كون بدون طاقة مظلمة؟ علماء الرياضيات يتحدون علم الكونيات القياسي

تشير الأبحاث الرياضية الجديدة إلى أنه قد لا تكون هناك حاجة للطاقة المظلمة لتفسير التوسع المتسارع للكون، مما يتحدى أسس النموذج الكوني القياسي.

يتساءل علماء الرياضيات عما إذا كانت الطاقة المظلمة مسؤولة بالفعل عن التوسع المتسارع للكون.

وفي دراسة جديدة نشرت في وقائع الجمعية الملكية أ، الباحثون في جامعة كاليفورنيا، ديفيس قدم دليلًا رياضيًا على أن حالات عدم الاستقرار في معادلات أينشتاين-أويلر تشير إلى أن النموذج الحالي للكون المتوسع قد لا يكون قابلاً للتطبيق. تجمع معادلات أينشتاين-أويلر بين النسبية العامة وديناميكيات السوائل، وتستخدم على نطاق واسع لنمذجة المجرات والثقوب السوداء وتوسع الكون.

تتحدى النتائج بشكل مباشر نموذج لامدا للمادة المظلمة الباردة، الرائد الانفجار العظيم إطار علم الكونيات.

قام مؤلف الدراسة بليك تيمبل، الأستاذ الفخري المتميز للرياضيات في جامعة كاليفورنيا في ديفيس، بمقارنة النموذج الكوني القياسي بقلم رصاص متوازن على طرفه.

وقال: «إن جميع القوى تكون متوازنة عندما يكون قلم الرصاص واقفًا على طرفه، لذا فهو حل للمعادلات». “لكنه غير مستقر. أي نفس من الهواء سوف يسقط.”

فريدمان عدم استقرار الزمكان يتحدى الطاقة المظلمة

وفقًا لتمبل، تظهر حسابات الفريق أن زمكان فريدمان، وهي النماذج الرياضية المستخدمة لوصف التوسع الكوني، غير مستقرة على المستويين الصغير والكبير بالقرب من الانفجار الكبير. وقال إن هذا يجعلها الحلول الأكثر عدم استقرارًا على الإطلاق.

وقال تيمبل: “الحلول غير المستقرة في الفيزياء والعلوم تعتبر غير فيزيائية”. “لن تتمكن من ملاحظتها أبدًا في الطبيعة.”

وقال تمبل إن عدم الاستقرار هذا يشير إلى تفسير أبسط يظل بالكامل ضمن نظرية الجاذبية الأصلية لأينشتاين.

وقال: “إن عدم استقرار جميع زمكانات فريدمان أمام التوسع المتسارع يشير إلى تفسير أبسط وأكثر طبيعية لتسارع الكون من تفسير الطاقة المظلمة”.

لماذا عاد الثابت الكوني

تم اقتراح الطاقة المظلمة منذ ما يقرب من 30 عامًا كوسيلة لتفسير سبب تسارع توسع الكون.

يعود هذا المفهوم إلى معادلات أينشتاين في النسبية العامة عام 1915. ولإنشاء كون ساكن، أضاف أينشتاين مصطلح مضاد الجاذبية المعروف باسم الثابت الكوني. بعد أن اكتشف إدوين هابل في عام 1929 أن الكون يتوسع، ورد أن أينشتاين أشار إلى الثابت الكوني باعتباره “أكبر خطأ فادح” لأنه بدونه، كانت معادلاته ستتنبأ بالتوسع.

ولكن في التسعينيات، تم إحياء الثابت الكوني وربطه بالطاقة المظلمة كتفسير محتمل لتسارع التوسع. النماذج الكونية الحديثة مبنية على مفهوم “كون فريدمان”، حيث تتوسع المادة بينما تظل موزعة بالتساوي في جميع أنحاء الفضاء في أي وقت.

البحث عن تفسير بديل

يعتقد تيمبل وزملاؤه أن هناك مشاكل رياضية في هذه الصورة، مما دفعهم إلى التحقيق في الأسباب المحتملة الأخرى للتسارع الكوني.

وقال تيمبل: “كانت فكرتنا الأولى هي أنه ربما كان الكون يتوسع بسبب وجود موجة صادمة، وكان التسارع الشاذ هو الموجة المتوسعة وراء موجة الصدمة هذه”. “ثم أدركنا أن هناك مجموعة من الحلول المتشابهة ذاتيًا خلال عصر الإشعاع للانفجار الكبير، والتي قد تمثل تلك الموجة المتوسعة.”

تصف المعادلات المتشابهة ذاتيًا الأنظمة التي تحافظ على نفس النمط العام أو البنية عبر مقاييس مختلفة.

المعادلات المشابهة ذاتيا تكشف عن عدم الاستقرار

في الدراسة الجديدة، استخدم الباحثون نسخة مماثلة من معادلات أينشتاين التي تم تطويرها في أعمال سابقة لتمثيل النموذج الكوني القياسي كنقطة راحة للمعادلات. سمح لهم هذا النهج بإجراء تحليل كامل لاستقرار النموذج، وعلى نطاق أوسع، لاستقرار جميع زمكانات فريدمان خلال حقبة الانفجار الكبير التي تهيمن عليها المادة.

قال تيمبل: “لقد أثبتنا، مثل نموذج أينشتاين الساكن، أن زمكانات فريدمان جميعها غير مستقرة أمام الاضطراب الشعاعي عند مقاييس الطول الكبيرة”. “يبدو أن هذا يستبعد نموذج لامدا للمادة المظلمة الباردة كحل مستقر وقابل للتطبيق لمعادلات أينشتاين في النسبية العامة، مع أو بدون الطاقة المظلمة.”

وأضاف: “هذا يعني أن الانفجار الكبير يجب أن يبدو بشكل عام تمامًا مثل زمكان فريدمان بالقرب من مركز التناظر، ولكن بشكل عام يجب على المرء أن يلاحظ التسارع بعيدًا عن فريدمان بعيدًا عن المركز”.

التسارع الكوني بدون الطاقة المظلمة

وخلص الباحثون إلى أن التوسع المتسارع للكون ينشأ بشكل طبيعي من معادلات أينشتاين-أويلر ولا يتطلب ثابتًا كونيًا أو طاقة مظلمة.

وتتحدى النتائج التي توصلوا إليها أيضًا المبدأ الكوبرنيكي، وهو فكرة أن الأرض لا تحتل موقعًا خاصًا في الكون.

قال تيمبل: “ينتج كل من نموذج لامبدا للمادة المظلمة الباردة والزمكان المتماثل كرويًا مكانًا خاصًا يجب أن نكذب فيه حتى يكون النموذج معقولًا فيزيائيًا”. “إذا كان هذا المبدأ يستبعد أحدهما، فعليه أن يستبعد الآخر.”

المرجع: “عدم استقرار زمكانات فريدمان الحرجة والمنخفضة الكثافة عند الانفجار الكبير كبديل للطاقة المظلمة” بقلم كريستوفر ألكساندر وبليك ك. تمبل وزيك فوجلر، 27 مايو 2026، وقائع الجمعية الملكية أ: العلوم الفيزيائية والهندسية الرياضية.
دوى:10.1098/rspa.2025.0912

تم تمويل الدراسة من قبل مجلس أبحاث العلوم الهندسية والفيزيائية في المملكة المتحدة وبرنامج SQuaREs التابع للمعهد الأمريكي للرياضيات.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.