قد لا يكون الكون المتوافق مع معتقداتنا الحالية ممكنًا.

فرضية فيزيائية جديدة تتحدى "نظرية كل شيء" الرائدة

في 25 يونيو ، استيقظ الفيزيائي Timm Wrase ، الذي يعيش في فيينا ، وتصفح بنعاس من خلال قائمة من الأعمال الجسدية المنشورة مؤخرًا عبر الإنترنت. ضربه أحد العناوين ليخرج كل بقايا النوم.

افترض عمل Harran Harvard ، وهو متخصص في نظرية الأوتار المتميز ، تم إجراؤه بالتعاون مع زملائه ، أن هناك صيغة بسيطة تحدد أي الأكوان مسموح لها بالوجود ولا يمكن ، وفقًا لنظرية الأوتار. تحدد نظرية الأوتار ، المرشحة الرائدة لـ " نظرية كل شيء " ، التي تجمع بين الجاذبية والفيزياء الكمومية ، كل المادة والتفاعلات في شكل اهتزازات لخيوط الطاقة الصغيرة. تسمح النظرية بحوالي ^10،500 حل: "مشهد" ضخم ومتنوع من الأكوان الممكنة. يحاول خبراء نظرية الأوتار مثل Vraze و Wafa منذ سنوات وضع كوننا في مكان ما في هذا المشهد من الاحتمالات.

ولكن في حين اقترح وفاء وزملاؤه أنه ، على مشهد نظرية الأوتار ، لا يمكن أن توجد الأكوان مثل كوننا - أو بالأحرى ، بالطريقة التي تصورناها. إذا كانت النظرية صحيحة ، كما فهم Vraze والفيزيائيون الآخرون على الفور ، فإما أن يكون كوننا مختلفًا تمامًا عما يجب أن يكون ، أو أن نظرية الأوتار غير صحيحة.

بعد أن أخذ النسل إلى روضة الأطفال ، ذهب فرايز إلى العمل في معهد فيينا للتكنولوجيا ، حيث ناقش زملاؤه بحرارة نفس العمل. في نفس اليوم ، قدمت وفا ، أثناء وجودها في أوكيناوا في اليابان ، هذه النظرية في مؤتمر Strings 2018 ، الذي تبعه علماء الفيزياء في جميع أنحاء العالم. تكشفت الخلافات في المؤتمر ، وفي أماكن أخرى. "قال الكثيرون على الفور:" ربما يكون هذا خطأ ، قال آخرون: "نعم ، كم عدد السنوات التي كنت أقول فيها هذا ،" كانت هناك ردود فعل وسيطة أخرى ، "يقول فرايز. ويضيف أنه كان هناك ارتباك ، ولكن "بالطبع ، هناك اهتمام كبير. لأنه إذا كانت هذه الفرضية صحيحة ، فستكون لها عواقب وخيمة كثيرة على علم الكونيات ".

جلس الباحثون في العمل محاولين اختبار الفرضية ودراسة نتائجها. كتب فرايز بالفعل عملين ، أحدهما يمكن أن يؤدي إلى تحسين الفرضية ، وقد فعل ذلك ، بشكل رئيسي أثناء إجازته مع عائلته. يتذكر كيف كان يعتقد: "إنه أمر مثير للاهتمام للغاية ، أحتاج إلى العمل ودراسته بشكل أعمق."

الصيغة المقترحة ، التي ظهرت في عمل 25 يونيو من قبل Vafa و Georges Obied و Hiroshi Ooguri و Lev Spodyneiko ، ثم درسوا بعمق أكبر في عمل لاحق نشر بعد ذلك بيومين ، من قبل Vafa و Obied و Prateek Agrawal و Pl Steinhardt ، في الواقع ، يقترح أنه مع توسع الكون ، يجب أن تنخفض كثافة الطاقة الفراغية للمساحة الفارغة بشكل أسرع من قيمة معينة. يجب أن تعمل القاعدة في جميع نماذج الكون البسيطة القائمة على نظرية الأوتار. لكنه يتناقض مع رأيين شائعين حول الكون الحقيقي: إنه يجعل من المستحيل على حد سواء الفكرة المقبولة بشكل عام لتوسعه الحالي والنموذج الرائد لولادته المتفجرة.

* * *

منذ عام 1998 ، لوحظ من التلسكوبات أن الفضاء يتوسع بشكل أسرع وأسرع ، مما يعني أن فراغ الفضاء الفارغ يجب أن يغذى بجرعة من "الطاقة المظلمة" الجاذبة. بالإضافة إلى ذلك ، يبدو أن كمية الطاقة المظلمة التي تصب في الفضاء الفارغ تظل ثابتة (بقدر ما يمكن للمرء أن يحكم).

لكن فرضية جديدة تنص على أن الطاقة الفراغية للكون يجب أن تنخفض.

يجادل وفا وزملاؤه بأن الأكوان ذات طاقة الفراغ المستقرة والإيجابية ، والمعروفة باسم أكوان دي سيتر ، لا يمكن أن توجد. منذ اكتشاف الطاقة المظلمة في عام 1998 ، كافح خبراء نظرية الأوتار لبناء نموذج سلسلة مقنع لعوالم دي سيتر. ولكن إذا كانت وفاء محقة ، فإن مثل هذه المحاولات محكوم عليها بالوقوع في تناقضات منطقية. لا توجد أكوان دي سيتر في هذا المشهد ، ولكن في "المستنقعات". أوضح مؤخرًا: "أسمي أشياء تبدو متسقة ، ولكن بها تناقضات ومستنقعات". "إنهم يشبهون إلى حد كبير المناظر الطبيعية ، يمكنهم خداعك. يبدو لك أنك ستتمكن من بنائها ، ولكن في الواقع ليس الأمر كذلك ".

وفقًا لهذه "فرضية مستنقع دي سيتر" ، في جميع الأكوان المنطقية الممكنة ، يجب أن تنخفض طاقة الفراغ مثل الكرة المتدحرجة إلى أسفل ، أو يجب أن تصل إلى قيمة سلبية مستقرة. (من السهل بناء ما يسمى الأكوان المضادة للديتر ، بقيم مستقرة وسلبية لطاقة الفراغ ، في نظرية الأوتار).

إذا كان هذا الافتراض صحيحًا ، فهذا يعني أن كثافة الطاقة المظلمة في كوننا لا يمكن أن تكون ثابتة ، ويجب أن تأخذ شكل ما يسمى. " الجوهر " - مصدر للطاقة ، يتناقص تدريجيًا على مدى عشرات المليارات من السنين. من المتوقع الآن إطلاق العديد من التجارب التي سيتم فيها استخدام التلسكوبات بشكل أفضل سواء كان الكون يتوسع بسرعة ثابتة ، أم متسارعة - أي ما إذا كانت كمية متناسبة من الطاقة المظلمة الجديدة تظهر مع مساحة جديدة ، أو يتغير التسارع الكوني تدريجيًا وفقًا لنماذج الجوهر . إن اكتشاف الجوهر سيحدث ثورة في الفيزياء الأساسية وعلم الكونيات ، ويعيد كتابة الماضي والمستقبل للفضاء. لن يتمزق الكون الجوهري من قبل الفجوة الكبيرة ، ولكنه سيتباطأ تدريجيًا ، ووفقًا لمعظم النماذج ، سينتهي به المطاف في نهاية المطاف بالتوسع والانكماش في الضغط الكبير أو الارتداد الكبير .

يقول شتاينهاردت ، عالم الكونيات من برينستون وأحد مؤلفي وفا المشاركين ، أنه على مدى السنوات القليلة المقبلة ، "سيتم تثبيت جميع العيون" على نتائج التجارب مثل مراقبة الطاقة المظلمة ، وتلسكوب الأشعة تحت الحمراء واسع النطاق ، والتلسكوب الإقليدي ، والذي سيتضح منه ما إذا كان كثافة الطاقة المظلمة. يقول شتاينهاردت: "إذا أصبح واضحًا أن الصورة تتعارض مع الجاذبية ، فهذا يعني أن فكرة المستنقع خاطئة ، أو أن نظرية الأوتار خاطئة ، أو أن كليهما خاطئان - بشكل عام ، يجب أن يكون هناك خطأ".

لا تعبر الفرضية الجديدة عن المستنقع عن شكوك أقل حدة حول التاريخ المقبول عمومًا لولادة الكون: نظرية الانفجار الكبير والتضخم الكوني. ووفقًا لهذه النظرية ، فإن جسيمًا صغيرًا من الزمكان ، يحتوي على كمية هائلة من الطاقة ، انتفخ بسرعة وشكل كونًا مجهريًا نعيش فيه. تم اختراع هذه النظرية ، من بين أمور أخرى ، لشرح كيف أصبح الكون ضخمًا جدًا وسلسًا ومسطحًا.

لكن مجال الطاقة التضخمي الافتراضي الذي كان من المفترض أن يؤجج التضخم الكوني غير متوافق مع صيغة وفا. لتحقيق هذه الصيغة ، كان لا بد من استنفاد طاقة مجال التضخم بسرعة كبيرة من أجل الحصول على عالم سلس ومسطح ، كما أوضح هو وزملاؤه. لذلك ، تتعارض فرضيتهم مع العديد من النماذج الشعبية للتضخم الكوني. في السنوات القادمة ، ستبحث المقاريب مثل مرصد سيمونز عن العلامات النهائية لتضخم الفضاء من خلال مقارنة هذه النظرية مع تلك المتنافسة.

في هذا الوقت ، اختلف خبراء نظرية الأوتار ، الذين يتحدثون عادة على جبهة موحدة ، على الفرضية. تعتقد إيفا سيلفرستاين ، أستاذة الفيزياء في جامعة ستانفورد ، وهي رائدة مشروع إنشاء نماذج سلسلة للتضخم ، أنه من المحتمل جدًا أن تكون هذه النظرية خاطئة. وكذلك زوجها ، الأستاذ في جامعة ستانفورد شاميت كاشرا ؛ إنه الحرف الأول K في KKLT ، العمل الشهير لعام 2003 ، والمعروف بالأحرف الأولى من مؤلفيه ، حيث اقترحوا مجموعة من مكونات السلسلة التي يمكن استخدامها لإنشاء أكوان de Sitter. تقول صيغة وفا أن تصميمات Silverstein و Kachra لن تنجح. "لقد حاصرت هذه الفرضيات عائلتنا" ، قال نكات سيلفرشتاين. ولكن من وجهة نظرها ، لم تفقد نماذج التوسع المتسارع أي شيء بعد نشر أعمال جديدة. وتقول: "إنهم يجادلون في الأساس بأن هذه الأشياء غير موجودة ، مستشهدين بالنتائج التحليلية المحدودة للغاية ، وفي بعض الحالات المريبة".

ماثيو كليبان ، متخصص في نظرية الأوتار وعلم الكونيات في جامعة نيويورك ، يعمل أيضًا على نماذج تضخم الأوتار. ويشدد على أن النظرية الجديدة للمستنقع مضاربة للغاية ، وهي مثال كلاسيكي لسلوك السكير الذي كان يبحث عن مفاتيح تحت فانوس ، لأنه كان أكثر إشراقًا هناك ، نظرًا لأن معظم المناظر الطبيعية لنظرية الأوتار لم يتم دراستها بعد. لكنه يعترف أنه بناءً على الأدلة الموجودة ، قد يتبين أن الفرضية صحيحة. يقول كليبان: "قد يتبين أنها صحيحة بشأن نظرية الأوتار ، ثم اتضح أن نظرية الأوتار لا تصف العالم". وربما دحضتها الطاقة المظلمة. ومن الواضح أن هذا سيكون مثيرا للاهتمام للغاية ".

ستكون نظرية مستنقعات ويل دي سيتر والتجارب المستقبلية قادرة على دحض نظرية الأوتار ، وسوف نتعلم لاحقًا. اكتشف اكتشاف في 2000s أن نظرية الأوتار لديها حوالي ¹⁰⁵⁰⁰ حل ^قضى على الأمل في أنه يمكن بطريقة فريدة وحتمية التنبؤ بمستقبل عالمنا. تبدو النظرية أنها يمكن أن تدعم أي ملاحظة تقريبًا ، مما يجعل من الصعب جدًا التحقق منها أو دحضها تجريبيًا.

في عام 2005 ، بدأت وفا وشبكة كاملة من المؤلفين المشاركين في التفكير في كيفية تقليل هذا العدد من الاحتمالات ، وتحديد الخصائص الأساسية للطبيعة ، والتي يجب أن تكون صحيحة على أي حال. على سبيل المثال ، تشير نظريتهم عن الجاذبية الضعيفة إلى أن الجاذبية يجب أن تكون أضعف التفاعلات في أي عالم منطقي. يتم طرح الأكوان النظرية التي لا تلبي مثل هذه المتطلبات من المناظر الطبيعية في المستنقع. قال هيروشي أوجوري ، الفيزيائي النظري في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، وهو أحد زملاء وفا الأوائل في فرضية المستنقعات ، إن العديد من هذه الافتراضات المستنكرة تعاملت جيدًا مع الحجج التي هاجمتهم ، وبعضها "الآن على أساس متين للغاية". على سبيل المثال ، اكتسبت نظرية الجاذبية الضعيفة الكثير من الأدلة التي يعتقد أنها صحيحة بشكل عام ، بغض النظر عما إذا كانت نظرية الأوتار تتحول إلى نظرية مناسبة للجاذبية.

الحدس حول مكان انتهاء المشهد وبدء المستنقع يرجع إلى عقود من الجهود لبناء نماذج سلسلة من الأكوان. العائق الرئيسي لهذا المشروع هو أن نظرية الأوتار تتنبأ بوجود 10 أبعاد من الزمكان ، وهي أكبر بكثير من الأبعاد الأربعة المرئية. يقترح خبراء نظرية الأوتار أن ستة أبعاد إضافية يجب أن تكون صغيرة - مطوية بإحكام عند كل نقطة. يمتلئ المشهد بكل الطرق الممكنة لتكوين هذه الأبعاد الإضافية. ولكن على الرغم من وجود الكثير من الاحتمالات ، اكتشف الباحثون ، على سبيل المثال ، وفاء ، ظهور المبادئ العامة. على سبيل المثال ، تميل القياسات الملتوية إلى الانكماش الجاذبي ، وتميل الحقول مثل الكهرومغناطيسية إلى دفع كل شيء بعيدًا عن الآخر. في التكوينات البسيطة والمستقرة ، تتم موازنة هذه التأثيرات بواسطة الطاقة السلبية للفراغ ، مما يؤدي إلى ظهور أكوان مضادة للحوض. من الصعب جدًا تحويل طاقة الفراغ إلى طاقة إيجابية. قالت وفاء "عادة في الفيزياء هناك أمثلة بسيطة على الظواهر العامة". "لكن هذا لا ينطبق على نموذج دي سيتر".

تقدم KKLT ، التي ترعاها Kachra و Renata Kallosh و Andrei Linde و Sandeep Trivedi ، مصائد خيوط مثل التدفقات ، اللحظات الفورية والنخالة ضد d ، والتي يمكن نظريًا أن تصبح أدوات لضبط طاقة الفراغ الإيجابية والثابتة. ومع ذلك ، فإن هذه التصاميم معقدة ، وقد وجدت على مر السنين عدم استقرار محتمل فيها. على الرغم من أن كاتشرو يقول إنه ليس لديه "شكوك جادة" ، فقد بدأ العديد من الباحثين في الشك في أن نص KKLT لا يزال لا ينتج أي أكوان مستقرة.

تعتقد وفاء أن الوقت قد حان لإجراء بحث منسق عن نموذج لكون دي سيتر المستقر بشكل فريد. يجب أن تؤكد فرضيته أولاً على أهمية هذه المشكلة. من وجهة نظره ، لا يشعر خبراء نظرية الأوتار بدافع كافٍ لمعرفة ما إذا كانت نظرية الأوتار قادرة على وصف عالمنا ، بدلاً من احتلال وجهة النظر التي بموجبها ، بما أن المشهد الأوتار ضخم ، فهناك مساحة لنا ، على الرغم من لا أحد يعرف أين بالضبط. يقول: "لا يزال معظم أعضاء مجتمع نظرية الأوتار إلى جانب وجود منشآت de Sitter ، نظرًا لأن الجميع يعتقدون: انظر ، نحن نعيش في عالم de Sitter مع طاقة إيجابية ؛ لذا من الأفضل البحث عن أمثلة من هذا النوع ".

دفعت فرضيته المجتمع إلى اتخاذ إجراءات ، وبدأ الباحثون مثل Vraze في البحث عن أمثلة مضادة لعوالم دي سيتر المستقرة ، في حين لعب آخرون مع نماذج سلسلة غير مكتشفة من الأكوان المثالية. قالت وفاء "على أي حال ، سأكون مهتمة بمعرفة ما إذا كانت الفرضية صحيحة أم لا". - السؤال هو ماذا نفعل. ولا يمكننا تحقيق التقدم إلا من خلال إيجاد أدلة مؤيدة أو ضد النظرية ".

يمكن العثور على المزيد من المقالات حول موضوع العلوم الشعبية في golovanov.net . اشترك في التحديثات عن طريق البريد الإلكتروني أو RSS . يتم نسخ المقالات أيضًا على قناة Yandex.Zen .