التكبير الكوني هو أحد أغرب الأوهام البصرية في الكون

إنه لأمر مدهش دائمًا، وأكثر من ذلك بقليل من التواضع، أن يذكرنا الكون بأن “حسنا السليم” إقليمي، وينهار على المقاييس الكونية.

إذا كنت على سطح الأرض – وأنا أراهن أنك كذلك – فهناك العديد من الطرق لتقدير المسافة إلى جسم ما بشكل موثوق. أحد الأشياء التي نستخدمها دون وعي تقريبًا هو مقارنة كائن ما واضح الحجم مع حجمنا يعرف ليكون. على سبيل المثال، لديك إحساس جيد بحجم الإنسان العادي. لذا، إذا رأيت شخصًا كبيرًا يلوح في الأفق في رؤيتك، فيمكنك اعتباره قريبًا، بينما إذا بدا صغيرًا جدًا، فلا بد أنه أبعد بكثير.

بالطبع، بعض البشر أكبر أو أصغر من المتوسط، ولكن لا يزال بإمكانك حساب ذلك للحصول على تقدير مناسب للمسافة. والاتجاه العام واضح تمامًا: كلما كان الجسم بعيدًا، كلما بدا أصغر. الاتجاه واضح جدًا، في الواقع، لدرجة أننا يمكننا أن نرى أن معدل التغيير خطي: ​​مضاعفة المسافة، وسيبدو الجسم بنصف حجمه السابق. انظر إليها على بعد 10 مرات، وستبدو أكبر بمقدار عُشر حجمها.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

كل هذا يعمل بشكل رائع بالنسبة للأجسام المألوفة التي يصل طولها إلى بضعة كيلومترات، لكن من المعروف أن علماء الفلك غير راضين عن هذه المقاييس الصغيرة نسبيًا. نريد أن نعرف المسافات إلى الأشياء الموجودة تريليونات كيلومترات أو حتى مليارات المرات أبعد من ذلك!

وفي صور عميقة للسماء من التلسكوبات العملاقة، تكثر المجرات. قد يكون بعضها قريبًا نسبيًا منا – على بعد عشرات الملايين من السنين الضوئية فقط – بينما قد يكون البعض الآخر على بعد مليارات السنين الضوئية في الخلفية. بمجرد النظر إلى الصورة، كيف يمكنك معرفة ذلك؟

قد تفترض أن المجرات التي تبدو أصغر حجمًا هي أبعد، وذلك تماشيًا مع حدسنا الأرضي، لكن هذا لن ينجح؛ مثل البشر، المجرات تأتي في مجموعة من الأحجام. عندما تفحص صورة ما، قد تنظر إلى مجرة ​​ضخمة تقع تقريبًا على حافة الكون المرئي، أو مجرة ​​قزمة صغيرة في الفناء الخلفي للكون. فقط بالحكم على الصورة، من المستحيل معرفة ذلك.

من الممكن أن يكون هناك مقياس فيزيائي قياسي للمجرات، بطريقة ما لقياس بعدها عن طريق ربط تفاصيل بنيتها بحجمها الإجمالي، ولكن يبدو أن مثل هذه السيناريوهات بسيطة للغاية بالنسبة للتعقيد الحقيقي للكون.

لقد اتضح أن المقياس الخطي القياسي الذي نستخدمه على الأرض لن ينطبق إلا على المقاييس الكونية إذا كان كوننا ثابتًا – لا يتغير حجمه بمرور الوقت – وهو ليس كذلك! وبدلاً من ذلك، يتوسع الكون، وينمو بشكل أكبر كل يوم. تجلب هذه الظاهرة معها عددًا كبيرًا من العواقب الغريبة، لكن المثير للدهشة هو أنه بعد عتبة معينة من الانفصال عنا، يبدو أن المجرات البعيدة تبتعد عنا. أكبر مع المسافة! كما يحدث في كثير من الأحيان، فإن الكون أغرب كثيرًا مما تعتقد.

هذا التأثير الذي يبدو متناقضًا هو نتيجة للتوسع الكوني المقترن بسرعة الضوء المحدودة.

عندما نقول أن مجرة ​​ما تبعد، على سبيل المثال، 12 مليار سنة ضوئية، فإننا نعني عادة أن الضوء الصادر من تلك المجرة يستغرق 12 مليار سنة للوصول إلينا. لكن خلال فترة انتقال هذا الضوء، أصبح الكون أكبر طوال الوقت. وهذا يعني أنها كانت أصغر في الماضي، و كانت الأشياء الموجودة فيه أقرب إلى بعضها البعض. وعندما غادر الضوء تلك المجرة قبل 12 مليار سنة، كانت المجرة أقرب إلينا، فتبدو أكبر من المتوقع لتلك المسافة بمجرد وصول ضوءها إلى هنا!

وهذا بالتأكيد غير بديهي، وبصراحة، غريب. ومع ذلك، فإن هذا ما تؤكده المعادلات التي تحكم كيفية عمل الكون. ينطبق هذا التأثير على جميع المجرات، لكنه يكون صغيرًا بشكل غير محسوس بالنسبة للمجرات القريبة نسبيًا؛ وقت سفرهم الضوئي صغير جدًا مقارنة بعمر الكون، لذلك لم يكن الكون أصغر بكثير عندما أطلقوا الضوء الذي نراه الآن. حجمها الظاهري لا يتأثر بدرجة كافية لاكتشافها.

لكن التأثير يتصاعد مع المسافة ويبدأ بالسيطرة على الأجسام التي لها زمن انتقال خفيف يصل إلى حوالي 9.5 مليار سنة. عند تلك النقطة، نحن ننظر إلى الوراء كثيرًا في الزمن – إلى حد بعيد في تاريخ توسع الكون – بحيث يتم تضخيم المجرات بشكل فعال، وتبدو أكبر مما كانت عليه لولا ذلك. المسافة الدقيقة التي يبدأ فيها هذا التأثير تعتمد على العديد من العوامل المعقدة، بما في ذلك مدى سرعة توسع الكون وكمية المادة التي يحتوي عليها. في الواقع، إذا تمكنا من قياس هذا النمو الظاهري في الحجم بدقة، فيمكننا استخدامه لتحديد هذه المعلمات الكونية المهمة بشكل أفضل.

لسوء الحظ، لأن المجرات لا تأتي بأحجام قياسية، فهذه مهمة صعبة للغاية. والأسوأ من ذلك هو أن تأثير التكبير الكوني هذا يجعل بعض المجرات تبدو مربكة باهتة: فإذا ظهرت أكبر كان نورها أكثر انتشارًا، فصارت أكثر خفوتًا وأكثر صعوبة في ملاحظتها!

على الرغم من أن هذا التأثير مثير للدهشة، إلا أن ما قد يكون أكثر إثارة للدهشة هو أننا تمكنا من الرؤية لمسافة كافية لرصده على الإطلاق من مكاننا الكوكبي في المياه النائية لمجرة درب التبانة. إن وجودها في حد ذاته هو أحد الأسباب العديدة التي دفعت علماء الفلك إلى بذل جهد شاق لتحديد المسافات إلى الأجسام البعيدة للغاية. إن القيام بذلك يمكن أن يكشف معلومات حول مثل هذه الأشياء بالطبع، ولكن أيضًا حول الكون من حولها والطريقة التي تصرف بها عندما كان صغيرًا جدًا. بشرط أن نأخذ هذا الدرس القاسي على محمل الجد: بمجرد أن نبدأ الحديث عن مسافات تقاس بمليارات السنين الضوئية، فإن تطورنا الضيق الأفق يفشل تمامًا، وعلينا أن نكون حذرين للغاية حتى لا نستقرئ طوعًا أو كرها من تجربتنا على الأرض.