نظرية الكون المتعدد ، التي تنص على أنه قد يكون هناك عدد متعدد أو حتى عدد لا نهائي من الأكوان ، هو مفهوم عريق في علم الكونيات والفيزياء النظرية. في حين أن المصطلح يعود إلى أواخر القرن التاسع عشر ، نشأ الأساس العلمي لهذه النظرية من فيزياء الكم ودراسة القوى الكونية مثل الثقوب السوداء والتفرد والمشكلات الناشئة عن نظرية الانفجار الكبير.
أحد الأسئلة الأكثر إلحاحًا عندما يتعلق الأمر بهذه النظرية هو ما إذا كانت الحياة يمكن أن توجد في أكوان متعددة أم لا. إذا تغيرت بالفعل قوانين الفيزياء من كون إلى آخر ، فماذا يمكن أن يعني هذا للحياة نفسها؟ وفقًا لسلسلة جديدة من الدراسات التي أجراها فريق من الباحثين الدوليين ، من الممكن أن تكون الحياة شائعة في جميع أنحاء الكون المتعدد (إذا كانت موجودة بالفعل).
دراسات بعنوان "تأثير الطاقة المظلمة على تكوين المجرات. ماذا يحمل مستقبل كوننا؟ " و "كفاءة تكوين المجرة وتفسير الكون المتعدد للثابت الكوني بمحاكاة EAGLE" ، ظهر مؤخرًا في الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية. قاد الدراسة السابقة خايمي سالسيدو ، طالب دراسات عليا في جامعة دورهام
وكان الأخير بقيادة لوك بارنز ، زميل أبحاث جون تمبلتون في جامعة سيدني معهد سيدني لعلم الفلك. ضم الفريقان أعضاء من المركز الدولي لبحوث الفلك الراديوي بجامعة غرب أستراليا ، ومعهد أبحاث الفيزياء الفلكية بجامعة ليفربول جون موريس ، ومرصد ليدن بجامعة ليدن.
سعى فريق البحث معًا لتحديد كيفية تأثير التمدد المتسارع للكون على معدل تكوين النجوم والمجرات في الكون. نشأ معدل التوسع المتسارع هذا ، والذي يعد جزءًا لا يتجزأ من نموذج لامبدا - المادة المظلمة الباردة (Lambda-CDM) في علم الكونيات ، بسبب المشاكل التي تطرحها نظرية النسبية العامة لأينشتاين.
نتيجة لمعادلات أينشتاين الميدانية ، فهم علماء الفيزياء أن الكون إما أن يكون في حالة توسع أو انكماش منذ الانفجار الكبير. في عام 1919 ، رد أينشتاين باقتراح "الثابت الكوني" (الذي يمثله لامدا) ، والذي كان قوة "أعاقت" آثار الجاذبية وبالتالي ضمنت أن الكون كان ثابتًا وغير متغير.
بعد ذلك بوقت قصير ، تراجع أينشتاين عن هذا الاقتراح عندما كشف إدوين هابل (بناءً على قياسات الانزياح الأحمر للمجرات الأخرى) أن الكون كان بالفعل في حالة توسع. يبدو أن أينشتاين ذهب إلى حد إعلان الثابت الكوني "أكبر خطأ" في حياته المهنية نتيجة لذلك. ومع ذلك ، تسبب البحث في التوسع الكوني خلال أواخر التسعينات في إعادة تقييم نظريته.
باختصار ، كشفت الدراسات الجارية للكون الواسع النطاق أنه خلال الخمسة مليارات سنة الماضية ، تسارع التوسع الكوني. على هذا النحو ، بدأ علماء الفلك في افتراض وجود قوة غامضة وغير مرئية كانت تقود هذا التسارع. يُشار إلى هذه القوة المعروفة باسم "الطاقة المظلمة" ، باسم الثابت الكوني (CC) لأنها مسؤولة عن التأثير المعاكس لتأثيرات الجاذبية.
منذ ذلك الوقت ، سعى علماء الفيزياء الفلكية وعلماء الكونيات إلى فهم كيف يمكن للطاقة المظلمة أن تؤثر على التطور الكوني. هذه مشكلة حيث أن نماذجنا الكونية الحالية تتوقع أنه يجب أن يكون هناك طاقة مظلمة في الكون أكثر مما لوحظ. ومع ذلك ، فإن حساب كميات أكبر من الطاقة المظلمة من شأنه أن يتسبب في مثل هذا التوسع السريع الذي من شأنه أن يخفف المادة قبل أن تتشكل أي نجوم أو كواكب أو حياة.
بالنسبة للدراسة الأولى ، سعى Salcido والفريق لتحديد كيفية تأثير وجود المزيد من الطاقة المظلمة على معدل تكوين النجوم في الكون. للقيام بذلك ، أجروا محاكاة هيدروديناميكية باستخدام مشروع EAGLE (تطور وتجميع GaLaxies وبيئاتهم) - أحد أكثر المحاكاة واقعية للكون المرصود.
باستخدام هذه المحاكاة ، نظر الفريق في التأثيرات التي ستحدثها الطاقة المظلمة (بقيمتها الملحوظة) على تكوين النجوم على مدى 13.8 مليار سنة الماضية ، و 13.8 مليار سنة إضافية في المستقبل. من هذا ، طور الفريق نموذجًا تحليليًا بسيطًا أشار إلى أن الطاقة المظلمة - على الرغم من الاختلاف في معدل التوسع الكوني - سيكون لها تأثير لا يذكر على تكوين النجوم في الكون.
أظهروا أيضًا أن تأثير لامدا يصبح هامًا فقط عندما يكون الكون قد أنتج بالفعل معظم كتلته النجمية ويسبب فقط انخفاضًا في الكثافة الإجمالية لتكوين النجوم بنحو 15 ٪. كما أوضح سالسيدو في بيان صحفي لجامعة دورهام:
"بالنسبة للكثير من الفيزيائيين ، فإن المقدار غير المبرر ولكن الذي يبدو خاصًا من الطاقة المظلمة في كوننا هو لغز محبط. تُظهر عمليات المحاكاة التي أجريناها أنه حتى لو كان هناك طاقة مظلمة أكثر بكثير أو حتى القليل جدًا في الكون ، فلن يكون لها سوى تأثير ضئيل على تكوين النجوم والكواكب ، مما يزيد من احتمال وجود الحياة في جميع أنحاء الكون المتعدد.
للدراسة الثانية ، استخدم الفريق نفس المحاكاة من تعاون EAGLE للتحقيق في تأثير درجات متفاوتة من CC على التكوين على المجرات والنجوم. يتألف هذا من محاكاة الأكوان التي لها قيم لامدا تتراوح من 0 إلى 300 ضعف القيمة الحالية التي لوحظت في الكون.
ومع ذلك ، منذ أن بلغ معدل تكوين النجوم في الكون ذروته عند حوالي 3.5 مليار سنة قبل بداية التوسع المتسارع (حوالي 8.5 مليار سنة و 5.3 مليار سنة بعد الانفجار الكبير) ، كان للزيادات في CC تأثير صغير على المعدل تكوين النجوم.
مجتمعة ، أشارت هذه المحاكاة إلى أنه في الأكوان المتعددة ، حيث قد تختلف قوانين الفيزياء على نطاق واسع ، فإن تأثيرات التوسع الكوني المتسارع للطاقة المظلمة لن يكون لها تأثير كبير على معدلات تكوين النجوم أو المجرات. يشير هذا بدوره إلى أن الأكوان الأخرى في الأكوان المتعددة ستكون صالحة للسكن مثلها ، على الأقل نظريًا. كما أوضح الدكتور بارنز:
"كان يُعتقد في السابق أن الأكوان المتعددة تشرح القيمة الملحوظة للطاقة المظلمة على شكل يانصيب - لدينا تذكرة محظوظة ونعيش في الكون الذي يشكل مجرات جميلة تسمح بالحياة كما نعرفها. يظهر عملنا أن تذكرتنا تبدو محظوظة للغاية ، إذا جاز التعبير. إنه أكثر خصوصية مما يجب أن يكون مدى الحياة. هذه مشكلة الأكوان المتعددة. يبقى اللغز ".
ومع ذلك ، فإن دراسات الفريق تشكك أيضًا في قدرة نظرية الأكوان المتعددة على تفسير القيمة الملحوظة للطاقة المظلمة في عالمنا. وفقًا لبحثهم ، إذا كنا نعيش في الأكوان المتعددة ، فسوف نلاحظ طاقة مظلمة أكثر بخمس مرات من ما نحن عليه. على الرغم من أن نتائجهم لا تستبعد إمكانية وجود الأكوان المتعددة ، فإن الكمية الضئيلة التي لاحظناها من الطاقة المظلمة يمكن تفسيرها بشكل أفضل من خلال وجود قانون الطبيعة غير المكتشف حتى الآن.
كما شرح الأستاذ ريتشارد باور ، عضو معهد علم الكونيات الحاسوبية بجامعة دورهام والمؤلف المشارك في الورقة ، ما يلي:
"إن تكوين النجوم في الكون هو معركة بين جاذبية الجاذبية وصد الطاقة المظلمة. لقد وجدنا في محاكاةنا أن الأكوان ذات الطاقة المظلمة أكثر بكثير من طاقتنا يمكنها أن تشكل النجوم بسعادة. فلماذا هذه الكمية الضئيلة من الطاقة المظلمة في كوننا؟ أعتقد أننا يجب أن نبحث عن قانون جديد للفيزياء لشرح هذه الخاصية الغريبة لكوننا ، ونظرية الكون المتعدد لا تفعل الكثير لإنقاذ انزعاج الفيزيائيين ".
تأتي هذه الدراسات في الوقت المناسب لأنها تأتي في أعقاب نظرية ستيفن هوكينج النهائية ، والتي تلقي بظلال من الشك على وجود الأكوان المتعددة واقترحت كونًا محدودًا وسلسًا إلى حد ما بدلاً من ذلك. تشير الدراسات الثلاثة بشكل أساسي إلى أن الجدل حول ما إذا كنا نعيش في الأكوان المتعددة أم لا ودور الطاقة المظلمة في التطور الكوني لم ينته بعد. ولكن يمكننا أن نتطلع إلى مهام الجيل التالي التي تقدم بعض الأدلة المفيدة في المستقبل.
وتشمل هذه تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) ، تلسكوب المسح الميداني بالأشعة تحت الحمراء الواسع (WFIRST) ، والمراصد الأرضية مثل صفيف كيلومتر مربع (SKA). بالإضافة إلى دراسة الكواكب الخارجية والأجسام في نظامنا الشمسي ، ستكرس هذه المهمة لدراسة كيفية تشكل النجوم والمجرات الأولى وتحديد الدور الذي تلعبه Dark Energy.
علاوة على ذلك ، من المتوقع أن تجمع كل هذه المهام أول ضوء لها في وقت ما في عشرينيات القرن العشرين. لذا ابق متيقظًا ، لأن المزيد من المعلومات - ذات الآثار الكونية - ستصل في غضون بضع سنوات فقط!
