ما هي الطاقة المظلمة ، أو الطاقة المظلمة ، التي تسرع من تمدد الكون؟
إنه يشكل الجزء الأكبر من محتوى الكون ويسرع توسعه ... يسأل أحد القراء على صفحتنا على الفايسبوك"ما هي طبيعة الطاقة المظلمة ، أو الطاقة المظلمة؟" هذا هو سؤالنا لهذا الأسبوع.
"ما هي طبيعة الطاقة المظلمة التي تحرك التسارع الكوني؟" يسألنا كريستينا باريلا بينا على صفحتنا على الفايسبوك. هذا هو سؤال قارئنا لهذا الأسبوع. للإجابة على هذا ، ندعوك إلى (إعادة) اكتشاف كامل أدناه مقالتنا "الطاقة المظلمة ، المحرك المظلم للكون" من مجلة Les Indispensables de Sciences et Avenir رقم 209 (بتاريخ أبريل / يونيو 2022).
تعمل الطاقة المظلمة على التوسع الكوني ، وهي فكرة تعود إلى عام 1998
يحتوي كل سنتيمتر مكعب من الفراغ ، بمجرد وجوده ، على كمية معينة من الطاقة ، خاصة بالفضاء نفسه. على الأقل هذا ما يفترضه النموذج المعياري الحالي لعلم الكونيات. طاقة ، بالتأكيد ، منخفضة للغاية: كيلومتر مكعب من الفضاء الفارغ لا يحتوي على ما يكفي لغلي قطرة من المطر ... ولكن لإعادة صياغة الكاتب البريطاني دوغلاس آدامز ، مؤلف كتاب The Hitchhiker's Guide to the Galaxy ، " الفضاء كبيرة "، كبيرة بما يكفي بحيث تمثل هذه الطاقة ، الموجودة بشكل موحد في حجمها الهائل ، أكثر بقليل من ضعف الطاقة الموجودة في المادة ، سواء كانت سوداء أو عادية. تأثير ما يسمى بالطاقة "المظلمة" - لسبب وحيد هو أننا لا نعرف طبيعتها - هو تسريع التوسع الكوني.
سادت هذه الفكرة الغريبة في عام 1998 ، عندما أعلن فريقان ، بقيادة الأسترالي بريان شميدت والأمريكي سول بيرلماتر ، على التوالي ، أن المستعرات الأعظمية التي انفجرت منذ ما يقرب من 8 مليارات سنة بدت أقل سطوعًا وبالتالي أبعد مما كان متوقعًا. حتى ذلك الحين ، كان علماء الفلك مقتنعين بأن تمدد الكون قد تباطأ بشكل مطرد منذ الانفجار العظيم ، بسبب جاذبية الجاذبية التي تمارسها المجرات على بعضها البعض - بالإضافة إلى أن الجسم المنبعث يفقد سرعته أثناء تحركه بعيدًا عن الأرض.
الجاذبية مقابل الجاذبية البغيضة
ومع ذلك ، يبدو أن الدراسات التي أجريت على المستعرات الأعظمية تعني أنه خلال الثلث الأخير من التاريخ الكوني ، توقف توسع الكون عن التباطؤ وبدأ ، على العكس من ذلك ، في ... الإسراع! كما لو أن كرة أطلقت في الهواء انفجرت فجأة في الفضاء بقوة غامضة. التفسير الأكثر إلحاحًا - افترضه أينشتاين بالفعل - بلغ حد الاعتراف بوجود "طاقة فراغ" ثابتة في الفضاء ، تؤدي إلى جاذبية طاردة. وفقًا لهذه الفرضية ، طالما كان الكون كثيفًا بدرجة كافية (تقريبًا ، ضعف حجمه اليوم) ، فإن الجاذبية التي تمارسها المادة على نفسها تبطئ ، كما ينبغي ، من التوسع. ولكن مع نمو الكون ، تضاءل محتواه. وهكذا كانت مسألة وقت فقط قبل أن تنخفض كثافة المادة إلى ما دون ذلك - ثابت ، إذن - من "طاقة الفراغ" هذه ، وسيطرت الجاذبية الطاردة.
علاوة على ذلك ، أظهرت العديد من الملاحظات ، من التسعينيات ، أنه على نطاق واسع جدًا ، يكون الفضاء "مسطحًا" (مما يعني ببساطة أنه يخضع لقواعد الهندسة الإقليدية). في الواقع ، فإن خلفية الإشعاع الكوني - صورة الميكروويف للكون الشاب الذي يبطن قاع السماء - ستتشوه ، كما لو كان بنوع من تأثير العدسة المكبرة ، بحجم الفضاء الذي يفصل ، إذا كان الأخير منحنيًا. ومع ذلك ، ليس هذا هو الحال ... المشكلة ، حتى إعلان شميدت وبيرلماتر ، هي أنه من خلال عد كل المادة العادية التي عرفنا أنها موجودة في الكون وكل المادة المظلمة التي نشك في وجودها ، لم نحصل على أكثر من ذلك. أكثر من ثلث الكتلة اللازمة للكون ليكون مسطحًا مكانيًا.
منذ ذلك الحين ، أكدت العديد من الملاحظات وجود هذه الطاقة المظلمة ... دون أن نفهم طبيعتها. "هناك العديد من الفرضيات ، كما توضح ساندرين كودس ، عالمة الفيزياء الفلكية في المركز الوطني للبحث العلمي. أحد الاحتمالات هو أنها" طاقة فراغية "حقيقية - لكن هذا لم يعد يقنع أي شخص تقريبًا." والسبب هو أنه ، كما قلنا ، إذا أعطى نموذج يفترض طاقة ثابتة متأصلة في الفراغ نتائج تجريبية ممتازة ، فإن الفيزياء النظرية تفشل في تفسير قيمتها: في فيزياء الجسيمات ، يجب أن تكون "طاقة الفراغ" إما لانهائية ، أو على الأرجح صفر تمامًا ، ولكن لا يوجد ما يبرر أنه في الواقع 0 ،
لذلك يفضل العديد من العلماء تخيل أن الفراغ لا يحتوي على طاقة بمفرده ، ولكنه يحتوي على مجال آخر يكون سلوكه تقريبًا سلوك طاقة الفراغ: "نوع من السوائل يتخلل الفضاء وسيكون له معادلة حالة مختلفة قليلاً"، تضيف ساندرين كوديس. من خلال "معادلة الحالة" ، يعبر علماء الفيزياء الفلكية ، بشكل عام ، عن الطريقة التي يتم بها تخفيف المادة مع توسع الفضاء الكوني. لذلك ، على سبيل المثال ، لا تخفف الطاقة الكامنة في كل سنتيمتر مكعب من الفضاء على الإطلاق مع التمدد (عندما تضيف سنتيمترات مكعبة إلى الكون ، فإنك تضيف قدرًا كبيرًا من طاقة الفراغ). لكن الاحتمال الآخر ، حقل الطاقة - الذي يُطلق عليه أحيانًا "الجوهر" - والذي من شأنه أن يخفف القليل جدًا من شأنه أن يلعب دورًا مشابهًا. "لا داعي للقول إنه في الوقت الحالي ، يقضي المنظرون يومًا ميدانيًا ويخرجون بانتظام بنماذج ، كلهم تقريبًا أكثر غرابة من الآخر!" يضحك الباحث.
"السنوات تمر والمشاكل باقية"
كيف تقرر؟ إن النموذج الكوني الحالي يكتفي بافتراض وجود طاقة ثابتة ، وهو ما يكفي لتوافقه بشكل أفضل مع جميع الملاحظات. لكن يمكننا صقل هذه. اتضح أن الطريقة التي تنمو بها الهياكل الكبيرة - المجرات والعناقيد - بمرور الوقت حساسة للغاية للوصفة الدقيقة لمحتويات الكون. وهذا رسم خرائط الكون العميق على نطاق واسع يجعل من الممكن دراسة تطوره بالتفصيل. هل ستكشف دراسة عن هذا التطور عن سلوك متقلب للطاقة المظلمة أكثر مما ينسب إليه النموذج الحالي؟
قد يسمح لنا هذا بتخمين طبيعته. "هذا ، على سبيل المثال ، هدف بعثة إقليدس. ولكن هناك أمور أخرى ، مثل التعدادات الكبيرة التي أجريت من الأرض ، تثير حماسة ساندرين كوديس. والبعثات التي أصبحت ضرورية منذ عدة سنوات ، والتوترات في النموذج الكوني فيما يتعلق معدل التوسع ، أو التناقضات بين المقاييس المختلفة لكمية المادة في الكون ".
يمكن أن تكون هذه التناقضات ببساطة نتيجة التحيزات الناتجة عن طريقة القياس. تقول ساندرين كوديس : "لكن السنوات تمر والمشكلات لا تزال قائمة ، لذلك من الممكن أن يكون النموذج مفرط في التبسيط". يعتقد بعض المنظرين أن التسارع الظاهري للتوسع يمكن أن يكون مجرد ظاهرة محلية ، نظرًا لحقيقة أننا نعيش في فقاعة متفرقة بشكل غير طبيعي من الكون والتي من شأنها أن تتوسع أسرع قليلاً من البقية.: كما نلاحظ هذه المناطق البعيدة ، ذات الكثافة الطبيعية ، كما كانت من قبل ، فإن هذا من شأنه أن يخلق الوهم بأن الكون بدأ يتسارع مؤخرًا ... وهي فكرة لم تقدم سوى نتائج غير مرضية حتى هنا. على أي حال ، يكمن المفتاح في هذه الخرائط المستقبلية للكون العميق. وتخلص ساندرين كوديس إلى أن "المجتمع بأكمله ينفد صبره لتلقي البيانات التي ستأتي في السنوات القليلة المقبلة!" .
بقلم رينيه كويليير
المصدر:مواقع ألكترونية