استكشاف «فضاء دي سيتر» لشرح الجاذبية في الكون الأولي المتوسع

من النافع امتلاك المزيد من الأدوات، والأنفع امتلاك الأدوات المناسبة. وبهذا المبدأ ذاته فإن الانتفاع من الأبعاد المتعددة قد يبسط المشكلات الصعبة، ليس فقط في الخيال العلمي بل في الفيزياء أيضًا، ويربط النظريات المتضاربة.

على سبيل المثال فإن نظرية النسبية العامة لآينشتاين، وهي عن نسيج زمان ومكان ينحني بفعل الأجرام أو الأجسام الضخمة الأخرى، توضح كيفية عمل الجاذبية عمومًا. إلا أنها تنهار في الظروف المتطرفة مثل التي في الثقوب السوداء والحساء الكوني البدائي¹. ولكن هناك نهج يسمى نظرية الأوتار الفائقة يمكنه استخدام بعد آخر للمساعدة في ربط نظرية آينشتاين بميكانيك الكم، ما يحل العديد من تلك المشكلات. ولكننا كنا نفتقر إلى الدليل المطلوب لدعم هذا النهج.

يستكشف فريق باحثين حاليًا، برعاية جامعة كيوتو، ما يسمى «فضاء دي سيتر³» لاستخدام بعد أعلى لشرح الجاذبية في الكون الفتي المتوسع. وقد طوروا طريقة جيدة لحساب دالة الارتباط للتقلبات في الكون المتوسع باستخدام التصوير المجسم. قال ياسوكي هيكيدا من معهد يوكاوا للفيزياء النظرية: «لقد أدركنا أن طريقتنا يمكن تطبيقها بنحو أعم مما ظننا عند التعامل مع الجاذبية الكمية».

تصف النماذج النظرية للفلكي الهولندي ويليام دي سيتر الفضاء بطريقة تتسق والنسبية العامة لآينشتاين؛ ويمثل الثابت الكوني الموجب فيها توسع الكون. استخدم فريق هيكيدا طرائق حالية تتعامل مع الجاذبية في فضاء ليس دي سيتر، وذلك بعد أن أعادوا تتشكيلها لتعمل في فضاء دي سيتر المتوسع بما يشمل ما هو معلوم حاليًا عن الكون. وفي هذا قال هيكيدا: «إننا نوسع تحليلنا لتحري تأثيرات الجاذبية الكمية والأنتروبيا الكونية²».

وعلى الرغم من أن رؤى وحسابات الفريق كانت عن كون ثلاثي الأبعاد كحالة اختبارية، يمكن توسيع التحليلات بسهولة إلى كون رباعي الأبعاد، ما يتيح استخلاص المعلومات من عالمنا الحقيقي. وختامًا قال هيكيدا: «من المحتمل أن يساهم أسلوبنا في إثبات صحة نظرية الأوتار الفائقة، ويتيح إجراء حسابات عملية عن التغييرات الدقيقة التي انتشرت في بنية كوننا الفتي».

الهوامش:

1. الحساء الكوني البدائي هو خليط من الجسيمات الأولية والطاقة التي كانت موجودة في الكون في مراحله الأولى، أي بعد وقت قصير جدًا من الانفجار العظيم.
2. الأنتروبيا الكونية هي مقياس لدرجة الفوضى أو الاحتمالية في الكون. وتشير إلى أن الكون يتجه نحو الفوضى بسبب زيادة الانتشار والتشتت في الطاقة والمادة.
3. فضاء دي سيتر هو حل رياضي للنسبية العامة يصور الكون مسطحًا خاليًا من المادة الاعتيادية، والمؤثر الرئيس فيه الثابت الكوني الذي يعتقد أنه يتناسب والطاقة المظلمة أو مجال انفلاتون.