المحتويات
- 1 مقالة عن المادة المظلمة في أبحاث علم الكون
- 2 بقلم زهراء السراج، طالبة بكالوريوس في الفلك وعلوم الفضاء في جامعة إسطنبول.
- 3 مع تطوّر العلم عرف الإنسانُ أنه لا يستطيع رؤية كلّ شيءٍ في العالم، فهناك على سبيل المثال
- 4 الأشعة والغازات التي لا تستطيع عينُه المجرّدة رصدَها، فاخترع آلاتٍ وأدواتٍ مكّنته من رصد أشياء لم
- 5 يتوقّع حتى وجودَها، فاكتشف الذرة والجسيمات الأساسية والطيف الكهرومغناطيسي وأنواعاً عديدةً
- 6 من الموجات، كما استطاع رصدَ أجسامٍ بعيدةٍ للغاية، وعرف فيما بعد أن بعض الأجسام وصلت مع تمدّد
- 7 الكون إلى أماكن لا يكفيه عمرُ الكون بأكمله للوصول إليها. لكن ماذا إذا كان كل شيءٍ يتألف من تلك
- 8 الذرات والجسيمات والأشعة وغيرها ممّا عرفناه، سواءً رصدناه أم لا، لا يساوي إلا 4% فقط من الكون؟
- 9 وأن الكون يحملُ مقداراً هائلاً من مادةٍ لا نعرف عنها شيئاً سوى أنها لا تشبه شيئاً ممّا رصده الإنسان،
- 10 فسمّيناها بـ “المادة المظلمة”. كان آينشتاين أول شخصٍ يفترض أن الفراغ الكونيّ يحوي مادةً وهو
- 11 ليس فراغاً بمعنى الكلمة، حيث أضاف إلى نظريته “النسبية العامة” قيمة الثابت الكونيّ التي تمثّل
- 12 طاقة الفراغ، إلا أنه تراجع عنه فيما بعد إلى أن أعاده العلماءُ مؤخراً إلى ساحة البحث العلميّ.
- 13 يُشبّه عالم الكون الأمريكيّ دان هوبر المادة المظلمة بالإنسان الذي يطيرُ فوق أرض المسرح،
- 14 أنت لا يمكنك رؤية الحبل المربوط به لكنك واثقٌ من وجوده،
- 15 تماماً هي المادة المظلمة؛ نحن لم نرها أو نرصدها لكننا رصدنا الأدلة على وجودها.
- 16 تُعدُّ اليوم لغزاً من أهم الألغاز التي واجهت العلماء، فهي تشكّل 23% من الكون؛
- 17 أي أكثر من 5 أضعاف المادة المرصودة،
- 18 ولا أعني بالمادة المرصودة هنا تلك التي قمنا برصدها فقط، ولكن أي مادة تشبه المادة التي قمنا
- 19 برصدها، ويطلق عليها الفيزيائيون والفلكيون أحياناً “المادة المضيئة”. عاش العلماءُ، ولا زالوا،
- 20 رحلةً مثيرةً مع فرضية المادة المظلمة، سنخوضُ هنا في بعض تفاصيل تلك الرحلة:
- 21 عرف العلماءُ في ثلاثينيات القرن الماضي أن البقع التي كانت تظهر على لوحاتهم الفوتوغرافية هي
- 22 في الحقيقة مجموعاتٌ من النجوم ارتبطت معاً بقوة الجاذبية لتُعرف فيما بعد بالمجرّات.
- 23 قام العلماءُ بتطبيق قوانين نيوتن للجاذبية والقصور الذاتيّ
- 24 (ميل الجسم إلى مقاومة التغيير في حركته) لتوقع معدّلات دوران المجرّات.
- 25 فمثلما يدور الكوكبُ حول النجم،
- 26 يدور النجم حول مركز المجرة في مداراتٍ شبه دائرية الشكل تحت تأثير قوة الجاذبية،
- 27 وبمعرفة توزّع الكتلة في أنحاء المجرّة نستطيع معرفة مقدار هذه القوة من خلال المعادلة الآتية:
- 28 GMm/R2 = mv2/R تعتمدُ القوة التي يشعر بها النجمُ بفعل الجاذبية على كتلة المجرّة،
- 29 فكلّما زادت كتلتُها زادت تلك القوة،
- 30 كما تعتمد الجاذبية بين مركز المجرة ومركز النجم على المسافة بينهما.
- 31 أما سرعة دوران النجم فتزداد تدريجيّاً مع ابتعاده عن مركز المجرة، فالنجوم القريبة من المركز تتحرك
- 32 ببطء، وتتحرك النجومُ الأبعدُ بسرعةٍ أكبر، ولدى تجاوز النجوم بُعداً معيّناً عن المجرة فإن سرعتها يُتوقع
- 33 أن تقلّ مجدّداً بشكلٍ تدريجيٍّ وفقاً للحسابات الرياضية والفيزيائية مثلما نرى في الرسم الآتي الذي
- 34 يُظهر السرعة المتوقعة للنجم وفق بُعده عن مركز المجرة.
- 35 رسم بياني لمسار النجوم المتوقع حول مركز المجرة، يمثّل المحور الأفقي نصف قطر المجرّة
- 36 (بُعد النجم) ويمثل المحور العامودي سرعة دوران النجم
- 37 Fermilab رسم بياني لمسار النجوم المتوقع حول مركز المجرة،
- 38 يمثّل المحور الأفقي نصف قطر المجرّة (بُعد النجم) ويمثل المحور العامودي سرعة دوران النجم حقوق
- 39 الصورة: Fermilab قام الفلكيّ السويسريّ فريتز زويكي Fritz Zwicky برصد عنقود كوما المجري سنة
- 40 1933، واكتشف أن المجرّات تدورُ أسرع من المتوقّع، فعلى الرغم من أن النجوم القريبة من المركز
- 41 تدور ببطءٍ وفقاً للتوقعات تماماً، إلا أن حركة النجوم البعيدة خالفت الحسابات بشكلٍ غير متوقع؛
- 42 فالنجوم البعيدة التي يُفترض أن تتباطأ شيئاً فشيئاً تتحرك بسرعةٍ كبيرة. بإمكاننا رؤية هذا في الرسم
- 43 الآتي؛ حيث يمثّل اللونُ الأخضر السرعة الفعليّة للنجوم.
- 44 رسم بياني يوضّح الفرق بين المسار الفعليّ للنجوم (اللون الأخضر) والمسار المتوقّع لها
- 45 (اللون الأبيض)، يمثّل المحور الأفقي نصف قطر المجرّة (بُعد النجم) ويمثل المحور العامودي سرعة
- 46 دوران النجم حقوق الصورة: Fermilab رسم بياني يوضّح الفرق بين المسار الفعليّ للنجوم
- 47 (اللون الأخضر) والمسار المتوقّع لها (اللون الأبيض)، يمثّل المحور الأفقي نصف قطر المجرّة
- 48 (بُعد النجم) ويمثل المحور العامودي سرعة دوران النجم حقوق الصورة: Fermilab بهذا،
- 49 فإن سرعة النجم لا تعتمد على بُعده عن مركز المجرة،
- 50 ولا تعتمد على القوة التي يشعر بها بفعل الجاذبية! من أجل ذلك توقّع زويكي وجود مادةٍ غير مرصودة
- 51 بين المجرات تسرّع حركة النجوم وتحافظ على التجاذب بين مجرّات الحشد الواحد. لم يجد هذا التوقّع
- 52 ما يدعمه من أدلةٍ أو فرضيات، ومن جهةٍ أخرى، وبما أن معادلة الحركة التي بُنيت عليها هذه الحسابات
- 53 بسيطةٌ للغاية، أعاد هذا الاكتشافُ العلماءَ إلى الأساسيات: تقول المعادلة بأن القوة اللازمة لتحريك
- 54 النجم في مسارٍ دائريٍّ تساوي قوة الجاذبية، وبما أن التوقّعات خالفت الواقع فنحن أمام ثلاث
- 55 احتمالات: إما أننا لم نفهم معادلات الحركة الدائرية، أو أننا لم نفهم الجاذبية، أو أن تلك القوّتين ليستا
- 56 متساويتين أساساً. تمّ اختبارُ جميع الاحتمالات بالفعل خلال التسعين عاماً الماضية، دون الوصول إلى
- 57 حلٍّ يغيّر من قوانين الفيزياء التي تمّ إثباتُ فاعليّتها في أماكن أخرى بالفعل. بدلاً من المحاولات
- 58 البائسة لتغيير القوانين الثابتة على النطاقات الضيّقة المحيطة بنا، قادتنا العديدُ من الاكتشافات
- 59 الأخرى نحو طريقٍ مختلفٍ تماماً: وجد كلٌّ من الفلكيّين الأمريكيّين هوارس بابكوك Horace Babcock
- 60 خلال عمله في مرصد ليك في كاليفورنيا سنة 1939، وفيرا روبين Vera Rubin وكينت فورد Kent Ford
- 61 في ورقةٍ نُشرت في صحيفة الفيزياء الفلكية سنة 1970، أدلةً على أن كتلة المجرّات غير كافية لخلق
- 62 قوة تُبقيها بشكلها الحاليّ، إذ قاما بدراسة مجرة أندروميدا؛ أقرب مجرةٍ لدرب التبانة، وقياس منحنيات
- 63 الدوران للمادة المضيئة فيها؛ التي تمثّل توزيع وحركيّة ذرة الهيدروجين المحايدة في المجرات
- 64 الحلزونية ذات الأنواع المورفولوجية (مصطلح يستخدمه الفلكيّون للإشارة إلى الخصائص الهيكليّة
- 65 للمجرّات) المختلفة. ثم جمعوا منحنيات الدوران بطول 21 سم لغاز الهيدروجين المحايد الذي يمتدّ إلى
- 66 ما هو أبعد من المادة المضيئة في كل مجرّة. بيّنت القياساتُ التي قاموا بإجرائها أن منحنى دوران
- 67 المجرّة لا يعتمد على سرعة دوران المادة المرصودة فيها.
- 68 إلا أن أحداً من بابكوك وروبن وفورد لم يعز ذلك إلى وجود كتلةٍ غير مرصودة. جزء من مجرّة أندروميدا،
- 69 وهي أوضح صورة أُخذت للمجرّة على الإطلاق حقوق الصورة:
- 70 NASA/ ESA, J
- 71 . Dalcanton/ B.F. Williams/ and L.C. J
- 72 ohnson (University of Washington)/ the PHAT team/ and R. Gendler
- 73 جزء من مجرّة أندروميدا، وهي أوضح صورة أُخذت للمجرّة على الإطلاق
- 74 .
- 75 Dalcanton/ B.F. Williams/ and L.C. Johnson (University of Washington)/ the PHAT team/ and R. Gendler كما وجد الفلكيُّ الأستراليُّ كين فريمان Ken Freeman أن منحنيات الدوران في
- 76 العديد من المجرّات لم تتّفق مع التوقّعات المبنيّة على افتراض أن المجرة تتكوّن من نجومٍ وغازٍ، ولا
- 77 شيء آخر. اقترح فريمان أن المجرّات مثل عنقود كوما المجريّ الذي رصده زويكي من قبل، احتوت
- 78 على قدرٍ كبيرٍ من “المادة المظلمة” غير المرئية، قدرٍ أكبر بكثيرٍ من المادة المرصودة. عنقود كوما
- 79 المجري. عنقود كوما المجري.
- 80 حصل الفلكيّان الأمريكيّ مورتن روبرتس Morton Roberts والهولنديّ أرنولد روتس arnold roots،
- 81 باستخدام بيانات خطّ طوله 21 سم، على منحنيات دوران ذرة هيدروجين محايدة لثلاثة مجرّات حلزونية
- 82 قريبة. امتدّت منحنيات الدوران هذه عن مراكز المجرّات إلى مسافاتٍ أكبر بكثيرٍ من منحنيات دوران
- 83 النجوم. وفي كل حالة، كان منحنى الدوران الكامل مسطّحاً بشكلٍ أساسيّ. أخيراً ظهرت فرضية
- 84 المادة المظلمة للمرة الأولى عندما نشر الفيزيائيّ الفلكيّ الأمريكي ارميا أوسترايكر J
- 85 eremiah Ostriker ورقةً في صحيفة الفلك والفيزياء الفلكية سنة 1974،
- 86 ذكر فيها أن منحنيات الدوران التي تمّ رصدها تضمّنت زيادةً خطيةً في كتلة المجرات الحلزونية مع
- 87 نصف قطر المجرة، وبهذا فإن نسبة الكتلة الكلية للمجرة إلى كتلتها المرصودة كبيرة. فسّر أوسترايكر
- 88 هذا بأن المجرة الحلزونية مُحاطةٌ بكرة ضخمة من مادة غير مرئية “المادة المظلمة”.
- 89 وبحلول عام 1980، كان العلماءُ قد لاحظوا التناقض الكبير بين كتلة المادة المضيئة في المجرة وبين
- 90 قوة الجاذبية التي تتمتّع بها المجرة، وإذا كان قانون نيوتن للجاذبية صحيحاً تقريباً، كما هو الحال في
- 91 النظام الشمسي، فإن كل مجرةٍ يجب أن تحوي كتلةً أكبر بكثيرٍ من كتلة المادة المضيئة التي تحتويها
- 92 بالفعل. وللوصول إلى هذه الكتلة، تمّ افتراضُ وجود مادةٍ غير مرصودة تعزّز كتلة المجرة وتحافظ على
- 93 قوة الجاذبية، فيها وبينها وبين المجرّات الأخرى، سُمّيت هذه المادة غير المرئية بـ “المادة المظلمة”.
- 94 مع رصد تلسكوب هابل سنة 1998 أبعدَ مستعرّ أعظم رُصد في ذلك – على بعد 7.7 مليار سنة ضوئية.
- 95 رصد العلماء في عام 2018 مستعرّاً أعظم يبعد عنا 10.5 مليار سنة ضوئية، عرف العلماءُ أن الكون كان
- 96 يتمدّد بشكلٍ أبطأ في السابق ممّا هو عليه اليوم، ما يعني أن كتلة الكون لم تستطع إيقاف هذا التمدّد
- 97 أو إبطاءه؛ وبالتالي هناك قوةٌ أكبر من قوة الجاذبية ومادةٌ أكبر من المادة المضيئة تتحكّم بتوسّع الكون.
- 98 المستعرّ الأعظم الذي رصده هابل سنة 1998 حقوق الصورة:
- 99 Garnavich (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)/ The High-z Supernova Search Team/ and NASA المستعرّ الأعظم الذي رصده هابل سنة 1998
- 100 Garnavich (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)/ The High-z Supernova Search Team/ and NASA نشر موقع هابل الرسميّ سنة 1998 ملخصاً حول رصد هذا المستعرّ الأعظم،
- 101 ورد فيه: “بعد الإبلاغ عن ملاحظاتهم الأوليّة اليوم في الاجتماع الشتويّ للجمعية الفلكية الأمريكية،
- 102 خلص الفريق، بقيادة بيتر غارنافيتش Peter Garnavich، من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء
- 103 الفلكية في كامبريدج، ماساتشوستس، إلى أنه لا توجد مادةٌ كافيةٌ في الكون لتوفير الجاذبية
- 104 الضرورية لوقف توسّعه اللانهائيّ”. قال غارنافيتش: “لا يمكنُنا أن نستنتج الكثير من أبعد مستعرّ أعظم
- 105 رأيناه. ولكن، عندما ننظر إليه إلى جانب المستعرّات العظيمة الأخرى، فإننا متأكدون بنسبة 95%،
- 106 أن كثافة المادة الموجودة غير كافية لوقف تمدّد الكون”. كان هذا الاكتشاف دليلاً جديداً على وجود
- 107 المادة المظلمة، التي تُعدُّ اليوم جزءً من النموذج الكونيّ الأكثر قبولاً والمعروف بـλ سي دي إم؛ λ:
- 108 رمزُ الطاقة المظلمة، وسي دي إم: اختصارٌ لـ (المادة المظلمة الباردة).
- 109 يرى هذا النموذجُ أن كل مجرة حلزونية محاطة بهالة عملاقة من مادة مظلمة غير مرئية توفّر مساهمةً
- 110 كبيرةً في مجال الجاذبية على مسافات كبيرة من مركز المجرة، مثلما افترض أوسترايكر من قبل.
- 111 يفترض النموذج الكونيّ الأكثر قبولاً λ سي دي إم أن الكون يتألّف اليوم من حوالي 4% من المادة
- 112 المضيئة، و23% مادة مظلمة، و73% طاقة مظلمة (شكل مجهول من الطاقة يؤثر على الكون على
- 113 أوسع نطاقاته ويعمل على تسريع توسّع الكون)،
- 114 حيث تشكّل الطاقة المظلمة والمادة المظلمة معاً حوالي 96% من إجمالي محتوى الطاقة والكتلة
- 115 الشامل في الكون. التوزّع المتوقع للمادة والطاقة في الكون: Dark Energy: الطاقة المظلمة
- 116 Dark Matter: المادة المظلمة Intergalagtic Gas: الغاز بين المجرّي Stars, Etc: النجوم، وباقي
- 117 الأجسام والأجرام الأخرى حقوق الصورة: NASA التوزّع المتوقع للمادة والطاقة في الكون:
- 118 Dark Energy: الطاقة المظلمة Dark Matter: المادة المظلمة Intergalagtic Gas:
- 119 الغاز بين المجرّي Stars, Etc: النجوم، وباقي الأجسام والأجرام الأخرى حقوق ، يُعدُّ البديلُ الوحيدُ
- 120 لفرضية “المادة المظلمة” هو تعديل قانون نيوتن للجاذبية، وهو بديلٌ غير قابلٍ للتطبيق.
- 121 من أجل ذلك يعملُ العلماءُ على رصد المادة المظلمة أو إثباتها من خلال التجارب التي يتمّ إجراؤها في
- 122 مناجم تحت الأرض بعمق كيلو مترًا للبحث عن المادة المظلمة التي يُتوقّع أنها مرّت من الغلاف الجويّ
- 123 إلى الأرض، والتجارب على الأقمار الصناعية التي تبحث عن أدلةٍ على تفاعل جسيمات المادة المظلمة
- 124 في السماء، ومحاولة العلماء في مسرّعات الجسيمات صناعة مادةٍ مظلمة. المراجع 1)
- 125 محاضرة لعالم الكون وأستاذ الفيزياء الفلكية في جامعة شيكاغو، دان هوبر، بعنوان: “
- 126 الكشف عن طبيعة المادة المظلمة” 2) “أعظم الأسئلة:
- 127 المادة المظلمة” للعالم الفيزيائي من مختبر الأبحاث الوطنيّ فيرمي،
- 128 دون لينكون، على قناة Fermilab على يوتيوب 3) كتاب “قصة المادة المظلمة” للفيزيائيّ النظريّ بريان
- 129 البرت روبسون 4) كتاب “الفيزياء: ثورات في القرن العشرين” للفيزيائي ديفيد غريفيثس