الثابت الكوني

# وسم · @ مؤلف · ! عالم

الثابت الكوني (Λ) هو حد إضافي في معادلات النسبية العامة، يصف كثافة طاقة الفراغ. يولّد ضغطاً سالباً، يعاكس الجاذبية على المسافات الكبيرة ويسبب توسعاً متسارعاً. تشير أرصاد المستعرات العظمى من النوع Ia وإشعاع الخلفية الكونية إلى أن نحو 70% من طاقة الكون تعود إلى الطاقة المظلمة، التي تقترب خصائصها كثيراً من الثابت الكوني. قيمته صغيرة جداً، لكنها ليست صفراً.

التاريخ

أدخل أينشتاين الثابت الكوني عام 1917، وبعد اكتشاف هابل للتوسع عام 1929، تُخلي عنه. في عام 1998، أثبتت مجموعتان من الفلكيين بقيادة بيرلماتر وريس وشمدت، بدراسة مستعرات عظمى بعيدة، أن الكون يتوسع بتسارع – وهذا أعاد الثابت الكوني إلى العلم.

كيف يعمل

يمكن تشبيه الكون ببالون يُنفخ: كلما نفخت بقوة، زادت سرعة نموه. يعمل الثابت الكوني كمضخة خفية تنفخ باستمرار وتتغلب على التجاذب المتبادل بين المجرات.

💡 لو كان الثابت الكوني أكبر قليلاً، لكان توسع الكون في المراحل المبكرة قد حال دون تشكل المجرات – ولما كنا هنا.

يدخل الثابت الكوني Λ في معادلات أينشتاين كحد إضافي: R_{μν} - ½ R g_{μν} + Λ g_{μν} = (8πG/c⁴) T_{μν}. يُفسر ككثافة طاقة الفراغ بمعادلة حالة غير اعتيادية p = -ρc²، تضمن جاذبية تنافرية. يخصص النموذج الكوني الحديث ΛCDM للثابت Λ دور الطاقة المظلمة، المسؤولة عن التوسع المتسارع المكتشف عبر المستعرات العظمى من النوع Ia. تتنبأ نظرية الحقل الكمومي بقيمة لطاقة الفراغ أكبر بـ 120 مرتبة من القيمة المرصودة – هذه هي مشكلة الثابت الكوني. من محاولات حلها: المبدأ الأنثروبي، الكون المتعدد، ونماذج الطاقة المظلمة الديناميكية.

التاريخ

في عام 1917، أدخل ألبرت أينشتاين الثابت الكوني لبناء نموذج ساكن للكون. بعد اكتشاف الانزياح الأحمر للمجرات من قبل إدوين هابل عام 1929، والأعمال النظرية لجورج لومتر التي أظهرت عدم سكون الكون، سمى أينشتاين Λ خطأه الأكبر. لكن في عام 1998، اكتشفت مجموعات بقيادة سول بيرلماتر وآدم ريس وبراين شمدت بشكل مستقل التوسع المتسارع، بتحليل مستعرات عظمى من النوع Ia، فنالوا جائزة نوبل عام 2011. هذا الاكتشاف أعاد تأهيل الثابت الكوني وأدى إلى النموذج الكوني الحديث ΛCDM.

كيف يعمل

في النسبية العامة، يعمل الثابت الكوني كمركبة متجانسة لمؤثر الطاقة-الاندفاع للفراغ. يخلق ضغطاً سالباً، مولّداً تنافراً جذبوياً. تحتوي معادلات فريدمان على معامل الكثافة Ω_Λ = Λc²/3H₀². عندما Ω_Λ > 0، يتسارع التوسع. وفقاً لبيانات بلانك (2018)، Ω_Λ ≈ 0.69. تتنبأ التقلبات الكمومية للحقول بكثافة طاقة فراغ تتناسب مع القوة الرابعة لكتلة الجسيمات، مما يؤدي إلى تناقض هائل مع الأرصاد (مشكلة الهرمية). تحاول نظريات مثل التناظر الفائق والمبدأ الأنثروبي تفسير هذا الصغر.

R_{\mu\nu} - \frac{1}{2} R g_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4} T_{\mu\nu}

R_{\mu\nu} — مؤثر ريتشي، R — التقوس السلمي، g_{\mu\nu} — المؤثر المتري، \Lambda — الثابت الكوني، G — ثابت الجاذبية (G ≈ 6.67×10⁻¹¹ م³/(كغ·ث²))، c — سرعة الضوء (c ≈ 3×10⁸ م/ث)، T_{\mu\nu} — مؤثر الطاقة-الاندفاع

p = -\rho c^2

p — الضغط، \rho — كثافة الطاقة، c — سرعة الضوء (c ≈ 3×10⁸ م/ث)؛ الضغط السالب يسبب التنافر

مسائل مفتوحة وحقائق طريفة

مشكلة الثابت الكوني: تناقض تنبؤات نظرية الحقل الكمومي مع الأرصاد بـ 120 مرتبة; تطابق معامل كثافة المادة والطاقة المظلمة في العصر الحالي (لماذا الآن؟); هل الطاقة المظلمة ثابتة أم ديناميكية (الجوهر الخامس)؟; علاقة الثابت الكوني بمشكلة الجاذبية الكمومية

💡 كان اكتشاف التوسع المتسارع بواسطة المستعرات العظمى غير متوقع لدرجة أن الباحثين بحثوا أولاً عن أخطاء في البيانات، وبعدما تأكدوا من حقيقته، سموه 'أروع اكتشاف منذ كوبرنيكوس'.

لا مقالات بعد

الثابت الكوني

التاريخ

كيف يعمل

التاريخ

كيف يعمل

التاريخ

كيف يعمل

مسائل مفتوحة وحقائق طريفة

مقالات ذات صلة