إلى أي مدى يمكننا الرجوع بالزمن إلى الوراء بالاستعانة بالإزاحة الحمراء؟ فإذا كانت لحظة الانفجار العظيم مرتبطة بحالة من الانضغاط اللانهائي، عندئذ سترتفع الإزاحة الحمراء دون حدود كلما انبعث الضوء من لحظات أبعد وأبعد من الماضي. وعلى هذا يتحلى الضوء الصادر عن الانفجار العظيم نفسه بإزاحة حمراء لانهائية هذا إذا كان من الممكن وصوله إلينا بالطبع. تعني الإزاحة الحمراء اللانهائية أننا في الحقيقة لن نرى شيئًا على الإطلاق؛ أي إن الإشعاع لن يحمل لنا أي معلومات. هذا، كما هو واضح، يعد حدًّا فاصلا؛ إذ لن يمكننا قط النظر خلف هذه النقطة في الفضاء أو هذه اللحظة من الزمن. يشير علماء الكونيات لهذا الحد باسم «الأفق». إن لحظة الانفجار العظيم، وفق هذه الصورة البسيطة المرسومة على نحو مثالي، هي أفق الفضاء الذي لا يمكننا رؤية أي شيء وراءه، حتى بشكل نظري، مهما بلغت قوة معدات الرصد لدينا (حتى مع تجاهل معدل إعتام المادة) من طرق التعبير عن هذا الحد الإشارة إلى أنه خلال الـ ۱۳٫۷ مليار سنة التي انقضت منذ الانفجار العظيم، يمكن أن يكون الضوء قد سافر لفترة 13.7 مليار عام على الأكثر، ولهذا ليس من قبيل المفاجأة أننا نعجز عن رؤية أبعد من هذا القدر. إلا أن مثل هذه العبارات يجب التعامل معها بحذر؛ فحين نرصد مجرة تبعد عنا 13 مليار سنة ضوئية، فنحن نراها في المكان الذي كانت فيه منذ 13 مليار عام. لكن اليوم، ستكون هذه المجرة أبعد في المسافة بكثير عنا، لأن الكون تمدد تمددًا كبيرًا خلال هذا الوقت الفاصل. وعلى هذا تعتمد المسافة بيننا وبين المجرة على ما إذا كنا نتحدث عن المسافة الماضية (أي المسافة إلى المكان الذي «كانت» المجرة فيه لحظة إطلاق الضوء في الماضي) أم المسافة الحالية. إن أبعد المجرات التي يمكن رؤيتها باستخدام تلسكوب الفضاء هابل تقع «الآن» على مسافة حوالي 28 مليار سنة ضوئية من الأرض.⁷

في هذه النقطة من النقاش عادة ما يطفو على السطح قدر من الارتباك. إذ يتساءل الناس: إذا كان الكون قد بدأ وهو منكمش للغاية في الحجم فلماذا كان علينا الانتظار كل تلك السنوات كي يصل الضوء إلينا من بقاع الكون التي كانت في الماضي السحيق، أقرب من هذا بكثير؟ لماذا لم يقطع الضوء الصادر عن هذه المناطق الكون المضغوط بسرعة بحيث يصل إلينا منذ زمن بعيد؟ تكمن إجابة هذا السؤال في «معدل» تمدد الكون فالضوء وهو يسافر عبر الكون يسرع صوب مجرات تتباعد تباعدًا متزايدًا عن مصدر الضوء. يمكن التعبير عن الأمر بصورة مختلفة بأن نقول إنه حتى إذا كان الضوء يقطع الفضاء فإن الفضاء نفسه يتمدد أمامه، وعلى هذا تشبه دفقة الضوء العداء الذي يجري على مشاية الجري. وتكون نتيجة ذلك أن رحلة الضوء تزيد تزايدًا كبيرًا.

للأفق وظيفة أخرى إلى جانب الحد من نظرتنا إلى الكون، فمن المبادئ الأساسية التي تقوم عليها نظرية النسبية أنه لا يمكن لجسم أو تأثير فيزيائي أن يتجاوز سرعة الضوء (انظرالعنوان لماذا يعد الضوء حد السرعة الأقصى في الكون؟). وعلى هذا فإن الحدث الذي يقع ما وراء الأفق لا تستحيل رؤيته وحسب، بل يستحيل عليه أيضًا بذل أي تأثير فيزيائي علينا في هذا الوقت، والعكس بالعكس. فإن هذا القيد على عمل نظرية السببية سيكون عاملا مهما في محاولاتنا لفهم تركيبة الكون.

لماذا يعد الضوء حد السرعة الأقصى في الكون؟

لماذا لا يستطيع شيء التحرك بسرعة تفوق سرعة الضوء؟ من سبل الإجابة على هذا السؤال التساؤل عما سيحدث لو أننا حاولنا جعل أحد الأجسام المادية يكسر حاجز الضوء. يمكن إجراء مثل هذه التجربة على الجسيمات دون الذرية المشحونة كالإلكترونات، والتي يمكن حثها إلى سرعات تقترب من سرعة الضوء.

وفق نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين، المنشورة عام 1905، فإن كتلة الجسم تعتمد على سرعته. هذه نتيجة مباشرة لمعادلة: «الطاقة = الكتلة × مربع سرعة الضوء E = mc² . يرتبط بالحركة نوع من الطاقة (يسمى الطاقة الحركية)، وتخبرنا المعادلة بأن الطاقة لها كتلة. ولأن الجسم المتحرك تكون طاقته أكبر من الجسم الساكن تكون بالتبعية كتلته أكبر. في السرعات العادية لا نلحظ أن الجسم المتحرك يكون أثقل من الجسم الساكن، والعامل (مربع سرعة الضوء) في المعادلة يعني أن الطاقة الحركية التي نقابلها في السرعات العادية لا تزيد من كتلة الجسم إلا بقدر ضئيل للغاية. إلا أنه في السرعات القريبة من سرعة الضوء تضاهي كتلة الطاقة الحركية كتلة الجسم عند السكون عند 87 بالمائة من سرعة الضوء يكون للطاقة الحركية وزن أكبر من الكتلة عند السكون ومع سرعات أكبر تبدأ الكتلة الكلية في التصاعد وبعد ذلك يحدث تناقص في معدل الزيادة؛ فالمزيد والمزيد من الجهد المبذول في محاولة تسريع الجسم يجعله أثقل وزنًا، ومن ثم يقل معدل التسارع أكثر وأكثر. ومع الاقتراب من سرعة الضوء ترتفع كتلة الجسم دون حدود، مما يجعل من المستحيل عليه زيادة سرعته، ولهذا السبب من المستحيل كسر حاجز الضوء.

والآن لنتحدث ببعض المصطلحات الفنية: يطلق على كتلة الجسم في سكونه مصطلح كتلة السكون، أما الكتلة الكلية للجسم المتحرك فيطلق عليها «الكتلة النسبية»، وهي تتكون من كتلة السكون إضافة إلى الكتلة المرتبطة بطاقة حركته. حين يشير علماء الفيزياء إلى كتلة الجسم، فإنهم عادة يعنون كتلة السكون. يقال إن الفوتون له كتلة سكون قدرها صفر، لكن من المستحيل أن يكون في سكون قط؛ إذ إنه يتحرك على الدوام بسرعة الضوء، وبالتأكيد له كتلة نسبية لا تساوي صفرًا (بما يتناسب مع تردده في الحقيقة).

هوامش

(7) For a careful exposition of this point, see Tamara Davis and Charles Lineweaver, “Misconceptions about the Big Bang,” Scientific American (March 2005), p. 36.