النجوم والمجرات والعناقيد الموضحة هنا مقيدة بالجاذبية ولن تتوسع مع الكون.إن توسع الكون له تاريخ طويل وملفت للنظر. عندما لاحظ هابل لأول مرة العلاقة بين المسافة بيننا وبين المجرة والانزياح الأحمر لضوءها ، أدرك على الفور أن هذه كانت نتائج لنظرية النسبية العامة لأينشتاين. عندما أعلن هابل عن اكتشافه ، تخلى أينشتاين على الفور عن ثابته الكوني - "العامل الغبي" المصمم للحفاظ على الكون ثابتًا - ووصفه بأنه أكبر خطأ. ولكن بينما تتسع المساحة بين المجرات ، تحافظ الذرات والأشخاص والكواكب على حجمها. ما الذي يحدد ذلك؟ يريد قارئنا معرفة:
ما هو حجم الأبعاد عندما يتعلق الأمر بتوسع الكون؟ هل هذا يعني أن طول بلانك غير متناسق؟ هل تنمو المدارات الذرية مع هذا الامتداد للفضاء ، أم أن التفاعل القوي يعوق ذلك؟
نموذج للكون المتنامي "خبز بالزبيب" ، حيث تزداد المسافات النسبية مع اتساع الفضاء (اختبار)من الصعب تصور توسع الكون - لأنه ليس بديهيًا على الإطلاق. ربما يكون أفضل تشبيه هو تخيل نسيج الفضاء على شكل كتلة من العجين معلقة في الفرن تحت انعدام الجاذبية. عند الخبز ، يكون الخبز مناسبًا للخميرة ويتسع بالتساوي في جميع الاتجاهات. لكن هذا تشبيه للمساحة الفارغة. ماذا لو أردت تخيل فضاء فيه مادة: بروتونات ، ذرات ، أناس ، كواكب ، مجرات ، عناقيد؟ هناك طريقتان لتصور هذا التمديد.
الأول هو سطح الكرة بعملات معدنية ملتصقة بها. لا تتغير العملات المعدنية ، وتضخم الكرة. أصبح الكون أكبر ، والفضاء بأكمله بين الجسيمات الفردية - أو المجرات الفردية - ينمو أيضًا. يبدو أن العملة تتحرك بعيدًا عن جيرانها بسرعة معينة ، وستتم إزالة العملة الموجودة مرتين أكثر مرتين بسرعة. وستشهد كل عملة الشيء نفسه: ستعتمد سرعة الضوء والانزياح الأحمر (التمدد) للضوء فقط على المسافة إلى العملة التي تنظر إليها. هذا هو بالضبط ما يحدث هنا ، وهو معروف منذ عشرينيات القرن الماضي. هذه العلاقة موجودة في الكون ، والتي أظهرها قانون هابل لنا.
طريقة أخرى لتخيل التمديد هي أخذ الكرة التي يتم رسم الأشياء عليها. عندما يتم نفخ الكرة وتمدد السطح ، تتوسع العلامات أيضًا. بالطبع ، ستتحرك الأجسام البعيدة وفقًا لقانون هابل ، ولكن في حالتنا ، سيتم تضخيمها جنبًا إلى جنب مع نسيج الفضاء.
إذن ماذا يحدث في الكون؟ على أي مقياس تتسع المساحة؟ يمكننا ، أولاً ، دراسة الكون نفسه. عند مراقبة المجرات البعيدة ، يجب علينا تسجيل الانزياح الأحمر والانخفاض في كتلتها ، لأنه كلما كانت المجرة أبعد ، كلما ظهرت في وقت سابق.
نرى هذا ، ولكنك ترى أيضًا ميزات مهمة أخرى:
• للمجرات ذات الانزياح الأحمر الكبير نفس الخطوط الطيفية - مما يعني أن خصائص وأحجام الذرات التي كانت موجودة منذ مليارات السنين لا تختلف عن اليوم.
• يتم تحديد الحجم المادي للمجرات من خلال كتلتها فقط. المجرات من نفس الكتلة ، القديمة منها والجديدة ، لها نفس الحجم.
• يعتمد مبدأ تكوين الشبكات الفضائية (الهياكل واسعة النطاق) فقط على كمية الكتلة المتاحة في منطقة معينة من الفضاء.
اتضح أن التشبيه بالعملات المعدنية سيكون أقرب إلينا من الطلاء. عند مراقبة الكون ، نرى أن نسيج الفضاء يتوسع دائمًا ، ما لم يتم التدخل فيه بواسطة قوة أخرى تسحب الأشياء معًا. هذا يتناسب تمامًا مع القاعدة النظرية ، لأنه على الرغم من الرأي الواسع الانتشار ، فإن التوسع ليس القوة ، بل السرعة. عندما يرتبط شيء ما معًا ، يصبح من غير المهم أي نوع من القوة يربطه ، سواء كانت قوة نووية في بروتونات ونويات الذرات ، أو قوة كهرومغناطيسية في الذرات ، والخلايا والأشخاص ، أو أنها جاذبية في حالة الكواكب والنجوم والمجرات والتجمعات.
مجموعة فيرونيكا للشعرعلى الرغم من أن نسيج الفضاء يتسع من تلقاء نفسه ، إلا أنه يتمدد بمعدل معين لكل وحدة طول. (في الواقع ، هذه كمية ذات بعد عكسي). يتبين تقريبًا أنه إذا كانت القوة بين جسمين تجعلهم يجتذبون أسرع من زيادة المسافة بينهما بسبب توسع الكون ، لكنهم لا يتحولون بالفعل إلى "طلاء" ، ولكن إلى "عملات معدنية". أجسامنا متصلة ببعضها البعض ، وكل ذرة متصلة ببعضها البعض ، والمجموعة المحلية من المجرات متصلة ببعضها البعض بالفعل ، وحتى المجموعة الكاملة لشعر فيرونيكا متصلة ببعضها البعض. ولكن من المهم أن نتذكر أن كل شيء نسبي. لا يؤثر تمدد الكون على مجموعتنا المحلية وكل شيء بداخلها ، لأن مجموعتنا المحلية مرتبطة بإحكام شديد - ولكن تجاوزها ، وسيستمر الفضاء في التوسع. هذا هو السبب في أن المجرات البعيدة وغيرها من الهياكل ذات الصلة تتحرك بعيدًا عنا ، على الرغم من أنها كلها مرتبطة محليًا بجزءها من الكون.
ولكن يمكننا البحث عن مناطق صغيرة تعسفية من الفضاء حيث لا يوجد مثل هذا الاتصال ، حيث لا يوجد أي شيء ، ونجد أن منطقة من أي حجم - عدة سنوات ضوئية ، كيلومترات ، ميكرون ، أقطار بروتون أو أطوال بلانك (أو حتى أقل) - تتوسع بموجب قانون هابل. إن سرعة توسيع المساحة في GR تجعل من الممكن اعتبار نسيج الفضاء كما لو كان مستمرًا تمامًا ، ولا يحتاج إلى القياس الكمي ، كما هو الحال في فيزياء الكم. هذا لا يزال صحيحًا بالنسبة لتوسع الكون تمامًا طالما أنك لا تضع بنية متصلة فيه! لا توجد قيود أساسية على مدى صغر قطعة من المساحة أثناء التوسع ، ولكن لهذا يجب أن تكون إما فارغة أو كبيرة بما يكفي بحيث لا يمكن للهيكل الحالي التغلب على التوسع.