🏥 🕙 😟 الكون المظلم. الجزء 2 🍤 👨🏽‍🎨 🌾

ومرة أخرى ، يوم جيد! هذا المقال هو استمرار لمقال نُشر سابقًا عن كوننا "المظلم". في هذا الجزء ، سنواصل النظر في العديد من الميزات المثيرة للاهتمام في علم الكونيات ، والتي يكافح العديد من العلماء لتفسيرها.

بشكل عام ، حاولت جعل الأجزاء مستقلة عن بعضها البعض ، لذلك إذا لم تقرأ الجزء الأول ، فلا ينبغي أن تنشأ بعض مشاكل الفهم.

الكتلة السالبة

بعد نشر الجزء الأول ، نشأت أسئلة كثيرة حول خاصية "السائل الداكن" مثل الكتلة السالبة . لذلك ، قررت الخوض في هذا الموضوع بمزيد من التفصيل.

تحدث آينشتاين لأول مرة عن الكتلة السلبية. في عام 1918 ، علق على إدخال الثابت الكوني في الموارد الوراثية ، قال:

مطلوب تعديل النظرية بحيث يأخذ "الفضاء الفارغ" دور الكتل السلبية التي يتم توزيعها في جميع أنحاء الفضاء بين النجوم

في الوقت الحالي ، لا يعرف العلم الجسيمات التي سيكون لها كتلة سلبية. ولكن من الدراسات النظرية التي أجراها العلماء ، من الممكن جدًا التعرف على بعض الخصائص المتوقعة لهذه الجسيمات. على سبيل المثال ، أن جسم الكتلة السالبة سيكون له قصور سلبي. أي أن الجسم تحت تأثير قوة خارجية سوف يتسارع عكس عمل القوة. سيكون تفاعل الجاذبية للجسيمات ذات الكتل المتقابلة ككل كما يلي:

تجذب الكتلة الموجبة كلاً من الكتل الإيجابية الأخرى والكتل السلبية.
الكتلة السالبة تصد كل من الكتل السالبة الأخرى والكتل الإيجابية.

مع الكتل الإيجابية ، من حيث المبدأ ، كل شيء واضح - سيتم جذبهم. ستتصدى جماعتان سلبيتان. ولكن بالنسبة للجماهير ذات العلامات المختلفة ، هناك مفارقة مثيرة للاهتمام: من ناحية ، يتم طرد الكتلة الإيجابية من الكتلة السلبية ، ومن ناحية أخرى ، تنجذب الكتلة السلبية إلى الإيجابية. لذلك ، فإن شيئين من كتلة متساوية ومعاكسة سيؤديان إلى تسارع مستمر للنظام إلى جسم ذي كتلة موجبة - تأثير ما يسمى "الحركة الجامحة".

سوف يتسارع مثل هذا الزوج من الأشياء دون قيود (باستثناء النسبية) ، على الرغم من أن الكتلة الكلية والزخم والطاقة للنظام ستظل مساوية للصفر. مثل هذا السلوك غير متوافق تمامًا مع فكرتنا عن "الكون العادي" ، ومع التفاعل المعروف للجماهير الإيجابية ، لكن العلماء أظهروا أنه في حد ذاته متسق تمامًا من الناحية الرياضية.

بالإضافة إلى التشكيك بسبب الغرابة الشديدة للتأثير ، فإن الحقيقة الأكثر أهمية هي أنه إذا اعتبرنا كوننا مشعبًا ريمانيًا بمقياس واحد ، فإن مثل هذا التأثير يصبح مستحيلًا فيه. لكن علماء الرياضيات يعترفون تمامًا أنه قد يكون هناك أكثر من مقياس واحد ، وفي الوقت الحالي ، تم اقتراح نظريات ثنائية للكون بالفعل ، والتي يتم فيها إدخال مقياس إضافي ، والتي تتنافر فيها الجسيمات ذات كتل الإشارة المختلفة بعضها البعض. هذا يحل المفارقة الهاربة ، ويجعل وجود الكتلة السلبية قانونيًا تمامًا.

تلخيصًا ، من وجهة نظر العلم الحديث ، يبدو أن وجود كتلة سلبية ممكن نظريًا ، ولكن لا يوجد حاليًا دليل تجريبي على وجودها. البحث في هذا الاتجاه جار - في عام 2017 كانوظيفة تم نفيها على حبري مع الأخبار أن العلماء يزعم خلق مادة مع خصائص كتلة سلبية، ولكن في وقت لاحق هذا الخبر.

ثنائي القطب مثير للاشمئزاز

ولكن بالعودة إلى متجه السرد العام ، استقرنا في الجزء الأخير من المقالة على مفهوم مثل مردود ثنائي القطب .

في السبعينيات من القرن الماضي ، عند دراسة الإشعاع المتراكم ، تم الحصول على البيانات التي أظهرت أن مجرتنا وجيرانها ، والتي تشكل ما يسمى "الكتلة المحلية للمجرات" (المعروفة أيضًا باسم الكتلة الفائقة العذراء) ، تتحرك بسرعة حوالي 600 كم / ثانية اتجاه كوكبة هيدرا. افترض العلماء أن هناك تراكمًا كبيرًا للمادة على مسافة حوالي 60 Mpc ، ومسؤولة عن هذا التأثير الثقالي. كان هذا التراكم الافتراضي للمادة يسمى الجاذب العظيم .

في الوقت نفسه ، فإن الدراسة المباشرة للمنطقة التي كان من المفترض أن يتم العثور فيها على الجاذب العظيم معقدة بسبب حقيقة أنها تقع في ما يسمى بـ "منطقة التجنب" - مغلقة من مراقبة طائرة درب التبانة بعدد كبير من النجوم والغبار بين النجوم - وبالتالي لا يمكن الوصول إليها ملاحظات مباشرة. ومع ذلك ، خلال عمليات المراقبة الراديوية لمصادر الأشعة السينية ، كان تراكم المادة واضحًا.

فقط بحلول نهاية التسعينات ، تمكن العلماء من اكتشاف حوالي 600 مجرة في هذا الاتجاه. وفقا للدراسة ، فإن مركز الجاذب العظيم هو في كوكبة غون. تبلغ كتلته حوالي 10 ¹⁵ Mʘ ، أو حوالي 10000 كتلة من مجرتنا.

في المناطق المجاورة للجاذب ، تم الكشف عن حركة واسعة النطاق للمجرات في اتجاهها. على الرغم من أنه مقارنة بالبنية واسعة النطاق للكون ، فإن هذه كلها ظواهر محلية ومحلية ، ولا يتعارض وجودها مع صحة المبدأ الكوني على نطاق واسع.

في ذلك الوقت ، قرر العلماء أن المشكلة قد تم حلها ، ولكن في عام 2005 ، عند حساب الكتل ، وجد أن الجاذب العظيم لديه فقط 1/10 من الكتلة التي تم افتراضها في الأصل ، وهي ليست كافية لتفسير مثل هذه القوة الجاذبية القوية التي تعمل على مجموعتنا الفائقة.

في وقت لاحق ، وجد العلماء أن الكتلة الفائقة لدينا تنجذب أيضًا إلى الكتلة الفائقة Perseus-Pisces ، وأكثر ضخامة بكثير مقارنة بالمجموعة الضخمة التي تم التعبير عنها بالفعل ، Shapley. لكن تأثير الجاذبية الكلي لم يكن كافيًا لتفسير حركة درب التبانة بشكل كامل.

وفي عام 2017 ، طرح العلماء فرضية حول ما يسمى ب "ثنائي القطب الطارد". يفترض موقعها في الفراغ المجاور (منطقة ذات كثافة نجمية ومجرية صغيرة نسبيًا) ، والتي تدفع حرفيا مجموعتنا الفائقة نحو الكتلة الفائقة شابلي.

بحكم اكتشاف حديث فقط ، لا توجد معلومات موثوقة حول طبيعة مبيد ثنائي القطب ، بالإضافة إلى أدلة تجريبية على وجودها ، على سبيل المثال ، من خلال التأثير على المجرات الفردية القريبة. على الرغم من أنه ، كما أشرت بالفعل في الجزء الأخير من المقالة ، فإن كل من الطاقة المظلمة والسائل الداكن لهما تأثير مثير للاشمئزاز ، ربما في مكان ما يوجد مفتاح هذه الظاهرة.

تيار مظلم

بالإضافة إلى حركة مجموعتنا الفائقة إلى منطقة الجاذب العظيم ، يتم تسجيل دليل على وجود تيار عالمي أكثر للكون المحلي. تم اكتشافه عند تحليل طبيعة النزوح لأمر 1400 عنقود. ومع ذلك ، فإن هذا ليس سوى جزء من التيار ، يمتد على 3 مليارات سنة ضوئية. تلقى هذا التيار اسم " دفق الظلام ".

إن وجود مثل هذه الحركة العالمية لا يتفق مع المبدأ الكوني ، الذي بموجبه يجب أن تكون حركة مجموعات المجرات على نطاق واسع عشوائية وفوضوية.

في الوقت الحالي ، لا يمكن للعلماء النظر إلى أبعد من حوالي 380،000 سنة بعد الانفجار العظيم ، عندما أصبح الكون شفافًا. هذا يقابل مسافة حوالي 46 مليار سنة ضوئية. ومع ذلك ، فقد أظهرت الدراسات أن القوة التي تسبب الحركة في هذا الاتجاه هي خارج هذا النطاق ، وربما خارج الكون.

وفقا للعلماء ، فإن السبب المحتمل للتدفق المظلم هو تأثير الكتلة ، التي تقع حاليًا خارج الجزء المرئي من الكون. ومع ذلك ، فإن هذا التفسير يتعثر على المبدأ الكوني المذكور بالفعل ، والذي بموجبه يجب أن يكون الكون أيضًا متجانسًا ومتوازيًا على نطاق واسع. ولا تسمح نظرية الانفجار الكبير بتشكيل مثل هذه الكتل الكبيرة في مثل هذا الوقت القصير.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك المزيد من التفسيرات الغريبة ، على سبيل المثال ، أن التدفق يبدأ من خلال وجود كون موازٍ ، والذي تم ربطه في وقت الانفجار العظيم على مستوى الكم. ولكن حتى الآن ، لم تلق هذه التفسيرات وحتى وجود "التيار المظلم" اعترافاً بالإجماع ، وهي في الوقت الحاضر موضوع للنقاش العلمي.

أسوار عظيمة

كما ذكرنا سابقًا ، وفقًا للمبدأ الكوني ، على نطاق واسع جدًا من الملاحظات ، يجب أن يكون الكون متجانسًا ومتوازيًا ، أي أن الاختلافات في كتلة وهيكل المادة بين مناطق الكون المختلفة يجب أن تكون صغيرة جدًا. والدليل الرئيسي على ذلك هو مراقبة الإشعاع المرآب ، وهو موحد بشكل عام وتكون التقلبات الإحصائية فيه ضئيلة.

وفقًا للمفاهيم الحديثة ، فإن النطاق الذي يجب أن يظهر فيه التوحيد هو 250-300 مليون سنة ضوئية. ولا ينبغي وجود هياكل غير متجانسة ذات أحجام أكبر. تُعرف هذه الفرضية بأنها " نهاية العظمة ".

في بداية القرن العشرين ، كان معروفًا أن النجوم يتم تجميعها في مجموعات النجوم ، والتي بدورها تشكل المجرات. تم العثور على عناقيد المجرات والمجموعات الفائقة للمجرات في وقت لاحق. ومع ذلك ، يختلف حجم العناقيد الفائقة اختلافًا كبيرًا.

في عام 2003 ، اكتشف العلماء سور سلون العظيم ، الذي يبلغ حجمه 1.37 مليار سنة ضوئية ، وهو 4.5 أضعاف الحجم المتوقع لتوحيد الكون. بعد ذلك ، تم اكتشاف مجموعة ضخمة من الكوازارات بحجم 4 مليار سنة ضوئية ، وهو أكبر 13.5 مرة. وفي عام 2013 ، تم اكتشاف جدار هرقل - شمال التاج - وهو هيكل غير متجانس يقيس أكثر من 30 مرة من الحجم المتوقع. إن وجود مثل هذه الهياكل الكبيرة يلقي بظلال من الشك على المبدأ الكوني نفسه.

يقع جدار هرقل شمال التاج على بعد حوالي 10 مليار سنة ضوئية منا. مما يعني أننا نراقبها كما كانت قبل 10 مليارات سنة ، أو بعد 3.79 مليار سنة فقط بعد الانفجار الكبير. كما ذكرنا من قبل ، لا توجد حاليًا فرضيات مقبولة بشكل عام حول كيفية تشكيل مثل هذا الهيكل الكبير في مثل هذا الوقت القصير نسبيًا.

يحاول العلماء شرح التجمعات الفائقة الصغيرة نسبيًا من خلال تأثير المادة المظلمة ، والتي تجذب المادة الباريونية ، والتي نلاحظها لاحقًا في شكل تجمعات فائقة أو خيوط مجرة. ولكن بالنسبة للمجموعة الضخمة من الكوازارات أو جدار التاج الشمالي لهرقل ، فإن العلماء يتجاهلون أيديهم ويقترحون أن هذه ربما ليست هياكل حقيقية ، ولكنها مجرد "واضحة" ، بسبب التكنولوجيا المحدودة المستخدمة.

على الرغم من أن بعض العلماء يفكرون بجدية في الافتراض بأن عمر كوننا ربما يكون أكثر من 13.79 مليار سنة الآن. في هذه الحالة ، يصبح من الممكن ليس فقط تفسير تكوين مثل هذه الجدران الكبيرة ، ولكن أيضًا لجعل الفرضية حول طبيعة المادة المظلمة أكثر قوة ، مما يشير إلى أن ذلك يرجع إلى العدد الكبير من الأقزام السوداء التي تتكون من الأقزام البيضاء عندما تبرد وعشرات المليارات من السنين.

محور الشر

ظاهرة أخرى مثيرة للجدل إلى حد ما ، عندما تتوصل مجموعات مختلفة من العلماء ، الذين يحللون نفس البيانات ، إلى استنتاجات معاكسة. تتعلق هذه الظاهرة مباشرة بالإشعاع المتخلف.

الإشعاع المتبقي هو إشعاع حراري ، وفقًا لنظرية الانفجار العظيم ، نشأ في العصر الذي كان فيه كوننا مجرد حفنة من البلازما. هذا الأخير ، كونه ساخنًا جدًا ، ينبعث منه عدد كبير من فوتونات الطاقة ، والتي كان يجب أن تنبعث بشكل موحد في جميع الاتجاهات.

ونتيجة لذلك ، فإن إشعاع الميكروويف الذي يملأ الكون لديه درجة عالية من التماثل (التوحيد) بدقة 0.01 ٪. تسمى المناطق ذات الانحراف في درجة الحرارة عن المتوسط مناطق التقلب.

عند دراسة الإشعاع المتخلف ، في أوائل القرن الحادي والعشرين ، لفت العلماء الانتباه إلى بعض الشذوذ في توزيع إشعاع الموجات الدقيقة في الكون. اتضح أن تقلباته تقع في الكون ليس بشكل عشوائي ، كما تدعي نظرية الانفجار الكبير ، ولكن على طول منطقة ممتدة معينة ، يكون حجمها مهمًا مقارنة بالكون. أدى المزيد من تطوير هذه الفرضية العلماء إلى حقيقة أنه ، على الأرجح ، تم بناء هيكل الكون بأكمله حول هذا الخط بالذات ، والذي كان يسمى " محور الشر ".

لم يتم إعطاء هذا الاسم عن طريق الصدفة ، والحقيقة هي أن وجوده يتعارض مع كل من نظرية الانفجار الكبير ومبدأ كوبرنيكوس ، والذي بموجبه لا تحتل الأرض ولا الشمس ولا أي شيء آخر أي منصب خاص في الكون.

مثال على هذا الشذوذ هو "البقعة الباردة الباردة" في كوكبة Eridanus ، وهي منطقة في الفضاء يكون إشعاع الميكروويف أقل بكثير مما يتوقعه العلماء بناءً على خصائص الإشعاع المحرض.

إذا تم تأكيد وجود محور الشر ، فمن المحتمل أن يستتبع ذلك مراجعة معظم النظريات المعروفة ، لأنها اليوم لا تسمح بوجود مثل هذه المحاور من حيث المبدأ.

سلاسل كونية

إذا كنا قبل ذلك قد تناولنا بشكل أساسي الحالات التي لا تتفق أو لا تتفق جيدًا مع النظريات الموجودة ، فإن العكس هو الصحيح في السلاسل الكونية - كل من نظرية المجال الكمي ونظرية الأوتار تتنبأ بوجودهما.

الوتر الكوني هو طية أحادية البعد للفضاء الزمني ، عيب طوبولوجي ، عندما لا تتطابق بنيات أو فراغات مجاورة بطريقة ما مع بعضها البعض ، مما يجعل الانتقال السلس بينهما مستحيلًا. بمعنى آخر ، ستشكل الدائرة الموجودة خارج السلسلة زاوية إجمالية أقل من 360 درجة.

قطر سلاسل الكونية هو أصغر بكثير من حجم نواة الذرة (من أجل من ^10-29 سم)، وطول ما لا يقل عن عشرات بارسيك، والثقل النوعي هو من أجل من 10 ²²g / سم ، أي أن ألف كيلومتر فقط من السلسلة تحتوي على كتلة من الأرض ، مما يشير إلى كثافتها العالية للغاية.

يتبع من نظرية الأوتار الكونية أنها نشأت بعد فترة وجيزة من الانفجار الكبير وكانت إما مغلقة أو لا نهاية لها. يمكن أن تنحني وتتداخل وتمزق. يتم توصيل الأطراف المتدلية للأوتار على الفور ، لتشكيل قطع مغلقة. كل من الخيوط نفسها وشظاياها الفردية تطير عبر الكون بسرعة قريبة من سرعة الضوء.

تتوقع GTR أن السلسلة الكونية المباشرة ليس لها تأثير جاذبية. التأثير الجاذبي الوحيد للسلسلة الكونية المباشرة هو الانحراف النسبي للمادة (أو الضوء) التي تمر عبر السلسلة من الجوانب المقابلة. في هذه الحالة ، يكون للخيط الكوني المغلق تأثير الجاذبية المعتاد.

أثناء توسع الكون ، شكلت السلاسل الكونية شبكة من الحلقات ، وكان يُعتقد سابقًا أن جاذبيتها يمكن أن تكون سبب التراكم الأولي للمادة في العناقيد المجرية الفائقة. ولكن في الوقت الحاضر ، يقدر أن مساهمتها في تكوين البنية في الكون أقل من 10 ٪ ، مما يستبعد تأثيرها الملحوظ في تكوين البنية الواسعة النطاق للكون.

من المستحيل رؤية السلسلة الكونية ، لكنها ، مثل أي جسم ضخم للغاية ، تخلق "عدسة جاذبية": يجب أن ينحني الضوء من المصادر الموجودة خلفها حوله. وعلى الرغم من أن المنشورات في العالم العلمي تظهر بشكل دوري مع دليل غير مباشر على تأكيد تجريبي لوجودها ، في الوقت الحالي ، لم يتم تأكيد أي منها.

سيكون للاكتشاف التجريبي للسلاسل الكونية عواقب مهمة ، بما في ذلك لنظرية الأوتار - في الوقت الحالي ، تم اقتراح مجموعة واسعة من نماذج السلاسل الكونية المبنية على أساسها بالفعل ، ومع افتتاح السلاسل الكونية ، سيكون من الممكن التقدم إلى جانب أول تأكيد تجريبي لها.

من المؤلف

في البداية ، كنت أرغب في إظهار الروابط بين النظريات المعروفة للفيزياء وعلم الكونيات ، وكيف أنها زادت معرفتنا بالكون. ولكن في الوقت الحالي ، كما ترون ، تشكلت حالة في العلم عندما يكون هناك الكثير من الأسئلة في جدول الأعمال أكثر من الإجابات عليها. العديد من الروابط أكثر تخمينًا ، وغالبًا ما لا تدعمها الملاحظات ، وغالبًا ما تتعارض الملاحظات مع النظريات.

غالبًا ما تضيف النظريات الجديدة أسئلة أكثر بكثير من تغطيها للبقع البيضاء - في الوقت الحالي ، تم اقتراح العشرات من نظريات الجاذبية ، والجاذبية الكمية ، ونظريات كل شيء - سيقول شخص ما أن هذه محاولات عاجزة للتفسير دون نتيجة حقيقية ، سيقول شخص ما أن هذه هي إن تطوير وخلق نظريات جديدة هو تأكيد على حقيقة أن العلم لا يقف ساكنا.

يمكننا أن نقول بالتأكيد أنه بمرور الوقت ، ستتغير العديد من أفكارنا بالتأكيد - سيتم حل بعض المشاكل ، وسوف تحل أخرى جديدة محلها ، لكن المعرفة والفهم لكوننا سيزدادان تدريجيًا. شكراً لكم جميعاً ، آمل أن تكون هذه المقالة ممتعة لكم.

الكون المظلم. الجزء 2