حل لغز المادة المظلمة؟ .. "مرآة الكون" تتحرك إلى الوراء في الزمن وقد تكون مفتاح اللغز!

وقرر الفيزيائيون أن قوانين الطبيعة تميل إلى اتباع ثلاثة تناظرات أساسية، وهي الشحنة والتكافؤ والزمن، والمعروفة مجتمعة باسم تناظر CPT. فما الذي يعنيه هذا الكلام، من الناحية النظرية، هو أنه إذا كنت تفكر في التفاعلات بين أي جسيمات، يمكنك عكس الشحنات (تبديل المادة بالمادة المضادة، على سبيل المثال)؛ استبدال كل جسيم وتفاعل وانحلال بصورة المرآة (ما يسمى بتحويل التكافؤ)؛ أو قم بتشغيل التفاعل للخلف بدلا من الأمام في الوقت المناسب - وسيظل يتصرف بنفس الطريقة. لكن في الواقع، الأمور أكثر تعقيدا بعض الشيء، حيث لا يتم اتباع التماثلات الفردية في بعض الأحيان، فيما يسميه الفيزيائيون "الانتهاك".

وإذا أخذنا النيوترينوات، على سبيل المثال - جسيمات دون ذرية تشبه الإلكترونات، ولكن بدون شحنة كهربائية وكتلة صغيرة - يُعتقد أنها تدور دائما في اتجاه عقارب الساعة بالنسبة للاتجاه الذي تسير فيه.

ويسمي الفيزيائيون هذا "اليسار". إذا مددت يدك مع توجيه إبهامك نحوك وثني أصابعك، فسترى أن أصابعك تلتف حول محور الإبهام في اتجاه عقارب الساعة.

ونظرا لأن جميع النيوترينوات المعروفة أعسر، فلا يمكنك إجراء تحويل التكافؤ عليها، حيث ستكون الصورة المعكوسة عبارة عن نيوترينو في اليد اليمنى، والذي يبدو أنه غير موجود.

وبالمثل، نظرا لأن مضادات النترينو دائما ما تكون في اليد اليمنى، فلا يمكنك إجراء تحويل شحنة على نيوترينو، حيث سيتعين عليك أن ينتهي بك الأمر بمضاد نيوترينو أعسر.

وبينما شوهد أن التناظر الفردي انتهك، لم يسبق لأي نظام أن انتهك جميع الأجزاء الثلاثة لتناظر CPT في وقت واحد - يبدو أنه أساسي.

وفي دراستهم، اقترح الدكتور لاثام بويل وزملاؤه في معهد بيريميتر للفيزياء النظرية في واترلو بكندا، توسيع نطاق تناظر CPT.

وشرعوا في استكشاف ما إذا كان يمكن تطبيقه ليس فقط على التفاعلات الأساسية داخل الكون، ولكن أيضا على الكون نفسه.

ووفقا للثلاثي، جاءت نقطة البداية لهذه التجربة الفكرية من "ملاحظة بسيطة" - وهي أنه في العصر الحار الذي يهيمن عليه الإشعاع للكون المبكر الذي بدأ بعد أقل من دقيقة من الانفجار العظيم، فإن الرياضيات التي تصف خلفية الكون لها تناظر انعكاس الوقت.

إقرأ المزيد

حدث نادر.. رصد كويكب قبل اختراقه الغلاف الجوي للأرض

وأضافوا: "نحن نفسر هذا على أنه دليل على أن حالة الكون (أي الزمكان نفسه وكذلك الحالة الكمومية لنظرية المجال الكمومي في ذلك الزمكان) قد تحترم في الواقع تناظر CPT".

ومن أجل تطبيق تناظر CPT على الكون، من المنطقي أن فهمنا للكون يمكن أن يكون نصف الصورة فقط - ويجب أن يكون هناك كون آخر يقع على الجانب الآخر من الانفجار العظيم، حيث يمر الوقت فيه. 

وفي هذا الكون "المرآة"، سيكون لجميع الجسيمات شحنة معاكسة لنظيراتها في الكون الرئيسي، كما لو كانت مقلوبة في المرآة وتجري، من منظورنا، "للخلف" في الوقت المناسب.

وبينما ينتهك كل من كوننا أو الكون المرآة تناظر CPT، عندما يؤخذان معا كزوجين، فإنهما يطيعانه.

وقال الفريق: "قد يُنظر إلى الكون قبل الانفجار والكون بعد الانفجار على أنهما زوج من الكون/الكون المضاد، ينبثق مباشرة في العصر الحار الذي يهيمن عليه الإشعاع الذي نلاحظه في ماضينا". والنظر إلى كوننا المعروف كجزء من كون/زوج مضاد للكون له بعض التشعبات المثيرة للاهتمام لفهمنا للفيزياء.

وفي البداية، أوضح الباحثون أن الكون الذي يحترم CPT سيتمدد بشكل طبيعي ويملأ نفسه بالجسيمات.

وهذا يعفي من الحاجة إلى ما يسمى بـ "الحقبة التضخمية" التي تمدد فيها الكون بسرعة لجزء من الثانية بعد فترة وجيزة من الانفجار الأعظم، وزاد حجمه بعامل تريديليون - أو "1" متبوعا بـ 78 صفرا.

وفي حين أن هناك الكثير من الأدلة التي تشير إلى وقوع حدث تضخمي بالفعل، فإن النماذج الخاصة بمثل هذه جميعها لها تقلبات متأصلة - وقد لا تزال التفسيرات الأخرى قابلة للتطبيق.

وفي الوقت نفسه، سيحتاج الكون الذي يحترم CPT إلى نوع واحد عديم الكتلة من النيوترينو بالإضافة إلى نوع واحد على الأقل من النيوترينو الأيمن - والذي، كما أشرنا سابقا، لم يتم ملاحظته مطلقا.

ويعتقد الفيزيائيون أن النيوترينوات اليمنى إذا كانت موجودة بالفعل، فستكون وفيرة ولكنها غير قابلة للكشف إلى حد كبير وتتفاعل مع الجسيمات الأخرى عن طريق الجاذبية فقط.

وهذا يجعل النيوترينوات اليمنى مرشحا مثيرا للفضول لـ "المادة المظلمة"، المكون الغامض للكون الذي يحتاج وجوده - وتأثيره الثقالي - لشرح حركة النجوم داخل المجرات بشكل كامل.

وقدر الفيزيائيون أن حوالي 27% من الكون قد يتكون من مادة مظلمة.

ومع ذلك، أوضح الباحثون، أن هناك طرقا يمكننا من خلالها استنتاج وجود عالم مرآة واقعي من خلال دراسة خصائص كوننا.

وعلى سبيل المثال، إذا كان لدى كوننا توأم، فعلينا أن نكتشف يوما ما أن جميع النيوترينوات المعروفة حاليا هي جزيئاتها المضادة - وكما ذكرنا سابقا، فإن نوعا واحدا من النيوترينو عديم الكتلة تماما.

وأخيرا، سيعني نموذج الكون المزدوج أن الزمكان لم يهتز أبدا بسبب التضخم، ما يعني أن البحث المستمر عن موجات الجاذبية البدائية - مثل التي تجريها تجربة BICEP في القطب الجنوبي - سيكون عديم الجدوى.

ويمكن قراءة النسخة الأولية لمقالة الباحثين، والتي تم قبولها للنشر في مجلة Annals of Physics ولكن لم تراجع من قبل الأقران، في arXiv.

المصدر: إكسبريس