تتوافق نماذج الكون الثابت مع معظم الملاحظات بدون معلمات قابلة للتعديل، ويمكن أن يتطابق الانفجار العظيم مع كل من الملاحظات الحرجة، ولكن فقط مع المعلمات القابلة للتعديل، والتي تتطلب إحداها (معلمة التباطؤ الكوني) قيمًا حصرية متبادلة لمطابقة الاختبارات المختلفة.
عدم توازن عملية الانفجار العظيم
لا تستطيع فيزياء اليوم وصف ما حدث في الانفجار العظيم، فلقد فشلت نظرية الكم ونظرية النسبية في هذه الحالة البدائية شديدة الكثافة للكون تقريبًا؛ فقط النظرية الشاملة للجاذبية الكمية التي توحد هذين الركيزتين الأساسيتين للفيزياء، ويمكن أن توفر نظرة ثاقبة حول كيفية بدء الكون.
قام علماء من معهد ماكس بلانك لفيزياء الجاذبية (معهد ألبرت أينشتاين)،باكتشاف أن الفضاء يتكون من “لبنات بناء” صغيرة، وبأخذ هذا كنقطة انطلاق، توصل العلماء إلى واحدة من أكثر المعادلات الجوهرية في علم الكونيات، وهي معادلة فريدمان، التي تصف الكون.
منذ ما يقرب من قرن من الزمان، تعايشت النظريتان الرئيسيتان للفيزياء ولكنهما لم يتم التوفيق بينهما بينما تصف نظرية النسبية العامة لأينشتاين الجاذبية وبالتالي العالم ككل، وتصف فيزياء الكم عالم الذرات والجسيمات الأولية، حيث تعمل كلتا النظريتين بشكل جيد للغاية ضمن حدودهما.
ومع ذلك، فإنها تتفكك، كما تمت صياغتها حاليًا في مناطق متطرفة معينة، على مسافات صغيرة للغاية، على سبيل المثال، ما يسمى بمقياس بلانك، وبالتالي، فإن المكان والزمان لا معنى لهما في الثقوب السوداء، ولا سيما أثناء الانفجار العظيم.
أسباب عدم توازن نظرية الانفجار العظيم
من المفترض أن تكون النظريات العلمية قابلة للاختبار وقادرة على تقديم تنبؤات قابلة للدحض، لكن لسوء الحظ تقصر نظرية الانفجار العظيم عن بعض التوقعات، وبالتالي تنشأ بعض المشكلات التي لا يمكن تفسيرها بهذه النظرية الحالية.
مشكلة الأفق
عند النظر إلى سماء الليل ورؤية النجوم، من المحتمل أن يكون الضوء الذي تراه أكبر منك بمئات السنين، كل ذلك لأن الضوء الذي ينتقل من النجوم ويستغرق وقتًا لاجتياز المسافات الكبيرة والوصول إلى العين.
ومع ذلك، إذا تم النظر في اتجاه واحد إلى السماء واكتشفت هذه الحرارة المتبقية ثم الاتجاه المعاكس، ستكون إشارة الحرارة هي نفسها تمامًا، حتى مع وجود مسافة 28 مليار سنة ضوئية بينهما، والمثير هنا هو أنه لا شيء يمكن أن يسافر أسرع من سرعة الضوء، ولكن بطريقة ما هذه النقاط مفصولة بمسافة، والتي لا يمكن اجتيازها في وقت وجود الكون، تشترك في نفس الإشارة.
مشكلة التسطيح
- في الكون المغلق، توجد مادة كافية للسماح لقوة الجاذبية بالتغلب على معدل التمدد، وهو ما افترضه أينشتاين، وهكذا سنرى شيئًا مشابهًا لشكل الكرة.
- الكون المفتوح، إن توسع الكون كافٍ للتغلب على قوة الجاذبية بسبب كمية المادة الموجودة، والتي ستقود الكون إلى مواصلة توسعه إلى الأبد، وهكذا سنرى كونًا على شكل سرج.
- الكون المسطح، يتم موازنة معدل التمدد وقوة الجاذبية إلى النقطة التي يتباطأ فيها معدل التمدد في النهاية، وهكذا سنرى كونًا مسطحًا.
- في النتائج هذه، يكون الكون مسطح تمامًا تقريبًا، وبعد مليارات السنين من وجود الكون، فإن احتمالية التوازن بين الجاذبية ومعدل التوسع غير محتملة و “مثالية” لدرجة أن حقيقة هذا الشكل لم يتم تفسيرها بعد.
عدم اكتشاف المادة المظلمة
من المحتمل أن تكون المادة المظلمة هي المشكلة الأكثر شهرة التي تواجه علماء الكونيات الحديثين فلقد قرر علماء الفلك أن معظم المادة في كوننا لا تتكون من ذرات أو أي مواد أخرى معروفة، ولكنها تتكون من شيء آخر، شيء لا يشع الضوء أو يعكسه أو يمتصه بشكل ملحوظ.
وعلى الرغم من عدم معرفة الكثير عن طبيعة المادة المظلمة غالبًا ما يتكهن علماء الكونيات حول أنواع الجسيمات التي قد تتكون منها هذه المادة، على وجه الخصوص أدرك الباحثون منذ فترة طويلة أنه إذا تفاعلت جسيمات المادة المظلمة من خلال قوة تعادل تقريبًا قوة القوة النووية الضعيفة (التي تتحكم في الانحلال الإشعاعي)، فإن عدد هذه الجسيمات التي كان من المفترض ظهورها من الانفجار العظيم سيتطابق تقريبًا.
الخلفية الكونية الميكروية وعدم توازن الانفجار العظيم
حسب العالم إدينجتون درجة الحرارة الدنيا التي يمكن لأي جسم في الفضاء أن يبرد إليها، نظرًا لأنه مغمور في إشعاع ضوء النجوم البعيد، مع عدم وجود معلمات قابلة للتعدي حصل على 3 درجات كلفن (تم تنقيحه لاحقًا إلى 2.8 درجة كلفن)، وهي في الأساس نفس درجة الحرارة المرصودة، المسماة “الخلفية”.
وإن كان بدقة أقل، ينطبق على درجة الحرارة المحدودة للفضاء بين المجرات بسبب إشعاع ضوء المجرة، لذا فإن المادة بين المجرات تشبه “الضباب”، وبالتالي فإنها تقدم تفسيرًا أبسط لإشعاع الميكروويف، بما في ذلك الطيف على شكل الجسم الأسود.
تنخفض كمية الإشعاع المنبعثة من المجرات البعيدة مع زيادة الأطوال الموجية، كما هو متوقع إذا تناثرت الأطوال الموجية الأطول بواسطة الوسط بين المجرات، على سبيل المثال تتغير نسبة سطوع المجرات الراديوية عند أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء والراديو مع المسافة بطريقة توحي بالامتصاص، يعني هذا في الأساس أن الأطوال الموجية الأطول يتم امتصاصها بسهولة أكبر بواسطة المواد الموجودة بين المجرات.
ولكن بعد ذلك يجب امتصاص إشعاع الميكروويف (بين الطولين الموجيين) بواسطة هذا الوسيط أيضًا، وليس لديه فرصة للوصول إلينا من مثل هذه المسافات الكبيرة، أو البقاء متماثلًا تمامًا أثناء القيام بذلك، ويجب أن ينتج بدلاً من ذلك عن إشعاع الموجات الدقيقة من الوسط بين المجرات، إذ لم تكن أي من تنبؤات درجة حرارة الخلفية المستندة إلى الانفجار العظيم قريبة بما يكفي للتأهل كنجاحات.
سرعة توسع الفضاء وعدم توازن الانفجار العظيم
في عام 1929، اكتشف إدوين هابل أن المجرات تبتعد عن الأرض بسرعات تتناسب مع مسافاتها، وقدم هذا أول دليل واضح على أن الكون آخذ في التوسع، ومنذ ذلك الحين كان المعدل الحالي لهذا التوسع، حيث أن ثابت هابل هو أحد الخصائص الرئيسية للكون التي يدرسها علماء الكونيات.
من العدل قول إن قياس ثابت هابل كان صعبًا منذ فترة طويلة، حيث عانى تقرير هابل الأصلي من أخطاء منهجية أدت به إلى المبالغة في تقدير معدل التوسع بمعامل 7، وعلى الرغم من أن دقة هذه القياسات قد تحسنت بشكل كبير خلال العقدين الماضيين، إلا أنه لا يوجد إجماع حتى الآن بشأن القيمة الصحيحة لهذه الكمية.
وفي الواقع مع تحسن هذه القياسات، فيبدو أن النتائج من الطرق المختلفة تختلف مع بعضها البعض بشكل أكبر، وتتمثل إحدى طرق تحديد ثابت هابل في القياس المباشر لمدى سرعة تحرك الأجسام بعيدًا عن الأرض، تمامًا كما فعل هابل في عام 1929، وبالنسبة لقياساته، استخدم هابل فئة خاصة من النجوم النابضة المعروفة باسم متغيرات (Cepheid)، والتي تتبع لمعانها الجوهري بشكل جيد الفترات التي تتألق وتتلاشى خلالها.
