السؤال
كيف يمكن أن يصل إلينا ضوء النجوم التي تبعد عن الأرض مليارات السنين الضوئية إذا كان عمر الأرض آلاف السنين فقط؟
الجواب
السنة الضوئية هي أقصى مسافة يمكن للضوء أن يقطعها خلال سنة واحدة في فراغ الفضاء. وبالتالي، يستغرق الضوء مليارات السنين ليسافر مليارات السنين الضوئية عبر الفضاء. ومن موقعنا هنا على الأرض يمكننا رؤية الضوء الصادر من النجوم التي تبعد عنا مليارات السنين الضوئية. لذلك، من المعقول أن نفترض أن عمر كوننا لا يقل عن مليارات السنين، وهو عمر كافٍ لإعطاء ضوء هذه النجوم وقتًا كافيًا للوصول إلى كوكبنا الذي يبعد مليارات السنين الضوئية.
ويتناقض هذا الافتراض المعقول مع منظور الأرض الفتية، الذي يدعي أن عمر الكون أقل من 10000 سنة. إذا لم تكن هناك حجة علمية قوية لمنظور الأرض الفتية، فإن هذا التناقض لن يستحق التفكير مرة أخرى. ومع ذلك، فإن مجموعة الأدلة المتزايدة التي تدعم وجهة نظر الأرض الفتية كبيرة بما يكفي لتبرير إجراء تحقيق مدروس حول ما إذا كان يمكن حل هذا التناقض الواضح بشكل معقول أم لا. ولذا نطرح السؤال: كيف يمكن لضوء النجوم التي تبعد مليارات السنين الضوئية أن يصل إلى الأرض في بضعة آلاف من السنين فقط؟
تمدد زمن الجاذبية
وفقاً لألبرت أينشتاين، الفضاء ليس "العدم" الفارغ الذي يتصوره معظمنا. إنه مملوء بما أسماه أينشتاين الأثير. من المفهوم أن الأثير هو وسيط مرن عديم الكتلة يتخلل كل شيء. كل ما هو موجود داخل حدود كوننا موجود في هذا الوسط عديم الكتلة.
الأثير مرن، مما يعني أنه يمكن أن يتمدد ويتشوه. من أجل تصور ذلك، تخيل قطعة قماش مشدودة بإحكام. هذا هو الأثير. تخيل الآن إسقاط كرة ثقيلة (مثل كرة البولينج) على قطعة القماش في المنتصف مباشرةً. سيؤدي ذلك إلى ترهل القماش في المنتصف. تمثل الكرة الثقيلة مادة كثيفة، مثل كوكبنا. اعتقد أينشتاين أن المادة تتسبب في ارتخاء الفضاء، تمامًا كما تتسبب الكرة الثقيلة في ارتخاء القماش المشدود. تُعرف هذه الترهلات في الفضاء بآبار الجاذبية.
الآن، إذا وضعنا كرات أصغر حجمًا وأخف وزنًا (مثل الكرات الرخامية الصغيرة - البلي) على القماش مع الكرة الثقيلة، فإنها ستتدحرج نحو المركز، نحو الترهل الناتج عن الكرة الثقيلة. علاوة على ذلك، فإنها ستساهم في ترهل القماش بشكل عام، حتى ولو بشكل طفيف. هذه الحركة نحو المركز تمثل الجاذبية. وفقًا لوجهة نظر أينشتاين عن الجاذبية، إذا كانت الأشكال الأصغر والأخف وزنًا من المادة قريبة بدرجة كافية، فمن الممكن أن تنجذب إلى آبار الجاذبية لأشكال أكبر وأكثر كثافة من المادة. في حين أن كل منها يخلق ترهلًا خاصًا به في الفضاء، فإن بعض آبار الجاذبية تكون أعمق وأكثر تأثيرًا من غيرها (أي أنها تولد قوة جاذبية أقوى). شيء واحد مشترك بينها جميعًا: أنها تشوه الوقت.
في ستينيات القرن الماضي، أكد الفيزيائيان روبرت باوند وجلين ريبكا بشكل تجريبي نتيجة نظرية لنظريات أينشتاين النسبية تسمى تأثير تمدد زمن الجاذبية. تمكن باوند وريبكا من إثبات أن الوقت يمر بشكل أبطأ بالنسبة للأشياء كلما انتقلت إلى بئر الجاذبية. على سبيل المثال، تكون الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي أبعد عن الأرض من الأجسام الموجودة على سطح الكوكب، وبالتالي فهي أقل انغماسًا في الجاذبية الناتجة عن كتلة الأرض. والنتيجة هي أن الوقت يمر بسرعة أكبر قليلاً بالنسبة لأقمارنا الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي مما يحدث بالنسبة لنا هنا على السطح، نظرًا لأننا أعمق داخل بئر الجاذبية الأرضية. وقد تم استخدام الساعات الذرية الموجودة على متن الأقمار الصناعية وهنا على الأرض لكشف وقياس هذا الاختلاف في معدل مرور الوقت.
وبالمثل، تسجل الساعة الذرية في غرينتش، إنجلترا (عند مستوى سطح البحر)، معدل وقت أبطأ من الساعة الذرية في بولدر، كولورادو (على ارتفاع 5430 قدمًا فوق مستوى سطح البحر). عند هذه الاختلافات الصغيرة نسبيًا في الارتفاع، يكون التأثير القابل للقياس بسيطًا. التأثير عبر الكون الأكبر يمكن أن يكون أكثر دراماتيكية. كلما كان بئر الجاذبية أعمق، كان تأثير تمدد زمن الجاذبية أقوى. في الواقع، وفقًا للنظرية النسبية العامة، يتوقف الزمن فعليًا عند حدود الثقب الأسود، وهي منطقة معروفة لدى العلماء باسم "أفق الحدث"، حيث تكون الجاذبية شديدة جدًا لدرجة أنه حتى الضوء لا يمكنه الهروب (ومن هنا جاء اسم "الثقب الأسود").
الآن، دعونا نضع جانبًا تأثير تمدد زمن الجاذبية للحظة ونفكر في ظاهرة فلكية مهمة أخرى: الانزياحات الحمراء النجمية. الانزياحات نحو الأحمر هي ظاهرة تأثير دوبلر حيث تطول الأطوال الموجية الإشعاعية (مثل تلك الخاصة بضوء النجوم) أثناء تحركها بعيدًا عن المراقب. الإجماع العام بين علماء الفلك هو أن الانزياحات الحمراء النجمية المرصودة تشير إلى أن الكون يتوسع (قانون هابل). ومن خلال استقراء هذا التوسع إلى الوراء، يصبح من الواضح أن الكون البدائي كان أكثر كثافة إلى حد ما، وأكثر إحكاما مما هو عليه اليوم.
في الكون المحدود حيث تحتوي المادة على مركز وحافة، فإن ضغط المادة كما هو موضح أعلاه من شأنه أن يعمل على تعميق الجاذبية الناتجة عن كتلة الكون مجتمعة. سيؤدي هذا إلى تكثيف تأثير تمدد زمن الجاذبية، مما يتسبب في مرور الوقت بشكل أبطأ بكثير بالقرب من مركز الكون (أعمق في البئر) منه بالقرب من حافته (بالقرب من سطح البئر).
المعنى الضمني متناقض: حتى لو تم خلق الكون بأكمله مرة واحدة في البداية (وبالتالي يجب أن يكون في نفس العمر)، فإن بعض الأجزاء يمكن أن تكون أصغر سنًا بكثير من غيرها بسبب الطبيعة النسبية للوقت. يمكن للضوء أن يسافر مليارات السنين الضوئية على مدى مليارات السنين في بعض أجزاء الكون فيما نعتبره على الأرض فترة زمنية أقصر بكثير. ومع توسع الكون وانتشار المادة عبر الفضاء، فإن الجاذبية العالمية ستتعادل تدريجيًا، مما يقلل من معدل فارق التوقيت عبر الكون.
يرفض العديد من علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الفلك فكرة وجود كون محدود حيث مجرتنا، درب التبانة، في مركزه أو بالقرب منه. لكن هذا افتراض فلسفي، وليس استنتاجًا علميًا مبنيًا على بيانات تجريبية. وكما أوضح عالم الفيزياء الفلكية المشهور، الدكتور جورج إف آر إليس، بصراحة، “يحتاج الناس إلى أن يدركوا أن هناك مجموعة من النماذج التي يمكن أن تفسر الملاحظات. على سبيل المثال، يمكنني أن أبني لك كونًا متماثلًا كرويًا مع وجود الأرض في مركزه، ولا يمكنك دحضه بناءً على الملاحظات... ولا يمكنك استبعاده إلا لأسباب فلسفية. من وجهة نظري لا يوجد شيء خاطئ على الإطلاق في ذلك. ما أريد إظهاره للعلن هو حقيقة أننا نستخدم معايير فلسفية في اختيار نماذجنا. يحاول الكثير من علم الكونيات إخفاء ذلك". (دبليو وايت جيبس، "الملف الشخصي: جورج إف آر إليس،" مجلة ساينتفيك أمريكان، أكتوبر 1995، المجلد 273، العدد 4، ص 55)
باختصار، تأثير تمدد زمن الجاذبية هو حل نظري لمشكلة نظرية الأرض الفتية الخاصة بضوء النجوم البعيدة، والذي، بشكل مثير للدهشة، يوفق بين الأدلة على وجود أرض شابة مع الأدلة على وجود كون قديم. يرفض العديد من علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الفلك أحد الافتراضات الأساسية الرئيسية التي يرتكز عليها تفسير تأثير تمدد زمن الجاذبية (كون محدد مع درب التبانة في المركز أو بالقرب منه)، ليس بسبب البيانات التي يمكن ملاحظتها ولكن بسبب وجهات نظرهم الفلسفية.
English
كيف يمكن أن يصل إلينا ضوء النجوم التي تبعد عن الأرض مليارات السنين الضوئية إذا كان عمر الأرض آلاف السنين فقط؟
