نحن نحصل على شيء خاطئ حول الكون.
قد يكون شيئًا صغيرًا: مشكلة في القياس تجعل بعض النجوم تبدو أقرب أو أبعد مما تكون عليه ، وهو أمر يمكن للفيزيائيين الفلكيين إصلاحه ببعض التعديلات على كيفية قياس المسافات عبر الفضاء. قد يكون شيئًا كبيرًا: خطأ - أو سلسلة من الأخطاء - في علم الكونيات ، أو فهمنا لأصل الكون وتطوره. إذا كان هذا هو الحال ، فقد يخرب تاريخنا الكامل للفضاء والزمان. ولكن مهما كانت المشكلة ، فإنه يجعل الملاحظات الرئيسية للكون تختلف مع بعضها البعض: إذا تم قياسه بطريقة واحدة ، يبدو أن الكون يتوسع بمعدل معين. قياسًا بطريقة أخرى ، يبدو أن الكون يتوسع بمعدل مختلف. وكما تظهر ورقة جديدة ، فقد ازدادت هذه التناقضات في السنوات الأخيرة ، حتى مع زيادة القياسات.
قالت كاتي ماك ، عالمة الكونيات النظرية في جامعة ولاية نورث كارولينا (NCSU) والمؤلفة المشاركة في البحث الجديد: "نعتقد أنه إذا كان فهمنا لعلم الكون صحيحًا ، فيجب أن تقدم لنا جميع هذه القياسات المختلفة نفس الإجابة". .
يعمل القياسان الأكثر شهرة بشكل مختلف تمامًا عن بعضهما البعض. يعتمد الأول على خلفية الميكروويف الكونية (CMB): بقايا إشعاع الميكروويف من اللحظات الأولى بعد الانفجار العظيم. قام علماء الكونيات ببناء نماذج نظرية لتاريخ الكون بأكمله على أساس CMB - نماذج يثقون بها تمامًا ، وسيتطلب ذلك فيزياء جديدة تمامًا للكسر. وقال ماك إنهما معًا ، فإنهما ينتجان رقمًا دقيقًا بشكل معقول لثابت هابل ، أو H0 ، الذي يتحكم في مدى سرعة الكون في التوسع.
يستخدم القياس الثاني السوبرنوفا والنجوم الوامضة في المجرات القريبة ، والمعروفة باسم سيفيدس. من خلال قياس مدى بُعد تلك المجرات عن مجرتنا ، ومدى سرعة تحركها بعيدًا عنا ، حصل الفلكيون على ما يعتقدون أنه قياس دقيق جدًا لثابت هابل. وهذه الطريقة تقدم H0 مختلفة.
وقال ماك لـ Live Science: "إذا حصلنا على إجابات مختلفة فهذا يعني أن هناك شيئًا لا نعرفه". "هذا يتعلق حقًا ليس فقط بفهم معدل التمدد الحالي للكون - وهو أمر يهمنا - ولكن فهم كيفية تطور الكون ، وكيف تطور التمدد ، وما هو الزمكان الذي يفعل كل هذا زمن."
قال Weikang Lin ، وهو أيضًا عالم كونيات في NCSU والمؤلف الرئيسي للورقة ، أنه من أجل تطوير صورة كاملة للمشكلة ، قرر الفريق تقريب جميع الطرق المختلفة "لتقييد" H0 في مكان واحد. لم يتم بعد مراجعة الورقة أو نشرها بشكل رسمي ، وهي متاحة على خادم arXiv ما قبل الطباعة.
إليك ما يعنيه "التقييد": نادرًا ما تقدم القياسات في الفيزياء إجابات دقيقة. بدلاً من ذلك ، وضعوا قيودًا على نطاق الإجابات المحتملة. ومن خلال النظر إلى هذه القيود معًا ، يمكنك معرفة الكثير عن شيء تدرسه. بالنظر من خلال تلسكوب واحد ، على سبيل المثال ، قد تتعلم أن نقطة الضوء في الفضاء إما حمراء أو صفراء أو برتقالية. قد يخبرك الآخر أنه أكثر إشراقًا من معظم الأضواء الأخرى في الفضاء ولكنه أقل سطوعًا من الشمس. قد يخبرك الآخر أنه يتحرك عبر السماء بسرعة كوكب. لن يخبرك أي من هذه القيود بالكثير من تلقاء نفسها ، ولكن معًا ، يقترحون أنك تنظر إلى المريخ.
نظر لين وماك والمؤلف المشارك الثالث ، طالب الدراسات العليا NCSU Liqiang Hou ، إلى القيود المفروضة على ثابتين: H0 ، وشيء يسمى "الجزء الكتلي" من الكون ، يشار إليه باسم Ωm ، والذي يخبرك كم من الكون هي الطاقة ، وكم هي المادة. وقال لين إن العديد من قياسات H0 تقيد أيضًا ميكرومتر ، لذا من المفيد النظر إليها معًا.
أنتجت هذه المؤامرة الملونة:
البيضاوي الأرجواني الممدد المسمى WMAP عبارة عن مجموعة من الكسور الجماعية الممكنة وثوابت هابل التي كانت ممكنة استنادًا إلى دراسة سابقة سابقة لوكالة ناسا لـ CMB ، والمعروفة باسم مسبار ويلكينسون الميكروويف المتغاير. يشير العمود الأصفر المسمى CV SN (اختصار لـ "Cepheid-Calibrated Type-Ia Supernovae") إلى قياسات Cepheid-supernova ، التي لا تقيد الجزء الكتلي من الكون ، ولكنها تقيد H0. يمثل الشريط الأحمر المسمى SN P (اختصار لـ "Type-Ia Supernovae Pantheon") قيدًا رئيسيًا على الجزء الكتلي من الكون.
يمكنك أن ترى أن حواف WMAP و CV SN تتداخل ، غالبًا خارج الشريط الأحمر. كانت هذه هي صورة التناقض قبل بضع سنوات ، قال ماك: من الأهمية بمكان أن تقلق من أن القياسين يظهران إجابات مختلفة ، ولكن ليست كبيرة بحيث تجعلهما غير متوافقين مع تعديل بسيط.
ولكن في السنوات الأخيرة كان هناك قياس جديد لـ CMB من مجموعة تسمى Planck Collaboration. تعاون Planck ، الذي أطلق أحدث مجموعة بيانات له في 2018 ، وضع قيودًا صارمة جدًا على الكسر الشامل ومعدل التوسع للكون ، والذي يُشير إليه الشظية السوداء على قطعة الأرض المسماة Planck.
الآن ، كتب المؤلفون ، تظهر صورتان مختلفتان للغاية للكون. Planck و WMAP - جنبًا إلى جنب مع مجموعة من الأساليب الأخرى لتقييد H0 و Ωm - كلها متوافقة تقريبًا. هناك مكان على المخطط ، في دائرة الشرطات البيضاء ، حيث تسمح جميعها بإجابات مماثلة عن مدى سرعة الكون في التمدد وكم منه مصنوع من المادة. يمكنك أن ترى أن كل الأشكال الموجودة في الرسم تقريبًا تمر عبر هذه الدائرة.
لكن القياس الأكثر مباشرة ، بناءً على دراسة مدى بُعد الأشياء في كوننا المحلي ومدى سرعة تحركها ، لا يتفق. قياس Cepheid هو طريق إلى اليمين ، ولا حتى أشرطة الخطأ الخاصة به (البتات الصفراء الباهتة ، التي تشير إلى نطاق القيم المحتملة) تمر عبر الدائرة المتقطعة. وهذه مشكلة.
قالت ريزا ويتشلر ، عالمة الكونيات في جامعة ستانفورد التي لم تشارك في هذه الورقة: "كان هناك الكثير من النشاط في هذه المنطقة خلال الأشهر القليلة الماضية". "لذا من اللطيف حقًا رؤية كل شيء ملخَّصًا. إن تأطيره من حيث H0 و Ωm ، وهما معلمتان أساسيتان ، يوضح حقًا".
مع ذلك ، قال Wechsler لـ Live Science ، من المهم عدم القفز إلى أي استنتاجات.
وقالت "الناس متحمسون لهذا لأنه قد يعني أن هناك فيزياء جديدة ، وسيكون ذلك مثيرا حقا".
من الممكن أن يكون نموذج CMB خاطئًا بطريقة ما ، وهذا يؤدي إلى نوع من الخطأ المنهجي في كيفية فهم الفيزيائيين للكون.
قال ويكسلر: "سيحب الجميع ذلك. يحب الفيزيائيون كسر نماذجهم". "لكن هذا النموذج يعمل بشكل جيد حتى الآن ، لذا فإن أول شيء لدي هو أنه يجب أن يكون هناك دليل قوي لإقناعي."
وقال ماك إن الدراسة تظهر أنه سيكون من الصعب مطابقة قياس Cepheid من الكون المحلي مع جميع الآخرين من خلال إدخال قطعة واحدة جديدة فقط من الفيزياء.
قال ماك إنه من الممكن أن حساب المستعر الأعظم-السيفيد خطأ. ربما يقوم الفيزيائيون بقياس المسافات في كوننا المحلي بشكل خاطئ ، وهذا يؤدي إلى سوء تقدير. وقالت إنه من الصعب تخيل ما سيكون عليه هذا الحساب الخاطئ. قام الكثير من علماء الفيزياء الفلكية بقياس المسافات المحلية من نقطة الصفر وخلصوا إلى نتائج مماثلة. أحد الاحتمالات التي أثارها المؤلفون هو أننا نعيش في قطعة غريبة من الكون حيث يوجد عدد أقل من المجرات وجاذبية أقل ، لذا فإن جوارنا يتوسع بشكل أسرع من الكون ككل.
وقالت إن الجواب على المشكلة يمكن أن يكون قاب قوسين أو أدنى. ولكن على الأرجح أنها على بعد سنوات أو عقود.
وقالت "إنه إما شيء جديد في الكون أو أنه شيء لا نفهمه حول قياساتنا".
قالت Wechsler أنها ستراهن على الأخيرة - ربما هناك شيء غير صحيح تمامًا حول أشرطة الخطأ حول بعض القياسات المعنية ، وبمجرد حلها ، ستتناسب الصورة معًا بشكل أكثر دقة.
قد توضح القياسات القادمة التناقض - إما تفسيره أو زيادته ، مما يشير إلى ضرورة وجود مجال جديد للفيزياء. من المفترض أن يجد تلسكوب المسح السينوبتيكي الكبير ، المقرر إطلاقه على الإنترنت في عام 2020 ، مئات الملايين من السوبرنوفا ، والتي يجب أن تحسن بشكل كبير مجموعات البيانات التي يستخدمها علماء الفيزياء الفلكية لقياس المسافات بين المجرات. في نهاية المطاف ، قال ماك ، ستصبح دراسات الموجات التثاقلية جيدة بما يكفي لتقييد توسع الكون أيضًا ، مما يجب أن يضيف مستوى آخر من الدقة إلى علم الكونيات. وقالت إن الفيزيائيين قد يطورون في المستقبل أدوات حساسة بما يكفي لمشاهدة الأجسام تتوسع بعيدًا عن بعضها البعض في الوقت الفعلي.
ولكن في الوقت الحالي لا يزال علماء الكون ينتظرون ويتساءلون لماذا لا تكون قياساتهم للكون منطقية معًا.
