A cosmological model with logarithmic f(T) gravity and H(z) quadratic expansion
تتقصى هذه الورقة نموذج جاذبية تليبارال معدل من نوع لوغاريتمي، حيث تُظهر من خلال بيانات Pantheon+SH0ES والمؤرخات الكونية أن توسع التربيعي الخاص به يؤدي إلى كون متسارع بمعامل تباطؤ قدره وديناميكيات طاقة فعالة تشبه نماذج الكوينتيسينس (quintessence) والفانتوم (phantom).
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
إن الكون يتوسع، وهي حقيقة تم إثباتها منذ قرن من الزمان، لكن معدل هذا التوسع أصبح مصدراً لارتباك عميق لعلماء الفلك المعاصرين. لعقود من الزمن، اعتمد النموذج القياسي لعلم الكونيات على قوة غامضة تسمى الطاقة المظلمة لتفسير سبب تسارع هذا التوسع بدلاً من تباطؤه. في هذه الرؤية القياسية، تعمل الطاقة المظلمة مثل ثابت كوني، وهو كثافة طاقة ثابتة تدفع الفضاء بعيداً عن بعضه البعض. ومع ذلك، بدأت قياسات معدل توسع الكون تختلف عن بعضها البعض. فعندما ينظر العلماء إلى الكون المبكر باستخدام بقايا الضوء الناتجة عن الانفجار العظيم، يحسبون معدل توسع أبطأ مما يجدونه عند النظر إلى النجوم المنفجرة القريبة في الكون الحديث. هذا التباين، المعروف باسم "توتر هابل"، يشير إلى أن فهمنا الحالي للجاذبية والتطور الكوني قد يكون غير مكتمل. ولحل هذه المعضلة، يستكشف الفيزيائيون ما إذا كانت القواعد التي تحكم الجاذبية نفسها تحتاج إلى إعادة كتابة، بدلاً من مجرد إضافة مكونات غير مرئية جديدة إلى الوصفة الكونية.
في دراسة حديثة، بحث الباحثان أ. أو. أكوينو وج. إي. جي. سيلفا في بديل محدد لنظرية أينشتاين للجاذبية يُعرف بالجاذبية التليبارالية (teleparallel gravity). فبدلاً من وصف الجاذبية كإنحناء في الزمكان، يعامل هذا النهج الجاذبية كقوة التواء، أو "تورسون" (torsion)، تؤثر على خلفية مسطحة. واقترح المؤلفان نسخة معدلة من هذه النظرية تتضمن في وصفها الرياضي للجاذبية حداً تصحيحياً لوغاريتمياً. صُمم هذا التعديل ليعمل مثل الثابت الكوني في بعض الحدود، ولكنه يفتح آفاقاً جديدة لكيفية تطور الكون. ولاختبار مدى صحة هذه الفكرة، لم يعتمد الفريق على التخمين النظري وحده؛ بل بنوا نموذجاً رياضياً لكيفية تغير معدل توسع الكون بمرور الوقت، ثم قارنوا ذلك النموذج بمجموعة هائلة من البيانات الفلكية الواقعية.
لقد دمج الباحثون ثلاثة أنواع متميزة من الأدلة الرصدية لاختبار نظريتهم. أولاً، استخدموا بيانات من الساعات الكونية (cosmic chronometers)، وهي في الأساس مجرات هرمة تعمل كساعات كونية، مما يسمح للعلماء بقياس معدل التوسع في نقاط زمنية مختلفة من التاريخ. ثانياً، حللوا الضوء القادم من آلاف المستعرات العظمى من النوع (Ia)، والتي تعمل كشموع قياسية لقياس المسافات الشاسعة عبر الكون. وأخيراً، أدرجوا قياسات التذبذبات الصوتية الباريونية من "مرصد طاقة الظلام الطيفي" (Dark Energy Spectroscopic Instrument)، والتي تعمل كمسطرة معيارية لرسم خريطة البنية واسعة النطاق للكون. ومن خلال مطابقة نموذج الجاذبية المعدل الخاص بهم مع هذه المجموعة من البيانات، تمكن الفريق من تحديد القيم الأكثر احتمالاً للمعلمات التي تحكم نظريتهم.
أظهرت النتائج أن نموذج الجاذبية التليبارالية المعدل يصف بنجاح كوناً يتسارع حالياً. وقد أشارت أفضل المعلمات ملاءمة إلى أن معدل التوسع في الوقت الحاضر يقع بوضوح ضمن نطاق القياسات المحلية الحديثة. والأهم من ذلك، حسبت الدراسة معامل تباطؤ يبلغ حوالي -0.42. وفي المصطلطحات الكونية، يؤكد الرقم السالب أن التوسع يتسارع، وهذا الرقم المحدد يتوافق جيداً مع ما نلاحظه في الكون المتأخر. كما كشف النموذج أن الطاقة الفعالة التي تقود هذا التوسع تتصرف بشكل ديناميكي. فبناءً على القيم المحددة لثوابت النموذج، يمكن لهذه الطاقة الفعالة أن تعمل مثل "الجوهر" (quintessence)، وهو مجال يتطور ببطء، أو مثل "الطاقة الشبحية" (phantom energy)، وهي شكل أكثر تطرفاً قد يؤدي في النهاست إلى تمزيق الكون. وفي كلتا الحالتتين، ينتج النموذج طبيعياً التسارع الملحوظ دون الحاجة إلى اختراع سائل جديد، مما يشير إلى أن التأثير ينبع كلياً من هندسة الجاذبية نفسها.
ولضمان أن النموذج ليس مجرد فضول رياضي بل وصف فيزيائي قابل للتطبيق، أجرى المؤلفون تحليلاً للاستقرار. فقد فحصوا كيف ستتصرف التقلبات الصغيرة في كثافة المادة ومعدل التوسع بمرور الوقت. فإذا كانت النظرية غير مستقرة، فإن التموجات الصغيرة في الكون المبكر ستنمو بشكل لا يمكن السيطرة عليه، مما يؤدي إلى كون فوضوي لا يشبه ما نراه اليوم. ووجدت الدراسة أنه في نموذجهم، تتلاشى هذه التقلبات بسلاسة مع مرور الوقت، وتضمحل مع توسع الكون. وهذا يشير إلى أن الخلفية الكونية التي تصفها النظرية مستقرة ديناميكياً وصامدة أمام الاضطرابات التي تحدث في الكون الحقيقي.
تخلص الدراسة إلى أن هذا التعديل المحدد للجاذبية التليبارالية يقدم بديلاً مقنعاً للنموذج الكوني القياسي. فهو يعيد إنتاج التوسع المتسارع المرصود، ويتوافق مع البيانات المتاحة من المستعرات العظمى، وأعمار المجرات، والهياكل الكونية، ويظل مستقراً تحت الفحص. وبينما لا يحل النموذج "توتر هابل" تماماً بعد، حيث لا يزال معدل التوسع المستمد يتوافق مع القياسات المحلية بدلاً من قيم الكون المبكر، إلا أنه يثبت أن تغيير القوانين الأساسية للجاذبية يمكن أن يفسر ظاهرة الطاقة المظلمة بشكل طبيعي. ويشير العمل إلى أن القوة الغامضة التي تدفع الكون للتباعد قد لا تكون مادة جديدة على الإطلاق، بل هي نتيجة لكيفية عمل الجاذبية على أكبر المقاييس.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.