نظرية الجاذبية الجديدة المثيرة للجدل تستبعد الحاجة إلى المادة المظلمة | الفيزياء

من المفترض أن تشكل المادة المظلمة 85% من كتلة الكون، وفقًا للحكمة العلمية التقليدية. لكن أنصار النظرية الجذرية الجديدة للجاذبية، والتي يكون فيها الزمكان “متذبذبًا”، يقولون إن نهجهم يمكن أن يجعل المادة المراوغة قديمة الطراز.

يثير هذا الاقتراح، الموضح في ورقة بحثية جديدة، احتمالًا مثيرًا للجدل بأن المادة المظلمة، التي لم يتم ملاحظتها بشكل مباشر أبدًا، هي سراب ظل قسم كبير من مجتمع الفيزياء يطارده لعدة عقود. يُنظر إلى النظرية على أنها مجال يساري تمامًا ولم يتم اختبارها بشكل كامل بعد، لكن أحدث الادعاءات تثير ضجة في عالم الفيزياء.

وقال البروفيسور جوناثان أوبنهايم، من جامعة كوليدج لندن، أثناء إعلانه عن الورقة البحثية عن X: “يبدو أن شيئًا ما يحدث. لقد أظهرنا أن نظريتنا في الجاذبية… يمكن أن تفسر توسع الكون ودوران المجرة دون وجود مادة مظلمة أو طاقة مظلمة.»

هناك العديد من الأدلة على وجود المادة المظلمة، لكن طبيعتها ظلت غامضة، ولم تسفر عمليات البحث التي أجراها مصادم الهادرونات الكبير عن أي شيء. في العام الماضي، أطلقت وكالة الفضاء الأوروبية مهمة إقليدس، بهدف إنتاج خريطة كونية للمادة المظلمة.

أحدث ورقة بحثية، نُشرت على موقع Arxiv الإلكتروني ولم تخضع لمراجعة النظراء بعد، تثير تساؤلات حول ما إذا كانت موجودة بالفعل، وترسم أوجه تشابه بين المادة المظلمة والمفاهيم الخاطئة من الماضي، مثل “الأثير”، وهي مادة غير مرئية كانت موجودة في الماضي. يعتقد أنها تتخلل كل الفضاء.

“في غياب أي دليل مباشر على الطاقة المظلمة أو المادة المظلمة، فمن الطبيعي أن نتساءل عما إذا كانت بنى علمية غير ضرورية مثل الأجرام السماوية، أو الأثير، أو كوكب فولكان، والتي حلت محلها جميعها تفسيرات أبسط”. “للجاذبية تاريخ طويل في كونها محتالًا.”

في هذه الحالة، التفسير الأبسط المقترح هو “نظرية ما بعد الكم للجاذبية الكلاسيكية” لأوبنهايم. أمضى البروفيسور في كلية لندن الجامعية السنوات الخمس الماضية في تطوير هذا النهج، الذي يهدف إلى توحيد ركائز الفيزياء الحديثة: نظرية الكم والنسبية العامة لأينشتاين، وهما غير متوافقين بشكل أساسي.

تتصور نظرية أوبنهايم أن نسيج الزمكان سلس ومستمر (كلاسيكي)، ولكنه متذبذب بطبيعته. إن المعدل الذي يتقلب به تدفقات الوقت بشكل عشوائي، مثل تيار متدفق، سوف يتشوه الفضاء عشوائيًا ويتباعد الوقت في بقع مختلفة من الكون. وتتصور النظرية أيضًا حدوث انهيار جوهري في القدرة على التنبؤ.

تدعي الورقة أن هذا التناول للكون يمكن أن يفسر الملاحظات التاريخية للمجرات الدوارة التي أدت إلى “اكتشاف” المادة المظلمة. النجوم الموجودة على حواف المجرات، حيث من المتوقع أن تكون الجاذبية أضعف بناءً على المادة المرئية، يجب أن تدور بشكل أبطأ من النجوم الموجودة في المركز. لكن في الواقع، لا تنخفض الحركة المدارية للنجوم. ومن هذا، استنتج علماء الفلك وجود هالة من المادة غير المرئية (المظلمة) التي تمارس قوة الجاذبية.

في نهج أوبنهايم، يتم توفير الطاقة الإضافية اللازمة لإبقاء النجوم منغلقة في مدارها من خلال التقلبات العشوائية في الزمكان، والتي تضيف في الواقع طنينًا خلفيًا من الجاذبية. سيكون هذا ضئيلًا في التفاعلات ذات الجاذبية العالية، مثل دوران الأرض حول الشمس. ولكن في حالات الجاذبية المنخفضة، مثل أطراف المجرة، فإن هذه الظاهرة سوف تهيمن – ويمكن أن تمثل بشكل تراكمي غالبية الطاقة في الكون.

وقال أوبنهايم في برنامج X: “لقد أظهرنا أنه يمكن أن يفسر توسع الكون ومنحنيات دوران المجرة دون الحاجة إلى المادة المظلمة أو الطاقة المظلمة”. “ومع ذلك، فإننا نحث على الحذر، نظرًا لوجود أدلة أخرى غير مباشرة على المادة المظلمة، لذلك هناك حاجة إلى مزيد من الحسابات والمقارنة مع البيانات. ولكن إذا صح هذا، فسيبدو أن 95% من الطاقة في الكون ترجع إلى الطبيعة غير المنتظمة للزمكان، مما يشير إما إلى انهيار أساسي في إمكانية التنبؤ بالفيزياء، أو أننا منغمسون في بيئة لا تخضع لقوانين الكون. النظرية الكلاسيكية أو النظرية الكمومية.”

ليس الجميع مقتنعين، بما في ذلك المنظران المشهوران البروفيسور كارلو روفيلي والبروفيسور جيف بينينجتون، اللذين وقعا رهانًا بنسبة 5000:1 مع أوبنهايم ضد إثبات صحة نظريته.

قال بينينجتون: “أعتقد أنه من الجيد أن يستكشف الفيزيائيون مجموعة واسعة من الأساليب لحل المشكلات الصعبة للغاية مثل الجمع بين ميكانيكا الكم والجاذبية”.

“أنا شخصياً لا أعتقد أن هذا النهج بالتحديد من المرجح أن يكون هو النهج الصحيح. من الواضح أنني وضعت أموالي في مكانها الصحيح على هذه الجبهة، ولا يوجد شيء جديد في الأوراق الأخيرة من شأنه أن يجعلني أغير هذا التقييم.

والبعض الآخر أكثر حماسا. وقال البروفيسور أندرو بونتسين، عالم الكونيات في جامعة كوليدج لندن: “أعتقد أن المؤلفين في طريقهم إلى شيء مثير للاهتمام حقًا هنا، وهو استكشاف بعض الأفكار الجميلة والجديدة”. “ومع ذلك، فإن التحدي المتمثل في استبدال المادة المظلمة هو وجود العديد من الأدلة المختلفة التي تشير إلى وجودها. وحتى الآن لم يتناولوا سوى واحدا من هذه الخطوط. الوقت وحده هو الذي سيحدد ما إذا كانت الأفكار الجديدة قادرة حقًا على تفسير التنوع الهائل للظواهر التي تشير إلى المادة المظلمة.