المحكم و المتشابه فى الفيزياء النظرية: الانزياح الاحمر...

المجرات البعيدة تبتعد عنا بسرعات تفوق سرعة الضوء..كيف يمكن ان يكون هذا صحيح!..هو صحيح لكنه من متشابه الفيزياء يحتاج حتما الى تأويل حتى ينسجم مع المحكم من الفيزياء: نظرية النسبية الخاصة..
اروع شيئ فى الكوسمولوجيا-اى فيزياء الكون- هى سهولة فهمها و سهولة شرحها بالمقارنة مع الفيزياء الكمومية مثلا التى رغم صعوبتها الذاتية تبقى أمهم كلهم..
ايضا الرائع فى الكوسمولوجيا هو عمق مسائلها و هو نفس عمق مسائل الفيزياء الكمومية لكن المقاربة سهلة جدا بالنسبة لغير المختص...
سأكلمكم اليوم على موضوع اساسى فى الكوسمولوجيا تقوم عليه كل النظرية المعروفة اليوم..
الابعاد الكونية تقاس بما يسمى الانزياح الاحمر redshift...
تصوروا سيارة شرطة او اسعاف تبتعد عنا..عندما تفعل ذلك فان صوت الصفارة يتناقص اكثر فاكثر كلما ابتعدت عنا اكثر....هذا يسمى تأثير دوبلر Doppler effect ....
الصوت هو موجة تنتشر فى المادة...و طول الموجة يتزايد كلما ابتعد عنا منبع الصوت وهذا هو تأثير دوبلر ...
الضوء-والاشعاع الكهرومغناطيسيى- هو ايضا موجة تنتشر فى الفضاء حتى لو كان فارغا تماما من اى مادة..
اذن كون الضوء موجة فإنه يخضع ايضا لتاثير دوبلر مثله مثل الصوت..
فى حالة الضوء فإن هذا ايضا يعنى تزايد طولة الموجة كلما ابتعد عنا منبع الضوء اى ان التواتر ينزاح الى القسم الادنى-اين يوجد اللون الاحمر-من الطيف الكهرومغناطيسىى....ولهذا يسمى الانزياح الاحمر....
الآن الكون فى حالة توسع ..اذن المجرات وهى منبع الضوء تبتعد عنا..اى ان ضوئها يبتعد عنا و منه فإنه يخضع للانزياح الاحمر...
لاحظوا اننى قلت تخضع لانزياح احمر ولم اقل تخضع لتأثير دوبلر لانه فعلا هذا الانزياح نحو الاحمر فى الحالة الكونية ليس هو حقيقة بسبب تأثير دوبلر الذى ينجم عن تراجع منبع عن الملاحِظ فى فضاء ثابت..هذا الانزياح الكونى ناجم فى الحقيقة عن تراجع المنبع عن الملاحِظ بسبب توسع الفضاء الذى يوجد فيه المنبع و الملاحظ...
ركزوا فى الفرق...
اذن الدليل المباشر على توسع الكون هو وجود الانزياح الاحمر فى الضوء الذى نستقبله هنا على الارض من المجرات البعيدة...
هذا الانزياح الاحمر ويرمز له ب z يُحسب باخذ قسمة الفرق فى طول الموجة على طول الموجة فى المنبع.. من الجهة الاخرى, الفرق فى طول الموجة يُحسب بطرح طول الموجة على الارض من طولها فى المنبع...
من اجل المجرات القريبة حيث تكون سرعة تراجعها عنا اقل بكثير من سرعة الضوء فاننا يمكن ان نستخدم قانون دوبلر لربط الانزياح z بسرعة التراجع v كما يلى
z=v/c
اذن كما ترون الانزياح الحرارى للضوء يقيس سرعة تراجع او ابتعاد المجرات عنا..هذه نتيجة اساسية فى الكوسمولوجيا..ومن فهمها فإنه سيفهم الكثير من نتائج المشاهدة و كذلك النتائج النظرية...
الان بُعد المجرات عنا نُعينه باستخدام فانون هابل Hubble الذى يربط السرعة v التى هى سرعة ابتعاد المجرة عنا بالمسافة d التى تفصلنا عن تلك المجرة كما يلى
v=H*d
حيث H هو ثابت هابل و يعطى بالقياسات الحالية ب
H=72 (km/sec)/Mpc
هذا القانون كان اكتشفه هابل فى الثلاثينات و هو احد ركائز الكوسمولوجيا..
هو ينص على ان سرعة ابتعاد المجرات عنا تتناسب طردا مع مسافتها عنا..
اذن كلما كانت المجرة بعيدة عنا كلما كانت سرعتها اكبر..
ولا توجد حدود عليا..
اذن يمكن للسرعة ان تتجاوز سرعة الضوء!...
كيف يمكن ان تفسرون هذا لانه من الجهة الاخرى يستحيل ان تتحطم النسبية العامة على ضوء الفيزياء الجديثة ابدا!...
التمرين الثانى الذى اتركه لكم..فى الصورة الثانية تجدون قياسات للانزياح الاحمر بدلالة المسافة تؤكد قانون هابل..لكن بجوار تجمع فيرغو Virgo cluster -وهو تجمع ضخم للمجرات- هناك الكثير من القياسات كما ترون على الصورة لا تقع على المستقيم..كيف تفسرون هذا?..