هل الحياة مبنية على المادة المظلمة ممكنة؟

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

الغالبية العظمى من الكتلة في كوننا غير مرئية. ولبعض الوقت ، يحاول الفيزيائيون فهم ماهية هذه الكتلة المراوغة. إذا كان مصنوعًا من جسيمات ، فإن الأمل هو أن ينتج مصادم الهادرونات الكبير جسيمًا من المادة المظلمة ، أو أن التلسكوب الفضائي سيرى توقيعًا بليغًا لأشعة غاما لتصادم المادة المظلمة. حتى الآن ، لا يوجد شيء. وهذه المشكلة تجعل علماء الفيزياء النظرية يفكرون في أفكار جديدة.

في عام 2017 ، نظرت عالمة الفيزياء النظرية الشهيرة ليزا راندال في واحدة من أكثر الاحتمالات التي لا تصدق للمادة المظلمة. افتراضي بالطبع. بدلاً من معالجة المادة المظلمة كنوع معين من الجسيمات ، افترضت أن المادة المظلمة يمكن أن تتكون من عائلة كاملة من الجسيمات التي تشكل النجوم المظلمة ، والمجرات المظلمة ، والكواكب المظلمة ، وربما الحياة المظلمة. يمكن أن تكون كيمياء الكون المظلم غنية ومتنوعة مثل "الكيمياء العادية" الخاصة بنا. لكن ليس كل شيء بهذه البساطة.

مشكلة المادة المظلمة

كوننا مكان رائع ، وإن كان غير مفهوم.

على مدى العقود القليلة الماضية ، أدركنا أنه لا يمكن رؤية 84.5٪ من المادة في الكون. بالنظر إلى لقبها المحرج إلى حد ما "المادة المظلمة" ، تكون هذه المادة في حالة لا تتفاعل فيها مع المادة "العادية". مثل الطاقة المظلمة ، هذه الأشياء "مظلمة" لأننا لا نفهمها.

إذا كانت هناك قطعة من المادة المظلمة على مكتبي الآن ، فلن أعرف عنها أبدًا. قطعة من المادة المظلمة بشكل عام ، على هذا النحو ، لا يمكن أن ترقد على مكتبي. سوف يسقط من خلال الطاولة ، والأرض ، وقشرة الأرض ، تندفع إلى الجاذبية جيدًا في قلب كوكبنا. أو ستختفي في الفضاء بطريقة غير مفهومة. تتفاعل المادة المظلمة بشكل ضعيف مع أي شيء لدرجة أن هذه القطعة ستسقط ببساطة من خلال المادة العادية ، كما لو أنها غير موجودة.

على نطاق صغير ، يكون مظهر الجاذبية للمادة المظلمة ضئيلًا ، ولكن على مسافات كونية يكون وجود المادة المظلمة محسوسًا بالتأكيد - يمكن ملاحظته بشكل غير مباشر من خلال تأثير الجاذبية على مجموعات المجرات وتأثيره على دوران المجرات. نحن نعلم أنه موجود ، ونحن ببساطة لا نراه.

ونحن لا نعرف ما هو ، لا يسعنا إلا أن نخمن

تتفاعل المادة العادية - المعروفة أيضًا باسم المادة الباريونية - من خلال القوى الكهرومغناطيسية والجاذبية والقوى والضعيفة. هذه القوى تنقل الطاقة وتعطي بنية لكل المادة. من ناحية أخرى ، يُنظر إلى المادة المظلمة عادةً على أنها سحابة غير متبلورة من "المادة" لا يمكنها التفاعل من خلال القوى الكهرومغناطيسية ، ضعيفة أو قوية. لذلك ، يُفترض أن المادة المظلمة "غير باريونية". يمكن للمادة غير الباريونية أن تكشف عن وجودها عن طريق الجاذبية فقط.

المرشح الرئيسي في البحث عن المادة المظلمة هو WIMP ، وهو جسيم ضخم يتفاعل بشكل ضعيف. كما يوحي اسم WIMP ، لا يتفاعل هذا الجسيم الافتراضي مع المادة العادية - لذا فهو ليس باريونيك.

تتنبأ النماذج الكونية الراسخة بأن المادة المظلمة - سواء كانت في شكل WIMPs أو "أكسيونات" ، على سبيل المثال - تمنح كوننا بنية وعادة ما يطلق عليها بشكل مبسط "الغراء" الذي يحافظ على كوننا ككل.

لاحظت عالمة الفلك فيرا روبين ، برصد دوران المجرات ، أن معظم المادة في المجرات لا يمكن ملاحظتها. يمكن رؤية نسبة صغيرة فقط - النجوم والغاز والغبار ؛ الباقي يختبئ في هالة ضخمة ولكن غير مرئية من المادة المظلمة.يبدو الأمر كما لو أن مجرتنا المرئية للمادة العادية هي مجرد غطاء على عجلة ضخمة من المادة المظلمة التي تمتد إلى ما هو أبعد مما يمكننا رؤيته.

في بحث نُشر مؤخرًا (2013) ، قدمت راندال وزملاؤها شكلاً أكثر تعقيدًا من المادة المظلمة. وفقًا لهم ، لا تتكون هالة المادة المظلمة لمجرتنا من نوع واحد فقط من الكتلة غير المتبلورة من المادة غير الباريونية.

كتب راندال: "يبدو من الغريب جدًا افتراض أن كل المادة المظلمة تتكون من نوع واحد فقط من الجسيمات". "يجب على العالم غير المتحيز ألا يسمح للمادة المظلمة بأن تكون متنوعة مثل مادتنا العادية."

"كون الظل" الغنية؟

مثلما يخضع كوننا المرئي للنموذج القياسي للفيزياء - عائلة مثبتة جيدًا من الجسيمات (بما في ذلك بوزون هيغز سيئ السمعة) والقوى ، هل يمكن لنموذج غني ومتنوع من جسيمات وقوى المادة المظلمة أن يعمل في هالة مجرة مظلمة؟

يتبع هذا البحث منطق افتراض مجموعة متنوعة غنية من الفيزياء غير المعروفة في القطاع المظلم من الكون - دعنا نسميها "كون الظل" - الموجود بالتوازي مع عالمنا ولديه كل التعقيدات التي يقدمها كوننا المرئي.

اقترح علماء الفيزياء الفلكية سابقًا أن "النجوم المظلمة" - النجوم المكونة من المادة المظلمة - قد تكون موجودة في كوننا القديم حتى يومنا هذا. إذا كان الأمر كذلك ، كما يقول راندال ، فربما تتشكل "الكواكب المظلمة". وإذا كانت هناك عائلة من جسيمات المادة المظلمة تتحكم فيها قوى منتشرة في القطاع المظلم ، فهل يمكن أن يؤدي ذلك إلى ظهور كيمياء معقدة؟ وإلى الحياة؟

ومع ذلك ، إذا كانت هناك حياة "مظلمة" أو "ظل" موازية لكوننا ، فيمكنك أن تنسى أنه يمكننا اكتشافها.

ستبقى حياة الظل في الظل

يبدو أنه من المغري استخدام هذه الفرضية لشرح جميع الألغاز اليومية أو حتى الادعاءات الخارقة التي لا يستطيع العلم المجادلة أو دعمها. ماذا لو كانت "الأشباح" أو "الأضواء في السماء" التي لا يمكن تفسيرها هي التصرفات الغريبة للمخلوقات المظلمة التي تعيش في مؤخرة كل شيء؟

في حين أن هذا المنطق سيكون جيدًا بالنسبة لبرنامج تلفزيوني أو فيلم ، فإن هذه المخلوقات المظلمة ستعيش في عالم غامض لا يتوافق تمامًا مع المادة العادية. لن يكون لجسيماتهم وقواهم أي تأثير في كوننا. يمكنك قراءة هذه السطور وأنت جالس على جذع شجرة في غابة مظلمة ، ولن تعرف عنها أبدًا.

ولكن بما أننا نتعايش مع هذا الكون الظلي في نفس المكان والزمان - بدون أبعاد غير ضرورية أو أكوان متعددة - يمكن إرسال إشارة واحدة فقط.

تم اكتشاف موجات الجاذبية فقط في عام 2016 ، وكان أول اكتشاف لهذه التموجات في الزمكان ناتجًا عن اصطدام الثقوب السوداء. يبدو أنه من الممكن جدًا اكتشاف موجات الجاذبية في القطاع المظلم ، ولكن يمكن فقط اكتشاف أقوى الأحداث الكونية في القطاع المظلم في نهاية السلك.

بشكل عام ، من شبه المؤكد أننا لن نثبت أبدًا وجود كائنات لطيفة من المادة المظلمة ، لكن راندال يشير إلى نقطة مهمة. عندما نفكر في مصدر المادة المظلمة ، يجب أن ننظر إلى ما وراء تحيزاتنا ؛ يمكن أن يكون القطاع المظلم عائلة معقدة من جسيمات المادة المظلمة والقوى التي تتجاوز ما يمكننا تخيله.