مجرات بلا مادة مظلمة: ماذا تخفي إنتروبيا تساليس؟ سريع
إذا أخذت قدرًا فيه ماء يغلي وأضفت حفنة من المعكرونة، فإنها سرعان ما تنضج وتلتصق ببعضها في كتلة واحدة. لكن في مرجل مطعم ضخم، حيث تسبح المعكرونة بحرية، تبقى كل واحدة منفصلة. مع المجرات قصة مشابهة: قوانين الحرارة المعتادة (الإنتروبيا) تعمل عندما لا تكاد الجسيمات تلاحظ بعضها البعض، أما في «قِدر» الجاذبية الضيقة، فالنجوم والغاز مرتبطون بشدة لدرجة أن القواعد المألوفة تنهار. لقد اشتق بيكينشتاين وهوكينغ ذات يوم معادلة الإنتروبيا للثقوب السوداء، لكنها كثيرًا ما تفشل مع المجرات بأكملها.
هنا تظهر على المسرح إنتروبيا تساليس — وهي طريقة لحساب الفوضى ليست للأفراد المتباهين، بل للأنظمة حيث كل شيء متشابك مثل السباغيتي في الطبق. في المقالة، اختبروا العديد من «إنتروبيات السباغيتي» هذه ووجدوا أن نسخة تساليس فقط هي التي تصف بدقة السرعة التي تدور بها المجرات وكيف يتحرك الغاز في عناقيدها. واتضح أن التصحيح الذي تقدمه هذه الإنتروبيا لا يعتمد على حجم النظام أو كتلته أو درجة حرارته — إنه مثل توابل عالمية تعمل بنفس الطريقة مع العناقيد الكروية الصغيرة والعناقيد المجرية العملاقة.
التنبؤ الأكثر إثارة للاهتمام: يجب أن توجد عناقيد مجرية حيث تُفسَّر الجاذبية تمامًا دون مادة مظلمة — فقط بفضل الإنتروبيا الخاصة. مثل هذه العناقيد «العارية» ستكون اختبارًا حاسمًا: إذا وُجدت، فسوف تشير إلى فيزياء جديدة، وليس إلى مادة غير مرئية. لقد شوهدت أنظمة مماثلة بالفعل على مستوى المجرات الفردية والعناقيد الكروية، لكن العلماء الآن ينتظرونها أيضًا على نطاقات أكبر. وهذا يعني أن قدر المعكرونة المألوف ربما يخفي في داخله تلميحًا إلى بنية العناقيد بأكملها — كل ما نحتاجه هو اختيار وصفة الإنتروبيا الصحيحة.
إنتروبيا تساليس لم تظهر في الأصل في علم الكون، بل في فيزياء البلازما ونظرية المعلومات — لوصف الأنظمة ذات «الأذيال الثقيلة» في التوزيعات، حيث تحدث الأحداث المتطرفة أكثر مما تتنبأ به الإحصاءات العادية.
في رواية «الغابة المظلمة» للكاتب ليو تسيشين، تستخدم الحضارات قوانين الفيزياء كأسلحة — ربما كان التلاعب بالإنتروبيا على المقاييس المجرية ليصبح أداة مثالية للحرب الكونية.