نشأة الكون

يقوم درس نشأة الكون على تفسير كيفية بدء الكون وتطوره من خلال نظرية الانفجار العظيم، والتي تنص على أن الكون بدأ من نقطة مركزة متناهية الصغر وعالية الحرارة قبل نحو 13.8 مليار سنة ثم بدأ في التمدد والتبرد. يعتمد العلماء على قانون هبل لربط سرعة تباعد المجرات بالمسافة بينها لحساب عمر الكون. مثال سريع: إذا كانت مجرة تبعد عن الأرض مسافة معينة وتتحرك بسرعة محددة وفق ثابت هبل، فيمكننا حساب هذه السرعة بضرب المسافة في الثابت، حيث تتناسب السرعة طرديا مع المسافة.

الفكرة الأساسية

يقوم الدرس على تفسير نشأة الكون وتطوره عبر مراحل زمنية تبدأ من الانفجار العظيم وتمدد الكون المستمر، معتمدة على الأدلّة الفلكية والقوانين الفيزيائية والرياضية لتقدير عمر الكون وحساب سرعة تباعد المجرات.

الشرح

يبدأ الكون وفق نظرية الانفجار العظيم من نقطة مركزة متناهية الصغر وعالية الحرارة قبل نحو 13.8 مليار سنة، ثم يمر بمراحل تمدد وتبريد تنفصل خلالها القوى الطبيعية وتتكون الجسيمات الأولية ثم الذرات والنجوم والمجرات. يتوسع الكون باستمرار، وينص قانون هبل على أن سرعة تباعد المجرات عن الأرض تتناسب طرديا مع المسافة بين الأرض والمجرات، ويُعبر عن ذلك بالمعادلة $v = d H_o$ حيث ($v$) هي سرعة تباعد المجرة، و($d$) هي المسافة بين الأرض والمجرة، و($H_o$) هو ثابت هبل. وبما أن عمر الكون هو مقلوب ثابت هبل ($t = \frac{1}{H_o}$)، يمكننا تقدير عمر الكون بعملية حسابية تعتمد على قيم ثابت هبل والتحويلات وحدات القياس.

مثال محلول خطوة بخطوة

اذا كانت مجرة الدوامة تبعد عن الارض مسافة قدرها $23 \text{ Mly}$ (مليون فرسخ نجمي)، وثابت هبل يساوي $20.8 \text{ km/s/Mly}$، فأوجد سرعة تباعد هذه المجرة. الخطوة الأولى: حدد المعطيات من المسألة وهي المسافة $d = 23 \text{ Mly}$ وثابت هبل $H_o = 20.8 \text{ km/s/Mly}$. الخطوة الثانية: اكتب قانون هبل الرياضي للسرعة $v = d H_o$. الخطوة الثالثة: عوض بالأرقام في المعادلة ليصبح الناتج $v = 23 \times 20.8$. الخطوة الرابعة: احسب الناتج النهائي لتجد أن سرعة تباعد المجرة تساوي $478.4 \text{ km/s}$.

أخطاء شائعة

الاعتقاد بأن المجرات تتحرك عبر الفضاء الثابت، بينما الصحيح هو أن الفضاء نفسه هو الذي يتمدد وتبتعد المجرات مع هذا التمدد. الخلط بين مفاهيم علم الفلك الذي يدرس الأجرام السماوية وعلم الكون الذي يدرس نشأة الكون وتطوره.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ما النص الذي تبنى عليه نظرية الانفجار العظيم في تفسير بداية الكون؟ الإجابة: نصت على أن المادة والطاقة كانت موجودة في لحظة معينة منذ ما يقرب من اربعة عشر مليار سنة مركزة في منطقة متناهية في الصغر. السؤال الثاني: اكتب معادلة قانون هبل لحساب ثابت هبل بدلالة السرعة والمسافة. الإجابة: $H_o = \frac{v}{d}$ حيث ($H_o$) ثابت هبل، و($d$) المسافة بين الارض والمجرة، و($v$) سرعة تباعد المجرة عن الارض.