Curious Kids هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء، فأرسله إلى CuriousKidsUS@theconversation.com.
ما هي المادة المظلمة وما هي المادة المضادة؟ هل هم متماثلون أم مختلفون؟ – نامراتا، 13 سنة، غازي آباد، الهند
تخيل لعبة فيديو ملحمية مع بطلك المفضل كشخصية. شخصية أخرى هي توأم في صورة معكوسة يظهر أحيانًا، ويفجر كل شيء يلمسه. ولإضافة مستوى إضافي من الصعوبة، تشتمل اللعبة على خلية غامضة من التوابع المختبئين في كل زاوية، ويغيرون قواعد اللعبة، لكنهم لا يظهرون أنفسهم أبدًا.
إذا كنت تفكر في هذه الشخصيات كأنواع من المادة، فإن لعبة الفيديو هذه هي في الأساس الطريقة التي يعمل بها عالمنا.
البطل هو المادة العادية، وهي كل ما يمكننا رؤيته حولنا. المادة المضادة هي التوأم المتفجر في صورة المرآة، والذي يفهمه العلماء جيدًا ولكن بالكاد يمكنهم العثور عليه. والمادة المظلمة هي التوابع غير المرئية. إنه موجود في كل مكان، لكننا لا نستطيع رؤيته، وليس لدى العلماء أي فكرة عن ماهيته.
على الرغم من وجود أسماء متشابهة، إلا أن المادة المظلمة والمادة المضادة مختلفتان تمامًا. ومن المثير للاهتمام أن الفيزيائيين مثلي يعرفون بالضبط ما هي المادة المضادة، ولكن لا يوجد أي منها تقريبًا. ومن ناحية أخرى، ليس لدينا أي فكرة عن ماهية المادة المظلمة، ولكن يوجد الكثير منها في كل مكان.
المادة المضادة: توأم الصورة المرآة
كل المادة العادية من حولك مصنوعة من وحدات بناء أساسية تسمى الذرات. تحتوي الذرات على جسيمات موجبة الشحنة تسمى البروتونات محاطة بإلكترونات صغيرة سالبة الشحنة.
فكر في المادة المضادة باعتبارها توأمًا للمادة العادية المشحونة بشكل معاكس.
جميع الجسيمات، مثل البروتونات والإلكترونات، لها أشقاء من المادة المضادة. تحتوي الإلكترونات على بوزيترونات، وهي إلكترونات مضادة، بينما تحتوي البروتونات على بروتونات مضادة. تشكل البروتونات المضادة والبوزيترونات ذرات المادة المضادة، أو الذرات المضادة. إنها مثل الصور المرآة، لكن مع شحناتها الكهربائية انقلبت. عندما تلتقي المادة والمادة المضادة، فإنهما يدمران بعضهما البعض في وميض من الضوء والطاقة ويختفيان.
ولحسن الحظ، فإن المادة المضادة نادرة جدًا في عالمنا. لكن بعض ذرات المادة العادية الخاصة، مثل البوتاسيوم، يمكن أن تتحلل لتنتج مادة مضادة. على سبيل المثال، عندما تأكل موزة، أو أي طعام غني بالبوتاسيوم، فإنك تأكل كميات ضئيلة من هذه الذرات المنتجة للمادة المضادة. المبلغ صغير جدًا بحيث لا يؤثر على صحتك.
تم اكتشاف المادة المضادة منذ ما يقرب من 100 عام. اليوم، يمكن للعلماء إنشاء وتخزين ودراسة المادة المضادة في المختبر. إنهم يفهمون خصائصه جيدًا. حتى أن الأطباء يستخدمونه في إجراء فحوصات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET). يقومون بحقن كميات صغيرة من الذرات المنتجة للمادة المضادة في جسمك، وبينما تنتقل هذه الذرات عبر جسمك، يلتقط المسح صورًا لومضات الضوء الناتجة عن إبادة المادة المضادة والمادة العادية في جسمك. تتيح هذه العملية للأطباء رؤية ما يحدث داخل جسمك.
لقد اكتشف العلماء أيضًا أنه عندما ولد الكون، كانت هناك كميات متساوية تقريبًا من المادة والمادة المضادة. اجتمعوا ودمروا بعضهم البعض. ولحسن الحظ، لم يبق سوى القليل من المادة المنتظمة لتشكل النجوم والكواكب والبشر جميعًا.
المادة المظلمة: التوابع غير المرئية
المادة المظلمة أكثر غموضا بكثير. هل سبق لك أن دارت بسرعة كبيرة في لعبة دوامة الخيل؟ إذا كان الأمر كذلك، فأنت تعرف مدى صعوبة البقاء عليها دون أن يتم التخلص منها، خاصة إذا كنت الوحيد في دوامة الخيل.
تخيل الآن أن هناك مجموعة من التوابع غير المرئيين معك في تلك الجولة. لا يمكنك رؤيتها ولا يمكنك لمسها، ولكنها تمسك بك وتمنعك من الطيران لأنها تدور بسرعة فائقة. أنت تعلم أنهم موجودون هناك لأن دوامة الخيل أثقل مما تبدو عليه، ومن الصعب دفعها وجعلها تدور. التوابع غير المرئيين لا يلعبون أو يتحدثون مع أي شخص؛ إنهم يتسكعون فقط، ويضيفون وزنهم إلى كل شيء.
منذ حوالي 50 عامًا، اكتشفت عالمة الفلك فيرا روبين لغزًا مشابهًا في المجرات الحلزونية. نظرت إلى المجرات الدوارة، التي تشبه الدوامات الكونية، ولاحظت شيئًا غريبًا: النجوم الخارجية في هذه المجرات كانت تدور بسرعة أكبر بكثير مما ينبغي. كان ينبغي عليهم أن يطيروا إلى الفضاء مثل الشرر المنبعث من عرض للألعاب النارية. لكنهم لم يفعلوا ذلك.
كان الأمر أشبه بمشاهدة أطفال وهم يتحركون في دوامة سريعة بسرعة لا تصدق ولكن بطريقة ما يظلون في مكانهم تمامًا.
التفسير الوحيد؟ يجب أن يكون هناك بحر من “الأشياء” غير المرئية التي تربط كل شيء معًا بجاذبيتها الإضافية. أطلق العلماء على هذه المادة الغامضة اسم “المادة المظلمة”.
ومنذ ذلك الحين، لاحظ علماء الفلك سلوكًا غريبًا مشابهًا يحدث في جميع أنحاء الكون. تتحرك المجرات الموجودة داخل العناقيد الكبيرة بطرق غير متوقعة. ينحني الضوء حول المجرات أكثر مما ينبغي. تلتصق المجرات ببعضها البعض أكثر بكثير مما يمكن أن تفسره المادة المرئية وحدها.
يبدو الأمر كما لو أن ملعبنا الكوني يحتوي على أراجيح تتحرك من تلقاء نفسها، وأراجيح متأرجحة دون أن يظهر أحد جالسًا عليها.
المادة المظلمة هي مجرد اسم نائب حتى يكتشف العلماء ما هي. على مدار الخمسين عامًا الماضية، أجرى العديد من العلماء تجارب تحاول اكتشاف المادة المظلمة أو إنتاجها في المختبر. لكنهم حتى الآن خرجوا خالي الوفاض.
نحن لا نعرف ما هي المادة المظلمة، لكنها موجودة في كل مكان. قد تكون جسيمات غير عادية لم يكتشفها العلماء بعد. يمكن أن يكون شيئًا غير متوقع تمامًا. لكن يمكن لعلماء الفلك، من خلال ملاحظة مدى سرعة دوران المجرات، أن يعرفوا أن هناك حوالي خمسة أضعاف المادة المظلمة الموجودة في كل المادة العادية في الكون بأكمله.
مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون! هل لديك سؤال تود أن يجيب عليه أحد الخبراء؟ اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إلى CuriousKidsUS@theconversation.com. من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.
وبما أن الفضول ليس له حد عمري – أيها البالغون، أخبرنا بما تتساءل عنه أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل الأسئلة، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: ديبانجكار دوتا، جامعة ولاية ميسيسيبي
اقرأ المزيد:
يتلقى Dipangkar Dutta تمويلًا من وزارة الطاقة الأمريكية والمؤسسة الوطنية للعلوم.