قد تعني الأزمة في علم الكونيات أن الأبعاد الخفية موجودة بالفعل

في العام الماضي، أفاد علماء الكون الذين يعملون على أداة تحليل الطاقة المظلمة (DESI) عن تلميحات إلى أن الطاقة المظلمة الغامضة التي يُعتقد أنها تقود توسع الكون قد تضعف بمرور الوقت. إذا ثبتت صحة هذه النتائج المذهلة، فإن الطاقة المظلمة لا يمكن أن تكون ثابتًا كونيًا – وهو حد ثابت في معادلاتنا يمثل طاقة الفضاء الفارغ – بعد كل شيء. عندما وقعت هذه القنبلة، ركزت معظم الضجة على ما يعنيه ذلك بالنسبة للنموذج القياسي لعلم الكون، المعروف باسم lambda-CDM، وهي أفضل محاولة لدينا لشرح تطور الكون.

إذا تأكدت النتائج، فقد نحصل أخيرًا على الأدلة اللازمة لبناء نظرية أفضل. بالفعل، الباحثون مشغولون بمحاولة إعادة التفكير في الطاقة المظلمة، وربما المادة المظلمة والجاذبية أيضًا.

ولكن إذا كانت قوة الطاقة المظلمة تتضاءل بالفعل مع مرور الوقت الكوني، فإن التداعيات يمكن أن تكون أوسع وأعمق بكثير. على نطاق أوسع، بمعنى أنه يمكن أن يوفر زخمًا جديدًا لمؤيدي علم الكونيات البديل الذي يغير فهمنا لمصير الكون. وأعمق، لأنه ربما يخبرنا شيئًا عميقًا عن أعمق بنية للزمكان. يقول إريك ليندر، الفيزيائي وعالم الكونيات بجامعة كاليفورنيا في بيركلي: «من المؤكد أن هناك احتمالات مثيرة جدًا للاهتمام لتغيير الكثير من الفيزياء».

وفقًا لـ lambda-CDM، في لحظاته الأولى، خضع الكون لنوبة من التوسع الأسي في جزء من الثانية. يبدو أن هذا التفسير، المعروف باسم التضخم، يقدم سببًا لكون الكون سلسًا ومسطحًا ومتجانسًا على أكبر مقاييسه. لكن التضخم له منتقدوه، وأبرزهم بول ستينهاردت، عالم الفيزياء في جامعة برينستون. ويقول بصراحة: “إن التضخم لا ينجح”، مضيفاً أنه يتطلب شروطاً أولية غير محتملة، وهو مرن للغاية ويؤدي إلى سيناريو متعدد الأكوان يجده كثيرون غير قابل للتصديق.

الكون الدوري

لقد طرح ستينهاردت منذ فترة طويلة قضية فرضية بديلة تُعرف باسم الكون الدوري، حيث يتوسع الكون إلى ما لا نهاية، وينكمش، ويرتد. ومع ذلك، لكي تنجح مثل هذه النماذج، يجب أن تتطور الطاقة المظلمة.

يقول ستينهاردت: “لا بد أن تكون الطاقة المظلمة من نوع ما المتحللة التي تتوقف عن تسريع توسع الكون، وتبدأ في إبطائه ثم تسبب في النهاية الانكماش، مما يؤدي إلى الارتداد ودورة جديدة”. الجزء الأول من ذلك على الأقل – وهو أن تسارع التوسع يتباطأ – هو بالضبط ما يبدو أننا نراه من خلال بيانات DESI.

هذا لا يعني أن نتائج DESI تقدم دليلاً على علم الكونيات الدوري. ربما نجد أخطاء نظامية في القياسات والتحليلات، ومن الممكن تمامًا أن تضعف الطاقة المظلمة دون أن تنتج انكماشًا أو ارتدادًا. ومع ذلك، إذا تأكدت تلميحات عن اضمحلال الطاقة المظلمة، فإن ذلك من شأنه أن يضفي مصداقية على حجة ستينهاردت الطويلة الأمد. ويقول: “أنا أميل إلى أن أكون محافظاً جداً وصبوراً جداً”. “لكن ما أود قوله هو أن اللعبة الآن تسير على قدم وساق.”

ويمكن قول الشيء نفسه عن فكرة أخرى مثيرة للجدل تلقت رصاصة في الذراع من نتائج DESI. بشكل عام، تقول نظرية الأوتار أن كل شيء يتكون في النهاية من أوتار صغيرة تختفي، مضغوطة في أبعاد إضافية مخفية، والتي تظهر اهتزازاتها في شكل الجسيمات والقوى المختلفة التي نميزها. لقد برزت هذه النظرية في الثمانينيات لأنها بدا أنها تقدم طريقًا نحو نظرية الجاذبية الكمومية، والتوفيق بين نظرية الكم والنسبية العامة في ما يسميه البعض نظرية كل شيء.

لكن أصحاب نظرية الأوتار ناضلوا لفترة طويلة لبناء نماذج للكون ذات ثابت كوني إيجابي صغير. في سلسلة من الأوراق البحثية المنشورة في عامي 2018 و2019، اعتمد الفيزيائي النظري كومرون فافا من جامعة هارفارد وزملاؤه على مجموعة من المقترحات المعروفة باسم تخمينات سوامبلاند، والتي تهدف إلى التمييز بين نظريات الجسيمات والقوى والزمكان التي يمكن أن تنشأ من نظرية ثابتة للجاذبية الكمية عن تلك التي لا يمكنها ذلك. باستخدام هذا الإطار، اقترحوا أن الطاقة المظلمة لا يمكن أن تكون ثابتًا كونيًا، بل يجب أن تكون نوعًا من المجال – مشابه لذلك الذي يُعتقد أنه يحرك التضخم – والذي تتغير طاقته بمرور الوقت.

في ذلك الوقت، كان مثل هذا الاقتراح يتعارض مع الاعتقاد السائد منذ فترة طويلة بأن الطاقة المظلمة ظلت كما هي على مدار الزمن الكوني. يقول فافا: «كان الناس يقولون: «نظرية الأوتار مستبعدة؛ لأن الطاقة المظلمة ثابتة».»

الأبعاد المخفية

لكنه وزملاؤه أصروا على ذلك. في عام 2022، اقترحوا نموذجًا يتمتع فيه الزمكان ببُعد إضافي مخفي كبير، ربما بحجم الميكرومتر، والذي يتغير حجمه تدريجيًا مع مرور الوقت الكوني. ومع تغير هندسة هذا البعد، فإن كمية الطاقة في الكون التي نلاحظها تتغير أيضًا. وجادل الباحثون بأن هذا سيظهر كطاقة مظلمة تضعف ببطء. “لا يوجد شيء غريب [here] يقول فافا: “من منظور نظرية الأوتار. إن البعد الإضافي يتغير، وكل من الطاقة المظلمة والمادة المظلمة يستجيبان له”.

من السهل معرفة السبب الذي يجعل نتائج DESI مثيرة للاهتمام بالنسبة لمنظري الأوتار: فقد توقع فافا وزملاؤه أن الطاقة المظلمة يجب أن تضعف تدريجيًا، والآن يبدو أن هذا هو ما نراه. في الواقع، عندما قام فافا وفريقه بتحليل بيانات DESI جنبًا إلى جنب مع مجموعات البيانات الكونية الأخرى في عام 2025، وجدوا أن نموذجهم يناسب بشكل أفضل بكثير من lambda-CDM، وكذلك أفضل النماذج التقليدية التي تسمح للطاقة المظلمة بالتطور. ويقول إن الفرق هنا هو أن نموذجهم يتضمن تفسيرًا ماديًا لما نراه. ويقول: “لهذا السبب أنا متحمس للغاية”. “إنها مرضية للغاية.”

لكي نكون واضحين، فإن نتائج DESI لا تقدم دليلاً ملموسًا على نظرية الأوتار. بداية، لا يزال مدى تفضيلهم للطاقة المظلمة المتطورة على الثابت الكوني يعتمد على مجموعات البيانات الكونية الأخرى التي يتم دمجها معها. علاوة على ذلك، فإن النماذج غير الخيطية التي لا تستدعي أبعادًا إضافية مخفية تناسب البيانات الموجودة بشكل جيد.

لكن إذا افترضنا للحظة أن بيانات DESI صامدة وأن الأهمية الإحصائية تنمو إلى مستوى الاكتشاف، فإن دليل الضعف لن يزيل فقط عقبة تجريبية أمام نظرية الأوتار، بل سيضعف أيضًا الحجة القائلة بأن نظرية الأوتار لا تقدم تنبؤات قابلة للاختبار. يقول فافا: “لقد توصلنا إلى هذا النموذج منذ سنوات مضت”. “إنهم الآن يراقبونها، ويبدو تمامًا كما توقعنا.”

لتحقيق فكرة أن هذا قد يوفر أدلة رصدية تدعم نظرية الأوتار، سيتعين على المنظرين مثل فافا بناء نموذج أكثر وضوحًا يقدم تنبؤات أكثر دقة، ومتميزًا عن البدائل غير الوترية، ويظهر أنه يناسب النطاق الكامل للبيانات الكونية بشكل أفضل من الخيارات الأخرى. ومن المثير للاهتمام أن الإطار يشير بالفعل إلى توقيعات إضافية قابلة للاختبار، بما في ذلك الخروج عن الصورة القياسية لكيفية تطور المادة المظلمة والانحرافات عن النسبية العامة بمقاييس ميكرومترية.

بعض علماء الكون غير مقتنعين بأن نتائج DESI لها أي تأثير على الفيزياء الأساسية على الإطلاق، حتى لو كانت ثابتة. يقول بيدرو فيريرا، عالم الكونيات وعالم الفيزياء الفلكية في جامعة أكسفورد: “تعمل الطاقة المظلمة بمقاييس معينة، وهذا ما يمكننا التحدث عنه”. “[When it comes to] ما يحدث على المستويات الكمومية، لا أعتقد أننا نستطيع الذهاب إلى هناك.

لكن آخرين منفتحون على احتمال أن يكون لهذه التلميحات تموجات تتجاوز علم الكونيات، لأسباب ليس أقلها أنها قد تعطينا لمحة أولى عن البنية الكمومية العميقة للزمكان. يقول مايك تورنر، عالِم الكونيات بجامعة شيكاغو في إلينوي: “إن ما توصل إليه كومرون فافا هو الشيء الأكثر إثارة للاهتمام الذي رأيته”. “هذا هو المكان الذي يجتمع فيه علم الكونيات وفيزياء الجسيمات. نحن نحفر في أشياء أساسية حقًا، وبالتالي فإن التأثيرات غير المباشرة يمكن أن تكون هائلة.”

حدث مجاني للمشتركين – الكون: ما الخطأ الذي ارتكبناه؟

إذا كانت الطاقة المظلمة تتغير بالفعل، فماذا يعني ذلك بالنسبة لفهمنا للكون؟ انضم إلى زملائك المشتركين في حدثنا عبر الإنترنت مع الخبراء كاثرين هيمانز وآدم ريس في مناقشة مباشرة تستضيفها ليا كرين في 24 مارس.