نظرية أينشتاين الأكثر شهرة اجتازت للتو أكبر تحدٍ لها على الإطلاق

إن الرياضيات التي ابتكرها ألبرت أينشتاين لوصف آليات عمل الجاذبية للكون المادي في أوائل القرن العشرين لا تزال صامدة بقوة.

في واحد من أكبر اختبارات النسبية العامة حتى الآن، قام فريق ضخم من علماء الفلك برسم خرائط لتوزيع ما يقرب من 6 ملايين مجرة ​​عبر 11 مليار سنة من تاريخ الكون.

إن الطريقة التي تجمع بها الجاذبية هذه المجرات معًا على طول خيوط الشبكة الكونية ضد الجذب الخارجي لتوسع الكون، والطريقة التي تتطور بها الشبكة بمرور الوقت، تتوافق تمامًا مع التنبؤات التي قدمتها نظرية أينشتاين الشهيرة.

ربما يكون هذا أكبر اختبار للنسبية العامة حتى الآن، حيث يغطي معظم تاريخ الكون الذي يبلغ 13.8 مليار سنة، مما يعني أن النظرية تصمد على المقاييس الأكبر وكذلك الأصغر.

تم تقديم النتائج للنشر، وهي متاحة في ثلاث نسخ أولية جديدة تم تحميلها على arXiv قبل مراجعة النظراء.

تقول عالمة الكونيات بولين زروق من المركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي: “لقد تم اختبار النسبية العامة بشكل جيد للغاية على نطاق الأنظمة الشمسية، لكننا بحاجة أيضًا إلى اختبار ما إذا كان افتراضنا يعمل على نطاقات أكبر بكثير”.

“إن دراسة المعدل الذي تتشكل به المجرات يتيح لنا اختبار نظرياتنا بشكل مباشر، وحتى الآن، نحن نتوافق مع ما تتنبأ به النسبية العامة على المقاييس الكونية.”

الجاذبية أمر أساسي للطريقة التي يعمل بها الكون. نحن لا نعرف ما هو أو سبب وجوده، فقط أن الأجسام ذات الكتلة تميل إلى جذب الأجسام الأخرى ذات الكتلة؛ وأن قوة الجذب تتناسب طرديًا مع الكتلة؛ وأنه يغير هندسة الزمكان حول الكتلة.

كما أنه يتصرف مثل الغراء الذي يجمع الكون معًا. تمتد خيوط كبيرة من مجالات الجاذبية الناتجة عن المادة المظلمة عبر الكون بأكمله في نوع من الشبكة؛ ومعظم المادة الموجودة في الكون موزعة على طول خيوط وعقد هذه الشبكة الكونية.

إنها قابلة للتنبؤ بها وقابلة للقياس، وحتى الآن، مقيدة بشكل جيد للغاية ومحددة بواسطة النظرية النسبية العامة. لكن العثور على عيوب في النظرية يمكن أن يكشف عن حلول لبعض المشاكل الشائكة بشكل ملحوظ، مثل الاختلافات غير القابلة للتوفيق بين ميكانيكا الكم والفيزياء الكلاسيكية. لذلك يواصل العلماء بحثهم لمعرفة ما إذا كانت محتويات الكون تبدو كما تقول النسبية العامة، على جميع المقاييس.

يقودنا هذا إلى أداة تحليل الطاقة المظلمة الطيفية (DESI) التي يقودها مختبر لورنس بيركلي الوطني، وهي عبارة عن تعاون دولي ضخم يعمل حاليًا على رسم خريطة للكون المرئي لكشف أكبر أسراره. لقد تم تشغيله منذ عام 2019؛ وتستند النتائج الجديدة إلى تحليل مفصل وموسع لبيانات السنة الأولى فقط التي حصل عليها الجهاز.

استخدمت مؤسسة DESI Collaboration تلك البيانات لإجراء مسح مضني لـ 5.7 مليون مجرة ​​وكوازار عبر تاريخ الكون، ورسم خرائط لنموها وتطورها وتوزيعها على طول الشبكة الكونية منذ بداية الكون قبل 11 مليار سنة.

استخدموا نظرية النسبية العامة للتنبؤ بنمو الشبكة الكونية وتوزيعها، ووجدوا أن الكون الذي نعيش فيه قد تصرف بالطريقة التي تقول النسبية أنه ينبغي أن يتصرف بها، على نطاق كوني ملحمي. أضف المزيد من الجاذبية، أو احذف بعضًا منها، ولن يبدو الكون كما هو.

وتأتي النتيجة في أعقاب ورقة بحثية في وقت سابق من هذا العام قامت بقياس معدل توسع الكون بناءً على الآثار الكونية للموجات الصوتية التي تجمدت عندما انقشع الضباب الذري الذي ملأ الكون المبكر. وتأمل مؤسسة DESI Collaboration أن تستمر الجهود المستمرة في تسليط الضوء على تطور الكون، وبالتالي القوى الغامضة التي تحركه.

يقول الفيزيائي دراجان هوتيرر من جامعة ميشيغان: “هذه هي المرة الأولى التي ينظر فيها معهد DESI في نمو البنية الكونية”. “إننا نظهر قدرة جديدة هائلة على استكشاف الجاذبية المعدلة وتحسين القيود المفروضة على نماذج الطاقة المظلمة. وهذا مجرد غيض من فيض.”

وضعت النتائج أيضًا قيودًا على الحد الأعلى لكتلة النيوترينو، وهو جسيم “شبحي” لدرجة أننا لم نتمكن من وزنه بدقة.

لا يزال المسح مستمرًا، كما هو الحال مع عمل التعاون. يقوم الباحثون حاليًا بتحليل البيانات من السنوات الثلاث الأولى من عمل DESI. وبحلول الوقت الذي تنهي فيه الأداة عملها، ستكون قد جمعت بيانات عن أكثر من 40 مليون مجرة ​​وكوازار.

ومن بين الآمال الشديدة أن يساعد ذلك في الكشف عن طبيعة المادة المظلمة، الغامضة غير المرئية شئ ما مسؤول عن توليد الجاذبية الإضافية في الكون؛ والطاقة المظلمة، الغامضة غير المرئية شئ ما المسؤولة عن قيادة التوسع المتسارع بشكل متفاوت للكون.

يقول الفيزيائي مارك موس من مختبر لورانس بيركلي الوطني وجامعة كاليفورنيا بيركلي: “تشكل المادة المظلمة حوالي ربع الكون، وتشكل الطاقة المظلمة 70% أخرى، ونحن لا نعرف حقًا ما هو أي منهما”.

“إن فكرة التقاط صور للكون والإجابة على هذه الأسئلة الأساسية الكبيرة هي فكرة مذهلة.”

أوراق الفريق متاحة الآن على خادم الطباعة المسبقة arXiv.

أخبار ذات صلة