خلل كوني: اكتشف العلماء شذوذًا في جاذبية الكون
على مدار المائة عام الماضية، أثبتت دراسات لا تعد ولا تحصى أن أعظم نظرية لألبرت أينشتاين – نظريته في النسبية العامة – هي عمليًا مقاومة للرصاص، وقادرة على كل شيء بدءًا من التنبؤ بالثقوب السوداء وحتى توجيه تقنية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
ومع ذلك، بينما يتسلح العلماء بتكنولوجيا أكثر قوة وتطورًا، قادرة على النظر في الكون بتفاصيل غير مسبوقة، فإنهم يرون ظواهر لا يمكنهم تفسيرها بنظرية أينشتاين.
تنص النظرية النسبية العامة لأينشتاين على أن انحناء الزمكان يسبب الجاذبية. لكن إذا نظرنا إلى مقاييس هائلة مثل مجموعات المجرات الممتدة عبر مليارات السنين الضوئية، فيبدو أن قوانين نظرية الجاذبية لأينشتاين تتغير.
وقال روبن وين، وهو خريج حديث من جامعة واترلو، في بيان صحفي للجامعة: “يبدو الأمر كما لو أن الجاذبية نفسها توقفت تمامًا عن مطابقة نظرية أينشتاين”.
وين هو جزء من التعاون بين جامعة واترلو وجامعة كولومبيا البريطانية الذين يسعون لحل اللغز، واصفين هذا التناقض في نظرية أينشتاين بأنه “خلل كوني”.
تشير دراستهم الجديدة، التي نُشرت في مجلة علم الكونيات وفيزياء الجسيمات الفلكية، إلى أن الجاذبية تصبح أضعف بنسبة 1٪ تقريبًا على نطاقات كبيرة جدًا. إذا كانت الجاذبية تتصرف وفقًا لنظرية أينشتاين، فلا ينبغي أن يوجد فرق الـ 1% هذا.
لن يتخلص علماء الكونيات من النسبية العامة في أي وقت قريب. ولا يزال إطارًا دقيقًا بشكل لافت للنظر لفهم الجاذبية على المقاييس الأصغر.
وقال وين لموقع Business Insider: “ليس الأمر وكأننا نعطل آلية عمل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الخاص بك، أو ثقبًا أسود. كنا نحاول فقط معرفة ما إذا كان هناك أي انحراف على أكبر المقاييس الممكنة”.
إذا كان هذا الخلل موجودًا بالفعل، فقد يساعد علماء الكونيات في تفسير بعض من أعظم أسرار الكون.
تخفيف التوتر الكوني تلسكوب بلانك وخريطة لخلفية الموجات الميكروية الكونية. وجد ون وزملاؤه دليلاً على خللهم الكوني في بيانات CMB. (وكالة الفضاء الأوروبية وبلانك)
كان فريق البحث يقوم بتمشيط بيانات الخلفية الكونية الميكروية عندما اكتشفوا هذا الخلل الواضح.
إن الخلفية الكونية الميكروية عبارة عن مساحة شاسعة من الإشعاع العالق الذي خلفه الانفجار الكبير. ويستخدمه العلماء لفهم المراحل الأولى للكون مثل كيفية تشكل المجرات الأولى وما حدث مباشرة بعد الانفجار الكبير.
استخدم وين وزملاؤه نموذجًا – يعتمد على قوانين فيزيائية أساسية مثل نظرية النسبية العامة لأينشتاين – وقارنوا توقعات نموذجهم بما يجب أن تبدو عليه بيانات CMB مع بيانات الرصد CMB.
ولم يتطابق نموذجهم العلمي مع الملاحظات، وهو ما نراه بالفعل في الكون البعيد.
ومع ذلك، عندما قاموا بتعديل نظرية أينشتاين لمراعاة عجز الجاذبية بنسبة 1٪، أصبح نموذجهم متوافقًا بشكل أوثق مع بيانات المراقبة، كما أخبر وين BI عبر البريد الإلكتروني.
قد لا يبدو التعديل بنسبة 1% أمرًا مهمًا، لكنه يكفي للإشارة إلى أن نظرية أينشتاين قد تحتاج إلى إعادة التفكير. والأكثر من ذلك، قد يساعدنا هذا الخلل على فهم بعض السلوكيات المربكة في الكون بشكل أفضل.
توسع الكون في زمن الانفجار الكبير
رسم تخطيطي لتوسع الكون منذ الانفجار الكبير. تشير بيانات المراقبة من منطقتنا الكونية المحلية إلى أن الكون القريب يتوسع بشكل أسرع من الكون البعيد، وهو ما لا ينبغي أن يكون هو الحال وفقًا لقوانين الفيزياء القياسية. (ناسا)
الكون، كما نفهمه، مليء بالتوترات. في بعض الأحيان، لا تتفق قياسات مختلفة لنفس الظاهرة مع بعضها البعض. أحد الأمثلة على ذلك هو توتر هابل، وهي مشكلة حيرت علماء الفلك لسنوات.
يشير توتر هابل إلى قياسات متضاربة لمعدل توسع الكون. وفقا لنموذجنا القياسي للفيزياء، يجب أن يكون معدل توسع الكون هو نفسه في كل مكان.
ومع ذلك، تشير ملاحظات الكون القريب إلى أن معدل التوسع أسرع من مناطق الكون البعيد. اقترح علماء الفلك تفسيرات متعددة محتملة، لكنهم لم يستقروا على تفسير واحد حتى الآن.
الآن، مع هذا الخلل الكوني، هناك تفسير جديد على الطاولة.
قال نياش أفشوردي Niayesh Afshordi، مؤلف مشارك في الدراسة وأستاذ الفيزياء الفلكية في جامعة واترلو، في مقابلة أجريت معه مؤخرًا على موقع يوتيوب، إن الجاذبية الأضعف بنسبة 1٪ على المقاييس الكبيرة يمكن أن تقلل من توتر هابل عن طريق تقريب معدل توسع الكون من القياسات المأخوذة من الملاحظات المحلية.حقيقة أن هذا الخلل الكوني يمكن أن يساعد علماء الفلك على إعادة اكتشافه
التفكير خارج الصندوق
مجموعة المجرات IDCS J1426
مجموعة المجرات IDCS J1426. إن حل التوترات بين كوننا المحلي الذي يمكن ملاحظته وعناقيد المجرات البعيدة واسعة النطاق مثل هذه سيتطلب حلولاً “غريبة”. يعد حل توتر هابل علامة جيدة على أنه قد يكون موجودًا بالفعل. وقال وين إن هذه الدراسة لا تقدم دليلا قاطعا على وجود عجز في الجاذبية بنسبة 1% على نطاقات واسعة.
في الوقت الحالي، لا يزال هناك احتمال أن يكون هذا الخلل نتيجة لخطأ إحصائي. وقال ون: “مع البيانات المستقبلية في السنوات العشر القادمة، يجب أن نتوقع معرفة ما إذا كان هذا اكتشافًا حقيقيًا أم مجرد تقلب بسبب قوتك الإحصائية”.
قال فاليريو فاروني، أستاذ الفيزياء والعميد المؤقت للعلوم في جامعة بيشوب، لموقع BI إنه من المعقول الاعتقاد بأن الخلل قد يكون موجودًا لأن النسبية العامة لم يتم اختبارها في الكون البعيد.
وقال فاروني، الذي لم يكن جزءًا من الدراسة: “لذلك، “من المحتمل جدًا، على الأقل من حيث المبدأ، أننا لا نفهم الجاذبية على نطاق أوسع”.
وهو يعتقد أنه من أجل حل الصراعات بين التنبؤات والملاحظات الخاصة بكوننا، نحتاج إلى التفكير خارج الصندوق. وهذه الدراسة عن الخلل الكوني تفعل ذلك بالضبط.
وقال: “ربما نحتاج إلى شيء شنيع”. “إنها تبدو غريبة، إنها تبدو غريبة. ولكن أعتقد أنه يتعين علينا أن نكون منفتحين تمامًا على كل هذه الأفكار الغريبة.”
خريطة لقسم من الكون توضح المناطق ذات الكثافة العالية والمنخفضة.
قامت أداة تحليل الطاقة المظلمة (DESI) برسم أكبر خريطة ثلاثية الأبعاد لكوننا حتى الآن. تُظهر هذه القطعة من الكون مناطقها ذات الكثافة العالية والمنخفضة. (تعاون كلير لامان/DESI؛ حزمة Colormap مخصصة من Cmastro)
بعد ذلك، سوف يقوم ون وزملاؤه بإلقاء نظرة فاحصة على البيانات الجديدة الصادرة عن أداة تحليل الطاقة المظلمة (DESI). يقيس DESI تأثيرات الطاقة المظلمة على معدل توسع الكون، وقد أنشأ أكبر خريطة ثلاثية الأبعاد للكون حتى الآن.
علاوة على ذلك، وجدت DESI أن الطاقة المظلمة، مثل الجاذبية، لا تتصرف بالطريقة التي يتوقعها علماء الفلك على المقاييس الكونية الكبيرة. يريد وين معرفة ما إذا كان هذين “الخللين” مرتبطين بطريقة أو بأخرى، الأمر الذي من شأنه أن يوفر المزيد من الأدلة على الحاجة إلى تعديل النسبية العامة.
ولكن حتى هو يشكك في حدود النسبية العامة. وقال: “إذا طلبت مني الرهان على شيء ما، فربما أراهن على الموارد الوراثية. تعمل الموارد الوراثية بشكل جيد، أليس كذلك؟ بالنسبة للنماذج البديلة، من الصعب تحديد ذلك في هذه المرحلة”.
تم نشر هذه المقالة في الأصل بواسطة Business Insider.
