عمر العالم

إن اكتشاف ظاهرة النشاط الإشعاعي قبل نهاية القرن التاسع عشر بفترة وجيزة لم يزود الفيزيائي بمعرفة ثورية فحسب ، بل أدى أيضاً الى طرق وتجارب ممكنة في المجالات العلمية الأخرى .

شرحنا في الفصل الرابع قانون الاضمحلال (التفتت) decay الذي يسلكه عنصر الراديوم أينما كان . إن نفس القانون صحيح لكل المواد الأخرى ذات النشاط الإشعاعي وإن اختلفت معدلات الاضمحلال . إن عملية تفتت الراديوم تحدث في نواة ذرة الراديوم ، أما التفاعلات الكيميائية المعتادة – كالتي تتعلق فقط بالإلكترونات الطليقة في القشرات الإلكترونية للذرة المعنية – فإنها تتأثر الى حد بعيد بدرجة الحرارة والضغط ، ولا علاقة بذلك في حالة اضمحلال الراديوم بطئاً أو سرعة . وكان رذرفورد اول من ابتكر تحولاً نووياً (تحول العناصر transmutation) اصطناعياً ، ومنذ ذلك الوقت بذل الفيزيائيون في شتى بقاع المعمورة جهودهم بصورة فعالة لدراسة التحولات النووية الاصطناعية . بيد أن هذه الوسائل – القذف بجسيمات فريدة عالية الطاقة – غير الطبيعية ضرورية لإحداث هذه التحولات لدرجة يمكن معها القول أن بدون معامل الفيزياء النووية والتأثيرات العرضية للإشعاع الكوني لا يمكن أن تحدث التحولات النووية غير الذاتية على الأرض بأكملها أو بداخلها .

وينبغي أن نضيف الى ذلك أن جسيمات ألفا السريعة الصادرة اتفاقياً من المواد ذات النشاط الإشعاعي قد تصطدم بنواة أخرى محدثة بها تحولاً على نحو ما تضمنته تجربة رذرفورد ، وإن كان ذلك نادراً ما يحدث ، الأمر الذي لا يعنينا كثيراً في دراستنا الحالية .

ولما كان للإشعاع الكوني القدرة على إحداث تأثيرات (مما يجذب انتباه عالم الجيولوجيا) تبلغ في شدتها ما يحدث داخل معامل الفيزياء النووية ، فقد رأينا اضمحلال جميع المواد ذات النشاط الإشعاعي الموجودة في قشرة الأرض على اختلاف طبقاتها Strata الجيولوجية وبنفس المعدل كما يحدث في المعمل ، وتحتفظ هذه المواد بهذا المعدل الحالي ليس فقط في وقتنا هذا وإنما على مدار السنين منذ وجدت الأرض . ولقد توفرت إمكانية اختيار هذا الاستنتاج معملياً بواسطة أرصاد تجري على مكونات دقيقة ذات نشاط إشعاعي داخل الصخور ، هذه المكونات اضمحلت بفعل الإشعاع الحادث عبر ملايين السنين ، وإن كنا لا نستطيع وصف التفاصيل وشرحها بصورة موسعة لضيق المقام من حيث حدوث معدل التغير عبر ملايين السنين أو ربما (وهو أمر معقول جداً بطبيعة الحال) كانت المواد ذات النشاط الإشعاعي موجودة في فترات مبكرة من تاريخ الأرض بصورة غير مألوفة لنا لأنها تعرضت لاضمحلال منذ زمن طويل ولم يبق منها حالياً سوى آثار بسيطة . الحقيقة أن كلا الاحتمالين ليس صحيحاً .

إذا تعرضت كمية من الراديوم داخل صخرة الى الاضمحلال بمعدل ثابت ، فمن الممكن حساب الزمن المنقضي منذ وجد الراديوم في الصخر على اساس معدل الاضمحلال ، ولهذا السبب تم إجراء دراسات دقيقة لتحديد معدل الاضمحلال الحادث بالنسبة لكل الصخور المحتوية على مواد مشعة بداخلها ومن الممكن الحصول عليها ، ومن هذه الدراسات أمكن حساب تاريخ وجود الصخر .

ويلاحظ أن مثل هذه (الساعات الصخرية stone rocks ) تحدث في كل الطبقات الجيولوجية تقريباً ، وظلت تدق بانتظام خلال ملايين السنين من عمر الأرض بكل ثوراتها بما يسمح لنا نحن القادمين الجدد أن نقرأ اليوم عمر مختلف الطبقات الجيولوجية للأرض .

في هذا الجدول ملخص للنتائج (من إعداد أو. هالم O. Halm) ، لكل مجموعة كبرى من الحقب الجيولوجية العديد من القيم المنفصلة تم وضعها لطبقات الصخر الأقدم والاحدث .

وبوجه عام ، ما هو عمر الكون ؟ من الجدول نرى أن أقدم الطبقات الجيولوجية عمرها حوالي بليون ونصف البليون من الأعوام ، فيكون عمر الأرض أكبر من ذلك ولكن بما لا يزيد عن الثلاثة أضعاف .

وكان من الممكن تقييم أكبر لهذا العمر بفرض أن الأرض تكونت من مادة الشمس ، وتلك فكرة طيبة منطقياً من أفكار سانت ماير St. Meyer أوضحت فيما بعد احتمال معرفة عمر الشمس عن طريق أبحاث النشاط الإشعاعي الأرضي تؤدي الى أن فترة زمنية قدرها 4.6 بليون من الأعوام على نحو كبير من الدقة ، ومن المؤكد لا تشمل الحياة الكلية للشمس بل جزءاً منها (ربما النصف) .

وتلك نتيجة هامة جداً توحي بأن الشمس العظيمة كانت الكائن الأقدم في الكون بالنسبة للأرض التي انفصلت عنها ، بيد أن ذلك ليس صحيحاً بالمرة ، فنتائج حسابات العمر للشهب meteors بواسطة أبحاث النشاط الإشعاعي لا تقل أهمية . ولقد تبين جزئياً أن هذه الكسرات الكونية (من أرصاد المسار) ربما لا تنتمي للنظام الشمس بداية ، وإنما انهالت علينا من الأعماق السحيقة للفضاء وليست بالضرورة أقدم من الشمس والأرض .

وهنا تواجهنا مشاكل تنحصر أمامها إمكانات أبحاثنا ومن الممكن الى حد ما الحصول على بيانات فيزيائية وذلك بإجراء تجارب مخططة . ولكن الشهب الآتية من الفضاء الخارجي لا تظهر طوع أوامرنا ، وفي هذا المقام نرى قليلاً من المعلومات في متناول أدينا حسب الظروف وتزداد بمعدل بطيء ورغم ذلك ، من يستطيع أن يعوقنا عن التأمل في مكتشفاتنا الحالية ؟ ومن بوسعه أن يجادل في مدى فائدة اهتماماتنا المتأنية بهذه المكتشفات بما يدفعنا لمزيد من الأبحاث ؟

وتلخيصاً لما توصلنا إليه حتى الآن يجب أن نقرر أنه لا يوجد أبداً أي كائن يزيد عمره على عشرة بلايين سنة ، فليس هناك قاعدة حالياً للاعتقاد بوجود نجوم أقدم من مجرة سكة التبانة التي تنتمي إليها شمسنا . الإضافة الى أنه لا يوجد أساس بأن نعزي عمراً أكبر من عمر مجرة الطريق اللبني (سكة التبانة) الى (السدم الحلزونية spiral nebulae) كنظام مجرتنا والتي تبعد عنا بمسافات سحيقة في أعماق الفضاء ، وأفضل مثال على ذلك هو سديم أندروميدا Andromeda (المرأة المسلسلة) . إذن هل هناك بصفة عامة أي شيء في الفضاء عمره أكبر من عمر عشرة بلايين سنة ؟

عالج الفلكي الأمريكي هابل Hubble المشكلة من زاوية مختلفة بعد أن تأثر مرة أخرى باعتبارات نظرية محددة (دي سيتر de Sitter) وبما لديه من أجهزة هائلة تحت تصرف المراصد الأمريكية ومؤكداً لحقيقة غاية في البساطة للتعبير عنها ، ولم يكن إثباتها بسيطاً كصياغة النتيجة . وكان الافتراض الذي لابد منه من اجل اثباتها بمثابة انجاز اساسي قام به علماء الفلك المحدثون لتحديد موضع السدم الحلزونية المشابهة لمجرة سكة التبانة .

وبواسطة التلسكوب المجسم stereo telescope الذي يقع ثقباه الضوئيان بصورة نقطتين متقابلتين من مسار الأرض يمكننا مشاهدة جزء من نجوم السماء بصورة مجسمة ضوئياً ، فبدلاً من رؤية النجوم كنقط صغيرة مضيئة بعيدة جداً عن بعضها فمن الممكن مشاهدة الكواكب متقاربة جداً الى جانب الكثير من النجوم الثوابت البعيدة بأضوائها الملموسة بالنسبة لمسافاتها منا . بيد ان معظم نجوم مجرتنا – كما هو الحال في السدم الحلزونية – تظهر من خلال هذا التلسكوب المجسم على مسافات بعيدة جداً بالمقارنة مع العين البشرية .

يستخدم الفلكيون حالياً التلسكوب المجسم ولكن بالطبع عليهم الانتظار نصف عام بين كل مشاهدتين (او صورتين) من خلال احد الثقبين الضوئيين ومن بعده الآخر – وأثناء ذلك تكون الأرض قد حملتنا معها من نقطة على مسارها الى النقطة المقابلة لها ، وبهذه الطريقة يمكن تحديد مواضع النجوم الثوابت الأقرب بدقة . ولكن كيف يمكن تحديد هذه المواضع ذات المسافات الصغيرة على مستوى القياس الفلكي  ؟ غني عن القول في هذا المقام أن ذلك أصبح ممكناً باستخدام الطرق البارعة لحقيقة وجود "طوائف classes" من النجوم الثوابت تبين (تبعاً للأرصاد) علاقات بسيطة بين الضيائية المطلقة absolute luminosity والخصائص الأخرى البسيطة التي يسهل ملاحظتها مما أدى الى إمكان الغوص أكثر في أعماق الفضاء عما عليه الحال بالنسبة للتلسكوب المجسم ذي المسار الأرضي (تحديد اختلاف الوضع الظاهري (اختلاف ظاهري للموقع) parallax" . وكانت تلك الخطوة الوحيدة وتبعها خطوات على يد الفلكيين على نحو أكثر دقة وعناية . وتدريجياً صارت مجرة سكة التبانة (شفافة) جداً لنا بحيث نرى الفاصل الفراغي لنجومها وللتجمعات النجمية clusters بها . وفي هذه الاثناء تمت خطوة نهائية اذ امكن تحديد مسافات أبعاد التجمعات النجمية في الكون فيما وراء سكة التبانة والسدم الحلزونية بمسافات تصل الى 100 مليون (سنة ضوئية Light year) (وأكثر) .

وحيث ان هناك تقديرات ذات أسس متينة من الكتلة لمثل هذه الجزر الكونية فمن الممكن بناءً على حسابات خاصة بالسدم الحلزونية في حدود مسافة محددة ومن خلال احصائيات دقيقة تقرير مدى كثافة الكتلة المركزية للكون ، إنها عادة صغيرة – تصل في المتوسط إحصائياً الى 1×10^-30  جرام لكل سنتيمتر مكعب .

ومن الأهمية القصوى تحديد تلك الكثافة ، ولقد أشرنا الى ذلك باختصار في الفصل الثاني بناءً على معرفة محددة بنا كخلف للمفكر الألماني برنارد ريمان Bernard Riemann – الذي يعد واحداً من أعظم علماء الرياضة على مر العصور والذي اكتشف ان قوانين الهندسة الاقليدية  Euclidean geometry غير المتفقة أبدا مع الاحتياجات المنطقية مستقله عن كل الخبرات الفيزيائية – تسمح بتعميم يتميز باستخدام مبدأ مجال القوة filed of force في الهندسة geometry . قدم ريما مبدأ القوة ( دون استخدام نفس الاسم فعليا) في الهندسة حتى قبل ان تصل اليه الفيزياء . ذكرنا من قبل أن أفكار ريمان هذه تمثل الدعامة والهيكل الرياضي في محاولة لمنح قانون الجاذبية ايضا ( على نحو ما اتبع في قوانين الكهروديناميكا ) صورة المجال في قانون القوة . ويؤدي الاستخدام الكامل لأفكار ريمان الى حقيقة ان الفضاء space لا ينبغي بالضرورة – على نحو المفترض في الهندسة الاقليدية – أن يكون لا نهائي الاتساع infinitely large . ومن الناحية الرياضية فأن الفضاءات لها حجوم محددة يمكن التعبير عنها دون ما حاجة الى جدران أو حدود تحتويها . ( ويمكن توضيح ذلك بمثال بسيط له عيب وحيد ، هو البنية ثنائية الابعاد two dimensional لسطح  surface بينما تشير نظرية ريمان الى فضاء ثلاثي البعد three –dimensional فسطح الكرة – لاحظ أنني اعني حقا سطح الكرة وليس حجمها – ليس له حدود في أي مكان رغم انها لها حجما محددا اي عددا محددا من السنتيمترات المربعة .

إن معرفة ثابت الجذب gravitational constant ^* ومتوسط كثافة كتلة الكون تبعا لما سبق اليه الاشارة ، يجعل من الممكن حساب الحجم الكلي للكون وكتلته . ولقد تم إجراء هذه الحسابات لأول مرة باستخدام نظريات اكثر صعوبة وتعقيدا وربما كانت محل شك . ولكن اذا دعت الضرورة الى توجيه تقريبي دون ارقام مفرطة في الدقة فسوف يسهل اثبات تأكيدها في اطار اعتبارات مستقلة تماما عن كل التعديلات المريبة لنظرية الجاذبية . وتبدو هائلة القيمة ( التقريبية ) للكتلة الكلية للكون محدودة الحجم 1 × 10 من الجرامات ، كما يمكن أيضا معرفة " قطر " الكون وهو أكبر مسافة بين نقطتين أ و ب عليه .

(اذا تحرك إنسان من أفي اتجاه فسوف يقترب من ب ، ويحدث ذلك على سطح الأرض عندما يتحرك فرد ما متجهاً الى القطب الجنوبي فإنه يقترب منه في كل خطوة يخطوها مهما كان اتجاهه) ويبلغ قطر الكون حوالي 10 (عشرة) بليون سنة ضوئية .

وفي نهاية المطاف نحن في حاجة الى ذكر اكتشاف هابل إذا قمنا بتحليل الضوء القادم لنا من السديم حلزوني بعيد بواسطة منظار الطيف spectroscope نجد أنه يشمل على خطوط طيف spectral lines معروفة ، لذلك فإن نفس قوانين الفيزياء الذرية تسري في أقصى مكان في الفضاء كما تسري هنا . ولكن خطوط الطيف هذه يصدر عنها ما يعرف بظاهرة دوبلر Doppler effect بصورة ملموسة – عرفناها في الفصل الثاني – وتتضح أكثر كلما بعدت المسافة . ويمكن ادراك كل هذه السدم الحلزونية وكأنها تطير بسرعة تتناسب طردياً مع بعدها عنا .

ماذا يعني ذلك ؟ أشرنا بوجود علاقة وثيقة بين الهندسة والفيزياء بفضل افكار ريمان القيمة . والآن يجب أن نبحث عن التأييد المباشر لهذه العلاقة فلما كانت ظاهرة طيران السدم البعيدة ظاهرة . لا توجد الا في أمثلة فريدة (على مدى ما تصل إليه معارفنا) ، وبصفة عامة في كل السدم المعروفة ، وكما ذكرنا من قبل لا يتبع هذا الطيران اطراداً منتظماً ، فلابد من تفسيره على أنه تطور انفجاري للفضاء الكوني نفسه . إن الكون ذاته يتمدد بسرعة رهيبة ، ولذلك فإن المسافات بين الجزر الكونية المتضمنة في الكون تزداد باطراد محسوب .

إن القيمة العددية التي يمكن تحديدها لجميع سرعات الطيران (سرعة السديم مقسومة على مسافته) هي بالضبط ما يمكن التوصل إليها على نحو ازدياد قطر الكون مباشرة مع سرعة الضوء . وليست تلك نتيجة جد منطقية تزيد من ثقتنا في صحة كل اعتباراتنا ، ولكنها تؤدي الى نتيجة اكبر .

ولنلق نظرة على الماضي ، فان قطر الكون الذي يزداد بسرعة الضوء كان أقل مما هو عليه الان ، واذا ما تتبعنا عقليا تطور الكون أكثر واكثر الى الوراء فسوف تصل الى نقطة عندها يكون كل شيء قد انتهى من حيث بدأ . فمنذ قرابة عشرة بلايين من السنين كان القطر الكوني صفرا تقريبا ، وهو الآن حوالي عشرة ملايين من السنين الضوئية . ولذلك ومن خلال مسار جد مختلف نعود الى التحديد الذي وصلنا اليه بالتقريب بواسطة حسابات العمر ، منذ عشرة بلايين سنة - والفضل يرجع الى لوميتر Lemaitre بصفة خاصة في دقة هذا التمثيل – تطور الكون الصغير بداية من انفجار اصلي ليس فقط نظم الذرات والنجوم وسكة التبانة بل وايضا المكان والزمان كان ميلادها في ذلك الوقت ، ومن حينها اخذ الكون في تطوره شيئا فشيئا بسرعة رهيبة ندركها في طيران السدم الحلزونية ....

يلاحظ ان الابحاث الطبيعية الحديثة تؤدي الى معارف وافكار تحت مشاعرنا باتجاهات مختلفة عن تلك التي كانت في اوقات لا متيري Lamettrie  حتى هايكل Haeckel . واي مؤلف لكتاب حديث في النظريات الرياضية للنسبية وعلم الكون cosmology يساوره الشك فيما يتعلق بما يعلنه في نهاية المطاف ان ابحاثنا العلمية في مستقبل الكون وماضيه ليست في حاجة الا ان تتأثر برغبات البشر وامانيه او بنظريات الخلق الكهنوتية theological . كما يلاحظ ايضا ان حالة تطور علمنا سرعان ما تجعل مثل هذه التحذيرات امرا ضرورياً مرة اخرى .

ولكننا عندما نعير التفاتا لهذا التحذير دون ان نسمح باي حث لأبحاثنا العلمية اكثر من تعطشنا الكبير لمعرفة الحقيقة ، فمن ذا يستطيع ان يمنعنا فيما بعد من ان نحلم مرة بما انجزنا من نتائج ؟ وبكل تأكيد ، فان صورة الكون هذه ، على نحو انفجار الالعاب النارية والصواريخ الذي حدث منذ عشرة بلايين من السنين ، تدعونا لان نأخذ بعين الاعتبار التساؤل الهام لدى ميجيل دي أونامونو Miguel de Unamuno ما اذا كان العالم – ونحن معه – مجرد حلم لدى الرب God ، وما اذا كانت صلواتنا وطقوسنا مجرد محاولات منا لتجعله وسنانا اكثر حتى لا يستيقظ فيضع حدا لأحلامنا .

______________________________________