يؤكد العلماء نظرية الجاذبية البديلة: لماذا تغير الفيزياء

لاحظ علماء الفيزياء الفلكية سلوكًا غامضًا للعناقيد النجمية يبدو أنه يتحدى سلوكنا

الفهم الحالي للجاذبية في الفضاءحجم. ومن المثير للاهتمام أن الملاحظات تتفق مع نظرية الجاذبية البديلة التي تنكر الحاجة إلى وجود المادة المظلمة. ومع ذلك، هذا مثير للجدل بين الخبراء.

كيف يعمل الكون؟

نظرية نيوتن الكلاسيكية للجاذبية هي القانونوصف تفاعل الجاذبية في إطار الميكانيكا الكلاسيكية. في النظرية النيوتونية، كل جسم ضخم يولد مجال قوة جذب نحوه. نحن نتحدث عن مجال الجاذبية.

ينتشر تفاعل الجاذبية في نظرية نيوتن على الفور، لأن قوة الجاذبية تعتمد فقط على الموقع النسبي لجذب الأجسام في لحظة معينة من الزمن.

مسؤول أيضًا عما يحدث في عالمناوالمادة المظلمة. ولا يشارك في التفاعل الكهرومغناطيسي، وبالتالي فهو غير متاح للمراقبة المباشرة. تشكل المادة المظلمة حوالي 25% من كتلة طاقة الكون وتظهر فقط في تفاعل الجاذبية. ليس كل العلماء سعداء بحقيقة أنه لا يمكن ملاحظته. ينكر بعض علماء الفيزياء المادة المظلمة والبنية المقبولة للكون. يتحدثون عن غياب الجاذبية وتشويه الزمكان ويقدمون البدائل. على سبيل المثال، نظرية MOND (بالإنجليزية: Modified Newtonian Dynamics، ديناميكا نيوتونية معدلة).

ما البديل؟

وفقًا لنظرية MOND - أو نظرية الجاذبية البديلة - يمكن تعديل قانون نيوتن للجاذبية لشرح دوران المجرات دون إشراك المادة المظلمة.

في الأساس، تعتبر نظرية MOND بديلاً عن النظرية العامةنظرية النسبية. اخترعها أينشتاين لشرح كيفية عمل الجاذبية وسبب وجود المادة المظلمة، التي تربط المجرات ببعضها البعض.

وجد البروفيسور بافيل كروبا وفريقه دليلاً على وجود نظرية بديلة للجاذبية
الصورة: فولكر لانرت / جامعة بون

يهدف MOND إلى شرح السببالأجسام المختلفة في الكون لها كتلة مختلفة دون استخدام مفهوم المادة المظلمة. تم اقتراحه في أوائل الثمانينيات من قبل عالم الفيزياء الفلكية الإسرائيلي مردخاي ميلغروم. تعدل النظرية قانون الجاذبية ، مشيرة إلى قوة أقوى في بعض مناطق الفضاء ، مما يفسر انحناء الفضاء.

أين بحث العلماء عن الجواب؟

مؤلفو الدراسة الجديدة درسوا شارد الذهنمجموعات النجوم. وتتشكل عندما تولد آلاف النجوم خلال فترة قصيرة في سحابة غازية ضخمة. وعندما "تشتعل"، فإنها تنفخ بقايا سحابة الغاز، مما يتسبب في توسع الكتلة بشكل كبير. يؤدي هذا إلى إنشاء تكوين "فضفاض" يحتوي على ما يتراوح بين بضع عشرات إلى عدة آلاف من النجوم. تعمل قوى الجاذبية الضعيفة بينهما على تثبيت أعضاء الكتلة معًا.

في معظم الحالات، نجوم متناثرةتدوم المجموعات بضع مئات الملايين من السنين فقط قبل أن تذوب. وفي الوقت نفسه، تفقد النجوم بانتظام، والتي تتراكم في ما يسمى بـ "ذيول المد والجزر". يصل أحدهم إلى المجموعة أثناء انتقالها عبر الفضاء. أما الآخر، على العكس من ذلك، فيأخذ «المبادرة» ويعمل «كرأس الحربة».

ما هو التناقض؟

وفقا لقوانين نيوتن للجاذبية، مسألة ما إذا كانيعتمد الذيل الذي ينتهي به النجم المفقود على الحالة. وبالتالي، يجب أن يحتوي كلاهما على نفس عدد النجوم تقريبًا. ومع ذلك، ولأول مرة في التاريخ، أثبت العلماء أن الأمر ليس كذلك. لقد درسوا المجموعات ولاحظوا كيف أن الذيل "الأمامي" يحتوي دائمًا على نجوم أكثر من الذيل "الخلفي".

حتى الآن كان من المستحيل تقريبًا تحديد ذلكومن بين ملايين النجوم القريبة من العنقود تلك التي تنتمي إلى ذيولها. للقيام بذلك، عليك الانتباه إلى سرعة واتجاه الحركة وعمر كل من هذه الأشياء. ولحل المشكلة، طور مؤلفو الدراسة الجديدة طريقة سمحت لهم بإحصاء النجوم في ذيولها بدقة لأول مرة.

في عنقود القلائص النجمي (أعلى)، عدد النجوم (الأسود) في ذيل المد والجزر الرئيسي أكبر بكثير منه في ذيل المد والجزر اللاحق.
تُظهر عمليات المحاكاة الحاسوبية باستخدام MOND (أدناه) صورة مماثلة. مصدر الصورة: جامعة بون.

في الوقت الحالي، تم استكشاف خمس مجموعات مفتوحة بالقرب من الأرض، أربع منها أقرب ما يمكن. وعندما قام العلماء بتحليل جميع البيانات، واجهوا تناقضا مع النظرية الحالية.

الالتحام بنظرية أخرى

وعلى العكس من ذلك، فإن بيانات الرصد الجديدة أفضل بكثيرتتفق مع نظرية MOND. ووفقا لها، يمكن للنجوم مغادرة العنقود "من خلال بابين مختلفين"، كما يوضح العلماء. "أحدهما يؤدي إلى ذيل المد والجزر "الخلفي"، والآخر يؤدي إلى ذيل المد والجزر "الأمامي". ومع ذلك، فإن الأول أضيق بكثير من الثاني، لذلك من غير المرجح أن يغادر النجم العنقود من خلاله. من ناحية أخرى، تتنبأ نظرية نيوتن للجاذبية بأن كلا "البابين" يجب أن يكونا بنفس العرض، كما كتب الفيزيائيون.

en.freepik.com

قام الفيزيائيون بحساب التوزيع النجمي،المتوقعة وفقا لنظرية MOND. وتبين أن النتائج كانت في اتفاق جيد بشكل مدهش مع الملاحظات. ومع ذلك، للقيام بذلك، كان على الفيزيائيين استخدام أساليب حسابية بسيطة نسبيًا. إنهم يفتقرون حاليًا إلى الأدوات الرياضية اللازمة لتحليل ديناميكيات نيوتن المعدلة بمزيد من التفصيل.

ما هو الحد الأدنى؟

ومع ذلك، فإن عمليات المحاكاة متطابقة أيضًامع ملاحظات في جوانب أخرى. لقد توقعوا المدة التي ستستمر فيها العناقيد النجمية المفتوحة عادةً. وهذه الفترة الزمنية أقصر بعدة مرات مما يمكن توقعه وفقًا لقوانين نيوتن. وهذا ما يفسر لغزا معروفا منذ زمن طويل. وعلى وجه التحديد، لماذا تختفي العناقيد النجمية في المجرات القريبة بشكل أسرع مما ينبغي.

ومع ذلك، فإن نظرية MOND لا جدال فيها بينالمتخصصين. وبما أن قوانين نيوتن للجاذبية "لا تعمل" في ظل ظروف معينة، فيجب تغييرها. كل هذا له عواقب بعيدة المدى على مجالات أخرى من الفيزياء.

ومن ناحية أخرى، هذا يحل الكثيرالمشاكل التي يواجهها علم الكونيات اليوم. والآن يستكشف مؤلفو الدراسة طرقًا رياضية جديدة لنمذجة أكثر دقة. ويمكن بعد ذلك استخدامها للعثور على مزيد من الأدلة حول ما إذا كانت نظرية MOND صحيحة أم لا.

قراءة المزيد:

أكد علماء الآثار رسمياً الأساطير من الكتاب المقدس

اتضح ما يحدث لخلايا الجسم عند موت القلب

تم اختراق إشارة Starlink لاستخدامها كبديل لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)