الفضاء هو كل شيء موجود في الكون، كواكب ونجوم وأقمار ومجرات، يبعد الفضاء الخارجي 100 كيلومتر عن كوكب الأرض، حيث تختفي حينها طبقة الغلاف الجوي التي تحيط بالكوكب فلا يعود وجود للهواء لانتشار الضوء أو للتنفس، ولا يمكن للصوت حتى أن ينتقل لتباعد الجزيئات عن بعضها.
كنا نظن بأن الفضاء بسيط للغاية، منصة كبيرة مسطحة تجري عليها أحداث الكون، وحتى لو قمنا بإزالة الكواكب والنجوم ستبقى تلك المنصة هناك. ولكن قامت النظرية النسبية لأينشتاين بتغيير هذا المفهوم وبينت بأن هذه المنصة تتكون من الزمان والمكان معاً أو الزمكان. وهذه المنصة تختلف من مكان لآخر لأن ما عليها من كواكب ونجوم يقوم بثني ومد وحني هذا النسيج من الزمكان.
ما هو الزمكان؟
كنا نعتقد سابقاً بأننا نعيش في كون ثلاثي الأبعاد لكن أدت أحد اكتشافات النظرية النسبية الأساسية إلى تغيير هذا الاعتقاد، وبينت أننا نعيش بما يدعى بالزمكان، الذي يحتوي على أربعة أبعاد، والبعد الرابع في هذه الحالة هو الزمان. ومع ذلك حواسنا لا تستطيع إدراك أكثر من ثلاثة أبعاد والتي هي الطول والعرض والارتفاع فبالتالي من الصعب أن نتخيل بعداً رابعاً.
حاول العالم نيل ديغراس تايسون تبسيط مفهوم الزمكان من خلال قوله بأن كل حادث مرتبط بزمان ومكان، فمثلاً التقاء شخص ما بآخر في مكان معين مرتبط أيضاً بزمن معين. أي الزمان والمكان موحدان دوماً.
ما هو شكل الفضاء ؟
تنبأت نظرية النسبية العامة بأن الفضاء ليس فراغاً بل شيءً فيزيائياً وديناميكيً، وقد تم التأكد من هذا التنبؤ بالعديد من الاختبارات.
ما هي الموجات الثقالية؟
تنبأ أينشتاين عام 1916 في نظرية النسبية العامة بوجود الزمان والمكان على هيئة واحدة عرفت باسم الزمكان، يمكننا تخيل الزمكان على أنه قطعة من القماش ووجود أي جسم على هذه القطعة سوف يؤدي إلى انحنائها. وكذلك نفس الأمر ينطبق على الزمكان، وجود كميات كبيرة من الطاقة والمادة سيؤثر في نسيج الزمكان ويحنيه، هذا الانحناء هو ما يعرف بالجاذبية. وبالتالي الأجسام حرة السقوط سواء أكانت كرة أو قمر صناعي ستقوم باتباع المسار الأكثر مباشرة عليها في الزمكان المنحني.
كما يقوم القارب في أثناء حركته بالمحيط بإنتاج موجات، تقوم الكتل المتحركة مثل النجوم والثقوب السوداء في الفضاء بالأمر عينه لكن الفرق بالتسمية حيث يُطلق على هذه الموجات اسم الموجات الثقالية. وتكون علاقة الموجات الثقالية طردية مع كتلة وسرعة الجسم. وعندما تتحرك كتلتان هائلتان بشكل مفاجئ، يقوم انحناء الزمكان بالتموج نحو الخارج، حيث تنتشر هذه الموجات بنفس الطريقة التي تنتشر فيها الموجات على سطح بركة مهتاجة.
(صورة توضح كيفية انتقال الموجات الثقالية أو بكلمات أخرى كيف يتأثر الزمكان عند دوران جسمان كثيفان حول بعضهما مثل الثقوب السوداء أو النجوم النيوترونية).
يستطيع الفضاء الانحناء بسبب المادة والطاقة، فتلتوي مسارات الأجسام التي تتحرك بداخله، ويستطيع التموج بتأثير الموجات الثقالية، ويستطيع أيضاً أن يتوسع. جميع هذه الظواهر يمكن وصفها بفكرة واحدة تدعى انحناء الفضاء أو الزمكان.
في المناطق المسطحة من الفضاء، الأشياء التي تنتقل عبر مسارات متوازية، تبقى متوازية، بينما تلتقي المسارات المتوازية في المناطق المحدبة (Positively curved) أو المنحنية للداخل مثلاً بالقرب من الكواكب أو الثقوب السوداء، في حين تتباعد المسارات المتوازية في المناطق المقعرة (Negatively curved) أو المتجهة نحو الخارج.
لكن ما هو شكل الفضاء ككل؟ يمكننا معرفة ذلك بعدة طرق منها قياس زوايا مثلث فإذا كان الفضاء مسطح سيكون مجموع زوايا المثلث 180 درجة، ولكن إذا كان محدب سيكون مجموع الزوايا أكثر من 180 درجة، ولو كان مقعر لكان مجموع الزوايا أقل من 180 درجة. وقد قام علماء الكون بهذه الطريقة من خلال قياس ما يشبه المثلثات في الصور البدائية للكون. والطريقة الثانية هي دراسة كثافة المادة والطاقة. وقد أظهرت كلتا الطريقتان بأن الكون مسطح.
ماذا يوجد في الفضاء ؟
هناك العديد من المعالم في الفضاء، أهمها:
- معظم الفضاء فارغ نسبياً، لكن يوجد فيه قطع من الغبار والعديد من أنواع الغازات، وبينت بعض الأبحاث وجود أشكال مختلفة من الإشعاعات المنبعثة في الكون مثل الرياح الشمسية في نظامنا الشمسي -المكونة من البلازما وجزيئات أخرى من الشمس- التي تتخلل كوكب الأرض وتسبب في ظهور الشفق عند القطبين في بعض الأحيان. كذلك الأشعة الكونية التي تنبعث من السوبرنوفا خارج نظامنا الشمسي. في الواقع يتغلل الإشعاع الخلفية الكونية الميكروي (Cosmic Microwave Background Radiation) معظم كوننا، الذي يمكن فهمه على أنه بقايا الانفجار العظيم الذي تشكل منه كوننا.
- ومن المعالم التي يفترض وجودها ولكن من الصعب رؤيتها أو فهمها هي الطاقة المظلمة والمادة المظلمة، يمكن اكتشافها من خلال تأثيرها على الأشياء القريبة منها. ويعد أحد الأدلة على وجود الطاقة المظلمة هو توسع الكون وتسارعه.
- ويوجد أيضاً الثقوب السوداء التي تتشكل من انهيار الجاذبية للنجوم الهائلة.
- النجوم والشمس هي أكبر مثال عنها، وتعرف النجوم على أنها كرات هائلة من الغاز التي تبعث إشعاعات خاصة بها.
- الكواكب وهي أجسام سماوية تدور حول نجم ما، وتكون ضخمة بما فيه الكفاية ليكون لها شكل كروي، وتتميز بخلاوة مداراتها من الحطام. وتعرف الكواكب الأصغر بمسمى الكواكب القزمة مثل بلوتو.
- الكويكبات صخور ليست كبيرة بما فيه الكفاية لتصنف ككواكب قزمة.
- النيازك ويعتقد أنها تنشأ من مجموعة واسعة من أجسام جليدية تسمى سحابات أورط (Oort Clouds). يذوب جليد الينازك عند اقترابها من الشمس بتأثير حرارتها.
- تعد المجرات من أضخم المعالم في الفضاء والتي هي عبارة عن مجموعة كبيرة من النجوم، وتختلف أشكالها عند الاقتراب من أجسام خارجها أو عندما تتقدم النجوم بالعمر في داخلها.
- السدم.