الفلك

هل من المتوقع أن تحتوي الثقوب السوداء على نفس نسبة المادة المظلمة إلى المادة العادية مثل باقي الكون؟

هل من المتوقع أن تحتوي الثقوب السوداء على نفس نسبة المادة المظلمة إلى المادة العادية مثل باقي الكون؟

هل من المتوقع أن تحتوي الثقوب السوداء على نفس نسبة المادة المظلمة إلى المادة العادية مثل باقي الكون؟ لقد سمعت أن المادة المظلمة موزعة في هالات حول المجرات. هل هذا يجعله أقل عرضة للابتلاع في الثقب الأسود؟


(إجابة قصيرة: لا ، قم بالتمرير إلى النقطة الأخيرة.)

  • لا علاقة للمراقب الخارجي بما إذا كانت المادة التي سقطت في الثقب الأسود هي المادة المظلمة أو الباريونية ، من خلال نظرية اللا شعر. الخصائص الوحيدة للثقب الأسود من وجهة نظرنا هي الكتلة والشحنة الكهربائية والزخم الزاوي. (لكننا بالطبع لا نفهم الجاذبية الكمية).
  • من وجهة نظر المادة التي سقطت في الثقب الأسود ، لا يحدث شيء مميز عند عبور أفق الحدث. هذا يعني أن المادة المظلمة تبقى مظلمة وأن المادة الباريونية تبقى باريونية عند النظر إليها من داخل الثقب الأسود.
  • هناك بعض الجدل حول كمية المادة المظلمة الموجودة في الكون. تشير هذه المقالة الأخيرة ، على سبيل المثال ، في الملخص إلى أن النمذجة الأكثر دقة لمنحنيات دوران المجرة يمكن أن تقضي على نسبة كبيرة من المادة المظلمة غير الباريونية المتوقعة. (لاحظ كما أشارتpela في التعليقات ، أن أوراق هذا المؤلف لم تخضع لمراجعة الأقران ويمكن أن تكون موضع شك.) من الواضح أن كمية المادة المظلمة في الكون ستؤثر بشكل كبير على إجابة السؤال. يجب أن أشير إلى أن الجدل يتألف في الغالب من عدد صغير من علماء الصوت الذين يظهرون بشكل غير متناسب في وسائل الإعلام. بعد أقسام العلوم الإخبارية السائدة ، لدي انطباع بأن موت المادة المظلمة يبدو أنه يتم الإعلان عنه مرة واحدة في الشهر أو نحو ذلك.
  • إن تكوين الثقوب السوداء الهائلة غير مفهوم جيدًا. إحدى الفرضيات هي أنها قد تتشكل من خلال الاندماج المتتالي للثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية. نظرًا لوجود ملاحظات موجات ثقالية مؤخرًا لمثل هذه الاندماجات ، وكمرشحين لثقوب سوداء متوسطة الكتلة تمت ملاحظتها مؤخرًا ، سأفترض هنا أن هذه هي الطريقة التي تتشكل بها وأن الثقوب السوداء فائقة الكتلة تتكون تقريبًا من نفس الأشياء مثل الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية.
  • تفقد الثقوب السوداء معظم كتلتها أثناء عملية التكوين. من المهم أن تضع في اعتبارك دائمًا ما إذا كنا نتحدث عن كتلة النواة النجمية التي انهارت لتشكل الثقب الأسود (غالبًا ما تكون "كتلة" الثقب الأسود التي يشار إليها عند الحديث عن الحد الأدنى للحجم الأسود على سبيل المثال. الثقب الذي يمكن أن يتشكل من انهيار النواة) أو كتلة الثقب الأسود كما يراها مراقب بعيد بعد المستعر الأعظم.
  • لا يمكن لجسيمات المادة المظلمة أن تفقد الكثير من الطاقة المدارية من خلال تفاعلها مع مادة أخرى ولا عن طريق الإشعاع ، لذلك ستبقى في مدار حول ثقب أسود بدلاً من السقوط فيها ، ما لم تحدث عن طريق الصدفة غير المحتملة لتضربها بالقرب من أفق الحدث. تشير هذه الورقة إلى أن محاكاة الثقوب السوداء فائقة الكتلة لا تستمد أكثر من 10٪ من كتلتها من المادة المظلمة.

ومع ذلك ، يجب القول أن بعض العلماء يشكون في أن المادة المظلمة تتكون من ثقوب سوداء بدائية في المقام الأول. هناك أيضًا نظرية MACHOs (Massive Compact Halo Objects) ، وهي أن المادة المظلمة تتكون من أجسام مضغوطة كبيرة مثل الثقوب السوداء ، ولكن يعتقد معظمهم أن هذه النظرية لا يمكن أن تفسر المادة المظلمة في الكون.


المادة المظلمة (يعتقد أنها موجودة) في هالات تمتد على حد سواء إلى مراكز المجرات و خارج معظم المادة الطبيعية في المجرات (الغاز والنجوم والغبار). إذاً هناك ثقب أسود داخل مجرة يستطع وسيبتلع بلا شك بعض المادة المظلمة. ومع ذلك:

تتشكل الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية من انهيار قلب نجم ضخم. نظرًا لأن النجوم تقريبًا من مادة عادية ، فإن بقايا BH التي تشكلت في البداية كانت نفسها تقريبًا مصنوعة بالكامل من مادة عادية. قد تنمو مثل BHs لاحقًا عن طريق تراكم الغاز (على سبيل المثال ، من نجم مرافق ثنائي قريب) ، وفي هذه الحالة تكتسب كتلة على شكل مادة عادية. سيكون هناك حتما بعض المادة المظلمة التي ابتلعها BH أثناء دورانها داخل مجرتها الأم - تمامًا كما تبتلع BH بعض الغبار بين النجوم ، على سبيل المثال. لكنها ستظل تتكون بأغلبية ساحقة من مادة عادية.

من المحتمل أن تبدأ الثقوب السوداء الهائلة في مراكز المجرات من نوع ما من انهيار الكون المبكر لسحابة غازية أو نجم ضخم جدًا ، والذي سيكون مرة أخرى مادة عادية في الغالب. يأتي النمو اللاحق لـ BH الهائل بشكل أساسي من الغاز بين النجمي الذي يغذي قرص تراكم حول BH ، بالإضافة إلى النجم العرضي الذي يتجول قريبًا جدًا - لذلك مرة أخرى ، غالبًا ما تسقط المادة العادية في الثقب الأسود. (المناطق المركزية للمجرات فعل تحتوي على بعض المادة المظلمة ، لكنها تهيمن عليها المادة العادية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للمادة العادية على شكل سحب غازية أن تفقد الطاقة بسهولة عن طريق تصادمات السحب وتغرق في مركز المجرة ، حيث يمكن أن تغذي BH الهائل ؛ المادة المظلمة لا تستطيع فعل ذلك).

(بالطبع ، كما يشير user25972 ، إنه غير ذي صلة إلى حد كبير بالغرباء مثلنا ماذا او ما نوع من المادة يذهب إلى صنع BH. يتشكل الثقب الأسود من المادة المظلمة من شأنه أن يتصرف بشكل مماثل للثقب المتكون من مادة عادية.)


هل من المتوقع أن تحتوي الثقوب السوداء على نفس نسبة المادة المظلمة إلى المادة العادية مثل باقي الكون؟ - الفلك

ولدت المجرات من تقلبات بدائية مع تطور ربما يكون مدفوعًا بالجاذبية باعتباره التأثير المهيمن. الجاذبية ، كمفهوم هندسي ، لها نفس التأثير على أنواع مختلفة من الجسيمات. بعض القوى الأخرى غير الجاذبية ، مثل التفاعل مع الفوتونات ، والتأثيرات التبديدية ، والمجالات المغناطيسية ، وما إلى ذلك ، يمكن أن يكون لها أيضًا تأثير وتعمل على الجسيمات المعنية بشكل تفاضلي ، ولكن الاتجاه العام للمجرات والعناقيد أن يكون لها تكوين مشابه لـ التكوين العام للكون أمر متوقع.

لقد تغيرت معرفتنا بتكوين الكون في الآونة الأخيرة فيما يتعلق بوجهة النظر الكلاسيكية ، والتي لخصها ، على سبيل المثال ، من قبل شرام (1992). تمت مراجعة هذا المفهوم الجديد ، على سبيل المثال ، من قبل تيرنر (1999 أ ، ب). تعتبر المادة المهيمنة مادة مظلمة باردة (CDM) ، تتكون من جزيئات تتحرك ببطء ، لذا فإن كثافة طاقة آلية التنمية النظيفة ترجع أساسًا إلى كتلة الجسيمات الساكنة ، حيث توجد سلسلة كبيرة من الجزيئات المرشحة لجزيئات آلية التنمية النظيفة ، ولكن الأكسيونات والنياسات كونها الاحتمالات الأكثر جاذبية.

تمكنت دراسات التخليق النووي في Big Bang من تحديد كثافة الباريون بدقة (0.019 & # 1770.0012) h -2. تم أيضًا تحديد كثافة الباريون العنقودية بدقة بواسطة الأشعة السينية وتأثير Sunyaev-Zeldovich ليكون f B = (0.07 & # 1770.007) h -3/2 ، وبافتراض أن المجموعات الغنية توفر عينة عادلة من المادة في الكون ، أيضًا / = f B ، ومنه يتبع = (0.27 & # 1770.05) h -1/2. ومع ذلك ، فإن الكون مسطح ، = 1 ، مع كون طيف CMB مؤشرًا حساسًا. لذلك = 1 = + أين

يمثل 0.7 مساهمة طاقة الفراغ ، أو بالأحرى مساهمة المصطلح الكوني. مع هذه القيمة العالية للكون يجب أن تكون في تسارع التوسع ، وهو ما أكدته دراسة المستعرات الأعظمية ذات الانزياح الأحمر العالي ، والتي تشير أيضًا إلى

0.7 (Perlmutter، Turner and White، 1999 Perlmutter et al. 1999). تقدر المادة النجمية أو المرئية بـ = 0.003 - 0.006. يمكن كتابة كل هذه القيم في قائمة يسهل تذكرها ، مع قيم متوافقة مع الأرقام أعلاه ، واعتماد قيم H 0 = 65 kms -1 Mpc -1 h = 0.65:

أقل دقة ولكنها مفيدة للحسابات الاستكشافية السريعة.

يجب أن تحتوي الكتلة الكبيرة على هذا التركيب إلى حد ما ، بما في ذلك الهالة بالطبع ، حتى لو كانت الهالة تحتوي على عدة تركيزات باريونية أو لا تحتوي على تركيزات. لذلك ، فإن أول نهج مباشر للمشكلة يشير إلى أن الهالات ليست باريونية ، مع كون المادة الباريونية مكونًا ثانويًا.

هذه أيضًا وجهة النظر التي تفترضها معظم النماذج النظرية الحالية (سيتم النظر في هذا لاحقًا ، في القسم 4.2.2) ، والتي تتبع الأوراق الأساسية التي كتبها Press and Schechter (1974) و White and Rees (1978). نحن نتقدم في التعليق القائل بأن المادة المظلمة الباردة السائدة غير القابلة للتصادم وغير المشتتة هي المكون الرئيسي للهالات ، بينما الباريونات ، التي ربما تكون مجرد غاز ، تشكل المكون المشتت ، القادر على التبريد والتركيز والتشظي وإنتاج النجوم. يمكن الاحتفاظ ببعض الغازات مختلطة في الهالة ، وبالتالي ستتكون الهالات من مادة غير باريونية بالإضافة إلى كميات صغيرة من الغاز ، ويتناقص جزءها بمرور الوقت ، بينما ستوفر عمليات الاندماج والتراكم كميات متزايدة للأقراص المرئية والانتفاخات. لذلك ، يشير النهج الأول إلى أن المادة المظلمة في المجرة هي أساسًا مادة غير باريونية ، والتي يمكن اعتبارها وصفًا قياسيًا. قد لا تتكثف الباريونات ، وبالتالي المادة المرئية ، تمامًا داخل هالة DM كبيرة ، وبالتالي يجب أن تكون نسبة الباريون / DM متشابهة في أكبر الهالات وفي الكون بأسره ، على الرغم من أن هذه النسبة يمكن أن تكون مختلفة في المجرات العادية.

ومع ذلك ، تم اقتراح احتمالات أخرى مثيرة للاهتمام. يعتمد جزء المادة المظلمة / المرئية في المجرة بشكل كبير على نوع المجرة ، لكن القيمة النموذجية يمكن أن تكون 0.1. هذا أيضًا تقريبًا جزء المادة المرئية / الباريونية في الكون ، مما دفع بعض المؤلفين إلى الاعتقاد بأن المادة المظلمة في المجرة هي باريونيك (مثل Freeman ، 1997) وفي هذه الحالة سيكون أفضل المرشحين هو السحب الغازية أو البقايا النجمية أو الأجسام الفرعية. . تمثل البقايا النجمية بعض المشكلات: تتطلب الأقزام البيضاء وظائف كتلة أولية غير مبررة ، وكان من الممكن أن تنتج الثقوب السوداء المزيد من التخصيب المعدني. لا يمكننا تفسير الاحتمالات العديدة المختلفة التي تم استكشافها. تعتبر الأجسام تحت النجمية ، مثل الأقزام البنية ، تحديدًا مثيرًا للاهتمام لـ MACHOs ، وهي أجسام مضغوطة تنتج عدسات دقيقة للنجوم الأمامية. ألكوك وآخرون. (1993) ، Aubourg et al. (1993) وآخرون اقترحوا أن MACHOSs يمكن أن توفر كمية كبيرة من المادة المظلمة الهالة ، بقدر 50-60 ٪ للكتل التي تبلغ حوالي 0.25 M ، لكن النتائج تعتمد إلى حد كبير على النموذج المفترض للمادة المرئية والمظلمة المكونات ، ولا تزال غير مؤكدة. جادل Honma and Kan-ya (1998) أنه إذا لم يكن لدى درب التبانة منحنى دوران مسطح يصل إلى 50 kpc ، فإن الأقزام البنية يمكن أن تمثل الهالة بأكملها ، وفي هذه الحالة تكون كتلة درب التبانة فقط 1.1 & # 215 10 11 م.

دعونا بعد ذلك نعلق بإيجاز على إمكانية وجود سحب غازية مظلمة ، كما دافع عنها Pfenniger and Combes (1994) ، Pfenniger ، Combes and Martinet (1994) و Pfenniger (1997). لقد اقترحوا أن المجرات الحلزونية تتطور من Sd إلى Sa ، أي أن الانتفاخ والقرص يزدادان وفي نفس الوقت تنخفض نسبة M / L. SD هي أغنى بالغاز من Sa. ومن ثم فإنه من المغري استنتاج أن المادة المظلمة تتحول تدريجياً إلى مادة مرئية ، أي إلى نجوم. بعد ذلك ، يجب تحديد المادة المظلمة بالغاز. لماذا إذن لا يمكننا رؤية هذا الغاز؟ يمكن أن يكون مثل هذا السيناريو هو الحال إذا امتلكت السحب الجزيئية بنية كسورية من 0.01 إلى 100 جهاز كمبيوتر. سيتم تجزئة الغيوم إلى كتل فرعية أصغر وأكثر كثافة وأكثر برودة ، بحيث يكون البعد الكسري 1.6-2. التلسكوبات الراديوية المليمترية المتاحة غير قادرة على اكتشاف مثل هذه الغيوم الصغيرة جدًا. تفسر هذه الفرضية أيضًا علاقة Bosma بين المادة المظلمة والغاز (القسم 2.3) ، لأن المادة المظلمة ستكون في الواقع غازًا (يمكن أن يكون قرص HI المرئي هو الغلاف الجوي المرئي للسحب الجزيئية الكثيفة). في هذه الحالة ، يجب أن يكون للمادة المظلمة توزيع قرص.

تم اقتراح تعريف غاز القرص على أنه مادة مظلمة في المجرة لأول مرة بواسطة Valentijn (1991) وتم تحليله لاحقًا بواسطة Gonz & # 225lez-Serrano and Valentijn (1991) ، Lequeux ، Allen and Guilloteau (1993) ، Pfenniger ، Combes and Martinet (1994) ، غيرهارد وسيلك (1996) وآخرون. يمكن أن يرتبط H 2 بالغبار ، مما ينتج عنه اعتماد على اللون لطول المقياس الشعاعي المتوافق مع كميات كبيرة من H 2. في الآونة الأخيرة ، اكتشف Valentijn و van der Werf (1999) خطوط دوران لـ H 2 عند 28.2 و 17.0 متر في NGC 891 على متن ISO ، والتي تتوافق مع المادة المظلمة المطلوبة. إذا تم تأكيد هذه التجربة ، فستكون هذه التجربة حاسمة ، مما يدل على أن المكون المرئي للقرص الباريوني مسؤول عن منحنى الدوران الشاذ وهشاشة النظريات الصلبة على ما يبدو. قد يكون التأكيد في المجرات الأخرى صعبًا حيث يبدو أن H 2 في NGC 891 دافئ بشكل استثنائي (80-90 كلفن).

توزيع القرص هو بالفعل البيان الأكثر جرأة في هذا السيناريو. استنتج أولينج (Olling) (1996) أن المجرة NGC 4244 بها اشتعال يتطلب هالة مسطحة. ومع ذلك ، يحتاج هذا التحليل إلى العديد من الافتراضات النظرية ، على سبيل المثال ، تتطلب حالة التوازن الهيدروستاتيكي العمودي مزيدًا من التبرير ، لا سيما بالنظر إلى أن NGC 4244 هي مجرة ​​Scd ، حيث تكون التدفقات الرأسية الخارجة أكثر أهمية في أواخر نوع المجرات. كما تم استخدام الاعوجاج لاستنتاج شكل الهالة. مرة أخرى ، وجد هوفنر وسبارك (1994) أن مجرة ​​واحدة فقط NGC 2903 ، من أصل خمس مجرات تمت دراستها ، بها هالة مسطحة. في هذه الورقة ، تم افتراض نموذج معين من الاعوجاج (Sparke and Casertano ، 1988) ، ولكن هناك بدائل أخرى (Binney 1991 ، 1992). يبدو أن نموذج Sparke و Casertano قد فشل بمجرد أخذ استجابة الهالة لمقدمة القرص في الاعتبار (Nelson and Tremaine، 1995 Dubinski and Kuijken، 1995). يخلص كويجين (1997) إلى أنه "ربما تكمن الإجابة في التوليد المغناطيسي من الاعوجاج" (باتانر ، فلوريدو ، وسانشيز سافيدرا 1990). من ناحية أخرى ، إذا كانت الالتواءات عبارة عن تشوه في ذلك الجزء من القرص الذي تهيمن عليه الجاذبية بالفعل بواسطة الهالة ، فإن تشوه القرص سيكون نتيجة للانحرافات عن التناظر في الهالة. إن عزل اضطرابات القرص المضمنة في هالة مثالية غير مضطربة أمر غير واقعي. تم تقديم العديد من المقترحات الأخرى لدراسة شكل الهالة ، تمت مراجعة معظمها في الأوراق التي تم الاستشهاد بها بواسطة أولينج ، وفي Ashman (1982) ، ولكن تم الإبلاغ عن أشكال مختلفة جدًا (انظر القسم 3.4).

هناك أيضًا احتمال أن يكون عنصر الهالة المرئي قد لوحظ (Sackett et al. 1994 Rausher et al. 1997) ولكن نظرًا لصعوبة العمل عند هذه المستويات الباهتة ، لم يتم تأكيد هذه النتيجة بعد.

يقترح العديد من المؤلفين الآخرين أن الهالة باريونية ، حتى لو تم تطوير نماذج جديدة لتشكيل المجرة وتطورها (دي باوليس وآخرون 1997). يعتمد هذا جزئيًا على حقيقة أن كل المادة المظلمة "المرصودة" في المجرات والعناقيد يمكن تفسيرها من خلال المادة الباريونية وحدها. تحت تفسير دي باوليس وآخرون. (1995) يمكن أيضًا التعرف على سحب كثيفة صغيرة من H 2 بالمادة المظلمة ، وحتى تكون مسؤولة عن العدسة الدقيقة ، ولكن بدلاً من أن تتوزع في القرص ، فإنها ستقع في هالة كروية.


نظرية الموائع الداكنة

تقول نظرية فارنس الجديدة أن 95٪ من الكون يتكون من "سائل مظلم" ، وأن المادة المظلمة والطاقة المظلمة هما "أعراض" لهذه الظاهرة الأساسية. إنه يقوم بعمل جيد لوصف كلاهما ، على الرغم من أنه يتطلب القليل من التلاعب بالأرقام من تلقاء نفسه.

يجب أن يكون لهذا السائل الداكن كتلة سالبة. هذا وحده يبدو وكأنه مفهوم خيال علمي - كيف يمكن لشيء أن يكون كتلته -1 كجم؟ لكن وفقًا لفيزياء نيوتن ، هذا ممكن تمامًا ، وإن كان لا يزال افتراضيًا.

الشيء الذي له كتلة سالبة سيكون له بعض الخصائص الغريبة جدًا. أولاً ، القوى مقلوبة ، لذا إذا دفعت كرة بكتلة سالبة ، فسوف تتسارع من اتجاه يدك بدلا من الابتعاد عنها. هذا يعني أيضًا أنها تُظهر نوعًا من الجاذبية السلبية ، والتي تنفر المواد الأخرى بدلاً من جذبها.

إذا كان الكون ممتلئًا بسائل مظلم ، فإن جاذبيته السلبية ستدفع كل شيء بعيدًا عن كل شيء آخر - وهي بالضبط الظاهرة المرصودة التي تم اختراع الطاقة المظلمة لتفسيرها. في هذه الأثناء ، ليس الجاذبية لهالة المادة المظلمة هو ما يربط المجرات ببعضها - إنها "الدفع" السلبي للسائل الداكن المحيط بها. مجرات المادة العادية هي في الأساس فقاعات تطفو في سائل مظلم كوني.


كم منكم يعتقد أن المادة المظلمة مجرد فكرة خاطئة؟

أرغب في معرفة المزيد عن أفكار الأشخاص فيما يتعلق برفض المادة المظلمة باعتبارها بعض الأشياء الجديدة غير المعروفة بدلاً من سوء الفهم لشيء اعتقدنا أنه خطأ.

يوجد أدناه بشكل أساسي نهج تاريخي لسبب إيماننا بالمادة المظلمة. سأستشهد أيضًا بهذه الورقة للطالب الجاد الذي يريد قراءة المزيد ، أو الذي يريد التحقق من ادعاءاتي ضد الأدبيات.

في أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي ، اكتشف عالم هولندي يُدعى جان أورت في الأصل أن هناك أجسامًا في المجرات تتحرك أسرع من سرعة هروب نفس المجرات (بالنظر إلى الكتلة المرصودة) واستنتج أنه يجب أن تكون هناك كتلة غير قابلة للرصد تحمل هذه الأجسام ونشرها. نظريته في عام 1932.

الدليل 1: غالبًا ما تتحرك الأجسام في المجرات أسرع من سرعات الهروب ، لكنها لا تفلت فعليًا.

وجد زفيكي ، أيضًا في ثلاثينيات القرن الماضي ، أن المجرات لديها طاقة حركية أكثر بكثير مما يمكن تفسيره بالكتلة المرصودة ، وخلص إلى أنه لا بد من وجود كتلة غير ملحوظة أطلق عليها اسم المادة المظلمة. (ثم ​​صاغ زويكي المصطلح & quotdark الأمر & quot)

الدليل 2: تمتلك المجرات طاقة حركية أكثر مما تسمح به المادة غير الطبيعية وحدها.

ثم قررت فيرا روبين دراسة ما يُعرف باسم & # x27rotation curves & # x27 من المجرات ووجدت هذه المؤامرة. كما ترى ، فإن السرعة البعيدة عن المركز مختلفة تمامًا عما هو متوقع من المادة المرصودة. وخلصت إلى أن شيئًا مثل Zwickey & # x27s اقترح أن هناك حاجة للمادة المظلمة لتفسير ذلك.

الدليل 3: تدور المجرات بشكل مختلف عما تسمح به المادة & quot العادية & quot؛ وحدها.

في 1979 ، D. Walsh et al. كانت من بين أول من اكتشف عدسات الجاذبية التي اقترحتها النسبية. مشكلة واحدة: كمية الضوء التي يتم عكسها أكبر بكثير مما هو متوقع من المادة المعروفة التي يمكن ملاحظتها. ومع ذلك ، إذا أضفت الكمية الدقيقة من المادة المظلمة التي تعمل على إصلاح منحنيات الدوران أعلاه ، فستحصل على المقدار الدقيق لعدسات الجاذبية المتوقعة.

الدليل 4: تنحني المجرات الضوء بشكل أكبر مما تسمح به المادة وحدها. والمبلغ المطلوب & quotunseen & quot هو نفس المبلغ المحدد في 1 إلى 3 أعلاه.

بحلول هذا الوقت ، كان الناس يأخذون المادة المظلمة على محمل الجد نظرًا لوجود طرق مستقلة للتحقق من الكتلة المطلوبة.

تم اقتراح MACHOs كحلول (وهي في الأساس نجوم عادية تكون باهتة فقط لرؤيتها من الأرض) ولكن الدراسات الاستقصائية الحديثة استبعدت ذلك لأنه مع زيادة حساسيتنا لهذه الكائنات ، لا نرى أي & quot؛ تفويت & quot النجوم التي يمكن أن تفسر المشكلة .

الدليل 5: تلسكوباتنا أفضل بكثير مما كانت عليه في الثلاثينيات. وكلما نظرنا بشكل أفضل ، أكد # x27s أن الأمر غير المرئي وغير الطبيعي & quot ؛ لن يحل المشكلة أبدًا

من المعروف أن نسبة الديوتيريوم إلى الهيدروجين في الكون الحالي تتناسب مع كثافة الكون. تم اكتشاف أن النسبة المرصودة في الكون غير متسقة مع المادة المرصودة فقط. ولكنه كان بالضبط ما كان متوقعًا إذا أضفت نفس المادة المظلمة إلى المجرات كما فعلت المجموعات أعلاه.

الدليل 6: تعتبر نسبة الديوتيريوم إلى الهيدروجين مستقلة تمامًا عن الأدلة المذكورة أعلاه ، ومع ذلك فهي تؤكد الحاجة إلى نفس الكمية بالضبط من & quot ؛ & quot ؛ تفويت & quot الكتلة.

إن الخلفية الكونية الميكروية وطيف الطاقة # x27s حساسة جدًا لمقدار المادة في الكون. كما تظهر هذه المؤامرة هنا ، فقط إذا كانت المادة التي يمكن ملاحظتها

4٪ من إجمالي ميزانية الطاقة يمكن تفسير البيانات.

الدليل 7: بصرف النظر عن جميع ملاحظات النجوم والمجرات ، فإن الضوء الصادر عن الانفجار العظيم يستدعي أيضًا نفس المقدار المحدد من & اقتباس & quot الكتلة.

قد يكون من الصعب فهم هذه الصورة ولكن اتضح أنه يمكننا تحديد شكل & quotshape & quot لكيفية تجمع المجرات مع المادة المظلمة وبدونها. تطابق & quotsplotchiness & quot التجميع من صور SDSS هذه تنبؤات المادة المظلمة فقط.

الدليل 8: بغض النظر عن كيفية دوران المجرات ، وطاقتها الحركية ، وما إلى ذلك ، هي مسألة كيفية تجمعها معًا. وتؤكد ملاحظات التجميع على ضرورة وجود أحواض من المادة المظلمة الوسيطة & quot

كانت واحدة من أكثر الأشياء إقناعًا هي مجموعة الرصاص كما هو موضح هنا. لقد رأينا مجرتين تتصادمان حيث تعرضت المادة & quot المرصودة & quot إلى تصادم فعليًا ، لكن عدسة الجاذبية استمرت في التحرك دون عوائق وهو ما يتطابق مع الاعتقاد بأن غالبية الكتلة في المجرة هي مادة مظلمة غير تصادمية لا تشعر بأي تفاعل تصادم وتنتقل مباشرة من خلال إحضار الجزء الأكبر من عدسة الجاذبية معها.

الدليل 9: عندما تندمج المجرات ، يمكننا حرفيًا مشاهدة المادة المظلمة عديمة الاصطدام وهي تمر عبر الجانب الآخر عبر عدسة الجاذبية.

في عام 2009 ، بيني وآخرون. أظهر أن المادة المظلمة مطلوبة حتى لا يتمزق المجرات السريعة الدوران بواسطة قوى المد والجزر. وبالطبع ، فإن المبلغ المطلوب هو بالضبط نفس ما يحل كل مشكلة أخرى أعلاه.

الدليل 10: تتعرض المجرات لقوى المد والجزر التي تقول الفيزياء الأساسية إنها يجب أن تمزقها ، ومع ذلك تظل مستقرة. وكمية المادة غير المرئية الضرورية للحفاظ على ثباتها هو بالضبط ما هو مطلوب لكل شيء آخر.

11. هناك نظريات مضادة ، ولكن كما يفعل شون كارول بشكل جيد هنا هو إظهار مدى سوء عمل نظريات العداد. أنها لا تناسب جميع البيانات. إنها طريقة أكثر فوضى وتعقيدًا. يستمر تزويرها من خلال التجارب الجديدة. إلخ.

على العكس من ذلك ، فإن نموذج المادة المظلمة الذي اقترحه Zwicky & # x27s منذ ثلاثينيات القرن الماضي يستمر في تفسير كل شيء نلاحظه والتنبؤ به بشكل لا تشوبه شائبة عبر أجيال متعددة من العلماء يختبرونه بشكل مستقل. ومن ثم يعتقد على نطاق واسع أن المادة المظلمة.

الدليل 11: كانت نظريات المادة المظلمة موجودة منذ أكثر من 80 عامًا ، ولم يتمكن أي بديل من شرح معظم ما سبق. باستثناء النظرية الأصلية التي تنبأت بكل شيء.

استنتاج: انظر ، أنا أعلم أن الناس يحبون التعبير عن شكوكهم بشأن المادة المظلمة لمجموعة كاملة من الأسباب ولكن في نهاية اليوم ، اجتازت نظريات الفانيليا للمادة المظلمة عشرات الاختبارات دون أن تفشل على مدار عقود عديدة حتى الآن. اختبارات مستقلة للغاية عبر مجموعات وأجيال بحثية مختلفة. لذا أعتقد شخصيًا أننا دخلنا رسميًا إلى عالم حيث من المهم للجميع أن يكونوا متشككين في الادعاء بأن المادة المظلمة ليست حقيقية. أو الادعاء بأن العلماء لا يعرفون ما يفعلونه.

كن متشككًا أيضًا عندما يتم نشر مقال إعلامي لا مفر منه شهرًا بعد شهر يقول إن شخصًا ما & quot؛ تفكك & quot المادة المظلمة لأن نظريتهم تشرح بعض منحنى الدوران من الثلاثينيات. متشكك لأن منحنيات الدوران هي واحدة من اثني عشر اختبارًا مستقلًا على الأقل ، ناهيك عن 80 عامًا من التنبؤ القوي.

لذا ها أنت ذا. هذه بعض الأسباب الأساسية لأخذ المادة المظلمة على محمل الجد.


قد تفرز الأبحاث الجديدة حول تكوين الكون

قد تظهر مجالات جديدة للدراسة خارج المجرة من البحث الذي أجراه علماء الفيزياء الفلكية بجامعة ألاباما في هانتسفيل (UAH) باستخدام بيانات من تلسكوب شاندرا الفضائي لاستنتاج أن الباريونات تشكل جميع المواد المرئية - التي كان يُعتقد في السابق أنها مفقودة من المجموعات - موجودة في النسب المتوقعة في مجموعات كبيرة مضيئة.

درس البحث الجديد عناقيد مجرية كبيرة جدًا وخلص إلى أنها تحتوي بالفعل على نسبة المادة المرئية التي يتم العمل عليها كجزء من نظرية الانفجار العظيم. قام بتأليف الورقة طالب الدراسات العليا ديفيد لاندري مع الدكتور ماسيميليانو (ماكس) بونامينت ، أستاذ الفيزياء المساعد في جامعة UAH ، وبول جايلز وبن موغان من جامعة بريستول ، المملكة المتحدة ، ومارشال جوي من مركز مارشال لرحلات الفضاء التابع لناسا. الدكتور ديفيد لاندري هو الآن عالم في Corvid Technologies في هنتسفيل ، ألا.

قد يدفع العمل إلى جهود جديدة لشرح نتائج الأبحاث السابقة بأن بعض المجموعات لديها عجز في الباريونات مما هو متوقع. يتكون الكون من حوالي 75 بالمائة من الطاقة المظلمة و 25 بالمائة من المادة. من الجزء الذي هو مادة ، حوالي 16٪ هي المادة المرئية المألوفة الموجودة حولنا والـ 84٪ المتبقية هي المادة المظلمة.

قال الدكتور بونامينت: "نسميها المادة المظلمة لأننا لا نعرف ما هي مكوناتها ، لكنها مصنوعة من نوع من الجسيمات ولا يبدو أنها تنبعث منها طاقة مرئية". تشكل الطاقة المظلمة والمادة المظلمة والمادة الباريونية العادية معًا مخططًا دائريًا لكتلة الكون ، حيث يجب أن يضيف كل شيء ما يصل إلى 100 بالمائة. قال: "لا نعرف ما هي المادة المظلمة ، لكن لدينا الوسائل لتجميع الفطيرة".

في حين أن الطاقة المظلمة لها طاقة مثيرة للاشمئزاز ، فإن المادة المظلمة والمادة الباريونية لها قوة جذابة حيث "يحب كل شيء أن يتجمع معًا" لتشكيل النجوم والكواكب والمجرات ، كما قال الدكتور بونامينتي. باستخدام الأشعة السينية ، اكتشف علماء الفيزياء الفلكية وجود غاز بلازما ساخن منتشر يملأ الفراغ بين المجرات.

قال الدكتور بونامينت: "في الأساس ، الفضاء بين المجرات مليء بهذه البلازما الساخنة التي تبلغ درجة حرارتها 100 مليون درجة". نظرًا لأن الغاز منتشر جدًا ، فإن سعة حرارته منخفضة جدًا. "يبدو الأمر كما لو طرحت هذا السؤال عليك: أيهما تفضل وضع إصبعك فيه ، كوب ماء مغلي أم غرفة تم تسخينها إلى 212 درجة فهرنهايت؟ أنت تختار الغرفة لأن درجة الحرارة بداخلها أكثر انتشارًا مما لو كان في كوب الماء المركز ، وبالتالي يمكنك تحمله ".

فلماذا لا يهرب الغاز الساخن ببساطة؟ قال الدكتور بونامينت: "إنه مرتبط بالعنقود عن طريق الجاذبية". "باستخدام الغاز الساخن ، يمكنك القيام بأمرين. يمكنك قياس المادة العادية ، وهي محتوى الباريون. وثانيًا ، نظرًا لأن الغاز الساخن مرتبط ، يمكنك قياس مقدار المادة التي سيستغرقها الاحتفاظ بالغاز ، وبالتالي يمكنه معرفة مقدار المادة المظلمة الموجودة ، قال: "فجأة ، هناك شيء رائع حقًا بشأن الغازات الساخنة. يمكنك الحصول على كعكتك وتناولها أيضًا."

من الناحية النظرية ، يجب أن يحتوي الكون على نفس نسب المادة المرئية والمظلمة بغض النظر عن مكان أخذ العينات. باستخدام قراءات إشعاع الميكروويف الكونية ، تمكن علماء الفيزياء الفلكية من إجراء نوع من الطب الشرعي لماضي الكون ، وقد أظهرت تلك النتائج النسب التي كانت موجودة في الانفجار العظيم أو بعد ذلك بوقت قصير.

قال الدكتور بونامينت: "لأنها بدأت في الانفجار العظيم ، يجب أن تستمر هذه النسبة". "يبدو الأمر كما لو كنت أذهب إلى المحيط مع مغرفة. يجب أن تحتوي مغرفة الماء التي أحصل عليها على نفس تركيز الملح مثل باقي المحيط ، بغض النظر عن المكان الذي أحصل عليه."

لكن الأبحاث السابقة أشارت إلى أن بعض المجموعات كانت تفتقر إلى النسبة المئوية المتوقعة من الباريونات ، مما يطرح السؤال عن مكان وجودها.

قال الدكتور بونامينتي: "منذ الآونة الأخيرة ، اعتقد الناس أن المجموعات تحتوي على أقل من 16 في المائة من الباريونات ، لذلك كانت هناك باريونات مفقودة". "قلنا لا ، إنها موجودة. إذن ، كيف وجدنا العناقيد بهذه النسبة الصحيحة؟ لقد درسنا أكثر المجموعات إشراقًا ، لأنها تحتوي على كتلة أكبر وتحتفظ بمزيد من الباريونات."

يمكن أن تفتح النتائج مجالات جديدة للتحقيق في سبب تسجيل العجز في الباريونات في الأبحاث السابقة. يقترح الدكتور بونامينت نظرية واحدة. وقال: "نحن نعلم أن بعض التجمعات الأصغر تحتوي على تركيزات أقل من الباريونات مقارنة بالتجمعات الكبيرة". ربما بسبب قوى الجاذبية الأضعف ، هربت الغازات الساخنة بطريقة مماثلة للكواكب التي ليس لها غلاف جوي. "ربما يمكن أن يكون الغاز مقيدًا ولكن ربما قليلاً يمكن أن يطير إذا لم يكن هناك ما يكفي من الجاذبية."

لمزيد من الدراسات حول المجموعات الأصغر ، يتطلع الدكتور بونامينت إلى وصول عضو هيئة التدريس الجديد الدكتور مينج صن ، الذي كان يعمل سابقًا في جامعة فيرجينيا ، وهو خبير في المجموعات التي تحتوي على أقل من 16 في المائة من الباريونات.

يقول الدكتور بونامينت: "أنا متحمس لأن مينغ قرر الانضمام إلى مجموعتنا البحثية. ومع انضمامه إلى اللوحة ، تستعد UAH لمواصلة اكتشافات حول تركيبة الكون ، وهذا هو السؤال الأكثر إثارة للإجابة عن ذلك أستطيع أن أفكر في."


الجسيمات غير المرئية

تم إنشاء شيء آخر خلال الانفجار العظيم: المادة المظلمة. "لكن لا يمكننا تحديد الشكل الذي اتخذته ، لأننا لم نكتشف تلك الجسيمات ،" قال باهكال لـ Live Science.

قال Bahcall لا يمكن ملاحظة المادة المظلمة مباشرة و [مدش] حتى الآن و [مدش] ولكن بصمات أصابعها محفوظة في أول ضوء للكون ، أو إشعاع الخلفية الكونية الميكروويف (CMB) ، كتقلبات صغيرة في الإشعاع. اقترح العلماء لأول مرة وجود المادة المظلمة في الثلاثينيات من القرن الماضي ، حيث وضعوا نظرية مفادها أن سحب المادة المظلمة غير المرئي يجب أن يكون هو ما يربط عناقيد المجرات سريعة الحركة معًا. بعد عقود ، في سبعينيات القرن الماضي ، وجدت عالمة الفلك الأمريكية فيرا روبن المزيد من الأمور غير المباشرة دليل على المادة المظلمة في معدلات دوران النجوم الأسرع من المتوقع.

بناءً على نتائج روبن ، حسب علماء الفيزياء الفلكية أن المادة المظلمة و [مدش] على الرغم من أنه لا يمكن رؤيتها أو قياسها ويجب أن تشكل جزءًا كبيرًا من الكون. ولكن منذ حوالي 20 عامًا ، اكتشف العلماء أن الكون يحتوي على شيء أكثر غرابة من المادة المظلمة الطاقة المظلمة ، والتي يُعتقد أنها أكثر وفرة من المادة أو المادة المظلمة. [المعرض: المادة المظلمة في جميع أنحاء الكون]


المادة والطاقة أخبر الزمكان كيف يكون: الجاذبية المظلمة

هل الجاذبية أساسية أم ناشئة؟ الكهرومغناطيسية هي أحد الأمثلة على القوة الأساسية. الديناميكا الحرارية هي مثال على السلوك الإحصائي الناشئ.

رأى نيوتن الجاذبية كقوة غامضة تعمل على مسافة بين جسمين ، وتطيع قانون التربيع العكسي المعروف ، وتحدث في زمكان غير مرن ، ولها إطار مرجعي واحد.

نظر أينشتاين في طبيعة المكان والزمان وأدرك أنهما مرنان. ومع ذلك ، لا تزال النسبية العامة نظرية كلاسيكية ، بدون سلوك كمومي. ويفترض وجود نسيج متواصل للفضاء.

كما قال جون ويلر ، "الزمكان يخبر المادة كيف تتحرك المادة تخبر الزمكان كيف ينحني". أدرك ويلر جيدًا أن ليس فقط المادة ، بل الطاقة أيضًا ، ينحني الزمكان.

اقتراح متواضع: اقلب جملة ويلر. ثم قم بتعميمها. المادة والطاقة يخبران الزمكان كيف يكون.

أيهما أكثر جوهرية؟ مسألة أم زمكان؟

تسعى نظريات الجاذبية الكمية إلى ربط الحقول الكمومية المعروفة بالجاذبية ، ومن المتوقع أنه في مقاييس بلانك الصغيرة للغاية ، يفقد كل من الزمان والمكان طبيعتهما المستمرة.

في الفيزياء ، يُفترض عادةً أن المكان والزمان كخلفيات مستمرة.

ولكن ماذا لو لم يكن الفضاء أساسيًا على الإطلاق؟ ماذا لو لم يكن الوقت أساسياً؟ ليس من الصعب تصور الوقت على أنه مجرد ترتيب للأحداث. لكن المكان والزمان قابلان للتبادل إلى حد ما ، كما أوضح أينشتاين بنسبية خاصة.

إذن ماذا عن الفضاء؟ هل نحن فقط نضع المساطر بين الأشياء ، بين الجماهير؟

يتجه علماء فيزياء الجسيمات بشكل متزايد إلى وجهة النظر القائلة بأن المكان والزمان موجودان طارئ. ليس أساسيا.

إذا انبثقت من ماذا؟ المفهوم هو أن الجسيمات ، والحقول الكمومية ، لهذه المسألة ، متشابكة مع بعضها البعض. حالاتهم الكمومية مترابطة. تمت دراسة ظاهرة التشابك الكمي في المختبر وتم إثباتها جيدًا.

لقد أظهر العلماء الصينيون ، في العام الماضي فقط ، تشابكًا كميًا للفوتونات عبر وصلة قمر صناعي بطول إجمالي يتجاوز 1200 كيلومتر.

وهكذا يصبح التشابك الكمي هو الخيط الذي تستخدمه الطبيعة لربط نسيج الفضاء معًا. وبما أن درجة التشابك الكمومي تغير الانحناء المحلي للنسيج. مع تغير الانحناء ، تتبع المادة مسارات مختلفة. وهذا هو تأثير الجاذبية.

قوانين نيوتن هي تقريب للنسبية العامة في حالة التسارع الصغير. ولكن إذا لم يكن الفضاء نسيجًا مستمرًا وينتج عن التشابك الكمي ، فقد تكون كل من ديناميكيات نيوتن والنسبية العامة غير مكتملة بالنسبة للتسارع الصغير جدًا (في نطاق شبه نيوتن).

العلاقة بين الجاذبية والديناميكا الحرارية موجودة منذ أربعة عقود ، من خلال البحث في الثقوب السوداء ، ومن نظرية الأوتار. قرر جاكوب بيكينشتاين وستيفن هوكينج أن الثقب الأسود يمتلك إنتروبيا تتناسب مع مساحته مقسومة على ثابت الجاذبية G. يمكن استخدام نهج قانون المنطقة هذا لاشتقاق النسبية العامة كما فعل تيد جاكوبسون في عام 1995.

ولكن قد يكون عنصر قانون المنطقة المفترض غير كافٍ وفقًا لفرضية الجاذبية الناشئة الجديدة لإريك فيرليند ، وهناك أيضًا عنصر قانون الحجم للإنتروبيا ، والذي يجب مراعاته بسبب الطاقة المظلمة وعندما تكون التسارع منخفضة جدًا.

لدينا تلميحات حول هذا الوصف غير الكامل للجاذبية في قياسات السرعة التي تم إجراؤها في ضواحي المجرات خلال العقود الثمانية الماضية. تُرى سرعات أعلى من المتوقع ، مما يعكس تسارعًا أعلى للنجوم والغاز مما توقعه نيوتن (أو أينشتاين). يمكننا أن نطلق على هذا الجاذبية المظلمة.

الآن هذه الجاذبية المظلمة يمكن أن تكون بسبب المادة المظلمة. أو يمكن أن تكون مجرد جاذبية معدلة ، مع جاذبية إضافية تفوق ما توقعناه.

من المفهوم منذ عمل مورديهاي ميلجروم في الثمانينيات أن السرعات الزائدة التي يتم ملاحظتها ترتبط بشكل أفضل بالتسارع الإضافي أكثر من ارتباطها بالمسافة من مركز المجرة.

أظهر Stacey McGaugh والمتعاونون ارتباطًا وثيقًا للغاية بين التسارع الملحوظ والتسارع النيوتوني المتوقع ، كما ناقشت في مدونة سابقة هنا. يبدأ التسارع الإضافي في أقل من بضع مرات متر في الثانية في الثانية (م / ث²).

هذا قريب بشكل مثير للريبة من سرعة الضوء مقسومة على عمر الكون! وهو حوالي م / ث².

لماذا يجب أن يكون ذلك؟ تهيمن الطاقة المظلمة اليوم على كثافة الكتلة / الطاقة (تساهم كل من الكتلة والطاقة في الجاذبية) في الكون.

يحتوي النموذج الكوني الكنسي على 70٪ من الطاقة المظلمة ، و 25٪ من المادة المظلمة ، و 5٪ من المادة العادية. في الواقع ، إذا لم تكن هناك مادة مظلمة ، أو مجرد جاذبية مظلمة ، أو تسارع مظلم ، فقد يكون الأمر أشبه بانقسام 95٪ و 5٪ بين الطاقة المظلمة ومكونات المادة (العادية).

يُعرف الكون المتجانس المكون فقط من الطاقة المظلمة في النسبية العامة بكون دي سيتر (dS). كوننا ، في الوقت الحاضر ، هو في الأساس كون دي إس "مملح" بالمادة.

ثم يحتاج المرء أن يسأل كيف تتصرف الجاذبية في المناطق المتأثرة بالطاقة المظلمة؟ الآن على عكس المادة العادية ، يتم توزيع الطاقة المظلمة بشكل موحد للغاية على المقاييس الأكبر. إنه يقود تمددًا متسارعًا للكون (نسيج الزمكان!) ويسحب المادة العادية معه.

ولكن عندما تكون كثافة المادة العادية عالية ، يتم تفريغ الطاقة المظلمة. فكرة ساخرة ، لأن الطاقة المظلمة تعتبر طاقة فراغية. ولكن عندما يكون هناك الكثير من المادة ، يتم دفع الفراغ جانبًا.

كان هذا المفهوم العام هو ما استخدمه إريك فيرليند لاشتقاق معادلة تسريع إضافية في عام 2016. لقد وضع نموذجًا للجاذبية الحتمية الناشئة بسبب المادة العادية وأيضًا بسبب التفاعل بين الطاقة المظلمة والمادة العادية. لقد صاغ الطاقة المظلمة على أنها تستجيب مثل وسط مرن عندما يتم إزاحتها بالقرب من المادة. باستخدام هذا القياس مع المرونة ، اشتق تسارعًا إضافيًا يتناسب مع الجذر التربيعي لمنتج التسارع النيوتوني المعتاد ومصطلح متعلق بسرعة الضوء مقسومًا على عمر الكون. هذا يؤدي إلى قانون قوة 1 / r للمكوِّن الإضافي حيث أن العجلة النيوتونية تساوي 1 / r².

تعتمد جاذبية Verlinde المظلمة على الجذر التربيعي لمنتج التسارع المميز a0 والجاذبية النيوتونية العادية (الباريونية) ، زب

الفكرة هي أن وسط الطاقة المظلمة المرن يرتاح خلال فترات زمنية كونية. تزيح المادة الطاقة والإنتروبيا من هذا الوسط ، ويوجد رد فعل خلفي للطاقة المظلمة على المادة التي يتم التعبير عنها على أنها قانون حجم الانتروبيا. يستطيع Verlinde إظهار أن هذا التفاعل بين المادة والطاقة المظلمة يؤدي تحديدًا إلى التسارع المميز ، حيث H هي معلمة توسع هابل وتساوي واحدًا فوق عمر الكون لكون dS. تبين أن هذه هي القيمة الصحيحة لما يزيد قليلاً عن م / ث² التي تطابق الملاحظات.

في نظامنا الشمسي ، وفي المناطق المركزية للمجرات ، نرى الجاذبية على أنها تفاعل بين المادة العادية والمادة العادية الأخرى. نحن لسنا معتادين على هذه الرقصة الأخرى.

مجالات الجاذبية

الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية

يلخص الجدول أعلاه ثلاثة مجالات للجاذبية: النسبية العامة ، والجاذبية النيوتونية ، والجاذبية المظلمة ، والأخيرة تنشأ عند تسارع منخفض جدًا. نحن دائما نحسب الجاذبية بشكل غير صحيح! عادة ، كما هو الحال في نظامنا الشمسي ، لا يهم على الإطلاق. على سبيل المثال ، عند جاذبية سطح الأرض أكبر بـ 11 مرتبة من مجال التسارع المنخفض جدًا حيث يبدأ المصطلح الإضافي.

في الآونة الأخيرة ، اتخذ ألكساندر بيتش ، زميل تدريس الفيزياء في جامعة دورهام ، زاوية مختلفة بناءً على عرض فيرليند الأصلي والأبسط بكثير لنظرية الجاذبية الناشئة في بحثه عام 2010. لقد حصل على نتيجة مكافئة لنتائج Verlinde بطريقة أعتقد أنها أسهل في الفهم. يفترض أن التصوير المجسم (الافتراض بأن كل الانتروبيا يمكن حسابها على أنها قانون مساحة على شاشة كروية تحيط بالكتلة) تنهار على مقياس طول معين. لتقليد تأثير الطاقة المظلمة في فرضية Verlinde الجديدة ، يضيف Peach مساهمة قانون الحجم إلى الانتروبيا والتي تتنافس مع قانون المنطقة الثلاثية الأبعاد على مقياس الطول المحدد هذا. وينتهي به الأمر بنفس النتيجة ، وهي قوة إنتروبيا إضافية بمقدار 1 / ص يجب إضافتها من أجل التصحيح في نطاقات تسارع منخفضة جدًا.

في الشكل 2 (أعلاه) من ورقة Peach ، يناقش جسيم الاختبار الموجود خارج نصف القطر الحرج الذي يجب أيضًا مراعاة قانون الحجم. حسنا في الداخل (كما هو موضح في ب) يتم إزاحة الطاقة المظلمة بالكامل عن طريق كتلة الجذب الموجودة في الأصل ويكون حساب الانتروبيا في قانون المنطقة دقيقًا (يُشار إليه بالسطح المظلل). ما وراء تأثير الطاقة المظلمة أمر مهم ، فإن تقريب الشاشة الثلاثية الأبعاد ينهار ، ويجب تضمين حجم الانتروبيا في المساهمة في قوة الجاذبية الناشئة (كما هو موضح في ج). هذا الحجم من الإنتروبيا هو الذي يوفر مصطلح 1 / r إضافيًا لقوة الجاذبية.

يفترض الخوخ أن الأنظمة السائبة والحدود في حالة توازن حراري. الجزء الأكبر هو مصدر إنتروبيا الحجم. في تجربته الفكرية ، يصمم جزءًا واحدًا من المعلومات المقابلة لجسيم الاختبار كونه بطول موجة كومبتون واحد بعيدًا عن الشاشة ، تمامًا كما فعل فيرليند في البداية في وصفه لجاذبية نيوتن الناشئة في عام 2010. الطول الموجي كومبتون يساوي الطول الموجي للفوتون لو كانت طاقته مساوية لطاقة الكتلة الباقية لجسيم الاختبار. إنه يحدد حدود قياس موضع الجسيم.

ثم يمكن أن يكون التغيير في إنتروبيا الحدود (الشاشة) مرتبطًا بالإزاحة الصغيرة للجسيم. بافتراض التوازن الحراري والتقسيم داخل كل نظام واعتماد القانون الأول للديناميكا الحرارية ، يمكن تحديد القوة الحتمية الإضافية على أنها مساوية للصيغة النيوتونية ، مع استبدال أحد المصطلحات r في المقام بـ.

لفهم ، بالنسبة لنظام معين ، هو نصف القطر الذي تكون عنده الجاذبية الإضافية مساوية لحساب نيوتن ، وبعبارة أخرى ، تكون الجاذبية ضعف ما هو متوقع في ذلك الموقع. في المقابل ، يعود هذا إلى حقيقة أنه ، بالتعريف ، هو مقياس الطول الذي بعده يطغى مصطلح قانون الحجم على قانون المساحة الثلاثية الأبعاد.

وبالتالي فهي المسافة التي تنخفض عندها الجاذبية النيوتونية وحدها إلى حوالي م / ث² ، أي لنظام معين.

لذلك يستخدم Peach و Verlinde طريقتين مختلفتين ولكن مع افتراضات متسقة لنمذجة مصطلح الجاذبية المظلمة الذي يتبع قانون القوة 1 / r. وهذا يبدأ عند حوالي م / ث².

قد تكون المكونات التي قدمها إعداد Peach كافية لاشتقاق نظرية التباين المشترك ، والتي قد تستلزم نسخة معدلة من النسبية العامة التي تقدم مجالات جديدة ، والتي يمكن أن يكون لها تفاعلات جديدة مع المادة العادية. يمكن أن يضيف هذا مزيدًا من التفاصيل إلى قصة الجاذبية الناشئة المتغيرة التي درسها بالفعل Hossenfelder (2017) ، ويسمح بإجراء مزيد من الاختبارات الظاهراتية للجاذبية المظلمة الناشئة. حاليًا ، ليس من الواضح الشكل الذي يجب أن تبدو عليه درجات الحرية الإضافية في النسخة المتغيرة من نموذج Peach. قد يكون إدخال Verlinde للمتغيرات المرنة هو الخيار الوحيد المعقول ، أو قد يكون أحد الخيارات المتسقة العديدة.

مع عمل Peach ، اتخذ الفيزيائيون خطوة أخرى في فهم ونمذجة الجاذبية المظلمة بطريقة تغني عن الحاجة إلى المادة المظلمة لتفسير كوننا

نختم بأقوال أخرى لجون ويلر:

"الشيء الوحيد الذي يصعب فهمه أكثر من قانون أصل إحصائي هو قانون ليس من أصل إحصائي ، لأنه عندئذ لن يكون هناك طريقة لظهوره - أو مبادئه السابقة - إلى حيز الوجود. من ناحية أخرى ، عندما ننظر إلى كل قانون من قوانين الفيزياء - ولا توجد قوانين أكثر روعة من حيث النطاق أو تم اختبارها بشكل أفضل - على أنها إحصائية في أسفلها ، فإننا في النهاية قادرون على التخلي عن فكرة القانون الذي يستمر من أبدي إلى أبدي. "

إنه لمن دواعي سروري أن أشكر ألكسندر بيتش على تعليقاته ومساهماته في هذه المقالة.

https://arxiv.org/abs/gr-qc/9504004 "الديناميكا الحرارية للزمكان: معادلة أينشتاين للحالة" 1995 ، تيد جاكوبسون

https://arxiv.org/pdf/1806.10195.pdf “Emergent Dark Gravity from (Non) Holographic Screens” 2018 ، Alexander Peach

https://arxiv.org/pdf/1703.01415.pdf "نسخة متغايرة من Verlinde & # 8217s Emergent Gravity" Sabine Hossenfelder


هل اكتشف LIGO المادة المظلمة؟

لقد قيل في كثير من الأحيان ، بما في ذلك من قبلي ، أن أحد أكثر جوانب المادة المظلمة إثارة للاهتمام هو أنه يوفر لنا أفضل دليل حالي للفيزياء خارج النظرية الأساسية (النسبية العامة بالإضافة إلى النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات). أساس هذا الادعاء هو أن لدينا أدلة جيدة من جبهتين على الأقل & # 8212 Big Bang nucleosynthesis ، واضطرابات في الخلفية الكونية الميكروية & # 8212 على أن الكثافة الكلية للمادة في الكون أكبر بكثير من كثافة & # 8220 عادي & # 8221 كما نجد في النموذج القياسي.

هناك ثغرة واحدة مهمة لهذه الفكرة. لا تتضمن النظرية الأساسية النموذج القياسي فحسب ، بل تتضمن أيضًا الجاذبية. يمكن أن تكون الجرافيتونات نفسها هي المادة المظلمة & # 8212 & # 8212 هي جزيئات عديمة الكتلة ، تتحرك بسرعة الضوء ، بينما نعلم من تأثيرها على المجرات أن المادة المظلمة & # 8220cold & # 8221 (تتحرك ببطء مقارنة بالضوء). ولكن هناك أجسام ضخمة تتحرك ببطء مصنوعة من & # 8220 جاذبية نقية ، & # 8221 وهي الثقوب السوداء. هل يمكن أن تكون الثقوب السوداء هي المادة المظلمة؟

هذا يعتمد. تشير القيود المفروضة على التخليق النووي ، على سبيل المثال ، إلى أن المادة المظلمة لم تتكون من جسيمات عادية في الوقت الذي كان فيه عمر الكون دقيقة واحدة. لذا يمكنك & # 8217t أن يكون لديك كون به مادة عادية فقط ثم تشكل مادة ذات ثقوب سوداء مظلمة بالطرق التقليدية (مثل النجوم المنهارة) في الأوقات المتأخرة. ما يمكنك فعله هو تخيل أن الثقوب السوداء كانت موجودة منذ البداية تقريبًا & # 8212 أنها بدائية. إن وجود الثقوب السوداء البدائية ليس أكثر الأشياء طبيعية في العالم ، ولكن هناك طرقًا لتحقيق ذلك ، مثل وجود اضطرابات كثافة شديدة جدًا بمقاييس أطوال صغيرة نسبيًا (على عكس اضطرابات الكثافة الضعيفة جدًا التي نراها في الكون- مقاييس الحجم).

في الآونة الأخيرة ، بالطبع ، كانت الثقوب السوداء في الأخبار ، عندما اكتشف LIGO موجات الجاذبية من ثقبين أسودين كل منهما حوالي 30 كتلة شمسية. يثير هذا سؤالًا مثيرًا للاهتمام ، على الأقل إذا كنت ذكيًا بما يكفي لتجميع القطع معًا: هل يمكن أن تتكون المادة المظلمة من ثقوب سوداء بدائية تبلغ حوالي 30 كتلة شمسية ، وهل يمكن أن يتحد اثنان منهم لإنتاج إشارة LIGO؟ (إذن السؤال ليس ، & # 8220 هل الثقوب السوداء مصنوعة من مادة مظلمة؟ & # 8221 ، إنها & # 8217s & # 8220 هل المادة المظلمة مصنوعة من الثقوب السوداء؟ & # 8221)

تم فحص هذه الفكرة للتو في ورقة جديدة بواسطة Bird et al:

هل اكتشف LIGO المادة المظلمة؟

سيميون بيرد ، إلياس تشوليس ، جوليان ب. مونيوز ، ياسين علي حمود ، مارك كاميونكوفسكي ، إلي د. كوفيتز ، ألفيس راكانيللي ، آدم ج.

نحن نعتبر احتمال أن يكون ثنائي الثقب الأسود (BH) الذي اكتشفه LIGO علامة على المادة المظلمة. ومن المثير للاهتمام أنه لا تزال هناك نافذة للجماهير 10M≲ مبه≲ 100 م حيث قد تشكل الثقوب السوداء البدائية (PBHs) المادة المظلمة. إذا مر اثنان من BHs في هالة مجرية قريبًا بدرجة كافية ، فيمكنهما إشعاع طاقة كافية في موجات الجاذبية لتصبح مرتبطة بالجاذبية. سوف تتصاعد BHs المربوطة بسرعة إلى الداخل بسبب انبعاث إشعاع الجاذبية وتندمج في النهاية. ينشأ عدم اليقين في معدل مثل هذه الأحداث من معرفتنا غير الدقيقة ببنية فضاء الطور لهالات المجرة على أصغر المقاييس. ومع ذلك ، فإن التقديرات المعقولة تمتد على نطاق يتداخل مع معدل 2-53 Gpc −3 سنوات -1 المقدر من GW150914 ، مما يزيد من احتمال أن LIGO قد اكتشف المادة المظلمة PBH. من المحتمل أن يتم توزيع عمليات اندماج PBH مكانيًا مثل المادة المظلمة أكثر من المادة المضيئة وليس لها نظائر بصرية أو نيوترينو. يمكن تمييزها عن عمليات اندماج BHs من مصادر الفيزياء الفلكية التقليدية من خلال طيف الكتلة المرصودة ، أو إهليلجيتها العالية ، أو خلفية موجات الجاذبية العشوائية. ستكون تجارب الجيل القادم لا تقدر بثمن في إجراء هذه الاختبارات.

بالنظر إلى هذه الفكرة المثيرة للاهتمام ، هناك بعض الأشياء التي يمكنك القيام بها. أولاً ، بالطبع ، أنت & # 8217d ترغب في التحقق من أنه & # 8217s لا تستبعده بعض البيانات الأخرى. اتضح أن هذا سؤال مثير للاهتمام للغاية ، حيث توجد حدود جيدة للكتل المسموح بها للمادة المظلمة للثقب الأسود البدائي ، من أشياء مثل العدسة الدقيقة للجاذبية وحقيقة أن الأجسام الضخمة بما يكفي من شأنها أن تعطل مدارات النجوم الثنائية الواسعة. يدعي المؤلفون (ويقتبسون أوراقًا للتأثير) أن 30 كتلة شمسية تتناسب بشكل مريح مع نطاق القيم الموجودة ليس استبعدت البيانات.

الشيء الآخر الذي ترغب في & # 8217d القيام به هو معرفة عدد عمليات الاندماج التي يجب توقعها في ظل مثل هذا السيناريو ، مثل ما شاهده LIGO. تذكر أن LIGO بدا محظوظًا برؤية مثل هذا الحدث الجميل الكبير مباشرة من البوابة & # 8212 ، كان الفكر هو أن معظم الإشارات التي يمكن اكتشافها ستكون من عمليات اندماج نجم نيوتروني / نجم نيوتروني ضعيف نسبيًا ، وليس من مثل هذا اللون الأسود الهائل. ثقوب.

المعدل المتوقع لمثل هذه الاندماجات ، على افتراض أن المادة المظلمة مصنوعة من ثقوب سوداء كبيرة ، ليس من السهل تقديرها ، لكن المؤلفين يبذلون قصارى جهدهم وتوصلوا إلى رقم يقارب 5 عمليات اندماج لكل جيجا جيجابارسك مكعب في السنة. . يمكنك بعد ذلك أن تسأل عن المعدل الذي يجب أن يكون عليه إذا لم يكن LIGO & # 8217t محظوظًا بالفعل ، ولكن ببساطة لاحظ شيئًا ما يحدث طوال الوقت ، فإن الإجابة ، بشكل ملحوظ ، تتراوح بين حوالي 2 و 50 لكل جيجابارسك مكعب في السنة. الأرقام منطقية نوعا ما!

سيكون السيناريو رائعًا وهامًا للغاية ، إذا اتضح أنه صحيح. بشرى: لقد وجدنا هذه المادة المظلمة! أخبار سيئة: الآمال سوف تتضاءل إلى حد كبير في العثور على جسيمات جديدة بطاقة في متناول معجلات الجسيمات. كانت النظرية الأساسية أكثر انتصارًا مما كنا نعتقد.

لحسن الحظ ، هناك طرق لاختبار الفكرة. إذا كانت أحداث مثل تلك التي رآها LIGO جاءت من الثقوب السوداء للمادة المظلمة ، فلن يكون هناك سبب لارتباطها ارتباطًا وثيقًا بالنجوم. سيتم توزيعها عبر الفضاء مثل المادة المظلمة بدلاً من أن تكون مثل المادة العادية ، ولن نتوقع رؤية العديد من الأحداث الكهرومغناطيسية النظيرة المرئية (كما قد نتوقع إذا كانت الثقوب السوداء محاطة بالغاز والغبار).

سوف نرى. من البديهيات الشائعة ، لا سيما بين المتحمسين لموجات الجاذبية ، أنه في كل مرة ننظر فيها إلى الكون بطريقة جديدة ، ينتهي بنا الأمر برؤية شيء لم نتوقعه & # 8217t. إذا كانت الثقوب السوداء ليجو هي المادة المظلمة في الكون ، فسيكون ذلك أقل من الواقع.


مقدمة

يجب أن تكون المادة المظلمة المرشحة خارج جسيمات النموذج القياسي (SM) ، محايدة ومستقرة. بعد أن أفلتوا حتى الآن من الاكتشاف ، يجب أن يكون لديهم تفاعلات صغيرة مع جسيمات SM. قد يكون من الممكن أن يتفاعلوا فقط عن طريق الجاذبية.

إحدى آليات الإنتاج المحتملة لجسيمات DM ، التي تحدث في الكون المبكر ، هي عن طريق التبخر [1] للثقوب السوداء البدائية (BHs) ، مع كتل في النطاق الواسع (10 ​​^ <-5> ) - (10 ​​^) 9 ) ز. في هذه الحالة ، تنبعث جميع الجسيمات التي تقل كتلتها عن درجة حرارة هوكينج في BH ، مع أوزان تُعطى ببساطة من خلال عدد درجات الحرية (dof). لقد تم اقتراح أن الجسيمات الناتجة عن طريق آلية التبخر قد تكون مسؤولة عن زيادة الباريونات على الباريونات المضادة [2 ، 3] ، عن وفرة المادة المظلمة المرصودة [4،5،6] ، وإذا كان الضوء بدرجة كافية ، للإشعاع الداكن [5 ، 7 ، 8 ، 9]. بصرف النظر عن حالة إنتاج الجرافيتينو [10 ، 11] ، فإن كثافة BH البدائية عند تكوين النطاق (10 ​​^ <-5> ) - (10 ​​^ 9 ) g في الوقت الحالي غير مقيدة ، كما تمت مراجعتها ، من أجل على سبيل المثال ، في المرجع. [12]. ومع ذلك ، المرجع. [13] (انظر أيضًا المرجع. [14]) يشتق حدًا أعلى على جزء من الكون المنهار إلى BHs البدائية في نطاق الكتلة هذا من موجات الجاذبية الارتجاعية المحتملة من BHs البدائية. المرجع. [15] تعتبر القيود المفروضة على جسيمات DM المشحونة تحت مجموعة قياس خفية.

اعتمادًا على جزء BHs البدائي عند التكوين فيما يتعلق بالإشعاع ( beta ) ، هناك احتمال أن الكون كان مهيمنًا على BH قبل تلاشي BHs [4 ، 16 ، 17]: يشار إلى هذا الموقف باسم هيمنة BH. تسمى الحالة التي تتبخر فيها البي اتش قبل أن تهيمن على محتوى الطاقة في الكون بالسيطرة الإشعاعية.

فوجيتا وآخرون. [4] حسبوا المساهمة في DM عن طريق تبخر BH البدائي إلى جسيمات جديدة تتجاوز SM: وجدوا أن مساهمة كبيرة في DM يمكن أن تأتي من الجسيمات المستقرة التي تكون إما فائقة الثقل أو خفيفة ، أي مع كتل في نطاق MeV. في حالة الضوء ، سيكون المرشحون DM دافئًا ، بينما في الحالة الثقيلة للغاية سيكونون باردين. استغلال قيود سرعة DM الدافئة المتاحة في ذلك الوقت [18] ، المرجع. [4] ناقش أولاً أيضًا الحدود الدنيا لكتلة الضوء DM المرشحين ، باستخدام حجة ترتيب الحجم تعتمد أساسًا على تقريب البصريات الهندسية لإشعاع هوكينغ. يتجاهل هذا التقريب تثبيط الطاقة المنخفضة في عوامل الجسم الرمادي [19 ، 20] ، وهو ما يمثل جيدًا الحالة التي يكون فيها مرشح DM الدافئ (s = 0 ) ، ولكنه مفقود لإعادة إنتاج حالة الدورات المختلفة. للحصول على عرض تقديمي حديث لهذه الحجة ، انظر [21 ، 22].

تم إجراء تحليل أكثر تعقيدًا بواسطة Lennon et al. [5]. اعتمدوا أيضًا تقريب البصريات الهندسي ، لكنهم أدرجوا تأثير الانزياح الأحمر في حساب توزيع الزخم للجسيمات المنبعثة. كانت نتيجتهم تقديرًا لعدد الجسيمات التي لا تزال نسبية ، مع إعادة إدخال الاعتماد على الدوران لاحقة واستناداً إلى عوامل الجسم الرمادي المستمدة من الأدبيات القديمة [20 ، 23]. كمعيار تقريبي وجاهز للتشكيل الناجح للهيكل ، يفرضون أنه عندما تنخفض درجة حرارة الكون إلى أقل من 1 كيلو فولت (في هذه المرحلة تكون كتلة الأفق حوالي (10 ​​^ 9 ) كتلة شمسية) ، أقل من ( 10 ٪ ) من DM نسبية. نتيجة هذه الحجة البارعة ، ولكن التعسفية تمامًا ، هي أنه ، بالنسبة لهيمنة BH ، يتم استبعاد مرشحي DM الدافئين مع (s le 1 ) ، ويسمح لأولئك الذين لديهم (s = 3/2 ) بشكل هامشي ، في حين أن هؤلاء مع (ق = 2 ) البقاء على قيد الحياة بسذاجة. تلخيصًا ، بالنسبة لقيم الدوران المنخفضة (على سبيل المثال (s = 0،1 / 2،1 )) ، نتائج ترتيب الحجم للمرجع. [4] أكدها المرجع. [5] ، لكن التحليل الأخير ، مع ذلك ، لم يكن حاسمًا تمامًا بالنسبة للدورات الأعلى ( (s = 3 / 2،2 )).

التحليل الأحدث لـ Baldes et al. [22] يذهب إلى أبعد من ذلك. كما هو مقترح في [5] ، فإنها تتضمن تأثير الانزياح الأحمر في توزيع الزخم للجسيمات المنبعثة عند التبخر واشتقاق توزيع مساحة الطور ذات الصلة كمدخل لكود بولتزمان CLASS [24،25،26]. يسمح الأخير باستخراج طيف طاقة المادة لـ DM الدافئ من BHs البدائي ومقارنته بحالة DM الباردة القياسية بفضل وظيفة النقل. يتيح ذلك تقييد DM الدافئ من BHs البدائي باستخدام حدود تكوين الهيكل من بيانات Lyman المشتقة بالفعل للحالة المعروفة للآثار الحرارية DM. تحليل المرجع. [22] ، مع ذلك ، يعتمد على تقريب البصريات الهندسية ، وعلى وجه الخصوص ، يقدم نتائج كمية فقط للحالة (s = 1/2 ) ، والتي تتفق مع تقديرات سابقة من حيث الحجم [4 ، 21] ، يعتمد أيضًا على تقريب البصريات الهندسية. وبالتالي ، لا يمكن توضيح حالة السبينات الأعلى كميًا (بصرف النظر عن الإشارة النوعية لتأثيرات الجسم الرمادي في الملحق أ من المرجع. [22]) فيما يتعلق بنتائج المرجع. [5].

بالنظر إلى النقص الحالي في النتائج القوية حول مصير المرشحين DM الدافئين مع قيم دوران عالية ، نعتقد أنه سيكون من المفيد وفي الوقت المناسب إجراء دراسة مخصصة. الهدف من هذا العمل هو على وجه التحديد تقديم دراسة كاملة ومحدثة حول جدوى مرشحي DM الدافئ من تبخر BHs البدائية.

من أجل الحساب عدديًا لعوامل الجسم الرمادي المرتبطة بالدورات المختلفة ، نستخدم رمز BlackHawk الذي تم تطويره مؤخرًا والمتاح للجمهور [27]. نقوم أيضًا بمقارنة النتائج العددية من BlackHawk بالنتائج التحليلية المشتقة في تقريب البصريات الهندسية. مع الأخذ في الاعتبار تأثيرات الانزياح الأحمر كما هو مقترح في المرجع. [5] ، ندرس التأثير على تكوين الهيكل عن طريق حساب دالة النقل باستخدام CLASS ، كما هو مقترح في المرجع. [22]. نشتق وظيفة النقل لجميع قيم الدورات ، ووجدنا أنه ، بافتراض هيمنة BH ، يتم استبعاد سيناريو DM الدافئ من BHs البدائي لجميع الدورات وجميع كتل BH في النطاق (10 ​​^ <-5> ) - (10 ^ 9 ) ز. تتفق نتائجنا للحالة (s = 0 ) مع تقديرات ترتيب الحجم السابقة [4 ، 21]. من أجل السيطرة الإشعاعية ، نشتق الحدود العليا لـ ( beta ) (أو ، على نحو مكافئ ، على الكتلة DM الدافئة) لمختلف دورات DM الدافئة. بالنسبة للحالة (s = 1/2 ) (الحالة الوحيدة التي يمكن إجراء المقارنة فيها) ، نجد اختلافات مفاهيمية فيما يتعلق بنتائج المرجع. [22] ، ولكن اتفاق عددي كبير.

في هذا العمل ، نعتبر تبخر BH آلية الإنتاج الوحيدة. تم استكشاف عواقب السماح بآليات الإنتاج الأخرى مؤخرًا في المراجع. [28] و [29 ، 30]. لنموذج مختلط من إنتاج DM ، المرجع. [28] أثبت أن فترة تكوين DM عن طريق التبخر التي هيمنت على BH البدائية لا يمكن أن تفسر الوفرة التي لوحظت اليوم. للحصول على تحليل محدث لاحتمال أن يكون عدم تناسق المادة والمادة المضادة ناتجًا عن جسيمات ينتجها تبخر BHs البدائي ، نحيل القارئ المهتم إلى المرجع. [31] لتكوين baryogenesis القناة الهضمية وللمرجع. [32] لتكوين الدم. تمت دراسة DM و baryogenesis في حالة البقايا المستقرة من ثقوب 2-2 الحرارية في المرجع. [33].

ويتم تنظيم هذه الورقة على النحو التالي. في الطائفة. 2 ، نقدم تدويننا ونراجع الأفكار الأساسية حول تكوين وتبخر BHs البدائية. في الطائفة. 3 ، نناقش الطيف الأولي الفوري للجسيمات المنبعثة. في الطائفة. 4 ، نناقش ديناميكيات وفرة BH البدائية. الطائفة. 5 ـ يتعامل مع توزيع الزخم عند التبخر والطائفة. 6 مع حساب توزيع مساحة الطور DM. يتم عرض حساب وفرة DM وتأثيرها على تكوين الهيكل في الطوائف. 7 و 8 على التوالي. يتم عرض مناقشة النتائج واستنتاجاتنا في الطائفة. 9.

من أجل الحصول على تحكم أفضل في الصيغ الخاصة بنا لتحليل الأبعاد والحسابات العددية ، لا نستخدم الوحدات الطبيعية.


لماذا المادة المظلمة مهمة؟

هذا الأسبوع - الأشياء الغامضة التي تمر من خلالك الآن ، وهي تحافظ حرفيًا على المجرة معًا. لكن ليس لدينا أي فكرة عما هو عليه. نتحدث إلى العلماء الذين يحاولون معرفة ذلك. بالإضافة إلى ذلك ، في الأخبار ، التكنولوجيا التي يبلغ عمرها 100 عام والتي تساعدنا في مكافحة العدوى التي لا يمكننا علاجها حاليًا. والأدلة على أن الدبابير يمكنها قياس الأشياء.

في هذه الحلقة

00:60 - العاثيات تعالج البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية

تعالج العاثيات البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية مع جراهام هاتفول ، جامعة بيتسبرغ

تلقت تقنية كانت رائدة لأول مرة منذ حوالي قرن - ولكن تم التخلي عنها بعد ذلك إلى حد كبير مع ظهور المضادات الحيوية - حقنة في الذراع وأنقذت حياة مريض في شارع جريت أورموند ، وذلك بفضل التكنولوجيا الحديثة. هذا هو "العلاج بالعاثية" - استخدام الفيروسات التي تقتل البكتيريا - لمحاربة العدوى. تحدث كريس سميث إلى جراهام هاتفول من جامعة بيتسبرغ.

غراهام - العنوان الرئيسي هو أننا استخدمنا العاثيات لمعالجة مريض مصاب بعدوى بكائن حي مقاوم للمضادات الحيوية سيئ للغاية. زملائنا في مستشفى جريت أورموند ستريت في لندن ، كان لديهم مرضى مصابين بالتليف الكيسي ، وخضعوا لعملية زرع رئة مزدوجة ، لكنهم عانوا بعد ذلك من عدوى بكتيرية خطيرة جدًا أصبحت ، بشكل أساسي ، غير قابلة للعلاج لأنهم كانوا يقاومون جميع المضادات الحيوية التي كانوا يعانون منها. يمكن أن يلقي بهم. ولذا ما فعلناه هو العثور على العاثيات التي أصابت السلالة البكتيرية المحددة جدًا التي أصيب بها المريض ، والتي تم إعطاؤها للمريض ورأينا نتائج سريرية رائعة حقًا وبقاء المريض على قيد الحياة.

كريس - من أين حصلت على العاثية التي انتهيت من استخدامها؟ كيف ذهبت ووجدتها؟

غراهام - لقد كنا ندرس هذه العاثيات لفترة طويلة جدًا ولذا لدينا مكتبة تضم حوالي 15000 من العاثيات الفردية ، ومن ما نعرفه عنها يمكننا تقليص ذلك إلى قائمة مختصرة وتمكنا من تحديد ثلاث عاثيات والتي عملت بشكل جيد ضد هذا العامل الممرض البكتيري.

كريس - وكم استغرقت من الوقت للقيام بذلك؟ لأن أحد الأشياء المهمة مع شخص مريض للغاية هو أنه ليس لديك الكثير من الوقت وإذا كنت تستخدم المضادات الحيوية فهذا رائع لأنه عادة يمكنك الحصول عليها في الأسواق ومنحها للمريض على الفور. أفترض أنه لا يمكنك العثور على العاثية وتدويرها وإدارتها في نفس النوع من الجدول الزمني الذي يمكنك استخدامه باستخدام مضاد حيوي في الوقت الحالي؟

جراهام - نعم. استغرق الأمر عدة أشهر ، خاصة لأننا لم نضطر فقط إلى الفحص بين المرشحين المفضلين لدينا ، ولكن كان علينا القيام ببعض الهندسة الوراثية لأخذ ما كان مرشحًا ضعيفًا إلى حد ما وتحويله إلى أدوية فعالة مضادة للبكتيريا. تميل هذه الأنواع من العدوى التي تسببها البكتيريا الفطرية إلى التقدم ببطء نسبيًا ، لذلك في هذه الحالة كانت لدينا فترة من الوقت - كانت ستة أشهر أو نحو ذلك - حيث كان المريض معلقًا بشكل أساسي هناك ، وتمكنا من الحصول على العاثيات في غضون كافية الوقت من أجل التمكن من إدارتها بنتيجة جيدة.

كريس - وكيف تعاملت مع العاثيات للحصول عليها حتى تصل إلى البقعة الحلوة ، كما كانت ، وتقضي على البكتيريا الصحيحة؟

جراهام - إذن ، إحدى المشكلات التي نواجهها هي أنه ليست كل العاثيات مبللة ، فهي لا تقتل دائمًا عندما تصيب البكتيريا. ما احتجنا إلى القيام به هو الدخول في الهندسة الوراثية واستخدامها لإزالة جين معين تسبب في هذه المشكلة ، وبالتالي تحويل ما لم يكن في الواقع فاجيًا مفيدًا للغاية إلى أن يكون فعالًا علاجيًا.

كريس - كيف تدير العاثيات بمجرد أن تعثر على العاثيات التي تريدها وتعرف أنك قمت بتحسينها؟

غراهام - هناك حقًا طريقتان للإعطاء: تسليمها عن طريق الوريد ثم تمت إضافة بعض محلول الملتهمة على الشاش إلى كل من الجرح القصي من الزرع وكذلك على العقيدات الجلدية التي تظهر كنوع من المظاهر الشائعة لهذه الأنواع من الأمراض.

كريس - وكيف تعرف أنك تخلصت بالفعل من البكتيريا؟ كيف تعرف أنه لا يوجد بعض المختبئ هناك والذي يقاوم الآن جميع المضادات الحيوية المعروفة والعاثية الخاصة بك ويمكن أن تعود؟

جراهام - مرة أخرى ، هذا سؤال رائع ومن الواضح أنه شيء يثير قلقنا كثيرًا. بدلاً من استخدام العاثية واحدة ، صنعنا على وجه التحديد مزيجًا من ثلاث لاقمات لمحاولة محاربة مشكلة المقاومة تلك يمكن أن تصبح البكتيريا مقاومة ضد عاثية واحدة ولكن بعد ذلك يجب أن تظل عرضة للبكتيريا الأخرى التي نقدمها في الكوكتيل.

كريس - نحن في ما وصفه كبير المسؤولين الطبيين في المملكة المتحدة بأنه حالة "نهاية العالم للمضادات الحيوية" ، فهل تعتقد أنه ستكون هناك عودة كبيرة للعاثيات بعد ذلك؟

غراهام - أعتقد أن هناك فرصة حقيقية لمحاولة العثور على أنواع العدوى التي يمكن أن تكون العاثيات مفيدة حقًا في علاجها. هناك أنواع معينة من الأمراض والالتهابات حيث يمكن أن تجد فائدة. ويمكن للمرء أن يتخيل استخدام العاثيات بطريقة ذكية حيث يمكنك دمجها بشكل أساسي مع المضادات الحيوية من أجل تعزيز فائدة المضادات الحيوية بشكل أساسي ومحاولة المساعدة في تقليل حدوث مقاومة للمضادات الحيوية.

غراهام هاتفول ، حول كيفية اكتشاف العاثية لأول مرة في عام 1915 من قبل الباحث الإنجليزي فريدريك تورت ، يمكن أن يساعدنا في مكافحة العدوى المقاومة للمضادات الحيوية بعد مائة عام. تم الإبلاغ عن هذه النتائج في Nature Medicine.

05:57 - إصلاح الرئتين المصابة من أجل الزرع

إصلاح الرئتين المصابة من أجل الزرع مع ماثيو باكيتا ، جامعة فاندربيلت

يموت الآلاف من الناس كل عام في انتظار قوائم الزرع. والرئتان تعانيان بشكل خاص من نقص في الإمداد. الآن ربما وجد العلماء طريقة لزيادة عدد الأعضاء المتبرع بها المناسبة للزرع. في التجارب التي أجريت على الخنازير ، التي لها رئتان مشابهتان جدًا لرئتنا ، وجد ماثيو باكيتا من جامعة فاندربيلت أنه إذا أخذ رئة مصابة تكون عادة غير مناسبة للزرع ، ووضعها في الدورة الدموية للمستلم المحتمل لمدة يوم أو نحو ذلك - لكنها تحافظ على الرئتين خارج الجسم في حجرة عضو خاصة - تتغذى من التأثيرات العلاجية لإمداد الدم ، وتتعافى بسرعة كبيرة إلى حالة يمكن أن تنتقل بعد ذلك إلى داخل المتلقي. تحدث ماثيو إلى كريس سميث.

ماثيو - الرئة حساسة للغاية للإصابة من شفط المعدة والكدمات الرئوية ، مما يعني أن الرئة تصاب بالكدمات ، وتصاب بالعدوى أثناء وجود المريض على جهاز التنفس الصناعي حتى يتمكنوا من الإصابة بعدوى بكتيرية مثل الالتهاب الرئوي ، وتلك هي الأسباب الرئيسية وراء إصابة الأعضاء تعتبر غير مقبولة للزرع. الدافع الرئيسي لما فعلناه هنا هو تكرار الإصابة التي نراها في البشر. استخدمنا ما نسميه الطموح المعدي ما يعنيه ذلك أساسًا هو أن المريض قد أخذ محتويات المعدة ، وهي حمضية جدًا وكاوية ، إلى رئتيه ويسبب التهابًا مثل الالتهاب الرئوي الحاد بحيث لا يمكن استخدام العضو. وما مكنه نظامنا هو تجديد العضو أو إصلاح نفسه بمرور الوقت.

كريس - كيف فعلت ذلك؟

ماثيو - لقد فشلنا في البداية كثيرًا في تجربة أنواع مختلفة من أنظمة خارج الجسم الحي ، مما يعني أن العضو وُضع خارج الجسم مفصولًا إلى نوع من نظام التروية الآلي. وبعد أن شعرنا بالإحباط الشديد والفشل المتكرر ، مررنا في النهاية بلحظة "eureka" حيث قلنا أنه لا يمكننا تكرار نظام كامل ولكن ما يمكننا فعله هو ربط العضو بمضيف طبيعي أو متلقي. بمعنى آخر ، يمكن ربط العضو بشخص يحتاج إلى عملية زرع رئة وهذا الجسم يوفر النظام الطبيعي الكامل المطلوب لالتئام الجروح. ما فعلناه بشكل أساسي هو وضع هذا العضو في المتلقي المحتمل الذي يوفر جميع العوامل الحاسمة في دمائهم والتي تمكن العضو من الشفاء.

كريس - إذن أين جلست الرئتان إذن ، هل هما في الحمام بجوار ما سيكون المريض؟ عندما تأتي فعلاً تفعل هذا ، ستنتهي ببعض الأنابيب الخارجة من الفرد والتي تجلب الدم من وإلى هذه الرئتين والتي ستكون خارج أجسامهم بجوارهم؟

ماثيو - هذا صحيح. هذا بالضبط ما نفعله. إنهم في حاوية متخصصة - في الواقع تبدو مشابهة جدًا لما سنفعله لمريض كان يخضع لغسيل الكلى ، سيكون لديهم دم يخرج ، سيذهب إلى آلة غسيل الكلى ثم يتم إرجاع ذلك الدم إلى المريض.

كريس - هل الرئة تتنفس كذلك؟ هل تدفع الهواء إلى داخل الرئتين وخارجها ، فأنت تفعل هذا للحفاظ على طبيعته وماذا تتوقع إذا كان داخل الجسم ، لإنشاء نفس القدر من المحاكاة لما ستكون عليه بيئة الجسم الحقيقية؟

ماثيو - إنه كذلك. نقوم بتوصيله بجهاز التنفس الصناعي ويمكننا بالفعل قياس أداء العضو في الوقت الفعلي.

كريس - إذن أنت تنظر إلى مقدار الأكسجين الذي يتم دفعه إلى الدم والذي تدفعه من خلاله من خلال تلك المجموعة من الرئتين ، بحيث يمنحك ذلك علامة على مدى حسن تصرفهم وما هو التحسن؟

ماثيو - هذا صحيح ، بالضبط. لذلك يمكننا مراقبة ذلك بمرور الوقت وهذا يعطينا معيارًا لمراقبة عملية التحسين وإعلامنا أيضًا عندما نصل إلى مستوى طبيعي.

كريس - لماذا هذا أفضل من مجرد وضع الرئتين في نقطة توقف فردية كاملة؟ نظرًا لأنك تفعل الشيء نفسه بشكل أساسي ، فأنت ترسل لهم إمدادًا بالدم ، وترسل لهم مصدرًا للهواء ، لماذا هذا أفضل من القيام بذلك خارج الجسم بدلاً من مجرد إدخالهم؟

ماثيو - نعم ، هذا سؤال رائع. الاختلاف الرئيسي هو أنه يجب عليك إخضاع المريض لعملية جراحية شديدة. يجب أن أزيل رئتيهم ، ويجب أن أضع رئتين جديدتين ، ونعلم أن الرئتين تالفتا ، وأنهما غير مقبولتين حقًا للزراعة. وبعد ذلك يجب أن أدعم ذلك المريض الذي يعاني من تلف الرئتين مما يؤدي إلى عملية التهابية عميقة وبالتالي لا يعمل الجسم فعليًا بشكل فعال في شفاء تلك الرئتين ويصبح المريض غير مستقر لأنهم يعتمدون الآن على عضو مصاب للحفاظ عليها. على قيد الحياة.

كريس - وكيف كان أداء المستلم في حين أن هذه المجموعة الإضافية من الرئتين مرتبطة بهما ، وليس فقط أي رئتين قديمتين ، ورئتي شخص آخر ، ورئتي حيوان آخر ، ورئتين مريضتين في ذلك الوقت؟ هل كان هناك عبء واضح على الفرد أم أنه تعامل بشكل جيد؟

ماثيو - لقد تعاملوا بشكل جيد للغاية. لقد كانت مستقرة ديناميكيًا ، مما يعني أن ضغط الدم ومعدل ضربات القلب وجميع المقاييس الفسيولوجية الأخرى التي نستخدمها كانت طبيعية ومستقرة.

12:35 - توقع مرض التهاب الأمعاء

توقع مرض التهاب الأمعاء مع كين سميث ، جيمس لي ، جامعة كامبريدج

يمكن أن يسبب مرض التهاب الأمعاء ألمًا شديدًا ومشاكل خطيرة لمن يتعامل معه يوميًا. ولكن ماذا يعني ذلك لمن يعانون منه وكيف يمكننا تحسين حياتهم؟ تحدث آدم مورفي إلى كين سميث وجيمس لي من جامعة كامبريدج حول اختبار جديد طوروه ، والذي يمكن أن يتنبأ بشدة مرض التهاب الأمعاء في المستقبل لدى أولئك الذين يعانون منه. لكن أولاً ، سمعنا من كيت ، مريضة مرض التهاب الأمعاء ، والتي كانت تتعامل مع هذه الحالة لسنوات عديدة.

كيت - تم تشخيص إصابتي بداء كرون في الرابعة عشرة من عمري ولم يكن هناك ما يشير إلى أن الأمور ستكون شديدة على المدى الطويل. أخبرني مستشاري في ذلك الوقت أنني سأحتاج إلى استئصال بعض الأمعاء ولكن لا يوجد سبب للاعتقاد بأن ذلك لن يكون نهاية الأمر لفترة طويلة. لسوء الحظ ، في غضون تسعة أشهر كنت مريضًا مرة أخرى وخلال السنوات القليلة التالية مررت بسلسلة من الأدوية ، تسببت جميعها في آثار جانبية خطيرة للغاية ، لكنها لم تفعل شيئًا يذكر لوقف تقدم المرض. في النهاية ، أصيبت أمعائي الغليظة بأضرار بالغة لدرجة أنه لا يمكن إنقاذها ، وبعد بضعة أشهر من استخدام أنبوب التغذية لمحاولة رفع وزني قبل الجراحة ، قيل لي إنني سأحتاج إلى كيس فغر القولون الدائم.

آدم - هذه هي كيت. كما سمعت ، فهي تعاني من مرض كرون أو مرض التهاب الأمعاء أو مرض التهاب الأمعاء. لكن ما الذي يحدث في أجساد أمثالها؟ تحدثت إلى جيمس لي ، أخصائي أمراض الجهاز الهضمي بجامعة كامبريدج.

James - IBD مصطلح شامل. إنه يرمز إلى مرض التهاب الأمعاء ويشمل مرض كرون والتهاب القولون التقرحي وهما مرضان مختلفان. ولكن في كلا المرضين ، ما يحدث هو أن جهاز المناعة لديك يقطع أسلاكه ، ويهاجم الجهاز المناعي الأمعاء بالفعل ، ونتيجة لذلك يمكن أن يسبب تقرحًا والتهابًا داخل الأمعاء ، وهذا يمكن أن يؤدي إلى أعراض سيئة للغاية حيث تعاني من نزيف وألم في البطن. هذه أمراض مستعصية تدوم مدى الحياة ، وتتمثل إحدى المشكلات الكبيرة في أن بعض المرضى سيصابون بشكل حاد جدًا وخطير من المرض ، بينما يمكن للأشخاص الآخرين المصابين بالمرض نفسه أن يكون لديهم في الواقع مسار مرض خفيف جدًا. ولذا فإن أحد أكبر التحديات التي تواجه علاج المرضى الذين يعانون من التهاب القولون التقرحي ومرض كرون في الوقت الحالي هو تحديد المرضى الذين يحتاجون إلى نهج علاجي أكثر شدة لأن مرضهم سيكون أكثر عدوانية ، وأي المرضى سيتحسنون فعلًا نسبيًا. الحد الأدنى من العلاج.

آدم - وكيف تفعل ذلك؟ أخذني كين سميث ، رئيس قسم الطب في جامعة كامبريدج ، من خلاله.

كين - لقد بدأنا منذ حوالي 12 عامًا. كنا مهتمين بمعرفة العوامل التي أدت إلى نتائج مختلفة طويلة المدى للمرضى الذين يعانون من أمراض مثل مرض التهاب الأمعاء. لذلك بدأنا بتجنيد الكثير من المرضى عند التشخيص ، وقياس تعبير الجينات في دمائهم في ذلك اليوم ، ثم مقارنة أنماط التعبير عن تلك الجينات ، ما يسمى بالتوقيعات ، ومقارنة ذلك بنتائجهم السريرية طويلة المدى ، لذلك استغرقت هذه الدراسة سنوات عديدة لإنجازها.

ما وجدناه كان توقيعًا يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمدى جودة أداء الأشخاص على المدى الطويل. ثم أخذنا هذا التوقيع ، وفي عملية معقدة ، طورنا اختبارًا يعمل على دم كامل أعاد تكوين تأثير ذلك التوقيع مما سمح لنا بتقسيم المرضى إلى مجموعتين لهما نتائج مختلفة جدًا على المدى الطويل.

آدم - والتوقيع الذي وجدته ، ما هذا؟

كين - لقد كان توقيعًا في أشياء تسمى خلايا CD8 T ، وهي مجموعة فرعية من خلايا الدم البيضاء ، وكان في الأساس مقياسًا لشيء يسمى استنفاد الخلايا التائية. لذلك إذا كان لديك ميل إلى أن تكون الخلايا التائية منهكة ، فإنك تميل إلى الحصول على نتائج جيدة جدًا على المدى الطويل ، بينما إذا لم يكن لديك الإرهاق لديك العكس ، فإنك تميل إلى أن يكون لديك مسار مرض أكثر عدوانية. لذلك نحن نفهم المسارات البيولوجية التي تدعم هذه الملاحظة في هذا الاختبار.

آدم - وماذا يمكن أن يعني هذا للمرضى؟ العودة إلى جيمس.

جيمس - قد يغير هذا حقًا قواعد اللعبة في علاج المرضى الذين يعانون من مرض التهاب الأمعاء. في الوقت الحالي ، يتلقى معظم المرضى ما يبدو ظاهريًا نهج "مقاس واحد يناسب الجميع" في علاجهم ، وذلك لأننا ببساطة لم نمتلك طرقًا جيدة لتحديد المرضى الذين يحتاجون إلى علاج أكثر قوة من أولئك الذين لا يحتاجون إليه. لذلك ، في الوقت الحالي ، سيبدأ الجميع في المملكة المتحدة وفي أجزاء أخرى كثيرة من العالم في العلاج الأولي. إذا استمر مرضهم في الظهور بشكل متكرر ، فسوف ينتقلون إلى شيء أقوى ، وإذا استمر في الاشتعال ، فسوف ينتقلون إلى شيء أقوى ، وستستمر هذه الزيادة التدريجية في العلاج حتى نصل أخيرًا إلى العلاج إنهم بحاجة.

بالنسبة للمرضى الذين يعانون من المرض الأكثر عدوانية والذي قد لا يستمر حتى يحصلوا على علاجهم الرابع من الخط الخامس ، وفي هذه الأثناء ، يتعرضون أحيانًا لسنوات من المرض النشط باستمرار مع جميع مخاطر المضاعفات التي تستمر الى جانب ذلك. على العكس من ذلك ، نعلم أنه في الواقع إذا تمكنا من تقديم العلاجات الأكثر فاعلية مسبقًا لهؤلاء المرضى ، فإن هؤلاء هم المرضى الأكثر استفادة من السيطرة على مرضهم مبكرًا.

لذلك لفترة طويلة في مرض التهاب الأمعاء ، وفي مجالات أخرى من الطب ، كان الناس يبحثون عن طرق لمطابقة العلاج المناسب مع المريض المناسب ، لذلك إذا كان لديك شيء يمكّنك من تخصيص العلاج بهذه الطريقة يمكن أن يغير تمامًا طريقة تعاملنا مع المرضى في المستقبل.

آدم - وأخيراً ، ماذا يمكن أن يعني ذلك لأشخاص مثل كيت؟

كيت - بالنسبة لي ، كان مرض كرون دائمًا مرضًا يحاول باستمرار تحقيق المزيد من التقدم. في السنوات التي أعقبت تشخيصي ، وفشلت في طريقي من خلال الأدوية ذات القوة المتفاوتة ، فقدت الأرض التي لم يكن من الممكن أن أتخلى عنها أبدًا إذا كان لدى الأشخاص المسؤولين عن رعايتي أداة تسمح لهم برؤية صورة أوضح لما أنا عليه. بحاجة إلى البقاء بشكل جيد. إنه لأمر لا يصدق أن نفكر في ما يمكن أن يجنبه اختبار مثل هذا الناس.

18:05 - هل يمكن للدبابير إجراء مقارنات مثل البشر؟

هل يمكن للدبابير إجراء مقارنات مثل البشر؟ مع إليزابيث تيبتس ، جامعة ميشيغان

البشر موهوبون جدًا في استخدام مهارة معرفية تسمى "الاستدلال الانتقالي" - باستخدام معلومات حول الأشياء التي تعرفها لاستخلاص استنتاجات حول أشياء لا تعرفها. على سبيل المثال ، إذا كنت تعلم أن A أكبر من B ، وأن B أكبر من C ، فيمكنك معرفة أن A أكبر من C دون الحاجة إلى النظر إليهما جنبًا إلى جنب. نحن نعلم أن بإمكان البشر فعل ذلك ، لكن السؤال مفتوح أيضًا وهو السؤال الذي يمكن للحيوانات الأخرى القيام به أيضًا. كانت البروفيسور إليزابيث تيبتس من جامعة ميشيغان تحقق في ما إذا كان أحد أكثر أعداء البشرية سوءًا ، وهو الزنبور ، قادر على استخدام هذه التقنية المعرفية المتقدمة. تحدثت إلى بن مكاليستر.

إليزابيث - اعتقد الناس منذ زمن بعيد أن الاستدلال المتعدي يعتمد على التفكير المنطقي واعتقدنا أن البشر فقط هم القادرون على الاستدلال المتعدي ، ولم يكن مفاجئًا جدًا أننا وجدنا أن البشر ليسوا وحدهم. اتضح أن مجموعة كبيرة من الفقاريات يمكنها القيام باستدلال انتقالي مثل الرئيسيات والطيور وحتى الأسماك.

بن - واو. إذن فهي تعيش في هذا الدلو من الأشياء التي اعتدنا أن نعتقد أنها فريدة من نوعها للتجربة البشرية ، لكننا نتعلم بسرعة أننا أصبحنا دلوًا أصغر بكثير؟

إليزابيث - أعتقد أنه دلو صغير جدًا. كانت هناك دراسة واحدة حول الاستدلال المتعدي في غير الفقاريات وتم إجراؤها على نحل العسل ، ووجدوا أن النحل لا يستطيع القيام بالاستدلال المتعدي. ولذا أعتقد أن الدبابير أكثر ذكاءً من النحل ، لذلك أردت اختبار ما إذا كانت الدبابير يمكنها فعل ذلك.

بن - وبالنسبة لأي شخص ليس مغرمًا بالدبابير ، فقد سمعته هنا أولاً ، الدبابير ليست أكثر رعباً من النحل فحسب ، بل هي بالفعل أكثر دهاءً أيضًا ، لذا أضف ذلك إلى اعتبارك. ماذا فعلت بهذه الدراسة على وجه التحديد لمعرفة ما إذا كانت الدبابير يمكنها استخدام الاستدلال المتعدي؟

إليزابيث - ما فعلناه هو أننا قمنا بتدريبهم على مجموعة من الألوان. لذلك ، على سبيل المثال ، سنقوم بتدريبهم على أن اللون الأزرق أفضل من اللون الأخضر ، ثم نقوم بتدريبهم على أن اللون الأخضر أفضل من اللون الأرجواني ، ثم نقوم بتدريبهم على أن اللون الأرجواني أفضل من اللون الأصفر. إذاً لديهم كل هذه المعلومات والآن طلبنا منهم عمل استنتاج ، فسألهم ما الذي تفضله باللون الأخضر أو ​​الأصفر؟

بن - حق. ولم يسبق لهم أن رأوا اللون الأخضر أو ​​الأصفر معًا من قبل؟

إليزابيث - بالضبط. لم يسبق لهم أن رأوا اللون الأخضر أو ​​الأصفر معًا. بعض الوقت كان اللون الأخضر جيدًا ، وبعض الوقت كان اللون الأخضر سيئًا ، لذا لا يوجد شيء يجب أن يكون مختلفًا بطبيعته حول المنبهات.

بن - كيف يمكنك تدريب دبور على أن الأخضر أفضل من قول أي لون آخر؟

إليزابيث - نحن ندربهم على هذه الذرة الصغيرة. يجب أن تكون صغيرة لأن الدبابير صغيرة. بعض القاع مكهرب ومن ثم بعض القاع ليس كذلك.لذلك عندما نقوم بتدريبهم على أن اللون الأزرق أفضل من الأخضر ، فإن اللون الأزرق هو منطقة آمنة في المتاهة والأخضر يمنحهم القليل من الصدمة الكهربائية.

بن - كيف تعرف بالضبط ما هو القليل من الصدمة الكهربائية لدبور؟

إليزابيث - أود أن أقول إنها تجربة وخطأ. لكنني أعدك بعدم إصابة الدبابير بأذى في هذه التجربة. نريدهم أن يتعلموا لذلك لا نريدهم أن يفزعوا أو قلقوا حقًا أو أي شيء ، أليس كذلك. لذلك نمنحهم الصدمة الكافية حتى يتصرفوا بشيء من عدم الارتياح حتى يبدأوا في التحرك بسرعة أكبر ويحاولون الابتعاد عنها.

بن - وهكذا يقضون بعض الوقت في هذه المتاهة حتى يهبطوا في النهاية على الجزء الذي لا يصدمهم وهذا الجزء يتوافق مع اللون الذي تريد تدريبهم جيدًا؟

إليزابيث - بالضبط. إنهم يتحركون في جميع أنحاء المتاهة ويذهبون في النهاية إلى الجزء الآمن وهم مثل يا إلهي ، إنه آمن وهناك اللون الأخضر - الأخضر رائع.

بن - حسنًا. ماذا فعلت بعد أن قمت بتدريبهم؟

إليزابيث - بعد أن قمنا بتدريبهم ، كان علينا اختبارهم ، لذلك وضعناهم في منتصف صندوق ثم اختبرنا اللون الذي يفضلون الذهاب إليه.

بن - ولم يكن لديك أي محفزات كهربائية أم أنها لا تزال موجودة؟

إليزابيث - كانت هناك ألوان على كلا الطرفين ولم يكن هناك كهرباء للإشارة إليها ، لكن الفكرة هي أنهم تعلموا أن اللون الأخضر جيد ، ثم يذهبون إلى الجانب الأخضر. لذلك اختبرناهم على الألوان التي دربناهم عليها في الأصل فقط للتأكد من أنهم تعلموا ما قمنا بتدريبهم عليه ، ثم اختبرناهم أيضًا على تلك الأزواج المتعدية الجديدة.

بن - حسنًا. وماذا وجدت؟

إليزابيث - وجدنا أن الدبابير لديها بالفعل استدلال متعد. لذلك أخذوا كل هؤلاء الأزواج المدربين ويبدو أنهم ينظمونهم في أذهانهم بشكل خطي ، ثم استخدموا الاستدلال الانتقالي للاختيار بين المحفزات التي لم تكن بجانب بعضها من قبل.

بن - هذا رائع لأنه ، كما ذكرت من قبل ، وجد شخص آخر سابقًا أن النحل غير قادر على القيام بذلك. من المؤكد أن النحلة والدبور لديهما أدمغة متشابهة الحجم ، أليس كذلك؟

إليزابيث - نعم. يمتلك كل من النحل والدبابير أدمغة متشابهة الحجم وأدمغتهم صغيرة جدًا ، بحجم حبة الأرز تقريبًا. أعتقد أن الفرق بين النحل والدبابير ليس في الحقيقة أن الدبابير مجرد عباقرة وأن النحل أغبياء ، بل يتعلق أكثر بما تبدو عليه الحياة الاجتماعية للدبابير والنحل. جميع العاملين في مستعمرة النحل متماثلون تقريبًا ، يقضون وقتهم في البحث عن الطعام ، ولكن في مستعمرة الدبابير هناك كل أنواع العلاقات المهيمنة المثيرة للاهتمام. لديهم تسلسل هرمي للسيطرة الخطية حيث يقوم الدبور المهيمن بمعظم عمليات التكاثر وتقوم الدبابير التابعة بمعظم العمل ، وبالتالي فإن معرفة مدى هيمنة الدبابير الأخرى في أرض الدبابير أمر مهم للغاية. على سبيل المثال ، إذا كنت قد هزمت جين في معركة من قبل ورأيت جين تغلبت على سوزان ، فيمكنك الاستدلال على ذلك ، ربما سأكون قادرًا على التغلب على سوزان. لذا فإن هذا النوع من الأشياء مهم حقًا للدبابير وليس مهمًا للنحل.

بن - أود أن أقول أيضًا أنه ربما يكون مهمًا للبشر اعتمادًا على من تسأل.

إليزابيث - نعم ، بالتأكيد مهم للبشر.

بن - هذا شيء مهم يجب معرفته. هل تعتقد أن هناك مجالًا لتوسيع هذا النوع من التفكير للتعامل مع الحيوانات الأخرى أو الأنواع الأخرى من الإدراك الحيواني؟

إليزابيث - أراهن أن العديد من الحشرات الأخرى قادرة على الاستدلال المتعدي. أعتقد أننا لم نختبرهم بعد. أعتقد أن إحدى الرسائل هي أن الحيوانات يمكن أن تكون جيدة حقًا في ما هو مهم بالنسبة لها. نعتقد أن البشر هم الأفضل في كل شيء ، لكن الكثير من الحيوانات مدهشة في أشياء محددة حقًا تحتاج إلى القيام بها لتحقيق النجاح.

بن - الذكاء لا يربط بالضرورة حجم الدماغ فقط ولكن أيضًا بالمهام التي يجب القيام بها؟

إليزابيث - بالضبط. لا تحتاج إلى عقل كبير للقيام بأشياء معقدة. حتى الدماغ الصغير يمكنه القيام بأشياء معقدة إذا كان الحيوان بحاجة إلى أن يكون قادرًا على القيام بذلك.

24:03 - في صندوق بريد العلماء العراة

في صندوق بريد العلماء العراة

فتح كريس سميث وكاتي هايلور حقيبة البريد للعلماء العراة لمعرفة ما كان المستمعون يسألونه ويخبروننا به.

كاتي - اتضح أن ساعي البريد لدينا ، بينما كان يسلم البريد خارج المكتب في اليوم التالي ، هو معجب بالعرض ، لذا شكرًا جزيلاً لك. الآن يريد أن يعرف عن الجاذبية. ما هي الجاذبية في الواقع وما هي مكونة؟ بن ، هل يمكنك مساعدتنا في هذا؟

بن - هذا سؤال رائع. الجواب في الأساس هو أننا لا نعرف. لا أحد يعرف حقًا سبب طرح هذا السؤال الرائع. نحن نعلم أن هناك أربع قوى أساسية في الطبيعة وترقب النصف الخلفي من هذا البرنامج حيث ستسمع عنها بمزيد من التفاصيل.

سأتحدث عن اثنين على وجه التحديد الجاذبية هي القوة التي نتحدث عنها هنا. هذا شيء موجود بين أي شيئين لهما كتلة ، يجمعهما معًا. ويمكننا مقارنة ذلك بالقوة الأخرى التي نعرف نوعًا ما مكوناتها والتي هي الكهرومغناطيسية ، هذه هي القوة التي يشعر بها المغناطيس عندما يجذب بعضهم البعض. هذه القوة ، إذا أردت أن تقول ، تتكون من شيء ما ، إنها في الواقع مكونة من هذه الجسيمات التي تسمى الفوتونات والتي هي مجرد أجزاء صغيرة من الضوء. عندما يجذب المغناطيس ، فإنه في الواقع يطلق أجزاء صغيرة من الضوء ذهابًا وإيابًا على بعضها البعض وهذا ما تتكون منه هذه القوة ، إذا أردت.

إذا أردنا إحضار التناظرية إلى الجاذبية ، فإننا لا نعرف ما إذا كان هناك شيء من هذا القبيل مع الجاذبية. يعتقد بعض الناس أنه يوجد ، ويعتقدون أنه قد يكون هناك جسيم يسمى الجرافيتون ، على الرغم من أن هذا لم يتم اكتشافه مطلقًا. قد يقول أشخاص آخرون أنه لا يوجد شيء ، إنه في الواقع مجرد الانحناء المادي للزمكان نفسه هو الذي يخلق تأثيرات تشبه الجاذبية. إجابة قصيرة جدًا - لا نعرف. يحاول الكثير من الناس معرفة الإجابة - سؤال رائع.

كاتي - إنه سؤال كبير أليس كذلك؟

كاتي - ولكن يبدو أن النصف الثاني من هذا العرض قد يساعدنا في محاولة فهم بعض من هذا العلم.

بن - بالتأكيد. إن الفهم الأفضل للمادة المظلمة سيؤدي بالتأكيد إلى فهم أفضل للجاذبية.

كاتي - إذن ساعي البريد لدينا اختار أسبوعًا جيدًا ليسأل عن الجاذبية إذن؟

كريس - وها أنت ذا. شكراً جزيلاً لك بن على هذه الإجابة من الدرجة الأولى لساعي البريد

26:40 - ما هي المادة المظلمة؟

ما هي المادة المظلمة؟ مع البروفيسور لورد مارتن ريس ، جامعة كامبريدج

سوف نتعمق في الأشياء الغامضة التي تشكل كمية هائلة من الكون. لكننا لا نستطيع رؤيته ، وليس لدينا أدنى فكرة عن ماهيته. إذن كيف نحاول اكتشاف ذلك بالفعل ، وكيف نعرف أنه موجود أصلاً؟ كان بن مكاليستر يكتشف ذلك.

بن - أود أن أخبرك قصة. إنها قصة عن المجرات والثقوب السوداء والنجوم والكواكب والأشخاص وكل شيء آخر في الكون. نحن نعلم الآن أن كل الأشياء الكبيرة في الكون - الناس والكواكب والنجوم - تتكون من حفنة من أنواع مختلفة من الجسيمات. هذه الأشياء الصغيرة جدًا مثل الذرات التي تتكون من البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. لقد توصلنا إلى معرفة الكثير عن تلك الأشياء الصغيرة كيف تشكل أشياء أكبر على مدى مئات السنين القليلة الماضية. بشكل جماعي ، يطلق علماء الفلك على كل هذه الأشياء مادة باريونية ، وهذا نوع من كل ما هو موجود ، أليس كذلك؟

أنا هنا لأخبرك أن الأمر ليس كذلك. المادة الباريونية - الناس والكواكب والنجوم - ليست سوى جزء صغير جدًا من القصة بأكملها. في برنامج اليوم ، سنستمع إلى ما نعرفه عن بقية البرنامج. سنسمع عن المادة المظلمة.

لإعطائك طعمًا ، المادة المظلمة هي هذه الأشياء الغامضة التي تحتل الكون. إنه ضخم ، هناك خمسة أضعاف ما هو موجود في المادة العادية ، إنه موجود في كل مكان. في الوقت الحالي ، بينما تستمع إلى أنه يمر عبر جسدك ، لا يمكننا رؤية اللمس أو الشعور به. لكن قبل أن نصل إلى ما هو عليه ، علينا أن نعود قليلاً. هل سبق لك أن نظرت إلى النجوم وتساءلت عما إذا كان هناك المزيد؟ إذا كان لديك ، فأنت لست وحدك حقًا ، فقد كان البشر يفعلون ذلك طالما كان هناك بشر.

البروفيسور لورد مارتن ريس ، عالم الفلك الملكي.

مارتن - كان في الواقع بعضًا منها ظهر في ثلاثينيات القرن الماضي من خلال عمل فريتز زويكي ، وهو عالم فلك سويسري أمريكي وكان يدرس توزيع المجرات. كل مجرة ​​هي بالطبع بحجم مجرتنا درب التبانة ، لذلك كان ينظر إلى الكون بمقاييس كبيرة جدًا. لقد أدرك أن المجرات لم تكن موزعة بشكل عشوائي ، لكنها كانت عناقيد ، ومن الواضح أن هذه المجموعات تبدو متماسكة معًا بفعل الجاذبية. لكن عندما قاس سرعات هذه المجرات ، وجد أنه من المدهش أنها لم تكن تطير بعيدًا ، لأن الطاقة المقابلة لتلك السرعات ستطغى على قوة الجاذبية التي تحافظ على الكتلة معًا إذا كانت الجاذبية بسبب المجرات فقط لقد استنتج أنه يجب أن يكون هناك بعض المواد الإضافية التي تربط الكتلة معًا ، وكان هذا أول دليل جاد حقًا على وجود بعض الأشياء المظلمة في الكون فوق الغاز والنجوم المرئية.

بن - لعقود من الزمن كنا نراقب أشياء مثل هذه. تحركات غريبة لأجسام كبيرة في الفضاء لا يمكن تفسيرها إذا نظرنا فقط في الأمر الذي يمكننا رؤيته. كل ذلك يعود إلى الجاذبية. الجاذبية هي القوة الرئيسية التي تحكم الطريقة التي تتحرك بها الأشياء في الفضاء. إنها قوة موجودة بين أي شيئين لهما كتلة وتجمعهما معًا. تزداد الجاذبية قوة كلما ازدادت الكتلة ولكن الأهم من ذلك أنها تضعف كلما تباعدت بين الشيئين.

في الفضاء ، عندما ننظر إلى الأشياء التي يمكننا رؤيتها مثل النجوم ، على سبيل المثال ، يمكننا تقدير مقدار الكتلة الموجودة في النظام وبعد ذلك ، باستخدام قوانين الجاذبية - ما نسميه الجاذبية النيوتونية - يمكننا نمذجة الطريقة نتوقع أن تتحرك الكتلة. عندما لا تتحرك الأشياء بالطريقة التي نتوقعها ، لنقل أنها تتحرك بشكل أسرع على سبيل المثال ، فهذا يعني أن شيئًا ما مفقود من صورتنا. هناك بعض القوة الإضافية التي تجعل الأشياء تتحرك بشكل أسرع مما يشير إلى كونها كتلة إضافية لتوفير تلك القوة الإضافية.

مارتن - إذا وجدت ، على سبيل المثال ، أن كوكب المشتري يدور حول الشمس بالسرعة التي كانت تدور بها الأرض ، فسيتعين عليك أن تستنتج أن هناك الكثير من الكتلة الغامضة خارج مدار الأرض ، ولكن داخل مدار المشتري. لذلك لم يكن كوكب المشتري يشعر فقط بكتلة الشمس ، بل كان يشعر بشيء إضافي لم تشعر به الأرض. شيء من هذا القبيل ، على نطاق أكبر بالطبع ، حدث عندما درس الناس الأجزاء الخارجية من المجرات. وجدوا أن المادة كانت تدور بشكل أسرع ، والنجوم البعيدة والغازات على مسافات كبيرة كانت تسير بشكل أسرع ، وهذا يعني أن النجوم في المجرة لم تكن هي الكتلة السائدة ، وأن هذه المجرة ككل ، مثل مجرتنا كانت جزءا لا يتجزأ من ما أصبح يسمى هالة من بعض المواد التي لم تكن تصدر أي ضوء ولكنها كانت تمارس جاذبية قوية ، وكانت تهيمن على قوة الجاذبية في الأجزاء الخارجية من المجرة.

بن - لقد وصلنا إلى نقطة في القصة حيث ، بفضل ملاحظات الأجسام المتحركة في الفضاء ، نحن على يقين من أننا محاطون بكمية هائلة من المادة المظلمة. مرة أخرى ، إنه يتحرك عبر جسمك الآن ، وهو يفوق بشكل كبير المادة العادية التي نفهمها ، نحن لا نعرف ما هو. لقد اكتشفنا منذ ذلك الحين المزيد حول هذا الموضوع ، لكن ليس أكثر من ذلك بكثير. إنها جبهة جديدة ، منطقة جديدة للاستكشاف. لدينا بعض النظريات لشرح الظواهر التي نراها ، وبعضها لا يتضمن في الواقع أي مادة مظلمة على الإطلاق.

مارتن - وهناك ، بالطبع ، فكرة أننا مخطئون بشأن الجاذبية. وبالطبع ، كل الحجج التي تستنتج فيها الكتلة من حركة الكواكب والنجوم والمجرات: هذا يفترض ، إلى حد ما ، الجاذبية النيوتونية. لذا يقترح بعض الناس طرقًا أخرى لا نحتاج فيها إلى مادة مظلمة على الإطلاق ، وسيكون لدينا ببساطة نظرية مختلفة عن الجاذبية. لكني أعتقد أن معظم الناس يعارضون ذلك ، لأنه أولاً وقبل كل شيء لا يوجد سبب محدد يجعلنا نتفاجأ بالمادة المظلمة. هناك مجال كبير لجزيئات المادة المظلمة. وثانياً ، سنقوم بالتخلي عن الكثير من البيانات الجيدة إذا تخلينا عن فكرة أننا نفهم الجاذبية. ما زلت أراهن أنه من المرجح أن تكون المادة المظلمة في نوع من الجسيمات.

بن - يقترح عدد من التجارب حول العالم محاولة اكتشاف هذه الجسيمات أثناء مرورها عبر الأرض وسنسمع المزيد عن بعضها لاحقًا. لكن لماذا يجب أن نهتم بهذا؟ لا يمكننا رؤيتها أو لمسها أو الشعور بها ، إنها مجرد هذه الأشياء الغامضة التي تطفو على السطح.

مارتن - حسنًا ، نعلم أن الجميع قد نظر عبر تاريخ البشرية إلى النجوم وتساءل عنها. أحد الإنجازات العظيمة لعلم الكونيات هو فهم بنية الكون - لماذا توجد نجوم ، ولماذا توجد مجرات ، ولماذا تتجمع ، وتفاصيل ذلك. هذا فقط يعطينا قصة متسقة إذا كان لدينا وجود المادة المظلمة التي هي ، في المتوسط ​​، في الكون ، خمسة أضعاف كثافة الغاز والنجوم التي نراها. وأعتقد أن هذا النجاح هو أحد الإنجازات العظيمة للعلم الحديث. أود أن أقول إنها موجودة مع النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات في الجينوم. عندما يتم كتابة تاريخ العلم ، أعتقد أن حقيقة أننا نفهم التطور الكوني ، وسبب وجود المجرات ، هو في الحقيقة إنجاز عظيم للغاية.

بن - إذا لم يفعل ذلك من أجلك ، فكر في هذا. فكر في كل ما أنجزه البشر بفهم سدس المادة في الكون. أجهزة الكمبيوتر. الطب الحديث ورحلات الفضاء. كل الأدب الفني. تخيل ما يمكننا فعله إذا تمكنا من فتح الباقي.


شاهد الفيديو: Wat is donkere materie? (شهر اكتوبر 2021).