18 فوریه 2023
چرا کیهانشناسی، فیزیک آستروفیزیک و فیزیک نظری از ۵۰ سال پیش در گیر گرفته شدهاند؟
«مدل استاندارد فعلی» تنها به دو عنصر کمک میکند: ماده تاریک و انرژی تاریک. ماده تاریک، با جرم مثبت، وظیفهای دارد که کهکشانها و گروههای کهکشانی را در خود نگه دارد، شکل صاف منحنیهای چرخش آنها را توضیح دهد، به طور کاملاً دلخواه. در واقع، چگونه توزیع آن در فضا تعیین میشود؟ به این صورت که آن را طوری تنظیم میکنند که منحنیهای چرخش را دوباره به دست آورند. ما میلیونها دلار را در سراسر جهان هزینه کردهایم تا آن را در معدنها، تونلها و فضا بگیریم. هزاران مقاله در مجلات برتر منتشر شده که همه به شکلی تخمینی درباره ماهیت آن هستند. بیفایده. ما سعی کردهایم کاندیدایی را که احتمال بیشتری داشت، یعنی نیوترونین، در یک کیلوگرم از کریپتون، سپس ده، صد، یک تن و چند تن بگیریم.
هیچ نیوترونینی نیست، هیچ کرهای از کرهای نیست.
ما به انرژی تاریک یک مقدار انرژی مثبت و فشار منفی دادهایم که به نظر میرسد متناقض باشد، چرا که فشار (اسکالر) در واقع یک چگالی حجمی انرژی است. قانون گسترش جهان از یک جواب معادله میدان اینشتین است. «منبع» این دینامیک در جمله دوم قرار دارد. این یک چگالی حجمی انرژی، ρc² است. بنابراین دو جمله داریم. اول، جملهای که عمل جرم را نشان میدهد، مطابق با رابطه معروف اینشتین E = mc². جمله دوم فشار است. همه اینها یکنواخت هستند و به ژول بر متر مکعب اندازهگیری میشوند.
این جمله دوم چه چیزی را توصیف میکند؟ در دوره ماده، این چگالی حجمی انرژی جنبشی جرمهای تشکیلدهنده جهان است، مطابق با معادله حالت:
در دوره تابشی، علاوه بر چگالی حجمی انرژی فوتونها: hν، ضرب شده در تعداد فوتونها در متر مکعب، فشار تابشی داریم که مطابق با رابطه زیر است، معادل «معادله حالت گاز فوتونها»:
مطابق با معادله اینشتین، پایه نسبیت عام:
فشار مثبت هممعنی با کاهش سرعت حرکت گسترش است
در مقابل، برای توضیح حرکت شتابدار گسترش کیهانی، باید چیزی داشته باشیم که با فشار منفی مرتبط باشد.
اگر فشار مرتبط با انرژی تاریک را یک چگالی حجمی انرژی در نظر بگیریم، به نتیجهای میرسیم که وجود حالتهای انرژی منفی وجود دارد (مطابق با کارهای ناتالی دِبرگ).
اما آنها را با یک ترفند جادویی از بین میبریم و به این مولفه جدید، با ماهیت ناشناخته، یک «معادله حالت» میدهیم:
انتخاب w = -1 (که هیچ توجیهی ندارد) به ما اجازه میدهد تا یک چگالی حجمی معادل، به کیلوگرم بر متر مکعب، مثبت به دست آوریم. این امر به ما اجازه میدهد تا دایرهای که محتوای جهان را توصیف میکند — جرم مشاهدهشده، جرم غیرقابل مشاهده مثبت (ماده تاریک)، و «معادل ماده» — را کامل کنیم که نشاندهنده قدرت دفعی مرموز خلاء، مرتبط با ثابت کیهانشناختی لامبدا است.
در مدل جانوس، آنچه باعث شتاب گسترش کیهانی میشود، جمع دو جمله است:
-
چگالی انرژی (منفی) مرتبط با جرم، مطابق با E = m c^2، با E و m منفی.
-
فشار منفی، که به عنوان چگالی انرژی منفی مرتبط با انرژی جنبشی منفی این ذرات همانها در نظر گرفته میشود.
بنابراین تفاوت بنیادی بین این دو تفسیر وجود دارد. چون ثابت کیهانشناختی، همانطور که نامش میگوید، در طول زمان ثابت است، به یک قدرت دفعی مرموز خلاء مربوط میشود که با یک چگالی انرژی ثابت، بیتفاوت به حرکت گسترش و کاهش چگالی مرتبط با گسترش، مرتبط است. اگر a عامل مقیاس باشد، که اندازه جهان را نشان میدهد، هر چگالی چیزی به طور اولیه به صورت 1/a^3 تغییر میکند.
نتیجه این است که جهان، با این فشار منفی ثابت که به «انرژی خلاء» فرضی مرتبط است، به صورت نمایی در طول زمان گسترش مییابد.
در مدل جانوس، در دوره ماده، دینامیک گسترش به محتوای اصلی با جرم منفی نسبت داده میشود. این جرم منفی دو نقش را ایفا میکند: نقشی که ماده تاریک ایفا میکند و نقشی که انرژی تاریک ایفا میکند. بنابراین این چگالی انرژی به صورت 1/(a^3) کاهش مییابد. آینده جهان در این صورت متفاوت خواهد بود. بدون این موتور در طول زمان، گسترش آن به صورت تقریباً خطی خواهد بود و به یک آسیمتوت میل خواهد کرد.
این دو روش دیدن چیزها باید در یک دیدگاه مشترک قرار بگیرند. ما یک مقاله بسیار ساختاریافته تهیه کرده بودیم که ابتدا در نوامبر ۲۰۲۲ به Physical Review D فرستاده شد. رد فوری، بدون ارسال به داوران، با فقط ذکر «غیرقابل مناسب بودن» (non suitable). ارسال دوم به Astrophysical Journal. همان کار، در ۱۲ فوریه ۲۰۲۳، با رد نیز از ارسال به داور. محتوای این پاسخها را قبل از مقاله میخوانید.
در واقع، مجلات به طور سیستماتیک از ارسال مقالات ما به داوران خودداری میکنند، از پنج سال پیش. بنابراین ده بار رد شدهایم.
این یک نقص بنیادی در سیستم انتشار علمی را نشان میدهد. با این حال، آنها همچنان به شکلی مشخص به شکگذاری باز هستند. دو مثال میتوانیم بیاوریم. برای Physical Review D، یک مقاله را بیاوریم که در آن، این شخصیت برجسته کیهانشناسی فرانسوی، آورلین بارو (توجه کنید به ثروت قابل توجه صفحه ویکیپدیای او) به عنوان همنویسنده ظاهر شده است.
[در Physical Review D، ۲۰۱۹](article
Barrau)
نویسندگان این مقاله چه پیشنهادی دارند؟ یک مدل که در آن ماده تاریک میتواند «باقیمانده» برخورد بین «سیاهچالههای کوچک» باشد، که در «دوره پلانک» قرار دارند، یعنی در حالتی از جهان که بیشترین دوره دور است (غیرقابل مشاهده). سیاهچالههای کوچک فرضی. ترجمه عنوان:
- **ماده تاریک به عنوان باقیمانده دوره پلانک، بدون فرضیات بسیار عجیب **(...). *
تستهای پیشنهادی در برابر دادههای مشاهدهای ممکن: هیچ. یک نمونه کامل از جمله ریاضیدان ژان ماری سوریو:
- فیزیک بدون تجربه و ریاضیات بدون دقت.
در مورد انرژی تاریک، جامعه علمی از زمان انتشار دو مقاله در Astrophysical Journal و Astrophysical Letters در حال هیجان است.
اولین مقاله** دومین مقاله. ****یک وبلاگر علمی اینجا نظر خود را میگوید**.
برای سادهسازی، در صفحه وبلاگر، صدای نظرش را بشنوید.
چه چیزی درباره این است؟
ما دیدیم که ویژگی انرژی تاریک این است که به عنوان یک مؤلفه با چگالی حجمی ثابت، بیتفاوت به پدیده گسترش کیهانی، ظاهر میشود. حالا فرض کنید اشیاءای وجود دارند که میتوانند چنین محتوایی را نشان دهند. برای اینکه این چگالی انرژی حفظ شود، باید طبق یک مکانیسم فیزیکی ناشناخته، انرژی تاریک که آنها حاوی هستند، به صورت a^3 با گذشت زمان افزایش یابد.
مقاله ذکر شده به مطالعه جرم سیاهچالههای بزرگ در مرکز کهکشانهای بیضوی اشاره میکند. این مطالعه نتیجه میگیرد که این جرمها به صورت a^3 افزایش مییابند. با چه مکانیسمی؟ داستان چیزی نمیگوید. به نظر اولیه، به احتمال زیاد این افزایش از طریق «افزایش» (جذب ستارههای اطراف) نیست. این نمیتواند چنین پدیدهای را توجیه کند، چرا که جمعیت ستارههای این کهکشانهای بیضوی، خود ثابت میماند. چه پدیدهای عجیب! اما بگویید، جرم این سیاهچالههای بزرگ مثبت است. اگر جرم آنها افزایش یابد، این یک افزایش در جرم مثبت است، نه؟
هیچ چیز متوجه نشدید. از عقل خود استفاده کنید و معادله حالت مرتبط با این انرژی تاریک را دوباره بررسی کنید. افزایش انرژی مثبت در مرکز سیاهچالههای بزرگ، به این معناست که فشار منفی افزایش مییابد. متوجه شدید؟ هر جرم مثبت، انرژی تاریک مثبت را نشان میدهد، اما ... فشار منفی. ما اکنون مدلهایی از سیاهچالههای «بدون تکینگی» داریم که از همین مفاهیم استفاده میکنند.
*حالا میدانید که انرژی تاریک کجاست: در مرکز سیاهچالههای بزرگ. * همه این موارد فقط یک ترفند بزرگ و جادویی است (ر. کیپلینگ، «داستانهایی مثل این»).
در علم باید هیچ چیز را از پیش رد نکنیم، به ویژه وقتی ایدهای بر پایه چیزی واقعی است: افزایش جرم اشیاء فوقالعاده بزرگ در مرکز کهکشانهای بیضوی. یک واقعیت مشاهدهای که دانشمندان نظریه، از هر طریق، باید به آن توجه کنند. این پدیده افزایش جرم سیاهچالههای بزرگ نوری به طبیعت عمیق آنها میدهد. از قبل، دانشمندان نظریه با مشکل مدلسازی تشکیل آنها از طریق افزایش و ادغام سیاهچالههای ستارهای مواجه بودند. اکنون، فرضیه افزایش را رها کنیم، که منسوخ شده است. مسئله به طور واقعی تقریباً حل شده است. مکانیسمی که آنها را به وجود میآورد، مانند خرگوشهایی که از کلاه جادویی بیرون میآیند، همان مکانیسمی است که رشد آنها را تضمین میکند.
این فقط یک پدیده ناشناخته است.
بازگشت به رد دوم ارسال مقاله ما به داور. پاسخ Physical Review D بدون هیچ گونه تردید است. در مقابل، ویراستار Astrophysical Journal اشاره میکند که تنها تطابق با دادههای شتاب گسترش کیهانی کافی نیست تا به عنوان پایهای برای یک مدل باشد. باید دیگر چیزهایی را توضیح دهد. با این حال، من به بازنویسی مقاله ادامه دادم و عنوان مقاله ارسالی را تغییر دادم، که اکنون به این صورت خواهد بود:
مدل کیهانشناختی جانوس. بخش اول: تفسیر جایگزین شتاب گسترش کیهانی.
و سپس یک مقاله دوم خواهم داشت:
مدل کیهانشناختی جانوس. بخش دوم: مقایسههای موفق دیگر با دادههای مشاهدهای.
دو مقاله به طور همزمان ارسال خواهند شد. به شما اطلاع خواهیم داد.
آیا این مقالات در نهایت به داوران ارسال خواهند شد؟ من نمیدانم.
چه چیز دیگری؟
ثبت سخنرانیام که در پاریس در ۱۴ ژانویه ۲۰۲۳ ارائه شد، در دسترس است: لینک. همچنین ۶۰ دقیقه سؤال و پاسخ که پس از آن ارائه