الطاقة المظلمة مقابل ألبرت أينشتاين: يفوز العالم

لعقود من الزمن، ظلت نظرية الجاذبية، التي تنبع من النسبية العامة،

وأوضح ألبرت أينشتاينجميع العمليات في الفضاء: من مدار عطارد غير المعتاد إلى سلوك الثقوب السوداء. لكن في أوائل الستينيات من القرن الماضي، أدى اكتشاف واحد إلى التشكيك في عالمية النسبية العامة ونظرية الجاذبية.

وفي هذا الوقت، اكتشف الباحثون ذلك لأول مرةسلوك المجرات البعيدة لا يتوافق مع تنبؤات نظرية الجاذبية. تبين أن تشوهات الزمكان الناتجة عن العناقيد البعيدة والأنظمة النجمية أقوى بكثير من كتلة هذه الأجسام المحسوبة بناءً على الملاحظات.

في وقت لاحق ، في أواخر التسعينيات ، باحثوناكتشف حقيقة أخرى غير عادية. اتضح أن معدل تمدد الكون يزداد بمرور الوقت. شكل هذا التأثير تحديًا آخر لنظرية ألبرت أينشتاين: كان من المفترض أن تؤدي تأثيرات الجاذبية للمادة إلى إبطاء تمدد الكون ، وليس تسريعه. وجد النموذج الكوني الحديث - نموذج ΛCDM - إجابات لهذه الأسئلة ، لكن العلماء لا يتخلون عن الأمل في تحدي عبقرية النصف الأول من القرن العشرين.

لماذا يعتقد العلماء أن الكون يتوسع بمعدل متسارع؟

تم اكتشاف التوسع المتسارع للكون في1998 نتيجة لعمل فريقين مستقلين في آنٍ واحد: مشروع علم الكون المستعر الأعظم ومجموعة البحث عن سوبر نوفا High-Z. درست كلتا المجموعتين البحثيتين تسارع توسع الكون من خلال تحليل الانفجارات النجمية البعيدة.

المستعرات الأعظمية من نوع La لها نفس الشيء تقريبًااللمعان القياسي. من خلال مراقبة سطوع مثل هذه الأشياء ، يمكن للمرء تحديد مدى بعدهم. بالإضافة إلى ذلك ، مع توسع الكون ، ينتقل الضوء من الأجسام البعيدة إلى الجانب الأحمر من الطيف. من خلال قياس الانزياح نحو الأحمر ، يمكن تحديد مقدار تمدد الكون منذ حدوث المستعر الأعظم.

علماء الفيزياء الفلكية خلال هذهكانت التجارب واثقة من أن الكون يجب أن يتوسع بمعدل أبطأ، وبعد ذلك يجب أن تتوقف العملية أو تبدأ في الانكماش. لكن النتيجة غير المتوقعة، والتي توصلت إليها مجموعتا العلماء بشكل مستقل، هي أن الكون يتوسع بمعدل متسارع.

تم تأكيد توسع الكون في وقت لاحقأساليب أخرى. يؤكد قياس الخلفية الكونية الميكروية (آثار الانفجار العظيم) وتأثيرات عدسة الجاذبية وتحليل التذبذبات الصوتية الباريونية فرضية توسع الكون.

وفي عام 2007، حصل الفريقان اللذان اكتشفا تأثير تمدد الكون على جائزة جروبر في مجال علم الكونيات، وفي عام 2011، حصل ثلاثة من المشاركين على جائزة نوبل في الفيزياء.

التوسع المتسارع للكون. الصورة: ناسا ، STSci ، آن فيلد

كيف نفسر التوسع المتسارع؟

لشرح الملاحظات (توسع الكون والتشويه القوي للزمكان من المجرات البعيدة)، قدم العلماء نموذجين جديدين - المادة المظلمة والطاقة المظلمة.

المادة المظلمة هي شكل افتراضيالمادة التي يعتقد العلماء أنها تشكل حوالي 85٪ من المادة في الكون. يطلق عليه الظلام لأنه لا يتفاعل مع المجال الكهرومغناطيسي بأي شكل من الأشكال. بمعنى آخر ، هذه المادة لا تعكس أو تمتص أو تبعث الضوء والموجات الكهرومغناطيسية الأخرى. ومع ذلك ، فإن لها كتلتها الخاصة ، وبالتالي تأثير الجاذبية. تساعد إضافة المادة المظلمة إلى النماذج الكونية على تفسير الجاذبية الأقوى للمجرات البعيدة.

الطاقة المظلمة هي شكل افتراضيالطاقة ، على عكس المادة المظلمة ، لا يُعرف عنها سوى القليل. يُعتقد أن الطاقة المظلمة متجانسة جدًا وليست كثيفة جدًا ولا يمكنها التفاعل مع أي من القوى الأساسية غير الجاذبية. ترتبط هذه الطاقة بطاقة الفراغ. إذا افترضنا أنه مع توسع الكون وزيادة المساحة الحرة ، تزداد هذه الطاقة ، فيمكن تفسير الانتقال من التوسع المنتظم إلى التوسع المتسارع.

على الرغم من أن فرضية الطاقة المظلمة تصف جيدًامن الصعب ربط العمليات التي لوحظت في الكون ووجوده وتفاعله مع مجال الجاذبية فقط مع النظرية العامة للنسبية ونظرية أينشتاين في الجاذبية.

كيف تختبر النظرية؟

يعتقد بعض العلماء أنه لو كانت النظريةلا يمكن للجاذبية أن تفسر الطاقة المظلمة ، فربما تكون غير مكتملة ، ونحتاج إلى إضافة معلمة أو متغير إضافي إلى المعادلة التي ستربط جميع الملاحظات معًا. لاختبار هذه الفرضية ، يبحث العلماء في الماضي عن علامات انتهاك نظرية الجاذبية.

أحد هذه الأعمال هو البحث الدوليالطاقة المظلمة باستخدام تلسكوب فيكتور بلانكو ذو قطر 4 أمتار في تشيلي. تم تقديم نتائج هذه الملاحظة في أغسطس في المؤتمر الدولي لفيزياء الجسيمات وعلم الكونيات (COSMO’22) في ريو دي جانيرو.

بحث المشاركون في الدراسة عن الأدلةحقيقة أن قوة الجاذبية قد تغيرت عبر تاريخ الكون ، أو في الماضي البعيد. لعملهم ، استخدموا ، بالإضافة إلى تلسكوب بلانكو الرئيسي ، بيانات من القمر الصناعي بلانك التابع لوكالة الفضاء الأوروبية.

لقد درس علماء الفيزياء الفلكية صور المجراتوجود تشوهات أكثر دقة بسبب انحناء الفضاء بالمادة المظلمة - وهو تأثير يسمى عدسة الجاذبية الضعيفة. تحدد قوة الجاذبية حجم وتوزيع هياكل المادة المظلمة، ويحدد الحجم والتوزيع بدوره مدى انحناء هذه المجرات بالنسبة لنا.

من خلال قياس كل هذه المعلمات ، من الممكن تحديد القوةالجاذبية في المجرات البعيدة. ونظرًا لأن الضوء المنبعث منها يستغرق ملايين ومليارات السنين للوصول إلينا ، في الأساس ، يبحث العلماء في كيفية تصرف الجاذبية في الماضي.

أفاد الباحثون أنهم درسوا بالفعلقوى الجاذبية والأشكال في أكثر من 100 مليون مجرة ​​، ولكن في جميع التجارب ، تتوافق الملاحظات تمامًا مع نظرية أينشتاين. لذلك ، تظل طبيعة الطاقة المظلمة لغزا.

تساعد عدسة الجاذبية ، مثل ما شوهد في صورة جيمس ويب الأولى ، العلماء على استكشاف المادة المظلمة والجاذبية في الأنظمة البعيدة. الصورة: NASA، ESA، CSA، STScI

ما التالي؟

نظرية أينشتاين لا تزال قائمة، ولكن الباحثينالاستمرار في اختبار قوتها. سيتم إجراء محاولة جديدة لشرح طبيعة الطاقة المظلمة من خلال مهمات الأقمار الصناعية. وتخطط وكالة الفضاء الأوروبية لإطلاق تلسكوب إقليدس الفضائي في عام 2023. ستقوم أدوات الجهاز بقياس الانزياح الأحمر للمجرات الموجودة على مسافات مختلفة من الأرض واستكشاف العلاقة بين الانزياح الأحمر والمسافة.

يتوقع المطورون أن يكون إقليدس قادرًا على ذلكننظر إلى الوراء 8 مليارات سنة. بمساعدة قياسات فائقة الدقة ، سيكون قادرًا على اكتشاف كيف كانت الأشياء مع الجاذبية والمادة المظلمة والطاقة المظلمة في هذا العصر.

ناسا تخطط لمهمة مماثلة:في عام 2027 ، تخطط لإطلاق تلسكوب الفضاء الروماني نانسي جريس في مدار الأرض. يعتقد الباحثون أنه سيكون قادرًا على دراسة المجرات الواقعة على مسافة 11 مليار سنة ضوئية ودراسة الكون المبكر.

قراءة المزيد:

فاجأت الصور الأولى للجزء الموجود تحت الأرض من المريخ العلماء

من الجسد إلى الفم: لقد فهم العلماء من أين أتت الأسنان

أين سيكون هذا الكوكب الأكثر خطورة بحلول عام 2100: تم نشر خريطة جديدة

الغلاف: Design Alex Mittelmann، Coldcreation، CC BY-SA 3.0، via Wikimedia Commons