“أعظم خطأ فادح” لأينشتاين قد يكون بمثابة تحطيم لعلم الكونيات

أعادت الطاقة المظلمة إحياء الثابت الكوني المهمل لأينشتاين وأعادت تشكيل النموذج الرائد للكون.

في عام 1917، كان ألبرت أينشتاين قد أكمل مؤخرًا نظريته النسبية العامة، وهو الإطار الذي غيّر كيفية فهم الفيزياء للجاذبية. وسرعان ما طبق هذه المعادلات على سؤال أكبر بكثير: كيف يتغير الكون مع مرور الوقت.

كانت الجاذبية هي المكان الطبيعي للبدء. الكون محايد كهربائيًا في المتوسط، لذلك لا تستطيع الكهرومغناطيسية تفسير سلوكه عبر المقاييس الأكبر. كما أن أينشتاين لم يكن يعرف شيئًا عن القوى النووية القوية والضعيفة (ولكي نكون منصفين، لم يكن أحد يعرف ذلك)، لكن كلاهما يعمل فقط عبر مسافات قصيرة للغاية.

ولذلك فإن علم الكونيات يبدأ بالجاذبية. بمجرد أن يجمع الفيزيائيون المادة والطاقة في شيء يسمونه “الكون”، يمكنهم استخدام معادلات أينشتاين للتساؤل عن كيفية تطوره. فاجأه الجواب. وصفت النسبية العامة بطبيعة الحال الكون الديناميكي الذي إما يتوسع أو يتقلص، في حين أن وجهة النظر العلمية السائدة ترى أن الكون كان ثابتًا وظل دون تغيير طوال تاريخه.

أينشتاين يجبر الكون على التوقف

وبدلا من قبول ما تنطوي عليه معادلاته، قام أينشتاين بتعديلها لتتناسب مع الملاحظات والافتراضات في عصره. لقد قدم “الثابت الكوني”، الذي يمثله الحرف اليوناني Lambda، والذي سمحت به النسبية العامة بالفعل. يعمل الثابت كتأثير جاذبية مدمج في الزمكان نفسه، حتى في الفضاء الفارغ. اعتمادًا على قيمته، يمكن أن ينتج عنه جاذبية أو تنافر. اختار أينشتاين قيمة موازنة لجاذبية المادة، مما سمح لكونه النموذجي بالبقاء مستقرًا.

وبعد بضع سنوات فقط، اكتشف إدوين هابل أن الكون يتوسع، وأخذ منظرون آخرون، مثل عالم الكونيات الروسي ألكسندر فريدمان، معادلات أينشتاين بقيمتها الاسمية وقدموا الدعم النظري لنظرية أينشتاين. الانفجار العظيم نظرية. أما بالنسبة لأينشتاين نفسه، فقد ذكر لاحقًا لأصدقائه أن إضافة الثابت الكوني كان “أكبر خطأ ارتكبه”.

التباطؤ المتوقع يصبح تسارعا

وبالتقدم سريعًا إلى عام 1998، انطلق فريقان من علماء الفلك لتسوية جدل دام عقودًا حول كمية المادة الموجودة في الكون. قالت بعض الملاحظات أنه لم يكن هناك أي مادة على الإطلاق، بينما قال آخرون أنه كان هناك الكثير. كان الكون يتوسع، ولكن المادة الموجودة بداخله يجب أن تعمل على إبطاء هذا التوسع. ومن خلال قياس التباطؤ، يمكنهم السيطرة على هذا القدر من الأشياء وحسم الجدل.

وهو ما فعلوه … نوعًا ما. وبدلاً من إيجاد التباطؤ، قاموا بقياس التسارع. لم يكن هناك الكثير من المادة في الكون، ولكن حتى ما هو موجود ليس كافيًا لإبطاء التوسع.

أما بالنسبة لهذا التسارع، فإن أبسط طريقة لتفسيره هي، كما خمنت، استدعاء الثابت الكوني، وهو تأثير أساسي مضاد للجاذبية موجود ببساطة في الكون. بعد عقود من تصحيح أينشتاين لخطئه الفادح، عاد الثابت إلى الحياة كأفضل تفسير للبيانات.

تحل الطاقة المظلمة محل النموذج القديم

بحلول ثمانينيات وتسعينيات القرن العشرين، بنى علماء الكون إطارًا تفصيليًا معروفًا، إلى حدٍ ما، بالنموذج القياسي لعلم الكونيات (يميل الفيزيائيون إلى تسمية النماذج المتماسكة والتعاونية والمتفق عليها باسم “النموذج القياسي”). إن اكتشاف أن توسع الكون يتسارع جعل هذا النموذج عفا عليه الزمن.

إن استبداله هو أفضل حساب حالي لدينا لكيفية تطور الكون منذ الانفجار الكبير: علم الكونيات LCDM. تمثل لامدا الثابت الكوني، المرتبط عادة بالطاقة المظلمة. يرمز CDM إلى المادة المظلمة الباردة، التي توفر معظم الكتلة في كل مجرة ​​تقريبًا. المادة المظلمة الباردة هي موضوع منفصل، لذا فإن التركيز هنا هو لامدا.

النموذج الناجح قد يفشل رغم ذلك

لقد حقق LCDM نجاحًا هائلاً. إنه نموذج بسيط نسبيًا: فقط عدد قليل من المعلمات الحرة واثنين من الافتراضات تعمل ضمن إطار النسبية العامة. وبهذا النموذج، نحن قادرون على شرح الكثير عن الكون: تاريخ توسعه، وظهور إشعاع الخلفية، وميزة BAO، ونمو المجرات والهياكل الكبيرة، وما إلى ذلك. إنها واحدة من أكثر النظريات المدروسة والمختبرة جيدًا في كل العلوم.

ومن المؤكد تقريبًا أن هذا خطأ.

مقتبس من مقالة نشرت أصلا في الكون اليوم.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.