تويت
تقترح نظرية جديدة أن الجسيمات الأعلى سرعة من الضوء و المعروفة باسم (التكيونات- tachyons) بإمكانها الإجابة عن الكثير من الأسئلة الكونية.
إليكم الأسئلة الستة الكبرى عن كوننا و التي لم تفلح الفيزياء الحالية في الإجابة عنها:
ما هي الطاقة الظلماء، تلك المادة الغامضة التي تبدو و كأنها تسرع من عملية تمدد الكون؟
ما هي المادة الظلماء، تلك المادة غير المرئية و التي بمقدورنا أن نكتشفها عن طريق تأثير جاذبيتها على النجوم و المجرات؟
ما سبب التضخم السريع و الواضح للكون مباشرة بعد الانفجار الكبير؟
ما الذي سبب الانفجار العظيم؟
هل هناك الكثير من الانفجارات العظيمة أو الأكوان الأخرى؟
هل هناك سمة مميزة مرتبطة بانتهاء الكون؟
على الرغم من جهود بعض من ألمع العقول على مستوى العالم، فإن النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات – أفضل نظرية حالية لكيفية عمل الكون في مستواه الأساسي – لا يقدم حلًا لهذه الأحجية.
تدّعي نظرية جديدة مقنعة أنها تقدم حلًا للأسئلة الستة مختصرةً بكلمة واحدة.
جاء الجواب، وفقًا لورقة نشرت في مجلة الفيزيائية الأوروبية سي من قبل (هيرب فرايد -(Herb Fried من جامعة براون و(جيف غابليني – Yves Gabellini) من إنلن-جامعة نيس، قد يكون نوعًا من الجسيمات يدعى تايكون.
التايكونات هي الجسيمات الافتراضية التي تسافر أسرع من الضوء. وفقًا للنظرية النسبية الخاصة لآينشتاين – ووفقًا للتجربة حتى الآن – في عالمنا «الحقيقي»، لا يمكن للجسيمات أبدًا أن تسير أسرع من الضوء.
وهو الأمر الذي حدث: و وجدت الجسيمات التي تتخطى حاجز الضوء، ستقضي على أفكارنا عن السبب والنتيجة، سيكون من الممكن أن نرى السبب قبل النتيجة.
على الرغم من كونه مفهوم بسيط، فإن نموذج (فرايد و غابيليني -Fried and Gabellini) مثيرًا للجدل لأنه يتطلب وجود هذه التايكونات: و بالأخص تلك التي تمتلك شحنة كهربائية، التايكونات الفيرمونية و المادة المضادة للتايكونات، تتقلب كجسيمات افتراضية في الفراغ الكمومي ((QV.
(فكرة الجسيمات الظاهرية في حد ذاتها ليست جديدة: في النموذج القياسي، تعتبر قوى مثل الكهرومغناطيسية عبارة عن مجالات جسيمات ظاهرية تتراص بثبات تظهر و تختفي، إذا تم تجميعها معًا، كل هذه الجسيمات الظاهرية تشكل فراغ الكم).
وتضع النسبية الخاصة حظرًا على الجسيمات كي لا تتحرك أسرع من الضوء بالنسبة للمادة العادية والفوتونات، و هذا لا يمنع وجود التيكونات.
ويشرح فريد الأمر: «في وجود حدث ضخم الطاقة، مثل انفجار المستعر الأعظم أو الانفجار العظيم نفسه، ربما مزقت هذه التيكونات الافتراضية الفراغ الكمي ثم استكملت تحليقها في الفراغ الحقيقي(RV) من عالم حياتنا اليومية، كجسيمات حقيقية لم يتم قياسها بعد ».
في حال تخطت هذه التيكونات حدود سرعة الضوء، فيعتقد الباحثون أن كتلتها العالية ومسافاتها القصيرة في التفاعل ستدخل في عالمنا بكمية صغيرة غير قابلة للقياس تبعًا للـ«السببية».
توصّل فرايد و غابيليني إلى نموذجهما القائم على التايكونات بينما كانا يحاولان إيجاد تفسير للطاقة الظلماء في جميع أنحاء الفضاء الذي يبدو أنه يسبب تسارع التوسع المتزايد للكون.
واقترحا أولًا أن الطاقة الظلماء تنتج عن تقلبات أزواج افتراضية من الإلكترونات والبوزيترونات.
ومع ذلك، واجه هذا النموذج صعوبات رياضية مع الأجزاء التخيلية من الأرقام بشكل غير متوقع.
في النسبية الخاصة، بقية كتلة التايكونات يعبر عنها بعدد تخيلي، على عكس بقية كتلة الجسيمات العادية، في حين أن المعادلات والأرقام التخيلية في النموذج الجديد تنطوي على أكثر بكثير من الكتل البسيطة، والفكرة المقترحة هي: أدراك غابيليني أنه من خلال تضمين تردد أزواج التايكونات و التايكونات المضادة فإنه وفرايد يمكنهما إلغاء وإزالة الأرقام التخيلية غير المرغوب فيها من حساباتهما.
علاوة على ذلك، ونتيجة للإستجابة الإبداعية لضروريات الرياضيات: فقد أدرك غابيليني و فرايد أنه بإضافة تايكوناتهما المقترحة إلى النموذج، فإنه يمكن تفسير التضخم أيضًا.
يقول فرايد: «هذا الافتراض (أي تردد أزواج التايكونات و التايكونات المضادة) لا يمكن أن ينفي أي اختبار تجريبي، ويناسب النموذج بشكل جميل مع البيانات التجريبية الحالية عن الطاقة الظلماء وطاقة التضخم».
وبطبيعة الحال، يدرك كلًا من فرايد وغابيليني أن العديد من الفيزيائيين يشعرون بالقلق من النظريات القائمة على افتراضات ثورية كهذه.
ولكن في مجموعها، يشير نموذجهما إلى إمكانية وجود آلية موحدة لا تؤدي فقط إلى التضخم والطاقة الظلماء، ولكن أيضًا إلى المادة الظلماء.
وتشير الحسابات إلى أن هذه التايكونات ذات الطاقة العالية ستعيد امتصاص جميع الفوتونات التي تنبعث منها تقريبًا، وبالتالي ستكون غير مرئية.
كما يشرح فرايد قائلًا: «إذا دخلت التايكونات عالية الطاقة إلى الفراغ الحقيقي (RV) ثم قابلت و أبادت التايكونات المضادة من نفس النوع، هذا ( الانفجار ) الكمومي الصغير من الطاقة يمكن أن يكون بذور لانفجار عظيم آخر، مما قد يؤدي إلى نشوء كونٍ جديد.
هذه «البذور» سوف تكون كثيفة الطاقة، في تلك البقعة من الإبادة، وهي كبيرة لدرجة أن السطح الذي يفصل فراغ الكم من الفراغ الحقيقي سيقذف «الفتات» ، والطاقات الضخمة المخزنة في الفراغ الكمومي ستكون قادرة على تفجير طريقها إلى الفراغ الحقيقي، ما سينتج إنفجارًا عظيمًا لكون جديد. وعلى مدى عدة عصور، يمكن أن يحدث هذا الوضع عدة مرات».
هذا النموذج – مثل أي نموذج آخر لهذه الظواهر غير القابلة للتكرار مثل خلق الكون – يمكن وصفه ببساطة بأنه مجموعة محيرة من التكهنات.
ومع ذلك، فإنه يتناسب مع بيانات التضخم والطاقة الظلماء، بالإضافة إلى أنه يقدم حلًا ممكنًا لظاهرة آخرى تم رصدها مؤخرًا.
خلال السنوات القليلة الماضية، أدرك علماء الفلك أن الثقب الأسود في مركز مجرّتنا درب التبانة، عبارة عن «كتلة فائقة» بما يعادل كتلة مليون أو أكثر من كتلة الشمس.
يمكن رؤية نفس النوع من الثقب الأسود الهائل (SMBH) في مراكز العديد من المجرات الأخرى في عالمنا الحالي.
السؤال الذي لا يزال دون إجابة هو كيف تكوّنت هذه الكتل.
عادةً ما تكون الطاقة المخزّنة في الفراغ الكمومي كبيرة كفاية لمواجهة جاذبية المجرات في الاتجاه المعاكس كي لا تنهار على ذواتها.
تقول نظرية فرايد و غابليني، أنه عندما يشكل الكون الجديد كمية هائلة من طاقة الفراغ الكمومي الموروثة من الكون القديم، ستتطاير الـ «الفتات» بسبب الصدام بين التايكونات و التايكونات المضادة (الانفجار الأعظم الجديد).
في نهاية المطاف، حتى الأجزاء البعيدة من الكون القديم سوف تتأثر، حيث تتسرب طاقة الفراغ الكمومي في الكون القديم إلى الكون الجديد تمامًا كما يهرب الهواء من خلال ثقب في البالون.
ويقترح النقص في طاقة الفراغ الكمومي ضد جاذبية الكون القديم إلى أنه مع وفاة الكون القديم، ستشكل العديد من مجراته ثقوب سوداء فائقة الكتلة في الكون الجديد، كل منها يحتوي على كتلة الشموس و الكواكب للمجرات القديمة.
وقد تشكل بعض هذه الثقوب السوداء فائقة الكتلة مراكز المجرات الجديدة في الكون الجديد.
يقول فرايد، متحدثًا عن مصير ممكن لكوننا: «قد لا يُكَوّن الأمرصورة ممتعة، لكنه على الاقل متسق علميًا وفي عالم غريب غير مستقر من الإنفجارات الأعظمية و الأكوان المتعددة، يصبح «الاتساق» هو أقصى أمانينا.
إليكم الأسئلة الستة الكبرى عن كوننا و التي لم تفلح الفيزياء الحالية في الإجابة عنها:
ما هي الطاقة الظلماء، تلك المادة الغامضة التي تبدو و كأنها تسرع من عملية تمدد الكون؟
ما هي المادة الظلماء، تلك المادة غير المرئية و التي بمقدورنا أن نكتشفها عن طريق تأثير جاذبيتها على النجوم و المجرات؟
ما سبب التضخم السريع و الواضح للكون مباشرة بعد الانفجار الكبير؟
ما الذي سبب الانفجار العظيم؟
هل هناك الكثير من الانفجارات العظيمة أو الأكوان الأخرى؟
هل هناك سمة مميزة مرتبطة بانتهاء الكون؟
على الرغم من جهود بعض من ألمع العقول على مستوى العالم، فإن النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات – أفضل نظرية حالية لكيفية عمل الكون في مستواه الأساسي – لا يقدم حلًا لهذه الأحجية.
تدّعي نظرية جديدة مقنعة أنها تقدم حلًا للأسئلة الستة مختصرةً بكلمة واحدة.
جاء الجواب، وفقًا لورقة نشرت في مجلة الفيزيائية الأوروبية سي من قبل (هيرب فرايد -(Herb Fried من جامعة براون و(جيف غابليني – Yves Gabellini) من إنلن-جامعة نيس، قد يكون نوعًا من الجسيمات يدعى تايكون.
التايكونات هي الجسيمات الافتراضية التي تسافر أسرع من الضوء. وفقًا للنظرية النسبية الخاصة لآينشتاين – ووفقًا للتجربة حتى الآن – في عالمنا «الحقيقي»، لا يمكن للجسيمات أبدًا أن تسير أسرع من الضوء.
وهو الأمر الذي حدث: و وجدت الجسيمات التي تتخطى حاجز الضوء، ستقضي على أفكارنا عن السبب والنتيجة، سيكون من الممكن أن نرى السبب قبل النتيجة.
على الرغم من كونه مفهوم بسيط، فإن نموذج (فرايد و غابيليني -Fried and Gabellini) مثيرًا للجدل لأنه يتطلب وجود هذه التايكونات: و بالأخص تلك التي تمتلك شحنة كهربائية، التايكونات الفيرمونية و المادة المضادة للتايكونات، تتقلب كجسيمات افتراضية في الفراغ الكمومي ((QV.
(فكرة الجسيمات الظاهرية في حد ذاتها ليست جديدة: في النموذج القياسي، تعتبر قوى مثل الكهرومغناطيسية عبارة عن مجالات جسيمات ظاهرية تتراص بثبات تظهر و تختفي، إذا تم تجميعها معًا، كل هذه الجسيمات الظاهرية تشكل فراغ الكم).
وتضع النسبية الخاصة حظرًا على الجسيمات كي لا تتحرك أسرع من الضوء بالنسبة للمادة العادية والفوتونات، و هذا لا يمنع وجود التيكونات.
ويشرح فريد الأمر: «في وجود حدث ضخم الطاقة، مثل انفجار المستعر الأعظم أو الانفجار العظيم نفسه، ربما مزقت هذه التيكونات الافتراضية الفراغ الكمي ثم استكملت تحليقها في الفراغ الحقيقي(RV) من عالم حياتنا اليومية، كجسيمات حقيقية لم يتم قياسها بعد ».
في حال تخطت هذه التيكونات حدود سرعة الضوء، فيعتقد الباحثون أن كتلتها العالية ومسافاتها القصيرة في التفاعل ستدخل في عالمنا بكمية صغيرة غير قابلة للقياس تبعًا للـ«السببية».
توصّل فرايد و غابيليني إلى نموذجهما القائم على التايكونات بينما كانا يحاولان إيجاد تفسير للطاقة الظلماء في جميع أنحاء الفضاء الذي يبدو أنه يسبب تسارع التوسع المتزايد للكون.
واقترحا أولًا أن الطاقة الظلماء تنتج عن تقلبات أزواج افتراضية من الإلكترونات والبوزيترونات.
ومع ذلك، واجه هذا النموذج صعوبات رياضية مع الأجزاء التخيلية من الأرقام بشكل غير متوقع.
في النسبية الخاصة، بقية كتلة التايكونات يعبر عنها بعدد تخيلي، على عكس بقية كتلة الجسيمات العادية، في حين أن المعادلات والأرقام التخيلية في النموذج الجديد تنطوي على أكثر بكثير من الكتل البسيطة، والفكرة المقترحة هي: أدراك غابيليني أنه من خلال تضمين تردد أزواج التايكونات و التايكونات المضادة فإنه وفرايد يمكنهما إلغاء وإزالة الأرقام التخيلية غير المرغوب فيها من حساباتهما.
علاوة على ذلك، ونتيجة للإستجابة الإبداعية لضروريات الرياضيات: فقد أدرك غابيليني و فرايد أنه بإضافة تايكوناتهما المقترحة إلى النموذج، فإنه يمكن تفسير التضخم أيضًا.
يقول فرايد: «هذا الافتراض (أي تردد أزواج التايكونات و التايكونات المضادة) لا يمكن أن ينفي أي اختبار تجريبي، ويناسب النموذج بشكل جميل مع البيانات التجريبية الحالية عن الطاقة الظلماء وطاقة التضخم».
وبطبيعة الحال، يدرك كلًا من فرايد وغابيليني أن العديد من الفيزيائيين يشعرون بالقلق من النظريات القائمة على افتراضات ثورية كهذه.
ولكن في مجموعها، يشير نموذجهما إلى إمكانية وجود آلية موحدة لا تؤدي فقط إلى التضخم والطاقة الظلماء، ولكن أيضًا إلى المادة الظلماء.
وتشير الحسابات إلى أن هذه التايكونات ذات الطاقة العالية ستعيد امتصاص جميع الفوتونات التي تنبعث منها تقريبًا، وبالتالي ستكون غير مرئية.
كما يشرح فرايد قائلًا: «إذا دخلت التايكونات عالية الطاقة إلى الفراغ الحقيقي (RV) ثم قابلت و أبادت التايكونات المضادة من نفس النوع، هذا ( الانفجار ) الكمومي الصغير من الطاقة يمكن أن يكون بذور لانفجار عظيم آخر، مما قد يؤدي إلى نشوء كونٍ جديد.
هذه «البذور» سوف تكون كثيفة الطاقة، في تلك البقعة من الإبادة، وهي كبيرة لدرجة أن السطح الذي يفصل فراغ الكم من الفراغ الحقيقي سيقذف «الفتات» ، والطاقات الضخمة المخزنة في الفراغ الكمومي ستكون قادرة على تفجير طريقها إلى الفراغ الحقيقي، ما سينتج إنفجارًا عظيمًا لكون جديد. وعلى مدى عدة عصور، يمكن أن يحدث هذا الوضع عدة مرات».
هذا النموذج – مثل أي نموذج آخر لهذه الظواهر غير القابلة للتكرار مثل خلق الكون – يمكن وصفه ببساطة بأنه مجموعة محيرة من التكهنات.
ومع ذلك، فإنه يتناسب مع بيانات التضخم والطاقة الظلماء، بالإضافة إلى أنه يقدم حلًا ممكنًا لظاهرة آخرى تم رصدها مؤخرًا.
خلال السنوات القليلة الماضية، أدرك علماء الفلك أن الثقب الأسود في مركز مجرّتنا درب التبانة، عبارة عن «كتلة فائقة» بما يعادل كتلة مليون أو أكثر من كتلة الشمس.
يمكن رؤية نفس النوع من الثقب الأسود الهائل (SMBH) في مراكز العديد من المجرات الأخرى في عالمنا الحالي.
السؤال الذي لا يزال دون إجابة هو كيف تكوّنت هذه الكتل.
عادةً ما تكون الطاقة المخزّنة في الفراغ الكمومي كبيرة كفاية لمواجهة جاذبية المجرات في الاتجاه المعاكس كي لا تنهار على ذواتها.
تقول نظرية فرايد و غابليني، أنه عندما يشكل الكون الجديد كمية هائلة من طاقة الفراغ الكمومي الموروثة من الكون القديم، ستتطاير الـ «الفتات» بسبب الصدام بين التايكونات و التايكونات المضادة (الانفجار الأعظم الجديد).
في نهاية المطاف، حتى الأجزاء البعيدة من الكون القديم سوف تتأثر، حيث تتسرب طاقة الفراغ الكمومي في الكون القديم إلى الكون الجديد تمامًا كما يهرب الهواء من خلال ثقب في البالون.
ويقترح النقص في طاقة الفراغ الكمومي ضد جاذبية الكون القديم إلى أنه مع وفاة الكون القديم، ستشكل العديد من مجراته ثقوب سوداء فائقة الكتلة في الكون الجديد، كل منها يحتوي على كتلة الشموس و الكواكب للمجرات القديمة.
وقد تشكل بعض هذه الثقوب السوداء فائقة الكتلة مراكز المجرات الجديدة في الكون الجديد.
يقول فرايد، متحدثًا عن مصير ممكن لكوننا: «قد لا يُكَوّن الأمرصورة ممتعة، لكنه على الاقل متسق علميًا وفي عالم غريب غير مستقر من الإنفجارات الأعظمية و الأكوان المتعددة، يصبح «الاتساق» هو أقصى أمانينا.