Quintaverse-Phantiverse Cosmologies in $f(Q,C)$ Gravity: a Non-coincident Geometrical Origin of Cosmic Acceleration

على مدار الثلاثين عاماً الماضية، راقب علماء الفلك الكون وهو يتمدد بوتيرة متسارعة باستمرار. يعد هذا التسارع الكوني أحد أكثر الاكتشافات عمقاً في العلم الحديث، ومع ذلك، لا يزال التفسير السائد له غير مرضٍ للغاية. تشير النظرية السائدة إلى أن طاقة غامضة وغير مرئية تسمى "الطاقة المظلمة" تدفع الكون بعيداً، وتعمل كقوة ثابتة لا تتغير أبداً. ومع ذلك، فإن هذه الفكرة تثير من الأسئلة أكثر مما تجيب عليه، مما يؤدي إلى ألغاز حول سبب تمدد الكون الآن ولماذا تبدو الأرقام المعنية مضبوطة بدقة غريبة. وبسبب هذه الصعوبات، بدأ العلماء ينظرون إلى ما وراء قواعد الجاذبية القياسية. فبدلاً من افتراض أن الزمان والمكان هما مجرد مسرح تؤدي فيه المادة دراماها، يقترح بعض الباحثين أن قواعد الجاذبية نفسها قد تكون مختلفة. إنهم يقترحون أن التسارع الذي نراه ليس ناتجاً عن مصدر طاقة خفي، بل هو في الواقع نتيجة طبيعية لكيفية بناء هندسة الكون.

في دراسة حديثة، استكشف الباحثان حميد شباني وأفيك دي طريقة جديدة لوصف الجاذبية ليروا ما إذا كان بإمكانها تفسير هذا التسارع دون الحاجة إلى أي طاقة مظلمة غير مرئية على الإطلاق. لقد ركزا على إطار عمل حيث لا تُعرف الجاذبية بانحناء الفضاء، كما في نظرية أينشتاين الكلاسيكية، ولكن بخاصية تسمى "عدم القياس" (non-metricity). في هذه الرؤية، لا يحافظ نسيج الزمكان على الأطوال والزوايا بشكل مثالي عند التحرك من خلاله، وهذا الفشل في الحفاظ على الهندسة هو ما نشعر به كجاذبية. اختبر الفريق نموذجاً رياضياً يجمع بين هذه الفكرة الهندسية وحد حدودي محدد، مما خلق نظرية موحدة يمكنها وصف تاريخ الكون. كان هدفهم هو معرفة ما إذا كان هذا النهج الهندسي يمكن أن ينتج بشكل طبيعي التسارع المرصود وسلوك المادة، ليعمل كشرح متكامل للكون.

وضع الباحثون تحقيقهم من خلال النظر في طريقتين مختلفتين يمكن ترتيب هندسة الكون من خلالهما، والمعروفتين بـ "فئات الاتصال" (connection classes). لقد تعاملوا مع الكون ككرة متمددة وناعمة واستخدموا مجموعة من الأدوات الرياضية لتتبع كيفية تغير معدل التوسع بمرور الوقت. ومن خلال تحويل معادلاتهم المعقدة إلى نظام أبسط يعمل خطوة بخطوة، تمكنوا من رسم خرائط للمستقبلات الممكنة للكون. كانوا مهتمين بشكل خاص بإيجاد "النقاط الثابتة"، وهي حالات مستقرة يستقر فيها الكون. في نموذجهم، وجدوا أن الكون يتطور طبيعياً نحو حالة من التمدد المتسارع. ومن المثير للاهتمام أن هذا التسارع ينبثق من هندسة النظرية نفسها؛ فلا حاجة لابتكار مكون منفصل للطاقة المظلمة، فبساطة هندسة الزمكان هي التي تدفع الكون للتسارع.

كان أحد أكثر النتائج لفتاً للنظر هو اكتشاف نوعين متميزين من التمدد المتسارع، أطلق عليهما المؤلفان اسم "كينتافيرس" (Quintaverse) و"فانتيفيرس" (Phantiverse). تصف هذه الأسماء كيف يتصرف الضغط الفعال للكون. في "كينتافيرس"، يتصرف التمدد كدفعة لطيفة وثابتة، تشبه نماذج الطاقة المظلمة القياسية ولكنها مختلفة قليلاً. أما في "فانتيفيرس"، فإن التمدد يكون أكثر تطرفاً، حيث يتصرف كما لو أن الكون يتم تمزيقه بواسطة قوة تزداد قوة بمرور الوقت. أظهرت الدراسة أن كلا السيناريوهين مستقران ويمكن أن يحدثا بشكل طبيعي ضمن نموذجهم الهندسي. وجد الباحثون أن الكون يمكن أن ينتقل من فترة يهيمن عليها المادة إلى أي من هاتين الحالتين المتسارعتين، اعتماداً على القيم المحددة للمعلمات في نظريتهم.

كما فحص الفريق كيفية سلوك المادة في هذا المشهد الهندسي الجديد. في نسخة واحدة من نموذجهم، وجدوا أن المادة في الكون تتصرف تماماً كما نتوقع: فهي تتكتل لتشكل المجرات وتبطئ التمدد قبل أن يسيطر التسارع. ومع ذلك، في النسخة الأخرى، يبدو الوضع أكثر تعقيداً؛ حيث لا يمكن استيفاء حفظ الطاقة والزخم بالطريقة المعتادة. بدلاً من ذلك، تظهر المادة كمزيج من الغبار الطبيعي عديم الضغط وسائل غريب صلب يقاوم الانضغاط. يشير هذا إلى أنه في هذا الإعداد الهندسي المحدد، فإن ما ندركه كـ "مادة مظلمة" قد يكون في الواقع نتيجة للتفاعل العميق بين هندسة الفضاء والمادة الموجودة داخلها، وليس جسيماً منفصلاً.

ولضمان متانة نتائجهم، قارن الباحثون نموذجهم بالملاحظات الواقعية. فقد حسبوا كيف سيبدو معدل توسع الكون، والمسافة إلى المستعرات العظمى البعيدة، وعمر الكون في ظل نظريتهم. ووجدوا أنه لقيم معينة من معلماتهم، يتنبأ النموذج بعمر للكون أقدم قليلاً من النموذج القياسي في سيناريو "فانتيفيرس"، وأصغر سناً قليلاً في سيناريو "كينتافيرس". كما نظروا في "الارتجاج" (jerk) و"الخطف" (snap) للكون، وهما مقياسان لكيفية تغير التسارع بمرور الوقت. أظهرت عمليات المحاكاة التي أجروها أن الكون في نموذجهم يبدأ رحلته من حالة تشبه إلى حد كبير النموذج القياسي، ولكنه ينحرف في النهاية نحو حالة مستقرة ومتسارعة مختلفة.

تخلص الدراسة إلى أن هذا النهج الهندسي يقدم بديلاً مقنعاً لفرضية الطاقة المظلمة القياسية. إنها تثبت أن التسارع في أواخر عمر الكون يمكن أن يكون سمة جوهرية لهندسة الزمكان، دون الحاجة إلى مكونات إضافية. وبينما لا تثبت الدراسة بعد أي نسخة من الواقع هي الصحيحة، إلا أنها تنجح في إظهار أن كوناً بدون مكون طاقة مظلمة منفصل يمكنه أيضاً أن يطابق التاريخ المرصود للتوسع الكوني. ويؤكد الباحثون أن عملهم يوفر مجموعة أدوات جديدة لفهم الكون، حيث لا يكون التسارع الذي نراه لغزاً يجب حله بإضافة جسيمات جديدة، بل نتيجة طبيعية لشكل وهيكل الكون نفسه.