ماهي الطاقة المظلمة و المادة المظلمة في الكون؟ Dark Energy and Dark Matter

كنت تساءلت عن ماهية الطاقة المظلمة و المادة المظلمة في الكون و رأيت أن أفضل مرجع يمكن الرجوع إليه لتعريف هذين المصطلحين هي وكالة الفضاء الأمريكية ناسا لإمتلاكها أجهزة متطورة و متقدمة جدا لسبر أغوار الفضاء و قد وجدت في موقع ناسا الإلكتروني بحثا مختصرا يحاول جاهدا تعريف هذين المصطلحين و ترجيح كفة بعض الفرضيات التي تحاول أن تفسر وجود هذين اللغزين (المادة و الطاقة المظلمتين) و قد قمت بترجمة هذا البحث المختصر آملا أن أكون قد وفقت في الترجمة كما آمل أن تعم الفائدة..

قبل أن نبدأ: لمحة بسيطة على معادلة اينشتاين للمجال فقد تم أدناه ذكر الثابت الكوني فمن خلال المعادلة أدناه يمكن تعريف الثابت الكوني:

http://upload.wikimedia.org/math/3/f...e687cf74c3.png

حيث http://upload.wikimedia.org/math/6/4...2093be3fe0.png تمثل انحناء ريكسي, http://upload.wikimedia.org/math/1/5...96ae0a293f.png انحناء قياسي, http://upload.wikimedia.org/math/4/0...f33e9f0c88.png موتر متري, http://upload.wikimedia.org/math/6/0...8edec8e72b.png يمثل ثابت كوني, http://upload.wikimedia.org/math/3/e...8cdc0b416b.png ثابت الجذب العام, http://upload.wikimedia.org/math/0/8...c4e581a282.png هي سرعة الضوء, وhttp://upload.wikimedia.org/math/a/8...d07bd03544.png موتر انفعال-طاقة.

http://upload.wikimedia.org/math/c/7...a67ce9ac98.png

إذا نصل إلى

http://upload.wikimedia.org/math/b/3...dcf1ff087e.png

للمزيد عن معادلات أينشتاين للمجال: http://ar.wikipedia.org/wiki/%D9%85%...AC%D8%A7%D9%84

نأتي الآن إلى موضوعنا:

الرابط الأصلي للمقال العلمي: http://science.nasa.gov/astrophysics...s-dark-energy/

الترجمه:

الطاقة المظلمة و المادة المظلمة

مقدمة:

في بدايات عام 1990 ميلادية كان الاعتقاد الواسع لدى مجموعة من الفيزيائين و الفلكيين عن توسع الكون أنه لديه ما يكفي من الطاقة الكثيفة لكبح جماح توسعه و بالتالي سحق بعضه بعضا على الرغم بأنه لم يشاهد تباطؤ توسع الكون عمليا و لكن بقي مجرد افتراض عند العلماء. و لكن في عام 1998م حصلت المفاجاءة فقد رصد تلسكوب هابل نجما مستعرا أعظم تبين من خلال تحليل هابل لطيف ذلك النجم البعيد جدا أن الكون كان يتوسع في الزمن السابق أقل من توسعه في الوقت الحالي و لذا فإن التفسيرات النظرية و التي افترضت من قبل ثلة من العلماء و التي قالت بتباطؤ تمدد الكون بسبب مصطلح الجاذبية باءت بالفشل فقد ثبت العكس فالكون كما رصد هابل يتوسع بوتيرة اسرع مما كان عليه في الزمن الماضي و ما إن ظهرت هذه النتائج للعلن حتى اسقط في أيدي الفيزيائين. و لكن لم يستسلموا بعد فظهرت تفسيرات و حسابات رياضية تخمن سبب توسع الكون بوتيرة سريعة .. و قد تم إجمال تلك التفسيرات في ثلاثة إحتمالات.. الإحتمال الأول: ربما جاء إعتقاد العلماء الأول بتباطؤ توسع الكون إلى تجاهلهم لنظرية الجاذبية لإينشتاين في النسبية العامة و التي افترض اينشتاين وجود ثابت اسماه بالثابت الكوني أو لامدا .. الإحتمال الثاني: ربما يكون الفراغ المفترض في الكون مليئ بمائع له طاقة تغطي ذلك الفضاء .. الإحتمال الثالث: ربما تكون نظرية اينشتاين النسبية العامة على خطأ و لتصحيحها فإنه يجب إدخال بعض حقول الطاقة المسببه لتوسع الكون ..

نأتي الآن إلى السؤال التالي: إذا ما الطاقة المظلمة؟

من المضحك أن ما لا نعرفه عن الكون أكثر بكثير مما نعرفه عنه.. فعلى سبيل المثال نحن نعرف الطاقة المظلمة أنها هي المحرك الرئيس لتوسع الكون و لكن ماذا بعد؟ ماذا نعرف أيضا عنها؟ لا شيئ فتبقى هذه الطاقة عبارة عن سر من اسرار الكون على الرغم من أنها تشكل 70% من الحجم الكلي للكون و 25% عبارة عن مواد مظلمة بينما يشكل العالم المادي بما فيه الأرض و المجرات و العوالم الأخرى فقط 5% كم نسبة ضئيلة.. أليس كذلك؟

هذا و قد ظهرت تفسيرات عدة للطاقة المظلمة: أحد هذه التفسيرات يقول أن الطاقة المظلمة هي خاصية من خواص الفضاء (و ماذا بعد؟) فأول شخص أدرك أنه لا يمكن إطلاق لا شيئ على الفراغ الظاهر في الكون هو ألبرت أينشتاين فعبر نظريته النسبية العامة تنبأ اينشتاين إنه من الممكن وجود أكثر من فضاء في الكون و قد عبر عنه بما يسمى بالثابت الكوني (لامدا) و هذا كان الدافع لتنبؤه الثاني الذي قال فيه بأن كل فضاء من هذه الفضاءات المحتمله لديه طاقة خاصة به.. و بما أن هذه الطاقة خاصة بكل فضاء على حده كما افترض اينشتاين فإنه بالتالي أي الطاقة لا يمكن ان تنخفض أو تتبدد كلما توسع الكون.. و كلما ظهرت أكوان فإن ذلك حتما سيؤدي لظهور هذه الطاقة المظلمة و بالتالي فهذه الطاقة هي السبب الرئيس في تمدد و توسع الكون بوتيرة اسرع مما عليه في السابق.. و للإسف فلا أحد يعرف على وجه الدقه لماذا افترض اينشتاين وجود الثابت الزمني في نظريته النسبية العامه بينما ربما و من خلال الحسابات يعرف العلماء أنه يمكن إعطاء الثابت الزمني قيمة معينة و بالتالي ستتنبأ النظرية بتوسع الكون..
التفسير الثاني لوجود الطاقة المظلمة يأتي من خلال حسابات نظرية الكم و لكن للإسف فقد باءت الحسابات بالفشل (كيف؟) فقد افترض العلماء أن ما يطلق عليها بالطاقة المظلمة هي عبارة عن جسيمات تظهر و تختفي و عندما حاول العلماء حساب مقدار الطاقة صًدموا بالرقم الذي حصلوا عليه فقد كان الرقم 10¹²⁰.. و قد كان هذا الرقم خطأ فادح و قد اسقط في ايدي العلماء و واصل الغموض يكتنف ماهية الطاقة المظلمة ..
الإفتراض الثالث للطاقة المظلمة هو أنها نوع من حقول الطاقة أو نوع من الطاقة الديناميكية لمائع ما و هذا المائع لديه القدرة على ملئ كل الفضاء و هو المحرك الرئيس لتمدد الكون و هذا النوع المفترض من الطاقة يعمل عكس المادة و عكس الطاقة العادية.. و قد أطلق العلماء المفترضين لهذا النوع من الطاقة بالعنصر الخامس عند فلاسفة الإغريق أو "quintessence".. و إذا كان ارادوا إزالة الغموض عن الطاقة المظلمة فإن هناك اسئلة منطقية ستسأل عن ما يسمى بالعنصر الخامس: ماذا يكون عساه هذا العنصر الخامس؟ مع ماذا يتفاعل؟ لماذا وجد؟ و لإن أحدا من مفترضي العنصر الخامس لم يستطع الاجابة فلا زال غموض الطاقة المظلمة ساريا..
الإحتمال الإخير: لو افترضنا أن النسبية العامة لإينشتاين خطأ فإن هذا سيؤثر على تصورنا لتمدد الكون و بالتالي سيؤثر على تصورنا في كيفية توزع المجرات في مجموعات و السلوك العام لها.. و حقيقة افتراضنا أعلاه سيحتم علينا الإجابة على الاسئلة : بما اننا افترضنا خطأ نظرية النسبية العامة فما هو نوع النظرية القادمة التي ستحل مشكلة الطاقة المظلمة؟ هل ستستطيع هذه النظرية الجديدة وصف سلوك الكواكب في نظامنا الشمسي كما فعلت نظرية النسبية العامة لإينشتاين؟ للإسف حتى مع افتراضنا بخطأ نظرية النسبية العامه فإن هذا لن يحل لغز الطاقة المظلمة و سيستمر الغموض..
و لترجيح كفة الإحتمالات أعلاه و التي افترضت أن الطاقة المظلمة عبارة عن: خاصية من خصائص الكون أو أنها نوع جديد من الموائع الديناميكية (العنصر الخامس كما يقول الإغريق) أو نوع جديد من نظرية النسبية العامة فإننا نحتاج إلى كم هائل من البيانات و هذا الكم الهائل هو ما سيرجح كفة أحد الإحتمالات أعلاه على بقية الإحتمالات .. و هذا ما سيقوم به التلسكوب هابل ..
http://science.nasa.gov/media/medial.../image_preview

الصورة أعلاه توضح افتراضا التغير الذي حصل في توسع الكون منذ نشأته منذ 15 مليار سنة مضت. حيث تبين الرسمه أنه كلما زادت الإنحناءات كلما تمدد الكون بوتيرة اسرع. و يلاحظ من الرسمه أن التغير الحاد في المنحنى حصل قبل 7.5 مليار سنة من الآن عندما بدأت الأشياء في الكون تتطاير بعيدة عن بعض.. علماء الفلك و الفيزياء النظرية يرجعون سبب التمدد السريع للكون و تباعد مجراته عن بعضها البعض إلى شيئ غامض أطلقوا عليه القوة المظلمة و ما زال البحث جاريا عن ماهية هذه الطاقة الغامضة..

نأتي الآن للسؤال التالي: ما هي المادة السوداء أو المظلمة في الكون؟

رأينا أعلاه كيف أن العلماء افترضوا أن الكون يتكون من 70% عبارة عن طاقة مظلمة و 25% عبارة عن مادة معتمة ثم ما تبقى 5% عبارة عن الكون المرئي أو الكون المادي و قد يكون هذا الإفتراض لمكونات الكون متوافقا مع المشاهده .. فما عساها أن تكون الماده المعتمه في الكون؟
للإجابة على السؤال أعلاه للوهلة الأولى قد نقوم بتعرف ماذا نقصد بمادة ما أن تكون معتمة و لكننا لا نعرف حقا ما هيية هذه المادة المظلمة في الكون؟ أولا و من خلال الوصف فإن هذه المادة مظلمة بمعنى آخر فإن هذه المادة لا يمكن أن تدخل في تكوين النجوم و الكواكب التي نشاهدها .. و قد تبين من خلال المراصد على الأرض أن ما نراه في الكون من مجرات يرجح أن تكون نسبة المادة المظلمة 25% .. ثانيا: لا يمكن للمادة المعتمة أن تشكل السحب السوداء والتي تشكل المواد المادية في الكون فتلك السحب تتكون من باريونات و قد عرفنا عن تلك السحب لإنها تقوم بإمتصاص الإشعة المارة من خلالها.. ثالثا: لا يمكن للمادة المعتمة أن تكون ما يسمى بالمادة المضاده أو ضديد المادة و ذلك لإننا لم نرى إلى الآن أشعة جاما استثنئاية تنتج عادة تصادم المادة بضديديتها.. أخيرا: نستطيع أن نعرف مقاس المجرات بواسطة كم عدد عدسات الجاذبية التي من الممكن رؤويتها فالكثافة العالية للمادة في المجرات تتسبب في انحناء الضوء الذي يعبر قريبا من تلك المجرات و لكن تلك المشاهدات ليست كافية للإدعاء بأن المادة المظلمة تشكل 25% ..
على كل حال بعضا من العلماء يفترض أنه بالإمكان رؤية جزء بسيط من المادة المظلمة. فهم يقولون أن المواد التي تتكون من الباريونات يكون في مقدورها تشكيل المادة المعتمة في حالة واحدة فقط و هذه الحالة توجد في نجوم الأقزام البنية أو النجوم الأصغر حجما من الأقزام البنية حيث أن مثل هذه النجوم تتكون من عناصر ثقيلة و تعرف هذه الظاهرة التي تحصل في نجوم الأقزام البنية بالهالة الكثيفة (massive compact halo objects, or "MACHOs) و على النقيض فمعظم الآراء تقول بأن المادة المعتمة ليست باريونات بل تتكون من جسيمات افتراضية اسمها أكسيونس "axions " و مثل هذه الجسيمات كانت قد افترضت لتفسير ماهية المادة المظلمة .. إذا فمثل هذه الجسيمات الإفتراضية هي عبارة عن جسيمات دون ذرية لم تدخل في تشكيل المواد في عالمنا المادي بسبب ضعف تفاعلها فهذه الجسيمات الافتراضية تستطيع عبور المادة بدون أن تحدث أن تأثير يذكر و في نفس الوقت هذه الجسيمات كتلها كبيرة نسبيا.. فبالإضافة إلى الى الجسيم المفترض أعلاه axions يفترض وجود Neutralino.. إذا إفتراض وجود مثل هذه الجسيمات إنما جاء في محاولة لتفسير المادة المظلمة ..

http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/i...2-10-a-web.jpg

في الصورة أعلاه يظهر قلب مجرة Abell 520 و كيف تتوزع المادة المظلمة و المجرات و الغاز الساخن. ما تمت رصده في الصورة أعلاه من قبل تلسكوب هابل قد يمثل تحديا للنظريات المفترضة للمادة المظلمة..

و في التالي الخطوط العريضة لما اكتشف حديثا

في 12 أبريل 2012م: تم إكتشاف إحدى المجرات العنقودية و المعروفة ب "Musket Ball" أو كرة مسكيت تبعد هذه المجرة 700 مليون سنة حيث المادة و المادة المعتمة مزقت بعضها بعضا.. و قد يقود إكتشاف هذه المجرة إلى تسليط الضوء على نمو مثل هذه المجرة و كيف تغيرت بفعل التصادمات ..

http://chandra.harvard.edu/photo/201...etball_w11.jpg

في 02 أبريل 2012م: مرصد فيرمي رصد مجرة قزمة و هذا سيعطي زخم كبير لمعرفة ماهية المادة المظلمة..

http://www.nasa.gov/images/content/6...o1007a-673.jpg

http://www.nasa.gov/mission_pages/GL...-insights.html

في 14 مارس 2012م: تم عمل خريطة للمادة المظلمة لمجرة Abell 383 و التي تبعد عن الأرض 2.3 مليار سنة و بالمناسبة المادة المظلمة هي مادة غير مرئية فهي لا تبعث أو تمتص الضوء و لكن تم اكتشافها من خلال ما يعرف بتأثير الجاذبية..

http://chandra.harvard.edu/photo/2012/a383/a383_w11.jpg

في 02 مارس 2012م: صورة إلتقطها تلسكوب هابل للمادة المعتمة قد تتسبب في انهيار النظرية و الفرضيات القديمة للمادة المظلمة حيث تتنبأ النظرية القديمة بأن المجرات عند سعيها للتحول إلى مادة مظلمة يمكن أن تتحول قبل ذلك إلى عناصر غير مرئيه و ذلك خلال اصطدامها بمجرات أخرى .. فالفلكيون شاهدوا ما قد يعتقد بأنها مادة معتمة بقيت بعد إصطدام غريب بين مجرات ضخمة.. بعدها تجمعت المادة المظلمة داخل لب مظلم حيث إحتوى ذلك اللب على القليل من المجرات الغير متوقعة من قبل الراصد و النظرية القديمة كما يعتقد أن معظم المجرات التي رصدت قد ابحرت في الفضاء بعيدا عن التصادم ثم عادت بعد أن خمدت نيران التصادم المروع بين المجرات..

http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/i...2-10-a-web.jpg

في 10 يناير 2012م: ناسا وجدت أضخم مجرة متبقية منذ نشأة الكون.. و قد أطلق عليها EI Gordo حيث تبعد هذه المجرة حوالي 7 مليار سنة و استخدم تلسكوب تشاندرا و آخر تلسكوب ضوئي..

http://chandra.harvard.edu/photo/201...lgordo_w11.jpg

في 10 يناير 2012م: هابل يكتشف أبعد مجرة عنا حيث يقدر بعدها ب 13.1 مليار سنة ضوئية و كما يقول أحد علماء ناسا "فقد تكونت هذه المجرة خلال المراحل الأولى من تشكل المجرات بعد الإنفجار العظيم"..

http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/i...2-05-a-web.jpg

في 13 إكتوبر 2011م: هابل يمسح الفضاء بحثا عن مواد مظلمة (معتمة) جديدة..

http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/i...1-25-a-web.jpg

في 22 يونيو 2011م: هابل يعيد اكتشاف مجرة Abell 2744 و التي هي عبارة عن اصطدام اربعة مجرات على الأقل مع بعضها البعض حيث كونت لنا الصورة النهائية أدناه و قد كان لهذا التصادم الهائل تأثير لم يرى من قبل على المجرات المكتشفه.. تبعد هذه المجرة 3.5 مليار سنة ضوئية..

http://chandra.harvard.edu/photo/201...abeled_420.jpg

في 19 مايو 2011م: إستطاع التطور الهائل لدى ناسا في فهم جزئي لماهية الطاقة المظلمة.. فقد تم اكتشاف أن الكون يتوسع بوتيرة سريعة و ذلك ربما يكون بسبب الطاقة المظلمة..
في 12 أبريل 2011م: قام تلسكوب هابل بإلتقاط صورة لمجرة Abell 383 حيث تبين الصورة أدناه كتل كبيرة للمادة المظلمة و التي تتسبب في انحناء الضوء المار بقربها هذا يعني أنه بالنسبة للمجرات السحيقة و التي تقع في خلفية الصورة فإنه مجال جذبها يعمل كعدسة مكبر فتحني و تركز ضوئها على عدسة تلسكوب هابل و بالمناسبة فإن عدسة الجاذبية هي أداة يستخدمها الفلكيون لزيادة الرؤوية ما أبعد ما يمكن رؤويته..

http://www.spitzer.caltech.edu/uploa...jpg?1314908846

في 14 مارس 2011م: بواسطة مسح قام به تلسكوب هابل للفضاء فقد تم استبعاد بعض الفرضيات القائلة بأنه توجد فقاعات ضخمة بالنسبة في الفراغ الفضائي يقدر عرضها بحوالي 8 مليارات سنة ضوئية حول أقرب مجره لنا.. فمثلا لو كان الراصد يقف بالقرب من وسط هذا الفراغ فإنه سيرى بأن المجرة تندفع بعيدة بتسارع عالي و ما يراه الراصد عبارة وهم لا يمثل الحقيقة.. هذه الفرضية تم استبعادها و ذلك لان الفلكيون وجدوا بأن فهمهم الحالي لمعدل تمدد الكون يصل إلى 3.3 بالمئة و هذه النسبة قلصت هامش الخطأ إلى 30 بالمئة من القياس الذي تم حسابه بناء على بيانات سابقة لهابل عام 2009م.. و هذه النتيجة الأخيرة كانت قد أعلنت في ابريل 2011م.. و قد تم إحلال فرضية أن الكون مليئ بالطاقة المظلمة و التي تعمل في الاتجاه المعاكس للجاذبية..

http://imgsrc.hubblesite.org/hu/db/i...1-08-a-web.jpg

تعريف لإحد المصطلحات التي وردت بالإعلى:

عدسة الجاذبية

Gravitational lens

: عدسة الجاذبية ترجح أن بعض عناقيد النجوم والمجرات عبارة عن صور بصرية تولدت من تأثير جاذبية نجوم كبيرة أو ثقوب سوداء وأطلق علي هذا التأثير عدسة الجاذبية Gravitational lens. توجد في الكون نجوم عظيمة الأحجام (حجم الشمس 100 مرة) وتعمل بفعل قوي جاذبيتها العالية التي تفوق شدة جاذبية الشمس ملايين المرات على انحناء الضوء المار بالقرب منها. فيكون تأثيرها علي الضوء القادم من خلفها سواء من نجوم عظمي أو مجرات سماوية أخرى. فينحني مسار الضوء حولة بطريقة انحنائه في عدسة، وبذلك تظهر لنا على الأرض عدة من الأجرام السماوية الموجودة خلف الجرم الكبير أو ثقب أسود بتكاثروعادة ما تكون تلك الصور مختلة بعض الشيئ.

http://ar.wikipedia.org/wiki/%D8%B9%...A8%D9%8A%D8%A9

فيديو توضيحي للمادة المظلمة:
https://www.youtube.com/watch?v=kM3oL0Ox81I