 علوم

رغوة الزمكان (1)

جواد بشارةقراءة في كتاب جون بيير لومينيت "رغوة الزمكان L’écume de l’espace-temps

النماذج القياسية للجسيمات وعلم الكونيات وتعدد الأكوان ومعضلة ماقبل البغ بانغ الانفجار العظيم.

كل ما تحتاج لمعرفته حول الكون مع جان بيير لومينيت، عالم الفيزياء الفلكية الشهير، جان بيير لومينيت، يتحدث إلينا عن الكواكب الخارجية والطاقة المظلمة والثقوب السوداء خلال هذه المقابلة وخلال العرض الموجز لمحتويات كتابه الأخير رغوة الزمكان الصادر حديثاً في أكتوبر 2020.أود التنويه إلى أن جون بيير لومينيت يحتل مكانة مرموقة في الوسط العلمي إلا أنه لايتردد في أن يقرن نفسه بالفطاحل من العلماء من باب تقليل أهمية الآخرين لإبراز نفسه وتسويق أهميته ومكانته ودوره. فلقد كرس ثلاث فصول للعبقري البريطاني الراحل ستيفن هوكينغ ليخلص إلا أن شهرته أكبر من منجزه العلمي ونفس الشيء مع علماء آخرين من قامة روجر بينروز الذي انتقد بشدة وقلل من أهمية ومصداقية نظريته الجديدة عن الكون المتطابق الدوري ccc وكذلك الاستخفاف بأعمدة نظرية الأوتار الفائقة وبالنظرية نفسها من أمثال برايان غرين ونقد نظرية الأكوان المتعددة التي تحدث عنها باسهاب ماكس تيغمارك وأورليان بارو وكرسا لها كتابين هما الكون الرياضياتي للأول والكون التعددي للثاني.

لمدة 35 عامًا تقريبًا، سعى أينشتاين إلى نظرية موحدة للمادة، والزمكان، ودمج قوة الجاذبية بالقوة الكهرومغناطيسية، والقادرة أيضًا على تفسير الظواهر الكمومية. منذ ما يقرب من 50 عامًا، تم استئناف هذا البحث ذي الآثار الفلسفية العميقة. في أحدث أعماله، يخبرنا عالم الفيزياء الفلكية الشهير جان بيير لومينيت عن المسارات السبعة التي تم استكشافها حول هذا الموضوع للوصول إلى نظرية الجاذبية الكمومية.

2186 رغوة الزمكان 1

موضوع جائزة نوبل في الفيزياء لهذا العام والذي كان مثار اهتمام القائمين على هذه الجائزة هو العلماء الذين ساهموا باكتشاف وتطوير وتصوير الثقوب السوداء. تخيل العلماء النظريون الثقوب السوداء قبل عقود من عمليات الرصد والمراقبة والملاحظات الفلكية التي جعلت وجودها ممكنًا. أصبح الوجود ملموسًا بشكل أكبر بفضل تقدمين حديثين. من ناحية، منذ عام 2015، تم الكشف عن موجات الجاذبية المنبعثة أثناء اندماج ثقبين أسودين، مع تسجيل عشرات من هذه الأحداث حتى الآن. من ناحية أخرى، قبل بضعة أشهر، أنتجت شبكة من التلسكوبات الراديوية الصورة الأولى لثقب أسود: الصورة الضخمة الهائلة، التي تحتل مركز المجرة M87.

وهكذا تدخل الملاحظات الفلكية لهذه الأجسام حقبة جديدة. وسوف يقدمون معلومات طال انتظارها عن هذه النجوم الضخمة والمضغوطة لدرجة أن جاذبيتها تمنع الضوء من الهروب منها. وهو حدث منتظر للغاية على وجه الخصوص لأن الثقوب السوداء تشكل صعوبة كبيرة للمنظرين وجون بيير لومينيت من أحد أهم المتخصصين بالثقوب السوداء. في عام 1974، قدر الباحث البريطاني الشهير ستيفن هوكينغ أن الثقب الأسود يجب أن يصدر إشعاعًا ضعيفًا، وبالتالي فإن هذا "التبخر" ينتهي، بعد وقت طويل جدًا، بجعله يختفي. لكن هذه الظاهرة تعني أن المعلومات المتعلقة بالمادة التي يبتلعها النجم ستضيع إلى الأبد، وهذا يتعارض مع قوانين فيزياء الكموم.

كيف يتم حل هذه المفارقة؟ يقدم الفيزيائي الأمريكي ستيفن غيدينغز دراسة السبل الرئيسية التي تم النظر فيها. يتضمن البعض منها مراجعة المفاهيم الأساسية للفيزياء. لفرز ذلك، ستكون الملاحظات المستقبلية حاسمة. علاوة على ذلك، ربما يرتبط حل مفارقة المعلومات داخل الثقب الأسود بمشكلة أكبر: عدم التوافق الحالي بين نظرية النسبية العامة، التي تصف الثقوب السوداء، ونظرية الكموم. وهكذا، تشكل هذه النجوم الغريبة اليوم مصيدة للفيزياء النظرية، لكن من الممكن أن تجلب لها الخلاص غدًا.

الثقالة أو الجاذبية الكمومية، هل هي رغوة الزمكان، هل هي مفتاح الانفجار العظيم وظهور الكائنات الحية؟ من هذا التساؤل المهم ينطلق جون بيير لومينيت لعرض أفكاره عبر فصول كتابه " رغوة الزمكان".

تقرر إعادة فتح المكتبات، بعد إغلاقها بسبب الحجر الصحي لمكافحة فيروس كورونا، لذا اغتنمت الفرصة للحصول على كتاب رغوة الزمكان أو "زبد الزمكان"، ملحمة نهاية العام، بقلم جان بيير لومينيت، الذي نُشر في أكتوبر 2020 بواسطة إصدارات Odile Jacob. تمتعت بقراءته، " فالكتاب يتعامل مع الجاذبية الكمومية ومناهجها المختلفة لمحاولة حل عدد من الصعوبات في الفيزياء الحالية: توحيد النسبية العامة وميكانيكا الكموم، والقضاء على الجاذبية المتفردة، فهم طبيعة المادة السوداء أو المظلمة والطاقة السوداء أو المظلمة، ومفارقة المعلومات المرتبطة بالثقوب السوداء، ودور الفراغ الكمومي، والكون المتعدد، وجبهة الانفجار العظيم، إلخ.

المناهج السبعة التي تمت مناقشتها هي الجاذبية الكمومية الحلقية، ونظرية الأوتار الفائقة، والهندسة غير التبادلية، والمجموعات السببية، والجاذبية الآمنة المقاربة، والتثليث الديناميكي السببي، والجاذبية الناشئة. وبصرف النظر عن الأولين، لم يتم الكشف عن أي شيء حتى الآن لعامة الناس ".

نحن مدينون بالكتاب لشخصية معروفة جيدًا لعشاق فيزياء الثقوب السوداء والأكوان المنهارة التي ستتعرفون عليها فورًا عندما يقدمها بنفسه. بالنسبة لأولئك الذين لديهم الوقت والإرادة لمعرفة المزيد، إليكم شيء لوضع الكتاب في منظور بسيط وحتى اكتشاف بعض أجزاء منه.

الفلسفة الطبيعية، مفتاح أساسي للفلسفة:

لماذا هناك شيء بدلا من لا شيء؟ ما هي مكانة الإنسان في الطبيعة؟ هذه الأسئلة فلسفية وكانت موضوع تأملات المفكرين اليونانيين، سواء أكانوا قبليين أم لا، ولكن أيضًا وربما حتى بشكل خاص من الفيدا الهندية وديانات الهندوس الذين ندين لهم بتعريفنا بملحمة الأوبنشاد. ومع ذلك، يبدو أن الإغريق كانوا أول من فهم أنه من أجل الأمل في حل هذه الأسئلة، كان من الضروري الجمع بين الرؤية البديهية المسبقة للعقل البشري، المستحثة والمستوحاة من التجربة الشعرية للظواهر الطبيعية، مع التصوف ومطالب الفكر العقلاني والرياضياتي، كبداية، ثم السعي للحصول على جزء من الإجابات من خلال ذلك الجزء من الفلسفة الذي كان لا يزال يُسمى في عصر نيوتن بالفلسفة الطبيعية.

يمكن العثور على ذروة هذا المفهوم بلا شك في حوارات أفلاطون والجمهورية وتيماوس على وجه الخصوص، وأهميتها تكمن، كما قال الفيلسوف وعالم الرياضيات ألفريد نورث وايتهيد بالفعل في عمله الشهير "العملية والواقع"، "أضمن توصيف عام للتقليد الفلسفي الأوروبي هو أنه يتكون من سلسلة من الهوامش لأفلاطون".

لا يزال واضحًا بشكل خاص في أعمال ونصوص مؤسسي الفيزياء الحديثة - من أينشتاين إلى أوبنهايمر مروراً بـهايزنبرغ (تشكل ذهني من خلال دراسة الفلسفة وأفلاطون وما إلى ذلك)، وباولي وشرودنغر - - الذي أنتج أيضًا الفيزياء الحديثة بلا شك كصدى لما قاله بالفعل أرخيتاس من تارانتو، عالم الرياضيات والفلك والمهندس والفيلسوف الفيثاغوري العظيم لأفلاطون: "يمكننا القول أن الفلسفة هي رغبة أن يعرفوا ويفهموا الأشياء بأنفسهم، متحدون بالفضيلة العملية، مستوحين ذلك من حب العلم وتحقق الغاية بواسطته. بداية الفلسفة هي علم الطبيعة. البيئة والحياة العملية؛ مصطلح العلم نفسه ".

الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء وولفانغ باولي (1900-1958) في السنوات عام 1930. نحن مدينون له بالعديد من المساهمات في نظرية المجال الكمومي وفيزياء الجسيمات، والنيوترينوات، ونظرية CPT، ونظرية دوران الإلكترون، ناهيك عن النظريات التي توقعها (نظريات القياس والكالوزا- كلاين - Kaluza-Klein) لكنه تحدث فقط في مراسلاته مع زملائه. مثل آينشتاين وهايزنبرغ وشرودنغر، ارتبط فكره وعمله ارتباطًا وثيقًا بأعمال العديد من الفلاسفة ونشأ، كما قال هايزنبرغ عنه، من نوع من التصوف العقلاني. يمكننا أن نقتنع بهذا من خلال هذا الإعلان: "أنا أدافع عن حق غير محدود للعقل للتحكم في أنظمة الفكر. ومع ذلك، فإنني أشير إلى طريقة غير عقلانية للمعرفة، والتي يتم اكتسابها بموارد أخرى غير العقل. أعتقد أن هذا النمط غير العقلاني للمعرفة أساسي وضروري. لا يوجد فكر فحسب، بل هناك أيضًا غريزة، وعاطفة، وحدس، وما إلى ذلك، ويبدو لي أن هذه الوظائف النفسية الإضافية ذات أهمية قصوى حيثما يتم إدراك امتلاء البشر. "؛ ويضيف قائلاً: "آمل ألا يؤكد أحد حتى الآن أن النظريات يتم استنتاجها من خلال التفكير المنطقي الصارم المستمد من مذكرات التجارب المعملية، وهي وجهة نظر كانت لا تزال عصرية تمامًا في ذلك الوقت.. تُبنى النظريات من خلال فهم مستوحى من المواد التجريبية، وهو الفهم الذي يمكن تحقيقه على أفضل وجه، وفقًا لآراء أفلاطون، كمراسلات ناشئة بين الصور الداخلية وسلوك الأشياء الخارجية. تثبت إمكانية الفهم هذه مرة أخرى وجود نزعات نموذجية تنظم كل من الظروف الداخلية والخارجية للبشر ".

كل هذه الاعتبارات تهدف فقط إلى المساعدة في تفسير سبب البحث عن نظرية الكموم للجاذبية وتوليف قوانين الفيزياء، والتي يجب أن تتوج بتوحيد نظرياتنا عن المادة، فهذا الموضوع والهدف المنشود يسحر علماء الفيزياء والزمكان والقوى لأن الفيزيائي بيتر بيرغمان، المتعاون مع ألبرت أينشتاين ورائد نظرية الجاذبية الكمومية، قال: "في كثير من الجوانب، لا يقوم الفيزيائي النظري إلا إذا اقترن بالفيلسوف وقيل عنه: هل هذا فيلسوف في ثوب العالم؟ ".

تلتقي الفلسفة والفيزياء على مقياس بلانك:

كل تطور الكون تحكمه "في نهاية المطاف" نظرية الجاذبية الكمومية التي توحد كل قوى وجسيمات المادة المعروفة. مثل هذه النظرية يجب أن تجعل من الممكن، أو على الأقل نأمل بذلك، فهم المرحلة البدائية للغاية من الكون البدائي وبنيته العامة، بحيث يكون من الممكن على الأرجح تحديد ما إذا كان ظهور الحياة والوعي ما هو إلا ظاهرة ظاهرية تنتجها أكوان متعددة عشوائية تمامًا، تلعب بلا هدف بأشكال الزمكان والمادة التي يحتويها منذ الأبد. إذا كان ينبغي النظر في فرضية معاكسة ودراستها على النحو الذي اقترحه بعض الفيزيائيين المؤيدين لأطروحة المبدأ الأنثروبي القوي - بالنسبة لقراءة اللغة الإنجليزية الفضولية، هناك عمل رائع يتعامل مع المبدأ الأنثروبي: المبدأ الكوني الأنثروبولوجي بواسطة جون بارو وفرانك تيبلر.

حتى أن عالم الكونيات أندريه ليند قد تكهن حول إمكانية توحيد المادة ليس فقط مع المكان والزمان للجاذبية الكمومية ولكن أيضًا توحيد نهائي مع فيزياء العقل التي لم يتم اكتشافها بعد (انظر نهاية كتابه الجسيمات: الفيزياء وعلم الكونيات التضخمية ص.230-232). من المثير للاهتمام مقارنة أفكار ليند حول هذا الموضوع بتكهنات روجر بنروز الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء فيما يتعلق بنظرية للوعي، تتضمن الأخيرة تأثيرات الجاذبية الكمومية على مستوى ما يسميه الفيزيائيون على وجه الخصوص هيكل الرغوة للزمكان من الفيزيائي الشهير جون ويلر. ونحن نعلم أن باولي كان منشغلاً بشدة بنظرية توحد الروح والمادة.

2186 رغوة الزمكان 2

في الخلفية، أعلى اليسار، إحدى النظريات الوحدوية التي اقترحها ألبرت أينشتاين مع استخدام الأعداد المركبة مثل فيزياء الكموم.

نحن نعلم أن رأيه في طبيعة الإبداع، فيما يتعلق بالفيزياء النظرية وأهميتها الفلسفية، كان قريبًا جدًا من رأي باولي كما تثبت الاقتباسات التالية: "إن المهمة العليا للفيزيائي هي الوصول إلى هذه القوانين الأولية العالمية التي من خلالها يمكن بناء الكون عن طريق الاستنتاج المطلق. لا يوجد مسار منطقي لهذه القوانين. فقط الحدس، على أساس الفهم الودي للتجربة، يمكنه الوصول إليهم "و" فكرة في الفيزياء النظرية ... لا تنشأ في الخارج وبشكل مستقل عن التجربة؛ ولا يمكن اشتقاقها من التجربة من خلال إجراء منطقي بحت. يتم إنتاجه من خلال عمل إبداعي. بمجرد الحصول على فكرة نظرية، من الجيد التمسك بها حتى تصل إلى نتيجة لا يمكن الدفاع عنها ". عن 2015 المعهد الأمريكي للفيزياء.

على أي حال، أظهر بنروز في منتصف الستينيات - في ظل ظروف معينة معقولة جدًا، وفي الواقع، والتي تبدو حتمية من الناحية العملية - أن نجمًا نفد وقوده النووي وهو ضخم جدًا يجب أن ينهار لإعطاء ثقب أسود كما أوضح أنه، في إطار معادلات نظرية النسبية العامة، يجب أن يحدث تفرد للزمكان داخل هذا الثقب الأسود، التفرد حيث انحناء الفضاء والكثافة يجب أن تصبح المادة لانهائية ولا تسمح بعد الآن بأي تنبؤ بالحالة النهائية لانهيار مادة الزمكان في النسبية العامة.

لاحقًا، سيتعاون بينروز مع ستيفن هوكينغ لإثبات أن تفرد الزمكان يجب أن يكون موجودًا أيضًا في نظرية أينشتاين عند تطبيقها لبناء النموذج الكوني للانفجار العظيم الذي تشير إليه. هذا في الواقع ليس مفاجئًا جدًا. إن هندسة الزمكان داخل نجم منهار جاذبيًا تشبه إلى حد بعيد هندسة الزمكان في نموذج من نوع الانفجار الكبير عن طريق عكس اتجاه مسار الزمن، الانهيار أصبح توسعًا من التفرد الأولي أو الفرادة الكونية التي ولد منها الانفجار العظيم. لكنها كارثة لأنها تعني أننا لا نستطيع حقًا فهم ما الذي يحدد ولادة الكون الذي يمكن ملاحظته، وبالتالي لماذا يتميز بالخصائص التي نراها فيما يتعلق ببنيته وتطوره. ومع ذلك، في كلتا الحالتين، الانفجار العظيم والثقب الأسود، ينتهي بنا المطاف بزمكان أصغر من ذرة بالقرب من التفرد، مما يعني أنه يجب علينا تطبيق نظرية الجسيمات الأولية وفيزياء مقياس الذرة أو في النطاق مادون المجهري أي اللامتناهي في الصغر وبالتالي نظرية الكموم. كما أوضح جون ويلر، يجب أن يؤدي الجمع بين نظرية الكموم ونظرية النسبية العامة إلى علم الكونيات الكمومية. كما يشير أيضًا إلى أنه في مقاييس زمنية قصيرة جدًا، تلك التي تسمى بلانك، إذا قارنا، كما هو معتاد، سلوك الزمكان بسلوك السائل، فإن الأخير يصبح شديد الاضطراب بما يعادل الفقاعات والرغاوي التي تتشكل مع رغوة الأمواج.

لسوء الحظ، ثبت أن البحث عن نظرية كمومية للجاذبية أكثر صعوبة مما كان يتصور. تم اقتراح العديد من النظريات لهذا الغرض وأكثرها شيوعًا هي تلك الخاصة بنظرية الأوتار الفائقة ونظريات الجاذبية الكمومية الحلقية. لكن هناك أمورًا أخرى مثل تلك التي تستند إلى الهندسة غير التبادلية للفائز بميدالية فيلدز، الفرنسي آلان كونيس، أو تلك الخاصة بالمثلثات الديناميكية السببية. تقوم هذه النظريات الموحدة والجاذبية الكمومية أحيانًا بعمل تنبؤات يمكنها حل الألغاز المرتبطة بالفيزياء بالوجود المفترض للمادة والطاقة السوداوين أو المظلمتين. يمكن أن يكون لها آثار على مفهوم الأكوان المتعددة، وبالتالي، كما أشرنا بالفعل، على الأسئلة المرتبطة بالمبدأ الأنثروبي وبالتالي بمكانة الإنسان، وبشكل أكثر واقعية من الأحياء، في أسرار الحياة والتطور الكوني.

أعمدة الحكمة السبعة:

جان بيير لومينيت معروف جيدًا، ولا سيما من خلال المقابلات التي أجراها والمحاضرات التي ألقاها، ناهيك عن العديد من أعماله وكتبه التبسيطية حول فيزياء الثقوب السوداء، وتاريخ العلوم المتعلقة باختراع الانفجار العظيم أو مكانة اللانهاية في الفيزياء وعلم الكونيات؛ يشتهر جان بيير لومينيت أيضًا بعمله الرائد في الفيزياء الفلكية للثقوب السوداء، من الصورة الأولى لمظهرها المحسوب على الكمبيوتر إلى حدوث الفطائر النجمية، مما أدى إلى ظهور ملاحظات ناجحة، كما يتضح من حدث تعاون Horizon Telescope. فهو تمامًا مثل أينشتاين أو هايزنبرغ، فإن جان بيير لومينيت موسيقي أيضًا، وهذا ليس مفاجئًا عندما نعلم أنه منذ أكثر من 2000 عام، قال آرتشيتاس بالفعل أن علم الفلك والرياضيات والموسيقى كانت تخصصات شقيقة. مثل أينشتاين وهايزنبرغ وشرودنغر وباولي أيضًا، لا تخلو أعماله من تفاعلات مع الأدب والفلسفة والفن بشكل عام.

يحمل أحدث أعماله التي نشرتها أوديل جاكوب علامات هذا التنوع الخلاق، وأثناء استكشافه للبحث عن عالم الجاذبية الكمومية وتوحيد الفيزياء في جوانبها غير المعروفة بالضرورة لعامة الناس، فهو أيضًا نداء حيوي لـ مفهوم وممارسة للعلم أثبت جدارته من كبلر إلى بنروز، بعيدًا عن الأوصاف الجافة لفلسفة وضعية معينة أو السلوكيات الغريبة المهتاجة لهيدغر الذي ادعى أن العلم لم يعتقد بعد ذلك أنه هو نفسه كان غير قادر على سبر الحقيقة كدليل لا لبس فيه، ولا ننسى حقيقة أن هيدغر كان لا يزال عضوًا، في أبريل 1942، في لجنة فلسفة القانون، وهي هيئة نازية، كما أظهر الفيلسوفة سيدوني كيلرير قبل بضع سنوات.

أول ما تم تقديمه للعمل من السنوات 1950-1960 يتعلق في البداية بما يسمى بالنهج الكنسي للجاذبية الكمومية والذي أدى إلى نظرية الجاذبية الكمومية الحلقية، ثم حلقة علم الكونيات الكمومية مما يجعل من الممكن القضاء على الفرادة الكونية singularité أو التفرد الكوني الأولي للانفجار العظيم وحتى تخيل ما قبل الانفجار العظيم.

الجاذبية وعلم الكونيات الكمومي في حلقات هي من بين فرضيات العمل التي تم استكشافها لنظريات الكموم للجاذبية. وهي تستند إلى معادلة ويلر-ديويت الشهيرة وتسمح بالنظر فيما قبل الانفجار العظيم والأكوان الموازية، تمامًا مثل نظرية الأوتار الفائقة. حسب جون بيير لومينيت

من الجاذبية الكمية الحلقية إلى الهندسة غير التبادلية:

تقترح نظرية الجاذبية الكمومية الحلقية أن الزمكان يمكن أن يكون متقطعًا، فما الذي يمكن أن يغيره لأفكارنا حول توحيد الفيزياء؟

في آخر ملحق لكتابه الشهير "معنى النسبية"، كشف ألبرت أينشتاين عن نتائج سعيه الدؤوب لتوحيد قوانين الفيزياء من خلال تعميم معادلات النسبية العامة. يجب أن تكون حقول المادة والقوة مظهرًا من مظاهر الهندسة الجديدة للزمكان المنحني. كان يأمل في أن يتمكن أيضًا من استنباط نسخة أعمق من ميكانيكا الكموم، حتمية تمامًا وقائمة على مجال مستمر.

وبوضوح، أنهى الأب اللامع لنظرية النسبية العامة، مع ذلك ملحقه بهذا الإعلان: "يمكننا تقديم أسباب وجيهة لشرح سبب عدم إمكانية تمثيل الواقع على الإطلاق بمجال مستمر. يبدو أنه يتبع على وجه اليقين من الظواهر الكمومية أن نظامًا محدودًا من الطاقة المحدودة يمكن وصفه بالكامل بسلسلة محدودة من الأرقام (أرقام كمومية). لا يبدو أن هذا يتفق مع نظرية الاستمرارية وينبغي أن يؤدي إلى محاولة إيجاد نظرية جبرية بحتة لوصف الواقع. لكن لا أحد يعرف كيفية الحصول على الأساس لمثل هذه النظرية. "

يعود تاريخ هذه الكلمات إلى عام 1954 وتظهر كنبوءة وكتحية جديدة لعبقرية أينشتاين عندما يلاحظ المرء عمل عالم الرياضيات الفرنسي آلان كونيس فيما يتعلق بالتطبيقات المحتملة لنظريته في الهندسة غير التبادلية لمشاكل توحيد قوانين الفيزياء في بحثه الموسوم مقدمة في الهندسة غير التبادلية وتطبيقاتها لتوحيد الفيزياء والذي حاز عليه جائزة نوبل.

كرست المجلات المتخصصة العديد من المقالات لهذه الهندسة، وفي كتابه، تناول جان بيير لومينيت أيضًا نظريات آلان كونيس.

إن ملحمة البحث عن الجاذبية الكمومية لم تنته بعد، واليوم لدينا سبب أقل للاختلاف مع روح ما قاله عالم الرياضيات العظيم هيرمان ويل بالفعل في ختام كتابه الشهير دورة حول نظرية النسبية قبل بداية العشرينيات: "الشخص الذي يقيس المسافة المقطوعة، من المقياس الإقليدي إلى المجال المتري المتغير اعتمادًا على المادة ويحتوي على مظاهر الجاذبية والكهرومغناطيسية، الشخص الذي يسعى إلى احتضان ما لدينا في لمحة مكشوف ومفتت بالضرورة، يجب أن يشعر هذا الشخص بالحرية، كما لو كان يخرج من قفص حيث كان محبوسًا حتى الآن ؛ يجب أن يكون مشبعًا باليقين بأن عقلنا ليس فقط حاجزًا إنسانيًا مؤقتًا للنضال من أجل الحياة، ولكنه تطور بالرغم من كل المزالق والأخطاء حتى نقطة حيث يمكنها اعتناق الحقيقة بموضوعية. وصلت بعض الأوتار القوية لهذا التناغم بين الكرات التي حلم بها فيثاغورس وكبلر إلى آذاننا ".

قام عالم الرياضيات والفيزياء العظيم هيرمان ويل، أكثر طلاب هيلبرت موهبة، بالكثير لإظهار أهمية المجموعات في فيزياء الكموم. نحن مدينون له أيضًا بكتاب ترويج صغير ممتاز حول مفهوم المجموعة (التناظر والرياضيات الحديثة) والصلات مع مفهوم التناظر في العلوم الطبيعية، سواء كان ذلك في علم البلورات أو علم الأحياء أو للنظرية النسبية، حتى في المجال الفني. ومع ذلك، يمكننا أيضًا الاستمرار في الاشتراك في إعلان ألبرت أينشتاين هذا بعد 50 عامًا من الاجترار المستمر للعالم الكمومي. "شيء واحد تعلمته على مدى العمر الطويل هو أن كل علومنا، مقاسة بالواقع، بدائية وطفولية. ومع ذلك فهو أغلى ما لدينا ".

"لقد ولدت في بيئة، لا أعرف من أين أتيت أو إلى أين سأذهب أو من أنا. هذ هي حالتي مثل حال كل واحد منكم. حقيقة أن كل رجل كان دائمًا في هذا حتى لو كان يواجه النهاية وسيظل هناك دائمًا لا يعلمني شيئًا. كل ما يمكننا ملاحظته لأنفسنا حول السؤال الملح عن أصلنا ووجهتنا هو البيئة الحالية.

لهذا السبب نحن حريصون على معرفة كل ما في وسعنا حول هذا الموضوع. هذا ما يتكون منه العلم، المعرفة، هذا هو المصدر الحقيقي لكل الجهود الروحية البشرية. نحن نحاول أن نكتشف قدر الإمكان عن السياق المكاني والزماني الذي وضعنا فيه ولادتنا. وفي هذا الجهد نجد الفرح، ونجده ممتعًا للغاية (ألن يكون هذا هو الغرض الذي نحن هنا من أجله؟). هذا ما قاله أحد آباء ميكانيكا الكموم، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء إروين شرودنغر. لقد وفرت ميكانيكا موجات المادة التي تحكمها المعادلة التي تحمل اسمه نظرة ثاقبة لخصائص الذرات والجزيئات. اكتشف مع أينشتاين في عام 1935 ظاهرة التشابك الكمومي التي ضمنتها معادلته. كان إروين شرودنغر شغوفًا أيضًا بالفلسفة. كانت هذه هي الأطروحة التي دافع عنها إروين شرودنجر في عام 1950 في إحدى المحاضرات العامة الأربع بعنوان "العلم كعنصر أساسي في الإنسانية". حتى أنه أضاف، باعتباره أحد مؤسسي ميكانيكا الكموم، بعد أن عمل على توضيح طبيعة الحياة وظهور المادة في نموذج نسبي لعلم الكونيات: "المعرفة المعزولة التي حصل عليها مجموعة من المتخصصين في مجال ضيق ليس لها في حد ذاتها قيمة من أي نوع؛ لها قيمة فقط في التوليف الذي يوحدها مع بقية المعرفة وفقط بقدر ما تساهم حقًا، في هذا التوليف، في الإجابة على السؤال: من نحن؟ "نحن نعلم الآن أننا على الأقل غبار النجوم لاستخدام التعبير الذي غالبًا ما يستخدمه هيوبرت ريفز وربما نعيش في كون به زمكان متكدس، كما يقترح جان بيير لومينيت.

حلم التوحيد:

 لطالما كان طموح الفيزياء هو شرح التنوع الحقيقي للواقع من خلال وحدة أساسية. يشرح قانون واحد سقوط التفاحات وحركة القمر، وآخر يشرح كلاً من الكهرباء والمغناطيسية. من خلال تجميع الظواهر المختلفة معًا في أوصاف فريدة، تمكن الفيزيائيون من وصف جميع الظواهر الطبيعية المعروفة · باستخدام أربع قوى جوهرية فقط، عرفت باسم "التفاعلات الأساسية". الثقالة تفسر الجاذبية وسقوط الأجسام، ولكن أيضًا المد والجزر ومسارات القمر والكواكب والنجوم والمجرات، حتى توسع الكون. تم وصفها بكفاءة ملحوظة من خلال نظرية النسبية العامة التي صاغها ألبرت أينشتاين. يشمل التفاعل الكهرومغناطيسي جميع الظواهر الكهربائية والمغناطيسية والضوء والتفاعلات الكيميائية أو البيولوجية أي علم الأحياء - في الواقع، تقريبًا جميع ظواهر الحياة اليومية باستثناء الجاذبية. يتم وصفها بشكل كلاسيكي بواسطة النظرية الكهرومغناطيسية لماكسويل. بعد حل العديد من المشاكل التقنية، ظهرت نظرية أكثر اكتمالا، وهي في آن واحد نسبية وكمومية في نفس الوقت، وتحمل اسم الديناميكا الكهربائية الكمومية. Électro¬ dynamique quantique.

 يضمن التفاعل النووي القويL’interaction nucléaire forte تماسك النوى الذرية، وبالتالي وجود المادة التي نعرفها والتي تشكلنا. يتم وصفه بواسطة نظرية الديناميكا اللونية الكمومية. La chromo¬ dynamique quantique.

 التفاعل النووي الضعيف يسبب الاضمحلال الراديوي النشط للجسيمات دون الذرية ويسمح بالانصهار الحراري أو الاندماج النووي la fusion thermonucléaire ¬ بين النجوم. ويتم وصفه بواسطة النظرية الكهروضعيفة. La théorie électrofaible تم تسليط الضوء على هذين التفاعلين الأخيرين فقط في منتصف القرن العشرين، عندما بدأ فهم بنية النوى الذرية. تم تصنيفهما على أنهما "نوويان" لأنهما يمارسان فقط في مقياس النوى الذرية؛ وبالتالي فهي تفاعلات قصيرة المدى للغاية. ومن ناحية أخرى، فإن التفاعل الثقالي l’interaction gravitationnelle (الذي يكون تأثيره ضئيلًا على النطاق المجهري) والتفاعل الكهرومغناطيسي l'interaction électromagnétique لهما نطاق لانهائي، وتتناقص شدتهما مع مربع المسافة بينهما. أربع تفاعلات لشرح كل الظواهر الفيزيائية وهي قليلة. لكن هذا لا يزال كثيرًا بالنسبة للمنظرين الباحثين عن الوحدة أو توحيد القوانين الفيزيائية الجوهرية. فهم يريدون تقليل هذا العدد. هل يمكن أن تكون التفاعلات الأساسية الأربعة جوانب أو مستويات مختلفة لنفس الواقع الذي يمكن وصفه على مستوى أعمق - أي، يتم التعبير عنه من خلال تفاعل واحد موصوف بواسطة "نظرية وحدوية توحيدية؟»، وتسمى أيضًا نظرية كل شيء Théorie du Tout؟ في غضون ذلك، قد يكون هذا الهدف بعيد المنال، عملية التوحيد تم الحصول عليها جزئيًا في إطار ما يسمى بنموذج الجسيمات "القياسي". يستخدم تعبير "النموذج القياسي أو النموذج المعياري modèle standard " بشكل عام للإشارة إلى نموذج علمي متماسك بدرجة كافية ومستقر لكسب الإجماع بين الخبراء في هذا المجال. وغني عن القول إن صفة "نظرية متماسكة" أمر ضروري لأنه لا يمكن أن يحتوي نموذج علمي توافقي على تناقضات، سواء كانت ذات طبيعة نظرية (يجب ألا تكون الرياضيات الأساسية غير متسقة، والقوانين الأساسية لـ الفيزياء المعروفة، مثل السببية أو الحفاظ على الطاقة، يجب ألا تنتهك)، أو تجريبية (لا يمكن أن يكون النموذج القياسي الذي يتعارض مع التجارب أو الملاحظات بمثابة نموذج قياسي معياري) . يتجاهل مصطلح "مستقر" حقيقة أن النموذج يجب أن يتم إنشاؤه على أسس صلبة بدرجة كافية حتى نتمكن من الاعتماد عليه من أجل تفسير جميع الظواهر التي تقع ضمن المجال. من الناحية اللغوية، يأتي مصطلح المعيار من الحامل الصلب القديم bas francique  stand hard، المستخدم لتعيين معايير القياس مثل النقود والأوزان المستقرة إلى حد ما والثابتة لتحديد المعيار، متوسط القيمة المرجعية. يلبي النموذج القياسي أو المعياري لفيزياء الجسيمات، الذي يصف الجسيمات الأولية وتفاعلاتها، والنموذج القياسي أو المعياري لعلم الكونيات le modèle standard de la cosmologie، الذي يصف بنية الكون المرئي والمراحل الرئيسية لتطوره، هذه المعايير تمامًا. هذا لا يضمن استدامتها بأي حال من الأحوال: وهي مثل أي نموذج، محكوم عليها بالتغير بمرور الوقت اعتمادًا على تطور معرفتنا. لذلك فمن الصحي والشرعي التشكيك في "ما وراء" هذه النماذج القياسية

نموذج الجسيمات المعياري أو القياسي Le modèle standard des particules

إن النظرية الحالية هي التي تجعل من الممكن شرح جميع الظواهر التي يمكن ملاحظتها على مستوى الجسيمات، دون معالجة تفاعل الجاذبية. على الصعيدين الكمومي والنسبية في آن واحد، يحتوي النموذج القياسي للجسيمات على تفاعلين متميزين: التفاعل القوي الموصوف بالديناميكا اللونية الكمومية، والتفاعل الكهروضعيف، وهو توحيد التفاعل الضعيف والكهرومغناطيسية. يتم تفسير جميع هذه التفاعلات المختلفة من خلال تبادل "البوزونات المقيسة bosons de jauge " بين الجسيمات الأولية المسماة الفرميونات. Fermions. يشتمل النموذج القياسي أيضًا علب بوزونات Brout-Englert Higgs ااختصار BEH)، المرتبط بمجال قوة جديد كان موجودًا فقط في الكون البدائي للغاية، وهو حقل هيغز le champ de Higgs، وهو شكل من أشكال طاقة الفراغ الكمومي. نقرأ بشكل عام أن بوزون BEH هو الذي أعطى، في الأيام الأولى للكون، كتلة لجسيمات أخرى (باستثناء الفوتون). وفي الواقع، تفاعلت الجسيمات، عديمة الكتلة في البداية، بشكل أو بآخر مع مجال أو حقل هيغز، وهذا التفاعل هو الذي أعطاها القصور الذاتي l'inertie الذي نخلط بينه وبين الكتلة la masse. وبالتالي، فإن كتلة الجسيمات، بمعنى ما، لا تأتي من تلقاء نفسها، بل تأتي من نوع من "الاحتكاك" بالفراغ. الجسيمات الأولية للنموذج القياسي هي 25 جسيماً بينها : 12 بوزونا، وهي نواقل التفاعلات المختلفة، وهي: - الفوتون الذي ينقل التفاعل الكهرومغناطيسي ؛ - 8 غلوونات، والتي تنقل التفاعل القوي ؛ - 3 بوزونات W+, و w- و Z0، والتي تنقل التفاعل الكهروضعيف. • 12 فرميونا، وهي جزيئات من مادة خاضعة لتفاعلات، مقسمة إلى فئتين: - 6 كواركات وكواركاتها المضادة، والتي تشكل جميع الجسيمات المركبة (مثل البروتون أو النيوترون) ؛ - 6 لبتونات (بما في ذلك الإلكترون والنيوترينو) ومضاداتها. • 1 بوزون هيغز BEH، الذي يعطي كتلة للفرميونات الأولية والبوزونات W و Z0 •

ما وراء النموذج القياسي:

 تم إنشاء النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات في التسعينيات " وهو يعمل" بشكل رائع، لكنه لا يمثل النظرية النهائية للفيزياء، والسبب الرئيسي هو غياب الجاذبية في هذه النظرية المعيارية. ولكن، حتى من خلال التمسك بالتفاعلات الأساسية الثلاثة الأخرى، فإن النموذج القياسي غير قادر على تفسير نسب الكتلة بين الجسيمات المختلفة (ما يسمى بمشكلة التسلسل الهرمي problème dit de la hiérarchie)، ويتوقع كتلة صفرية من النيوترينوات بينما هذا ليس موجوداً في الواقع. إنه لا يأخذ في الحسبان تكوين المادة السوداء أو المظلمة غير الذرية التي يبدو أنها موجودة في الكون، ولا طبيعة الطاقة السوداء أو المظلمة التي تسرع توسع الكون. أخيرًا، إنه لا يوحد فعليًا التفاعلات الكهرومغناطيسية، والتفاعلات النووية الضعيفة والقوية في تفاعل واحد يمكن للمرء أن يطلق عليه "الطاقة النووية". أو الكهرونووي électronucléaire .

في هذا الصدد، بعد النجاحات المبكرة لنظرية الكهرو ضعيفة la théorie électro¬ faible التي وحدت جزئيًا الكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة، بدا أن الطريق إلى هذا التوحيد الأكثر اكتمالًا يمكن الوصول إليه بسرعة. في وقت مبكر من سبعينيات القرن الماضي، اقترح شيلدون غلاشو وهوارد جورجي Sheldon Glashow et Howard Georgi النظرية الموحدة الكبرى (GUT Grand Unified Theory) بناءً على شكليات فيزيائية رياضية مشتركة مشتقة من نظرية مجال القياس الكمي. كان التنبؤ الرئيسي لهذه النظرية الجديدة هو تفكك البروتونات، وبالتالي تفكك المادة العادية التي تشكلنا (مع احتمال ضئيل بما يكفي بحيث لا يزال أمامنا بضع مليارات من السنين!). لكن تبين أن النتائج التجريبية تتعارض مع هذه التوقعات: لا يمكن ملاحظة أي تحلل للبروتون، مما يضمن عمر البروتون لأكثر من 1035 عامًا. لذلك لا يبدو أن نظرية التوحيد العظيم صحيحة.

 من المفارقات، في سياق النسبية العامة، أن الجاذبية ليست قوة أو تفاعل. في هذا الوصف، وهو هندسي بحت، فإن أي شكل من أشكال الطاقة يحني الزمكان. تتحرك الأجسام الضخمة في هذا الزمكان دون التعرض لقوة الجاذبية، متبعةً الجيوديسية géodésiques المكافئة للخطوط المستقيمة في الفضاء بدون انحناء. بما أن النسبية العامة ليست نظرية للحقول الكمومية، فهي لا تفترض وجود جسيم وسيط للجاذبية. ولكن، نظرًا لأن العديد من الفيزيائيين مقتنعون بأن الجاذبية أو الثقالة تفاعل أساسي وأنه سيكون لها يومًا ما نظريتها الكمومية، فقد قاموا بتعميد الجسيم المسؤول عن الجاذبية (إن وجد وأسموه غرافيتون graviton) وابتكروا تجارب من شأنها أن تسمح أو تقود لاكتشافه. لم ينجح أي منها حتى الآن. لملء هذه الفجوات العديدة، طور الفيزيائيون امتدادات للنموذج القياسي مثل التناظر الفائق la supersymétrie والجاذبية أو الثقالة الفائقة la supergravité والنظريات ذات أبعاد الزمكان الإضافية أو حتى النماذج المركبة les modèles composites. لقد كرس جيلين من الباحثين حياتهم لاستكشاف هذه الاحتمالات المختلفة، ولكن حتى الآن لم يتم ملاحظة أي من الجسيمات الجديدة التي تنبأت بها هذه الامتدادات extensions للنظريات، سواء بشكل طبيعي من الكون أو بشكل مصطنع أثناء التجارب التي تم إجراؤها فيمصادم الجسيمات العملاق LHC، وهو أكبر مسرع للجسيمات في العالم.

النموذج القياسي لعلم الكونيات: Le modèle standard de la cosmologie

 النموذج القياسي لعلم الكونيات المعروف بــ ACDM، المبني حول الفكرة المركزية للانفجار العظيم Big Bang، خضع للعديد من التعديلات في العقود الأخيرة. مطابقة بنجاح قيود الرصد والمراقبة والملاحظة الجديدة، لا تزال هناك بعض المناطق الرمادية التي فشل النموذج في تسليط الضوء عليها، والتي تشكل مصدر نقاش حاد في المجتمع العلمي. هذا هو السبب في أن النموذج لديه معارضون. ومع ذلك، لا أحد منهم قادر اليوم على تقديم مثل هذا النموذج العلمي البديل المرضي أو المقبول، والذي من شأنه أن يفسر جميع الملاحظات التي تمت خلال القرن الماضي. لفهم حدود النموذج القياسي بشكل أفضل، دعونا نرى كيف يتم بناء النموذج الكوني بشكل عام. الشيء المادي المدروس، وهو هنا الكون، له خصوصية كونه فريدًا وغير قابل للتكرار. على عكس العديد من الظواهر الفيزيائية الأخرى، فإن هذا يمنع أي مقارنة وأي نهج تجريبي ذي طبيعة إحصائية. de nature statistique نحن أيضًا مراقبون موجودون داخل هذا الكائن أو الشيء الذي نريد دراسته، سواء من حيث الموقع المكاني أو لحظة الملاحظة. لذلك فإن الرؤية التي يمكن أن نحصل عليها عن الكون خاصة جدًا ومحدودة في الجزء الذي يمكن ملاحظته. ينتج عن هذا افتراضان أساسيان على الأقل: الأول هو أن أي نموذج كوني قياسي يجب أن يقدم حلاً علميًا يجعل من الممكن حساب جميع الملاحظات التي تم إجراؤها. قد لا يكون مثل هذا الحل فريدًا، ولا يوجد ما يثبت تفرده المحتمل. الفرضية الثانية هي أن قوانين الفيزياء التي نلاحظها محليًا - على الأرض وفي المختبرات وفي بيئتنا المباشرة - صالحة في أي نقطة أخرى في الكون وفي أي لحظة أخرى من تاريخه. هذه الفرضية ليست تافهة، وقبل كل شيء، لم يتم توضيحها. حتى بدون تغيير القوانين، يمكن لمعايير مختلفة مع ذلك أن تتطور وتتغير. وهكذا، تم إجراء العديد من التجارب لقياس ترتيب حجم التباين المحتمل بمرور الوقت للثابت الشمولي للجاذبية أو الثقالة أو سرعة الضوء في الفراغ. العديد من المقاربات والمناهج النظرية، مثل نظرية الأوتار la théorie des cordes، تأخذ في الاعتبار الاختلافات المحتملة في الثوابت الأساسية على نطاقات زمنية كبيرة، لكنها مقيدة بشدة بالملاحظات، التي ليست كذلك أي التي لا تظهر أي اختلاف قابل للقياس على مجمل التطور الكوني. بالإضافة إلى هذين الافتراضين المبدئيين، فإن النموذج الكوني المعياري أو القياسي le modèle standard cosmologique ¬ تم بناؤه حول أربع افتراضات رئيسية. الأول هو صحة نظرية النسبية العامة، والتي تقدم تفسيرًا متماسكًا لظواهر الجاذبية التي نلاحظها، والتي تتوافق تنبؤاتها بشكل استثنائي مع جميع القياسات التي تم إجراؤها. ومع ذلك، هناك العديد من النظريات البديلة التي، على الرغم من اختلافها العميق عن النسبية العامة، تؤدي إلى نفس التنبؤات ولكنها تختلف عندما يتعلق الأمر بوصف بدايات الكون. لأن المشكلة موجودة: النموذج القياسي لعلم الكونيات يُدخل نظريتين مع أسس غير متوافقة، النسبية العامة للهندسة "على النطاق الكبير" للزمكان والفيزياء الكمومية للسلوك المجهري لمحتواها المادي والطاقوي. إنها مواجهة مباشرة بين فيزياء "المستمر" continu أو المتصل، حيث يُنظر إلى الزمكان على أنه متشعب أو متغير سلس، وفيزياء "غير متصل discontinu «، حيث يكون للزمكان بنية يمكن وصفها بأنها "حبيبية " granulaire، حتى أنه لا يمكن وصفها بأنها أقل من طول بلانك (حوالي 10-33 سم)، والذي سيمثل نوعًا ما حجم أصغر الحبوب التي وصفتها نظرياتنا الفيزيائية. تصبح المشكلة مستعصية على الحل عندما يقترب المرء من "لحظة الصفر" المفترضة للكون، الانفجار العظيم، لأن أيًا من النظريتين غير كافيتين لوصف سلوك الكون في جواره. إن مجالات صدق كل منهم عفا عليها الزمن، ويحتاج الفيزيائي إلى أدوات أخرى لفهم ما حدث بالفعل أثناء الانفجار العظيم، أو حتى إذا كان موجودًا. الفرضية الثانية للنموذج القياسي الكوني هي الوصف الذي أعطي للمادة بواسطة قوانين الفيزياء المعروفة. على سبيل المثال، منحنيات سرعة دوران المجرات، وديناميات المجرات داخل مجموعاتها أو حشودها leurs amas، أو تكوين هياكل كبيرة ليست قابلة للتفسير، عبر النسبية . بشكل عام، وذلك بفضل إدخال كمية كبيرة من المادة السوداء أو المظلمة غير الذرية، التي يؤثر تأثيرها أو فعلها الثقالي على المادة المضيئة. وبالمثل، لا يمكن فهم التوسع المتسارع للكون، إلا في النموذج الكوني القياسي، من خلال افتراض وجود شكل من أشكال الطاقة الطاردة répulsive، وهي الطاقة السوداء أو المعتمة أو المظلمة، التي تمثل حاليًا ثلثي إجمالي محتوى الطاقة في الكون. من الواضح أن إدخال هذه المكونات الكونية الجديدة له تأثير مباشر على النموذج القياسي الآخر، وهو نموذج الجسيمات: ما هي طبيعة المادة المظلمة والطاقة المظلمة؟ هل يجب أن نكتشف جسيمات جديدة؟ تؤكد هذه الأسئلة على الارتباط العميق الموجود بين فيزياء "اللامتناهي في الصغر" وفيزياء " اللامتناهي" في الكبر". تستدعي الفرضية الثالثة خصائص معينة لتناظر الزمكان والتي تجعل من الممكن حل معادلات أينشتاين للنسبية العامة. إنها تعكس الإيزوتروبي l'isotropie (أي عدم وجود اتجاه مميز) الذي لوحظ في شعاع الخلفية الكونية أو حتى في توزيع المجرات على نطاقات كبيرة جدًا. ينتج عن هذا التناظر انخفاض جذري في عدد الاحتمالات لتحديد مقياس الكون. في الواقع، يقدم الإيزوتروبي اثنين فقط من الاحتمالات: إما أن كوننا متماثل كرويًا symétrie sphérique، ونحن موجودون بالقرب من مركزه، أو أنه متناح أو إيزوتروب isotrope عند كل نقطة من نقاطه، وهو ما يُترجم بحقيقة أن الكون متجانس مكانيًا بالإضافة إلى كونه موحد الخواص. هذا الاحتمال الثاني يشكل ما يسمى بالمبدأ الكوني le principe cosmologique. وبغياب القدرة على الحسم واتخاذ القرار من خلال الملاحظات، فهذا هو الذي يتم الاحتفاظ به كمسلمة للنموذج القياسي، بافتراض أنه لا يوجد سبب يجعلنا نحن المراقبين نحتل مكانًا متميزًا في الكون. يؤدي هذا إلى حل رياضياتي دقيق لمعادلات أينشتاين، مقياس فريدمان-لومتر la métrique de Friedmann-Lemaître، الذي سمي على اسم مكتشفيه الأوائل في عشرينيات القرن الماضي. يخبرنا أن شرائح الفضاء، محليًا، متناحية إيزوتروب ومتجانسة homogènes et isotropes ولا يمكن أن تكون هندستها إلا من ثلاثة أنواع مختلفة فقط، وهي كروية ذات انحناء إيجابي sphérique à courbure positive، أو إقليدية مع انحناء صفري euclidienne à courbure nulle  أو تحدبية بانحناء سلبي. hyperbolique à courbure négative الفرضية الرابعة تتعلق بالهيكل العام لـ الكون، والذي لا يمكن استنتاجه من الهندسة المرصودة محليًا. على سبيل المثال مقياس فريدمان-لومتر la métrique de Friedmann-Lemaître، تحتوي الأسطوانة على نفس المقياس أو نفس الهندسة المحلية مثل المستوى plan، لكن هيكلها sa topologie، أي شكلها العام، مختلف تمامًا. لقد كرس العالم الفرنسي جون بيير لومينيت أكثر من عشرين عامًا من العمل لهذا المجال الرائع من البحث الذي سماهسنة 1995 "الهيكل الكوني topologie cosmique ". تكمن المشكلة في أنه من الصعب للغاية، إن لم يكن من المستحيل، تحديد شكل الكون بفضل الملاحظات والرصد فقط، خاصةً عندما يتجاوز حجمه نصف قطر الجزء المرئي منه. في الختام، يسمح النموذج القياسي لعلم الكونيات شرح بطريقة بسيطة واقتصادية نسبيًا جميع الملاحظات التي لدينا حاليًا على الكون واسع النطاق، من ديناميات المجرات إلى تكوين الهياكل الكبيرة، بما في ذلك توسع الفضاء، الوفرة النسبية للذرات المختلفة وخواص إشعاع الخلفية الكونية. لا يوجد نموذج مثالي، إلا أنه يعاني من بعض المناطق الرمادية التي من المرغوب توضحيها: من بينها، تعد طبيعة المادة المظلمة غير الذرية وهي نقطة حاسمة، وإدخال الطاقة المظلمة التي تهيمن تمامًا على محتوى الطاقة في الكون. يعاني النموذج أيضًا من عدم اليقين فيما يتعلق بعملية التضخم المحتملة التي قد يكون الكون قد اختبرها في مهده، والعلاقة بين التقلبات الكمومية البدائية les fluctuations quantiques primordiales وولادة الأجسام ذات الحجم الفلكي الأول .لاحظ أيضًا أن التعيين ذاته للنموذج الكوني القياسي، modèle standard

cosmologique ACDM، والذي تسبب في الفوز بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2019 لأحد المبادرين جيمس بيبلز James Peebles، يؤكد هذا بشكل متناقض المشاكل المحتملة. المصطلح A هو الرمز التقليدي للثابت الكوني، والذي لا يعرف على وجه اليقين ما إذا كان يجب تحديده مع الطاقة المظلمة التي تسرع من التوسع الكوني. يشير الرمز DM (المادة المظلمة Dark Matter) إلى أنه من أجل حساب حركات وتشكيل الهياكل الفلكية الكبيرة، يجب إدخال شكل من أشكال المادة المظلمة ذات الطبيعة غير المعروفة، حيث يشير الحرف C (بارد Cold) إلى أنه يمكن أن يكون " بارد "، وهذا يعني أنه متحرك بسرعات منخفضة مقارنة بسرعات الضوء.

أوفي حالة قرب إلى لحظة الانفجار العظيم، تكمن المشكلة في الفيزياء ككل، لأنها تتعلق بخصائص المادة بمقاييس المسافة والطاقة التي تتجاوز مجالات صحة وصلاحية ركيزتان أساسيتان للنموذج الكوني القياسي، ألا وهما النسبية العامة وميكانيكا الكموم. من الضروري إذن اللجوء إلى نظرية أكثر عمومية تشمل هاتين النظريتين، تمامًا كما تم استيعاب نظرية نيوتن في الجاذبية الكونية قبل قرن من الزمان بواسطة نظرية أينشتاين. يعتقد العديد من الفيزيائيين أن نظرية الجاذبية الكمومية théorie de gravitation quantique ضرورية لحل الأسئلة المتعلقة بالمادة السوداء أو المظلمة والطاقة المعتمة أو المظلمة، وتبرير بحثهم بهذه الحجة. ومع ذلك، فإن الثابت الكوني، الموجود بالفعل في النسبية العامة الكلاسيكية، يفسر تمامًا الطاقة المظلمة، بينما يمكن تفسير المادة المظلمة غير الذرية من خلال ما يسمى بالنيوترينوات العقيمة. في حين أن هذه المكونات الكونية تنطوي على فيزياء تتجاوز نموذج الجسيمات القياسي، فإنها لا تتطلب بالضرورة قياس الجاذبية. في الواقع، المبرر الوحيد المقنع لنظرية الجاذبية الكمومية، إلى جانب توحيد ركيزتي الفيزياء الحالية، هو القضاء على التفردات l'élimination des singularités. ولكن، هناك مرة أخرى، يمكننا الاستغناء عنها باستخدام علم الكونيات الارتدادي les cosmologies à rebond ...

وحدات بلانك:  Les unités de Planck

 يتم التحكم في مقياس الظواهر الفيزيائية المعروفة من خلال ثلاثة ثوابت أساسية: 

- سرعة الضوء في الفراغ c كلم/ثانية, 3000000 (299792458 م / ث) ثابتة المقياس الذي تكون فيه التأثيرات النسبية هي الغالبة ؛

- ثابت نيوتن G (6,673.10-11 m3/kg.s2) يقيس شدة تأثيرات الجاذبية ؛

 - ثابت بلانك المخفض fi= h/(2rr) (1,054.10-34 kg.m 2/s ) يميز مقياس التأثيرات الكمومية. في وقت مبكر من عام 1899، أشار الفيزيائي الألماني ماكس بلانك (1858-1947) إلى أنه يمكن الجمع بين هذه الثوابت بثلاث طرق مختلفة لإعطاء الوحدات الأساسية للطول والزمن والكتلة: -

 طول بلانك، Lp = [fi GlcT 12 = 1,61.10-35  mètre، هو a نوع من الطول الموجي الأدنى، أو "كم الفضاء" quantum d'espace ؛ -

زمن بلانك، tp = [fi G/c5 ] 112  = 5,39.10-44 seconde،، هو الزمن الذي يستغرقه الضوء في السفر بطول بلانك، أي مقدار الزمن الكمومي quantum de temps - كتلة بلانك، Mr = [fi c/GJl12  = 2,18.10-s  kilogramme، ومع ذلك، ليس كمًا للكتلة. في الواقع، إذا بدت كبيرة نسبيًا (تساوي تقريبًا كتلة حشرة السوس acarien)، فهي في الواقع بمقياس الحجمين الآخرين ؛ يمثل في الواقع كتلة الثقب الأسود الذي سيكون نصف قطره هو طول بلانك ووقت التبخر الكمومي d'évaporation quantique، أي زمن بلانك

 - يكمن جمال وحدات بلانك بشكل عام وطول بلانك بشكل خاص في أنه من خلال اعتمادها كمراجع لا يهم الوحدات التي يتم اختيارها لأخذ القياسات. سواء كنت فرنسيًا أو صينيًا أو أمريكيًا أو حتى من المريخ، فالجميع كذلك سوف يتفق على نفس الطول أو نفس الوقت. فيما يتعلق بوحداته، كتب بلانك نفسه في مقالته إلى أكاديمية العلوم البروسية: "سوف يحتفظون بالضرورة بمعناهم لجميع الأزمنة وجميع الحضارات، حتى غير البشرية وكائنات خارج الأرض، ويمكن للمرء أن يقوم بتعيينها كوحدات طبيعية. " ما المعنى العميق الذي يمكن أن نعطيه لهذه الكميات؟ هذه هي المقادير التي تصبح فيها تأثيرات الجاذبية والكمومية والنسبية ذات شدة مماثلة في نفس الوقت. على سبيل المثال، في نماذج Big Bang، كان زمن بلانك هو الزمن الذي كان من المقرر أن يخضع الكون الناشئ خلاله بشكل أساسي للتأثيرات الكمومية. يشير هذا إلى أن الوصف الصحيح للزمكان والمادة في الكون المبكر جدًا، وبالمثل داخل الثقوب السوداء، يتطلب نظرية تجمع بين الجاذبية النسبية وميكانيكا الكموم. القوى الأساسية الأربع المعروفة:

- القوة الشديدة (strong force) (النووية) وهي تعمل في نواة الذرة وتربط بين البروتونات والنيوترونات.

- القوة النووية الضعيفة (weak force) وهي تعمل داخل نواة الذرة وهي المسؤولة عن النشاط الأشعاعي لنواة الذرة.

- قوة الجاذبية أو الثقالة (gravity) وهذه تعمل بين الكتل، ويبلغ مداها إلي مالا نهاية. وقوة الجاذبية تعمل بين جميع الأجسام، وتظهر واضحة في التكوين الكري للأجسام السماوية من كواكب وشـموس، وكذلك تتحكم في أفلاك الكواكب حول الشمس، ودوران المجرات.

- القوة الكهرومغناطيسية هي التي تربط الإلكترونات بأنوية الذرات، وتربط الذرات بعضها البعض مكونة جزيئات وهي القوة المتحكمة في البنية البلورية. والقوة الشديدة هي التي تربط الكواركات في نواة الذرة وتربط ومكونات النواة (البروتونات) رغم شحناتها المتنافرة الموجبة. وقوة الجاذبية هي التي تكوّر الأرض وتكور الشمس وتجعل الكواكب تدور في أفلاك حول الشمس، وهي التي تربط المجرات بعضها البعض، وهي التي تجعلنا منجذبين إلى الأرض.

 هذا هو ما يسعى إليه العلماء منذ أكثر من قرن من الزمن.

لابد من التذكير بأن أهم الثوابت هو " الثابت الكوني" الذي أضافه آينشتاين لمعادلاته في بداية القرن العشرين ثم تخلى عنه واعتبره أكبر خطأ ارتكبه في حياته العلمية ثم عاد " الثابت الكوني هذه المرة على شكل الطاقة السوداء أو المعتمة او المظلمة" التي يعتقد أنها تتسبب في تسارع التوسع الكوني.

لإنقاذ الموقف، اعتقد علماء فيزياء الطاقة العالية بعد ذلك أن الثابت الكوني قد لا يكون ثابتًا حقًا. على سبيل المثال، اقترح روبرت كالدويل ومعاونوه في عام 1998 وجود كيان جديد، عنصر خامس، من شأنه أن يضفي على الفضاء نفس المسحة، تمامًا كما فعل الأثير في كون أرسطو، وهذا العنصر الخامس يسمى "الجوهر". تم اختيار المصطلح من قبل الباحثين لتطبيقه على مجال الطاقة الجديد الافتراضي هذا. والذي يُعزى إلى اختلاف بطيء للغاية، لا يزال من الممكن تمثيله في نماذج الكون باستخدام المصطلح الكوني، والذي يتوقف عندئذٍ عن تعريفه على أنه ثابت. يمكن تفسيره دائمًا على أنه ما يبقى في الكون عند إزالة كل المادة وكل الإشعاع منه. وبهذا المعنى، فإن الجوهر يتوافق مع شكل معين من الفراغ، ولكنه أكثر مرونة من الثابت الكوني لأنه يتغير بمرور الوقت. قيمة هذا المجال، عالية للغاية في الكون البدائي (لذلك وفقًا لحسابات علماء فيزياء الطاقة العالية. ستنخفض القيمة بشدة أثناء التطور الكوني، ووفقًا للقيمة التي يقيسها علماء الفلك اليوم. بتعبير أدق، فإن مجال الجوهر سيتطور بشكل طبيعي نحو الجاذب مما يمنحه قيمة منخفضة مهما كانت قيمته الأصلية. وبالتالي، فإن عددًا كبيرًا من الظروف الأولية المختلفة للانفجار العظيم سيؤدي إلى نفس الكون الحالي – يجب أن ننتبه بدقة للالتفاتة اللطيفة! التي قادتنا نحو نهج آخر هو نظرية الأوتار، الممتدة من نظرية التناظر الفائق المقصود منها تضمين وصف للغرافيتون وكذلك أحد أكثر مقترحاتها الأكثر إثارة للدهشة الذي يتعلق بالتعدد الكوني أو الكون المتعدد. نظرية الأوتار، كما قلنا هي امتداد للتناظر الفائق الذي يهدف إلى تضمين وصف للغرافيتون، وهو الجسيم المكون للثقالة أو الجاذبية، أكثر مؤيديها حماسة (وشهرة) مثل ليونارد سسكيند وبرايان غرين وماكس تغمرك Brian Greene أو Max Tegmark الذين يأملون في تحويل الإخفاق في الإقناع والتوضيح إلى تحايل رياضياتي جديد أكثر إسرافًا بكثير من ذلك الخاص بالجوهر أو العنصر الخامس quintessence: إذا لم نفهم القيم التي تأخذها الثوابت الأساسية في كوننا، فيكفي الافتراض أن كوننا ينتمي إلى مجموعة لا نهائية تقريبًا وغير قابلة للرصد من الأكوان المتنوعة، كل منها مزود بمعلمات ومعايير موزعة عشوائيًا. في "مشهد" الكون المتعدد، يكون الثابت الكوني كبيرًا بشكل غير عادي في معظم الحالات، ولكن لا بد أن يكون هناك كون بعيد الاحتمال حيث يكون الثابت الكوني صفرًا تمامًا، وكون آخر غير محتمل تمامًا حيث يكون له "القيمة الصحيحة". كما هو حال كوننا بالطبع. لذلك، بالنسبة لهم، يمتلك كوننا المعلمات والمعطيات غير المحتملة التي يمتلكها هو فقط لأن هذه المعلمات والمعايير والمعطيات هي التي تجعله صالحًا للسكن، وبالتالي باستخدام حجة من النوع الأنثروبي التي تبدت حدودها أعلاه. تعد النظرية M، امتداداً لنظرية الأوتار التي اقترحها إدوارد ويتن، وتطمح لأكثر من ذلك. وفقًا لمؤيديها، في عالم "الأغشية" متعدد الأبعاد الذي نشأ من النظرية أم M، يمكن استيراد الطاقة المظلمة المقاسة في غشاء الكون من الأبعاد الإضافية لـ "المصفوفة" التي سيكون مغمورًا فيها. يرى باحثون آخرون أصل التنافر الكوني في التفاعلات المحتملة بين الأغشية - والتي ترقى إلى القضاء على أي لجوء إلى الطاقة المظلمة. هذا لا يلقي أي ضوء على المشكلة، إذا تذكرنا أن النظرية M هي أكثر غموضًا من الطاقة المظلمة، التي لها على الأقل تأثيرات ملحوظة على سرعة التوسع الكوني. كما نرى، لا توجد أي من هذه النظريات الجديدة، مهما كانت مثيرة من هي قادرة على أن تحل الصعوبات بشكل أفضل من إصداراتها السابقة التي تتعاطى مع الطاقة المنخفضة. ففي كل مرة يتم دفع المشاكل إلى الوراء أكثر قليلاً، مما يزيل قدرًا من الخيال مثل النظريات المذكورة أعلاه: فيزياء موحدة تمامًا والتي ستكون على وشك الانتهاء. أتجاهل محاولات أخرى لا حصر لها لشرح طبيعة الطاقة المظلمة. حتى أن بعض الباحثين ينكرون وجودها، على سبيل المثال من خلال استدعاء كون غير متجانس بدلاً من نموذج فريدمان-لومتر المتجانس القياسي؛ في هذه الحالة، ستختلف سرعة التمدد في الزمان والمكان وفقًا للاختلافات في الكثافة، ولن تكون الطاقة المظلمة أكثر من مجرد قطعة أثرية. باختصار، يتم نشر اقتراح جديد للطاقة المظلمة في المتوسط كل شهر. يكفي القول إن الوضع مشوش إلى حد ما. قبل بضع سنوات، تطوع جيرارد هوفت، الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1999، لكتابة مقال في مجلة بعنوان "100 حل لمشكلة الثابت الكوني، ولماذا جميعها خاطئة". قرر أخيرًا ترك المهمة لأحد طلاب الدكتوراه تحت إشرافه، معتبرًا أنها ستكون تمرينًا جيدًا للطالب في هذه المرحلة، من المشكوك فيه ما إذا كان اكتشاف التسارع الكوني، الذي يعتبر أحيانًا الأهم في العشرين عامًا الماضية في الفيزياء، يؤدي إلى الكثير من الالتواءات النظرية. من ناحية أخرى، يمكننا أن نعتقد أن الأمر يتطلب المزيد من الخيال والإبداع لإخراج الفيزياء النظرية مما نعتقد أنه طريق مسدود. من ناحية أخرى، يمكن للمرء أيضًا أن يتساءل عما إذا كانت الفيزياء الحالية لا تعاني من فائض من الخيال مقارنة بنقص البيانات التجريبية. بالإضافة إلى ذلك، يصبح الخيال، رأس المال للإبداع العلمي، غير منتج إذا لم يطرح الأسئلة الصحيحة. من غير المجدي أن نتعجب من حقيقة أن التناظر يمكن أن يوحد الجسيمات الأولية والتفاعلات الأساسية إذا كان الفيلسوف وعالم الرياضيات جوتفريد فيلهلم ليبنيز يؤمن بذلك في القرن الثامن عشر، ومؤخرًا المنظر البريطاني روجر بنروز، نحن نفهم الطبيعة بشكل أساسي، كلما بدت لنا قوانينها أقل تناسقًا. لقد رأينا أن ظاهرة التسارع الكوني يمكن وصفها ببساطة من خلال الثابت الكوني الكلاسيكي لمعادلات أينشتاين، دون اللجوء إلى الفيزياء الجديدة. لكن مجرد كونها أبسط تفسيراً وأكثرها طبيعية لا يعني أنها التفسير الصحيح: على مدى خمسة وعشرين قرناً من ممارستها، لم تتوقف العلوم، وجميع التخصصات مجتمعة. عن مفاجأتنا. ولكن إذا لم يكن الثابت الكوني المرتبط بالفراغ الكمومي هو الذي يسبب التسارع الملحوظ للتوسع الكوني، فما هو السبب الذي يقف وراء التسارع في التوسع الكوني؟ من خلال طرح مشكلة التوافق بين الوصف الكلاسيكي للمكان والزمان والجاذبية مع الطبيعة الكمومية للمادة التي لا تزال غامضة. تشير خطورة الطاقة المظلمة إلى أن شيئًا أساسيًا مفقود في فهمنا للكون المادي. على هذا النحو، يمكن أن يكون توضيحها بمثابة دليل حول كيفية تطوير نظرية جيدة للجاذبية الكمومية. كما هو الحال مع القضاء على التفردات أو حل مفارقة الانتروبيا للثقب الأسود، مثلما يعتبر تفسير القيمة الصحيحة لكثافة الطاقة المظلمة هو اختبار لهذه النظريات. سنرى أنه فيما يتعلق بالثابت الكوسمولوجي أو الكوني حيث فشتل نظرية الأوتار، فإن المناهج الأخرى مثل الجاذبية الكمومية الحلقية، والجاذبية الآمنة مقاربًا أو حتى المجموعات السببية لم تنجح. إنها تحية فريدة من نوعها إلى عباقرة مثل آينشتاين ولوميتر لنرى كيف سلك "الحمل الصغير، أي الراهب جورج لومتر" الذي ناقشوه بأدب في مؤتمر باسادينا منذ أكثر من ثمانين عامًا، مسارًا متعرجًا لا تزال نهايته غير مرئية.

معادلات الطاقة المظلمة:

هل يمكننا تخيل أجهزة تجريبية قادرة على تقييد النماذج المختلفة للطاقة المظلمة بشكل أفضل؟ يتميز هذا العامل " أي الطاقة السوداء أو المظلمة" بالضغط السلبي. هذا الأخير يعادل في الواقع التوتر، تمامًا مثل الأجسام المرنة والألواح المطاطية أيضًا، عند الشد، يوجد ضغط سلبي كامن موجه إلى الداخل. يتضح أنه عندما يكون ضغط الطاقة المظلمة أقل من ثلث كثافة الطاقة، تتغير قوة الجاذبية وتصبح نابذة. المعلمة الرئيسية هي معادلة الحالة التي تشرح العلاقة بين الضغط p للطاقة المظلمة وكثافة طاقتها p في p = wpc2، حيث w هو معلمة paramètre تعتمد على طبيعة الطاقة. للحصول على طاقة طاردة، يجب أن تكون w سالبة وأقل من -1/3. تنص إحدى المعادلات الأساسية للنموذج الكوني القياسي (المعروف بمعادلة فريدمان الثانية) على أن معدل تمدد الكون يتناسب مع- (p + 3p / c2). في الفيزياء اليومية، تكون الكثافة p والضغط p موجبة، لذا فإن معدل التمدد سالب، وهو ما يتوافق مع التباطؤ. ولكن إذا أخذنا في الاعتبار مجال طاقة يكون فيه (p + 3p / c2) سالبًا، يصبح معدل التمدد موجبًا ونحصل على تسارع. كما رأى لومتر في عام 1934، فإن الثابت الكوني الفراغ الكمومي يتميزان بـ w = -1 ؛ ولذلك فهي طاردة للغاية. أشكال أخرى من الطاقة المظلمة، مثل نماذج العنصر الخامس modèles de quintessence، والتي تترواح قيمة w فيها بين -1 و -113. يتميز الشكل الأكثر تطرفاً للطاقة النابذة أو الطاردة d'énergie répulsive، والمعروف باسم "الطاقة الوهمية énergie fantôme أو الطاقة الشبح"، بـ w <-1. المرونة النظرية تسمح أيضا إلى معادلة الحالة]'équation d’état  بأن تتغير بشكل تعسفي بمرور الوقت. وضع علماء الفلك برامج مراقبة طموحة قادرة على تقييد القيم الممكنة لـ w، وبذلك تكون نماذج الطاقة المظلمة مختلفة. الرهان أو التحدي كبير بالنسبة لعلم الكونيات لأنه، كما سنرى لاحقاً، فإن المستقبل طويل الأمد لكوننا يعتمد كليًا عليه.

 مسح الطاقة المظلمة Le Dark Energy Survey ويختصر بــ DES  هو برنامج مسح ضوئي دولي للأشعة تحت الحمراء وبالقرب من الأشعة تحت الحمراء باستخدام تلسكوب قطره 4 أمتار يقع في تشيلي ومجهز بكاميرا قوية عالية الوضوح للغاية. هدفه هو رسم خرائط لمئات الملايين من المجرات. يحلل DES البنية واسعة النطاق للكون باستخدام أربعة مؤشرات مختلفة:المستعر الأكبر أو السوبر نوفا من نوع la supernovae للكشف عن تاريخ توسع الكون، والتذبذبات الصوتية الباريونية للكشف عن توزيع المجرات ثلاثية الأبعاد، وتوزيع العناقيد المجرية، واستخدام عدسات الجاذبية الضعيفة. تتكون هذه الطريقة من قياس تشوه شكل المجرات تحت تأثير عدسة الجاذبية الناتجة عن المادة المرئية والمظلمة الموجودة بين الأرض وهذه المجرات. درجة التشويه تجعل من الممكن استنتاج كيفية توزيع المادة المظلمة، عن طريق طرح تأثير المادة المرصودة. برنامج المراقبة، الذي بدأ في عام 2012 واكتمل في يناير 2019، جمع كمية هائلة من البيانات التي بدأ تحليلها للتو. ستتولى مهمة إقليدس Euclid مسألة التتابع، وهو تلسكوب تابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، ومن المقرر إطلاقه في المدار الأرضي في غام 2022.  يشير اسمه إلى عالم الرياضيات والفلك العظيم في العصور القديمة، والذي كان قادرًا على قياس الزمن من ظل عصا عالقة في الأرض. ستستمر ملاحظات هذه الأداة الجديدة، التي تغطي 10 مليارات مصدر فلكي، ست سنوات على الأقل. تعتمد المهمة على قياسات القص الثقالي cisaillement gravitationnel والتحديد عن طريق التحليل الطيفي spectroscopie لمسافة المجرات المعنية. تم تطوير العديد من الطرق للكشف عن خصائصها على مدى السنوات الماضية. واحدة من أكثرها فعالية هي عدسة الجاذبية الضعيفة، والمستخدمة بالفعل في برنامج DES. علاوة على ذلك، من خلال قياس الانزياح الطيفي décalage spectral نحو اللون الأحمر للمجرات في الخلفية (انعكاس لعصر صورة المجرة)، يمكننا علاوة على ذلك، من خلال قياس الانزياح الطيفي نحو اللون الأحمر للمجرات في الخلفية (انعكاس عمر صورة المجرة)، يمكننا تقدير كيفية تطور ظاهرة التشويه بمرور الوقت. الهدف النهائي هو تحديد المعلمة w لمعادلة الحالة المتعلقة بضغط الطاقة المظلمة وكثافتها، بدقة 2٪ فيما يتعلق بجزءها الثابت، و 10٪  من أجل أن يعكس المكون تباينًا محتملاً لهذا الضغط بمرور الوقت - أي مرتبط بالتحول أو الانزياح الطيفي نحو الأحمر. إذا تبين أن المعلمة w قريبة جدًا من -1، فإن نظرية النسبية العامة وثابتها الكوني ستعطي حسابًا جيدًا لمعدل تمدد الكون ووجود الطاقة المظلمة. من ناحية أخرى، فإن الاختلاف الكبير في المعامل w يعني إما وجود شكل آخر من أشكال الطاقة المظلمة، أو مراجعة للنظرية النسبية العامة.

 مستقبل الكون والطاقة المظلمة:

 يعتمد تطور الكون بشكل أساسي على الكثافة الكلية للمادة والطاقة التي يحتويها في جميع أشكالها. عندما يقوم علماء الفيزياء الفلكية بتقييم ذلك، فإنهم يواجهون عددًا من المضاعفات والتعقيدات. سيطرت أشكال مختلفة من الطاقة بدورها على مسار التطور الكوني وفرضت ديناميكياته، أي، تغير عامل المقياس المكاني R بمرور الوقت – وهو عامل مقياس يمكن تحديده بالنسبة لنصف قطر الكون المرئي. يمكننا التمييز بين أربع مراحل تقريبًا. الأولى، المرحلة الافتراضية، وهي الفترة القصيرة جدًا من التضخم، حيث كان R يتوسع بشكل كبير تحت تأثير شكل متطرف من طاقة الفراغ d'énergie du vide. خلال هذه الفترة كان من الممكن إنشاء المادة. في المرحلة الثانية، سيطر الإشعاع، ولكن مع انخفاض كثافة طاقته مثل R-4 بينما زادت R، في المرحلة الثالثة حلت محلها المادة، أو تم استبدالها بالمادة، التي تقل كثافتها فقط كـ R-3 • لـ لأسباب مماثلة، في المرحلة الرابعة، استحوذت الطاقة المظلمة على امتداد ما يزيد عن 7 مليارات سنة، وهي تهيمن على الكون الحالي. تأثيرها هو تسريع التوسع، وإن كان بسرعة أقل مما كان عليه أثناء التضخم. نحن لا نعرف إلى أين ستقودنا تلك الطاقة الغامضة السوداء أو المظلمة، لأننا لا نعرف طبيعتها الحقيقية ولا نعرف قانون التباين الخاص بها بمرور الوقت. ولا ماهيتها الحقيقية. أخيرًا، دعونا نلخص عواقب الفرضيات المختلفة المتعلقة بالطاقة المظلمة على المستقبل البعيد جدًا للكون. • إذا كانت الطاقة المظلمة ثابتة، فإنها ستهيمن أكثر فأكثر على التوازن الطاقوي في الكون، وسيستمر التوسع الملحوظ للفضاء في التسارع حتى يصبح أسيًا exponentielle. ستتحطم الهياكل غير المتصلة ثقاليًا بالفعل وستبتعد أجزائها عن بعضها البعض بسرعات ظاهرة أكبر من سرعة الضوء. سوف يمنعنا التسارع في النهاية من مراقبة أجزاء مهمة من الكون والتي يمكن رؤيتها اليوم: وبعد حوالي 100 مليار سنة، ستكون جميع المجرات شديدة الانزياح نحو الأحمر بحيث لا يمكن ملاحظتها أو رصدها. ومع ذلك، فإن الهياكل المرتبطة بالجاذبية، مثل المجرات وأنظمة الكواكب، ستبقى كذلك. لذا فإن النظام الشمسي أو مجرة درب التبانة سيظلان كما هو عليه حالهما الآن، بينما سيبدو باقي الكون وكأنه يهرب منا. إن ما يسمى سيناريو البغ تشيلي Big Chili (التبريد الكبير grand refroidissement) وهو، في المستوى الحالية لمعرفتنا، السيناريو الأكثر منطقية. • إذا انخفضت كثافة الطاقة المظلمة في المستقبل (النمط الجوهري أو نموذج العصر الخامس modèle de quintessence)، فيمكن أن تصبح المادة مهيمنة مرة أخرى. سينمو الأفق الكوني ليكشف لنا عن جزء أكبر من الكون. ستنتصر الثقالة الجذابة مرة أخرى ولن يتوقف التوسع عن التسارع فحسب، بل سينعكس أيضًا، وسوف ينكمش الكون ككل ليختفي فقط في أنكماشة كبيرة Big Crunch قد تحدث خلال 18 مليار سنة.  على العكس من ذلك، إذا زادت الطاقة المظلمة بمرور الوقت، أو إذا هيمنت عليها الطاقة الوهمية شديدة التنافر، فإن الفضاء سوف يتوسع بمعدل متزايد باستمرار، وسوف يتسارع التسارع نفسه. في هذه الحالة، ستكون النتيجة تمزق كبير Big Rip قاتل أي grand déchirement تمزق عظيم مدمر، وذلك في حال أصبح التسارع غير محدود تقريبًا بعد فترة زمنية محدودة. سيتم تمزيق كل مادة في الكون، حتى الذرات، بسبب توسع الفضاء. في السيناريو الأكثر تطرفًا، قد يحدث هذا الحدث "بالكاد" بعد 22 مليار سنة. أولاً، سيتم فصل المجرات عن بعضها البعض وستتحلل العناقيد المجرية. حوالي 60 مليون سنة قبل التمزق الكبير Big Rip، ستكون الجاذبية أضعف من أن تحافظ على تماسك مجرتنا التي ستتشتت ؛ قبل ثلاثة أشهر من الانهيار الكبير، سيتمزق النظام الشمسي. في الدقيقة الاخيرة، النجوم والكواكب سيتم تمزيقها، في الجزء I0-19  من الثانية، قبل ذلك، سيتم تدمير الذرات والأنوية أو النوى الذرية نفسها، تاركة كوناً فارغاً بدون أي بنية.أو هيكيلية

2186 رغوة الزمكان 3

إذا تم تقليل الطاقة المظلمة إلى طاقة الفراغ الكمومي وظلت ثابتة بمرور الوقت، فسوف تهيمن أكثر فأكثر على طاقة المادة والتوسع، وسيظل الكون متسارعًا ليؤدي إلى البرود الكبير Big Chili (المنحنى الأوسط). إذا كانت الطاقة المظلمة مجالًا متغيرًا جوهريًا بمرور الوقت، فيمكنها تغيير معادلة الحالة وتصبح جاذبة. لذلك يصبح الإنكماش الكبير Big Crunch ممكناً مرة أخرى ويمكن أن يحدث في غضون 18 مليار سنة (منحنى القاع). إذا تم استيعاب الطاقة المظلمة في طاقة فانتوم وهمية أو شبحية أكثر كثافة وأكثر إثارة للنبذ ، فإن توسع الكون سيصبح سريعًا أسيًا لينتج عنه تمزق كبير Big Rip (منحنى علوي).

 

د. جواد بشارة

 

تعليقات (0)

لا توجد تعليقات على هذه المقالة حالياً.

شارك بتعليقك

0 Characters
المرفقات (0 / 3)
Share Your Location

الآراء الواردة في المقال لا تمثل رأي صحيفة المثقف بالضرورة، ويتحمل الكاتب جميع التبعات القانونية المترتبة عليها.

العدد: 5265 المصادف: 2021-02-03 00:56:54


Share on Myspace