نموذج جديد لنشأة الكون يربك نظرية الانفجار الكبير

النموذج السائد لعلم الكون، والمستند إلى نظرية النسبية العامة لأينشتاين، يقدّر عمر الكون بنحو 13,8 مليار سنة، ويقترح نشوءه من "فرادة" –نقطة كثيفة لامتناهية الصغر– لحظة الانفجار الكبير.

ولفهم ما حدث داخل تلك الفرادة الدقيقة، يتعين على العلماء المزاوجة بين النسبية العامة وميكانيكا الكمّ –القوانين الحاكمة للجسيمات. وقد شكّل تطبيق التخصصين تحديًا لعلماء الفيزياء عقودًا عدة. فكما يقول أحمد فرج علي -عالم الفيزياء في مدينة زويل للعلوم والتكنولوجيا، مصر-: "تمثل فرادة الانفجار الكبير المشكلة الأكثر خطورة للنسبية العامة؛ إذ يبدو أن قوانين الفيزياء تتوقف هناك". 

في محاولة للجمع بين قوانين ميكانيكا الكمّ والنسبية العامة، ولحلّ لغز الفرادة، استخدم علي وسوريا داس -عالم الفيزياء في جامعة ليثبريدج في ألبرتا، كندا- معادلة تتوقع استخدام الفرادات في النسبية العامة. هذه المعادلة كان أمل كُمر رايشودوري -أستاذ داس السابق- قد وضعها عندما كان داس لا يزال طالبًا في جامعة بريزدنسي، كلكتا، الهند، لذا كان داس على دراية بها، بل شديد الإعجاب بها.  

عندما أجرى علي وداس تصحيحات كمية صغيرة على معادلة رايشودوري، استنتجا أنها تصف سائلاً مشكلاً من جسيمات صغيرة تتخلل الفراغ. ولطالما اعتقد الفيزيائيون أن صيغة الكمّ للجاذبية ستتضمن جسيمًا افتراضيًّا، يُدعى جرافيتون Graviton، يولّد قوة الجذب. وفي نموذجهم الجديد -الذي سيظهر في عدد فبراير من دورية Physics Letters B¹ - يفترض علي وداس أن جرافيتونات كهذه يمكنها تشكيل هذا السائل.

ولفهم أصل الكون، استخدما هذه المعادلة المصححة لتتبع سلوك هذا السائل عبر الزمن الماضي. وما أثار دهشتهما أنهما وجدا أنه لم يقترب من الفرادة. وبدلاً من ذلك، بدا أن الكون كان موجودًا منذ الأزل. على الرغم من أنه كان أصغر في الماضي، فإنه لم يتلاش تمامًا إلى العدم، وفق قول داس.  

يقول علي: "تصلح نظريتنا لإكمال نظرية النسبية العامة لأينشتاين، الناجحة جدًّا في وصف الفيزياء على مدى مسافات شاسعة"، مضيفًا: "ولكن الفيزيائيين يعلمون أنه من أجل وصف المسافات القصيرة، فإنه لا بد من استيعاب ميكانيكا الكمّ، ومعادلة رايشودوري خطوة كبرى لتحقيق ذلك". 

كما يمكن لهذا النموذج أن يساعد في حل سرّين آخرين من أسرار الكون الغامضة. في أواخر تسعينيات القرن الماضي، اكتشف علماء الفلك أن توسع الكون يتسارع بسبب وجود طاقة مظلمة غامضة مجهولة المنشأ. هذا النموذج يستطيع تفسيرها؛ نظرًا لكون السائل يشكل قوة صادرة صغرى ولكنها ثابتة تؤدي إلى توسيع الفضاء. ويعلق داس قائلا: "هذه هي النتيجة السعيدة غير المقصودة لعملنا". 

يعرف علماء الفلك أيضًا أن معظم المادة الكونية يوجد بحالة غامضة لامرئية تُدعى المادة المظلمة، ويمكن إدراكها فقط من خلال تأثيرها الجاذب للمواد المرئية كالنجوم. عندما أعد داس وأحد زملائه كتلة الجرافيتون في النموذج على مقياس صغير، تمكنوا من جعل كثافة السائل مطابقة لكثافة مادة الكون المظلمة الملحوظة، في نفس وقت تقديمها أيضًا للقيمة الصحيحة لقوة دفع المادة المظلمة². 

وعن أهميتها يقول علي: "إنها المرة الأولى التي يتمكن فيها أي كان من إظهار أن هاتين المشكلتين الرئيسيتين في علم الكون يمكن حلهما في الوقت نفسه بواسطة معادلة الكمّ لرايشودوري".

ويضيف داس: "لدينا شعور عميق بالرضا؛ لأن هذا النموذج قد يتمكن بضربة واحدة من حلّ بعض أكثر القضايا الكونية أهمية".  

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.