هل نحن أذكياء بما يكفي لفهم الكون؟
يمكن أحيانًا تقديم الكون المرئي على طبق، كما فعل الموسيقي بابلو كارلوس بوداسي مؤخرًا من خلال الجمع بين الخرائط اللوغاريتمية من جامعة برينستون ووكالة ناسا في قرص واحد ملون. هذا نموذج مركزية الأرض، حيث تقع الأرض في مركز اللوحة، وتقع بلازما الانفجار الكبير عند الحواف.
التصور جيد مثل أي شيء آخر، بل وأفضل من أي شيء آخر، لأنه قريب من وجهة النظر الإنسانية. هناك العديد من النظريات حول بنية الكون وديناميكياته ومصيره، ويبدو أن النموذج الكوني المقبول منذ عقود قد انهار قليلاً مؤخرًا. على سبيل المثال، تُسمع بشكل متزايد أصوات تنكر نظرية الانفجار الكبير.
الكون عبارة عن حديقة من الشذوذات، تم رسمها على مر السنين من قبل الفيزياء وعلم الكونيات "السائدة"، ومليئة بالظواهر الغريبة مثل الكوازارات العملاقة يطير بعيدا عنا بسرعة مذهلة، المادة المظلمةوالتي لم يكتشفها أحد والتي لا تظهر أي علامات على وجود مسرعات، ولكنها "ضرورية" لتفسير دوران المجرة السريع جدًا، وأخيرًا، انفجار كبيرالذي يحكم على الفيزياء بأكملها بالصراع مع ما لا يمكن تفسيره، على الأقل في الوقت الحالي، ميزة.
لم تكن هناك ألعاب نارية
تنبع أصالة الانفجار العظيم بشكل مباشر وحتمي من رياضيات النظرية النسبية العامة. ومع ذلك ، يرى بعض العلماء أن هذه ظاهرة إشكالية ، لأن الرياضيات يمكنها فقط تفسير ما حدث بعد ذلك مباشرة ... - لكنها لا تعرف ما حدث في تلك اللحظة الغريبة جدًا ، قبل الألعاب النارية العظيمة (2).
يخجل العديد من العلماء من هذه الميزة. ولو لأنه فقط، على حد تعبيره مؤخرًا لكن أحمد فرح من جامعة بن في مصر، “قوانين الفيزياء تتوقف عن العمل هناك”. فرج مع زميله سوريا داسم من جامعة ليثبريدج في كندا، قدم في ورقة بحثية عام 2015 في Physics Letters B نموذجًا لا بداية له ولا نهاية للكون، وبالتالي لا يوجد تفرد.
كان كلا الفيزيائيين مستوحى من عملهما. ديفيد بوم منذ الخمسينيات. وفكر في إمكانية استبدال الخطوط الجيوديسية المعروفة من النظرية النسبية العامة (أقصر الخطوط التي تربط بين نقطتين) بمسارات كمية. في ورقتهما، طبق فرج وداس مسارات بوم هذه على معادلة طورها الفيزيائي عام 50 إلى أمالا كومارا رايشودري من جامعة كلكتا. كان رايشودري أيضًا مدرسًا لداس عندما كان يدرس في التسعينات. وباستخدام معادلة رايشودري، حصل علي وداس على التصحيح الكمي معادلة فريدمانوالذي بدوره يصف تطور الكون (بما في ذلك الانفجار الكبير) في سياق النسبية العامة. على الرغم من أن هذا النموذج ليس نظرية حقيقية للجاذبية الكمية، إلا أنه يتضمن عناصر من نظرية الكم والنسبية العامة. يتوقع فرج وداس أيضًا أن تظل نتائجهم صحيحة حتى عند صياغة نظرية كاملة للجاذبية الكمية.
نظرية فرج-داس لا تتنبأ بالانفجار الكبير ولا تحطم كبير العودة إلى حالة التفرد. المسارات الكمومية التي يستخدمها فرج وداس لا تتصل أبدًا، وبالتالي لا تشكل نقطة مفردة أبدًا. ومن وجهة النظر الكونية، يشرح العلماء، أنه يمكن اعتبار التصحيحات الكمية بمثابة ثابت كوني، وليس هناك حاجة لإدخال الطاقة المظلمة. يؤدي الثابت الكوني إلى حقيقة أن حل معادلات أينشتاين يمكن أن يكون عالمًا محدود الحجم وعمرًا لا نهائيًا.
وهذه ليست النظرية الوحيدة التي تقوض في الآونة الأخيرة الأفكار حول الانفجار الكبير. على سبيل المثال، هناك فرضيات مفادها أنه عندما ظهر الزمان والمكان، نشأ و الكون الثانيحيث يتدفق الوقت إلى الوراء. ويقدم هذه الرؤية مجموعة دولية من علماء الفيزياء تتكون من: تيم كوزلوفسكي من جامعة نيو برونزويك، أسواق فلافيو محيط معهد الفيزياء النظرية و جوليان باربورا. الكونان اللذان تشكلا أثناء الانفجار الكبير، في هذه النظرية، يجب أن يكونا صورتين متطابقتين لأنفسهما (3)، لذا فإن لديهم قوانين فيزيائية مختلفة وإحساسًا مختلفًا بمرور الوقت. ربما يخترقون بعضهم البعض. ما إذا كان الوقت يتدفق للأمام أو للخلف فيها يحدد التناقض بين الإنتروبيا العالية والمنخفضة.
بدوره، صاحب مقترح آخر جديد لنموذج لكل شيء، وونغ تزو شو من جامعة تايوان الوطنية، يصف الزمان والمكان ليس كأشياء منفصلة، ولكن كأشياء وثيقة الصلة يمكن أن تتحول إلى بعضها البعض. لا تعد سرعة الضوء ولا ثابت الجاذبية ثابتين في هذا النموذج، بل هما عوامل في تحويل الزمن والكتلة إلى حجم ومكان مع توسع الكون. يمكن بالطبع النظر إلى نظرية شو، مثل العديد من المفاهيم الأخرى في العالم الأكاديمي، على أنها خيال، لكن نموذج الكون المتوسع مع 68٪ من الطاقة المظلمة المسببة للتوسع يمثل أيضًا مشكلة. ويشير البعض إلى أنه بهذه النظرية، يكون العلماء قد "تستروا" على القانون الفيزيائي لحفظ الطاقة. النظرية التايوانية لا تخالف مبادئ الحفاظ على الطاقة، لكنها بدورها تعاني من مشكلة إشعاع الخلفية الميكروي، الذي يعتبر من بقايا الانفجار الكبير. شيء ما لشيء ما.
لا يمكنك رؤية الظلام وهذا كل شيء
المرشحين للقب الفخري المادة المظلمة الكثير من. إن الجسيمات الضخمة المتفاعلة بشكل ضعيف، والجسيمات الضخمة المتفاعلة بقوة، والنيوترينوات العقيمة، والنيوترينوات، والأكسيونات ليست سوى بعض الحلول لغموض المادة "غير المرئية" في الكون التي اقترحها المنظرون حتى الآن.
لعقود من الزمن، كانت المرشحات الأكثر شعبية افتراضية، ثقيلة (أثقل بعشر مرات من البروتون)، ضعيفة التفاعل. جسيمات تسمى WIMPs. كان من المفترض أنهم كانوا نشطين في المرحلة الأولى من وجود الكون، ولكن مع تبريده وتناثر الجزيئات، تلاشت تفاعلاتهم. أظهرت الحسابات أن الكتلة الإجمالية للجزيئات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) كان ينبغي أن تكون خمسة أضعاف كتلة المادة العادية، وهو ما يعادل تمامًا المادة المظلمة التي تم تقديرها.
ومع ذلك، لم يتم العثور على أي آثار للـ WIMPs. لذا أصبح الحديث عن البحث أكثر شيوعًا الآن النيوترينوات العقيمةجسيمات افتراضية من المادة المظلمة عديمة الشحنة الكهربائية وكتلة منخفضة جدًا. في بعض الأحيان تعتبر النيوترينوات العقيمة بمثابة الجيل الرابع من النيوترينوات (بجانب نيوترينوات الإلكترون والميون والتاو). السمة المميزة لها هي أنها تتفاعل مع المادة فقط تحت تأثير الجاذبية. يُشار إليه بالرمز νs.
من الناحية النظرية، يمكن لتذبذبات النيوترينو أن تجعل نيوترينوات الميون عقيمة، مما يقلل عددها في الكاشف. وهذا محتمل بشكل خاص بعد مرور شعاع من النيوترينوات عبر منطقة ذات مادة عالية الكثافة مثل قلب الأرض. ولذلك، تم استخدام كاشف IceCube في القطب الجنوبي لرصد النيوترينوات القادمة من نصف الكرة الشمالي في نطاق الطاقة من 320 جيجا إلكترون فولت إلى 20 تيرا إلكترون فولت، حيث كان من المتوقع ظهور إشارة قوية في وجود النيوترينوات العقيمة. لسوء الحظ، فإن تحليل البيانات من الأحداث المرصودة جعل من الممكن استبعاد وجود نيوترينوات معقمة في المنطقة التي يمكن الوصول إليها من مساحة المعلمة، ما يسمى. مستوى الثقة 99%.
في يوليو 2016، بعد عشرين شهرًا من التجارب في كاشف الزينون الكبير تحت الأرض (LUX)، لم يكن لدى العلماء ما يقولونه سوى أنهم لم يعثروا على شيء. وبالمثل، فإن العلماء في مختبر محطة الفضاء الدولية والفيزيائيين في سيرن، الذين كانوا يعتمدون على إنتاج المادة المظلمة في الجزء الثاني من مصادم الهادرونات الكبير، لا يقولون شيئًا عن المادة المظلمة.
لذلك نحن بحاجة إلى النظر إلى أبعد من ذلك. يقول العلماء أنه ربما تكون المادة المظلمة شيئًا مختلفًا تمامًا عن الجسيمات ضعيفة التفاعل (WIMPs) والنيوترينوات أو أي شيء آخر، ويقومون ببناء LUX-ZEPLIN، وهو كاشف جديد يجب أن يكون أكثر حساسية بسبعين مرة من الكاشف الحالي.
يشكك العلم فيما إذا كان هناك شيء اسمه المادة المظلمة، إلا أن علماء الفلك لاحظوا مؤخرًا مجرة، على الرغم من كتلتها المشابهة لمجرة درب التبانة، إلا أنها تحتوي على 99,99٪ من المادة المظلمة. تم توفير المعلومات حول الاكتشاف بواسطة مرصد V.M. كيكا. إنه على وشك المجرة اليعسوب 44 (اليعسوب 44). ولم يتم تأكيد وجودها إلا في العام الماضي، عندما رصدت شبكة Dragonfly Telephoto Array جزءًا من السماء في كوكبة Scythe Berenices. اتضح أن المجرة تحتوي على أكثر بكثير مما تراه العين. نظرًا لأنه يحتوي على عدد قليل من النجوم، فإنه سوف ينهار بسرعة إذا لم يساعد شيء غامض في الحفاظ على العناصر المكونة له معًا. المادة المظلمة؟
النمذجة؟
فرضية الكون يشبه الهولوغرامعلى الرغم من حقيقة أن الأشخاص الحاصلين على درجات علمية جادة يشاركون فيها، إلا أنه لا يزال يتم التعامل معها كمنطقة غامضة على حدود العلم. ربما يرجع السبب في ذلك إلى أن العلماء بشر ويواجهون صعوبة في التأقلم مع الآثار العقلية للبحث في هذا الصدد. خوان مالداسينابدءًا من نظرية الأوتار، وضع رؤية للكون حيث تخلق الأوتار التي تهتز في الفضاء ذي الأبعاد التسعة واقعنا، وهو مجرد صورة ثلاثية الأبعاد - إسقاط لعالم مسطح بدون جاذبية..
وتشير نتائج دراسة أجراها علماء نمساويون، ونشرت عام 2015، إلى أن الكون يحتاج إلى أبعاد أقل مما كان متوقعا. قد يكون الكون ثلاثي الأبعاد ببساطة عبارة عن بنية معلومات ثنائية الأبعاد في الأفق الكوني. ويقارنها العلماء بالصور المجسمة الموجودة على بطاقات الائتمان - فهي في الواقع ثنائية الأبعاد، على الرغم من أننا نراها ثلاثية الأبعاد. وفق دانييلا جروميليرا من جامعة فيينا للتكنولوجيا، فإن كوننا مسطح تمامًا وله انحناء إيجابي. وأوضح جروميلر في رسائل المراجعة الفيزيائية أنه إذا كان من الممكن وصف الجاذبية الكمومية في الفضاء المسطح بشكل ثلاثي الأبعاد بواسطة نظرية الكم القياسية، فيجب أن تكون هناك أيضًا كميات فيزيائية يمكن حسابها في كلتا النظريتين، ويجب أن تتطابق النتائج. على وجه الخصوص، إحدى السمات الرئيسية لميكانيكا الكم - التشابك الكمي - يجب أن تظهر في نظرية الجاذبية.
يذهب البعض إلى أبعد من ذلك، لا يتحدثون عن الإسقاط المجسم، ولكن حتى عنه النمذجة الحاسوبية. قبل عامين، عالم الفيزياء الفلكية الشهير، الحائز على جائزة نوبل، جورج سموت، قدم حججًا مفادها أن البشرية تعيش داخل مثل هذه المحاكاة الحاسوبية. يدعي أن هذا ممكن ، على سبيل المثال ، بفضل تطوير ألعاب الكمبيوتر ، التي تشكل نظريًا جوهر الواقع الافتراضي. هل سيخلق البشر محاكاة واقعية؟ قال في مقابلة. من الواضح أنه تم إحراز تقدم كبير في هذه القضية. مجرد إلقاء نظرة على أول "بونج" والألعاب التي صنعت اليوم. حوالي عام 2045 ، سنتمكن من نقل أفكارنا إلى أجهزة الكمبيوتر قريبًا جدًا ".
الكون كإسقاط ثلاثي الأبعاد
وبالنظر إلى أنه يمكننا بالفعل رسم خريطة لخلايا عصبية محددة في الدماغ بفضل استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي، فإن استخدام هذه التكنولوجيا لأغراض أخرى لا ينبغي أن يكون مشكلة. يمكن للواقع الافتراضي أن يعمل بعد ذلك، مما يسمح بالاتصال بآلاف الأشخاص ويوفر شكلاً من أشكال تحفيز الدماغ. وبحسب سموت، ربما حدث هذا في الماضي، وعالمنا عبارة عن شبكة متقدمة من عمليات المحاكاة الافتراضية. علاوة على ذلك، يمكن أن يحدث هذا لعدد لا حصر له من المرات! لذلك يمكننا أن نعيش في محاكاة، وهي في محاكاة أخرى، موجودة في محاكاة أخرى، والتي... وهكذا، إلى ما لا نهاية.
العالم، وخاصة الكون، لسوء الحظ، لا يعطى لنا على طبق من ذهب. بل نحن أنفسنا جزء، جزء صغير جدًا، من الأطباق التي، كما يتبين من بعض الفرضيات، لا يمكن إعدادها لنا.
هل سيكون الجزء الصغير من الكون الذي لدينا - على الأقل بالمعنى المادي - قادرًا على فهم البنية بأكملها؟ هل نحن أذكياء بما يكفي لفهم واستيعاب سر الكون؟ على الأرجح لا. ومع ذلك، إذا قررنا أننا سنفشل في النهاية، فسيكون من الصعب ألا نلاحظ أن هذا سيكون أيضًا، إلى حد ما، نوعًا من البصيرة النهائية لطبيعة كل الأشياء...
