إن عالمنا شاسع بشكل لا يصدق ، وغامض في الغالب ، ومربك بشكل عام. نحن محاطون بأسئلة محيرة على المقاييس كبيرة وصغيرة. لدينا بالتأكيد بعض الإجابات ، مثل النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات ، التي تساعدنا (على الأقل الفيزيائيين) على فهم التفاعلات دون الذرية الأساسية ، ونظرية الانفجار العظيم لكيفية بدء الكون ، والتي تنسج قصة كونية معًا في الماضي 13.8 مليار سنة.
ولكن على الرغم من نجاح هذه النماذج ، لا يزال لدينا الكثير من العمل للقيام به. على سبيل المثال ، ما هي الطاقة المظلمة في العالم ، والاسم الذي نعطيه للقوة الدافعة وراء التوسع المتسارع الملحوظ للكون؟ وعلى الطرف الآخر من المقياس ، ما هي النيوترينوات بالضبط ، تلك الجسيمات الصغيرة الشبحية التي تضغط وتكبر في الكون دون أن تتفاعل مع أي شيء؟
للوهلة الأولى ، يبدو هذان السؤالان مختلفين جذريًا من حيث الحجم والطبيعة ، وأيضًا كل شيء قد نفترض أننا بحاجة للإجابة عليهما.
ولكن قد تكون تجربة واحدة تكشف عن إجابات لكليهما. تم تعيين تلسكوب وكالة الفضاء الأوروبية لرسم خريطة الكون المظلم - بالنظر إلى الوراء في الماضي ، حوالي 10 مليار سنة ، عندما يعتقد أن الطاقة المظلمة كانت تستعر. دعونا نتعمق.
كن كبيرا واذهب إلى المنزل
للحفر ، نحن بحاجة إلى البحث. الطريق. على المقاييس ، أكبر بكثير من المجرات (نحن نتحدث مليارات السنين الضوئية هنا ، أيها الناس) ، حيث يشبه كوننا شبكة عنكبوت واسعة ومتوهجة. باستثناء أن نسيج العنكبوت هذا ليس مصنوعًا من الحرير ، ولكن من المجرات. محاليل طويلة ورفيعة للمجرات تربط العقد الكثيفة المتكتلة. هذه العقد هي العناقيد والمدن الصاخبة في المجرات والغازات الساخنة والغنية - جدران واسعة وعريضة من آلاف وآلاف المجرات. وبين هذه الهياكل ، التي تستحوذ على معظم الحجم في الكون ، هي الفراغات الكونية العظيمة ، والصحاري السماوية المليئة بأي شيء على الإطلاق.
تسمى الشبكة الكونية ، وهي أكبر شيء في الكون.
تم بناء هذه الشبكة الكونية ببطء على مدار مليارات السنين بواسطة أضعف قوة في الطبيعة: الجاذبية. عندما كان الكون أصغر جزء من حجمه الحالي ، كان متجانسًا تمامًا. لكن "تقريبًا" مهم هنا: كانت هناك اختلافات صغيرة في الكثافة من بقعة إلى أخرى ، حيث أصبحت بعض أركان الكون أكثر ازدحامًا قليلاً من المتوسط والبعض الآخر أقل من ذلك بقليل.
مع مرور الوقت ، يمكن للجاذبية أن تفعل أشياء مذهلة. في حالة الشبكة الكونية لدينا ، كانت تلك المناطق الكثيفة أعلى قليلاً من المتوسط ذات جاذبية أقوى قليلاً ، مما جذب محيطها إليها ، مما جعل هذه المجموعات أكثر جاذبية ، والتي اجتذبت المزيد من الجيران ، وما إلى ذلك هكذا.
تقدم سريعًا بهذه العملية بعد مليار سنة ، وقمت بتطوير الويب الكوني الخاص بك.
وصفة عالمية
هذه هي الصورة العامة: لإنشاء شبكة كونية ، تحتاج إلى بعض "الأشياء" ، وتحتاج إلى بعض الجاذبية. ولكن من المثير للاهتمام حقًا التفاصيل ، وخاصة تفاصيل الأشياء.
سوف تتكتل أنواع مختلفة من المواد وتشكل الهياكل بشكل مختلف. قد تتشابك بعض أنواع المواد في نفسها ، أو تحتاج إلى إزالة الحرارة الزائدة قبل أن تتجانس ، بينما قد ينضم البعض الآخر بسهولة إلى أقرب طرف. تتحرك أنواع معينة من المادة ببطء كافٍ حتى تتمكن الجاذبية من القيام بعملها بكفاءة ، في حين أن أنواع أخرى من المواد تكون أسطولًا وذكاءًا لدرجة أن الجاذبية بالكاد يمكن أن تضع يدها الضعيفة عليها.
باختصار ، إذا قمت بتغيير مكونات الكون ، فستحصل على شبكات كونية مختلفة المظهر. في أحد السيناريوهات ، قد يكون هناك مجموعات أكثر ثراء وعدد فراغات فارغة أقل مقارنة بسيناريو آخر ، حيث تهيمن الفراغات تمامًا في وقت مبكر من تاريخ الكون ، مع عدم وجود مجموعات تتشكل على الإطلاق.
أحد العناصر المثيرة للاهتمام بشكل خاص هو النيوترينو ، الجسيم الشبحي المذكور أعلاه. بما أن النيوترينو خفيف للغاية ، فإنه ينتقل بسرعة الضوء تقريبًا. هذا له تأثير "تجانس" الهياكل في الكون: الجاذبية ببساطة لا تستطيع القيام بعملها وسحب النيوترينو إلى كرات صغيرة مضغوطة. لذا ، إذا أضفت الكثير من النيوترينوات إلى الكون ، فإن أشياء مثل المجرات بأكملها تنتهي في النهاية إلى عدم القدرة على التكون في الكون المبكر.
مشاكل صغيرة ، حلول كبيرة
هذا يعني أنه يمكننا استخدام الشبكة الكونية نفسها كمختبر ضخم للفيزياء لدراسة النيوترينوات. من خلال فحص بنية الويب وتقسيمها إلى أجزائها المختلفة (المجموعات والفراغات وما إلى ذلك) ، يمكننا الحصول على التعامل المباشر بشكل مدهش مع النيوترينو.
هناك مشكلة واحدة فقط: النيوترينو ليس العنصر الوحيد في الكون. أحد العوامل المربكة الرئيسية هو وجود الطاقة المظلمة ، القوة الغامضة التي تمزق الكون. وكما كنت قد شككت ، فإن هذا يؤثر على الشبكة الكونية بطريقة رئيسية. من الصعب بناء هياكل كبيرة في عالم يتوسع بسرعة ، بعد كل شيء. وإذا نظرت فقط إلى جزء واحد من الشبكة الكونية (على سبيل المثال ، مجموعات المجرات) ، فقد لا يكون لديك معلومات كافية لتحديد الفرق بين تأثيرات النيوترينو وتأثيرات الطاقة المظلمة - وكلاهما يعيق تكتل " أمور."
في بحث نُشر حديثًا على الإنترنت في مجلة arXiv ما قبل الطباعة ، شرح علماء الفلك كيف ستساعد استطلاعات المجرات القادمة ، مثل مهمة Euclid التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ، في الكشف عن خصائص النيوترينو وطاقة الظلام. سيحدد قمر إقليدس مواقع ملايين المجرات ، ويرسم صورة واسعة جدًا للشبكة الكونية. وضمن هذا الهيكل تكمن تلميحات لتاريخ كوننا ، ماض يعتمد على مكوناته ، مثل النيوترينوات والطاقة المظلمة.
من خلال النظر إلى مزيج من أكثر الأماكن ازدحامًا وازدحامًا في الكون (عناقيد المجرات) والأماكن الأكثر فراغًا في الكون (الفراغات) ، قد نحصل على إجابات لكل من طبيعة الطاقة المظلمة (التي سوف تبشر بعصر المعرفة الفيزيائية الجديدة تمامًا) وطبيعة النيوترينوات (التي ستفعل نفس الشيء بالضبط). قد نتعلم ، على سبيل المثال ، أن الطاقة المظلمة تزداد سوءًا ، أو تتحسن ، أو ربما تكون هي نفسها. وقد نتعلم مدى ضخامة النيوترينوات أو عددها الذي يرفرف حول الكون. ولكن بغض النظر عن ذلك ، من الصعب معرفة ما سنحصل عليه حتى ننظر بالفعل.
بول م. سوتر فيزيائي فلكي في جامعة ولاية أوهايومضيف اسأل رائد فضاء و راديو الفضاء، ومؤلف كتاب مكانك في الكون.
