معلومات مشوّقة.. هل كان الضوء موجودًا في بداية الكون؟

طرح موقع "live science"، تساؤلا مفاده:" في أيامنا هذه، يتخلل ظلمة الليل نور النجوم. ولكن قبل ولادة النجوم، هل كان النور ساطعًا في بداية الكون؟"

Advertisement

الإجابة المختصرة هي "لا". لكن الإجابة المطولة تكشف عن رحلة الضوء الاستثنائية. في البداية، كان ضوء الكون المبكر "محاصرًا"، واستغرق خروجه مئات الآلاف من السنين. ثم استغرق تشكل النجوم حوالي 100 مليون سنة.

وقال الموقع:" بفحص سرعة واتجاه حركة المجرات، اكتشف عالم الفلك إدوين هابل أن الكون يتمدد. وأشار هذا الاكتشاف عام 1929 إلى أن الكون كان أصغر حجمًا في الماضي، حيث حسب العلماء في النهاية أن الكون بأكمله كان مُركّزًا في نقطة واحدة شديدة الكثافة منذ حوالي 13,8 مليار سنة، حتى وقوع الانفجار العظيم .

يقول أندرو لايدن ، رئيس قسم الفيزياء والفلك في جامعة بولينغ غرين ستيت في أوهايو، لموقع لايف ساينس: "مع الانفجار الكبير، تم إنشاء الفضاء وتوسعته، إلى جانب كل شيء في الكون".

تابع الموقع:" قال لايدن إن الطريقة الوحيدة التي يمكن بها للمادة التي تُشكل الكون حاليًا أن تتسع في بقعة صغيرة هي أن تكون طاقة في ذلك الوقت. وأوضح أن معادلة أينشتاين الشهيرة E=mc² كشفت أن الطاقة والكتلة يمكن أن تكونا متبادلتين. مع تمدد الكون ، انخفضت كثافة طاقته وبرد. ثم بدأت الجسيمات الأولى بالتشكل خلال الثانية الأولى بعد الانفجار العظيم، وفقًا لمرصد لاس كومبريس . وشملت هذه الجسيمات الفوتونات التي تُكوّن الضوء، بالإضافة إلى البروتونات والنيوترونات والإلكترونات التي تُكوّن الذرات. وبعد حوالي 3 دقائق من الانفجار العظيم، اندمجت البروتونات والنيوترونات معًا لتكوين نوى الذرات مثل الهيليوم، وفقًا لوكالة ناسا".

واستطرد الموقع:" قال لايدن: "تخيل الضباب والندى. الجسيمات عالية الطاقة تنتشر كالماء في الضباب، وعندما تنخفض الطاقة بما يكفي، تتكثف كقطرات الندى". مع ذلك، على الرغم من وجود فوتونات الضوء منذ الثانية الأولى بعد الانفجار العظيم، إلا أنها لم تكن قادرة على التألق عبر الكون بعد. ويرجع ذلك إلى أن الكون المبكر كان ساخنًا للغاية لدرجة أن "الإلكترونات كانت تتحرك بسرعة فائقة بحيث لم تتمكن النوى الذرية من حملها في مدار حولها"، كما قال لايدن. "كان الكون مجرد حساء كثيف شديد الحرارة".

كانت جميع الإلكترونات التي كانت تتحرك بحرية في الكون المبكر تعني أن الضوء لم يكن قادرًا على الحركة كثيرًا. قال لايدن: "عندما حاول الضوء السفر في خط مستقيم خلال تلك الفترة، كان يصطدم دائمًا بالإلكترونات، لذا لم يتمكن من الذهاب بعيدًا".

تابع الموقع:" نُلاحظ حالة مشابهة داخل الشمس، وفقًا لما صرّح به سرينيفاسان راغوناثان ، عالم الكونيات بجامعة إلينوي في أوربانا-شامبين، لموقع لايف ساينس. وأضاف: "يمكنك تخيّل فوتون ضوء ناتج عن تفاعلات نووية في مركز الشمس يحاول الخروج إلى سطحها. مركز الشمس شديد الحرارة، ولذلك توجد فيه الكثير من الإلكترونات الحرة. هذا يعني أن الضوء لا يستطيع الانتقال في خطوط مستقيمة". تبلغ المسافة من مركز الشمس إلى سطحها حوالي 432,450 ميلًا (696,000 كيلومتر). تبلغ سرعة الضوء في الفراغ حوالي 186,000 ميل في الثانية (300,000 كيلومتر/ثانية)، ولكن في الشمس، "يستغرق الضوء حوالي مليون إلى مليوني سنة لينطلق من مركزها إلى سطحها"، وفقًا لراغوناثان.

ومع ذلك، بعد حوالي 380,000 عام من الانفجار العظيم، سمح تمدد الكون بتبريده بما يكفي لتجميع النوى الذرية على الإلكترونات. يقول لايدن: "عندما يحدث ذلك، تفقد كل تلك الإلكترونات حريتها. يحدث هذا عند حوالي 3,000 كلفن (4,940 درجة فهرنهايت، أو 2,725 درجة مئوية)، وهي درجة حرارة سطح نجم بارد محمر".

في غضون سنوات قليلة، "يتحول كل شيء من حساء ساخن كثيف إلى كون صافٍ حيث ينتقل الضوء بحرية»، كما قال لايدن. «في تلك اللحظة، يمكن للفوتونات الأولى في الكون أن تنطلق".

لاحظ لايدن أن الضوء النموذجي للكون عندما كانت درجة حرارته حوالي 3000 كلفن كان في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة والأطوال الموجية المرئية. ومع ذلك، مع تمدد الكون على مدار أكثر من 13 مليار سنة وانخفاض درجة حرارته إلى متوسط درجة حرارة يبلغ حوالي 2.73 كلفن (ناقص 455 فهرنهايت، أو ناقص 270 درجة مئوية)، امتد ضوء الكون الأول إلى أطوال موجية ميكروويف أطول.

اكتشف علماء الفلك لأول مرة هذا الإشعاع المتبقي من الانفجار العظيم، والذي يسمى الخلفية الكونية للميكروويف، في عام 1964 .
لقد أثمر تحليل هذه الموجات الميكروية عن العديد من الرؤى. على سبيل المثال، يمكن لجاذبية المجرات أن تُشوّه الضوء - وهي ظاهرة تُسمى عدسة الجاذبية. وقال راغوناثان إن دراسة مقدار التشوه الذي تعرضت له الخلفية الكونية الميكروية في نقاط مختلفة من السماء يمكن أن تساعد العلماء على إعادة بناء البنية واسعة النطاق للكون - أي ترتيب المجرات والفراغات العملاقة بينها عبر الكون.

بعد انبعاث ضوء الانفجار العظيم، مرّ الكون بفترة تُعرف بالعصور المظلمة الكونية. وفي النهاية، وبعد ملايين السنين، أدت جاذبية سحب الغاز إلى انهيار كتل المادة هذه على نفسها.

"لقد أدى هذا إلى نشوء الجيل الأول من النجوم، وكان الكون يحتوي على مجرات مليئة بالنجوم بعد حوالي مليار سنة من الانفجار الكبير، وهو ما يمثل بداية الفجر الكوني"، كما قال لايدن، حسب الموقع. (live science)