النجاح مع نظرية جديدة للجاذبية

من الدراسة الجديدة ، صورة محاكاة لجهاز كمبيوتر من المجرة ، كما يتضح من الجانب. على اليمين ، باللون الأحمر والأزرق ، تشاهد كثافة الغاز داخل قرص المجرة ، وتظهر النجوم كنقاط ساطعة. على اليسار ، ترى تغيرات القوة في الغاز داخل القرص ، حيث تتوافق المناطق المركزية المظلمة مع القوى الشبيهة بالنسبية العامة القياسية وتتوافق المناطق الصفراء الزاهية مع القوى المحسنة (المعدلة). الصور عبر كريستيان أرنولد / باوجيو لي / جامعة دورهام.

منذ أوائل القرن العشرين ، هيمنت نظرية أينشتاين للجاذبية - التي تسمى النظرية العامة للنسبية - على نظريات وحسابات علماء الكونيات ، أولئك الذين يفسرون أعمال كوننا ككل. تم إثبات النسبية العامة مرارًا وتكرارًا ، مؤخرًا بأول صورة للثقب الأسود المباشر. الآن ، يقول الفيزيائيون في جامعة دورهام بالمملكة المتحدة إن نظرية النسبية العامة لآينشتاين قد لا تكون الطريقة الوحيدة لشرح كيفية عمل الجاذبية أو كيف تتشكل المجرات. لقد حققوا نجاحًا دراماتيكيًا في مجال الأبحاث باستخدام نموذج بديل للجاذبية - f (R) - الجاذبية - يسمى نظرية الحرباء ، لأنه ، حسب كلماتهم ، "يغير السلوك وفقًا للبيئة". يقولون إن نظرية الحرباء هي بديل إلى النسبية العامة في شرح تشكيل الهياكل في الكون. قد يساعد أيضًا في فهم الطاقة المظلمة ، وهي مادة غامضة يُعتقد أنها تسرع معدل توسع الكون.

تم إصدار الصور في هذه الصفحة في 8 يوليو 2019 من قبل علماء الفيزياء كريستيان أرنولد وماتيو ليو وباوجيو لي ، وكلها من معهد علم الكومبيوتر لجامعة دورهام. إنها نتائج عمليات المحاكاة الأخيرة للكمبيوتر التي يتم تشغيلها على نظام مركز بيانات DiRAC بجامعة دورهام. تظهر عمليات المحاكاة أن المجرات مثل درب التبانة لا تزال تتشكل في الكون حتى مع اختلاف قوانين الجاذبية. كان العمل السابق قد أظهر أن الحسابات النظرية باستخدام نظرية الحرباء تعيد إنتاج نظرية النسبية العامة على نطاق صغير نسبياً لنظامنا الشمسي. لقد أظهر فريق دورهام الآن أن هذه النظرية تسمح بمحاكاة واقعية للهياكل واسعة النطاق مثل درب التبانة. وقال الباحث المشارك في البحث كريستيان أرنولد:

تسمح نظرية الحرباء بتعديل قوانين الجاذبية حتى نتمكن من اختبار تأثير التغيرات في الجاذبية على تكوين المجرة. من خلال عمليات المحاكاة التي أجريناها ، أظهرنا لأول مرة أنه حتى لو قمت بتغيير الثقل ، فلن يمنع ذلك من تشكيل مجرات القرص ذات الأذرع الحلزونية.

من المؤكد أن بحثنا لا يعني أن النسبية العامة خاطئة ، لكنها توضح أنه ليس من الضروري أن تكون الطريقة الوحيدة لشرح دور الجاذبية في تطور الكون.

تم نشر النتائج في مجلة Nature Astronomy التي راجعها النظراء.

من الدراسة الجديدة ، صورة محاكاة لجهاز كمبيوتر من المجرة ، كما يتضح من أعلاه. الصورة عن طريق كريستيان أرنولد / باوجيو لي / جامعة دورهام.

وأوضح بيان من هؤلاء الباحثين المزيد عن دراستهم الأخيرة:

نظر الباحثون في التفاعل بين الجاذبية في نظرية الحرباء والثقوب السوداء الهائلة الموجودة في وسط المجرات. تلعب الثقوب السوداء دورًا رئيسيًا في تكوين المجرة لأن الحرارة والمواد التي تطلقها عند ابتلاع المادة المحيطة يمكن أن تحرق الغاز اللازم لتكوين النجوم ، مما يؤدي إلى إيقاف تكوين النجوم بشكل فعال.

يتم تغيير مقدار الحرارة المنبعثة من الثقوب السوداء عن طريق تغيير الجاذبية ، مما يؤثر على كيفية تشكل المجرات. ومع ذلك ، فقد أظهرت عمليات المحاكاة الجديدة أنه حتى مع مراعاة التغير في الجاذبية الناتجة عن تطبيق نظرية الحرباء ، كانت المجرات لا تزال قادرة على التكون.

قال هؤلاء الفيزيائيون إن عملهم قد يلقي الضوء أيضًا على فهمنا للتوسع الملحوظ الملحوظ في الكون. يعتقد العلماء أن هذا التوسع مدفوعًا بالطاقة المظلمة ، ويقول باحثو دورهام إن نتائجهم يمكن أن تكون خطوة صغيرة نحو شرح خصائص هذه المادة. شارك في البحث المشارك باوجيو لى:

في النسبية العامة ، يفسر العلماء التمدد المتسارع للكون بإدخال شكل غامض من المادة تسمى الطاقة المظلمة - قد يكون أبسط أشكالها ثابتًا فلكيًا ، كثافته ثابتة في المكان والزمان. ومع ذلك ، فإن بدائل الثابت الكوني التي تفسر التمدد المتسارع من خلال تعديل قانون الجاذبية ، مثل الجاذبية f (R) ، يتم النظر فيها أيضًا على نطاق واسع بالنظر إلى قلة معرفة الطاقة المظلمة.

الباحثون في دورهام هم فيزيائيون نظريون ، كما كان أينشتاين. عندما تم إثبات النظرية النسبية العامة لأينشتاين لأول مرة - خلال الكسوف الكلي للشمس عام 1919 - اندفع آينشتاين إلى شهرة نجم الصخور. الآن النسبية العامة أمر أساسي لعلم الكونيات الحديث. ستكون الخطوة التالية لنظرية الحرباء هي اختبارها والتأكيد عليها من خلال الملاحظات. ليس هناك شك في أن علماء الفلك الرصديين سوف يكونون في وضع قريب ، مما سيخلق اختباراتهم الخاصة لنظرية الحرباء الجديدة ، وربما يثبت ذلك. إذا حدث ذلك ، فعندما يحدث ذلك ، سيكون الأمر رائعًا للغاية!

ألبرت أينشتاين في عام 1912. نشر نظريته العامة للنسبية في عام 1915. تم تأكيد هذه النظرية في عام 1919.

خلاصة القول: إن نظرية الحرباء الجديدة لديها القدرة على أن تصبح نظرية بديلة للجاذبية ، تعمل إلى جانب نظرية النسبية العامة لآينشتاين. تُبيّن عمليات المحاكاة الحديثة للكمبيوتر أنه يمكن استخدام النظرية لإعادة إنشاء هياكل واسعة النطاق (مجرات) في عالمنا.

المصدر: المحاكاة الواقعية لتشكيل المجرة في الجاذبية المعدلة f (R)

عبر جامعة دورهام