Gravitational-Susceptibility Dip Behind DESI's results: Addressing the Phantom Crossing by Local limit of Nonlocal Gravity

إن الكون يتمدد، وعلى مدى عقود، اعتقد علماء الفلك أن هذا التمدد مدفوع بقوة غامضة تسمى الطاقة المظلمة. في النموذج القياسي لعلم الكونيات، يُعتقد أن هذه القوة هي طاقة ثابتة وغير متغيرة متأصلة في الفضاء الفارغ نفسه، تدفع المجرات بعيدًا عن بعضها البعض بمعدل ثابت يمكن التنبؤ به. لقد نجح هذا النموذج جيدًا في العديد من الملاحظات، لكنه يترك الفيزيائيين أمام تساؤلات عميقة حول سبب سلوك الكون على هذا النحو وماهية الطاقة المظلمة في الواقع. مؤخرًا، بدأ مسح جديد هائل للكون في تحدي هذه الصورة البسيطة. فمن خلال رسم خرائط لمواقع ملايين المجرات والأس-أس (الquasar)، وجد العلماء أدلة تشير إلى أن الطاقة المظلمة قد لا تكون ثابتة بعد كل شيء. وبدلاً من ذلك، يبدو أنها تتغير بمرور الوقت، وبطريقة تتحدى القواعد الحالية للفيزياء كما نفهمها. تشير هذه البيانات الجديدة إلى أن القوة التي تقود تمدد الكون تعبر عتبة حرجة، وتتحول من نوع واحد من السلوك إلى نوع آخر بطريقة تجد النظرية القياسية صعوبة في تفسيرها دون استحضار أشكال من المادة غير المستقرة أو المستحيلة.

اقترح فريق من الباحثين من جامعة شريف التكنولوجية في إيران طريقة جديدة لفهم هذه النتائج المحيرة دون كسر قوانين الفيزياء. ويقترحون أن السلوك الغريب المشاهد في البيانات ليس ناتجًا عن نوع جديد من الطاقة الغريبة، بل عن تغيير طفيف في كيفية عمل الجاذبية نفسها على المقاييس الكبرى. يركز عملهم على نظرية محددة تسمى "الجاذبية غير المحلية" (nonlocal gravity)، والتي تتخيل أن قوة الجاذبية ليست مجرد تفاعل بسيط بين نقطتين في الفضاء، بل تتأثر بتاريخ المجال المحيط بها، تمامًا كما يمكن أن يعتمد استجابة مادة ما لمجال كهربائي على حالتها السابقة. في هذا الإطار، يتم التحكم في قوة الجاذبية بواسطة عامل يسمى "القابلية الجاذبية" (gravitational susceptibility)، والذي يمكن أن يتغير مع تطور الكون. ووجد الباحثون أنه إذا تغيرت هذه القابلية بمرور الوقت، فيمكنها خلق وهم بأن الطاقة المظلمة تتصرف بشكل غريب، حتى لو ظلت الطاقة المظلمة نفسها طبيعية وثابتة تمامًا.

يكمن مفتاح اكتشافهم في أحدث البيانات من أداة طيف الطاقة المظلمة (DESI). لقد قامت هذه الأداة بقياس مواقع أكثر من أربعة عشر مليون مجرة وأس-أس، مما أنشأ الخريطة الأكثر تفصيلًا للبنية واسعة النطاق للكون على الإطلاق. وعندما دمج فريق DESI قياساتهم مع بيانات الخلفية الكونية الميكروية والمستعرات العظمى، أشارت النتائج نحو طاقة مظلمة تغير طبيعتها. وتحديدًا، تشير البيانات إلى أن "معادلة الحالة" للطاقة المظلمة — وهو رقم يصف كيفية ارتباط ضغطها بكثافتها — قد عبرت خطًا حرجًا يُعرف باسم "الحد الشبح" (phantom divide). في المنظور القياسي، يتطلب عبور هذا الخط أن تصبح الطاقة المظلمة "سائلًا شبحيًا"، وهو نوع من المادة ينتهك شروط الطاقة الأساسية ويُعتبر عمومًا غير مستقر أو مستحيلاً في الفيزياء القياسية. وتشير بيانات DESI إلى أن هذا العبور حدث قبل حوالي 4 مليارات سنة، عندما كان عمر الكون حوالي ثلثي عمره الحالي.

أظهر الباحثون أن هذا العبور الشبحي لا يتطلب وجود مثل هذه المادة المستحيلة. بدلاً من ذلك، أثبتوا أن تغير القابلية الجاذبية يمكن أن يحاكي هذا التأثير بشكل مثالي. في نموذجهم، تظل مادة الطاقة المظلمة ثابتة ومنضبطة في جميع الأوقات، مع علاقة ثابتة بين ضغطها وكثافتها. ومع ذلك، ولأن القابلية الجاذبية تتغير مع توسع الكون، فإن المراقب الذي يقيس معدل التمدد سيحسب قيمة مختلفة ومتغيرة لسلوك الطاقة المظلمة. الأمر يشبه مراقب ينظر إلى جسم ثابت من خلال عدسة يتغير شكلها ببطء؛ فالجسم لم يتحرك، لكن الرؤية هي التي تغيرت. وقد حسب الباحثون بدقة كيف يجب أن تتغير هذه القابلية لتتطابق مع ملاحظات DESI. ووجدوا أن القابلية يجب أن تنخفض قليلاً في وقت محدد من تاريخ الكون، لتصل إلى حد أدنى في نفس الوقت الذي لوحظ فيه العبور الشبحي، قبل أن تعود إلى حالتها السابقة.

لاختبار هذه الفكرة، استخدم الفريق عمليات محاكاة حاسوبية قوية لمقارنة نموذجهم مع البيانات الفعلية. لقد قاموا بتغذية أحدث القياسات من الخلفية الكونية الميكروية، ومسح مجرات DESI، وثلاثة سجلات مختلفة للمستعرات العظمى في معادلاتهم. كانت النتائج مذهلة: النموذج الذي يتضمن تغير القابلية الجاذبية ناسب البيانات تمامًا مثل النموذج القياسي لعلم الكونيات، بل وفي بعض الحالات كان أفضل منه. وكشف التحليل أن أفضل ملاءمة للبيانات تطلبت أن يكون للقابلية الجاذبية انخفاض بعمق حوالي ناقص 0.025 عند إزاحة حمراء تبلغ حوالي 0.4، وهو ما يتوافق مع الوقت الذي تم فيه رصد العبور الشبحي. وهذا الانخفاض هو ميزة صغيرة ولكنها مهمة في استجابة نسيج الزمكان للمادة، ووجوده يفسر التحول الملحوظ في سلوك الطاقة المظلمة دون الحاجة إلى إدخال أي جسيمات أو مجالات غريبة جديدة.

كما استكشفت الدراسة كيف يؤثر هذا النموذج الجديد على فهمنا لعمر الكون ومعدل توسعه، المعروف بثابت هابل. ووجد الباحثون أن عمق انخفاض القابلية مرتبط بقيمة معدل التوسع هذا. فعندما يأخذ النموذج في الاعتبار هذا الانخفاض، فإنه يشير إلى معدل توسع مختلف قليلاً عن النموذج القياسي، مما يساعد في حل بعض التوترات التي ظهرت في السنوات الأخيرة بين الطرق المختلفة لقياس نمو الكون. والأهم من ذلك، يظل النموذج متسقًا مع جميع المسبارات الكونية الرئيسية، بما في ذلك الأنماط التفصيلية للضوء من الكون المبكر. وخلص الباحثون إلى أن العبور الشبحي الذي رصده DESI هو على الأرج غالب تأثير فعال، ونتيجة طبيعية لإطار جاذبية معدل، وليس علامة على طاقة مظلمة غير مستقرة.

يقدم هذا العمل بديلًا مقنعًا لفكرة أن الكون مليء بمادة غريبة وغير مستقرة. فمن خلال إظهار أن تغييرًا بسيطًا في قواعد الجاذبية يمكن أن يعيد إنتاج السلوك المعقد الذي تظهره البيانات، يوفر الباحثون مسارًا للأمام يحافظ على قوانين الفيزياء سليمة. ويشير النموذج إلى أن تاريخ توسع الكون أكثر ديناميكية مما كان يُعتقد سابقًا، ليس لأن الطاقة التي تقوده تتغير، بل لأن الطريقة التي تستجيب بها الجاذبية لتلك الطاقة تتطور. لا تثبت النتائج أن هذا هو الجواب النهائي، لكنها تظهر أن الإشارات الغريبة التي رصدتها DESI يمكن تفسيرها ضمن نظرية جاذبية معدلة ومتماسكة. ومع ورود المزيد من البيانات من المسوح المستقبلية، سيتم اختبار فكرة القابلية الجاذبية المتغيرة هذه بشكل أكبر، مما قد يعيد تشكيل فهمنا للقوى غير المرئية التي تحكم الكون.