رأي المعهد الوطني للبحث العلمي حول الباحث جان بيير بيتي

في هذا الملف، الذي نُشر في نشرته،

يعبّر المعهد الوطني للبحث العلمي (CNRS) عن رأيه بشأن أبحاث الفيزياء الفلكية والكونية لجان-بيير بيت.

8 مارس 2005

الانفجار العظيم، الطاقة المظلمة

اللغز الكبير

في عام 1998، وصف بيير أستير، من مختبر الفيزياء النووية والطاقة العالية، أن الزلزال حدث: ف-expand الكون يتسارع بفعل طاقة غامضة تُعرف بـ"الطاقة المظلمة". وتشكل هذه الطاقة حوالي 70% من الكون. ونجهل تمامًا تركيبها. حتى ذلك الحين، كان يُعرف، ضمن إطار نظرية الانفجار العظيم، وباستناد إلى النسبية العامة لأينشتاين، أن الكون يتوسع بشكل منتظم بفعل "انفجار" أولي. وبهذا، كان عمل الباحثين يقتصر على تعداد مكونات الكون لـ"وزنه" وتحديد ما إذا كانت التوسع ستتوقف بفعل الجاذبية. لكن بعد سبع سنوات، تغيرت الأفكار تمامًا. دخلت فريقان مستقلان الساحة: مشروع السوبرنوفا الكونية وفريق البحث عن السوبرنوفا عالية الزاوية. وقد راقب الفريقان نحو خمسين انفجارًا نجميًا بعيدًا (موزعة بين 1 و6 مليارات سنة ضوئية)، وتم تصنيفها كسوبرنوفا من النوع Ia، أي انفجارات نووية طبيعية. وتم تسمية هذه الظواهر النادرة بـ"الشموع المعيارية"، لأن لمعانها المطلق معروف، ويمكن تحديد مسافتها بطرق مختلفة. ولكن عند ملاحظات عام 1998، كانت السوبرنوفا الأبعد إضاءتها أضعف مما كان متوقعًا في كون يتوسع فقط بسبب المادة. وبهذا، تصبح النتيجة واضحة: ضعف إضاءة النجم يُفسر ببعد مسافة أكبر مما نعتقد. إذًا، يجب أن يكون الكون قد توسع أسرع مما كان متوقعًا. ولتفسير الظاهرة، يلزم اختراع طاقة مظلمة غامضة تُعطي دفعة لتوسع الكون. هل كانت هذه الاكتشافات ستقضي على نظرية الانفجار العظيم؟ "بلا شك لا. بل تُعيد إحياء الاهتمام وتضيف حماسة"، يطمئن بيير أستير.

وبالفعل، منذ عام 1998، جاءت تأكيدان آخرا لتسارع التوسع، مما يعزز الفرضية. ويوضح الفيزيائي، الذي ينتمي إلى الفريق البحثي الذي أنشأه رينالد بين، الوحيد الفرنسي الذي شارك في المغامرة الأمريكية لمشروع السوبرنوفا الكونية: "النتائج الأخيرة تشير إلى أن هذا النمط من التوسع يسري منذ حوالي أربعة إلى خمسة مليارات سنة، أي 35% من تاريخ الكون". ويستخدم الباحثون الفرنسيون حاليًا عدة تلسكوبات، منها تلسكوب كندا-فرنسا-هاواي وتلسكوب أوروبا الكبير في شيلي. أصبحت مطاردة السوبرنوفا البعيدة مهمة رئيسية لهذه الأدوات المراقبة. والطموح؟ "اكتشاف مئات منها"، يشجع بيير أستير. وهذا أمر لا مفر منه إذا أردنا تقدير كيف تطور تسارع التوسع في الماضي. ويرى بعض الفيزيائيين في هذه القوة الدافعة علامة على ما يسمونه "طاقة الفراغ".

وتعكس هذه الطاقة الاهتزاز الكمي الهائل للكون على مقاييس صغيرة. التفسير: يرى العلماء الفراغ — "ما يبقى بعد إزالة كل شيء" — كوسط غريب. لا يوجد فراغ مطلق. بل تظهر باستمرار جسيمات ومضاد جسيمات وهمية. تنشأ هذه الأجسام وتتحلل فورًا. ويرتبط بها طاقة لا يمكن تقليلها تُسمى "المستوى الأساسي" أو، بشكل أكثر واقعية، "طاقة الفراغ". وبموجب تجربة اقترحها الهولندي هيندريك كازيمير عام 1948، تصرف طاقة الفراغ كضغط، أي قوة دافعة. ومن هنا نشأت فكرة ربطها بالطاقة المظلمة، التي تبدو وكأنها "تمزق" الكون.

أما آخرون، فإن الطاقة المظلمة إذا تغيرت مع الزمن، قد تكون تعبيرًا عن مجموعة واسعة من الأجسام الغريبة التي تُعرف بـ"الجوهر الخامس" أو "الذات الخامسة"، بجانب القوى الأربعة الأساسية (انظر الصفحة 28). كما يتضح، فإن مصير الكون كله معلق. أصبح من الضروري التخلص من الغموض. ومع المشاريع الجارية، يخطط الفريق الفرنسي لاكتشاف 600 سوبرنوفا جديدة خلال خمس سنوات. من جهته، اكتشف التلسكوب الفضائي هابل ستة عشر سوبرنوفا في عام 2003. فليكن الفائز في سباق اكتشاف الطاقة المظلمة!

فرانسوا غيورين

اتصال

بيير أستير، astier@in2p3.fr

المواد المظلمة: المحيط غير المرئي

إنها لغز مُلحّ: المادة العادية تمثل أقل من 5% من مكونات الكون، ويشكل أكثر من 95% من الكون غائبًا. إذا كانت الطاقة المظلمة تمثل 70% من الكون، فما هي مكونات الباقي؟ بدأت كل شيء في عام 1933، حيث كان الفيزيائي الفلكي الأمريكي فريتز زويكي يدرس كتلة كوما في كوكبة شعر بيريني، على بعد 150 مليون سنة ضوئية. يتكون هذا الكائن من آلاف المجرات مماثلة لدربي دراكينا. وتبين أن سرعة حركة هذه المجرات داخل الكتلة تشير إلى وجود مادة عشرة أضعاف ما نراه. أي الجزء الظاهر من الجبل الجليدي، بعبارة أخرى. وظهرت تدريجيًا ملاحظة: النجوم الساطعة، والغيوم الغازية والغبارية التي تملأ المجرات، هي مجرد حطام عادي، تطفو على سطح محيط هائل، غير مرئي وقوي، يهتز به. وبالمثل، في عقود الستين والسبعين، دراسة حركة النجوم في مركز المجرات تشير إلى أن هذه المجرات تحتوي على خمس إلى عشرة أضعاف كمية المادة غير المرئية مقارنة بالمادة المرئية. ولإبقاء الصورة متسقة، كان لا بد من "اختراع" مادة "مظلمة" أو "غامضة"، ذات طبيعة مختلفة عما نعرفه. ويلاحظ العلماء أن جودة وكمية البيانات تحسّنت بشكل مذهل خلال العقد الماضي.

من جهة، تأكدت ملاحظات دوران المجرات من وجود غلاف من المادة المظلمة يفوق كتلة النجوم بعشر مرات. ومن جهة أخرى، تحتوي الكتل على غاز ساخن يُسخن إلى ملايين الدرجات. وتشير قياسات الأشعة السينية من الأقمار الصناعية تشاندرا (ناسا) وXMM (أوروبا) إلى أن كمية المادة المظلمة هنا تفوق المادة المرئية بعشرة أضعاف. وأخيرًا، أثبت أداة أخرى مؤخرًا فعاليتها: العدسات الجاذبية، تلك الظواهر الطبيعية التي تنبأت بها النسبية، توفر وسيلة قوية لاستكشاف هندسة الكون. من خلال مراقبة تأثيرات العدسات الدقيقة، تم التأكد من أن المادة المظلمة في المجرات لا تتكوّن من ذرات بالمعنى الكلاسيكي، مع نواة (بروتونات ونيوترونات) وإلكترونات! وقد سُمّيت هذه الأجسام الغامضة "ماسو" (كائنات مظلمة كثيفة وغلافية)، وقُدر أن تمثل أقل من 10% من إجمالي كمية المادة التي تملأ مجرتنا. إذًا، ماذا تتكون بقية مكونات الكون التي لا تتوافق مع أي نواة ذرية أو أي جسيم معروف؟ لا أحد يعرف، لكن تتشكل أفكار. ولدي الفيزيائيين مرشح واحد بالفعل: "النيوترينو المحايد"، الذي ينبع مباشرة من عالم التماثل الفائق (انظر الصفحة 29)، وهو امتداد محتمل للنموذج القياسي للجسيمات، نبحث عن آثاره في المسرّعات الكبيرة. وتفاعلها مع المادة العادية سيكون ضعيفًا جدًا. حاليًا، وفقًا لأحدث البيانات المتاحة، يُقسّم الكون الذي نعيش فيه كما يلي:

70% من الطاقة المظلمة ذات طبيعة وتركيب غير معروفين، تسرّع التوسع لكنها لا تنفصل معه
25% من مادة مظلمة غريبة (نيوترينو محايدين من التماثل الفائق؟) التي تنفصل مع التوسع
4.5% من مادة عادية، معظمها مظلمة ولا تُضيء. تُشكل النجوم والمواد المرئية من خلال إشعاعها أو امتصاصها للضوء ما نسبته 0.5% فقط. أما العناصر الكيميائية الثقيلة مثل الكربون، النيتروجين، الأكسجين، السيليكون، والحديد، فهي تمثل 0.03%. وهي مكونات الأرض والحياة.
0.3% أو أقل من مادة مظلمة دافئة على شكل نيوترينوات، وفيرة لكنها قليلة الكتلة.

ف.غ.

العودة إلى "رأي المعهد الوطني للبحث العلمي حول أبحاث باحثيه"

العودة إلى "رأي المعهد الوطني للبحث العلمي حول أبحاث جاك بيفينست"