الطاقة المظلمة و المادة المظلمة ,هل يحتمل ان تكون بديلا لنظرية الجاذبية ؟

في أوائل التسعينات ، كان هناك شيء واحد مؤكد إلى حد ما بشأن توسع الكون. وهو انه قد يكون لديه كثافة طاقية كافية لوقف توسعه وانتكاسه ، وقد يكون لديه كثافة طاقية قليلة جدًا لدرجة أنه لن يتوقّف عن التوسع أبدًا ، لكن كان من المؤكد أن الجاذبية تبطئ هذا التوسع مع مرور الوقت. من المؤكد أن التباطؤ لم يلاحظ ، ولكن من الناحية النظرية ، كان على الكون أن يتباطأ. الكون مليء بالمادة وقوة الجاذبية الجذابة تجمع كل المواد معًا. ثم جاء عام 1998 وملاحظات تلسكوب هابل الفضائي (HST) عن المستعرات الأعظمية(supernova) البعيدة جدًا التي أظهرت أنه ، منذ زمن بعيد ، كان الكون يتوسع في الواقع بشكل أبطأ مما هو عليه اليوم. لذا فإن تمدد الكون لم يتباطأ بسبب الجاذبية ، كما اعتقد الجميع ، فقد كان يتسارع. لم يتوقع أحد ذلك ، ولم يكن أحد يعرف كيف يشرح ذلك. ولكن هناك شيء ما تسبب في ذلك. في نهاية المطاف ، توصل المنظرون إلى ثلاثة أنواع من التفسيرات. ربما كان ذلك نتيجة لنسخة تم تجاهلها منذ فترة طويلة من نظرية الجاذبية لآينشتاين ، نسخة احتوت على ما كان يسمى “الثابت الكوني”. ربما كان هناك نوع غريب من سائل الطاقة يملأ الفضاء. ربما هناك خطأ ما في نظرية أينشتاين عن الجاذبية ويمكن أن تشتمل النظرية الجديدة على نوع من المجال الذي يخلق هذا التسارع الكوني. لا يزال المنظرون لا يعرفون ما هو التفسير الصحيح ، لكنهم أعطوا الحل اسمًا. سمى الطاقة المظلمة.

ما هي الطاقة المظلمة؟

بالنسبة لهذا الموضوع فالمجهول اكثر من المعروف. نحن نعلم مقدار الطاقة المظلمة الموجودة لأننا نعرف كيف تؤثر على توسع الكون. خلاف لذلك ، فهو لغز كامل. لكنه لغز مهم. اتضح أن 68٪ تقريبًا من الكون يتكون من طاقة مظلمة. تشكل المادة المظلمة حوالي 27٪. الباقي – كل شيء على الأرض ، كل شيء تمت ملاحظته على الإطلاق مع جميع أدواتنا ، وكل المادة الطبيعية تصل إلى أقل من 5 ٪ من الكون. تعال للتفكير في الأمر ، ربما لا يجب أن يطلق عليها المادة “العادية” على الإطلاق ، لأنها جزء صغير من الكون. أحد التفسيرات للطاقة المظلمة هو أنها خاصية الفضاء. كان ألبرت أينشتاين أول شخص يدرك أن الفضاء الخالي ليس شيئًا. يحتوي الفضاء على خصائص مذهلة ، و بدأ في فهم العديد منها. أول خاصية اكتشفها آينشتاين هي أنه من الممكن وجود مساحة أكبر للكون. ثم تصدر نسخة اخرى من نظرية جاذبية أينشتاين ، النسخة التي تحتوي على الثابت الكوني ،و تحتوي على التنبؤ الثاني: “الفضاء الفارغ” يمكن أن يمتلك طاقته الخاصة. لأن هذه الطاقة هي خاصية الفضاء نفسه ، لن يتم تخفيفها مع توسع الفضاء. مع ظهور المزيد من الفضاء ، سيظهر المزيد من طاقة الفضاء هذه. ونتيجة لذلك ، سيؤدي هذا الشكل من الطاقة إلى تمدد الكون بشكل أسرع وأسرع. لسوء الحظ ، لا أحد يفهم لماذا يجب أن يكون الثابت الكوني موجودًا ، ناهيك عن أنه سيكون له قيمة صحيحة تمامًا للتسبب في التسارع الملاحظ للكون.

ثم يأتي تفسير آخر لكيفية اكتساب الفضاء للطاقة من نظرية الكم للمادة. في هذه النظرية ، “الفضاء الفارغ” مليء في الواقع بجزيئات (افتراضية) تتشكل باستمرار ثم تختفي. ولكن عندما حاول الفيزيائيون حساب مقدار الطاقة التي من شأنها أن تعطي مساحة فارغة ، جاءت الإجابة خاطئة – خطأ فادحا. الرقم خرج 10120 مرة أكبر من اللازم. من الصعب الحصول على إجابة بهذا السوء. لذا يستمر اللغز. تفسير آخر للطاقة المظلمة هو أنها نوع جديد من سائل أو مجال الطاقة الديناميكي ، شيء يملأ كل الفضاء ولكن شيئًا يؤثر تأثيره على تمدد الكون عكس تأثير المادة والطاقة العادية. سمى بعض المنظرين هذا “الجوهر” ، بعد العنصر الخامس للفلاسفة اليونانيين. ولكن ، إذا كانت الجوهر هو الجواب ، فما زلنا لا نعرف ما هو عليه ، أو ما يتفاعل معه ، أو سبب وجوده. لذا يستمر اللغز. الاحتمال الأخير هو أن نظرية الجاذبية لآينشتاين غير صحيحة. لن يؤثر ذلك فقط على تمدد الكون ، ولكنه سيؤثر أيضًا على الطريقة التي تتصرف بها المادة الطبيعية في المجرات وعناقيد المجرات. ستوفر هذه الحقيقة طريقة لتقرير ما إذا كان الحل لمشكلة الطاقة المظلمة هو نظرية جاذبية جديدة أم لا: يمكننا أن نلاحظ كيف تتجمع المجرات في مجموعات. ولكن إذا اتضح أن هناك حاجة إلى نظرية جديدة للجاذبية ، فما هو نوع النظرية التي ستكون؟ كيف يمكن أن تصف حركة الأجسام في النظام الشمسي بشكل صحيح ، كما هو معروف من قبل نظرية أينشتاين ، وما زالت تعطينا التنبؤات المختلفة للكون الذي نحتاجه؟ هناك نظريات مرشحة ، ولكن لا شيء مقنع. لذا يستمر اللغز. الشيء المطلوب لاتخاذ قرار بين إمكانيات الطاقة المظلمة – خاصية الفضاء ، سائل ديناميكي جديد ، أو نظرية جديدة للجاذبية – و هذا يعني المزيد من البيانات ، بيانات أفضل.

ما هي المادة المظلمة؟

من خلال تركيب نموذج نظري لتكوين الكون مع المجموعة المشتركة من الملاحظات الكونية ، توصل العلماء إلى التكوين الذي وصفناه أعلاه ، ~ 68٪ طاقة مظلمة ، ~ 27٪ مادة مظلمة ، ~ 5٪ مادة عادية. ما هي المادة المظلمة؟ أولاً ، إنها مظلمة ، مما يعني أنها ليست في شكل نجوم وكواكب نراها. تُظهر الملاحظات أن المواد المرئية قليلة جدًا في الكون لتعويض الـ 27٪ التي تتطلبها الملاحظات. ثانيًا ، ليست في شكل سحب مظلمة من مادة عادية ، مادة تتكون من جزيئات تسمى الباريونات. نعرف ذلك لأننا سنتمكن من اكتشاف السحب الباريونية من خلال امتصاصها للإشعاع الذي يمر عبرها. ثالثًا ، المادة المظلمة ليست مادة مضادة ، لأننا لا نرى أشعة جاما الفريدة التي يتم إنتاجها عندما تمحى المادة المضادة المادة. أخيرًا ، يمكننا استبعاد ثقوب سوداء كبيرة بحجم المجرة على أساس عدد عدسات الجاذبية التي نراها. تعمل التركيزات العالية للمادة على ثني الضوء عند المرور بالقرب منها من الأشياء بعيدًا ، لكننا لا نرى ما يكفي من أحداث العدسة للإشارة إلى أن هذه الكائنات تشكل المساهمة المطلوبة للمادة المظلمة بنسبة 25٪.

ومع ذلك ، في هذه المرحلة ، لا تزال قدراتنا محدودة على مستوى استغلال المادة المظلمة . لا يزال بإمكان المادة الباريونية أن تشكل المادة المظلمة إذا تم ربطها كلها مع الأقزام البنية أو مع قطع صغيرة كثيفة من العناصر الثقيلة. تُعرف هذه الاحتمالات باسم كائنات هالة مضغوطة و ضخمة ، أو “MACHOs”. لكن الرأي الأكثر شيوعًا هو أن المادة المظلمة ليست باريونية على الإطلاق ، ولكنها تتكون من جزيئات أخرى أكثر غرابة مثل أكسيونات أو ”WIMPS” (جزيئات ضخمة تتفاعل بشكل ضعيف).