الجوهر (في الفيزياء)

في الفيزياء ، يُعدّ الجوهر شكلاً افتراضياً من أشكال الطاقة المظلمة ، وتحديداً حقلاً قياسياً مقترناً بشكل طفيف بالجاذبية، يُفترض أنه يُفسر ملاحظة تسارع معدل تمدد الكون. وقد اقترح بهارات راترا وجيم بيبلز (1988) ^{[ 1 ]} وكريستوف ويتريش (1988) ^{[ 2 ] [ 3 ]} أول مثال على هذا السيناريو. ثم توسع المفهوم ليشمل أنواعاً أكثر عمومية من الطاقة المظلمة المتغيرة مع الزمن، وظهر مصطلح "الجوهر" لأول مرة في ورقة بحثية عام 1998 من تأليف روبرت ر. كالدويل ، وراهول ديف، وبول شتاينهارت ^{[ 4 ]} . وقد اقترح بعض الفيزيائيين أنه قوة أساسية خامسة ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ].} ويختلف الجوهر عن تفسير الطاقة المظلمة بالثابت الكوني في كونه ديناميكياً. أي أنها تتغير بمرور الوقت، على عكس الثابت الكوني الذي لا يتغير بحكم تعريفه. يمكن أن تكون الجوهرة جاذبة أو دافعة تبعًا لنسبة طاقتها الحركية إلى طاقتها الكامنة. ويعتقد الباحثون في هذا المجال أن الجوهرة أصبحت دافعة قبل حوالي عشرة مليارات سنة، أي بعد حوالي 3.5 مليار سنة من الانفجار العظيم . ^{[ 9 ]}

جادلت مجموعة من الباحثين في عام 2021 بأن ملاحظات التوتر بين ذرتي هابل قد تشير إلى أن نماذج الجوهر الخالص ذات ثابت الاقتران غير الصفري هي النماذج الوحيدة القابلة للتطبيق. ^{[ 10 ]}

يُشتق الاسم من "الجوهر الخامس" ( quinta essentia ). وقد أُطلق عليه هذا الاسم في اللاتينية منذ العصور الوسطى، وكان أول عنصر أضافه أرسطو إلى العناصر الكلاسيكية الأربعة الأخرى، لاعتقاده بأنه جوهر العالم السماوي. افترض أرسطو أنه عنصر نقي، دقيق، وأزلي، أشار إليه باسم " الأثير" في كتابه " في السماوات ". وبالمثل، يُعد الجوهر الحديث خامس مساهمة معروفة "ديناميكية، متغيرة مع الزمن، وغير متجانسة مكانيًا" في إجمالي محتوى الكتلة والطاقة في الكون.

بالطبع، المكونات الأربعة الأخرى ليست العناصر الكلاسيكية اليونانية القديمة ، بل هي " الباريونات ، والنيوترينوات ، والمادة المظلمة ، والإشعاع ". مع أن النيوترينوات تُعتبر أحيانًا إشعاعًا، فإن مصطلح "الإشعاع" في هذا السياق يُستخدم فقط للإشارة إلى الفوتونات عديمة الكتلة . يُستبعد انحناء الفضاء الكوني (الذي لم يُرصد) لأنه غير ديناميكي ومتجانس؛ ولا يُعتبر الثابت الكوني مكونًا خامسًا بهذا المعنى، لأنه غير ديناميكي ومتجانس ولا يعتمد على الزمن. ^{[ 4 ]}

الجوهر ( Q ) هو حقل قياسي ذو معادلة حالة حيث w _q هي نسبة الضغط p _q والكثافة${\displaystyle \rho }$_q ، يتم تحديدها بواسطة طاقة الوضع${\displaystyle V(Q)}$ومصطلح حركي :

${\displaystyle w_{q}={\frac {p_{q}}{\rho _{q}}}={\frac {{\frac {1}{2}}{\dot {Q}}^{2}-V(Q)}{{\frac {1}{2}}{\dot {Q}}^{2}+V(Q)}}}$

لذا، فإن الجوهر الكوني ديناميكي، وله عمومًا كثافة ومعامل wq يتغيران مع الزمن. تحديدًا، يمكن أن يتغير _{معامل wq} ضمن النطاق [-1,1]. في المقابل، فإن الثابت الكوني ثابت، وله كثافة طاقة ثابتة وقيمة wq _تساوي -1 .  

تتميز العديد من نماذج الجوهر بسلوك تتبعي ، والذي، وفقًا لراترا وبيبلز (1988) وبول شتاينهارت وآخرون (1999)، يحل جزئيًا مشكلة الثابت الكوني . ^{[ 11 ]} في هذه النماذج، يمتلك حقل الجوهر كثافة تتبع بدقة (لكنها أقل من) كثافة الإشعاع حتى تساوي المادة والإشعاع ، مما يدفع الجوهر إلى البدء في امتلاك خصائص مشابهة للطاقة المظلمة، ليسيطر في النهاية على الكون. وهذا يحدد بشكل طبيعي النطاق المنخفض للطاقة المظلمة. ^{[ 12 ]} عند مقارنة معدل التوسع المتوقع للكون، كما هو موضح في حلول التتبع، مع البيانات الكونية، فإن إحدى السمات الرئيسية لحلول التتبع هي الحاجة إلى أربعة معلمات لوصف سلوك معادلة الحالة بشكل صحيح ، ^{[ 13 ] [ 14 ]} في حين أنه قد ثبت أنه يمكن تقييد نموذج ذي معلمتين على الأكثر بشكل أمثل بواسطة بيانات مستقبلية متوسطة المدى (أفق 2015-2020). ^{[ 15 ]}

من الحالات الخاصة للجوهر المظلم طاقة الظلام الوهمية ، حيث w _q  < − 1، ^{[ 16 ]} وجوهر k (اختصارًا للجوهر المظلم الحركي)، الذي يتميز بنوع غير قياسي من الطاقة الحركية . إذا وُجد هذا النوع من الطاقة، فسيؤدي إلى تمزق عظيم ^{[ 17 ]} في الكون نتيجةً لتزايد كثافة طاقة الظلام، مما سيؤدي إلى توسع الكون بمعدل أسرع من المعدل الأسي. 

• الأثير (عنصر كلاسيكي)
• طاقة الظلام الوهمية
• كوينتوم

• كريستوف، فيتريش (24-09-1987). "علم الكونيات ومصير تناظر التمدد". الفيزياء النووية ب . 302 (4): 668-696 . arXiv : 1711.03844 . Bibcode : 1988NuPhB.302..668W . doi : 10.1016/0550-3213(88)90193-9 . S2CID 118970077 . 
• أوسترايكر، جيه بي؛ شتاينهارت، بي. (يناير 2001). "الكون المثالي". مجلة ساينتفك أمريكان . 284 (1): 46-53 . Bibcode : 2001SciAm.284a..46O . doi : 10.1038/scientificamerican0101-46 . PMID 11132422 . 
• كراوس، لورانس م. (2000). الجوهر: البحث عن الكتلة المفقودة في الكون . دار بيسيك بوكس . رقم ISBN 978-0-465-03741-4.