آخر الأخبار من الكون المرئي

إعداد د. جواد بشارة
ربما يكون العلماء قد حددوا أدلة على وجود أكوان أخرى قبل كوننا المرئي
الكون الدوري أو التعاقبي والارتداد الكبير.
أعلن العلماء أنهم حددوا أدلة محتملة تشير إلى احتمال وجود أكوان أخرى قبل كوننا المرئي. وتستند استنتاجات الدراسة إلى مراقبة العناصر الكاشفة في سماء الليل، وهي "بقايا الثقب الأسود" لكون سابق.
لفهم ما يقوم عليه هذا الاكتشاف، دعونا نبدأ بإدخال مفهوم "علم الكون الدوري"، أو "الأكوان الدورية" المتعاقبة. تعتمد فكرة الأكوان الدورية على نموذج علم الكون الدوري المطابق (CCC). وهي نظرية مفادها أن كوننا يمر بدورات ثابتة تشمل الانفجارات الكبيرة والانضغاطات الكونية، على عكس النموذج القياسي لعلم الكون، حيث كانت هناك بداية واحدة فقط (الانفجار الكبير).
وبينما سيتم تدمير معظم الكون من دورة إلى أخرى، يقول فريق الباحثين إن بعض الإشعاع الكهرومغناطيسي يمكن أن ينجو من عملية "التجديد". وتم نشر النتائج التي توصلوا إليها على خادم arXiv.
وقال روجر بنروز، عالم الفيزياء والرياضيات في جامعة أكسفورد، لمجلة نيو ساينتست: "ما ندعي أننا نراه هو آخر بقايا بعد تبخر ثقب أسود في الكون السابق". بنروز هو أيضًا مؤلف مشارك للدراسة ومؤسس مشارك لنظرية CCC.
ويأتي "الدليل" في شكل "نقاط هوكينغ"، التي سميت على اسم الراحل ستيفن هوكينغ. وافترض عالم الفيزياء الشهير أن الثقوب السوداء ينبعث منها إشعاع يعرف باسم إشعاع هوكينغ. ويشير بنروز وزملاؤه إلى أن مثل هذا الإشعاع سيكون قادرًا على الانتقال من كون إلى آخر.
ووفقا لهم، يمكن أن تظهر نقاط هوكينغ في الحرارة المتبقية من الانفجار الكبير، والمعروفة باسم الخلفية الكونية الميكروية (CMB). تبدو نقاط هوكينغ كدوائر من الضوء على خريطة CMB، تسمى "الأوضاع B".
على اليسار، محاكاة للأوضاع E وعلى اليمين، محاكاة للأوضاع B تصف هذه الأوضاع الاستقطاب الخطي للإشعاع الأحفوري. تشير الأشرطة البيضاء إلى اتجاه الاستقطاب على مساحة من السماء. تتنبأ نظرية التضخم بوجود الأوضاع B. الاعتمادات: واين هو في السابق، كان يُعتقد أن هذه "البقع الشاذة" (الأنماط B) في الإشعاع CMB ناجمة عن موجات الجاذبية الصادرة عن الغبار البينجمي. لكن بنروز وزملاؤه يزعمون أن نظريتهم يمكن أن تقدم إجابة مثيرة للاهتمام. علاوة على ذلك، كجزء من مشروع BICEP2، الذي يهدف إلى رسم خريطة لإشعاعات CMB، من الممكن أن يكون الباحثون قد اكتشفوا بالفعل نقطة هوكينغ.
"على الرغم من أن هذا يبدو مشكلة بالنسبة للتضخم الكوني، إلا أن وجود مثل هذه النقاط الشاذة هو أحد آثار علم الكون الدوري المطابق (CCC)،" كما كتب الفريق في ورقتهم البحثية. "على الرغم من أن درجة الحرارة عند الانبعاث منخفضة للغاية، إلا أن هذا الإشعاع في CCC يتركز للغاية، بسبب الضغط المطابق للثقب الأسود بأكمله، مما يؤدي إلى نقطة واحدة في دهرنا الحالي (العصر الكوني الحالي)"
نظرية الكون الدوري لا تخلو من الجدل. تشير معظم حججنا الحالية إلى أن توسع الكون يتسارع، حيث لا يكون الكون كثيفًا بما يكفي للضغط في نقطة واحدة ثم التوسع مرة أخرى (إشارة إلى نظرية الارتداد الكبير). الإنكماش الكبير لكوننا المرئي الحالي ومن ثم الارتداد الكبير الذي سوف يتثل بانفجار عظيم جديد وهكذا دواليك وهو ما يطلق عليه العلماء تسمية (الكون الفينيكس – نسبة لطائر الفينيكس الأسطوري الذي لايموت ويولد دائماً من جديد من رماده)، وهو نموذج كوني دوري يتضمن تطور الكون مما يؤدي إلى التناوب بين الانفجار الكبير والانسحاق الكبير (الانسحاق الكبير يتبعه مباشرة الانفجار الكبير).
في الوقت الحالي، لا يوجد دليل كوني حقيقي على إشعاع هوكينغ، ناهيك عن حقيقة أن نقاط هوكينغ التي ذكرها المؤلفون لم يتم التحقق منها بعد (بعيدًا عن ذلك). وعلى الرغم من أن هذه نظرية مثيرة للاهتمام، إلا أنه لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه قبل أن يدعي أي شخص الوجود النهائي لكون سابق.
كما تؤكده تجربة كمومية: أن "الواقع" في كوننا المرئي غير موجود حتى نقوم بقياسه ورصده .
فقد قام العلماء الأستراليون بإعادة إنشاء تجربة مشهورة، أكدت تنبؤات فيزياء الكم الغريبة بخصوص طبيعة الواقع الكمي، وأثبتت أنه غير موجود حتى نقيسه (على الأقل على نطاق صغير جداً)!
على الرغم من أن كل هذا قد يبدو معقدًا للغاية، إلا أن التجربة المعنية تطرح سؤالًا بسيطًا للغاية: إذا كان لديك جسم يمكنه التصرف إما كجسيم أو كموجة، ففي أي نقطة "يقرر" هذا الكائن السلوك الذي سيتبناه ؟ وفقًا لمنطقنا، فإننا نميل إلى افتراض أن الجسم يتصرف كجسيم أو كموجة، اعتمادًا على طبيعته، وأن القياسات التي يتم إجراؤها لا تؤثر على الاستجابة بأي شكل من الأشكال.
لكن نظرية الكم تتنبأ بأن النتيجة تعتمد على كيفية قياس الجسم. وهذا بالضبط ما اكتشفه فريق من الجامعة الوطنية الأسترالية. "وهذا يثبت أن القياس هو كل شيء وهو الذي سيحدد سلوك الجسيم كموجة أو كجزيء نقطي. يوضح الفيزيائي والباحث الرئيسي في الدراسة أندرو تروسكوت: «على المستوى الكمي، الواقع غير موجود إذا لم تنظر إليه".عُرفت هذه التجربة باسم (جون) ويلر وتثعرف بـ (تجربة الاختيار المؤجل)، وقد تم اقتراحها في عام 1978 واستخدمت أشعة الضوء المنعكسة عن المرايا. ومع ذلك، في ذلك الوقت، لم تكن التكنولوجيا اللازمة كافية لإجراء هذه التجربة. لكن الآن، وبعد مرور 40 عامًا تقريبًا، تمكن الفريق الأسترالي من إعادة التجربة باستخدام ذرات الهيليوم المتناثرة بواسطة أشعة الليزر.
"إن تنبؤات فيزياء الكم حول التداخل والتشابك والتراكب تبدو غريبة تمامًا عند تطبيقها على الضوء، الذي يتصرف مثل الموجة. يقول رومان خاكيموف، طالب الدكتوراه في الجامعة والذي عمل في المشروع: «إن إجراء تجربة على الذرات، وهي عناصر معقدة لها كتلة وتتفاعل مع المجالات الكهربائية، يجعل الأمور أكثر غرابة". ولإعادة إنشاء التجربة بنجاح، قام الفريق بحبس ذرات الهيليوم في حالة تعرف باسم مكثف بوز-آينشتاين، ثم قاموا بإخراجها، حتى ذرة واحدة فقط. بعد ذلك، قام العلماء بإسقاط الذرة المتبقية بين شعاعي ليزر، مما أدى إلى إنشاء نمط شبكي، كان بمثابة مفترق طرق، مما أدى إلى تشتيت مسار الذرة، تمامًا كما تشتت الشبكة الصلبة الضوء.
ثم أضاف الباحثون بشكل عشوائي "شبكة" ثانية، والتي أعادت تجميع المسارات، ولكن فقط بعد أن تجاوزت الذرة السياج الأول. عندما أضيفت هذه الشبكة الثانية، أدى ذلك إلى تداخل بنّاء أو هدّام، وهو ما كانوا يتوقعوه لو كانت الذرة قد سارت في كلا المسارين (كما تفعل الموجة). ولكن عندما لم تتم إضافة الشبكة الثانية، لم يلاحظ أي تداخل أو تشابك، كما لو أن الذرة اختارت مسارًا واحدًا فقط.
وفي الواقع، فإن حقيقة إضافة هذه الشبكة الثانية فقط بعد أن عبرت الذرة مفترق الطرق الأول تشير إلى أن الأخيرة لم يحدد طبيعتها بعد قبل قياسها مرة أخرى.
لذا، إذا كنت تعتقد أن الذرة اتخذت مسارًا معينًا أو مسارين معينين أثناء مرورها بالتقاطع الأول، فهذا يعني أن القياس المستقبلي سيؤثر على مسار الذرة، وأوضح تروسكوت: "لم تتحرك الذرات من A إلى B. فقط عندما تم قياسها" وفي نهاية رحلتهم، تم خلق سلوكهم الشبيه بالموجة أو الجسيمي. فهل من الممكن تعميم هذه الملاحظة على الكون المرئي على المستوى الماكروسكوبي اللامتناهي في الكبر والقول إنه غير موجود ما لم يرصده ويقيسه أحد؟.
على الرغم من أن كل هذا قد يبدو غريبًا، إلا أنه في الواقع يعد تأكيدًا حقيقيًا لنظرية الكم التي تصف الظواهر الأساسية التي تعمل في الأنظمة الفيزيائية، وتحديدًا على المقياس الذري ودون الذري في نطاق اللامتناهي في الصغر.
وبفضل هذه النظرية على وجه الخصوص، تمكنا من تطوير تقنيات مثل مصابيح LED والليزر وحتى رقائق الكمبيوتر. لكن حتى الآن، كان من الصعب دائمًا التأكد من أن هذا النموذج يعمل بالفعل، من خلال عرض توضيحي لهذا النوع. وقد نشرت جميع نتائج الدراسة في مجلة Nature Physics.
وفي سياق الدراسات حول الكون المرئي ونموذجه القياسي طرح فريق من العلماء فرضية غريبة تقول: ماذا لو لم يكن للزمن بداية؟ وتشير الدراسة إلى أنه كان من الممكن أن يكون الكون موجودًا دائمًا حتى بدون الزمن الذي نعرفه لأنه سيكون موجوداً في زمن آخر مطلق ولانهائي ، ليس له بداية ولا نهاية.
ماذا لو لم يكن الزمن موجوداً أساساً منذ البداية؟ هذا هو عنوان دراسة جديدة أجراها اثنان من علماء الفيزياء من جامعة ليفربول وكلية إمبريال كوليدج في لندن. بينما كان العلماء يحاولون منذ عقود التوصل إلى النسبة المئوية في ظل أسرار ولادة الكون، فمن الممكن أن هذا الأخير ليس له بداية في الواقع. هناك نهج معين للجاذبية الكمية، يسمى نظرية المجموعات السببية، يشير إلى أن كوننا كان من الممكن أن يكون موجودًا دائمًا.
وفقًا لهذه النظرية، فإن الزمكان منفصل بشكل أساسي (على العكس من ذلك، في جميع نظريات الفيزياء الحالية، المكان والزمان مستمران) وترتبط الأحداث في الزمكان بترتيب جزئي؛ هذا النظام الجزئي له الأهمية المادية للعلاقات السببية لأحداث الزمكان. لذا، عند مستوى معين، ستكون هناك وحدة أساسية للزمكان.
شرع برونو فاليكسو بينتو، من قسم العلوم الرياضياتية في جامعة ليفربول، وستاف زاليل، من مختبر بلاكيت في إمبريال كوليدج، في استخدام هذا النهج السببي لاستكشاف بداية الكون. وهكذا اكتشفوا أنه من الممكن ألا يكون لكوننا بداية. لذلك كان من الممكن أن يكون موجودًا دائمًا في الماضي اللانهائي ولم يتطور إلا "حديثًا" نحو ما نسميه الانفجار الكبير.
توحيد فيزياء الكم والنسبية العامة:
يعتمد فهمنا للكون على نظريتين رئيسيتين: فيزياء الكم والنسبية العامة. الأولى تجعل من الممكن وصف ثلاث من القوى الأساسية الأربع للطبيعة بشكل فعال (التفاعل الكهرومغناطيسي، والتفاعل الضعيف، والتفاعل النووي القوي). ومن ناحية أخرى، فإن نظرية النسبية العامة هي أقوى وأكمل وصف للجاذبية على الإطلاق؛ فهي تصور الجاذبية أو الثقالة على أنها انحناء للزمكان، حيث يتناسب نصف قطره مع كثافة الطاقة.
ومع ذلك، فإن النسبية العامة لديها بعض أوجه القصور. وتبين أن هذه النظرية فشلت في تقديم نتائج متسقة لموقعين محددين على الأقل، وهما مركز الثقوب السوداء وبداية الكون. هذه المناطق، التي تسمى بالتفردات، أو الفرادات ، وهي نقاط في الزمكان حيث تنهار قوانين الفيزياء الحالية. ضمن هاتين المتفردتين، تصبح الجاذبية قوية بشكل لا يصدق عند مقاييس الطول الصغيرة جدًا.
للتغلب على المشكلة، وبالتالي محاولة توحيد فيزياء الكم والنسبية العامة، سعى الفيزيائيون إلى إنشاء نظرية الثقالة الكمومية للجاذبية الكمية؛ وهذا من شأنه أن يجعل من الممكن تفسير الظواهر التي تنطوي على كميات كبيرة من المادة أو الطاقة على أبعاد مكانية صغيرة. وُلدت عدة طرق من هذا الجهد، مثل نظرية الجاذبية الفائقة ونظرية الأوتار الفائقة والجاذبية الكمومية الحلقية.
تفترض النظريات الفيزيائية الحالية أن المكان والزمان مستمران. في مثل هذا الزمكان، يمكن أن تكون نقطتان قريبتين من بعضهما البعض في الفضاء قدر الإمكان، تمامًا كما يمكن لحدثين أن يقعا بالقرب من بعضهما البعض قدر الإمكان. لكن نظرية المجموعات السببية تصف الزمكان كسلسلة من العناصر المنفصلة أو الوحدات أو "الذرات" للزمكان. ولذلك تفرض هذه النظرية حدودا صارمة على تقارب الأحداث في المكان والزمان، لأنها منطقيا لا يمكن أن تكون أقرب من حجم إحدى هذه "الذرات".
نظرية تقضي على مشكلة تفرد الانفجار الكبير:
أثارت هذه النظرية، التي تدعو إلى التشكيك في مفهوم الزمكان نفسه، اهتمامًا كبيرًا لدى العالم برونو بينتو. قال بينتو لموقع Live Science: " لقد سررت بالعثور على هذه النظرية، التي لا تحاول فقط أن تكون أساسية قدر الإمكان، ولكنها أيضًا تعطي دورًا مركزيًا للزمن وما يعنيه مرور الزمن فيزيائيًا".
إن نظرية المجموعات السببية لها بالفعل آثار مهمة على طبيعة الزمن. وكما يوضح هذا العالم الفيزيائي، فهو يعتمد على مبدأ أن مرور الزمن هو شيء مادي حقيقي وأنه ليس نوعًا من الوهم الناتج عن أذهاننا. في هذه النظرية، تنمو المجموعة السببية كوحدة واحدة في كل مرة، وتصبح أكبر وأكبر. وبالتالي فإن هذا النهج يزيل تمامًا مشكلة فرادة أو تفرد الانفجار الكبير، لأنه يشير إلى أنه من المستحيل أن تنضغط المادة إلى نقاط صغيرة لا متناهية؛ ولا يمكن أن تكون أصغر من حجم وحدة أو جسيم الزمكان.
وبدون هذه التفرد الأولي أو الفرادة الأولية، المتمثلة في نقطة ذات كثافة لا نهائية تحتوي على كل طاقة الكون، كيف تبدو بداية الكون؟ في ورقة بحثية متاحة في مرحلة ما قبل الطباعة، حاول بينتو وزاليل تحديد ما إذا كانت البداية الكونية للكون المرئي يجب أن تكون موجودة بالضرورة أم لا. يوحي تفكيرهم بأن الكون ربما لم يكن له بداية، وأنه ببساطة كان موجودًا دائمًا- أي لم يخلقه خالق -. "في الصياغة الأصلية وديناميكيات المجموعة السببية، من الناحية الكلاسيكية، تنمو المجموعة السببية من لا شيء إلى الكون الذي نراه اليوم. "في عملنا، على العكس من ذلك، لن يكون هناك انفجار كبير كبداية، لأن المجموعة السببية ستكون لا نهائية حتى في أعمق أعماق الماضي، وبالتالي هناك دائمًا شيء ما قبل ذلك"، يوضح بينتو. وبالتالي فإن ما نسميه الانفجار الكبير لن يكون سوى لحظة معينة في هذا التطور. ويبقى للباحثين تحديد ما إذا كان هذا النهج السببي الذي لا بداية له يمكن أن يجعل من الممكن تطوير نظريات لوصف التطور المعقد للكون أثناء الانفجار الكبير.
كما لاحظ علماء الفلك في سياق رصدهم لظواهر الكون المرئي انفصال المادة المظلمة عن المادة العادية عند اندماج مجموعتين من المجرات. ولأول مرة، أتاحت هذه الملاحظة قياس سرعة الانفصال بين المادة المظلمة والمادة العادية بشكل مباشر. ومن خلال مراقبة اصطدام مجموعتين من المجرات الضخمة، تمكن علماء الفلك من التأكد من أن المادة المظلمة والمادة العادية يمكن أن تنفصلا في ظروف معينة. ويقول العلماء إن مجموعتي المجرات المعنيتين، والمعروفتين مجتمعتين باسم MACS J0018.5+1626، توفران معلومات أساسية حول مدى تعقيد المادة. بالإضافة إلى ذلك، ولأول مرة، أتاحت هذه الملاحظة قياس سرعة الانفصال بين المادة المظلمة والمادة العادية بشكل مباشر.
العناقيد المجرية عبارة عن هياكل كونية هائلة متماسكة معًا عن طريق الجاذبية، وعادةً ما تتكون 15٪ من كتلتها من مادة عادية (بشكل أساسي على شكل غاز ساخن ونجوم وكواكب). وتتكون نسبة 85% المتبقية من المادة السوداء أو المظلمة، وهي مادة غير مرئية تتأثر بالجاذبية. أثناء اصطدام مجموعات MACS J0018.5+1626، ظلت المجرات سليمة في الغالب بسبب المسافة الكبيرة بينها.
ومع ذلك، اصطدمت احتياطيات الغاز الساخن بين هذه المجرات. ونتيجة لذلك، تباطأت المادة العادية، التي تتفاعل أيضًا من خلال الكهرومغناطيسية، مع تسخين الغازات. ومن ناحية أخرى، استمرت المادة المظلمة، التي لا تخضع للتأثيرات الكهرومغناطيسية، في التقدم.
لإجراء هذه الملاحظة الجديدة، استخدم الفريق بيانات من عدة مراصد، بما في ذلك مرصد معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، ومرصد WM Keck، ومرصد تشاندرا للأشعة السينية التابع لناسا، وتلسكوب هابل الفضائي، ومرصد هيرشل الفضائي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية، ومرصد أتاكاما الفرعي. التلسكوب في تشيلي. ونشرت نتائج التحليل في مجلة الفيزياء الفلكية.
وكانت هناك فرصة ذهبية لقياس سرعة المادة السوداء أو المظلمة والمادة العادية. وهذه ليست المرة الأولى التي يتم فيها ملاحظة مثل هذا الانفصال بين المادة المظلمة والمادة العادية. فقد تم اكتشاف ظاهرة مماثلة في مجموعة Bullet Cluster، حيث تقاطعت مجموعتان من المجرات مع بعضها البعض. خلال هذا الاندماج، تخلفت المادة العادية عن المادة المظلمة. في حالة MACS J0018.5+1626، ثم تم إجراء ملاحظة مماثلة، ولكن مع تدوير اتجاه الدمج بحوالي 90 درجة عن اتجاه مجموعة الرصاص.
"وللتوضيح، فكر في تصادم هائل بين عدة شاحنات قلابة تحمل الرمال. قالت إميلي سيليتش، عالمة الفلك في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ومركز هارفارد وسميثسونيان للفيزياء الفلكية: «المادة المظلمة تشبه الرمل ويطير عبرها جسيمات المادة العادية». أعطى هذا التوجه الخاص في MACS J0018.5+1626 للباحثين فرصة فريدة لرسم خريطة لسرعة المادة المظلمة والمادة العادية لأول مرة.
قال جاك سايرز: "مع مجموعة Bullet Cluster، كان الأمر كما لو كنا نجلس في المدرج ونشاهد سباق السيارات". وأضاف: "هنا يبدو الأمر كما لو أننا في خط مستقيم ولدينا مسدس رادار، ونقف أمام سيارة قادمة نحونا، ونستطيع معرفة سرعتها".
لقياس سرعة الغاز في العنقود، استخدم سايرز وزملاؤه طريقة مراقبة تُعرف باسم التأثير الحركي سونيايف-زيلدوفيتش (SZ). عندما تُبعثر فوتونات الخلفية الكونية الميكروية (CMB) الإلكترونات في غاز ساخن، يحدث تأثير SZ، مما يؤدي إلى تحول دوبلر. ومن خلال قياس هذا التغير في السطوع، تمكن العلماء من تحديد سرعة سحب الغاز في مجموعات المجرات.
"كانت تأثيرات سونيايف-زيلدوفيتش لا تزال موجودة قال سونيل جولوالا: "إنها أداة مراقبة حديثة جدًا عندما قمنا لأول مرة بتشغيل كاميرا جديدة في مركز رصد المجرات هي التي أشارت إلى مجموعات المجرات في عام 2006". وأضاف البروفيسور: "إننا نتطلع إلى مجموعة من المفاجآت الجديدة عندما نقوم بتركيب أدوات الجيل التالي على التلسكوب في مقره الجديد في تشيلي".
قام الفريق بأول اكتشاف رصدي للتأثير الحركي SZ منذ 11 عامًا، مع مجموعة مجرات تسمى MACS J0717. في عام 2019، تم استخدام التأثير الحركي SZ مرة أخرى لقياس سرعة الغاز في العديد من مجموعات المجرات. واستخدم الباحثون أيضًا بيانات من مرصد كيك لتحديد سرعة المجرات، وبالتالي الإشارة إلى سرعة المادة المظلمة.
ومع ذلك، في هذه المرحلة من البحث، لفت انتباه الفريق وجود شذوذ في MACS J0018.5+1626: كان الغاز الساخن يتحرك في الاتجاه المعاكس لاتجاه المادة المظلمة. قال سايرز: "لقد واجهنا موقفًا غريبًا تمامًا حيث كانت السرعات في اتجاهين متعاكسين". ثم تحول العلماء إلى بيانات من مرصد شاندرا للأشعة السينية التابع لناسا لدراسة هذه الظاهرة.
وهكذا تمكنوا من تحليل درجة الحرارة وموقع الغاز في المجموعات ومستوى صدمة الغاز. اكتشف الباحثون أنه قبل الاندماج، كانت مجموعات MACS J0018.5+1626 قد اقتربت من بعضها البعض بسرعة 3000 كيلومتر في الثانية. ويخلص سيليتش إلى أن "هذه الدراسة هي نقطة انطلاق نحو بحث أكثر تفصيلاً حول طبيعة المادة المظلمة".
في هذه الأثناء توصل العلماء إلى نظرية جديدة تشير إلى أن المادة العادية تتكون من “أجزاء من الطاقة.”
لعدة قرون، سعى الفيزيائيون إلى كشف أسرار المادة. من الإغريق القدماء إلى نيوتن وأينشتاين وماكسويل، حاول هؤلاء العلماء المشهورون جميعًا تحديد المكون الأساسي للمادة من حولنا. في ميكانيكا الكم، اقترحت نظرية ازدواجية الموجة والجسيم عناصر للإجابة على هذا السؤال. مع ظهور نظرية المجال الكمي، والنموذج القياسي، ونظرية الأوتار الفائقة، تم اقتراح العديد من العناصر الأساسية. ومؤخرًا، اقترح اثنان من علماء الفيزياء النظرية أيضًا فرضية أخرى: يمكن أن تتكون المادة بشكل أساسي من أجزاء من الطاقة.
منذ حوالي 300 عام، قدم إسحاق نيوتن فكرة أن كل المادة توجد في نقاط تسمى الجسيمات. وبعد مائة وخمسين عامًا، قدم جيمس كليرك ماكسويل الموجة الكهرومغناطيسية. كان الجسيم بمثابة لبنة بناء للميكانيكا والموجة للكهرومغناطيسية، واستقر العلم على الجسيم والموجة باعتبارهما اللبنتين الأساسيتين للمادة. أصبحت الجسيمات والموجات معًا هي اللبنات الأساسية لجميع أنواع المادة.
وكان هذا تحسناً كبيراً مقارنة بالعناصر الخمسة لليونانيين القدماء، لكنه ظل غير كامل. في سلسلة من التجارب الشهيرة، والمعروفة باسم تجارب الشق المزدوج، يتصرف الضوء أحيانًا كجسيم وفي أحيان أخرى كموجة. وبينما تسمح النظريات والرياضيات الخاصة بالموجات والجسيمات للعلماء بتقديم تنبؤات دقيقة بشكل لا يصدق حول الكون، فإن القواعد تنهار عند أكبر وأصغر المقاييس.
اقترح أينشتاين حلاً في نظريته النسبية العامة. وباستخدام الأدوات الرياضياتية المتاحة له في ذلك الوقت، تمكن أينشتاين من تفسير بعض الظواهر الفيزيائية بشكل أفضل وحل مفارقة طويلة الأمد تتعلق بالقصور الذاتي والجاذبية. ولكن بدلاً من تحسين الجسيمات أو الموجات، قام بإزالتها من خلال اقتراح تشويه المكان والزمان. أي تشويه وانبعاج الزمكان.
الآلية الكامنة وراء ازدواجية الموجة والجسيم:
وباستخدام أدوات رياضياتية جديدة، اقترح مؤلفو المقال المنشور في مجلة Physics Essays نظرية جديدة يمكن أن تصف الكون بدقة. وبدلاً من تأسيس النظرية على تشويه المكان والزمان، فقد اعتبروا أنه قد يكون هناك لبنة بناء أكثر جوهرية من الجسيم والموجة.
يفهم العلماء أن الجسيمات والأمواج متضادات وجودية: فالجسيم هو مصدر مادة موجود في نقطة واحدة، والموجات موجودة في كل مكان باستثناء النقاط التي تنشئها. ومع ذلك، انطلق الفيزيائيان من الفرضية التالية: يجب أن يكون هناك آلية كامنة تربط بين هذين التمثيلين الجسديين.
شظايا الطاقة: هي أساس المادة:
تبدأ النظرية بفكرة أساسية جديدة: الطاقة "تتدفق" دائمًا عبر مناطق الزمكان. فكر في الطاقة على أنها تتكون من خطوط تملأ منطقة من المكان والزمان، وتتحرك داخل وخارج تلك المنطقة، ولا تبدأ أبدًا، ولا تنتهي أبدًا، ولا تعبر أبدًا.
بدءًا من فكرة فرضية خطوط الطاقة السائلة، بحث المؤلفون عن عنصر واحد مكون للطاقة المتحركة. ومن خلال العثور على شيء كهذا وتعريفه، كانوا يأملون أن يتمكنوا من استخدامه لعمل تنبؤات دقيقة حول الكون على أكبر وأصغر المقاييس، بين اللامتناهي في الصغر واللامتناهي في الكبر. كان هناك العديد من العناصر الأساسية للاختيار من بينها رياضياتياً، لكن الفيزيائيين بحثوا عن وحدة لها خصائص كل من الجسيم والموجة - مركزة مثل الجسيم ولكنها أيضًا موزعة في الزمكان مثل الموجة.
العنصر المختار هو لبنة بناء تشبه تركيز الطاقة التي لها أعلى طاقة في المركز، والتي تتناقص أكثر فأكثر بعيدًا عن المركز. اكتشف الباحثون أنه لا يوجد سوى عدد محدود من الطرق لوصف تركيز الطاقة المتدفقة. ومن بينها، واحد فقط يعمل وفقًا للتعريف الرياضياتي للتدفق.
أطلقوا عليه جزء من الطاقة أو جزيء الطاقة. يتم تعريف هذا العنصر على أنه A = -⍺/r، حيث ⍺ هي الشدة وr هي دالة المسافة. باستخدام جزء الطاقة باعتباره لبنة بناء المادة، طور الباحثون الرياضيات اللازمة لحل مشاكل الفيزياء. وتمثلت الخطوة الأخيرة في اختبار هذه الآلية الجديدة.
فرضية متوافقة مع تنبؤات النسبية العامة:
منذ أكثر من 100 عام، لجأ أينشتاين إلى مشكلتين في الفيزياء للتحقق من صحة النسبية العامة: الحركة المسبقة في مدار عطارد، والانحناء الصغير للضوء أثناء مروره أمام الشمس. وكانت هذه القضايا على طرفي طيف الحجم. ولم تتمكن النظريات الموجية ولا النظريات الجسيمية للمادة من حل هذه المشكلات، لكن النسبية العامة فعلت ذلك. إذ تعترف النظرية النسبية العامة بتشويه الزمكان لتفسير إزاحة مسار عطارد وانحناء الضوء بالنسب الدقيقة التي تحددها الملاحظات الفلكية. إذا كان للنظرية الجديدة أن تحظى بفرصة استبدال الجسيم والموجة بجزء أكثر جوهرية، فيجب أن تكون أيضًا قادرة على حل هذه المشكلات.
بالنسبة لمشكلة مبادرة عطارد، قام المؤلفون بنمذجة الشمس باعتبارها جزءًا ثابتًا ضخمًا من الطاقة وعطارد باعتباره جزءًا صغيرًا وبطيئًا من الطاقة، ولكنه لا يزال كبيرًا جدًا. بالنسبة لمشكلة انحناء الضوء، تم تصميم نموذج الشمس بنفس الطريقة، ولكن تم تصميم الفوتون على أنه جزء صغير من الطاقة يتحرك بسرعة الضوء. في كلتا المسألتين، قام الباحثون بحساب مسارات الشظايا المتحركة وحصلوا على نفس الإجابات كتلك التي قدمتها النظرية النسبية العامة.
يقدم علم الفيزياء تفسيرًا مشؤومًا لسبب عدم رؤيتنا للكائنات الفضائية أبدًا كرد على مفارقة فيرمي:
إن الكون كبير جدًا بشكل لا يصدق ويحتوي على عدد لا نهائي تقريبًا من العوالم التي يحتمل أن تؤوي الحياة. ولكن بعد ذلك، أين تلك الكائنات الفضائية المنتشرة في الكون المرئي؟ هذه هي المفارقة التي يطلق عليها إسم مفارقة فيرمي: الشذوذ العلمي المثير للقلق، حيث أنه على الرغم من وجود مليارات النجوم في مجرتنا درب التبانة (وحتى أكثر خارجها)، لم نواجه أبدًا أي علامات على وجود حضارة متقدمة خارج كوكب الأرض.
هذا سؤال وثيق الصلة بالموضوع، وقد ناقشته أجيال عديدة من العلماء والمفكرين منذ صياغة المفارقة قبل عقود. يقترح البعض أن الكائنات الفضائية قد تكون في حالة سبات، أو أن شيئًا غامضًا يمنع تطورها من الحدوث. أو ربما لا يريدون مقابلتنا؟
الآن، قام عالم الفيزياء النظرية ألكسندر بيريزين من جامعة الأبحاث الوطنية للتكنولوجيا الإلكترونية (MIET) في روسيا بتطوير تفسيره الخاص لسبب وجودنا وحدنا في الكون، واقترح حلاً أطلق عليه "أولاً ما يدخل، أخيرًا ما يخرج"، في مفارقة فيرمي.
وفقًا لورقة بيريزين، التي لم تتم مراجعتها بعد (حاليًا في مرحلة ما قبل الطباعة) من قبل علماء آخرين، فإن المفارقة لها "حل تافه، لا يتطلب أي افتراضات مثيرة للجدل" ولكن قد يكون "من الصعب قبوله، لأنه يتنبأ بمستقبل لبشرتنا". الحضارة الخاصة التي تنتظرنا والتي هي أسوأ من الانقراض ". وكما يرى بيريزين، فإن المشكلة في بعض الحلول المقترحة لمفارقة فيرمي هي أنها تحدد الحياة خارج كوكب الأرض بشكل ضيق للغاية. "إن الطبيعة المحددة للحضارات التي تنشأ على المستوى بين النجوم لا ينبغي أن تكون ذات أهمية"، كما يكتب. ويضيف: "يمكن أن تكون كائنات بيولوجية مثلنا، أو أنظمة ذكاء اصطناعي تمردت ضد صانعيها، أو حتى كيانات مثل تلك التي وصفها ستانيسلاف ليم في سولاريس".
وبطبيعة الحال، حتى مع وجود مجموعة واسعة من العناصر المختلفة، ما زلنا لا نرى أي دليل على وجود حياة خارج كوكب الأرض في الكون. ولكن لحل هذه المفارقة، يقول بيريزين إن المعيار الوحيد الذي يجب أن نقلق بشأنه، عندما يتعلق الأمر بتعريف الحياة خارج كوكب الأرض، هو الحد المادي الذي يسمح لنا بمراقبة وجودها. "إن المتغير الوحيد الذي يمكننا قياسه بشكل موضوعي هو احتمال أن تصبح الحياة قابلة للاكتشاف من الفضاء، على مسافة معينة من الأرض. من أجل التبسيط، دعونا نسمي هذه "المعلمة A "، كما يشرح بيريزين.
إذا لم تحقق حضارة خارج كوكب الأرض هذا المقياس A (سواء عن طريق تطوير وسائل النقل بين النجوم، أو عن طريق بث الاتصالات عبر الفضاء، أو بوسائل أخرى)، فمن الممكن جدًا أن توجد دون أن تكون قادرة على الاتصال بنا، لكن هذا لا يساعدنا في حل المفارقة.
إن حل بيريزين "الأول الذي يدخل والآخر الذي يخرج" هو سيناريو أكثر شراً: "ماذا لو كان شكل الحياة الأول الذي يحقق القدرة على السفر بين النجوم يقضي بالضرورة على كل المنافسة، لتغذية توسعه الخاص؟" "، يسأل نفسه. وكما يوضح بيريزين، فإن هذا لا يعني بالضرورة أن حضارة فضائية متطورة للغاية ستدمر بشكل واعي أشكال الحياة الأخرى، وربما "لن يلاحظوا حتى: بنفس الطريقة التي يهدم بها طاقم البناء عش النمل، لبناء عقارات بشرية، بسبب كونهم يفتقرون إلى الدقة والرغبة المحددة في حمايتها.
هل يقترح بيريزين إذن أننا نحن النمل، والسبب في عدم مواجهتنا للكائنات الفضائية هو أننا لم نتعرض بعد لحضارتنا الخاصة التي تم تدميرها دون وعي من قبل أشكال الحياة المتفوقة بشكل لا يصدق؟ لا. لأننا على الأرجح لسنا النمل، بل نحن مدمرو المستقبل للعوالم التي كنا نبحث عنها طوال هذا الوقت. "على افتراض أن الفرضية المذكورة أعلاه صحيحة، ماذا يعني ذلك بالنسبة لمستقبلنا؟ "، يكتب بيريزين. "التفسير الوحيد هو الاحتجاج بالمبدأ الأنثروبي. أو كما قال" نحن أول من يصل إلى المرحلة [بين النجوم] وعلى الأغلب سنكون آخر من يغادر”.



مرة أخرى، لن يحتاج مثل هذا التدمير المحتمل إلى التصميم أو التنسيق بشكل متعمد، بل يمكن ببساطة أن يتكشف كنظام حر تمامًا، ومعقد للغاية وحر بحيث لا يستطيع أي فرد السيطرة عليه. أحد الأمثلة التي يقدمها بيريزين هو رأسمالية السوق الحرة، وقد يكون آخر هو مخاطر الذكاء الاصطناعي غير المقيد على تراكم السلطة والاستفراد بها.
"من المحتمل أن يملأ الذكاء الاصطناعي المارق المجموعة العملاقة بأكملها بنسخ منها، مما يحول كل نظام شمسي إلى كمبيوتر عملاق، ولا داعي للتساؤل عن سبب قيامه بذلك. يقول بيريزين: "كل ما يهم هو أن ذلك يمكن أن يحدث". هذه نظرة مرعبة جدًا لمفارقة فيرمي: في الأساس، قد نكون فائزين في سباق مميت نشارك فيه دون أن نعرف ذلك.، إنه السيناريو المعروف في حقل الخيال العلمي بمنظومة الماتريكس.
ومع ذلك، حتى بيريزين يعترف بأنه يأمل أن يكون مخطئًا في هذا الشأن. بالإضافة إلى ذلك، من المهم ملاحظة أن العديد من العلماء الآخرين لديهم وجهات نظر أكثر تفاؤلاً بشأن "التاريخ" المحتمل للاتصال بحياة متقدمة خارج كوكب الأرض. وبالتالي فإن وجهة نظر الفيزيائي هي مجرد أحدث الافتراضات العلمية فيما يتعلق بالسبب الذي يجعلنا مقدرين أن ننظر إلى النجوم لوحدنا.
الحياة خارج كوكب الأرض: يقترح رائد فضاء سابق توجيه تلسكوب جيمس ويب إلى كوكب محدد للغاية:
تم إطلاق تلسكوب جيمس ويب في 25 ديسمبر، ووصل كما هو مخطط له إلى وجهته، عند نقطة لاغرانج L2. حيث يقوم حاليًا بمحاذاة الأجزاء الثمانية عشر التي تشكل مرآته الأساسية وسيكون جاهزًا لمسح الكون في غضون بضعة أشهر. ومن بين الأهداف العلمية الأخرى، سيتم استخدامه للبحث عن المكونات اللازمة لظهور الحياة في أجواء الكواكب الخارجية. وفي هذه النقطة، لدى كريس هادفيلد، رائد الفضاء الكندي السابق، رأيه الخاص: وفقًا له، يجب أن يركز التلسكوب على كوكب Kepler-442b، وهو كوكب خارج المجموعة الشمسية يقع على بعد حوالي 1200 سنة ضوئية، ومن المحتمل جدًا أن يستضيف الحياة.
تم اكتشاف ما يزيد على 8000 كوكب خارجي حتى الآن، ولا يزال هناك ما يقرب من 8500 كوكب لم يتم تأكيدها على نحو قطعي. وبفضل بيانات تلسكوب كيبلر الفضائي، يقدر العلماء في معهد SETI أنه قد يكون هناك ما يصل إلى 300 مليون كوكب يحتمل أن يكون صالحًا للسكن واحتواء الحياة في مجرتنا، بمعنى آخر، كواكب يمكن أن يتواجد عليها الماء السائل. وقد يكون بعضها قريبًا جدًا منا، على بعد أقل من 30 سنة ضوئية من شمسنا. فلماذا كيبلر-442ب على وجه الخصوص؟
يؤكد كريس هادفيلد في حسابه على تويتر أنه "كوكب ممتاز" يتعين على جيمس ويب رصده ومراقبته لدراسته، في حين نشر تغريدة أخرى تحدد أن كوكب كيبلر 442 B سيكون أكثر صالحًا للسكن من الأرض. وهو أكبر قليلا من حيث الحجم والكتلة من الأرض، ويدور هذا الكوكب الصخري حول نجم من النوع K، على مسافة حوالي 0.4 وحدة فلكية، بفترة تبلغ حوالي 112 يوما. ليس فقط لأنه يقع في المنطقة الصالحة للسكن في نظامه، ولكن نجمه المضيف أقل كتلة بنسبة 40٪ على الأقل من شمسنا، مما يعني أنه لا يزال بإمكانه العيش لمدة 30 مليار سنة على الأقل. وهو أحد أكثر الكواكب الخارجية شبهاً بالأرض.
كان أحد الأهداف الرئيسية لمهمة كيبلر (K2) التابعة لناسا، والتي بدأت في عام 2009، هو تحديد تكرار ظهور الكواكب الصخرية في المنطقة الصالحة للسكن من النجوم المشابهة للشمس. اقترحت ورقة بحثية نشرت عام 2015 في مجلة الفيزياء الفلكية أن العديد من الكواكب الخارجية التي تم تحديدها، بما في ذلك Kepler-442b، من المحتمل جدًا أن تحتوي على ماء سائل على أسطحها.
من بين أكثر من 1000 كوكب خارجي اكتشفتها مهمة كيبلر، هناك ثمانية منها يقل حجمها عن ضعف حجم الأرض وتقع في المنطقة الصالحة للسكن حول نجومها. النجوم الثمانية المعنية أكثر برودة وأصغر من شمسنا. حسب وكالة ناسا الفضائية .
وادعى مؤلفو هذه الدراسة أن العديد من هذه الكواكب لديها مؤشرات صلاحية للسكن أعلى من تلك الخاصة بالأرض. "هذا لا يعني أن هذه الكواكب صالحة "أكثر للسكن" من الأرض - بل يعني أن توأم الأرض الذي يدور حول توأم شمسي لاحظه كيبلر لن يكون لديه أكبر احتمال لأن يكون مؤهلاً وصالحًا للسكن"، وكان الهدف من هذه الدراسة هو تضييق قائمة الكواكب الخارجية التي يجب دراستها كأولوية. في ذلك الوقت، حدد الباحثون أربعة كواكب مرشحة لملاحظات جيمس ويب المستقبلية: KOI 5554.01، KOI 6108.01، KOI 7587.01 وK2-3 d. تم تأكيد Kepler-442b (أو KOI-4742.01) ككوكب خارج المجموعة الشمسية في عام 2015، ويعتبر أحد أكثر الكواكب الشبيهة بالأرض التي تم اكتشافها على الإطلاق، سواء من حيث الحجم أو درجة الحرارة. يبلغ نصف قطره حوالي 1.3 مرة نصف قطر الأرض - مما يشير إلى أنه من المحتمل أن يكون كوكبًا صخريًا - ولديه درجة حرارة متوازنة تبلغ 233 كلفن (-40 درجة مئوية). ولأنه أقرب إلى نجمه من الأرض إلى الشمس، فمن المحتمل أنه يدور بشكل أبطأ بكثير من الأرض (بسبب تأثيرات المد والجزر)، ويمكن أن يصل طول اليوم إلى أسابيع أو حتى أشهر. النجوم من النوع K (أو الأقزام البرتقالية) أكثر برودة وأصغر من الشمس، لكنها تعيش لفترة أطول ويمكن أن تبقى في التسلسل الرئيسي لمدة 18 إلى 34 مليار سنة (يقدر عمر الشمس بـ 10 مليار سنة). بالنسبة لكريس هادفيلد، يبدو أن كوكب Kepler-442b هو هدف بحثي مثالي. لكنه بلا شك ليس الوحيد التي يُظهر هذه الإمكانية العالية للسكن. أفادت دراسة أجريت عام 2021 في مجلة The Astrophysical Journal أن حوالي نصف النجوم الشبيهة بالشمس يمكن أن تستضيف كواكب صخرية يحتمل أن تكون صالحة للحياة؛ يمكن أن يكون أقربها على بعد حوالي 20 سنة ضوئية من الأرض.
في السابق، كان العلماء يأخذون في الاعتبار فقط مسافة الكوكب من نجمه لتقييم مدى صلاحيته للسكن. وعلى عكس التقديرات السابقة، تأخذ هذه الدراسة أيضًا في الاعتبار العلاقة بين درجة حرارة النجم، وأنواع الضوء التي ينبعث من هذا النجم ويمتصه الكوكب. وخلص الباحثون إلى أنه "من الممكن أن يكون هناك، في المتوسط، أربعة كواكب صخرية في المنطقة الصالحة للسكن حول النجوم القزمة G أو K تقع على بعد 10% من الشمس".
سوف يستخدم تلسكوب جيمس ويب مجموعة متنوعة من الأساليب لمراقبة الغلاف الجوي للكواكب الخارجية عن كثب؛ وعلى وجه الخصوص، سيقوم بإجراء تحليل طيفي للضوء الصادر عن النجم في اللحظة التي يأتي فيها الكوكب الخارجي بينه وبين شمسه. سيكشف تحليل طيف الأشعة تحت الحمراء المستلمة عن خطوط الامتصاص المميزة لبعض العناصر الكيميائية. ويعتقد بعض العلماء أن الجهاز يمكنه اكتشاف مركبات من نوع مركبات الكربون الكلورية فلورية، والتي يمكن أن تكشف عن وجود حضارة محتملة خارج كوكب الأرض. بضعة أشهر أخرى من الصبر قبل معرفة ما إذا كنا وحدنا في الكون.
يمكن أن تكون الثقوب الدودية هي المفتاح لحل لغز التوسع المتسارع للكون:
تنتشر اليوم فرضية تقول إن الثقوب الدودية يُمكن أن تحل لغز التوسع المتسارع لغطاء الكون إذ أن الكون الواسع والغامض في توسع دائم. لعقود من الزمن، كان العلماء مفتونين بالقوة غير المرئية والمراوغة التي يبدو أنها تسرع هذا التوسع: الطاقة المُعتمة أو السوداء أو المظلمة. ومع ذلك، تقدم دراسة جديدة حلاً جريئًا: يمكن للثقوب الدودية أن تحمل مفتاح هذا اللغز الكوني.
تشكل الطاقة السوداء أو المظلمة، وهي قوة تنافر غير مرئية، حوالي 70% من الكون المرئي. وستكون مسؤولة عن تسارع توسع الكون، وهي ظاهرة تم اكتشافها بفضل ملاحظات ورصد المستعرات الأعظم السوبرنوفا في عام 1998. ووفقا للنماذج الحالية، يمكن تمثيل الطاقة المظلمة بثابت كوني كالثابت الكوني الذي اقترحه آينشتين في معادلاته في بداية القرن العشرين، وهو شكل من أشكال طاقة الفراغ التي تتخلل الكون المرئي بأكمله. على الرغم من انتشارها في كل مكان، تظل الطبيعة الدقيقة أو الماهية الحقيقية للطاقة المظلمة لغزًا عميقًا.

أحد أعظم ألغاز علم الكونيات هو فهم كيف ولماذا تفعل الطاقة السوداء أو المظلمة ما تفعله. النظريات كثيرة، لكن لم تقدم أي منها حتى الآن تفسيرا مرضياً. وفي هذا السياق تأتي دراسة نشرت مؤخرا في مجلة Physical Review D، تقترح أن الثقوب الدودية، وهي أنفاق افتراضية في نسيج الزمكان، يمكن أن تقدم حلا. تم وضع نظرية للثقوب الدودية لأول مرة من قبل ألبرت أينشتاين وناثان روزن في عام 1935 كجسور تربط بين نقطتين مختلفتين في الزمكان.
نحو فهم جديد لتوسع الكون:
وتشير الدراسة الجديدة، التي قادتها مجموعة دولية من علماء الفيزياء، إلى أن الثقوب الدودية يمكن أن تفسر الطاقة المظلمة وتأثيرها على توسع الكون. ببساطة، يمكن للثقوب الدودية أن تسمح للطاقة المظلمة "بالتدفق" من منطقة في الكون إلى أخرى، مما يخلق تأثير التسارع الملحوظ. تعتمد هذه الفرضية على نماذج رياضياتية معقدة وعمليات محاكاة حاسوبية متقدمة.
يمكن للثقوب الدودية المجهرية، التي تتشكل وتتحلل باستمرار في الزبد الكمي للزمكان، أن تلعب دورًا رئيسيًا في توسع الكون. ووفقا للدراسة، يمكن لهذه الثقوب الدودية تعديل طوبولوجيا الزمكان، وبالتالي التأثير على معادلات مجال الجاذبية. ومن خلال إضافة مصطلح محدد في حركة الجاذبية، اكتشف الباحثون أن كثافة الثقوب الدودية يمكن أن تولد ثابتًا كونيًا فعالاً. وهذا الثابت، الذي يتغير مع مرور الوقت، يمكن أن يفسر الطاقة المظلمة وتأثيرها على التوسع المتسارع للكون.
باختصار، هذا يعني أن الطاقة المظلمة يمكن أن تكون نتيجة تفاعلات طوبولوجية معقدة على المستوى دون الذري، حيث تقوم الثقوب الدودية المجهرية بتعديل بنية الزمكان. وبالتالي، يشكل هذا طريقة جديدة للتعامل مع الطاقة المظلمة، مما يشير، من بين أمور أخرى، إلى أن هذه الظاهرة يمكن أن تكون مرتبطة ارتباطًا جوهريًا بالطبيعة الأساسية للكون وبالجاذبية الكمية أو الثقالة الكمومية.
آثار واسعة لفرضية قوية:
إذا كانت الثقوب الدودية موجودة بالفعل وتلعب دورًا في توسع الكون، فإن هذا من شأنه أن يفتح الطريق أمام طرق جديدة لاستكشافها ودراستها. قال ستيليانوس تسيليوكاس، طالب الدكتوراه في جامعة ثيساليا والمرصد الوطني في أثينا، والمؤلف المشارك للدراسة، لموقع Live Science: "على الرغم من أن نتائجنا مستمدة على أساس الجاذبية الإقليدية الكمومية، فمن المحتمل أن يكون تعديلنا يمكن تطبيقه على نظريات أخرى حول الجاذبية الكمومية."
يجب أن تعلم أن أبحاث الثقوب الدودية تزدهر. قامت التجارب الحديثة باستخدام أجهزة الكمبيوتر الكمومية بمحاكاة نماذج ديناميكية مختلفة للثقوب الدودية، مما يوفر نظرة ثاقبة لسلوكها المحتمل. تسمح هذه التطورات، كما أظهر فريق البحث، بأن نموذج الطاقة المظلمة الخاص بهم أفضل من الناحية الرصدية من الملاحظة في النظرية الكونية القياسية، التي تفترض أن الطاقة المظلمة لها كثافة طاقة مستقلة عن الزمن. ويضيف تسيليوكاس: "وفقًا لاقتراحنا، يمكن أن تتغير الطاقة المظلمة بمرور الزمن". "وهذه ميزة كبيرة، لأن الملاحظات الحديثة تشير إلى أن معدل توسع الكون يختلف اليوم مقارنة بالكون المبكر.
ومع ذلك، ينتقد بعض الخبراء هذه الفرضية، ويسلطون الضوء على التحديات التقنية وخاصة المفاهيمية. وذلك لأن الثقوب الدودية تتطلب وجود ظروف غريبة، مثل وجود مادة ذات طاقة سلبية، والتي لم يتم ملاحظتها بشكل مباشر بعد. ومع ذلك، فإن فكرة أن الثقوب الدودية يمكن أن تحل لغز الطاقة المظلمة وتوسع حدود علم الكونيات وتُلهم اتجاهات بحثية جديدة. يواصل الفيزيائيون استكشاف هذه المفاهيم بحماس على سبيل المثال إن اكتشاف العلاقة بين الثقوب السوداء والمادة المظلمة يمكن أن يحل "مشكلة الفرسخ الفلكي النهائية" في الفيزياء الفلكية قريبًا وفقًا لدراسة جديدة تمت تغطيتها والتمعن فيها.
تعتبر الثقوب السوداء من أكثر الأجسام الفيزيائية الفلكية جاذبية. وقد تم طرح العديد من الفرضيات بشأن تكوينها، خاصة فيما يتعلق بالثقوب السوداء فائقة الكتلة (SMBH). في الآونة الأخيرة، وباستخدام نهج جديد، حدد الباحثون الكنديون وجود صلة بين الثقوب السوداء الهائلة وجسيمات المادة المظلمة. وفي دراسة جديدة، اقترحوا أن اندماج الأجسام الصغيرة فائقة الضخامة الذي أدى إلى ظهور ثقب أسود واحد أكثر ضخامة يتأثر بسلوك جسيمات المادة المظلمة. ويقولون إن هذا الاكتشاف يمكن أن يساعد في حل "مشكلة الفرسخ الفلكي النهائية".
في حالة احتضان الجاذبية، تنجذب الثقوب السوداء فائقة الكتلة ببطء نحو بعضها البعض. ووفقا لعلماء الفلك، فإن اقترابهم التدريجي يجب أن يتسبب في انبعاث مموج في بنية الزمكان الذي يمكن اكتشافه من الأرض. وهذا أيضًا ما طرحه المجتمع العلمي في عام 2023، عندما تم اكتشاف "طنين" مستمر لموجات الجاذبية التي يتردد صداها عبر الكون. ووفقا للباحثين، فإن هذه الإشارة، التي تسمى أيضا "همس الكون"، يمكن أن تكون ناجمة عن اندماج ملايين الثقوب السوداء الهائلة على مدى مليارات السنين.
ومع ذلك، فقد أظهرت عمليات المحاكاة أنه عندما تقترب أزواج من الأجسام الصغيرة والمتوسطة الحجم من بعضها البعض في حركة حلزونية، فإن اقترابها يتوقف عندما يفصل بينها حوالي فرسخ فلكي (حوالي ثلاث سنوات ضوئية)، كما لو كانت تتنافر، وبالتالي تمنع الاندماج. وهذه النتيجة هي التي أعطت اسمها لـ "مشكلة الفرسخ الفلكي النهائية".
ومؤخرًا، يبدو أن فريقًا بحثيًا من جامعة تورنتو وجامعة ماكجيل، بقيادة غونزالو ألونسو ألفاريز، قد وجد الحل في دراسة جديدة نُشرت في مجلة Physical Review Letters. ويقولون إن المفتاح يكمن في تضمين المادة المظلمة، التي تم الاستهانة بها منذ فترة طويلة في هذه العملية. "لقد أظهرنا أن تضمين تأثير المادة المظلمة الذي تم إهماله سابقًا يمكن أن يساعد الثقوب السوداء فائقة الكتلة في التغلب على هذا الفرسخ الفلكي الأخير من الانفصال والاندماج. توضح حساباتنا كيف يمكن أن يحدث هذا، على عكس ما كان يُعتقد سابقًا،” كما أوضح ألونسو ألفاريز في بيان صحفي صادر عن جامعة تورنتو.
ماذا لو لم تكن المادة المظلمة مادة سلبية وغير متفاعلة؟
لا شك أن إحدى أكثر المواد غموضًا في الكون هي المادة المظلمة (وهي تشكل حوالي 85% من المادة الموجودة في الكون). ورغم أنها غير مرئية، إلا أنها تشهد على وجودها من خلال تأثيرات الجاذبية على المادة المرئية. لفترة طويلة، اعتقد العلماء أن هذه المسألة كانت سلبية ودون تفاعل. ومع ذلك، قد لا يكون هذا هو الحال. يقترح ألونسو ألفاريز وفريقه أنه إذا كانت جسيمات المادة المظلمة تتمتع بخاصية التفاعل الذاتي، فإن هذا من شأنه أن يولد دافعًا إضافيًا "لجمع" الكرات الصغيرة فائقة الضخامة معًا. هذه "المادة المظلمة ذاتية التفاعل" ستعمل لاحقًا كنوع من "الغراء" الكوني، مما يسمح للثقوب السوداء بالاندماج.
لكن السؤال الحقيقي في هذه الحالة هو كيف يمكن تحقيق ذلك. عندما تصطدم مجرتان، يدور ثقباهما الأسودان المركزيان حول بعضهما البعض نحو الداخل، بسبب تفاعلات الجاذبية مع النجوم القريبة. ثم يعبرون بعد ذلك "ذروة" تركيز المادة المظلمة (كثيفة جدًا). وإذا لم تتفاعل هذه المادة المظلمة، فإن هذه الذروة تتعطل بسبب حركة الثقوب السوداء. من ناحية أخرى، يمكن لجسيمات المادة المظلمة أن تحافظ على بنية القمة وتثبتها، بشرط أن "ترتد" عن بعضها البعض.
وقال ألونسو ألفاريز: "إن احتمال تفاعل جزيئات المادة المظلمة مع بعضها البعض هو فرضية قمنا بصياغتها، وهو عنصر إضافي لا تحتوي عليه جميع نماذج المادة المظلمة". ويجادل بأن حجتهم تكمن في حقيقة أن "النماذج التي تحتوي على هذا المكون هي وحدها القادرة على حل مشكلة البارسيك أو الفرسخ الفلكي النهائية".
وبالتالي، من المحتمل أن يحل هذا الحل اللغز الكوني الذي اكتشفته مصفوفة توقيت النجم النابض في عام 2023، بالإضافة إلى مشكلة الفرسخ الفلكي النهائية. وفقًا للباحثين، حتى لو كان شكل إشارة موجة الجاذبية هذه لا يتطابق تمامًا مع ما هو متوقع من النماذج القياسية، فإن نموذجهم الخاص بالمادة المظلمة ذاتية التفاعل يمكن أن ينتج طيف موجات جاذبية أكثر ملاءمة لهذه الملاحظات.
يشرح المؤلف المشارك في الدراسة جيمس كلاين، من جامعة ماكجيل والمنظمة الأوروبية للأبحاث النووية: "إن التنبؤ باقتراحنا هو أن طيف موجات الجاذبية التي تلاحظها مصفوفات توقيت النجوم النابضة يجب أن يتم تخفيفه عند الترددات المنخفضة. وتشير البيانات الحالية بالفعل إلى هذا السلوك، ويمكن أن تؤكده البيانات الجديدة في السنوات المقبلة.
تسلط الدراسة التي أجراها ألونسو ألفاريز وزملاؤه الضوء على إمكانات موجات الجاذبية في استكشاف طبيعة المادة المظلمة. ومع ذلك، سيتعين القيام بعمل إضافي لتأكيد هذا الاحتمال. قال ألونسو ألفاريز: "إن عملنا هو طريقة جديدة لمساعدتنا على فهم الطبيعة الجزيئية للمادة المظلمة". ويختتم قائلاً: "لقد اكتشفنا أن تطور مدارات الثقب الأسود حساس للغاية للفيزياء الدقيقة للمادة المظلمة، مما يعني أنه يمكننا استخدام ملاحظات اندماج الثقوب السوداء فائقة الكتلة لفهم هذه الجسيمات بشكل أفضل"..
المصدر: arXiv.org (+ PDF)