أخرى
#نظرية_جديدة
#الكون
نظرية جديدة تعيد كتابة قصة الكون المبكر
نظرية جديدة تعد بتبسيط فهمنا للحظات الأولى من الكون، لكن بعض علماء الكونيات يرون أنه من الضروري إجراء المزيد من التدقيق الرياضي.
بقلم: غايونغ لي
مدة القراءة 5 دقائق
بعد الانفجار العظيم، توسع كوننا بمعدل أسي. وفقًا لهذه النظرية، المعروفة باسم التضخم الكوني، فإن النمو الانفجاري أنتج تقلبات كمومية صغيرة تطورت لاحقًا إلى مجرات. يفسر التضخم الكوني بشكل جيد كيف أصبح كوننا كبيرًا إلى هذا الحد ومعظمها متجانس، ولهذا السبب ظل نظرية قوية في علم الكونيات لعقود.
لكنها ليست مثالية. يعتمد التضخم الكوني على افتراضات نظرية معينة قد تكون تعسفية إلى حد ما - وهو أمر غير مثالي لنظرية يُفترض أن تفسر لماذا يظهر كوننا بالشكل الذي يبدو عليه. كانت هذه النقطة الضعيفة هي ما دفع الفيزيائي النظري راوول خيمينيز من جامعة برشلونة في إسبانيا لوضع نهج بديل لفك شفرة ديناميات الكون المبكر جدًا. الاقتراح الناتج، الذي نُشر في وقت سابق من هذا الشهر في Physical Review Research، يسعى إلى القضاء على المعلمات الزائدة والظرفية في النماذج التقليدية التي جعلت من الصعب على الفيزيائيين الاتفاق على نظرية واحدة.
الاقتراح، الذي طوره خيمينيز وزملاؤه، هو نموذج بسيط نسبيًا يعتمد بشكل أساسي على مبادئ مفهومة جيدًا من ميكانيكا الكم والنسبية العامة. يبدأ بالافتراض أن الكون المبكر جدًا كان موجودًا في ما يسمى فضاء دي سيتتر، الذي يرى الكون كفراغ مسطح تحكمه النسبية العامة. وفقًا لميكانيكا الكم، فإن تطبيق بعض الطاقة على هذا - وهو ما يسمى الانفجار العظيم - يولد تقلبات كمومية تؤدي إلى أوضاع موتر، أو موجات جاذبية. هذه الموجات زرعت بشكل عضوي قطعًا صغيرة من الكثافة في جميع أنحاء الكون، وتطورت تلك القطع الصغيرة في النهاية إلى مجرات ونجوم وكواكب، وفقًا للنظرية.
نقد النظرية التقليدية
ينتقد معارضو نظرية التضخم التقليدية بأنها تحتوي على الكثير من المعلمات القابلة للتعديل. إحدى هذه المعلمات هي الانفلاتون - المجالات القياسية الافتراضية التي يعتقد الفيزيائيون أنها دفعت التوسع السريع في الكون المبكر. لكن النظرية الجديدة تزيل الانفلاتون من الصورة، مستبدلة إياه بفضاء دي سيتتر المتأثر بموجات الجاذبية.
إن إزالة النظرية الجديدة للعديد من المعلمات القابلة للتعديل يعد ميزة كبيرة. "لا يوجد مبدأ عام يحدد هذه الأمور، لذا تحتاج بشكل أساسي إلى إدخالها يدويًا،" شرح أرثر كوسوفسكي، عالم الكونيات في جامعة بيتسبرغ غير المتورط في العمل الجديد، في رسالة إلكترونية إلى Gizmodo. "يسعى الفيزيائيون دائمًا إلى إنشاء نماذج ونظريات تكون في بعض النواحي بسيطة قدر الإمكان، مما يعني أن عدد الأشياء التعسفية التي تحتاج إلى إدخالها يدويًا هو أقل ما يمكن."
في عالم مثالي، يجب ألا تتطلب نظرية أو نموذج قوي العديد من المتغيرات القابلة للتعديل. توجد مشكلة مماثلة مع النموذج القياسي الشامل، الذي يحتوي على 18 معلمة حرة تحتاج إلى ترتيبها في كل مرة. "يبذل الفيزيائيون الكثير من الجهد والدم والعرق (والمال) لأن معظم الناس مقتنعون بأنه يجب أن يكون هناك نموذج أفضل وأكثر قوة يحتوي على اثنين أو ثلاثة معلمات بدلاً من 18،" قال كوسوفسكي.
وبالفعل، فإن إيجاد تفسير بسيط ومقنع للتضخم الكوني المبكر هو ما دفع العمل الجديد، كما أخبر خيمينيز Gizmodo خلال مكالمة فيديو. قوة هذه النظرية هي أنها "قابلة للاختبار بالكامل" بمعنى أنها يمكن أن تفسر البيانات الملاحظة أو لا يمكنها ذلك، كما قال. ومع ذلك، فإن هذه أيضًا نقطة ضعف النظرية، التي اعترف بها خيمينيز: "ربما لم تختار الطبيعة هذه النظرية كطريقة لعمل الأشياء."
بالطبع، الشيء الأكثر قيمة حول النظريات القابلة للاختبار هو أنها تخبرنا بما لا يعمل، كما أضاف. (بينما قد يبدو هذا غامضًا، يستخدم الفيزيائيون غالبًا شيئًا مشابهًا لعملية الإقصاء للظواهر غير المعروفة، مثل المادة المظلمة.) أما بالنسبة لنظرية خيمينيز المقترحة حديثًا، فمن العدل أن نسأل عما إذا كانت ستصمد أمام البيانات الملاحظة وتنجو من المزيد من التدقيق الرياضي.
توقعات المستقبل
"أحب الفلسفة العامة التي تقود هذه الورقة، [وهي] 'دعونا نرى ما إذا كان بإمكاننا التوصل إلى حالة حيث يظهر التضخم بشكل طبيعي من بعض الفيزياء الأساسية،'" قال كوسوفسكي. "إذا تمكنا من ذلك، فإن هذا سيكون أكثر أناقة من إضافة بعض العناصر الفيزيائية التكهنية، وفي بعض النواحي، التعسفية، ومن المحتمل أيضًا أن ينتج تنبؤات أكثر تحديدًا، والتي يمكن مقارنتها بالملاحظات بعد ذلك."
"أعتقد أنه اقتراح مثير للاهتمام وجديد - إنه شيء يستحق نظرة أقرب،" علق أندرو ليدل، عالم الكونيات النظري في معهد علم الفلك وعلوم الفضاء (IA) في جامعة لشبونة في البرتغال، خلال مكالمة فيديو مع Gizmodo. في الوقت نفسه، قد تكون بساطته أيضًا أكبر عيوبه، لكن الوقت وحده سيظهر ما إذا كان علماء الكونيات الأكثر تفكيرًا رياضيًا سيعجبهم، كما قال.
"لطالما كان هناك علماء كونيات غير مرتاحين لنظرية التضخم. أنا واحد منهم - وأنا أعمل عليها،" قالت مارينا كورتيس، أيضًا مع IA، في نفس المكالمة. "إحدى أكثر الأمور التي تثير القلق بشأن التضخم هي أن الفيزيائيين يفهمون كل شيء من الانفجار العظيم فصاعدًا، لكن ليس الانفجار العظيم والمراحل الأولى."
قال ليدل وكورتيس، وكلاهما غير متورط في العمل الجديد، إنه بينما غالبًا ما يختلف علماء الكونيات (بما في ذلك أنفسهم) حول كيفية تفسير التضخم الكوني بشكل أفضل، يبدو أن الأدلة تدعم فكرة أن التضخم قد حدث بالفعل. لقد وضع العديد من الفيزيائيين تفسيرات بديلة، لكن كل شيء انتهى عمليًا في "صندوق المهملات" للأفكار المهجورة، كما أوضح ليدل.
"لكن لا يوجد حد لخيال الناس،" قال ليدل. ومن المتوقع أن تشهد العقود القليلة القادمة وفرة من الأفكار والنماذج الجديدة - تمامًا مثل هذا الاقتراح، وفقًا لعالمين الكونيات.
"علم الكونيات الآن يدور أساسًا حول هذه الأشياء التي تسمى التوترات، أو التلميحات بأن الأمور ليست متوافقة تمامًا مع النموذج الكوني القياسي،" قال ليدل. يبدو أن العديد من الأسئلة التي تهدد ما نعرفه عن الكون الفيزيائي - الطاقة المظلمة، توتر هابل - تتجمع في حزمة متناقضة للعلماء، وقد يكون التضخم جزءًا من ذلك، أضافت كورتيس.
بغض النظر عما يحدث، فإنه من الواضح أننا نشهد فترة من الإثارة والفوضى والاكتشاف في علم الكونيات - وهو شعور اتفق عليه جميع العلماء.
"ليس فقط أن البيانات تنمو بمعدلات أسيّة، ولكن جودة التحليل أيضًا تنمو بجودة أسيّة،" قال خيمينيز. "أعتقد أننا نعيش في عصر ذهبي لعلم الكونيات."
"عندما نفكر في التضخم، نحن نحاول اتخاذ الخطوة التالية والإجابة على سؤال لماذا يبدو الكون كما يبدو، وليس فقط وصف كيف يبدو،" قال كوسوفسكي. "هل هذا بسبب مبدأ فيزيائي عميق لم يتم اكتشافه بعد؟ قد يكون، وهذا ما يدفعنا للعمل بجد لدفع حدود فهمنا."
التعليقات 0
سجل دخولك لإضافة تعليق
لا توجد تعليقات بعد. كن أول من يعلق!