ما سر ظُلمة السماء ليلًا؟
الإجابة البديهية أن جانب الأرض الذي يُخيِّم عليه الليل لا يكون مواجهًا للشمس، وأننا عندئذٍ نكون مُطلِّين على الكون المظلم البارد. ولكن لماذا الكون بارد ومظلم باستثناء قلةٍ من نجوم متناثرة؟ على حد علمنا، فإن أول مَن فكَّر جدِّيًّا في هذا اللغز هو الإنجليزي توماس ديجز، أحد مخترعي التلسكوب. ففي عام ١٥٧٦، اقترح ديجز أن الكون كبير بلا حدود وأزلي، رافضًا الفكرة القديمة التي كان يفترض أصحابها أن كوكب الأرض محاط بمجموعة من «كُرات بلَّورية». صحيح أنه أدرك أن الكون إذا كان كبيرًا بلا حدود ومليئًا بالنجوم، فيُفترض أن يرى المرء نجمًا حيثما يولِّي وجهه، دون فراغات مظلمة بين النجوم، لكنه استنتج أن النجوم السحيقة أشد خفوتًا من أن تُرى، وأن هذا هو السبب ببساطة. لكن في عام ١٦١٠، أدرك يوهانز كبلر أن هذه الحُجَّة مصيرها البُطلان.
كان من المفترض أن يُنسَب هذا اللغز العلمي إلى دو شيزو، لكنه في الحقيقة دُوِّن في سجلات التاريخ باسم «مفارقة أولبرز»، وهي تسمية تُثير ضيقًا مُضاعَفًا لأن عالِم الفلك الألماني هاينريش أولبرز لم يَكُن أول مَن فكَّر في تلك المسألة، ولأنها ليست مفارقة أصلًا. لكن هذه هي طبيعة الأمور.
طرح أولبرز تفسيره الخاص للمسألة في عام ١٨٢٣. صحيح أنه كان مشابهًا جدًّا لفكرة دو شيزو، لكنه اقترح أن الضوء القادم من النجوم البعيدة لا يَخفُت في طريقه إلينا فحسب، بل يمتصه الغبار الموجود في الفضاء أيضًا. لكن المشكلة، التي أغفلها، أن الفضاء إذا كان فيه غبار يمتص الطاقة من النجوم، فإن ذلك الغبار سيسخَن، ويصبح في النهاية ساخنًا وساطعًا كالنجوم نفسها. لذا فإذا صَحَّ أن الكون كبير بلا حدود وأزلي، فسيبقى لغز سماء الليل المظلمة قائمًا بلا حل.
أتى أول تلميح إلى الحل الصحيح من الشاعر إدجار آلان بو، في مقالة بعنوان «يوريكا»، أو «وجدتها»، نُشرت في عام ١٨٤٨. لكن هذا في الحقيقة كان مجرد تلميح إلى إجابة محتملة وسط قدر كبير من التأمُّل الميتافيزيقي (بعضه قيِّم وبعضه فارغ)، ولا يستحق بو مقدار الفضل الذي يُنسب إليه في بعض الأحيان. ومع ذلك، يجدرُ تأمُّل الأجزاء القيِّمة من كلامه، التي يمكننا أن نعتبرها تُلمح إلى الاتجاه الصحيح، بعدما أدركنا الحقائق التي لم تكن معروفةً آنذاك.
يستهل بو كلامه ببداية موفقة، مُعبرًا بوضوح عن طبيعة اللغز:
بنظرة فاحصة بسيطة جدًّا إلى السماء، يتأكد لنا أن النجوم تتسم بطابَعٍ عامٍّ معين من التطابق أو التساوي أو تساوي المسافات في توزيعها عبر حيز الفضاء الذي تقع فيه كمجموعة واحدة بشكل شبه كروي.
ويقول في فقرة أخرى:
أيُّ رصد للقبة السماوية يدحض المفهوم الذي يفترض أن كونَ النجوم ممتدٌّ بلا أي حدود.
ولكن سرعان ما يتضح أنه يدحض فكرة عدم محدودية النجوم، وليس عدم محدودية الفضاء نفسه.
إذ أشار بنجاحٍ إلى أنه نظرًا إلى أن الضوء ينتقل بسرعة محدودة، فإنه يستغرق وقتًا طويلًا للانتقال عبر الفضاء إلينا من نجم بعيد، أو ما يسميه «السُّدُم»، التي صرنا نعرف الآن أنها مجرات أخرى:
لأن الضوء الذي نُدرك به وجود السُّدُم الآن لا يمكن أن يكون سوى الضوء الذي انبعث من أسطحها منذ عدد هائل من السنين، فإن العمليات التي تُرصَد حاليًّا، أو التي يُفترض أنها تُرصد، ليست عمليات جارية الآن بالفعل، بل أطياف عمليات اكتملت منذ أمد بعيد في الماضي.
تُعد هذه رؤية ثاقبة مهمة. فنظرًا إلى أن الضوء ينتقل بسرعة محدودة، نرى الأجرام كما كانت حين انبعث منها الضوء. حتى ضوء الشمس يستغرق أكثر بقليل من ثماني دقائق ليصل إلينا. لذا يمكن القول، من منظورٍ ما، إنَّ التلسكوبات آلات زمن تمنحنا مشاهد من عصور أقدم كلما نظرنا إلى مسافة أبعد. والآن بعدما اتضحت تلك الفكرة، يمكننا أن نجعل بو يبدو ذا بصيرة ثاقبة جدًّا إذا سلَّطنا الضوء على هذه الفقرة بالذات من مقالته «يوريكا»:
لو كانت النجوم متعاقبةً بلا نهاية، فإن خلفية السماء يُفترض أن تُظهر لنا سطوعًا موحدًا، كالذي تُظهره المجرة؛ لأنه يستحيل عندئذٍ أن توجد أي نقطة، في تلك الخلفية كلها، بلا نَجمٍ عندها. لذا فالطريقة الوحيدة التي نستطيع بها، في مثل هذه الحالة، أن نفهم سبب الفراغات التي ترصدها تلسكوباتنا في اتجاهات لا حصر لها هي أن نفترض أن الخلفية غير المرئية تقع على بعد مسافة هائلة لدرجة أنه لم يستطع أي شعاع مطلقًا الوصول إلينا حتى الآن. ربما يكون ذلك صحيحًا، فمن سيجرؤ على إنكاره؟
لكن من سوء حظه أنه في الجملة التالية من مقالته يعترف بعدم يقينه من ذلك دون أن ينكره فعليًّا؛ إذ يقول:
أؤكد ببساطة أننا لا نعرف أدنى سببٍ يجعلنا نؤمن بصحة ذلك.
فلو كان بو قد حذف تلك الجملة، لكان من الممكن أن يُنسَب إليه الفضل بجدارة في تفسير إظلام سماء الليل بأن الكون ليس قديمًا بما يكفي ليمتلئ بضوء النجوم.
بعد ذلك بقليل في مقالته، أورَد تفسيره الخاص للغزِ إظلام سماء الليل، مُكرِّرًا فيه أفكار كبلر. إذ أشار إلى:
تلك الفجوات السماوية المتكررة التي لا نستطيع، ولو بأشد تدقيق ممكن، أن نرى فيها أي أجسام نجمية ولا حتى أي مؤشرات على وجودها؛ وتوجد عندها صدوع واسعة أحلك سوادًا من إيريبوس يبدو أنها تمنحنا لمحات من خلال الجدران المحيطة بكونِ النجوم إلى كون الفراغ اللامحدود، وما بعده.
وهذه ببساطة هي الفكرة القديمة التي افترضت أننا نعيش في أيكة فلكية منعزلة وراءها فراغ أبدي.
كانت فكرة أبدية المكان والزمان هي التي تركت لغز إظلام سماء الليل بلا تفسير (ولا اهتمام كبير) حتى فترة لا بأس بها في القرن العشرين. ثم بدأ الوضع يتغير في نهاية عشرينيات القرن الماضي، حين اكتشف عالِم الكونيات البلجيكي جورج لوميتر وعالِم الفلَك الأمريكي إدوين هابل (بمساعدة مواطنه عالِم الفلك ميلتون هوماسون)، كلٌّ على حدة، أن الضوء القادم من مجرات بعيدة يُمَط إلى أطوال موجية أطول في طريقه إلينا. هذه هي ظاهرة «الانزياح نحو الأحمر» الشهيرة التي سُميت هكذا لأن الضوء الأحمر له أطوال موجية أطول من الضوء الأزرق؛ وسنستعرضها بمزيد من التفصيل في الإجابة عن السؤال الثاني. سرعان ما ثبَت أن هذا الانزياح يحدث لأن الفضاء نفسه يتمدد، أو يُمَط، مُباعِدًا بين المجرات. وهذا ليس ناتجًا من تحرُّك المجرات عبر الفضاء، بل من تمدُّد الفضاء نفسه، بما يتسق مع معادلات النظرية العامة للنسبية (التي كان يمكن استخدامها للتنبؤ بالتأثير، لكن هذه قصة أخرى).
أشار لوميتر إلى أن الكون لو كان يتمدد هكذا حاليًّا، لكان من المفترض أن تنسحق كل النجوم في كل المجرات معًا منذ وقت طويل مكوِّنة كتلةً واحدة في بداية عملية التمدد، وهو ما نسميه الآن الانفجار العظيم. وظل علماء الفلك يتجادلون حول حقيقة حدوث انفجار عظيم حتى ستينيات القرن الماضي، حين اكتشفوا مزيجًا من عدَّة عوامل (سأناقش أحدها قريبًا) قدمت دليلًا حاسمًا يؤيد تلك الفكرة. وتُخبرنا العمليات اللاحقة التي رصدت معدل تباعد المجرات، وغيرها من البيانات، بأن الانفجار العظيم حدث قبل ١٣٫٨ مليار سنة. أمَّا ما حدث قبل ذلك، إن كان «قبله» شيء أصلًا، فلا يزال غير مؤكد. لكن عُمر الكون كما نعرفه يبلغ ١٣٫٨ مليار سنة فقط؛ لذا يستحيل وجود نجوم أقدم من ذلك، ولم يُتَح للنجوم وقتٌ كافٍ لتملأ السماء بنورها، حتى لو كان الكون لامتناهيًا.
لكن المسألة لا تتوقف عند هذا الحد. ففي ثمانينيات القرن العشرين، نظر عالِم الكونيات البريطاني النمساوي المولد هيرمان بوندي إلى اللغز من منظور مختلف. وهو أن النجوم لا تدوم إلى الأبد. إذ تبدأ حياتها بكمية محدودة من الطاقة (تُطلَق بتحويل عناصر خفيفة كالهيدروجين إلى عناصر أثقل كالهيليوم)، ولا يتجاوز عمر النجم بضعة آلاف من ملايين السنين. وأن النجوم التي نراها حاليًّا مكونة أساسًا من الهيدروجين (وقليل من الهيليوم) المتبقيَين من الانفجار العظيم، وعندما يُستهلك كل وقودها، سيتلاشى الضوء النجمي. بذلك ينقلب اللغز رأسًا على عقب؛ فبعدما كان السؤال «لماذا تُظلِم السماء ليلًا؟»، صار «لماذا لا تكون السماء مظلمة تمامًا ليلًا؟» تبقى الإجابة كما هي؛ أن عمر الكون صغير نسبيًّا وأنه لم يوجد إلا منذ ١٣٫٨ مليار سنة. أي إن حياته لم تشهد وقتًا كافيًا لاستهلاك كل وقود الهيدروجين والهيليوم، ولكن عندما يحدث ذلك، ستكون السماء أشد ظلمة.
وهو ما يقودني إلى المنعطف الأخير في أحداث الحكاية، الذي أبرزه عالِم الفلك البريطاني إدوارد هاريسون في كتابه «كوزمولوجي: علم الكون». إذ تساءل عن ماهية ما نراه بالفعل في الفجوات المظلمة بين النجوم. وعلى حد تعبيره، فإننا حين ننظر «من خلال الفجوات الواقعة بين النجوم، نكون ناظرين إلى بداية الكون»، إلى الانفجار العظيم نفسه. وما نراه هناك هو الدليل على الانفجار العظيم والحل النهائي للغز سماء الليل المظلمة.
كما يعرف أي شخص استخدم منفاخًا يدويًّا لنفخ إطار دراجة، عندما تنضغط الأشياء، تصبح أكثر سخونة. والعكس صحيح أيضًا، فالغاز المتمدد يبرد. وهذا هو المبدأ الذي صُممت على أساسه الثلاجة المنزلية. ففي الأنابيب الموجودة داخل الثلاجة، يُسمَح لمائع التشغيل بأن يتمدد ويبرد، فيُبرد الهواء المحيط به (وفي الواقع «يتمدد» من سائل إلى غاز). وفي الأنابيب الموجودة خارج حجرة التبريد، ينضغط المائع بمضخة (فيعود إلى الحالة السائلة) ويسخن، لكن الحرارة تنبعث بعيدًا في الهواء، تاركة مائعًا باردًا يعود إلى الداخل. ثم يدور السائل ليمر بدورة أخرى، حاملًا الحرارة في الواقع من داخل الثلاجة إلى العالم الخارجي. يُمثل هذا أحد جوانب قانون علمي أساسي وضَّحته معادلات الديناميكا الحرارية توضيحًا صحيحًا، وهو ينطبق على الكون ككل كما ينطبق على الثلاجات المنزلية. فالكون يتمدد؛ لذا من المؤكد أنه يبرد. ما يعني أنه كان أسخن في الماضي. كذلك فسَّر هذا اكتشافًا محيرًا توصل إليه الباحثان الأمريكيان أرنو بينزياس وروبرت ويلسون في عام ١٩٦٢.
إذ كان بينزياس وويلسون يُعِدَّان تلسكوبًا راديويًّا في هولمدل بولاية نيوجيرسي من أجل برنامج بحثي، وتحيَّرا حين اكتشفا هسهسة طفيفة من ضوضاء راديوية قادمة من كل الاتجاهات في الفضاء بين النجوم والمجرات. فيمكن التعبير عن طاقة موجات الراديو بدلالة درجة الحرارة، وقد كانت درجة حرارة الهسهسة التي «سمعاها» نحو ٣ كلفن، أي −٢٧٠ درجة مئوية. أخذا اللغز إلى فريق في جامعة برينستون القريبة يقوده جيم بيبلز، الذي أدرك أن هذا حتمًا إشعاع من الزمن الذي كان فيه الكون كله صغير العمر وساخنًا؛ أي من الانفجار العظيم نفسه.
أحتاج هنا إلى شرح ما يقصده العلماء بمصطلح الانفجار العظيم بالضبط. عند الرجوع في الزمن وتتبُّع تمدُّد الكون حتى ماضيه باستخدام معادلات النظرية العامة للنسبية، يتضح منطقيًّا أن كل ما نستطيع رؤيته في الفضاء ينبثق متفجرًا من نقطة واحدة حجمها صفر تُسمى نقطة التفرد. ولا أحد يؤمن بأن الكون الذي نعرفه قد بدأ هكذا بالضبط، خصوصًا وأن قوانين فيزياء الكم تُنافي وجود أشياء كنقاط التفرد. لذا يظل «الميلاد» الفعلي للكون لغزًا، ولكن إذا حددنا تلك اللحظة على أنها الصفر الزمني، فيمكننا وصف ما حدث في حِقب مختلفة بينما كان الكون يتمدد من شيء شبيه بنقطة التفرد. وبذلك فالمقصد الصحيح لمصطلح «الانفجار العظيم» لا يشير إلى نقطة التفرد، بل إلى الزمن الذي يلي الصفر الزمني مباشرة، عندما كان الكون كله ساخنًا وكثيفًا.
أصبح الباحثون يعتبرون اكتشاف إشعاع الخلفية هو اللحظة التي صار فيها إرجاعُ أصل الكون إلى الانفجار العظيم حقيقةً علمية راسخة، مع أن تلك الفكرة كانت مدعومةً بأدلة مهمة أخرى اكتُشفت لاحقًا في ستينيات القرن العشرين. لكن إشعاع الخلفية هذا قُتل بحثًا ويتيح لنا أفضل معلومات إرشادية عمَّا حدَث في الانفجار العظيم. وبفضل إجراء عمليات رصدٍ محسنة لإشعاع الخلفية من تلسكوبات راديوية على سطح الأرض، والأدوات المرفوعة عاليًا في الغلاف الجوي بالمناطيد، والكواشف المثبتة على أقمار صناعية، مع حسابات قائمة على النظرية العامة للنسبية، صرنا نعرف أن الكون كله، بعد الصفر الزمني بنحو ٣٠٠ ألف عام، كان ممتلئًا بمادة ساخنة تضاهي درجة حرارة سطح الشمس حاليًّا، أي نحو ٦٠٠٠ كلفن. تجدر الإشارة إلى أنه كان أشد سخونة قبل ذلك. وهذه ليست مصادفة. فدرجة حرارة سطح الشمس المرئي موجودة عند هذا المستوى لأنه يتسم بالبرودة الكافية بالضبط لارتباط الإلكترونات السالبة الشحنة بالأنوية الموجبة الشحنة لتكوين ذرات متعادلة. أمَّا في الظروف الأشد سخونة (كباطن الشمس أو الوقت الذي سبق انقضاء ٣٠٠ ألف سنة بعد الصفر الزمني في تاريخ الكون)، فتتفاعل الجسيمات ذات الشحنة الكهربائية مع الضوء والإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر، الذي يرتد من جُسيم مشحون إلى آخر؛ ولكن حالما تُحبَس تلك الجسيمات هكذا، يستطيع الضوء أن يتدفق بحُرية عبر الفضاء. يحدث هذا عند سطح الشمس حاليًّا، وقد حدث في كل مكان عندما برد الكون وأصبحت حرارته أقل من درجة الحرارة الحرجة وصارت الإلكترونات محتجزة في ذرات. ثم أفلت الضوء المنبعث من الانفجار العظيم من براثن المادة، وظل يتدفق بلا عوائق منذ ١٣٫٥ مليار سنة حتى وقتنا هذا، وبقيَ يتمدَّد إلى أطوال موجية أطول في صورة ضوضاء راديوية ويبرُد طَوال وقت تدفُّقه. وهذا يبرر نظرية دو شيزو إلى حد ما، وإن كانت الكيفية التي «يتعب» بها الضوء المنبعث من الانفجار العظيم في رحلته عبر الفضاء لا تتناسب مع تصوره الذي افترض فيه أن الكون أبدي غير متغير.
وهكذا يوجد سببان وراء ظلمة السماء ليلًا. أولهما أن النجوم لا تعيش زمنًا طويلًا بما يكفي لتسخين كل الفضاء الموجود بينها، وثانيهما أن الكون ليس محدود العُمر فقط، بل يبرُد مع مرور الزمن. وحتى لو كان الكون كبيرًا بلا حدود، فسيكون الوضع هكذا. لكن هذا يقودنا إلى سؤال آخر. عندما «ننظر» إلى إشعاع الخلفية في الكون، نكون عائدين بأنظارنا ١٣٫٥ مليار سنة إلى الوراء وناظرين إلى كرة الانفجار العظيم النارية الساخنة. ولكن كَم تبعد هذه الكرة؟ ما أقصى مدى نستطيع أن نبلغه ببصرنا عبر الكون المتمدد؟
