لا يدرك الكثير منا أن مصير الكون ، الذي تحكمه قوانين النظرية النسبية العامة ، والذي بدأ مع الانفجار الكبير قبل 13.8 مليار سنة ، كان محددًا مسبقًا منذ ولادته. الشروط الأولية هي سباق بين التوسع الأساسي ، الذي يعمل على تشتيت المادة والطاقة على الجانبين ، والجاذبية ، التي تعمل على تجميع كل شيء معًا ، وإبطاء التمدد ، وإذا أمكن ، ضغط الكون في الانهيار. إذا كنا نعرف كيف يتوسع الكون ، وكيف حدث في الماضي ، يمكننا حساب ما يتكون منه وما سيكون مصيره - ولكن فقط إذا تمكنا من
قياس الماضي بدقة.
تلقيت هذا الأسبوع عددًا كبيرًا من الأسئلة حول التقارير
الإخبارية التي تفيد بأن الكون يتوسع بشكل أسرع مما كان متوقعًا. المشكلة هي هذه: إذا كان مصير الكون يعتمد على سرعة التوسع ، الحالية والماضية ، وقمنا بقياسه بشكل غير صحيح ، فهل يمكن أن تكون استنتاجاتنا حول الكون خاطئة أيضًا؟ ألا يمكن أن يكون هناك طاقة مظلمة فيها؟ هل يمكن أن يكون الكون لا يتسارع على الإطلاق منا؟ هل يمكن أن تتباطأ سرعة التوسع وتصبح ضغطًا كبيرًا في المستقبل؟ للإجابة على هذه الأسئلة ، تحتاج إلى الرجوع إلى الأساس العلمي لما يحدث.
إن أبسط طريقة لقياس تمدد الكون هي مراقبة الأشياء المعروفة لنا جيدًا. هذه نجوم فردية ، مجرات دوارة ، مستعرات أعظمية ، إلخ. يمكننا قياس سطوعها وانزياحها الأحمر. إذا كنا نعرف السطوع الحقيقي لشيء ما - وللأشياء المدروسة جيدًا نعرفه - وقياس سطوعه الظاهر ، يمكننا حساب مدى بعده ، تمامًا كما يمكننا معرفة المسافة إلى مصباح 60 وات عن طريق قياس سطوعه المرئي . يطلق الفلكيون على هذه الأشياء اسم "الشموع القياسية" ، لأن هذه الفكرة ولدت قبل فترة طويلة من المصابيح الكهربائية. مع توسع الكون ، يسمح لنا قياس الانزياح الأحمر والمسافة بمراقبة كيفية توسع الفضاء اليوم. ومن خلال العمل على مسافات أكبر من أي وقت مضى ، يمكننا ملاحظة كيف تغير معدل التوسع بمرور الوقت.
يعمل هذا المفهوم للعديد من الأجسام المختلفة: النجوم المتغيرة Cepheid ، والتقلبات على سطح المجرات اللولبية ، والعمالقة الحمراء المتطورة ، والمجرات اللولبية الدوارة والنوع المستعر الأعظم من النوع Ia - يمكن العثور على هذه الأخيرة على مسافات أكبر. تم استخدام مزيج من هذه الطرق في التسعينات والعام 2000 لتحديد معدل توسع هابل للكون بدقة لا تصدق: 72 ± 7 كم / ثانية / MPC. كان هذا إنجازًا كبيرًا مقارنة بالتقديرات السابقة ، التي تراوحت من 50 إلى 100. وقد تم تسمية تلسكوب هابل الفضائي ، الذي أجرى هذه القياسات ، بسبب نية قياس ثابت هابل!
ولكن منذ ذلك الوقت ، قمنا بتحسين القياسات وتقليل الأخطاء ، مما أدى إلى مشكلة جديدة: القياسات المختلفة تعطي قيمًا مختلفة لمعدل التوسع.
تتمثل إحدى طرق قياس تاريخ توسع الكون في اللجوء إلى إشعاع الإشعاع ، التوهج المتبقي للانفجار الكبير. تسمح لنا تقلباته وبعض الخصائص العامة بحساب معدل التوسع. يمنحنا القمر الصناعي بلانك قيمة
67 ± 2 كم / ثانية / MPC ، والتي تتزامن مع القياسات السابقة ، مما يزيد من الدقة. من مجموعات المجرات على أكبر المقاييس (التذبذبات الصوتية الباريونية) المقاسة في مسح Sloan Digital Sky Survey وغيرها ، نحصل على قيمة
68 ± 1 كم / ثانية / MPC . ويمنحنا هذان البعدان قيمًا تتوافق مع القياسات السابقة ومع بعضها البعض. ولكن إذا انتقلنا إلى البيانات المتعلقة بالسيفيدس والمستعرات الأعظمية ، عندما ندرس السيفيد والمستعرات الأعظمية من النوع Ia في نفس المجرة ، نحصل على نفس القيمة الدقيقة ، والتي ، مع ذلك ، لا تتزامن مع الآخرين:
73 ± 2 كم / ثانية / MPC .
هذا هو السبب في استمرار هذه الضجة. بدأ البعض في تقديم نظريات بديلة غريبة ، مثل
تطور الطاقة المظلمة ، بينما يتساءل البعض الآخر بالفعل عن أساسيات علم الكونيات. ولكن من المحتمل ، بل ومن المحتمل ، أن تكون المشكلة غير موجودة على الإطلاق. لا تتضمن هذه الأخطاء الأخطاء المنهجية ، أو عدم اليقين الكامن في عملية القياس. تسمح لنا البيانات حول السيفيد والمستعرات الأعظمية بإعادة إنشاء سلم المسافات الكونية ، حيث بنيت كل خطوة من الكون المتوسع على خطوة سابقة أقرب. إذا أخطأت مبكرًا:
• في قياس المنظر لأقرب سيفيدس ،
• مستوى هذه الأشياء ،
• فيما يتعلق بسطوع ومسافة أي من الخطوات ،
• في السطوع الحقيقي المفترض للشموع القياسية ،
• حول بيئة الظواهر المكتشفة ،
ثم سيتم تطبيق هذا الخطأ على جميع الإنشاءات اللاحقة. على الرغم من عدم اليقين الصغير في سلم المسافة هذا ، تجدر الإشارة إلى أن هناك أربع طرق مستقلة لمعايرة ثابت هابل ، وكل منها يعطي قيمة مختلفة ، من 71.82 إلى 75.91 ، وخطأ كل منها هو 3 تقريبًا.
ومن المأمول أن تؤدي قياسات اختلاف المنظر المخطط لها إلى تحسين هذه الشكوك وتساعد على فهم الأخطاء المنهجية التي تمر بها هذه الاختلافات. من المثير للاهتمام للغاية مناقشة مواضيع غير عادية ، ولكن على الأرجح ، تشير علامات عدم اليقين الجديدة هذه في ثابت هابل إلى فرصة لفهم أفضل للظواهر الفيزيائية الفلكية ، التي نحصل عليها بسبب هذه القيم ، وربما نتقارب على قيمة واحدة لسرعة التوسع ، واحدة للجميع الأساليب. سواء تغيرت القيمة بمقدار 73 ، سواء بقيت حول 70 أو تقفز إلى 67 ، فإن النتيجة ستغير معاييرنا بنسبة قليلة ، ولكن ليس استنتاجاتنا. ربما لم يبلغ عمر الكون 13.8 مليار سنة ، بل 13.5 مليار سنة. ربما 65٪ وليس 70٪ من الطاقة المظلمة. ربما في 40 مليار سنة يمكن أن يحدث كسر كبير. لكن الصورة الرئيسية للكون ستبقى دون تغيير. المفتاح ، كما هو الحال دائمًا ، هو اكتشاف أساسيات الظواهر ومعرفة ما يعلمنا إياه الكون.