لماذا يستغرق الأمر قرنًا من الزمن لتحديد سرعة الكون؟

بعد أكثر من مئة عام على اكتشاف إدوين هابل تمدد الكون، لا يزال العلماء يتجادلون حول مدى سرعة هذا التمدد. تُعرف هذه السرعة بثابت هابل، وهي أساسية لفهم كل شيء، من عمر الكون إلى مصير جميع المجرات. ولكن على الرغم من التقدم الهائل في التكنولوجيا والنظريات، لا يزال علماء الكونيات يواجهون معضلةً مُحيّرة: فالطرق المختلفة لقياس ثابت هابل تُعطي إجاباتٍ مختلفة. هذا الخلاف المُستمر ليس مجرد لعبة أرقام، بل قد يُشير إلى فيزياء مجهولة أو خلل في فهمنا للكون نفسه.

الأصول: اكتشاف هابل الرائد

في عشرينيات القرن الماضي، لاحظ عالم الفلك إدوين هابل أن المجرات البعيدة تبتعد عنا، وأنه كلما كانت المجرة أبعد، بدا أنها تبتعد أسرع. هذه العلاقة – التي تُعرف الآن بقانون هابل – دلت على أن الفضاء نفسه يتمدد، وأدخلت مفهوم ثابت هابل: معدل تباعد المجرات لكل وحدة مسافة في الكون. حددت التقديرات المبكرة ثابت هابل بين 50 و500 كيلومتر في الثانية لكل ميغا فرسخ فلكي (كم/ثانية/ميغا فرسخ فلكي)، وهو نطاق واسع للغاية يعكس القيود التقنية للتلسكوبات البصرية آنذاك، والصعوبات المرتبطة بقياس المسافات الفلكية بدقة. عكس هذا النطاق أيضًا بدايات علم الكونيات الرصدي، الذي كان لا يزال في مراحله الأولى، ومليئًا بالتحديات المتعلقة بفهم طبيعة المجرات ومواقعها الحقيقية في الفضاء. على مر العقود، ومع تطور أدوات الرصد مثل تلسكوب هابل الفضائي، ومعايرات أكثر دقة باستخدام النجوم المتغيرة القيفاوية والمستعرات العظمى، تقلصت درجة عدم اليقين بشكل كبير. ومع ذلك، وحتى الآن – رغم امتلاكنا لأدوات القرن الحادي والعشرين ومهام الأقمار الصناعية ذات الحساسية العالية – ما زلنا لا نملك رقمًا واحدًا متفقًا عليه يحدد بدقة سرعة تمدد الكون.

طريقتان، إجابتان

يوجد اليوم نهجان رئيسيان لقياس ثابت هابل، وهما يُعطيان نتائج متضاربة بشكل مثير للدهشة.

· الطريقة الأولى: القياسات المحلية

يستخدم علماء الفلك "سلم المسافة الكونية" - وهو نهج تدريجي يعتمد على أجرام سماوية مفهومة جيدًا، مثل متغيرات القيفاويات والمستعرات العظمى من النوع Ia، لقياس المسافات إلى المجرات البعيدة. من خلال تتبع سرعة حركة هذه المجرات ومدى بعدها، يمكن للباحثين تقدير معدل التمدد المحلي. يستخدم مشروع SH0ES (المستعرات العظمى، H0، اختصارًا لمعادلة الحالة)، بقيادة آدم ريس الحائز على جائزة نوبل، هذه الطريقة، ويجد باستمرار قيمة تقارب 73 كم/ثانية/ميغا فرسخ فلكي.

· الطريقة الثانية: الخلفية الكونية الميكروية

تتعمق هذه الطريقة في الماضي بشكل كبير. تقوم أقمار صناعية مثل بلانك بتحليل الخلفية الكونية الميكروية (CMB) - التوهج الخافت الذي تلا الانفجار العظيم. من خلال نمذجة كيفية تطور التقلبات الطفيفة في درجة الحرارة في الخلفية الكونية الميكروية إلى الكون الحديث، يمكن للعلماء استنتاج ثابت هابل بشكل غير مباشر. تشير بيانات بلانك إلى قيمة أقل بكثير، حوالي 67.4 كم/ثانية/ميغا فرسخ فلكي. قد لا يبدو الفرق كبيرًا، لكن التناقض يتجاوز هامش الخطأ بكثير. تصف هاتان الطريقتان الكون نفسه، لكنهما لا تتفقان على سرعة تمدده. هذا التباين - المسمى "توتر هابل" - لا يزال قائمًا، وهو يُغذي حماسًا (وقلقًا) متزايدًا في مجتمع الفيزياء الفلكية.

النظريات، التوترات، والفيزياء المجهولة

لماذا لا نستطيع تحديد ذلك؟ قد ينبع التوتر الحالي ببساطة من أخطاء منهجية - ربما تحيز غير معروف في كيفية قياس المسافات أو السطوع. ولكن مع تطور هذه الأساليب، يتضاءل احتمال أن يكون الخطأ هو السبب. هنا تبرز الإثارة. يقترح بعض العلماء أن التوتر قد يشير إلى فيزياء جديدة - تحديث أو توسيع للنموذج القياسي لعلم الكونيات. تشمل الأفكار:

· الطاقة المظلمة المبكرة: يمكن أن تؤثر دفعة قصيرة من الطاقة المظلمة مباشرة بعد الانفجار العظيم على سرعة تمدد الكون في بداياته، مما يغير القيمة المستنتجة لثابت هابل.

· النيوترينوات أو الجسيمات الغريبة: يمكن أن تؤدي إضافة "إشعاع مظلم" على شكل جسيمات مجهولة إلى تغيير كيفية تطور الكون المبكر.

· الجاذبية المعدلة: ربما لا تكون نظرية النسبية العامة لأينشتاين هي الكلمة الفصل في الجاذبية على المقاييس الكونية.

باختصار، كلما طالت مدة التوتر، زاد تحديه لأعز نماذجنا الكونية. يكشف كل هذا التعقيد عن مدى صعوبة قياس أمرٍ بسيطٍ خادعٍ مثل "ما مدى سرعة تمدد الكون؟" عندما تكون داخله، وتنظر إلى الخارج بأدواتٍ غير مثالية.

الطريق إلى الأمام: عصرٌ جديدٌ للقياس

على الرغم من عدم اليقين، فإن السعي لحل مشكلة هابل يدفع علم الفلك إلى عصرٍ ذهبيٍّ من الابتكار والتطور التقني المتسارع. تهدف الأدوات والمهام الجديدة إلى كسر الجمود نهائيًا، وكشف طبيعة الكون على مستويات غير مسبوقة:

· يُقدم تلسكوب جيمس ويب الفضائي بياناتٍ فائقة الدقة عن النجوم القيفاوية والمجرات على مسافاتٍ أكبر، مما يساعد على إعادة معايرة "السُلَّم الكوني" بدقة لم تكن ممكنة سابقًا.

· سيجمع مرصد فيرا روبين كمياتٍ غير مسبوقة من البيانات حول المستعرات العظمى، ما يمنح العلماء نافذةً زمنية عميقة على تاريخ تمدد الكون.

·  صُممت مهمة إقليدس(التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية) وتلسكوب نانسي جريس رومان الفضائي التابع لناسا لاستكشاف الطاقة المظلمة والبنية الكونية بنظرةٍ جديدة، قد تعيد صياغة فهمنا لتفاعل المادة والطاقة على المستوى الكوني.

حتى أن بعض الباحثين يتجهون إلى علم فلك الموجات الثقالية، وهو مجال ناشئ يمكّن من "الاستماع" إلى الكون. من خلال تحليل "صافرات الإنذار القياسية" — وهي إشارات الموجات الثقالية الناتجة عن تصادم النجوم النيوترونية — يأملون في الحصول على قياسات مستقلة ودقيقة للغاية للمسافات الكونية ومعدلات التمدد، دون الاعتماد على الأدوات التقليدية. يحمل كل من هذه الأساليب نتائج واعدة. ومع كل رصد جديد عالي الدقة، نقترب إما من سد الفجوة القائمة بين القياسات—أو من فتح أبواب لأسئلة أكثر عمقًا، قد تُعيد تشكيل خريطتنا الكونية بالكامل.