هل سيتمدد الكون إلى الأبد أم ينهار في النهاية إلى بقعة صغيرة؟
أشارت دراسة نُشرت في يونيو إلى أن التوسع اللامتناهي مستحيل وفقًا لنظرية الفيزياء الكبرى - وهو التخمين الذي أحدث موجات هائلة في مجتمع الفيزياء.
قال تيم فيريس ، الفيزيائي بجامعة فيينا للتكنولوجيا: "يشعر الناس بعاطفة شديدة ، لأنه إذا كان صحيحًا واكتشفوا ، سيكون الأمر مذهلاً".
الآن ، نشر Wrase وزملاؤه دراسة منفصلة تطرح فجوة كبيرة في تلك الحجة ، مما يعني أنه لا يمكن استبعاد كون دائم التوسع حتى الآن.
الطاقة المظلمة والتوسع الكوني
يتخلل كوننا قوة هائلة غير مرئية يبدو أنها تعارض الجاذبية. يطلق الفيزيائيون على هذه القوة الطاقة المظلمة ، ويعتقد أنها تدفع الكون باستمرار إلى الخارج.
ولكن في شهر يونيو ، نشرت مجموعة من الفيزيائيين ورقة في دورية ما قبل الطباعة arXiv تشير إلى أن الطاقة المظلمة تتغير بمرور الوقت. هذا يعني أن الكون لن يتمدد إلى الأبد ولكنه قد ينهار في النهاية إلى الحجم الذي كان عليه قبل الانفجار العظيم.
ولكن على الفور تقريبًا ، وجد الفيزيائيون مشاكل في النظرية: قامت عدة مجموعات مستقلة في وقت لاحق بنشر أوراق اقترحت مراجعات على التخمين. الآن ، تشير ورقة نشرت في 2 أكتوبر في مجلة Physical Review D إلى أن التخمين الأصلي ، كما هو ، لا يمكن أن يكون صحيحًا لأنه لا يستطيع تفسير وجود بوزون هيجز - الذي نعرف أنه موجود ، وذلك بفضل مصادم هادرون الكبير ، مصادم الجسيمات الضخم على الحدود بين فرنسا وسويسرا.
مع ذلك ، مع القليل من التغيير النظري ، يمكن أن يظل التخمين الكون المنهار قابلاً للتطبيق ، أخبر Wrase ، المؤلف المشارك في ورقة المراجعة الفيزيائية الجديدة D ، Live Science.
كيف نفسر كل شيء موجود من أي وقت مضى؟
نظرية الأوتار ، التي تسمى أحيانًا نظرية كل شيء ، هي إطار أنيق رياضيًا ولكن غير مثبت تجريبيًا لتوحيد نظرية أينشتاين للنسبية العامة بميكانيكا الكم. تقترح نظرية الأوتار أن جميع الجسيمات التي يتكون منها الكون ليست نقاطًا في الواقع بل سلاسل أحادية البعد تهتز - والاختلافات في تلك الاهتزازات تسمح لنا برؤية جسيم كفوتون وآخر كإلكترون.
من أجل أن تكون نظرية الأوتار تفسيراً قابلاً للتطبيق للكون ، يجب أن تتضمن الطاقة المظلمة.
وقال Wrase تخيل هذه الطاقة المظلمة على شكل كرة في منظر طبيعي للجبال والوديان تمثل كمية الطاقة الكامنة لديها. إذا كانت الكرة تقف فوق الجبل ، فقد تكون لا تزال ، ولكنها يمكن أن تتدحرج بأقل اضطراب ، وبالتالي فهي غير مستقرة. إذا كانت الكرة جالسة في واد ، فهي لا تتغير أو تتحرك ، ولديها طاقة منخفضة وتوجد في عالم مستقر ، لأنه حتى الدفع القوي سيجعلها تتدحرج إلى الوادي.
افترض منظري الأوتار منذ فترة طويلة أن الطاقة المظلمة ثابتة ولا تتغير في الكون. وبعبارة أخرى ، يتم احتضانها في الوديان بين الجبال ، ولا تتدحرج من قمم الجبال وبالتالي لا تتغير بمرور الوقت ، على حد قول Wrase.
لكن التخمين الذي طرح في يونيو يشير إلى أنه ، لكي تعمل نظرية الأوتار ، لا تحتوي المناظر الطبيعية على جبال أو وديان فوق مستوى سطح البحر. (في هذا المفهوم ، يقف كوننا فوق مستوى سطح البحر - مما يشير بشكل مجازي إلى النقطة التي تبدأ فيها الطاقة المظلمة إما في سحب الكون معًا أو دفع الكون بعيدًا.)
بدلاً من ذلك ، فإن المنظر الطبيعي هو منحدر طفيف وتتدحرج كرة الطاقة المظلمة إلى أسفل باستمرار. قال وريس: "بينما تتدحرج إلى أسفل ، تصبح الطاقة المظلمة أصغر وأصغر". "ارتفاع الكرة يتوافق مع كمية الطاقة المظلمة في الكون."
في هذه النظرية ، قد تصل الطاقة المظلمة في النهاية إلى ما دون مستوى سطح البحر وتبدأ في إعادة الكون معًا إلى شكل ما قبل الانفجار العظيم.
وقال Wrase ، ولكن هناك مشكلة واحدة فقط.
وقال "لقد أظهرنا أن مثل هذه القمم الجبلية غير المستقرة يجب أن تكون موجودة". ذلك لأننا نعرف أن جسيم هيجز موجود. وقد أثبتنا تجريبيًا أن جسيمات هيجز يمكن أن توجد على قمم هذه الجبال أو "الأكوان غير المستقرة" ، ويمكن أن تتشوش بأدنى لمسة.
صعوبة في استقرار الأكوان
أخبر كومرون فافا ، منظّر سلسلة في جامعة هارفارد ومؤلف كبير لورقة التخمين من يونيو ، Live Science في رسالة بريد إلكتروني أن التخمين الأصلي يواجه بالفعل "صعوبة مع الأكوان غير المستقرة". وأضاف أن هذه الورقة الجديدة وعدد قليل من الآخرين تظهر هذه المشكلة. لكنه قال إن هناك العديد من الأوراق التي اقترحت تعديلات طفيفة على التخمين والتي ستظل تلتزم بالقيود التي اقترحها Wrase وفريقه.
وقال وريس حتى في التخمين المنقح ، "لن نكون في عالم مستقر ، بل بالأحرى ستتغير الأمور". قال التعديل إن قمم الجبال يمكن أن توجد ، لكن الوديان المستقرة لا يمكن أن توجد. (تخيل شكل سرج الحصان). وأضاف أن الكرة يجب أن تبدأ في النهاية في التدحرج ويجب أن تتغير الطاقة المظلمة بمرور الوقت. ولكن "إذا كان التخمين خاطئًا ، فإن الطاقة المظلمة يمكن أن تكون ثابتة ، فسنجلس في واد بين جبلين" ، وسيستمر الكون في التوسع.
في غضون 10 إلى 15 عامًا ، يأمل أن تساعدنا الأقمار الصناعية التي تقيس توسع الكون بدقة أكبر في فهم ما إذا كانت الطاقة المظلمة ثابتة أو متغيرة.
وافقت فافا. وقال "هذه أوقات مثيرة في علم الكونيات ونأمل في السنوات القليلة المقبلة أن نرى أدلة تجريبية لتغيير الطاقة المظلمة في عالمنا".
