علم الكونيات غير القياسي

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة

يُعرَّف علم الكونيات غير القياسي بأنه أي نموذج كوني فيزيائي للكون طُرح، أو لا يزال يُطرح، كبديل للنموذج القياسي السائد آنذاك. ويُطلق مصطلح " غير قياسي" على أي نظرية لا تتوافق مع الإجماع العلمي . ولأن هذا المصطلح يعتمد على الإجماع السائد، فإن معناه يتغير بمرور الوقت. فعلى سبيل المثال، لم تكن المادة المظلمة الساخنة تُعتبر غير قياسية في عام 1990، ولكنها أصبحت كذلك في عام 2010. وعلى العكس، فإن الثابت الكوني غير الصفري الذي يؤدي إلى تسارع الكون كان يُعتبر غير قياسي في عام 1990، ولكنه أصبح جزءًا من علم الكونيات القياسي في عام 2010.

نيكولاس كوبرنيكوس (1473–1543)

شهد تاريخ علم الكونيات العديد من الخلافات الكونية الكبرى . من أوائلها الثورة الكوبرنيكية التي أرست نموذج مركزية الشمس للنظام الشمسي. وفي الآونة الأخيرة، كان هناك النقاش الكبير عام 1920، الذي أعقبه تحديد مجرة ​​درب التبانة كواحدة من مجرات الكون العديدة. من أربعينيات القرن العشرين إلى ستينياته، انقسم المجتمع الفيزيائي الفلكي بالتساوي بين مؤيدي نظرية الانفجار العظيم ومؤيدي نظرية الكون المستقر ؛ وقد حُسم الأمر حاليًا لصالح نظرية الانفجار العظيم بفضل التقدم الذي أحرزته علوم الكون الرصدية في أواخر الستينيات. مع ذلك، بقي معارضون بارزون لنظرية الانفجار العظيم، من بينهم فريد هويل ، وجايانت نارليكار ، وهالتون آرب ، وهانز ألفين ، الذين تم تهميش نظرياتهم الكونية في البحوث الفلكية. غالباً ما يتجاهل معارضو نظرية الانفجار العظيم القلائل الذين ما زالوا نشطين اليوم الأدلة الراسخة من الأبحاث الحديثة، ونتيجة لذلك، نادراً ما تُنشر اليوم النظريات الكونية غير التقليدية التي ترفض نظرية الانفجار العظيم تماماً في المجلات العلمية المحكمة، ولكنها تظهر على الإنترنت في مجلات هامشية ومواقع إلكترونية خاصة. [ 1 ]

يُعدّ نموذج لامدا-سي دي إم (Lambda-CDM) النموذج القياسي الحالي لعلم الكونيات ، حيث يُحكم الكون بنظرية النسبية العامة ، وبدأ بانفجار عظيم، وهو اليوم كون شبه مسطح يتكون من حوالي 5% من الباريونات ، و27% من المادة المظلمة الباردة ، و68% من الطاقة المظلمة . [ 2 ] وقد حقق نموذج لامدا-سي دي إم نجاحًا ملحوظًا، إلا أن الأدلة الرصدية الحديثة تُشير إلى وجود تناقضات جوهرية فيه، مثل تناقض هابل ، وفراغ كي بي سي ، ومشكلة المجرات القزمة ، والبنى الكونية فائقة الضخامة ، وغيرها. ولا تزال الأبحاث جارية حول توسيعات أو تعديلات على نموذج لامدا-سي دي إم، بالإضافة إلى نماذج مختلفة جذريًا. وتشمل المواضيع التي يتم بحثها: الجوهر ، وديناميكيات نيوتن المعدلة (MOND) وتعميمها النسبي TeVeS ، والمادة المظلمة الدافئة .

تاريخ

ظهر علم الكونيات الفيزيائي الحديث، كما يُدرس حاليًا، كفرع علمي مستقل في الفترة التي أعقبت مناظرة شابلي-كورتيس واكتشافات إدوين هابل لسلم المسافات الكونية ، حين اضطر علماء الفلك والفيزياء إلى استيعاب حقيقة أن الكون أوسع بكثير من الحجم المجري المفترض سابقًا . ويُذكر اليوم المنظرون الذين نجحوا في تطوير نماذج كونية قابلة للتطبيق على هذا الكون الأوسع باعتبارهم مؤسسي علم الكونيات الحديث. ومن بين هؤلاء العلماء آرثر ميلن ، وويليم دي سيتر ، وألكسندر فريدمان ، وجورج لومتر ، وألبرت أينشتاين نفسه.

بعد تأكيد قانون هابل بالملاحظة، أصبحت النظريتان الكونيتان الأكثر شيوعًا هما نموذج الحالة المستقرة لفريد هويل وتوماس غولد وهيرمان بوندي ، ونظرية الانفجار العظيم لرالف ألفير وجورج غاموف وروبرت ديك ، مع وجود عدد قليل من المؤيدين لبعض النظريات البديلة. ومن أبرز نجاحات نظرية الانفجار العظيم مقارنةً بنظيرتها المنافسة، تنبؤها بوفرة العناصر الخفيفة في الكون، والتي تتوافق مع الوفرة المرصودة لهذه العناصر . ولا تملك النظريات البديلة وسيلة لتفسير هذه الوفرة.

تواجه النظريات التي تفترض أن للكون عمرًا لانهائيًا بلا بداية صعوبة في تفسير وفرة الديوتيريوم فيه، لأن الديوتيريوم يخضع بسهولة للاندماج النووي في النجوم ، ولا توجد عمليات فيزيائية فلكية معروفة أخرى غير الانفجار العظيم نفسه قادرة على إنتاجه بكميات كبيرة. لذا، فإن حقيقة أن الديوتيريوم ليس عنصرًا نادرًا للغاية في الكون تشير إلى أن للكون عمرًا محدودًا، وإلى وجود عملية سابقة أنتجت الديوتيريوم ولم تعد تحدث.

تُعاني النظريات التي تفترض أن للكون عمرًا محدودًا، ولكنها تنفي حدوث الانفجار العظيم، من مشاكل تتعلق بوفرة الهيليوم-4 . فالكمية المرصودة من الهيليوم -4 أكبر بكثير من الكمية التي كان من المفترض أن تتكون عبر النجوم أو أي عملية أخرى معروفة. في المقابل، فإن وفرة الهيليوم -4 في نماذج الانفجار العظيم لا تتأثر كثيرًا بالافتراضات المتعلقة بكثافة الباريونات ، إذ لا تتغير إلا بنسبة ضئيلة مع تغير كثافة الباريونات بعدة مراتب. وتقع القيمة المرصودة للهيليوم -4 ضمن النطاق المحسوب.

مع ذلك، لم يتوصل معظم علماء الكونيات إلى استنتاج نهائي بأن نموذج الانفجار العظيم يفسر الملاحظات على أفضل وجه إلا بعد اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية الميكروي (CMB) على يد أرنو بنزياس وروبرت ويلسون عام 1965. حينها، كُلِّف منظرو الحالة المستقرة وغيرهم من علماء الكونيات غير التقليديين بتقديم تفسير لهذه الظاهرة لكي تبقى نظرياتهم مقبولة. أدى ذلك إلى ظهور مناهج مبتكرة، من بينها ضوء النجوم المتكامل وشعيرات الحديد الكونية ، والتي كان الهدف منها توفير مصدر لإشعاع خلفية ميكروي منتشر في جميع أنحاء السماء، لا يعود إلى تحول طوري في الكون المبكر .

تصوير فني لمركبة WMAP الفضائية عند نقطة لاغرانج L2 . وقد استُخدمت البيانات التي جمعتها هذه المركبة بنجاح في تحديد خصائص علم الكونيات القياسي، ولكن لم يتم بعد إجراء تحليل كامل للبيانات في سياق أي علم كونيات غير قياسي.

أدى التشكيك في قدرة النماذج الكونية غير التقليدية على تفسير إشعاع الخلفية الكونية الميكروي إلى تراجع الاهتمام بهذا الموضوع منذ ذلك الحين. مع ذلك، شهدت الكونيات غير التقليدية فترتين ازداد فيهما الاهتمام بها نتيجةً لبيانات رصدية طرحت صعوبات أمام نظرية الانفجار العظيم. حدثت الأولى في أواخر سبعينيات القرن الماضي، عندما ظهرت عدة مشكلات عالقة، مثل مشكلة الأفق ، ومشكلة التسطح ، وغياب الأقطاب المغناطيسية الأحادية ، مما شكّل تحديًا لنموذج الانفجار العظيم . وقد حُلّت هذه المشكلات في نهاية المطاف من خلال التضخم الكوني في ثمانينيات القرن الماضي. وأصبحت هذه الفكرة لاحقًا جزءًا من فهم الانفجار العظيم، على الرغم من اقتراح بدائل بين الحين والآخر. أما الثانية، فقد حدثت في منتصف تسعينيات القرن الماضي، عندما تعارضت رصدات أعمار العناقيد الكروية ووفرة الهيليوم البدائية ، ظاهريًا، مع نظرية الانفجار العظيم. ومع ذلك، بحلول أواخر التسعينيات، خلص معظم علماء الفلك إلى أن هذه الملاحظات لم تتحدى نظرية الانفجار العظيم، وقدمت البيانات الإضافية من COBE و WMAP مقاييس كمية مفصلة كانت متسقة مع علم الكونيات القياسي.

اليوم، تُعتبر النظريات الكونية غير التقليدية غير جديرة بالاهتمام من قِبل علماء الكونيات، بينما يُعتقد أن العديد من النظريات الكونية غير التقليدية ذات الأهمية التاريخية قد تم دحضها . وقد تم تأكيد أساسيات نظرية الانفجار العظيم من خلال مجموعة واسعة من الملاحظات التكميلية والمفصلة، ​​ولم تستطع أي من النظريات الكونية غير التقليدية محاكاة نطاق نجاحات نموذج الانفجار العظيم. ولا تُعتبر التكهنات حول البدائل عادةً جزءًا من المناقشات البحثية أو التربوية، إلا كأمثلة عملية أو لأهميتها التاريخية. وقد أكدت رسالة مفتوحة بدأها بعض المؤيدين المتبقين لنظرية الكونيات غير التقليدية أن: "اليوم، تُكرس جميع الموارد المالية والتجريبية تقريبًا في علم الكونيات لدراسات الانفجار العظيم...". [ 3 ]

رسوم متحركة توضح أكوان الأغشية المتعددة في الكتلة

في تسعينيات القرن الماضي، تزامن بزوغ فجر "العصر الذهبي لعلم الكونيات" مع اكتشاف مذهل مفاده أن توسع الكون يتسارع بالفعل. قبل ذلك، كان يُفترض أن المادة، سواءً في صورتها المرئية أو غير المرئية ( المادة المظلمة)، هي كثافة الطاقة المهيمنة في الكون. وقد دُحضت هذه النظرية الكونية "الكلاسيكية" للانفجار العظيم عندما اكتُشف أن ما يقرب من 70% من طاقة الكون تُعزى إلى الثابت الكوني، الذي يُشار إليه غالبًا باسم "الطاقة المظلمة". وقد أدى هذا إلى تطوير ما يُسمى بنموذج ΛCDM التوافقي ، الذي يجمع بين بيانات تفصيلية تم الحصول عليها باستخدام تلسكوبات وتقنيات جديدة في الفيزياء الفلكية الرصدية، مع كون متوسع ومتغير الكثافة. واليوم، بات من الشائع في الأدبيات العلمية العثور على مقترحات لـ"نظريات كونية غير تقليدية" تقبل في الواقع المبادئ الأساسية لنظرية الانفجار العظيم، مع تعديل أجزاء من النموذج التوافقي. تشمل هذه النظريات نماذج بديلة للطاقة المظلمة، مثل الجوهر، والطاقة الوهمية ، وبعض الأفكار في علم الكونيات الغشائي ؛ ونماذج بديلة للمادة المظلمة، مثل الديناميكا النيوتونية المعدلة ؛ وبدائل أو امتدادات للتضخم الكوني، مثل التضخم الفوضوي والنموذج الإكبيروتي ؛ ومقترحات لإضافة سبب أولي للكون، مثل شرط هارتل-هوكينغ الحدودي ، والنموذج الدوري ، ونظرية الأوتار . لا يوجد إجماع بين علماء الكونيات حول هذه الأفكار، لكنها مع ذلك تُعدّ مجالات بحثية أكاديمية نشطة.

بدائل لنظريات الكونيات المتعلقة بالانفجار العظيم

قبل جمع الأدلة الرصدية، وضع المنظرون أطرًا نظريةً استنادًا إلى ما اعتبروه السمات العامة للفيزياء والافتراضات الفلسفية حول الكون. وعندما وضع ألبرت أينشتاين نظريته النسبية العامة عام ١٩١٥، استُخدمت هذه النظرية كنقطة انطلاق رياضية لمعظم النظريات الكونية. [ ٤ ] ولكن للوصول إلى نموذج كوني، احتاج المنظرون إلى وضع افتراضات حول طبيعة أكبر مقاييس الكون. والافتراضات التي يعتمد عليها النموذج القياسي الحالي لعلم الكونيات هي:

  1. عالمية القوانين الفيزيائية  – أي أن قوانين الفيزياء لا تتغير من مكان وزمان إلى آخر،
  2. المبدأ الكوني  – أن الكون متجانس ومتناظر تقريبًا في المكان، وإن لم يكن بالضرورة في الزمان، و
  3. المبدأ الكوبرنيكي  – أننا لا نراقب الكون من موقع مفضل.
في نظرية الانفجار العظيم، يتسبب توسع الكون في تخفيف المادة بمرور الوقت، بينما في نموذج الحالة المستقرة، يضمن استمرار تكوين المادة أن تظل الكثافة ثابتة بمرور الوقت.

تؤدي هذه الافتراضات، عند دمجها مع النسبية العامة، إلى كون يخضع لمقياس فريدمان-روبرتسون-ووكر (مقياس FRW). يسمح مقياس FRW بوجود كون إما متوسع أو منكمش (بالإضافة إلى أكوان ثابتة ولكنها غير مستقرة). عندما اكتُشف قانون هابل ، فسّر معظم علماء الفلك هذا القانون على أنه دليل على توسع الكون. وهذا يعني ضمناً أن الكون كان أصغر في الماضي، وبالتالي قاد إلى الاستنتاجات التالية:

  1. نشأ الكون من حالة ساخنة وكثيفة في وقت محدد في الماضي،
  2. لأن الكون يسخن أثناء انكماشه ويبرد أثناء تمدده، ففي الدقائق الأولى من وجود الزمن كما نعرفه، كانت درجات الحرارة مرتفعة بما يكفي لحدوث عملية التخليق النووي للانفجار العظيم ، و
  3. ينبغي أن يكون هناك إشعاع خلفي كوني يملأ الكون بأكمله، وهو سجل لانتقال طوري حدث عندما تشكلت ذرات الكون لأول مرة.

استُخلصت هذه الخصائص من قِبل العديد من الأفراد على مدى سنوات؛ في الواقع، لم تُجرَ تنبؤات دقيقة بشأن الخاصية الأخيرة وملاحظات تؤكد وجودها إلا في منتصف القرن العشرين. وقد تطورت نظريات غير قياسية إما بالانطلاق من افتراضات مختلفة أو بتناقضها مع الخصائص التي تنبأ بها النموذج القياسي السائد لعلم الكونيات. [ 5 ]

نظريات الحالة المستقرة

يُوسّع نموذج الحالة المستقرة فرضية التجانس في المبدأ الكوني ليعكس تجانسًا زمنيًا ومكانيًا . هذا "المبدأ الكوني المثالي"، كما سيُطلق عليه لاحقًا، يؤكد أن الكون يبدو متماثلًا في كل مكان (على نطاق واسع)، كما كان دائمًا وسيظل كذلك. وهذا على النقيض من نموذج لامدا-سي دي إم، الذي يفترض أن الكون كان مختلفًا تمامًا في الماضي وسيظل مختلفًا تمامًا في المستقبل. طُرحت نظرية الحالة المستقرة عام ١٩٤٨ من قِبل فريد هويل، وتوماس غولد، وهيرمان بوندي، وآخرين. وللحفاظ على المبدأ الكوني المثالي في كون متوسع، كان على علم الكونيات في الحالة المستقرة أن يفترض وجود "حقل خلق المادة" (ما يُسمى بالحقل سي ) الذي يُدخل المادة إلى الكون للحفاظ على كثافة ثابتة. [ ٥ ]

استمر الجدل بين نظرية الانفجار العظيم ونماذج الحالة المستقرة لمدة 15 عامًا، وانقسمت الآراء بالتساوي تقريبًا حتى اكتشاف إشعاع الخلفية الكونية الميكروي (CMB). يُعد هذا الإشعاع سمة طبيعية لنموذج الانفجار العظيم الذي يتطلب "زمن التشتت الأخير" حيث تنفصل الفوتونات عن المادة الباريونية. اقترح نموذج الحالة المستقرة أن هذا الإشعاع يمكن تفسيره بما يُسمى "ضوء النجوم المتكامل"، وهو خلفية ناتجة جزئيًا عن مفارقة أولبرز في كون لانهائي. ولتفسير تجانس هذه الخلفية، افترض أنصار نموذج الحالة المستقرة وجود تأثير ضبابي مرتبط بجزيئات حديدية مجهرية تُشتت الموجات الراديوية بطريقة تُنتج إشعاع خلفية كونية ميكروي متجانس. أُطلق على هذه الظاهرة المقترحة اسم "شعيرات الحديد الكونية"، وكانت بمثابة آلية التوازن الحراري . لم تواجه نظرية الحالة المستقرة مشكلة الأفق التي واجهها نموذج الانفجار العظيم، لأنها افترضت وجود فترة زمنية لانهائية متاحة لتوازن الخلفية حراريًا. [ 5 ]

مع تزايد البيانات الكونية المُجمّعة، أدرك علماء الكونيات أن نظرية الانفجار العظيم تنبأت بدقة بوفرة العناصر الخفيفة المرصودة في الكون. فما كان يُعتبر نسبةً عشوائيةً للهيدروجين إلى الديوتيريوم والهيليوم في نموذج الحالة المستقرة، كان سمةً مميزةً لنموذج الانفجار العظيم. إضافةً إلى ذلك، أشارت القياسات الدقيقة لإشعاع الخلفية الكونية الميكروي منذ تسعينيات القرن الماضي، باستخدام أرصاد COBE وWMAP و Planck، إلى أن طيف هذا الإشعاع أقرب إلى طيف الجسم الأسود من أي مصدر آخر في الطبيعة. وقد استطاعت أفضل نماذج ضوء النجوم المتكاملة التنبؤ بتوازن حراري بنسبة 10%، بينما قاس قمر COBE الصناعي الانحراف بجزء واحد من 10⁵ . بعد هذا الاكتشاف المذهل، اقتنع غالبية علماء الكونيات بأن نظرية الحالة المستقرة لا تستطيع تفسير خصائص إشعاع الخلفية الكونية الميكروي المرصودة.

على الرغم من أن نموذج الحالة المستقرة الأصلي يُعتبر الآن مناقضًا للملاحظات (وخاصةً إشعاع الخلفية الكونية الميكروي) حتى من قِبل مؤيديه السابقين، فقد طُرحت تعديلات على هذا النموذج، بما في ذلك نموذج يتصور أن الكون نشأ عبر انفجارات صغيرة متعددة بدلًا من انفجار عظيم واحد (ما يُسمى "علم الكونيات شبه المستقر"). يفترض هذا النموذج أن الكون يمر بمراحل تمدد وانكماش دورية، مع "ارتداد" خفيف بدلًا من الانفجار العظيم. وبالتالي، يُفسر قانون هابل بحقيقة أن الكون يمر حاليًا بمرحلة تمدد. ولا يزال العمل جاريًا على هذا النموذج (وخاصةً من قِبل جايانت ف. نارليكار )، على الرغم من أنه لم يحظَ بقبول واسع النطاق في الأوساط العلمية. [ 6 ]

بدائل وتوسعات لنموذج Lambda-CDM

يُعدّ نموذج لامدا-سي دي إم ، النموذج القياسي لعلم الكونيات اليوم، ناجحًا للغاية في توفير إطار نظري لتكوين البنية الكونية ، والتباينات في إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، والتوسع المتسارع للكون . مع ذلك، لا يخلو هذا النموذج من بعض المشاكل. [ 7 ] توجد اليوم العديد من المقترحات التي تُشكّك في جوانب مختلفة من نموذج لامدا-سي دي إم. تُعدّل هذه المقترحات عادةً بعض السمات الرئيسية للنموذج، لكنها لا تنفي نظرية الانفجار العظيم.

كون غير متجانس

التناظر - أي أن الكون يبدو متماثلاً في جميع الاتجاهات - هو أحد الافتراضات الأساسية التي تدخل في معادلات فريدمان. مع ذلك، في عام 2008، ادعى علماء يعملون على بيانات مسبار ويلكنسون لقياس تباين الموجات الميكروية أنهم رصدوا  تدفقًا من العناقيد بسرعة تتراوح بين 600 و1000 كيلومتر في الثانية باتجاه بقعة من السماء بزاوية 20 درجة بين كوكبتي قنطورس والشراع. [ 8 ] وأشاروا إلى أن هذه الحركة قد تكون بقايا تأثير مناطق من الكون لم تعد مرئية قبل التضخم. يُعد هذا الاكتشاف مثيرًا للجدل، وقد وجد علماء آخرون أن الكون متناظر إلى حد كبير. [ 9 ]

جسم هالة ضخم مضغوط (MACHO)

التوزيع التقديري للمادة المظلمة التي تشكل 22% من كتلة الكون، والطاقة المظلمة التي تشكل 74%، بينما تشكل المادة "العادية" 0.4% فقط من كتلة الكون. هذه التقديرات حتى عام 2014.

تُعرف الثقوب السوداء المنفردة ، والنجوم النيوترونية ، والنجوم القزمة المحترقة ، وغيرها من الأجسام الضخمة التي يصعب رصدها، مجتمعةً باسم "أجسام ماتشو" (MACHOs ). وقد أمل بعض العلماء في البداية أن تُفسر أجسام ماتشو الباريونية جميع المادة المظلمة. [ 10 ] [ 11 ] إلا أن الأدلة تراكمت على أن هذه الأجسام لا تستطيع تفسير جزء كبير من كتلة المادة المظلمة. [ 12 ]

المادة المظلمة الغريبة

في نموذج لامدا-سي دي إم، تُعدّ المادة المظلمة شكلاً من أشكال المادة التي تتفاعل مع المادة العادية والضوء فقط من خلال تأثيرات الجاذبية. ولإنتاج البنية واسعة النطاق التي نراها اليوم، تُعتبر المادة المظلمة "باردة" (الحرف "C" في لامدا-سي دي إم)، أي غير نسبية. لم يتم تحديد المادة المظلمة بشكل قاطع، وطبيعتها الدقيقة موضوع دراسة مكثفة. تُعدّ الجسيمات الضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) الافتراضية، والأكسيونات [ 13 ] ، والثقوب السوداء البدائية [ 14 ] من أبرز المرشحين للمادة المظلمة، ولكن هناك مجموعة متنوعة من المقترحات الأخرى، على سبيل المثال:

بينما تحاول نظريات أخرى تفسير المادة المظلمة والطاقة المظلمة على أنهما وجهان مختلفان لنفس السائل الأساسي (انظر السائل المظلم )، أو تفترض أن المادة المظلمة يمكن أن تتحلل إلى طاقة مظلمة.

طاقة مظلمة غريبة

معادلة حالة الطاقة المظلمة لأربعة نماذج شائعة كدالة للانزياح الأحمر. يقع كوننا الحالي عندz=0{\displaystyle z=0}والثابت الكوني لهw=-1{\displaystyle w=-1}. [ 15 ] أ: نموذج CPL، ب: نموذج جسال، ج: نموذج باربوزا وألكانيز، د: نموذج فيتريش

في نموذج لامدا-سي دي إم، تُعدّ الطاقة المظلمة شكلاً غير معروف من أشكال الطاقة التي تميل إلى تسريع تمدد الكون. وهي أقل فهماً من المادة المظلمة، وتُحيط بها غموض مماثل. أبسط تفسير للطاقة المظلمة هو الثابت الكوني (لامدا في نموذج لامدا-سي دي إم). وهو ثابت بسيط يُضاف إلى معادلات أينشتاين للمجال لتوفير قوة تنافر. حتى الآن، تتوافق الملاحظات تماماً مع الثابت الكوني، لكنها تترك المجال أمام العديد من البدائل، على سبيل المثال:

  • الجوهر ، وهو حقل قياسي مشابه للحقل الذي حفّز التضخم الكوني بعد الانفجار العظيم بفترة وجيزة. في الجوهر، تتغير الطاقة المظلمة عادةً بمرور الوقت (على عكس الثابت الكوني الذي يبقى ثابتًا).
  • علم الكونيات غير المتجانس . أحد الافتراضات الأساسية لنموذج لامدا-سي دي إم هو أن الكون متجانس، أي أنه يبدو متشابهًا إلى حد كبير بغض النظر عن موقع الراصد. في سيناريو الكون غير المتجانس، تُعد الطاقة المظلمة المرصودة نتاجًا لخطأ في القياس ناتج عن وجودنا في منطقة من الفضاء أقل كثافة من المتوسط.
  • الطاقة المظلمة المتغيرة، والتي تشبه الجوهر من حيث أن خصائص الطاقة المظلمة تتغير بمرور الوقت (انظر الشكل)، ولكنها تختلف في أن الطاقة المظلمة لا ترجع إلى مجال قياسي.

بدائل للنسبية العامة

تُعدّ النسبية العامة، التي يستند إليها مقياس فريدمان-روبرتسون-ووكر، نظريةً ناجحةً للغاية، وقد اجتازت جميع الاختبارات الرصدية حتى الآن. مع ذلك، فهي تتعارض جوهريًا مع ميكانيكا الكم ، وبتنبؤها بالتفردات ، فإنها تتنبأ أيضًا بانهيارها الذاتي. أي نظرية بديلة للجاذبية ستستلزم بالضرورة نظرية كونية بديلة، نظرًا لاعتماد نموذج لامدا-سي دي إم على النسبية العامة كفرضية أساسية. ثمة دوافع عديدة لتعديل النسبية العامة، مثل الاستغناء عن المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة، أو تجنب مفارقات مثل جدار النار .

توجد العديد من نظريات الجاذبية المعدلة، ولم تحظَ أي منها بقبول واسع النطاق، على الرغم من أنها لا تزال مجالًا نشطًا للبحث. وفيما يلي بعض أبرز هذه النظريات.

عالم ماشي

طوّر إرنست ماخ امتدادًا لنظرية النسبية العامة، مقترحًا أن القصور الذاتي ناتج عن تأثيرات الجاذبية لتوزيع كتلة الكون. وقد أدى هذا بطبيعة الحال إلى التكهنات حول الآثار الكونية المترتبة على هذا المقترح. تمكن كارل برانز وروبرت ديك من دمج مبدأ ماخ في النسبية العامة، مما أتاح حلولًا كونية تشير إلى كتلة متغيرة. ينتج عن توزيع كتلة الكون بشكل متجانس مجال قياسي تقريبًا يملأ الكون، ويُعدّ مصدرًا لثابت نيوتن للجاذبية ، مما يُنشئ نظرية الجاذبية الكمومية .

الاثنين

تُعدّ ديناميكيات نيوتن المُعدّلة (MOND) اقتراحًا حديثًا نسبيًا لتفسير مشكلة دوران المجرات ، استنادًا إلى تعديل لنظرية نيوتن الكونية للجاذبية عند التسارعات المنخفضة. ويستلزم تعديل نظرية نيوتن تعديلًا لعلم الكونيات النسبي العام، إذ يُمثّل علم الكونيات النيوتني الحدّ الأقصى لعلم الكونيات لفريدمان. وبينما يرفض معظم علماء الفيزياء الفلكية اليوم ديناميكيات نيوتن المُعدّلة لصالح المادة المظلمة، يواصل عدد قليل من الباحثين تطويرها، حيث أدرجوا مؤخرًا نظريات برانز-ديك في دراساتٍ تُحاول تفسير الملاحظات الكونية.

نظرية الجاذبية الموترية-المتجهة-القياسية (TeVeS) هي نظرية نسبية مقترحة تُعادل الديناميكا النيوتونية المعدلة (MOND) في الحد غير النسبي، وتهدف إلى تفسير مشكلة دوران المجرات دون اللجوء إلى المادة المظلمة. وقد وضعها جاكوب بيكنشتاين عام 2004، وهي تتضمن حقولًا موترية ديناميكية وغير ديناميكية ، وحقولًا متجهة ، وحقولًا قياسية متنوعة.

مثال على عدسة جاذبية تم رصدها في بيانات مسوحات DESI Legacy. توجد أربع مجموعات من الصور المُعدسة في DESI-090.9854-35.9683، تُقابل أربع مجرات خلفية متميزة - من القوس الأحمر العملاق الخارجي إلى القوس الأزرق الساطع الداخلي، مرتبة في أربع دوائر متحدة المركز. جميعها مُشوهة بفعل الجاذبية - أو مُعدّسة - بواسطة المجرة البرتقالية في المركز تمامًا.

يكمن الإنجاز الذي حققه نموذج TeVeS مقارنةً بنموذج MOND في قدرته على تفسير ظاهرة عدسة الجاذبية ، وهي وهم بصري كوني ينحني فيه الضوء بفعل المادة، وقد تأكدت هذه الظاهرة مرارًا. ومن النتائج الأولية الحديثة أنه قادر على تفسير تكوين البنية الكونية دون الحاجة إلى المادة المظلمة الباردة (CDM)، ولكنه يتطلب نيوترينو ضخمًا بطاقة ~2 إلكترون فولت (وهو مطلوب أيضًا لتفسير بعض عناقيد المجرات ، بما في ذلك عنقود الرصاصة ). [ 16 ] [ 17 ] مع ذلك، يرى باحثون آخرون (انظر سلوسار، ميلكيوري، وسيلك) [ 18 ] أن نموذج TeVeS لا يستطيع تفسير تباينات إشعاع الخلفية الكونية الميكروي وتكوين البنية الكونية في آنٍ واحد، أي أنه يستبعد هذه النماذج بدرجة عالية من الدلالة الإحصائية.

دالة الجاذبية f ( R )

تُعدّ جاذبية f ( R ) مجموعة من النظريات التي تُعدّل النسبية العامة بتعريف دالة مختلفة للكمية القياسية لريتشي ( R ). أبسط الحالات هي أن تكون الدالة مساوية للكمية القياسية؛ وهذه هي النسبية العامة. نتيجةً لإدخال دالة اختيارية، قد يكون هناك مجال لتفسير التوسع المتسارع وتكوين بنية الكون دون إضافة أشكال غير معروفة من الطاقة المظلمة أو المادة المظلمة. قد تكون بعض الصيغ الوظيفية مستوحاة من تصحيحات ناتجة عن نظرية الكم للجاذبية .طُرحت جاذبية f ( R ) لأول مرة عام 1970 من قِبل هانز أدولف بوخدال [ 19 ] (على الرغم مناستخدام φ بدلاً من f لاسم الدالة الاختيارية). وقد أصبحت مجالًا بحثيًا نشطًا بعد عمل ستاروبينسكي على التضخم الكوني . [ 20 ] يمكن إنتاج مجموعة واسعة من الظواهر من هذه النظرية باعتماد دوال مختلفة، f ؛ ومع ذلك، يمكن الآن استبعاد العديد من الصيغ الوظيفية لأسباب رصدية، أو بسبب مشاكل نظرية جوهرية.

بدائل أخرى

  • تفترض نظرية كالوزا-كلاين وجود بُعد مكاني إضافي، مما يجعل كوننا خماسي الأبعاد بدلاً من رباعي الأبعاد كما في النسبية العامة. ويُعد نموذج DGP أحد النماذج في هذه الفئة، ويزعم أنه قادر على تفسير الطاقة المظلمة دون اللجوء إلى ثابت كوني.
  • الجاذبية الانتروبية ، التي تصف الجاذبية بأنها قوة انتروبية ذات تجانس على المستوى العياني، ولكنها تخضع لاضطراب على المستوى الكمي. وتزعم هذه النظرية قدرتها على الاستغناء عن المادة المظلمة، فضلاً عن تقديم تفسير طبيعي للطاقة المظلمة.
  • يُعدِّل نموذج GRSI النظرية النسبية العامة بإضافة حدود التفاعل الذاتي المشابهة لتلك الموجودة في الديناميكا اللونية الكمومية، مما يؤدي إلى تأثير مشابه لحصر الكواركات في الجاذبية. ويُزعم أنه قادر على تفسير الملاحظات دون الحاجة إلى المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة. [ 21 ]
  • تُعرّف نظرية الموجات الصدمية الكونية ، التي اقترحها جويل سمولر وبليك تمبل عام ٢٠٠٣، الانفجار العظيم بأنه انفجار داخل ثقب أسود، مُنتجًا حجمًا متوسعًا من الفضاء والمادة يشمل الكون المرئي. ويتحول هذا الثقب الأسود في النهاية إلى ثقب أبيض مع انخفاض كثافة المادة نتيجة التوسع. [ ٢٢ ] وتقترح نظرية أخرى ذات صلة أن تسارع توسع الكون المرئي، الذي يُعزى عادةً إلى الطاقة المظلمة، قد يكون ناتجًا عن تأثير الموجة الصدمية. [ ٢٣ ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ براون، مايكل جي آي (2013). "جنازة واحدة في كل مرة: إنكار نظرية الانفجار العظيم والبحث عن الحقيقة" . ذا كونفرسيشن . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 فبراير 2021.
  2. ↑ انظر إلى إصدار بيانات تعاون بلانك لعام 2015 .
  3. ↑ "رسالة مفتوحة حول علم الكونيات" . cosmology.info .
  4. ↑ هويل، فريد، الوطن هو حيث تهب الرياح ، 1994، 1997، ص 399-423.
  5. 1 2 3 Burbidge, G., Hoyle, Fred. 1998, ApJ, 509 L1–L3.
  6. ↑ رايت، إي إل (20 ديسمبر 2010). "أخطاء في نماذج الحالة المستقرة ونماذج شبه الحالة المستقرة" . جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، قسم الفيزياء وعلم الفلك.
  7. ↑ انظر نموذج Lambda-CDM#التحديات .
  8. ^ كاشلينسكي، أ. أتريو-بارانديلا، ف.؛ كوسيفسكي، د.؛ إبلينج، هـ. (2009). "قياس السرعات الغريبة واسعة النطاق لمجموعات المجرات: التفاصيل الفنية" (PDF) . الفلك. ي . 691 (2): 1479– 1493. أرخايف : 0809.3733 . بيب كود : 2009ApJ...691.1479K . دوى : 10.1088/0004-637X/691/2/1479 . S2CID 11185723 . مؤرشفة من الأصلي (PDF) في 23 نوفمبر 2018 . تم الاسترجاع 15 يوليو 2010 . 
  9. ↑ سعدة، دانييلا (22 سبتمبر 2016). "هل يبدو الكون متشابهاً في جميع الاتجاهات؟" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 ديسمبر 2016 .
  10. ↑ ألكوك، سي.؛ أولسمان، آر. إيه.؛ أكسلرود، تي. إس.؛ بينيت، دي. بي.؛ كوك، كيه. إتش.؛ فريمان، كيه. سي.؛ غريست، كيه.؛ غيرن، جيه. إيه.؛ لينر، إم. جيه.؛ مارشال، إس. إل.؛ بارك، إتش.-إس.؛ بيرلموتر، إس.؛ بيترسون، بي. إيه.؛ برات، إم. آر.؛ كوين، بي. جيه. (أبريل 1996). "نتائج السنة الأولى لمشروع ماتشو في سحابة ماجلان الكبرى: معدل العدسات الدقيقة وطبيعة الهالة المظلمة للمجرة". المجلة الفيزيائية الفلكية . 461 : 84. arXiv : astro-ph/9506113 . doi : 10.1086/177039 . ISSN 0004-637X . 
  11. ↑ "قد لا تكون الأجرام الضخمة ذات البنية البلورية العالية (MACHOs) مرشحة لتكون المادة المظلمة" . Astronomy.com . 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 نوفمبر 2022 .
  12. ↑ بيرتوني، جيانفرانكو؛ هوبر، دان (15 أكتوبر 2018). "تاريخ المادة المظلمة". مراجعات الفيزياء الحديثة . 90 (4) 045002. arXiv : 1605.04909 . Bibcode : 2018RvMP...90d5002B . doi : 10.1103/RevModPhys.90.045002 . S2CID 18596513 . 
  13. ↑ مجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا (أكتوبر 2023). "المادة المظلمة: البحث عن ما لا يُرى" . Medium.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يناير 2024 .
  14. ↑ فيلانويفا-دومينغو، بابلو؛ مينا، أولغا؛ وبالوماريس-رويز، سيرجيو (28 مايو 2021). "مراجعة موجزة عن الثقوب السوداء البدائية باعتبارها مادة مظلمة" . مجلة فرونتيرز في علم الفلك وعلوم الفضاء . 8 681084. فرونتيرز ميديا: 87. arXiv : 2103.12087 . Bibcode : 2021FrASS...8...87V . doi : 10.3389/fspas.2021.681084 .
  15. ↑ إحسان صدري، ماجستير في الفيزياء الفلكية، جامعة آزاد، طهران، إيران.
  16. ↑ دودلسون، سكوت؛ ليغوري، ميشيل (2006). "[astro-ph/0608602] هل يمكن أن تتشكل البنية الكونية بدون المادة المظلمة؟". رسائل المراجعة الفيزيائية . 97 (23) 231301. arXiv : astro-ph/0608602 . Bibcode : 2006PhRvL..97w1301D . doi : 10.1103/PhysRevLett.97.231301 . PMID 17280192. S2CID 46210047 .  
  17. ↑ سكوردس، سي.؛ موتا، دي. إف.؛ فيريرا، بي. جي.؛ بوهم، سي. (2006). "[astro-ph/0505519] بنية واسعة النطاق في نظرية بيكنشتاين للديناميكا النيوتونية المعدلة النسبية". رسائل المراجعة الفيزيائية . 96 (11301) 011301. arXiv : astro-ph/0505519 . Bibcode : 2006PhRvL..96a1301S . doi : 10.1103 /PhysRevLett.96.011301 . PMID 16486433. S2CID 46508316 .  
  18. ↑ سلوسار، أنزي؛ ميلكيوري، أليساندرو ؛ سيلك، جوزيف (2005). "[astro-ph/0508048] هل أصابت نظرية بوميرانغ نظرية MOND؟". مجلة Physical Review D. 72 ( 10) 101301. arXiv : astro-ph/0508048 . Bibcode : 2005PhRvD..72j1301S . doi : 10.1103/PhysRevD.72.101301 .
  19. ↑ بوخدال، هـ. أ. (1970). "لاغرانجيات غير خطية ونظرية علم الكونيات" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 150 : 1-8 . Bibcode : 1970MNRAS.150....1B . doi : 10.1093/mnras/150.1.1 .
  20. ↑ ستاروبينسكي، أ.أ. (1980). "نوع جديد من النماذج الكونية المتناحية بدون تفرد". رسائل الفيزياء ب . 91 (1): 99-102 . رمز Bibcode : 1980PhLB...91...99S . doi : 10.1016/0370-2693(80)90670-X .
  21. ↑ ديور، ألكسندر (2019). "تفسير للمادة المظلمة والطاقة المظلمة يتوافق مع النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات والنسبية العامة" . المجلة الأوروبية للفيزياء ج . 79 (10) 883. arXiv : 1709.02481 . Bibcode : 2019EPJC...79..883D . doi : 10.1140/epjc/s10052-019-7393-0 . S2CID 119218121 . 
  22. ↑ سمولر، جويل؛ تمبل، بليك (30 سبتمبر 2003). "علم الكونيات بالموجات الصدمية داخل ثقب أسود" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 100 (20): 11216-11218 . arXiv : astro-ph/0210105 . Bibcode : 2003PNAS..10011216S . doi : 10.1073 / pnas.1833875100 . ISSN 0027-8424 . PMC 208737. PMID 12972640 .   
  23. ↑ موسكوفيتز، كلارا (17 أغسطس 2009). ""نظرية الموجة الكبيرة تقدم بديلاً للطاقة المظلمة" . Space.com . تاريخ الاطلاع: 23 مارس 2024 .

فهرس

  • آرب، هالتون، رؤية حمراء . أبييرون، مونتريال، كندا. 1998. ISBN 0-9683689-0-5
  • هانيس، ألففين د.، البلازما الكونية . شركة ريدل للنشر، 1981. ISBN 90-277-1151-8
  • هويل، فريد؛ جيفري بوربيدج، وجايانت ف. نارليكار، منهج مختلف لعلم الكونيات: من كون ساكن عبر الانفجار العظيم نحو الواقع . مطبعة جامعة كامبريدج. 2000. ISBN 0-521-66223-0
  • ليرنر، إريك جيه، الانفجار العظيم لم يحدث قط ، دار فينتج للنشر، 1992. رقم ISBN 0-679-74049-X
  • نارليكار، جايانت فيشنو، مقدمة في علم الكونيات . دار نشر جونز وبارتليت. الطبعة الثانية، 1993. ISBN 9780521412506