوتونات والنيوترونات والإلكترونات والبروتونات بالتكون. بعد ثلاث دقائق تكونت أنوية ذرات الهيدروجين والهيليوم، ولم تتكون الذرات إلا بعد 380,000 سنة عندما انخفضت درجة حرارة الكون إلى نحو 3000 K، ثم تكونت النجوم ومعظم العناصر المعروفة حاليا بالاندماج النووي داخلها، وانخفضت حرارة الكون تدريجيا حتى أصبحت نحو 2.7 K في الوقت الحاضر.
اشرح الفكرة الرئيسة في قسم "الأدلة المؤيدة للانفجار العظيم"؟
من الأدلة المؤيدة لنظرية الانفجار العظيم اكتشاف الكوازارات؛ فهي تعارض نظرية الكون المستقر، لكنها تؤيد أن الكون يتطور وتتغير خصائصه مع الزمن. ومن الأدلة أيضا الاتساع المستمر للكون، فقد لاحظ العلماء حدوث تباعد بين المجرات في كل مكان من الكون بسرعات كبيرة، ما يدل على أن الكون يتسع باستمرار. كذلك اكتشف إشعاع الخلفية الكونية عام 1965، وهو إشعاع كهرمغناطيسي يمثل إشارات ميكروية منتظمة الخواص قادمة من كل الاتجاهات في الفضاء وفي كل الأوقات بصورة مستمرة، وفسر بأنه بقية الإشعاع الناتج من الانفجار العظيم، وقد تكون بعد 380,000 سنة من الانفجار، وقت تشكل ذرات الهيدروجين والهيليوم. ومن الأدلة أيضا وفرة الهيدروجين والهيليوم؛ إذ تشير الأرصاد إلى أن الهيدروجين يكون نحو 74% من المادة العادية في الكون المرئي، والهيليوم نحو 24%، وبقية العناصر مجتمعة نحو 2%، وهذه النسب تتفق مع توقعات نظرية الانفجار العظيم.
ما خطوات الحل أو الفكرة التي يوضحها مثال "رفض نظرية الكون المستقر"؟
نظرية الكون المستقر تفترض أن خصائص الكون متماثلة في كل مكان وزمان. 2. الكوازارات رصدت بعيدا جدا باتجاه حافة الكون المرصود. 3. لم ترصد بالقرب منا بالصورة نفسها. 4. هذا يعني أن خصائص الكون سابقا تختلف عن خصائصه حاليا، فيتعارض مع الكون المستقر.
ما خطوات الحل أو الفكرة التي يوضحها مثال "تسلسل أحداث الانفجار العظيم"؟
في البداية كانت مادة الكون جسيمات بدائية غير موجودة الآن. 2. تكونت دقائق مثل الفوتونات والنيوترونات والإلكترونات والبروتونات. 3. بعد ثلاث دقائق تكونت أنوية الهيدروجين والهيليوم. 4. بعد 380,000 سنة تكونت الذرات عند نحو 3000 K. 5. انخفضت حرارة الكون تدريجيا حتى أصبحت نحو 2.7 K.
بطاقات مهمة
العلم الذي يدرس مكونات الكون ويبحث في نشأته والفرضيات التي تفسر هذه النشأة.
نظرية تفترض أن الكون أزلي، ليس له بداية أو نهاية، ويتوسع باستمرار مع احتفاظه بمتوسط كثافة ثابت وخصائص لا تتغير بمرور الوقت.
نظرية تنص على أن الكون بدأ من حيز صغير جداً يُسمى 'الذرة البدائية' ذات كثافة وحرارة هائلتين، ثم انفجر وتوسع ليشكل الكون الحالي.
أنوية مجرات نشطة تصدر كميات هائلة من الطاقة وتتميز بلمعان شديد، وتزداد أعدادها كلما ابتعدنا باتجاه حافة الكون المرصود.
إشعاع كهرومغناطيسي يمثل إشارات ميكروية منتظمة الخواص قادمة من كافة الاتجاهات في الفضاء، وتعتبر بقية الإشعاع الناتج عن الانفجار العظيم.
نصائح للمراجعة