نوفمبر 29, 2022

Taqrir Washington

آخر أخبار المملكة العربية السعودية وعناوين الأخبار العربية. قراءة الصحف السعودية بما في ذلك اقتصاد المملكة العربية السعودية أهم الأخبار والأخبار السعودية العاجلة …

اختبر العلماء نظرية النسبية لأينشتاين على مقياس كوني ، ووجدوا شيئًا مختلفًا: تحذير علمي

كل شيء في الكون له جاذبية – ويشعر بها أيضًا. ومع ذلك ، فهو الأكثر شيوعًا بين جميع القوى الأساسية ، حيث يمثل أعظم التحديات لعلماء الفيزياء.

نظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين لقد حقق نجاحًا كبيرًا في وصف قوى الجاذبية للنجوم والكواكب ، لكنه لا يتناسب جيدًا على جميع المقاييس.

النسبية العامة مرت سنوات من اختبارات المراقبة مقياس إدينجتون انحراف الشمس عن ضوء النجوم عام 1919 الكشف الأخير عن موجات الجاذبية.

ومع ذلك ، عندما نحاول تطبيقه على مسافات أصغر بكثير ، تبدأ الفجوات في فهمنا بالظهور تدخل قوانين ميكانيكا الكم في اللعبأو عندما نحاول وصف الكون بأسره.

دراستنا الجديدة ، نشرت في علم الفلك الطبيعيالآن تم اختبار نظرية أينشتاين على نطاق واسع.

نعتقد أن نهجنا سيساعد يومًا ما في حل بعض أكبر الألغاز في علم الكونيات ، وتشير النتائج إلى أنه يجب تعديل النسبية العامة على هذا المقياس.

نموذج خاطئ؟

تتنبأ نظرية الكم بأن الفضاء الفارغ ، الفراغ ، مليء بالطاقة. لا نلاحظ وجودها لأن أجهزتنا يمكنها فقط قياس التغيرات في الطاقة بدلاً من مقدارها الإجمالي.

ومع ذلك ، وفقًا لأينشتاين ، تمتلك طاقة الفراغ قوة جاذبية منفرة – فهي تدفع الفضاء الفارغ. ومن المثير للاهتمام ، أنه في عام 1998 ، تم اكتشاف أن تمدد الكون يتسارع بالفعل (النتيجة معطاة 2011 جائزة نوبل في الفيزياء)

ومع ذلك ، فإن مقدار طاقة الفراغ ، أو الطاقة المظلمة من الضروري توضيح أن التسارع أصغر بعدة مرات مما تتنبأ به نظرية الكم.

لذا فإن السؤال الكبير ، ما يسمى بـ “مشكلة الثابت الكوني القديم” ، هو ما إذا كانت طاقة الفراغ هي التي تحرك الجاذبية بالفعل – فهي تدفع الجاذبية وتغير تمدد الكون.

READ  تم اكتشاف ثوران بركان كيلونوفا الغامض لأول مرة بعد التوهج

إذا كانت الإجابة بنعم ، فلماذا تكون جاذبيتها أضعف بكثير مما كان متوقعًا؟ إذا لم يكن للفراغ جاذبية ، فما الذي يسبب التسارع الكوني؟

لا نعرف ما هي الطاقة المظلمة ، لكن يجب أن نفترض أنها موجودة لتفسير توسع الكون.

وبالمثل ، يجب أن نفترض أن هناك نوعًا من الوجود المادي غير المرئي المادة المظلمةلشرح كيف تطورت المجرات والعناقيد إلى ما نلاحظه اليوم.

هذه الافتراضات مدمجة في النظرية الكونية المعيارية للعلماء ، المسماة نموذج Lambda Gold Dark Matter (LCDM) – والتي تقول إن الكون مكون من 70 بالمائة من الطاقة المظلمة ، و 25 بالمائة من المادة المظلمة ، و 5 بالمائة من المادة العادية. وقد حقق النموذج نجاحًا ملحوظًا في ملاءمة جميع البيانات التي جمعها علماء الكونيات على مدار العشرين عامًا الماضية.

لكن الغالبية العظمى من الكون تتكون من قوى مظلمة ومادة ، تأخذ قيمًا غريبة لا معنى لها ، مما دفع العديد من الفيزيائيين للتساؤل عما إذا كان ينبغي عليهم تكييف نظرية أينشتاين في الجاذبية لوصف الكون بأكمله.

قبل بضع سنوات ، ظهر تطور جديد ، وهو ما يسمى بالطرق المختلفة لقياس معدل التوسع الكوني. ثابت هابلأعط إجابات مختلفة – المعروفة باسم مشكلة توتر هابل.

يوجد الخلاف أو التوتر بين قيمتين لثابت هابل.

الأول هو الرقم الذي تنبأ به النموذج الكوني LCDM ، والذي تم إنشاؤه وفقًا لذلك الضوء المتبقي من الانفجار العظيم (ال الخلفية الكونية الميكروويف إشعاع).

آخر هو معدل التمدد ، الذي يقاس من خلال مراقبة النجوم المتفجرة التي تسمى المستعرات الأعظمية في المجرات البعيدة.

تم اقتراح العديد من الأفكار النظرية لطرق تعديل LCDM لشرح توتر هابل. من بينها نظريات بديلة عن الجاذبية.

READ  اثنا عشر نوعًا من الأطعمة التي تساعد في مكافحة الإجهاد

البحث عن أجوبة

يمكننا تصميم تجارب للتحقق من أن الكون يطيع قوانين نظرية أينشتاين.

تصف النسبية العامة الجاذبية على أنها انحناء أو تشويه للمكان والزمان ، مما يؤدي إلى ثني المسارات التي يسلكها الضوء والمادة. بشكل أساسي ، يتنبأ بأن مسارات أشعة الضوء والمادة يجب أن تنحني بنفس الطريقة عن طريق الجاذبية.

جنبًا إلى جنب مع فريق من علماء الكونيات ، وضعنا القوانين الأساسية للنسبية العامة على المحك. لقد بحثنا أيضًا فيما إذا كان تعديل نظرية أينشتاين يمكن أن يساعد في حل بعض المشكلات المفتوحة في علم الكونيات ، مثل توتر هابل.

لمعرفة ما إذا كانت النسبية العامة صحيحة على نطاق واسع ، شرعنا لأول مرة في فحص ثلاثة جوانب منها في وقت واحد. هذه هي توسع الكون ، وتأثيرات الجاذبية على الضوء ، وتأثيرات الجاذبية على المادة.

باستخدام طريقة إحصائية تسمى الاستدلال البايزي ، أعدنا بناء قوة الجاذبية للكون من خلال التاريخ الكوني في نموذج كمبيوتر يعتمد على هذه المعلمات الثلاثة.

يمكن تقدير المعلمات باستخدام بيانات الخلفية الكونية الميكروية من القمر الصناعي بلانك ، وكتالوجات المستعرات الأعظمية ، ورصد أشكال وتوزيع المجرات البعيدة. SDSS و DES التلسكوبات.

قارنا إعادة البناء مع تنبؤ نموذج LCDM (نموذج أينشتاين بشكل أساسي).

وجدنا تلميحات مثيرة للاهتمام حول عدم الاتساق مع تنبؤات أينشتاين ، على الرغم من أن الدلالة الإحصائية منخفضة.

ومع ذلك ، هناك احتمال أن تعمل الجاذبية على المقاييس الكبيرة بشكل مختلف ، وقد تحتاج النسبية العامة إلى تعديل.

وجدت دراستنا أيضًا أنه من الصعب جدًا حل مشكلة توتر هابل بتعديل نظرية الجاذبية وحدها.

قد يتطلب الحل الكامل مكونًا جديدًا في النموذج الكوني ، عنصر يسبق الوقت الذي تتحد فيه البروتونات والإلكترونات أولاً لتكوين الهيدروجين. .الانفجار العظيمشكل خاص من المادة المظلمة ، مثل النوع الأول من الطاقة المظلمة أو المجالات المغناطيسية البدائية.

READ  اكتشف علماء الأعصاب وظيفة جديدة للمخيخ: الذاكرة العاطفية

أو ربما يوجد خطأ منهجي غير معروف حتى الآن في البيانات.

أثبتت دراستنا أنه يمكن اختبار صحة النسبية العامة على مسافات كونية باستخدام بيانات الرصد. على الرغم من أننا لم نحل مشكلة هابل بعد ، إلا أنه سيكون لدينا الكثير من البيانات من المسابير الجديدة في غضون بضع سنوات.

هذا يعني أنه يمكننا استخدام هذه الأساليب الإحصائية للاستمرار في تعديل النسبية العامة ، واستكشاف حدود التعديلات ، وتمهيد الطريق لحل بعض أكثر التحديات وضوحًا في علم الكونيات.

كازويا كوياماأستاذ علم الفلك جامعة بورتسموث و أحد عشر بوغوصيانأستاذ الفيزياء جامعة سيمون فريزر

تم إعادة نشر هذه المقالة محادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. واصل القراءة المقالة الأصلية.