جنرال لواء

الألغاز العظيمة للمادة المظلمة والطاقة المظلمة


واحدة من أكثر الألغاز المحيرة حول الكون هي ببساطة ، "أين كل شيء؟"

كل ما يمكننا رؤيته أو العثور عليه أو التفاعل معه يتكون من جسيمات نفهمها في الغالب مثل الفوتونات والإلكترونات والكواركات والغلوونات وغيرها.

ومع ذلك ، عندما ننظر إلى المحيط الكوني الأكبر من حولنا ، نجد أن كل هذا يشكل أقل بقليل من 5٪ من الكون ؛ الباقي غير مرئي. نطلق على المكونات المفقودة الطاقة المظلمة (68٪) والمادة المظلمة (27٪) ، ولكن هذا هو الشيء ...

نحن لا نعرف حقا ما هم.

ومع ذلك ، هناك عدد قليل من النظريات الثابتة القائمة على ما نعرفه عن هذه الأشياء. أكثر من ذلك ، هناك الكثير مما يمكننا قوله على وجه اليقين حول هذه الطاقات المراوغة بفضل العمل الرائع المشترك لآلاف العلماء.

ماذا نعرف في الواقع؟

هناك الكثير الذي لا نعرف عنه المادة المظلمة و الطاقة المظلمة، ولكن هناك الكثير من الأشياء التي يمكننا أن نقول عنها بشكل نهائي.

لقد لاحظنا أن الطاقة المظلمة تؤثر على تمدد الكون ، إلا أنها أصبحت بارزة وقابلة للاكتشاف منذ حوالي 6 إلى 9 مليارات سنة.

يبدو أنه هو نفسه في جميع الاتجاهات لأنه يحتوي على كثافة طاقة ثابتة على مدار الوقت ، ولا يتكتل أو يتجمع مع المادة التي تشير إلى أنها موحدة في جميع أنحاء الفضاء.

عندما ننظر إلى كيفية توسع الكون ، فإن الطاقة المظلمة مطلوبة تمامًا ، حيث يوجد حوالي 68 ٪ من إجمالي طاقة الكون حاليًا في شكل طاقة مظلمة.

من ناحية أخرى ، أظهرت المادة المظلمة آثارها على تاريخ الكون البالغ 13.8 مليار سنة. تتطلب الشبكة الكونية العظيمة للهيكل ، من الأزمنة الأولى إلى يومنا هذا ، وجود المادة المظلمة في حوالي خمسة أضعاف وفرة المادة العادية.

تتكتل المادة المظلمة وتتجمع ، ويمكن رؤية آثارها في تكوين أقدم الكوازارات والمجرات وسحب الغاز.

حتى قبل ذلك ، تظهر تأثيرات الجاذبية للمادة المظلمة في أقرب ضوء من الكون: الخلفية الكونية الميكروية ، أو التوهج المتبقي من الانفجار العظيم.

يتطلب نمط العيوب أن يتكون الكون من حوالي 27٪ من المادة المظلمة ، مقارنة بـ 5٪ فقط من المادة العادية. بدونها ، سيكون من المستحيل شرح كل ما نلاحظه.

لكن هل هذا يعني بالضرورة أن المادة المظلمة والطاقة المظلمة قد نشأت مرة أخرى في لحظة الانفجار العظيم؟ أم أن هناك احتمالات أخرى؟

الشيء الصعب في الكون هو أنه يمكننا فقط رؤية الأجزاء التي يمكننا الوصول إليها اليوم. عندما يكون التأثير صغيرًا جدًا بحيث لا يمكن رؤيته - مثل عندما تكون التأثيرات الأخرى أكثر أهمية - يمكننا فقط استخلاص الاستنتاجات ، وليس الاستنتاجات الصلبة.

أين تكمن المشاكل في Dark Energy:

تصبح التأثيرات الصغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها مشكلة خاصة للطاقة المظلمة. عندما يتمدد الكون ، فإنه يضعف. يزداد الحجم بينما يظل العدد الإجمالي للجزيئات كما هو.

تنخفض كثافة المادة (الطبيعية والظلام) ، لكن كثافة الطاقة المظلمة تظل ثابتة.

قد يكون كوننا تهيمن الطاقة المظلمة اليوم ، ولكن هذا حدث حديث نسبيًا. في الماضي ، كان الكون أصغر وأكثر كثافة ، مما يعني أن كثافة المادة كانت أعلى بكثير.

منذ حوالي 6 مليارات سنة ، كانت المادة وكثافة الطاقة المظلمة متساوية ؛ منذ حوالي 9 مليارات سنة ، كانت كثافة الطاقة المظلمة منخفضة بدرجة كافية بحيث لم تكن آثارها على معدل توسع الكون ملحوظة.

كلما ابتعدنا عن الزمن (أو حجم / حجم الكون) ، زادت صعوبة رؤية وقياس تأثيرات الطاقة المظلمة.

إلى أقصى حد ممكن ، يبدو أن الطاقة المظلمة لها كثافة طاقة ثابتة تمامًا.

يمكننا استخدام البيانات التي لدينا لتقييد معادلة الطاقة المظلمة للحالة ، والمحددة بكمية معروفة باسمث. إذا كانت الطاقة المظلمة هي بالضبط ثابت كوني ، إذنث = -1 بالضبط ، ولا يتغير بمرور الوقت.

هذا لا يعني بالضرورة أن الطاقة المظلمة كانت موجودة دائمًا بكثافة طاقة ثابتة. ذلك استطاع تتغير بمرور الوقت ، طالما أنها تتغير ضمن بعض قيود المراقبة.

يمكن أن يكون هناك اتصالبين الطاقة المظلمة والتوسع الأولي للكون قبل الانفجار العظيم المعروف باسم التضخم الكوني ، وهي الفكرة الكامنة وراء حقول الجوهر (مفهوم معقد للغاية لن نلمسه بقطب يبلغ 10 أقدام).

أو يمكن أن تكون الطاقة المظلمة تأثيرًا لم يكن موجودًا في المراحل الأولى من الكون ، ولم يظهر إلا مؤخرًا.

ليس لدينا أي دليل يتحدث بطريقة أو بأخرى عن وجود أو غياب الطاقة المظلمة خلال أول 4 مليارات سنة أو نحو ذلك من تاريخ الكون.

لدينا أسباب وجيهة لنفترض أن ذلك لم يتغير ، ولكن ليس اليقين القائمين على دعمه. ما الذي دفع أكثر من مجرد عدد قليل من علماء الفيزياء الفلكية إلى حافة الجنون؟

الحقيقة المظلمة للمادة المظلمة:

على عكس الطاقة المظلمة ، يجب أن تكون المادة المظلمة موجودة عمليًا منذ البداية.

نمط التقلبات التي نراها في إشعاع الخلفية هو أقرب دليل لدينا على المادة المظلمة في عالمنا ، يعود تاريخه إلى ما يقرب من 380،000 سنة بعد الانفجار العظيم.

والأكثر إثارة للاهتمام ، أن ما تم طبعه بالفعل في هذا النمط من القمم والوديان هو أن النسبة الحرجة 5 إلى 1 مع المادة العادية.

لم تكن المادة المظلمة توفر فقط بذور البنية ، مما يتسبب في سقوط المزيد والمزيد من المادة المظلمة في المناطق شديدة الكثافة (وفقدانها من المناطق منخفضة الكثافة) ولكنها كانت تفعل ذلك منذ المراحل الأولى في الكون. .

هذا لا يعني بالضرورة ، مع ذلك ، أن المادة المظلمة كانت موجودة في لحظة الانفجار العظيم.

كان من الممكن إنشاء المادة المظلمة منذ اللحظة التي انتهى فيها التضخم. يمكن أن يكون قد تم إنشاؤه من التفاعلات عالية الطاقة التي حدثت بعد ذلك مباشرة ؛ يمكن أن تكون قد نشأت من الجسيمات في مقاييس الطاقة في نظرية التوحيد الكبرى في وقت لاحق.

نحن ببساطة لا نعرف.

بدون معرفة بالضبط ما هي المادة المظلمة - بما في ذلك ما إذا كانت جسيمًا أم لا - لا يمكننا أن نقول بأي قدر من اليقين بالضبط متى نشأت.

ولكن من قياسات البنية الكبيرة للكون ، بما في ذلك التوقيعات المطبوعة في الصورة الأولى للجميع ، يمكننا أن نكون على يقين تام من أن المادة المظلمة نشأت في المراحل المبكرة جدًا من الانفجار العظيم ، وربما في البداية. من كل ذلك.

ربما كانت الطاقة المظلمة موجودة طوال الوقت ، أو ربما ظهرت بعد ذلك بكثير. يبدو لاحقًا أكثر احتمالًا على الرغم من وجود استكشاف كبير لفكرة أنه فقط عندما تتشكل بنية معقدة ، تظهر الطاقة المظلمة وتصبح مهمة في الكون.

انتظر - هل نعرف بالفعل أي شيء؟

التحدي الأكبر لعلم الكونيات الحديث هو الكشف عن طبيعة هذه المكونات المفقودة للكون. إذا تمكنا من فعل ذلك بالضبط ، فسنبدأ في فهم متى وكيف نشأت المادة المظلمة والطاقة المظلمة.

ما يمكننا قوله على وجه اليقين هو أنه في المراحل المبكرة جدًا ، كان الإشعاع هو المكون المهيمن في الكون ، مع وجود كميات ضئيلة من المادة الطبيعية دائمًا.

قد تكون المادة المظلمة قد نشأت في البداية ، أو ربما نشأت بعد ذلك بقليل ، لكنها لا تزال مبكرة جدًا. يُعتقد حاليًا أن الطاقة المظلمة كانت موجودة دائمًا ، ولكنها أصبحت مهمة وقابلة للاكتشاف فقط عندما كان عمر الكون بالفعل مليارات السنين.

تحديد الباقي مهمة لمستقبلنا العلمي.


شاهد الفيديو: The search for dark matter -- and what weve found so far. Risa Wechsler (ديسمبر 2021).