علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
How Mere Humans Manage to Comprehend the Vastness of the Universe
By Sophie Evans on
مراجعة الدكتور حسن أحمد اللواتي
عادة لا تعتبر الفيزياء الفلكية جزءًا من العلوم الإنسانية. ومع ذلك ، فإن مادة دراسية واحدة أخذتها وأنا في آخر سنة من سنوات الجامعة كانت بخلاف ذلك. لقد تركتني في انبهار من قدرة العقل البشري.
مع خلفيتي المتأصلة في العلوم الإنسانية ، وجدت نفسي مركزاً على الأسلوب الذي وصف به أساتذة الكون. بينما كانت البيئات الخيالية للثقوب السوداء والأقزام البيضاء والمادة المظلمة غالبًا ما تحتل مركز الصدارة ، في قلب كل اكتشاف تجد العقل البشري إلى فهم ما هو غير مألوف (غريب).
قصص اكتشافهم جعلت الأمر جلياً أننا غالبًا نأخذ معرفتنا بالكون أمراً مفروغًا منه. بعد كل شيء ، لم يُخلق (يبنى) الكون ليفهمه العقل البشري. عندما ننظر إلى السماء ليلاً ، لا نرى سوى جزء ضئيل للغاية مما هو موجود هناك. مهمة عالم الفيزياء الفلكية تتمثل في وضع صورة للكون على الرغم من عمانا الطاغي.
أردت أن أفهم بشكل أفضل كيف يؤثر “كوننا بشرا” على فهمنا للكون. بعد التحدث مع بعض كبار علماء الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون ، هناك شيء واحد أصبح واضحاً: التخصص (المنهج الدراسي) يتطلب أن يكون العقل البشري واعياً ليس فقط بالكون ولكن بنفسه (ما لم يتم يُذكر خلاف ذلك ، فإن جميع الاقتباسات من هؤلاء العلماء المذكورين أدناه).
خمسة في المائة فقط من الكون مادة طبيعية ويمكن رؤيتها. ضمن هذا الجزء الصغير ، لا تستطيع العين البشرية سوى إدراك المادة التي ينبعث منها الضوء ضمن تردد معين على الطيف الكهرومغناطيسي. في حين أن الطيور يمكنها أن تدرك بحواسها الحقول المغناطيسية وأن الثعابين يمكنها أن تتصور الأشعة تحت الحمراء ، نحن البشر لا يمكننا إلا الإحساس بالضوء المرئي فحسب. كما يبين آدم بوروز Burrows هذا النطاق (رؤيتنا للضوء المرئي) هو الذي يحدد تصورنا للفضاء. تصورنا للفضاء هو ، بهذا المعنى ، نتاج مباشر للعقل البشري.
وبدلاً من افتراض أن تصويراتنا التقطت الكون كله ، يقول جو دونكلي فإن علماء الفيزياء الفلكية “بدأوا يتساءلون عما إذا كانت هناك أشياء أخرى تملأ المجرات والكون لا نستطيع رؤيتها”. كالأشعة السينية وموجات الراديو تلك. بهذه الأدوات ، أصبحت تصويراتنا للكون كاملة بنسبة ٥ في المائة.
ثم أصبحت مهمة علماء الفيزياء الفلكية مهمة استخدام الجزء المرئي من الكون للكشف عن ال ٩٥ في المائة المتبقية. قوانين الجاذبية لأينشتاين وفرت وسيلة للتغلب على الجزء المحجوب . ولأن الجاذبية تعتمد فقط على الكتلة ، إذن يمكن رؤية آثارها بغض النظر عن انبعاث الضوء منها. كما يوضح دونكلي Dunkley ، فإن جرماً ضخمًا غير مرئي ، كالثقب الأسود ، سيجذب جرماً مرئيًا ، كالنجم.
في حين أن صورة تيلسكوب إڤينت هورايزون Event Horizon Telescope للثقب الأسود هي أحد الأمثلة الحديثة ، فإن الاستراتيجية تعود إلى عام ١٩٣٣. كان عالم الفلك السويسري فريتز زويكي Fritz Zwicky الذي استخدم هذا الأسلوب عن غير قصد عند دراسة سلوك مجموعات المجرات العنقودية. وجد أن المجموعات تكون أكبر بكثير مما كان متوقعًا بناءً على ما كان مرئيًا. أطلق فريتز على الكتلة المفقودة “المادة المظلمة”. بعد مرور ما يقرب من ٤٠ عامًا ، أكدت الفلكية الأمريكية ڤيرا روبن Vera Rubin وجودها. أثناء قياس السرعة الشعاعية (١) للمجرات ، لاحظت أن السرعات تتعارض مع تلك التي تنبأت بها قوانين الجاذبية. كان التوقع هو أن الأجرام البعيدة عن مركز المجرة تدور ببطء أكبر من الأجرام القريبة من المركز. وبدلاً من ذلك، لاحظت روبن سرعة ثابتة ، وهذا يعني أنه لم يكن هناك انخفاض على حافة المجرات. وحتى أن يكون هذا ممكنًا ضمن قوانين الفيزياء ، يجب أن يكون هناك “بُعد أكبر للفضاء مما يمكن أن تراه العين” ، كما يوضح دانكلي. الكتلة موجودة ، ولكن لم يتم اكتشافها بعد.
توضح نيتا باهكال Neta Bahcall أن قوانين الجاذبية هي التي تجعل هذه المادة المظلمة قابلة للرؤية بشكل غير مباشر. إنها تسمح لعلماء الفيزياء الفلكية بتحديد مقدار الكون غير المرئي دون معرفة ماهية المادة المظلمة بالضبط. شبه جيمس جينز الموقف ذات مرة بقصة أفلاطون المعروفة ، حيث لما “كنّا مسجونين في كهفنا ، وظهورنا مواجهة للضوء ، لا يمكننا إلاّ رؤية الظل على الحائط”. المقارنة مناسبة، وبخلاف الحدس (التوقع) ، “الظل” هنا يمثل ما يمكن رؤيته ، بينما يمثل “الضوء” ما لا نستطيع رؤيته أو حتى تخيله. بهذا الأسلوب، أصبحت المادة المظلمة تساهم بنسبة ٢٧ بالمائة في تصوير كهفنا للكون.
٦٨ في المائة من الكون الغائب عن تصورنا لا يزال مجهولا. لكن في عام ١٩٩٨ ، ذلك المجهول أعطي إسماً: الطاقة المظلمة. لقد ظهر كوسيلة لتفسير توسع الكون الشاذ. في التسعينيات ، اعتقد علماء الفيزياء الفلكية أن معدل توسع الكون سوف ينخفض تدريجياً. تنبأت قوانين الجاذبية بأن المادة التي تملأ الكون ستبدأ في تجميع نفسها بمرور الزمن ، وبالتالي تبطيء من تمدد الكون. ومع ذلك تبين أن هذا ليس هو الحال. التوسع يتسارع. لا يُعرف سوى القليل جدًا عن الطاقة المظلمة ، ولذا يبقى تصورنا للكون بعيداً عن الإكتمال.
المشاكل التي تعترض تصورنا للكون لا تقتصر على ما يمكننا إدراكه. كما يوضح إد ترنر Turner، “إن عقلنا وثقافتنا التي تشكل فيها (عقلنا) تكيّف الطريقة التي نستكشف بها الكون”. وبسبب هذا التكيف المحدد ، لدينا بقع عقلية عمياء للظواهر الكونية التي تتعارض مع حدس الإنسان وفهمه. على سبيل المثال ، يدعي ترنر أن العقل “مهيئ لرؤية الأشياء بشكل معتد به إحصائياً حينما قد لا تكون كذلك”. نتصور خطأ أنماطًا في المسافات بين النجوم والكواكب في النظام الشمسي ، ونراها كما لو كانت مرتبة.
هناك “خصائص العقل الأخرى التي تحجب رؤية الحقيقة” ، حسب ترنر تأملْ ، على سبيل المثال ، إيماننا بأن الأجسام الهائلة كتلةً (٢) يجب أن تشغل مساحة. هذه ليست علاقة مباشرة: نحن نقبل أن قطعة من معدن الرصاص أثقل من وسادة (مخدة)، على الرغم من أن الأخيرة أكبر. لكن في الحدود القصوى ، نتوقع بعض التلازم (التساوق) الإيجابي بين الإثنين. البيئة المادية القصوى لنجم النيوترون إذاً لها مشاكل. كما يشير مايكل شتراوس Strauss، فإن هذا النجم كثيف لدرجة أن “مقداراً ضئيلا من مادة منه لها كتلة مقدارها 70 مليون فيلا“. لا يسعنا إلا أن نتساءل: أين كل هذه الكتلة؟
يوضح روبرت لوبتون: “إننا عميان بكوننا بشرا عندما ننظر إلى شيء أكبر مما يشعر به الإنسان”. يتضح الأمر لنا أكثر عندما نشاهد ظواهر مخالفة للحدس (مخالفة للتوقع) كالأقزام البيضاء والثقوب السوداء. الأقزام البيضاء تقل في الحجم size كلما أصبحت أكثر ثقلاً، كما يقول جوشوا وين وبالنسبة للثقوب السوداء ، الكتلة كلها تُضغط إلى حجم size مقداره صفر. حيث أننا لا نستطيع رؤية الثقب الأسود ، فإن إعطاء هذه الظواهر إسمًا يسمح لنا بتخيلها. يمكن قول الشيء نفسه عن المادة المظلمة والطاقة المظلمة ، كما يوضح دونكلي. كما هو الحال مع التشبيه السابق ، توفر اللغة وسيلة للتغلب على العمى الأولي للتفاعل مع هذه الظواهر الكونية.
يواجه علماء الفيزياء الفلكية خاصية عامِية (تعمي) أخرى للعقل عندما أخذنا في الإعتبار طبيعة الفضاء: لا يمكننا أن نتصور إلا في ثلاثة أبعاد. ولتخيل الشكل الهندسي للفضاء – أي ما إذا كان مسطحاً أو منحنياً – سنحتاج إلى أن نكون قادرين على التفكير في أربعة أبعاد ، كما يقول دونكلي. على سبيل المثال ، لتحديد انحناء الكرة ، نقوم أولاً بتصور الكرة في ثلاثة أبعاد. لذلك ، لتحديد منحنى ثلاثي الأبعاد ، سيحتاج العقل إلى تصور جسم رباعي الأبعاد.
تبرز هذه الحاجة عندما يتأمل علماء الفيزياء الفلكية في توسع الكون والنسبية. بالنسبة إلى الأول (الكون) ، تتمثل المهمة في تشكيل فكرة عن conceptualise (تصور) كونٍ ثلاثي الأبعاد موجود في حلقة – وهذا تصور مستحيل ، لأن ربط كل بعد سيخلق جسماً رباعي الأبعاد. بالنسبة إلى الأخير (النسبية) ، لإستكشاف السلوك النسبي للزمكان ، تتمثل المهمة في تخيل فضاء ثلاثي أبعاد مشوه الشكل بالجاذبية – وهذا تصور مستحيل آخر.
في كلتا الحالتين ، التشبيهات analogies الثنائية الأبعاد تسهل الفهم. دونكلي Dunkley شبه الكون بخيط طرفيه مربوطين ببعضهما ليكوّن حلقة ، وبعدها يعتمد على اللغة لسد فجوة الأبعاد. سنوصل كل جانب من الفضاء ، بحيث لا يهم أي اتجاه ذهبنا فيه ، فسنعود دائمًا إلى نقطة البداية. وبالمثل ، آينشتاين في ورقته التي نشرها عام ١٩١٥ عن النسبية العامة استخدم الوثابة (الترامبولين trampoline) كمماثل analogous ثنائي الأبعاد للفضاء. ثم رجع الى اللغة ليثبت كيف أن وضع جسم هائل الكتلة على سطح مطاطي (مرن) ينتج عنه بعد عامودي ثالث. نفس المبدأ ينطبق على أبعاد أكثر، وقال، الأجسام الهائلة كتلةً (٢) تحني الفضاء. طالما لا نزال غير قادرين على تصور الظواهر الرباعية الأبعاد ، يقول دونكلي أنه من خلال هذه التشبيهات اللغوية ، “يمكننا تخيل الآثار المترتبة”.
يقول ترنر ، بهذه الطريقة ، يقوم علماء الفيزياء الفلكية “ببسط (توسيع أفق) العقل لرؤية الكون من منظور خارجي”. يتحدث بورووز Burrows عن إعادة تدريب الدماغ من خلال تطوير لغة جديدة مناسبة بشكل أفضل لـ “المحادثة conversation بين الكون والشخص”. تختلف بيئة الكون بشكل كبير عن بيئتنا اليومية بحيث لا يمكننا تخيلها في كثير من الأحيان ، وفقًا لجويل هارتمان. خذ على سبيل المثال ، حجم الكون وعدد النجوم داخله. لغة الرياضيات ، التي ترتكز على الرموز العلمية واللوغاريتمات والقيم الأسية، تسمح لنا بالتعامل مع الكون حيث تقصر (لا تكفي) الكلمات ، كما وضح بورووز Burrows.
وبالمثل ، عند الأخذ في الاعتبار الكون الرباعي الأبعاد ، القياسات الرياضية توفر لعلماء الفيزياء الفلكية وسيلة لا تقدر بثمن لإستكشاف المحجوب. “كما هو في حال البعدين” كما يوضح. دونكلي Dunkley ، “إذا كان الشكل الهندسي للفضاء مسطحاً ، فستظل الخطوط المتوازية ، كالأشعة الضوئية ، متوازية دائمًا. فلو كان الفضاء منحنيًا ، فسوف تتقارب تجاه بعضها البعض في الكون المنحني إيجابيًا أو تتباعد في حالة الكون منحني سلببًا. “للعودة إلى لغة كهف أفلاطون” ، يبدو أننا من خلال قياس الظل أمامنا ، نحن قادرون على تصور ، جزئياً ، طبيعة ما بقي بعيدا عن الأنظار وبعيداً عن الذهن.
حتى مع لغة الرياضيات العالمية هذه ، لا يزال علماء الفيزياء الفلكية يلجأون إلى المصطلحات البيولوجية لوصف بعض الظواهر الكونية. يصف ترنر كيف يتحدث الفيزيائيون عن ولادة النجوم وموتها ، كما لو كانت حيةً. والأمر الأكثر تطرفًا هو “مفارقة التوأم twin paradox” التي صُممت لتسهيل الإدراك الصحيح للزمن. لقد اعتدنا على اعتبار الزمن خطيًا linear ومستقلًا تمامًا ، لكن النظرية النسبية لآينشتاين تقول إن هذا ليس هو الحال على الأرجح. يمر الزمن ببطء أكبر عند الاقتراب من الأجسام الهائلة كتلة (٢).
للتغلب على حدسنا ، يتصور علماء الفيزياء الفلكية “أخذ توأمتين وإرسال إحداهما بطريقة أو بأخرى لقضاء بعض الوقت بالقرب من ثقب أسود ، [بحيث] ستشيخ في الواقع بشكل أبطأ من توأمتها الساكنة على الأرض” ، يشرح دونكلي. التمظهر البدني للشيخوخة يسمح للعقل بالتغلب على عدم انتظام الزمن ، وذلك لأننا قادرون على تصور توأمتين مختلفتين في العمر على الرغم من مظهر المفارقة.
بينما هناك بالتأكيد “خصائص العقل التي تقف حائلاً عن رؤية الحقيقة” ، كما يقول ترنر ، فإن حقيقة كوننا بشرا يسمح لنا بالتفاعل مع الكون. إن حياة النجوم ومفارقة التوأم ليست سوى مثالين لعلماء الفيزياء الفلكية الذين يفهمون ما هو غير مألوف من خلال بايلوجيتنا. بعد كل شيء ، إنه عقل عالم الفيزياء الفلكية الذي يجب عليه أولاً التعرف على نقاطه العمياء ثم ابتكار تقنيات للتغلب عليها. وبهذا المعنى ، تتقارب الفيزياء الفلكية والإنسانية بطريقة رائعة غير متوقعة. كما كتب الناقد الأدبي ليو سبيتزر ، “يؤمن المفكر الإنساني بقوة العقل البشري في استكشاف العقل البشري”.
في كثير من الأحيان ردة الفعل على الفيزياء الفلكية السائدة تركز على ما مدى سعة الكون وما مدى تفاهة المكان الذي نحن فيه. سيكون من الأفضل بكثير قلب القصة بصورة دراماتيكية لكي نرى معجزة العقل الدي يستكشف الكون والعدسة البشرية وكل شيء.
مصادر من داخل وخارج النص:
١-https://ar.m.wikipedia.org/wiki/سرعة_شعاعية
٢-https://ar.m.wikipedia.org/wiki/جسم_مركزي_هائل
المصدر الرئيسي:
https://blogs.scientificamerican.com/observations/how-mere-humans-manage-to-comprehend-the-vastness-of-the-universe/?utm_source=newsletter&utm_medium=email&utm_campaign=daily-digest&utm_content=link&utm_term=2019-10-11_top-stories