تفترض الحسابات الكونية دائمًا أن هناك توزيعًا موحدًا للمادة في الكون. وذلك لأن الحسابات ستكون معقدة للغاية إذا تضمنت موقع كل نجم. في الواقع، الكون ليس موحدًا: هناك أماكن بها نجوم وكواكب، وفي أماكن أخرى لا يوجد سوى مساحة فارغة. والآن يحاول الباحثون فهم كيفية تفسير ذلك
يدرس العلماء توسع الكون باستخدام أساليب من فيزياء الأجسام المتعددة.
تفترض الحسابات الكونية دائمًا أن هناك توزيعًا موحدًا للمادة في الكون. وذلك لأن الحسابات ستكون معقدة للغاية إذا تضمنت موقع كل نجم. في الواقع، الكون ليس موحدًا: هناك أماكن بها نجوم وكواكب، وفي أماكن أخرى لا يوجد سوى مساحة فارغة.
قام الفيزيائيان مايكل تي فروشت والبروفيسور رافائيل فيتكوفسكي من معهد الفيزياء النظرية ومركز تكنولوجيا النانو الناعمة (تقنية النانو التي تشير إلى المواد العضوية أو العضوية المعدنية) في جامعة مونستر، بالتعاون مع الفيزيائية الدكتورة سابينا هوسنفيلدر من معهد فرانكفورت العلوم المتقدمة نموذج جديد للمشكلة . كانت نقطة انطلاقهم هي شكلية موراي زوانزيغ، وهي طريقة لوصف الأنظمة التي تتكون من عدد كبير من الجسيمات باستخدام عدد صغير من الكميات القابلة للقياس. وقد تم نشر نتائج الدراسة الآن في مجلة Physical Review Letters.
الخلفية: تعتبر النظرية النسبية العامة التي طورها ألبرت أينشتاين واحدة من أنجح النظريات في الفيزياء الحديثة. وترتبط بها اثنتان من جوائز نوبل الخمس الأخيرة في الفيزياء: في عام 2017 لقياس موجات الجاذبية، وفي عام 2020 لاكتشاف ثقب أسود في مركز درب التبانة. ومن أهم تطبيقات النظرية هو وصف تمدد الكون منذ الانفجار الأعظم. وتتحدد سرعة هذا التوسع بكمية الطاقة الموجودة في الكون. بالإضافة إلى المادة المرئية، فإن المادة المظلمة والطاقة المظلمة هما اللذان يلعبان دورًا هنا قبل كل شيء - على الأقل وفقًا لنموذج CDM الفوقي المستخدم حاليًا في علم الكونيات.
تقول سابينا هوسنفيلدر: "بالمعنى الضيق للأشياء، من غير الصحيح رياضيًا تضمين القيمة المتوسطة لكثافة طاقة الكون في معادلات النسبية العامة". والسؤال الآن هو ما مدى "خطورة" هذا الخطأ. ويعتقد بعض الخبراء أنها غير ذات صلة، والبعض الآخر يرى أنها الحل لغموض المادة المظلمة التي لا تزال طبيعتها الفيزيائية مجهولة. ومن الممكن أن يكون للتوزيع غير المتساوي للكتلة في الكون تأثير على سرعة توسع الكون.
يقول رافائيل ويتكوفسكي: "لقد تم بالفعل استخدام شكلية موري-زفانزيج بنجاح في العديد من مجالات البحث، بدءًا من الفيزياء الحيوية وحتى فيزياء الجسيمات، ولذلك فقد قدمت مقاربة واعدة لهذه المشكلة الفيزيائية الفلكية". وقام الفريق بتعميم هذه الشكلية بحيث يمكن تطبيقها على النسبية العامة، وبذلك أنشأوا نموذجًا لتوسع الكون يأخذ في الاعتبار التوزيع غير الموحد للمادة في الكون.
يتنبأ النموذج بقوة بتأثير عدم التجانس هذا على معدل توسع الكون. ينحرف هذا التنبؤ إلى حد ما عن التنبؤ الذي قدمه نموذج آلية التنمية النظيفة الفوقية، وبالتالي يتيح فرصة لاختبار هذا النموذج الجديد تجريبيًا. يقول مايكل تي فروشت: «في الوقت الحالي، البيانات الفلكية ليست دقيقة بما يكفي لقياس هذا الانحراف، لكن التقدم الكبير الذي تم تحقيقه -على سبيل المثال، في قياس موجات الجاذبية- يمنحنا الأمل في أن هذا سيتغير. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا تطبيق النسخة الجديدة من شكلية موري-زفانزيج على مشكلات فيزيائية فلكية أخرى، وبالتالي فإن العمل لا يتعلق فقط بعلم الكونيات.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 3
من الناحية الفلسفية، يعد تغير حجم الكون مع مرور الوقت مفارقة. بعد كل شيء، كيف يتغير حجم (مساحة) الكون مع مرور الوقت، والذي يتم تعريفه على أنه الزمكان بأكمله. إذا كان هو كل شيء، مما يعني أنه ذو حجم لا نهائي، فحتى عندما كان "صغيرًا" كان ذا حجم لا نهائي (وبالتالي لا يمكن أن يكون "صغيرًا"). وإذا كان هو أيضاً زمان (مكان-زمان) فكيف بدأ قبل أن يكون هناك زمان.
التفسير المنطقي الوحيد هو أنه يوجد خارج الكون "مكان"، وهناك "زمان"، والكون ليس كله مكانًا وزمانًا. بل جزء من مساحة زمنية تنتشر في مساحة زمنية أكبر.
آشر جرينبيرج
السؤال ما هو مصدر الصدفة..
الكون متجانس على نطاق واسع. هناك مسافات بين تركيزات المادة. وهذا معروف منذ 100 عام. العشوائية الكمومية "تحدد" أي تركيز أكبر وأي تركيز أقل منه. الطوارئ. ما هو هناك لاستكشاف هنا؟ هل ستفحص كل فقاعة في الخليط الذي تطبخه في المطبخ؟ ما هو غير الواضح هنا؟