بانوراما التطور الكوني 2

انحناء الكون La courbure de l'univers
الطوبولوجيا La topologie هي دراسة الأشكال. ؟ فما هو شكل الكون ؟ كنا نتصوره دائما على أنه نوع من الكرة الهائلة أو المجال الكروي العملاق d'immense sphegrave;re ولكن هذا ليس هو الواقع. أولا ليس بوسعنا الفصل بين الزمان والمكان.!: فنحن نعيش في الزمكان النسبي espace-temps relativiste، و إن هذا الزمكان منحني courb. فالفضاء العادي الذي في داخله، كما نتصورهن يحتوي على ثلاثة أبعاد: وهذا يعني أنه ببساطة، ولتحديد موقع جسم بالنسبة لجسم آخر، نعتبره "الأصل"، يؤخذ كمرجع، وبأننا سنكون بحاجة إلى ثلاثة إحداثيات، ثلاثة أرقام، والتي نسميها x،y، و z. ويمكن حساب المسافة بين جسم ما والأصل ببساطة باستخدام نظرية فيثاغورس pythagore: وفق هذه المعادلة d2 = x2 + y2 + z2. وتسمى هذه بالمسافة الإقليدية Euclidienne ( نسبة لاسم إقليدس Euclide، وهو فيلسوف وعالم يوناني في العصور القديمة)، ونقول إن الفضاء هو الفضاء الإقليدي euclidien.
لكن زمكان النسبية ليس إقليدياً، وعلاوة على ذلك لديه أربعة أبعاد: مما يعني ببساطة أننا بحاجة إلى تنسيق البعد الرابع أو العثور على إحداث رابع من إحداثيات الفضاء الآينشتيني، ونشير إليه هنا بـ q،من أجل موضعة أي جسم بالنسبة لجسم آخر لكن q ليس الزمن كما كنا نعتقد. في الواقع لدينا المعادلة التالية q = i.c.t حيث t هو الزمن، و c هو سرعة الضوء و i " رقم تخيلي أو وهمي imaginaire " مثل i2 = -1. في مثل هذا الفضاء، تكون النقاط هي الأحداث: فهي تتوافق مع "هنا والآن" أو "هناك وهذا التاريخ الخ". في النسبية، نحب أن نطلق S (بدلا من d) على المسافة بين نقطتين- حدثين points-eacute;venements. ومن ثم لدينا s2 = x2 + y2 + z2 - c2t2 (لاحظ علامة الطرح). يمكن للمرء أن يتصور مثل هذا الفضاء من خلال تخيل أن الإحداث q = ict يقيس التعاقبات الزمنية بصيغة المتر الزمني megrave;tre de temps، وهذا الأخير هو المدة التي يستغرقها الضوء ليقطع متراً واحداً. "المسافة s " المعرفة أعلاه تسمى مسافة مينكوفسكي la distance de Minkowski. وفي النسبية، تسمى "الزمن المعاش أو "الزمن القح" temps veacute;cu" ou "temps propre.
عندما يحدد الرياضيون مسافة، فإنهم يبحثون عن التحولات التي تحافظ على هذه المسافة. أما في الفضاء العادي، الإقليدي، فإن هذه التحولات هي الترجمات translations والتناوبات rotations. في الفضاء المانكوفيسكي "Minkowskian" للنسبية، وتقتصر هذه التحولات على، أو تختزل في تحول واحد هو: تحول لورنتس transformation de Lorentz، والذي يتوافق مع "التناوب من زاوية وهمية أو تخيلية" لنظام إحداثيات ذو أربعة أبعاد...
لكن هذا ليس كل شيء: لقد قيل لنا إن هذا الزمكان منحني. فماذا يعني هذا؟ هذه طريقة بسيطة لتمثيله: تخيل أننا نسعى للتوصل الى هدف يقع على بعد 10 أمتار منا بواسطة كرة، ورصاصة بندقية. في الفضاء العادي، تكون المسارات، مختلفة جدا. مع الكرة التي تقذف بسرعة على 10 م / ثانية، ويمكننا تحقيق هذا الهدف من خلال وصف قوس البالون لارتفاع 3M، ومسار الكرة سوف يستغرق ثانية ونصف ثانية. مع بندقية، تطلق الرصاص في 500 م / ث، يمكننا بلوغ الهدف من تسديدة قريبة جدا، مما يجعل القوس بارتفاع 0.5 ملم في الطول، ومسار يستغرق 2/100 من الثانية، أو، في اطلاق النار بشكل عمودي تقريبا، يمكنك أن تصف قوس الكرة بارتفاع 12 كم: بشرط أن يكون المرء رامي حاذق ومدرب جيداً، وأن نهمل تأثيرات الغلاف الجويeffets atmospheacute;riques ودوران الأرض، وفي النهاية، يمكننا ضرب الهدف مع فوتون من الضوء، الذي يطلق بسرعة 300000 كم / ثانية. والقوس (الذي هو غير موجود) سيكون غير محسوس تماما، والطلق الناري سيسير بخط مستقيم تقريبا. ولكن دعونا نضيف البعد الزمني ونقيس الوقت أو الزمن بصيغة المتر الزمني megrave;tres de temps عندئذ تصبح منحنيات أوتقوسات المسارات هي نفسها متشابهة، سواء بالنسبة للفوتون، أو الكرة أو الرصاصة. إن وسط أو مركز القطر كبير جداً gigantesque: وأن متوسط الإنحناء يكاد يكون قرابة السنة الضوئية! وإن هذا الانحناء المتسق uniforme، هو ذلك الذي تنشئه الجاذبية الأرضية: فالمادة تحني الزمكان، خاصة إذا كانت تلك المادة كثيفة. وهذا هو السبب الكامن وراء استغراب ودهشة غاليلو غاليله Gallileacute;e: بشأن تسارع جسم في حالة هبوط حر (كيلو من الريش أو طن من الرصاص) حيث يكون هو نفسه دائماً، أي متساوي في محاذاة أو بالقرب من الأرض:. 9،8 m/s2، ou 1G.. النسبية تخبرنا أن انحناء الزمكان، العائد لكتلة الأرض هو الذي يؤدي إلى هذا التسارع الذي نسميه الجاذبية la pesanteur.
وبطبيعة الحال، إن مركز إنحناء الثقالة الأرضية la graviteacute; terrestre يوجد على بعد سنة ضوئية تحت سطح الأرض ولا يقع في الفضاء الثلاثي الأبعاد، مثلما هو الحال مع كون مركز دائرة لا يكمن في الدائرة نفسها. فهل الكون الذي يحتوي على هذه المادة منحني؟ لا يبدو كذلك! بل يبدو أن متوسط انحنائه يكاد يكون معدوماً nulle وحسب المشاهدات هذه حقيقة غريبة، وتستحق التوقف عندها قليلاً.
فما هو "شكل" هذا الكون؟ Quelle est donc la "forme" de cet univers
لنتصور سطحاً ثنائي الأبعاد مغموراً في فضاء ثلاثي الأبعاد: ولنتصور أن هذا السطح ذو انحناء يعادل صفر في كل نقطة. عند ذلك يمكن أن نعتقد ان هذا "السطح" يمكن أن يكون مجرد خط منبسط. ولكن سيكون مثل هذا الاعتقاد خاطئاً! فهناك العديد من "السطوح ذات انحناءات بحدودها الدنيا"، إلا أنها بعيدة عن أن تكون منبسطة ecirc;tre planes! علينا أن ننتبه إلى أنه عندما نتكلم عن انحناء صفرcourbure nulle، فإن ما نسميه انحناء ليس إلا مجموع الانحرافات أو الانحناءات المحلية في كل الاتجاهات: فإذا تخيلنا سرج حصان، على سبيل المثال، فهو منحني صعودا (نحو الحلق)، ولكن أيضا إلى أسفل (نحو الركبان) على حد سواء وفي اتجاه عمودي. وعموماً، فإن سرج الحصان هو سطح ذو متوسط انحناء يعادل صفر.
وتبين أنه في مكان ذو أربعة أبعاد، فإن الهندسة ليست بديهية: إن "السطوح ذات انحناءات الحد الأدنى" كثيرة. وبالتالي قد يكون الكون المرئي ليس سوى كرة هائلة ومذهلة"hypersphere". وقد يكون شكله أكثر تعقيدا بكثير. ويمكن أن يكون الشكل الحقيقي لهذا الكون عبارة عن "غطاء أو طلاء ذو طبقتين من الحيد 4 4-tore،" في اللغة المجازية أو التجريدية المتخيلة من قبل علماء الرياضيات. والجواب الحقيقي هو: نحن لا نعرف حقاً ما هو شكل الكون. في الواقع، أننا لا أعرف حتى إذا كان الكون هو محدود أم لا ( أي إذا كان لديه "فروع لا نهائية"، لأن كل شيء يعتمد على العلاقة بين كثافته وما يعرف بـ "الكثافة الحرجة".
وفي واقع الأمر لكل عالم كونيات أولوياته وتفضيلاته. ويمكن لمعادلات النسبية العامة أن تؤدي إلى حلول متعددة،، وإلى تصور عن شكل الكون سواء كان ثابتاً أو في حالة توسع. وفي الواقع، فإنها، أي معدلات نسبية آينشتين،لا تسمح لنا لاتخاذ قرارحاسم بهذا الصدد. إذ إن المشاهدة هي التي تسمح بذلك. ومهما كانت مراقبة ورصد ومشاهدة أعماق السماء، والمجرات الأكثر بعداً، فإننا سنشاهد جوارنا الكوني (كما كان عليه قبل 15 مليار سنة مضت، على الأقل)، لأن الفوتونات المنبعثة من المجرات قد قامت بجولة "في جميع أنحاء الكون." وكما أن الأرض مستديرة، والكون لا يوجد لديه "حافة". فإنه يمكن أن يكون في آن واحد محدوداً ولا محدود.
ولكن في الواقع هناك "حافة للكون المرئي": هي عبارة عن أفق في الماضي. في الحقيقة أن كل ما تواجد في فترة أقل من 000،300 ثانية بعد الانفجار الكبير big bang يكون غير مرئي بالنسبة لنا، لأنه قبل ذلك الوقت كان الكون غير تصادمي non collisionnel: كان الكون آنذاك يتمدد se dilatait بسرعة لدرجة أن أي تفاعل بين الجسيمات لم يكن ممكنا. وبعد هذه اللحظة الحاسمة، باتت الجسيمات في نهاية المطاف قادرة على التفاعل، وصار بوسع الفوتونات الهروب من الفرن الكوني fournaise. إن الأشعة الكونية الخلفية المتحجرة Le rayonnement de fond cosmologique يعود تاريخها الى تلك اللحظة. وإن القياسات والحسابات والتدابير التي يمكن أن تجرى على هذه الأشعة تبين أن الكون كان متسقا للغاية خلال تلك الفترة: ويتراوح فيها متوسط كثافته في أقل من 1/10000e في جميع أنحاء الكرة السماوية.
من هنا تأتي ثلاثة أسئلة مثيرة للاهتمام:
bull; إذا كان الكون البدائي غير تصادمي، فكيف كان متجانساً homogegrave;ne، عندما أصدر أو بث الأشعة الخلفية الكونية le rayonnement cosmologique ؟ في لحظة انفجار "طبيعي"، على سبيل المثال، مثل انفجار قنبلة يدوية أو قنبلة نووية، نرصد دائماً أن هناك تفاوتات كبيرة من الشظايا في الحطام المتبقي إثر الانفجار، وهي لا تذهب بعيدا بشكل موحد في جميع الاتجاهات! والحال أن الانفجار الكبير Le Big Bang كان انفجار متسقاً تقريبا، على الرغم من أن مكونات الكون في بداياته المبكر لم تستطع أن تتفاعل مع بعضها البعض! ثم السؤال القاتل: لماذا، نلاحظ أو نشاهد الآن انحناءاً شبه معدوم courbure nulle، في حين أن كثافة الكون البدائي كانت هائلة بالضرورة، وبالتالي فإن انحناءه لا يمكن أن يكون صفراً؟
bull; يعتقد أن الكون المرئيكان في بدايته، (،300000 ثانية بعد الانفجار الكبير) موحدا ومتسقاً uniforme.. ولكن ليس تماما: فلماذا كانت تلك الاختلالات الصغيرة) بنسبة deacute;seacute;quilibres infimes (1/10000e وما الذي تسبب بها ؟
bull; إن كوننا اليوم بعيد عن أن يكون متسقاً ومتجانساً كلياً! كما لاحظنا في أيامنا، إثر رصد ومشاهدة الحشودات العظمى للمجرات super amas de galaxies والتي توزع في مجموعات من المجرات الفائقة على شكل خيوط شبكية طويلة longs filaments تفصل بينها فراغات كبيرة. فكيف أتيح لتلك الفوارق والتخلخلات الصغيرة أن تنمو وتتضخم لتخلق هذه الهياكل الضخمة immenses structures، أي خلق المجرات؟ لذا نتساءل، ما هو أصل المجرات؟
التضخم L'inflation
إن النظرية الشائعة لشرح الحقيقة الأولى هي نظرية التضخم: وبموجبها يمكننا أن نتصور، ولنقل بعد ثانية واحدة من الانفجار الكبير،، وجمد تفاوتات كبيرة في ذلك الكون البدائي. لكن في أقل من ثانية في وقت لاحق من الثانية الأولى التي أعقبت الانفجار العظيم، توسع أو تمدد الكون بشكل سريع بحيث تم تسوية تلك التفاوتات aplanies، ومن ثم سوف يصبح الكون البدائي تقريبا "مسطح". وبالتالي يجب علينا أن ندرك أننا نتحدث عن حدوث تمدد فوري تقريبا " للفقاعة الكونية" dilatation quasi instantaneacute;e de la "bulle d'univers، وهو ما قد زاد من حجم الكون فجأة مليارات المليارات من المرات! وهذا يبدو غير معقول وغير قابل للتصديق والإدراك.ومع ذلك فإن علماء الفيزياء الذين يدرسون "الحقول اللاموجهة " champs scalaires، حددوا أن عدم الاستقرار في هذه المجالات أو الحقول يمكن أن يسبب التضخم الذي وصفناه للتو. فهذه النظرية، ولإنها بدت معقولة، لقيت استقبالا حسنا من قبل الغالبية العظمى من علماء الكونيات والذين باتوا يعتقدون أنه كانت هناك "مرحلة تضخمية"، بعد وقت قصير من بداية الكون. ولكن في واقع الأمر أننا نعوم في مجال التكهنات المحضة. وفي الواقع، إن مشكلة تجانس الكون البدائي، والتسطيح للكون l'homogeacute;neacute;iteacute; de l'univers primitif et de la platitude de l'univers لا تزال مطروحة.
الثابت الكوني La constante cosmologique
في بداية القرن العشرين، حاول آينشتاين فهم بنية الكون و من خلال دراسة معادلاته، اكتشف أنه كون آخذ في التوسع. إلا أنه رفض قبول هذه الفكرة (في ذلك الوقت، كان الجميع يعتقد أن هذا الكون ثابت)، ابتكر هذا العالم الفيزيائي الفذ فكرة "الثابت الكوني" constante cosmologique وذلك لمواجهة التوسع. وذلك بإضافة عبارة ثابت في المعادلة التي تصف المادة، لأنها تتيح للعالم أو الكون أن يكون مسطحاً.
ولكن سرعان ما اختفى الثابت الكوني من المعادلات، ما أن اقتنع المجتمع العلمي وتقبل فكرة أن الكون آخذ في التوسع. ( وقد ردد آينشتاين نفسه في وقت لاحق مقولة أن الثابت الكوني كان أكبر خطأ علمي ارتكبه في حياته!). لذلك كانت قيمة الثابت الكوني صفر. لسنوات، وتم نسيانه بعد ذلك.
لكن الوضع ربما ليس بهذه البساطة. فإثر رص ومراقبة النجوم المتفجرة البعيدة جدا السوبرنوفا supernovae، في نهاية عام 1998، قام فريق دولي من الباحثين بعد حسابات معقدة، بتشخيص ان الكون، ليس فقط في حالة توسع، فحسب، بل وكذلك أنه شهد مرحلة من التسارع منذ نحو 4 مليارات سنة! ولتفسير هذه الظاهرة، توجب أن يستعيد الثابت الكوني وظيفته: وفي هذه المرة، صار يرمز الى "طاقة الفراغ" l'eacute;nergie du vide، الذي هو قوة في الاتجاه المعاكس لقوة الجاذبية أو الثقالة la force gravitationnelle. واذا تأكدت ظاهرة التسارع هذه، فسوف يؤدي هذا إلى حد ما إلى تغيير نظرتنا إلى العالم...
وينبغي أن يكون من المسلم به اعتبار إدخال الثابت الكوني في المعادلات، لا يستند إلى أي مبرر نظري: فالنظرية النسبية بدون الثابت الكوني هي بناء نظري جميل وأنيق استنادا إلى مبدأ كوني شمولي، وهو مبدأ النسبية الذي يقول أن: قوانين الطبيعة يجب أن تحافظ على النموذج ذاته أو وحدة الشكل في جميع الأطر المرجعية المستخدمة لوصفها. ولكن تمت إضافة الثابت الكوني بالنسبة للمعادلات التي تسمح للكون أن يكون في حالة توسع. واليوم بحثنا ووجدنا حجج جاءت من ميكانيك الكم أو الكوانتا meacute;canique quantique لـ"تبرير" إدخال هذا الثابت الكوني: ففي ميكانيكا الكم، هناك في الفراغ طاقة تسمى طاقة الفراغ الكوانتي. والنتيجة هي قوة "ضاغطة سلبية" تمارس على المكان أو الفضاء، الذي يجب أن يتوسع أو يتمدد تبعاً لذلك. المشكلة تكمن في أن هذا المزج في نظرية الكم والنسبية العامة يثير مشاكل ومعضلات لايمكن حلها في الوقت الحاضر. هناك بعض المنظرين، وهم نادرون، ينكرون الثابت الكوني، ويعتقدون أنه ينبغي أن ننطلق من المبادئ الأساسية ومن الهندسة. فالنسبية هي نظرية هندسية، وبالتالي ينبغي علينا أن نبحث عن الحل في علم الهندسة، وفي طوبولوجيا الكون.

المادة المضادة Antimatiegrave;re
من المعروف اليوم، أن قوانين الفيزياء المعروفة تقول بوجود نوعين من المادة هما: المادة matiegrave;re والمادة المضادة Antimatiegrave;re. وهما تختلفان عن بعضهما البعض من خلال شحنتيهماا الكهربائيتين و تتميزان بالمساواة pariteacute;. فعندما يلتقي جسيم من جسيمات المادة بجسيم من جسيمات المادة المضادة، فإنهما يعدمان بعضها بعضا s'annihillent في وابل من أشعة غاما Rayon Gama. وأيضا في المقابل، فإن فوتون غاما يحمل ما يكفي من الطاقة بحيث يمكن أن يتحول تلقائيا إلى زوج من الجسيمات (على سبيل المثال جسيم مثل الالكترون eacute;leacute;ectron) و جسيم مضاد توأم مثل مضاد الإلكترون، أو بوزيترون antieacute;leacute;ctron، ou positon). وللفوتون، جسيم مضاد خاص به أيضاً لكنه معدوم الشحنة، مما يساعده على البقاء والاستمرار بسهولة أكبر.
والحال أن الأرض والمنظومة الشمسية، ومجرتنا، وكل الكون المرئي، يتكون من المادة وليس من المادة المضادة فكيف نفسر ذلك وأين اختفت المادة المضادة؟ هذا أمر بسيط جدا إذا أخذنا بالاعتبار تصادم المجرات، صحيح أنه حدث نادر، ولكن نظرا للعدد الهائل للمجرات في الكون، فإنه يمكن للمرء أن يرصد ذلك بسهولة. وإذا كانت هناك مجرات مضادة antigalaxies، فإن لقاءاتها العشوائية occasionelle مع المجرات "الطبيعية" المادية ستنتج موجة صدمة باروف Barouf هائلة لدرجة أننا نسمع ضجيج الراديو الناجم عنها في الطرف الآخر من الكون. بيد أننا لم نسمع مثل هذا الضجيج الكوني مما يعني أنه لاتوجد مجرات مضادة يمكن أن تصطدم صدفة بإحدى المجرات في الكون المرئي.
لا يوجد أي سبب في أن ينتج الانفجار العظيم مادة أكثر من المادة المضادة. في الواقع أن النموذج القياسي أو المعياري للكون يخبرنا أن هذه الكميات من المادة والمادة المضادة كانت متساوية تقريبا والاختلاف بينها لايتجاوز نسبة واحد بالمليار. وعندما أصبح الكون تصادمي، تمكن بالكاد من تجنب تدمير الذات التام. في واقع الأمر لم يبق أي شيء من المادة المضادة وبقي أقل من واحد من مليار من المادة مما كان عليه في الأصل. والحال أن الكون اليوم يتضمن من الفوتونات مليار مرة أكثر من جسيمات المادة. لكن لماذا كان هناك ما يزيد قليلا على جزء من مليار من المادة أكثر من المادة المضادة ؟ سنأتي لبحث ذلك والإجابة عليه لاحقاً.
مفارقات علم الكونيات Les paradoxes de la cosmologie
قبل النزول في لهيب النموذج القياسي أو المعياري، نسمح لأنفسنا بالقول أن هذا النموذج يستند على النظرية "التقليدية" الأكثر اكتمالا في الفيزياء في الوقت الراهن وهي نظرية: الديناميكا الكهربائية الكمومية أو الكوانتية l'eacute;lectrodynamique quantique. إن هذه النظرية، التي وضعها أو صاغها بول ديراك Paul Dirac واستكملت من قبل العديد من علماء الفيزياء من بينهم ريتشارد فاينمان Richard Feynmann، ملفتة للنظر لأنه لديها القدرة التفسيرية التي تغطي ظواهر لا تعد ولا تحصى، ومع ذلك فإن ما تم تأكيده من توقعاتها وتكهناتها قد حصل بتجارب مختبرية علمية أي تم إثبات صحته بالتجربة: ولم يتم العثور على أية سلبيات تدحض صلاحيتها،، في مجال هائل من الطاقة (من الجسيمات الأولية إلى الانفجار السعاري السوبر نوفا super novaes). وهذا أمر يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار. وكانت نظرية الديناميكا الكهربائية الكمومية أو الكوانتية L'eacute;lectrodynamique quantique قد ولدت من عملية الدمج بين الميكانيكا الكمومية أو الكوانتية، والنسبية الخاصة، ونظرية المجالات أو الحقول التي تنسب إلى ماكسويل Maxwell.

سهم اتجاه الزمن La flegrave;che du temps

سنتناول هذا الموضوع بإسهاب وتدقيق علمي لاحقاً في بحث مستقل ولكن لنفترض الآن أن لدينا طاولة بليارد نجمع على سطحها، وفي وسط هذا السطح، مجموعة من الكرات على شكل مثلث. ثم قمنا بأخذ صورة فوتوغرافية لهذا الشكل، ثم نقوم بضرب مثلث الكرات بعصا البليارد، ونقوم بأخذ صورة أخرى بعد الصدمة، فهل من الممكن، استناداً إلى الصورتين معرفة أي الوضعين سبق الآخر؟، في الواقع، يبدو الأمر سهلاً: فبعد الاصطدام، توزعت الكرات على سطح طاولة البليارد في كل الاتجاهات على نحو عشوائي، وأنه من غير المرجح أو المحتمل أن نعثر عليها وهي على هيئة التكوين والتنظيم الذي سبق ضرب الكرات بالعصا: إن مجرد رؤية الصور يكفي للتوصل إلى هذه البديهية، إذا قلنا أن "التكوين la configuration الأكثر تنظيما يتوافق مع الحالة الأولية l'eacute;tat initial ". إذا كررنا التجربة عدة مرات، سنلاحظ أن الأوضاع النهائية "غير المنظمة inorganiseacute;s " أكبر عدداً من الأوضاع "المنظمة organiseacute;e ". ويقال إن مثل هذا النظام، يمتلك استقرارية ويسمى ارجوديك ergodique، وهو مصطلح ابتدعه بريغوجين ايليا Ilya Prigogine. وأخيراً إذا كان لنا أن نحيط كرات لعبة البلياردو لدينا مع شرائط من الفيلكرو، على سبيل المثال، فإنها سوف تكون قادرة على البقاء عالقة معا في وقت الصدمة، ويجوز ظهورتكوينات منظمة لاحقة للتكوينات غير المنظمة السابقة. الأمر الذي يسمح بظهور التشكل morphogenegrave;se أو(إنشاء النماذج) وهذه العملية الصيرورة التي تعمل في الخلايا العضوية الحية organismes vivant الكائنات الحية، لخلق بنيتها الداخلية المنظمة، وتزيد في الواقع بشكل أسرع أنتروبيا الكون الخارجي. ألم يكن غرض الحياة الأساسي تبديد المزيد من الطاقة ؟ إذا كان لنا أن نحكم بموجب هذا الإنجاز الرائع أي القنبلة الذرية، فالجواب هو نعم!
سنقوم بعملية التعميم التبسيطي scheacute;matisation عندما نقول أن أي نظام معزول يميل إلى حالته الأكثر احتمالا، والذي هو ما يعادل القانون أو المبدأ الثاني للديناميكا الحرارية thermodynamique. وسوف يغرينا ذلك ويدفعنا إلى القول أنه لتصنيف حالتين زمنياً، يكفي ان نقول ان كل من لديها البنية الأكثر اختلالاً من الحالتين هي سابقة للأخرى.
وغالباً ما يتم ربط هذه الظاهرة المتعلقة بالتنامي الحتمي بمعامل يعرف بإسم الأنثروبي entropie حيث في المعادلة الملازمة لذلك نجد أن : P يرمز لاحتمالية حالة ما وأن، S = k Log P حيث k في المعادلة هو ثابت بولتزمان la constante de Bolzmann.. ولكن يتعين علينا أن نحذر من حدوث لبس: فأحيانا يكون الوضع أو الحالة الأكثر تنظيما ليست هي التي كنا نظنها كذلك: فلو قمنا بتسخين الماء في قدر (يجب أن نضع القليل من الماء وأن تكون الحرارة جدا ملطفة على سطح سخان كهربائي متجانس الحرارة!)، يمكننا أن نلاحظ ظهور دوامة سداسية maille hexagonale! هل هذا يعني أننا أنشأنا شيء منظم بفعل التسخين؟ هل بوسع الماء المغلي أن ينمي أو يزيد من نسبة الأنثروبي ؟ الجواب هو كلا، بالطبع، فإن ذلك يعني ببساطة أن مفهوم الأنثروبي غير صالح إلا بالنسبة للنظام بأكمله، أي المقصود به هنا في مثالنا الموقد الكهربائي والقدر وكمية المياه والغلاف الجوي atmosphegrave;re! وفي الحقيقة أن الخلايا المبددة التي نلاحظها تمتلك تأثير تسريع التبخر، وبالتالي الزيادة الإجمالية للأنثروبي.
والآن نبقى نتساءل من أين جاءت هيكيلية أو وبنية الكون ؟ لمعرفة ذلك، ينبغي علينا العودة إلى الوراء في الزمن. فعندما أصبح عمر الكون حوالي خمسة عشر مليار سنة، فإن هذا يعني أننا نعيش في الزمن t = 15 مليار سنة. الكون الحالي معقد للغاية: أنه يحتوي على الكواكب والنجوم والمجرات... لو قدرنا t = مئة مليون سنة. كيف كان حال الكون آنذاك؟ علماء الفلك يقولون لنا أنه كان في حالة اتساق تام parfaitement homogegrave;ne!
كيف يمكن لهذا الكون المتجانس أن يتطور الى ما نعرفه عنه اليوم؟ كيف يمكن للزمن أن يجري في حين لا يحدث شيء ؟ الكون متجانس ولكنه يبرد مع مرور الوقت... وفي الحقيقة لا يكفي معرفة مواقع الجسيمات لكي نتمكن من وصف نظام تلك الجسيمات فسنحتاج أيضاً إلى معرفة سرعاتها! فالسرعة هي أيضا معلومة جوهرية ! (لذلك لوصف نظام مع جزيئات N، فإن معرفة مواقعها وسرعتها يكفي، خاصة في عالم ثلاثي الأبعاد، والكميات هي 6N. وهذه الحقيقة لافتة للنظر، فهناك نظريات تتطلب معطيات تسريع معين، لكن هذه النظريات لا تقاوم التجربة.
المفارقات الكونية Les paradoxe de lrsquo;univers
المفارقة الأولى: Premier paradoxe

فضاء المراحل والانثروبي Espace des phases et entropie

اعتاد علماء الفيزياء وعلماء الكونيات، بدلا من تمثيل المواقع والسرعات في مكانين أو فضائين بثلاثة أبعاد، تحديد المكان بستة أبعاد والذي تكون فيه البيانات والمعطيات لنقطة واحدة تمثل موقع و سرعة نقطة مادية حقيقية ( أي جسيم). بعبارة أخرى أبسط يدعونا هؤلاء العلماء إلى أن نفترض أو نتخيل وجود كون ذو بعد واحد فقط (خط مستقيم بسيط)، حيث جسمين أو شيئين محددتين تجذب كل منهما الآخرى لكي يسهل علينا تصور الهيكيلية الكونية.
الأنثروبي،والكون: Entropie et univers

الكون هو نوع من الأميبيا في ستة أبعاد: في الواقع يمكن اعتبار كل الجسيمات في الكون بمثابة نقاط في فضاء مرحلي بستة أبعاد.
نحن نعلم أن الكون يتوسع ويتمدد وإن هذا التوسع يترجم بانخفاض في السرعة.
صحيح أنها ليست بديهية، لأنه إذا نظرنا الى الكون من حولنا، لا نلاحظ تباطؤ في السرعات على مر الزمن. وهذا لايعني أن التباطؤ غير موجود، إلا أنه في الوقت الراهن متدني جدا، وغير قابلة للرصد. لكن لنقم بقفزة الى الوراء في الزمن إلى لحظة قريبة من بداية الكون، لنعتبر أن t = 1 an ت = 1 سنة. عندما كانت بداية الكون حارة جدا، ومن السخونة بمكان بحيث أن"السرعات الحقيقية" التي يمكن أن تكتسبها الجسيمات من جراء لعبة التصادمات يمكن تخطيها أو إخفاءها escamoteacute;es بفعل متوسط السرعة العامة والشاقة veacute;lociteacute; الناجم عن درجة حرارة عالية ينتجها مرجل يغلي كما كان الحال في بداية الكون (أنا هنا أتجاهل حقيقة أن النظرية "التقليدية" تنص على أن الكون، في وقت مبكر، لم يكن تصادمي non collisionnel) فالكون البدائي يبرد كلما ازداد توسعه وتمدده، كما تتباطأ سرعة جسيم متوسط la veacute;lociteacute; moyenne des particules.وإن هذه العملية لا تزال تعمل وصالحة إلى اليوم!
وبسبب نقص السرعات، تبقى أنثروبيا الكون ثابتة. علماً بأن ذلك يناقض المبدأ الثاني للديناميكا الحرارية وهذه هي واحدة من المفارقات في علم الكونيات الحديث!
ومن اللافت أن هذا التناقض أو هذه المفارقة لا يشار إليها في العروض "التقليدية" في علم الكونيات، كما لو أن الفيزيائيين كانوا يخجلون من التعرض لهذه المفارقة! ولا بد من القول أن النموذج القياسي أو المعياري لا يفسر هذا التناقض أو هذه المفارقة... وسوف نرى لاحقا أن هناك تفسيرا جذاباً ومقبولاً حتى في إطار، غير قياسي أو غير معياري...
وليس فقط أن أنثروبيا الكون لديها ثابت أنثروبي، بل والأكثر من ذلك أنها تبلغ الحد الأقصى، وبالتالي فإن هذا الاضطراب بلغ ذروته في لحظة الانفجار الكبير...
عالم الجسيمات: المفارقة الثانية! Le monde des particules :un second paradoxe
من أجل فهم أفضل، للتعاطى مع نظام الجسيمات systegrave;me de particules ذكرنا ان التطور يتم في نطاق أنثروبيا ثابتة طالما لا يوجد هناك اصطدامات collisions: في الواقع، أن من يخلق الفوضى هو الاصطدامات: وبما أن الكون البدائي كان ذو أنثروبيا مرتفعة جداً، فإنه ينبغي أن يكون تصادمي إلى حد كبير.
وللأسف، فإن الحسابات تشير الى ان الكون البدائي توسع وتمدد بسرعة لدرجة أن الجسيمات لم تتمكن من التجمع أو الالتقاء وحتى في سرعة الضوء ففي النموذج القياسي أو المعياري، فإن الكون يتمدد بأسرع من الضوء، وبالتالي من المفترض أنه لم يكن هناك تصادمات...
ما بعد الانفجار الكبير مباشرة Juste apregrave;s le big bang

دعونا نعود إلى كوننا، حيث توقفنا عند 000 000 T = 100 مليون سنة: وإذا أقتربنا أكثر من لحظة الصفر، فإن سرعة الجسيمات تزداد أكثر: وهي تسير كلها بسرعة تقرب من سرعة الضوء. لكن نظرية النسبية الخاصة la relativiteacute; (restreinte) تقول لنا انه عند هذه السرعات، يتباطأ الزمن: مما يجعل من المستحيل تقريبا العودة إلى نقطة الصفر. فهل هذا يعني أن الانفجار الكبير ضرب من الخيال العلميLe big bang serait-il un fantasme de scientifiques ؟
الدليلين الوحيدين في حوزتنا عن وجود هذا الانفجار الكبير هما:
bull; الانزياح نحو الأحمر للضوء القادم من المجرات البعيدة: فكلما كانت بعيدة، كلما ازدادت سرعة ابتعادها عنا كما لو كنا على سطح بالون في حالة انتفاخ وتوسع.
bull; الإشعاع الحراري الكوزمولوجي الذي تم اكتشافه في عام 1957 من قبل بنزاس Penzas و ويلسون Wilson، وإن "ضجيج الخلفية" من موجات الراديو القادمة من كل الاتجاهات في الكون بنفس الكثافة (بنسبة واحد من عشرة آلاف) لديه طيف الإشعاع ذاته الموجود في إشعاع الجسم الأسود بدرجة حرارة 3 درجات مطلقة: يتم تفسيرها كما لو أنها الاشعاعات المنبعثة عند لحظة الانفجار الكبير البغ بانغ big bang، والتي تنامى فيها طول الموجة في نفس وقت توسع أو تمدد الكون المرئي.
المادة والمادة المضادة: المفارقة الثالثة Matiegrave;re et anti matiegrave;re : le troisiegrave;me paradoxe
ما نسميه "فراغ" ليس فراغاً حقاً! وكما نعرف منذ ديراك Dirac بأن الفراغ هو مزيج أو تجمع من "الجسيمات الافتراضية" من المادة والمادة المضادة.
ويمكن للمرء أن يتصور "الفراغ"، كما لو إنه سطح القرميد surface carreleacute;e، مثل الحمام الخاص بك، إلا أنه يتم تحريك هذا السطح بواسطة الموجات: إنها الفوتونات، أو جزيئات الضوء.
وبإمكاننا استخراج الطاقة من الفراغ، بفضل تأثير كازيمير l'effet Casimir: عندما نقرب في الفراغ لوحين مصنوعين من مادة موصلة، فإن الفترة الزمنية الفاصلة بين الصفيحتين تصبح في لحظة ما صغيرة جداً بحيث لا يمكن لـ "موجات الفراغ"، والفوتونات ذوات الطول الموجي الطويل، أن توجد في هذه الفجوة l'interstice، وبالتالي فإن ضغط الجسيمات الافتراضية الناجمة من الفراغ بين اللوحات أو الصفائح les plaques هي أقل من ضغط الجزيئات الموجودة على الطرف الآخر أو الجانب الآخر، في الخارج (يتم وضع هذا الضغط بطبيعته بما يساوي الصفر، وبالتالي فإن الفجوة أو الفراغ بين اللوحات أو الصفائح تكون ذات ضغط سلبي!): والنتيجة هي القوة الجاذبة القابلة للقياس تماما والتي يمكن استخراج الطاقة منها:
للأسف إن هذا النظام قابل للاستخدام لمرة واحدة حيث ما أن يتم لصق اللوحين أو الصفيحتين، سيتوجب علينا أن تنفق الكثير من الطاقة للفصل بينهما... الفيزيائيون لا ييأسون، من التوصل إلى طريقة لاستخراج الطاقة من الفراغ من خلال تأثير كازيمير، وذلك باستبدال اللوحات او الصفائح بموجات ضغط في البلازما الموصلة، وهي موجات يمكننا أن ندمرها من دون إنفاق الطاقة بمجرد أن يقوم تأثير كازيمير بالتقريب بينها... وهناك عدد قليل جدا من المختبرات في العالم يدرسون هذه الطريقة رغم كونها واعدة من أجل حل مشاكل الطاقة التي تواجهنا...
عندما تلتقي موجتان صريحتان، فإن بلاطة تنفصل وتبدأ بالتأرجح أو القفز gambader على سطح الحمام، فوق تموجات من الحجر الرملي. ويمكن أن ترمز هذه البلاطة للمادة، والفراغ الذي تتركه هو المادة المضادة. حسب تشبيهات عالم الفيزياء النظرية جون بيير بتي Jean Piegrave;rre Petit.
ميكانيكا الكم أو الميكانيك الكوانتي La meacute;canique quantique

بالنسبة لعلماء فيزياء الكم أو الكوانتا، يختزل الكون بمعادلة شرودنغر l'eacute;quation de Schrouml;dinger: إن هذه المعادلة تحكم تطور وظيفة معقدة (أي من C إلى C) ويسمى الدالة الموجيةfonction d'onde التي يرمز لها أحيانا بالحروف psi. إن هذه المعادلة الحتمية كلياً parfaitement deacute;terministe تفسر التغيرات في الزمان psi وفقاً لطاقات الأجسام المتفاعلة eacute;nergies des corps en interaction، التي هي حتمية تماما، ما يفسر التباين في الوقت اعتمادا على طاقات الأجسام المتفاعلة. إن أهمية هذه المعادلة يكمن في أن مربع معامل أو دالة psi، هو رقم حقيقي يتراوح بين صفر وواحد، ويحدد احتمال أن التباين والتغيير variation من الطاقة المعطاة (أو إذا فضلنا القول باحتمال حدوث حدث ما).
ويطلق على الـ Psi "وظيفة موجة أو وظيفة دالة" حيث اتضح أننا يمكن أن نقيم فيما بينها وظائف أو دالات موجية والحصول على تداخل في وظيفة أو دالة الموجة: وهو التداخل الذي جعل مجموع طاقتين ليس دائما أكبر من الطاقات المكونة له!
وبالتالي يمكن لميكانيكا الكم أو الكوانتا أن يتنبأ ويتوقع إحصائيا ما يمكن أن يحدث، ولكن لا يعطي أي فكرة أو مؤشر عن متى سيحدث ذلك. وأكثر من ذلك أن من المستحيل أن نعرف ماذا سيحدث لأننا ما أن نلاحظ النظام، فإن رصد ظاهرة ينتج عنه "الحد من وظيفة موجة أو إنقاص دالة الموجة" الأمر الذي يفرض على النظام، حتى لو كان ممتداً مكانيا، لتبني السلوك الذي ينتج عن المراقبة أو الرصد.
الزمان والطاقة: المفارقة الرابعة Le temps et l'eacute;nergie : quatriegrave;me paradoxe
اقترنت معادلة شرودينغرl'eacute;quation de shrouml;dinger بزمن مميز، هو زمن بلانك temps de plank : وهذا الزمن يعادل 0،53. 10-43 ثانية. فمن المستحيل، باستخدام معادلة شرودينغر وصف ظاهرة لها زمن أقصر من زمن بلانك. : إن للزمن الحاضر preacute;sent سماكة محدودة جداً!
وهذا يعني أيضا أنه من المستحيل على علماء الفيزياء السفر في الزمن والعودة الى الوراء إلى لحظة الانفجار الكبير لأكثر من 10-43 ثانية.
يتكون الكون من الطاقة الضوئية أو الفوتونات والجسيمات المادية. هناك مليار مرة من الفوتونات أكثر من المادة. ويمكن للجسيمات المادية أن تتفاعل معا، وتجتمع، وتنفصل، أو استيعاب وامتصاص وبعث الفوتونات. في الواقع، إن المادة والضوء ليستا سوى ظاهرتين لكيان واحد، ألا وهو الطاقة - المادة l'eacute;nergie-matiegrave;re.
ولهذا الأمر تداعيات مهمة: ففي فيزياء الكم، ترتبط كل مادة مع موجة في المعادلة التالية، وإذا كانت E هي كمية الطاقة المادية للجسيم، فإن طول الموجة ستحدده المعادلة المذكورة أعلاه من حيث أن h هو ثابت بلانك constante de Plank و C هو سرعة الضوء.
ما يثير الاهتمام هو أن حزمة الموجة تمثل جسيم من المادة يحتفظ بطول موجته على مر الزمن (والواقع يتعين عليه الحفاظ على طاقته)، في حين أن الفوتون يتبع التوسع في الكون وطوله الموجي، وبالتالي يمتد مع الزمن. إن هذين الشكلين من الطاقة - المادة l'eacute;nergie-matiegrave;re لا يعيشان التوسع الكوني بنفس الطريقة.
وهناك ما هو أكثر غرابة: بما أن الطاقة تتنوع وفق معكوس الطول الموجي، فإن توسع الكون يعكس فقدان مستمر لطاقة الكون! وهذه هي المفارقة الرابعة لعلم الكونيات. بدلا من كون ذو أنثروبيا ثابتة وطاقة متغيرة، وكنا نفضل أن يكون العكس!
من الذي يدفع ثمن التوسع؟! Qui paye le prix de l'expansion ?
المفارقة الخامسة Cinquiegrave;me paradoxe
وهكذا رأينا أن المادة تبدو أنها تتوسع مع توسع الكون. وفي الواقع، ليس من الممكن حتى للمجرات أن تتوسع، لأنها ستفقد توازنها الثقالي eacute;quilibre gravitationnel. نفس الشيء بالنسبة لمجموعات أو حشود المجرات المتقاربة. إلى درجة أننا نصل إلى صورة غريبة، ولايمكن الدفاع عنها في نهاية المطاف:
يمكن أن نتخيل على نحو كلاسيكي توسع الكون كما لو أنه بالون قد رسمت على سطحه المجرات: وهذا تصور خطأ! والأصح هو تصور أننا نثبت على سطح البالون قطع لاصقة صغيرة والتي يفترض بها ألا تتوسع على مر الزمن.