الطوبولوجيا قد تحلّ لغز الثابت الكوني أحد أعتى معضلات الفيزياء الحديثة

باحثون من جامعة براون يكتشفون تشابهاً رياضياً بين الجاذبية الكمية وتأثير هول الكمي قد يُفسر لماذا لا تكتسح طاقة الفراغ الكونَ بأسره.

تحرير
ألمعي · هيئة التحرير
النشر
٢٠ يونيو ٢٠٢٦
المصدر
Science Daily ↗
القراءات
٠
الوقت
قراءة دقيقتين
خط زمني لتطور الكون منذ الانفجار العظيم

يُصنَّف الثابت الكوني على نطاق واسع بوصفه أسوأ تنبؤ في تاريخ الفيزياء النظرية. فبينما تتوقع ميكانيكا الكم أن الفراغ المطلق ينبض بطاقة هائلة ناجمة عن تذبذبات كمية لا تتوقف، تُشير مشاهداتنا الفلكية إلى أن قيمة الثابت الكوني الفعلية أصغر بمئة وعشرين أساً من عشرة مما توقعته النظرية. هذا التناقض الصارخ، المعروف بمشكلة الثابت الكوني، يُعدّ واحداً من أعمق الأسئلة المفتوحة في الفيزياء الحديثة.

والآن يقترح فريق من جامعة براون إجابةً مستوحاةً من عالم مادة الكثافة حيث يُعالج الفيزيائيون ظاهرةً مختلفة تماماً تُعرف بتأثير هول الكمي. يقود البحث الفيزيائي ستيفن ألكسندر ومعه هيليودسون بيرناردو وآرون هوي، وقد نُشر في مجلة Physical Review Letters.

يرصد الفريق تشابهاً رياضياً لافتاً بين حالة تشيرن-سيمونز-كوداما وهي إطار مقترح في الجاذبية الكمية لوصف الحالة الأساسية للزمكان، وبين تأثير هول الكمي في فيزياء المواد المكثفة. ففي تأثير هول الكمي، تحتفظ مادة رقيقة ناقلة للكهرباء تحت مجال مغناطيسي شديد وفي درجات حرارة منخفضة جداً بتوصيلية كهربائية بالغة الدقة، محمية من الاضطرابات الخارجية بفعل ما يُسميه الفيزيائيون الحماية الطوبولوجية.

بعبارة أخرى: بنية الزمكان الهندسية تُبقي قيمة التوصيلية مثبّتة بدقة بصرف النظر عن الشوائب أو التشوهات. وبالقياس، يقترح ألكسندر وزملاؤه أن ثمة بنية طوبولوجية مماثلة في نسيج الزمكان ذاته تجعله يقفل الثابت الكوني في قيمة صغيرة وثابتة، حامياً إياه من الطاقة الكمية الهائلة لطاقة الفراغ التي كان يُفترض أن تضخّه إلى قيم هائلة.

وكما يقول الباحثون: ما أثبتناه هو أنه إذا كان للزمكان هذه الطوبولوجيا غير التافهة، فإن ذلك يحل واحدة من أكثر مشكلات الثابت الكوني فتكاً.

وللسياق التاريخي أهمية هنا: أضاف أينشتاين الثابت الكوني لمعادلات نسبيته العامة في البداية لمنعها من التنبؤ بانهيار الكون. وبعد أن اكتشف هابل عام 1929 أن الكون يتمدد، تراجع أينشتاين عن الثابت واعتبره خطأه الأكبر. ثم عاد الثابت ليظهر في 1998 حين رصد علماء الفلك أن تمدد الكون يتسارع وليس يتباطأ، مطالبين بتفسير لهذا التسارع.

وتتشابك هذه النتيجة مع واحدة من أعظم طموحات الفيزياء النظرية: توحيد ميكانيكا الكم والنسبية العامة في إطار واحد متماسك. وما يُميّز عمل فريق براون هو أنه لا يستعير مجرد تشبيه مجازي من ظاهرة هول الكمي، بل يستحضر الأدوات الرياضية ذاتها ويُطبّقها على هندسة الزمكان.

ترتبط مسألة الثابت الكوني بإرث علمي عربي عريق؛ فابن الهيثم البصري في القرن الحادي عشر أرسى المنهج التجريبي الذي يستند إليه الفيزيائيون اليوم. وتواصل مؤسسات بحثية عربية حاضرة كجامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست) في السعودية وجامعة محمد بن زايد للذكاء الاصطناعي في الإمارات الاستثمارَ في البحث العلمي الأساسي. ويُسهم عشرات الباحثين العرب من الشتات العلمي في أبحاث الفيزياء النظرية بأعرق الجامعات العالمية، وهو ما يجعل كشوفات كهذه إنجازاً تسهم في رسم مساره عقول عربية في صميم المجتمع العلمي الدولي.

يبقى هذا العمل نظرياً تماماً في هذه المرحلة، ويحتاج إلى تطوير مستقل وتحقق تجريبي. لكنه يفتح نافذةً نادرة على إمكانية أن يكون الكون محمياً من الداخل ضد الفوضى الكمية بفضل بنيته الهندسية العميقة.

المصدر الأصلي
Science Daily
قراءة المقال الأصلي ↗
قصة اليوم · كل صباح

أعجبك التقرير؟ استلم واحداً كل صباح.

قصةٌ تقنية واحدة تستحقّ وقتك، بالعربية. بلا إعلانات، بلا إزعاج.

بلا إعلانات · إلغاء الاشتراك بنقرة واحدة · بياناتك آمنة

اقرأ أيضًا

المزيد من علوم

زوجان في منتصف العمر يمارسان الركض الخفيف برفقة رمزية ساعة ولولب للحمض النووي

مسابقة جديدة تتحدى 500 مشارك لعكس أعمارهم البيولوجية خلال ستة أشهر

أطلقت طبيبة أعصاب أمريكية مسابقة تمتد ستة أشهر يحاول فيها نحو 500 مشارك تقليص الفارق بين عمرهم الزمني وعمرهم البيولوجي، باستخدام فحوصات جينية ودماغية وجسدية متعددة، ولوحة صدارة علنية.

MIT Technology Review
سمكة قرش سوداء الزعنفة تسبح في مياه ضحلة وصافية قبالة سواحل فلوريدا

دراسة ميدانية تكشف كيف تسمع أسماك القرش وتحدد مصدر الصوت من 74 متراً

أجرى باحثون أمريكيون أول دراسة ميدانية كمّية لسمع أسماك القرش الحرة في المحيط، وتبيّن أن أسماك القرش السوداء الزعنفة تكشف الأصوات منخفضة التردد من مسافة تصل إلى 74 متراً وتحدد اتجاهها بدقة.

ScienceDaily
تصور فني لذرات سترونشيوم محصورة بملاقط ضوئية في حقل ليزر متضمّن

فيزيائيون في كالتك يرصدون سلّماً طاقياً كمومياً تنبأت به نظرية قبل 40 عاماً

تمكّن فيزيائيون في معهد كالتك من قياس أنماط طاقة كمومية تنبأت بها نظرية الحقل المطابق منذ أربعة عقود، باستخدام ذرات سترونشيوم محصورة بملاقط ضوئية، في تأكيد تجريبي دقيق لنظرية رياضية طويلة الأمد.

ScienceDaily
رسم توضيحي لتراكم لويحات الكوليسترول داخل وعاء دموي متصلب

دراسة ضخمة: واحد من كل 13 شاباً يحمل تصلب شرايين صامتاً دون أن يعلم

كشفت دراسة REACT التي شملت أكثر من 16800 شخص سليم ظاهرياً أن تصلب الشرايين يبدأ في سن مبكرة أكثر من المتوقع، حيث يحمله واحد من كل 13 شاباً بين 18 و29 عاماً دون أي أعراض.

ScienceDaily
تصور فني لنجم مغناطيسي وحقله المغناطيسي القوي

رصد وميض سيني قياسي قد يكشف لحظة ولادة نجم مغناطيسي جديد

فريق بحثي دولي يرصد أطول وميض أشعة سينية مسجّل بعد اندماج نجمين نيوترونيين، في حدث يستمر نحو 10 دقائق ويقدّم دليلاً جديداً على كيفية ولادة النجوم المغناطيسية فائقة القوة.

ScienceDaily
تصور فني لبتات كمومية متشابكة في نظام حوسبة كمومية

بِت كمي من الهليوم فائق السيولة قد يقلل أخطاء الحوسبة الكمومية 100 مرة

باحثون بريطانيون وأمريكيون يصممون بتاً كمياً جديداً يعتمد على الهليوم فائق السيولة بدلاً من الدوائر فائقة التوصيل، بهدف تقليص معدلات الخطأ الناتجة عن التشويش الكهرومغناطيسي في الحواسيب الكمومية.

ScienceDaily