حين يمعن علماء الفلك النظر في السماء بتلسكوباتهم فهم يرون الأجرام البعيدة لا كما هي عليه الآن، بل كما كانت عليه حين غادرها الضوء الذي يصل إلى تلسكوباتهم عابرًا الفضاء. ومن هذا المنطلق يكون التلسكوب «نافذة زمنية». على سبيل المثال، إذا انفجر نجم قريب منا بالأمس فسنظل غير عالمين بتلك الكارثة لسنوات؛ حتى يصل إلينا الضوء الذي يعرفنا بانفجار النجم إلى كوكب الأرض. بالنظر أبعد من ذلك، فإننا نرى النجوم الموجودة في مجرة أندروميدا كما كانت عليه منذ 2.5 مليون عام. وبالتبعية تبدو المجرات الأبعد أكبر عمرًا. يسجل تلسكوب الفضاء هابل بطريقة روتينية صور المجرات كما كانت عليه قبل حتى تواجد كوكب الأرض. ومن الممكن بالفعل رؤية أكبر المجرات عمرًا وهي لا تزال في مرحلة التكون، أي منذ أكثر من 12 مليار عام مضت. وهكذا، بالتوغل أكثر وأكثر في الفضاء، يستطيع علماء الفلك مشاهدة تاريخ الكون وهو يمضي بشكل عكسي. قد تكون سرعة الضوء كبيرة، إلا أنها في نهاية المطاف محدودة، وهي حقيقة لها تبعات مهمة للغاية على طبيعة الكون، كما سنرى الآن.

بينما يجتاز الضوء الكون المتمدد يزيد الطول الموجي له مع تمدد الكون. ولأن أطوال الضوء الموجية الكبيرة تبدو أكثر احمرارًا، يشار لهذا التأثير باسم «الإزاحة الحمراء» Red Shift إن حقيقة ظهور المجرات الأبعد بلون أكثر حمرة من المجرات الأقرب هي التي نبهت إدوين هابل في عشرينيات القرن العشرين لفكرة تمدد الكون. وهو نفس التأثير الذي يتسبب في برودة إشعاع الخلفية الكوني الحراري.

يعتمد مقدار الإزاحة الحمراء على وقت انبعاث الضوء (ومن ثم مقدار بعد مصدره). بالعودة للخلف صوب الانفجار الكبير تصير الإزاحة الحمراء أكبر وأكبر. ومن الشائع في أيامنا هذه أن نرى صورًا لمجرات (أو كويزرات، وهي القلوب المحمومة لبعض المجرات المضطربة بعنف) امتد الطول الموجي لضوئها بمقدار ضعفين أو ثلاثة أضعاف طولها الموجي الأساسي، وهو ما يشير إلى أن المسافة بيننا وبين تلك المجرات قد زادت بقدر كبير عبر الوقت الذي استغرقه الضوء في الوصول إلينا. وبالتوغل للوراء أكثر في الزمن (وفي الفضاء) سنصل إلى الحقبة التي انبعث فيها إشعاع الخلفية. كانت درجة الحرارة في هذا الوقت حوالي 3000 درجة كلفينية، وهي درجة حارة بقدر كافٍ لجعل الإشعاع في النطاق فوق البنفسجي من الطيف الكهرومغناطيسي (انظر الشكل 2-5). يترافق هذا معدل مع إزاحة حمراء يبلغ 1100، وهو قدر كبير من الإزاحة بما يكفي لزيادة الطول الموجي بداية من نطاق الأشعة فوق البنفسجية، مرورًا بالضوء المنظور والأشعة تحت الحمراء، وصولا إلى نطاق الموجات الميكروية على الطيف. وهكذا فإن ما انبعث بوصفه إشعاعًا (حارا) فوق بنفسجي يبدو لنا اليوم موجات ميكروية (أبرد) بسبب العامل الهائل الذي تمدد الكون بموجبه في الفترة الوسيطة.

كما ذكرت من قبل فإن إشعاع الخلفية سافر صوب الأرض دون التعرض لأي إعاقة تقريبا، وذلك منذ 380 ألف عام بعد حدوث الانفجار العظيم. قبل ذلك الوقت كانت الحرارة مرتفعة للغاية حتى إن الذرات لم تكن موجودة، وذلك لأن الحرارة الفائقة كانت تتسبب في نزع الإلكترونات عن أنوية الذرات؛ أي إن الذرات كانت في حالة تأين. يشير علماء الفيزياء إلى الغازات في هذه الحالة باسم البلازما تشتت البلازما الضوء بقوة، لذا فهي معتمة، ولهذا السبب نعجز، مثلا، عن رؤية ما بداخل الشمس خلف الوهج السطحي.

شكل 2-5: الطيف الكهرومغناطيسي. للموجات الكهرومغناطيسية أطوال موجية متباينة. ومع أنها تنتمي لنفس الظاهرة فإن الاسم الذي يُعطى لكل منها يعتمد على الطول الموجي والمبين هنا بوحدات تتراوح من النانومتر إلى المايكرومتر إلى الكيلومتر. تتسبب الإزاحة الحمراء التي تحدث بسبب تمدد الكون في إطالة الطول الموجي للأشعة المنبعثة في النطاق فوق البنفسجي على الطيف بعد 380 ألف عام من حدوث الانفجار العظيم إلى نطاق الأشعة الميكروية بحلول وقت وصولها إلينا.

هوامش

(6) Sometimes cosmologists refer to “the last scattering surface,” the spherical shell of matter surrounding Earth from which the radiation emanates at the moment of transition from opaque to transparent. This transition is technically termed the decoupling of matter and radiation.