يشبه الفلكيون حول العالم بعض الشيء لأنهم لا يبدو أنهم يتفقون على مدى سرعة الكون في التمدد.
منذ أن خرج كوننا من انفجار بقعة صغيرة من الكثافة اللانهائية والجاذبية ، كان يتضخم ، وليس بمعدل ثابت ، أيضًا - يستمر توسع الكون بشكل أسرع.
لكن مدى سرعة توسعها كان نقاشًا مثيرًا للدوار. يبدو أن قياسات معدل التوسع هذا من مصادر قريبة تتعارض مع نفس القياس المأخوذ من مصادر بعيدة. أحد التفسيرات المحتملة هو أنه ، في الأساس ، يحدث شيء غير تقليدي في الكون ، يغير معدل التمدد.
واقترح أحد المنظرين ظهور جسيم جديد تمامًا ويغير المصير المستقبلي للكون بأكمله.
هابل ، هابل ، كدح ومشاكل
ابتكر علماء الفلك عدة طرق ذكية لقياس ما يسمونه معلمة هابل ، أو ثابت هابل (يشار إليه للأشخاص الذين يعيشون حياة مشغولة باسم H0). يمثل هذا الرقم معدل تمدد الكون اليوم.
تتمثل إحدى طرق قياس معدل التوسع اليوم في النظر إلى المستعرات الأعظمية القريبة ، انفجار الغاز والغبار المنطلق من أكبر النجوم في الكون عند وفاتها. هناك نوع معين من المستعر الأعظم له سطوع محدد للغاية ، لذا يمكننا مقارنة مدى سطوع مظهرهم إلى مدى سطوع معرفتنا المفترض أن يكونوا وحساب المسافة. بعد ذلك ، من خلال النظر إلى الضوء من مجرة مضيفة المستعر الأعظم ، يستطيع علماء الفيزياء الفلكية أيضًا حساب مدى سرعة تحركهم بعيدًا عنا. من خلال تجميع كل القطع معًا ، يمكننا حساب معدل تمدد الكون.
ولكن هناك ما هو أكثر من انفجار النجوم في الكون. هناك أيضًا شيء يسمى الخلفية الكونية للميكروويف ، وهو الضوء المتبقي بعد الانفجار العظيم مباشرة ، عندما كان كوننا مجرد طفل ، عمره 380 ألف عام فقط. مع مهمات مثل القمر الصناعي Planck المكلفة برسم خريطة لهذا الإشعاع المتبقي ، لدى العلماء خرائط دقيقة للغاية لهذه الخلفية ، والتي يمكن استخدامها للحصول على صورة دقيقة للغاية لمحتويات الكون. ومن هناك ، يمكننا أن نأخذ هذه المكونات وندير الساعة للأمام بنماذج الكمبيوتر ونستطيع أن نقول ما يجب أن يكون عليه معدل التوسع اليوم - بافتراض أن المكونات الأساسية للكون لم تتغير منذ ذلك الحين.
يختلف هذان التقديران بما يكفي لجعل الناس قلقين قليلاً من أننا نفتقد شيئًا ما.
انظر إلى الجانب المظلم
ربما يكون أحد القياسين أو كليهما غير صحيح أو غير مكتمل ؛ الكثير من العلماء على جانبي النقاش يلقون الكمية المناسبة من الطين على خصومهم. ولكن إذا افترضنا أن القياسات دقيقة ، فنحن بحاجة إلى شيء آخر لشرح القياسات المختلفة. نظرًا لأن أحد المقاييس يأتي من الكون المبكر جدًا ، ويأتي مقياس آخر من وقت أحدث نسبيًا ، فإن التفكير هو أنه ربما يكون هناك مكون جديد في الكون يغير معدل تمدد الكون بطريقة لم نقم بها بالفعل. عارضات ازياء.
وما يسيطر على توسع الكون اليوم هو ظاهرة غامضة نسميها الطاقة المظلمة. إنه اسم رائع لشيء لا نفهمه أساسًا. كل ما نعرفه هو أن معدل تمدد الكون اليوم يتسارع ، ونحن نسمي القوة التي تقود هذا التسارع "الطاقة المظلمة".
في مقارناتنا من الكون الصغير إلى الكون المعاصر ، يفترض الفيزيائيون أن الطاقة المظلمة (مهما كانت) ثابتة. لكن مع هذا الافتراض ، لدينا الخلاف الحالي ، لذلك ربما تتغير الطاقة المظلمة.
أعتقد أنه يستحق لقطة. لنفترض أن الطاقة المظلمة تتغير.
يشك العلماء في التسلل المتسلسل إلى أن الطاقة المظلمة لها علاقة بالطاقة المعلقة في فراغ الزمكان نفسه. تأتي هذه الطاقة من جميع "الحقول الكمومية" التي تتخلل الكون.
في فيزياء الكم الحديثة ، يرتبط كل نوع من الجسيمات بمجاله الخاص. تغسل هذه الحقول في كل مكان الزمكان ، وأحيانًا تكون أجزاء من الحقول متحمسة حقًا في أماكن ، وتصبح الجسيمات التي نعرفها ونحبها - مثل الإلكترونات والكواركات والنيوترينو. إذن كل الإلكترونات تنتمي إلى مجال الإلكترون ، وكل النيوترينوات تنتمي إلى مجال النيوترينو ، وهكذا. يشكل تفاعل هذه المجالات الأساس الأساسي لفهمنا للعالم الكمي.
وبغض النظر عن المكان الذي تذهب إليه في الكون ، لا يمكنك الهروب من الحقول الكمية. حتى عندما لا تكون اهتزازًا كافيًا في موقع معين لصنع جسيم ، فإنها لا تزال موجودة ، تهتز وتهتز وتفعل الشيء الكمّي العادي. لذا فإن هذه الحقول الكمية لها كمية أساسية من الطاقة المرتبطة بها ، حتى في الفراغ الفارغ نفسه.
إذا أردنا استخدام الطاقة الكمومية الغريبة من فراغ الزمكان لشرح الطاقة المظلمة ، فإننا نواجه مشكلات على الفور. عندما نجري بعض الحسابات البسيطة والساذجة جدًا لمقدار الطاقة الموجودة في الفراغ بسبب جميع الحقول الكمومية ، ينتهي بنا الأمر برقم أقوى بحوالي 120 مرة مما نلاحظ الطاقة المظلمة. عفوًا.
من ناحية أخرى ، عندما نحاول إجراء بعض الحسابات الأكثر تعقيدًا ، ينتهي بنا الأمر برقم صفر. وهو ما يختلف أيضًا مع كمية الطاقة المظلمة المقاسة. يصيح مرة أخرى.
لذا بغض النظر عن ذلك ، لدينا وقت صعب حقًا في محاولة فهم الطاقة المظلمة من خلال لغة طاقة الفراغ في الزمكان (الطاقة التي تولدها تلك الحقول الكمومية). ولكن إذا كانت هذه القياسات لمعدل التمدد دقيقة وتتغير الطاقة المظلمة بالفعل ، فقد يعطينا هذا فكرة عن طبيعة تلك الحقول الكمومية. على وجه التحديد ، إذا كانت الطاقة المظلمة تتغير ، فهذا يعني أن الحقول الكمومية نفسها قد تغيرت.
يظهر عدو جديد
في بحث حديث نُشر على الإنترنت في مجلة arXiv ما قبل الطباعة ، قام الفيزيائي النظري Massimo Cerdonio في جامعة بادوفا بحساب مقدار التغيير في المجالات الكمية اللازمة لمراعاة التغير في الطاقة المظلمة.
إذا كان هناك مجال كمي جديد مسؤول عن التغيير في الطاقة المظلمة ، فهذا يعني وجود جسيم جديد في الكون.
وتتطلب كمية التغيير في الطاقة المظلمة التي حسبها سيردونيو نوعًا معينًا من كتلة الجسيمات ، والتي اتضح أنها تقريبًا نفس كتلة نوع جديد من الجسيمات تم توقعه بالفعل: ما يسمى المحور. اخترع الفيزيائيون هذا الجسيم النظري لحل بعض المشكلات بفهمنا الكمي للقوة النووية القوية.
من المفترض أن هذا الجسيم ظهر في الكون المبكر جدًا ، ولكنه كان "يكمن" في الخلفية بينما تتحكم قوى وجسيمات أخرى في اتجاه الكون. والآن حان دور المحور ...
على الرغم من ذلك ، لم نكتشف قطًا محوراً ، ولكن إذا كانت هذه الحسابات صحيحة ، فهذا يعني أن المحوار موجود ، ويملأ الكون وحقله الكمومي. أيضًا ، هذا المحور الافتراضي يجعل نفسه ملحوظًا بالفعل عن طريق تغيير كمية الطاقة المظلمة في الكون. لذا يمكن أن يكون هذا على الرغم من أننا لم نر هذا الجسيم في المختبر أبدًا ، إلا أنه يغير كوننا بالفعل على أكبر المقاييس.
