لماذا يتوسع الكون بمعدل متسارع ، وينشر محتوياته على أبعاد أكبر من أي وقت مضى؟ تم تقديم حل أصلي لهذا اللغز ، وهو بالتأكيد السؤال الأكثر إثارة في علم الكونيات الحديث ، من قبل أربعة فيزيائيين نظريين ، إدوارد دبليو كولب من مختبر فيرمي الوطني لوزارة الطاقة الأمريكية ، شيكاغو (الولايات المتحدة الأمريكية): سابينو ماتريس من جامعة بادوفا ؛ أليسيو نوتاري من جامعة مونتريال (كندا) ؛ وأنطونيو Riotto من INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) من بادوفا (إيطاليا). تم تقديم دراستهم أمس إلى مجلة Physical Review Letters.
على مدى المائة عام الماضية ، كان توسع الكون موضوع نقاش عاطفي ، أشرك أكثر العقول ذكاءً في القرن. مثل معاصريه ، اعتقد ألبرت أينشتاين في البداية أن الكون كان ثابتًا: أنه لم يتوسع ولا يتقلص. عندما أظهرت نظرية النسبية العامة الخاصة به بوضوح أن الكون يجب أن يتوسع أو يتقلص ، اختار أينشتاين إدخال مكون جديد في نظريته. مثَّل "ثابته الكوني" كثافة الكتلة في الفضاء الخالي الذي دفع الكون إلى التوسع بمعدل متزايد باستمرار.
عندما أثبت إدوين هابل في عام 1929 أن الكون في الواقع يتوسع ، رفض أينشتاين ثابته الكوني ، واصفا إياه بأنه "أكبر خطأ في حياتي". ثم ، بعد قرن تقريبًا ، قام الفيزيائيون بإحياء الثابت الكوني في متغير يسمى الطاقة المظلمة. في عام 1998 ، أظهرت ملاحظات المستعرات الأعظمية البعيدة جدا أن الكون يتوسع بمعدل متسارع. يبدو أن هذا التوسع المتسارع لا يمكن تفسيره إلا من خلال وجود مكون جديد للكون ، "طاقة مظلمة" تمثل حوالي 70 في المائة من الكتلة الكلية للكون. من البقية ، يبدو أن حوالي 25 في المائة في شكل مكون غامض آخر ، المادة المظلمة. بينما تتكون نسبة 5٪ فقط من مادة عادية ، فإن تلك الكواركات والبروتونات والنيوترونات والإلكترونات التي نتألف منها نحن والمجرات.
يشرح أنطونيو ريوتو من بادوفا: "إن فرضية الطاقة المظلمة رائعة للغاية ، لكنها تمثل مشكلة خطيرة من ناحية أخرى. لا يوجد نموذج نظري ، ولا حتى أحدثها ، مثل التناظر الفائق أو نظرية الأوتار ، قادر على تفسير وجود هذه الطاقة المظلمة الغامضة بالمقدار الذي تتطلبه ملاحظاتنا. إذا كانت الطاقة المظلمة هي الحجم الذي تتنبأ به النظريات ، لكان الكون قد تمدد بسرعة رائعة بحيث كانت ستمنع وجود كل ما نعرفه في الكون. "
من الصعب التوفيق بين الكمية المطلوبة من الطاقة المظلمة وقوانين الطبيعة المعروفة التي اقترحها الفيزيائيون جميع أنواع التفسيرات الغريبة ، بما في ذلك القوى الجديدة ، والأبعاد الجديدة للزمكان ، والجزيئات الأولية الخفيفة جدًا. ومع ذلك ، فإن التقرير الجديد لا يقترح أي مكون جديد للكون ، فقط إدراك أن التسارع الحالي للكون هو نتيجة للنموذج الكوني القياسي للكون المبكر: التضخم.
يقول ريوتو: "حلنا للمفارقة التي يفرضها الكون المتسارع ، يعتمد على ما يسمى نظرية التضخم ، التي ولدت عام 1981. وفقًا لهذه النظرية ، في جزء صغير من الثانية بعد الانفجار العظيم ، عانى الكون توسع سريع بشكل لا يصدق. هذا يفسر لماذا يبدو كوننا متجانسًا جدًا. في الآونة الأخيرة ، أكدت تجارب بوميرانج و WMAP ، التي قاست التقلبات الصغيرة في إشعاع الخلفية التي نشأت مع الانفجار الكبير ، نظرية التضخم.
يُعتقد على نطاق واسع أنه خلال التوسع التضخمي في وقت مبكر من تاريخ الكون ، تم إنشاء تموجات صغيرة جدًا في الزمكان ، كما تنبأت نظرية آينشتاين للنسبية العامة. امتدت هذه التموجات من خلال تمدد الكون وتمتد اليوم إلى ما وراء أفقنا الكوني ، أي على مساحة أكبر بكثير من الكون المرئي ، على مسافة حوالي 15 مليار سنة ضوئية. في ورقتهم الحالية ، يقترح المؤلفون أن تطور هذه التموجات الكونية هو الذي يزيد التمدد المرصود للكون ويسبب تسارعه.
يقول ريوتو: "لقد أدركنا أنك تحتاج ببساطة إلى إضافة هذا المكون الرئيسي الجديد ، أمواج الزمكان التي ولدت خلال عصر التضخم ، إلى النسبية العامة لأينشتاين لتفسير سبب تسارع الكون اليوم". "يبدو أن حل لغز التسارع يشمل الكون خارج أفقنا الكوني. لا حاجة لطاقة مظلمة غامضة ".
وصف كولب من فيرميلاب اقتراح المؤلف بأنه التفسير الأكثر تحفظًا للكون المتسارع. وقال: "إنها لا تتطلب سوى المحاسبة الصحيحة للتأثيرات المادية للتموجات خارج أفقنا الكوني".
ستسمح البيانات من التجارب القادمة لعلماء الكون باختبار الاقتراح. قال كولب: "سواء كان أينشتاين على حق عندما قدم الثابت الكوني لأول مرة ، أو ما إذا كان على حق عندما دحض لاحقًا الفكرة ، فسيتم اختبارها قريبًا من خلال جولة جديدة من الملاحظات الكونية الدقيقة". "ستتيح لنا البيانات الجديدة قريبًا التمييز بين تفسيرنا للتوسع المتسارع للكون وحل الطاقة المظلمة."
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) ، المعهد الوطني الإيطالي للفيزياء النووية ، يدعم وينسق وينفذ البحوث العلمية في الفيزياء النووية والنووية والجسيمات الفلكية ويشارك في تطوير التقنيات ذات الصلة.
تُدار Fermilab ، في باتافيا ، إلينوي ، الولايات المتحدة الأمريكية ، من قِبل جامعة Universities Research Association، Inc. التابعة لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة ، والتي تمول الأبحاث المتقدمة في فيزياء الجسيمات وعلم الكونيات.
المصدر الأصلي: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
