كما يُقال إن هناك "المنهج العلمي"، فإن الحقيقة هي أن هناك العديد من المناهج العلمية. على سبيل المثال، تعتمد تجارب الفيزياء النووية والجسيمية عادةً على الاصطدامات داخل المختبر. تحدث هذه الاصطدامات لأن العلماء ينظمون تجارب تؤدي إلى حدوثها. أما علم الفلك، في المقابل، فيعتمد على دراسة الظواهر التي حدثت بالفعل أو التي لا تزال تحدث. نحن في هذا المجال لا نحفز التجربة، بل نراقب التجربة الجارية التي هي الكون نفسه.
يخلق هذا تحديات فريدة، لأننا لا نستطيع إعادة إنتاج النتائج حسب رغبتنا. إذا رأينا مجرة ذات شكل غريب، لا يمكننا ببساطة الخروج والعثور على أخرى مطابقة لها. يمكننا البحث والبحث، لكن لا يوجد ضمان بأننا سنجد شيئًا مماثلًا. وبالمثل، إذا كنا نتعامل مع شيء لا يمكننا رؤيته، فإن ذلك يتطلب جهدًا لفهم ما ننظر إليه (أو لا ننظر إليه). هذا هو الحال مع المادة المظلمة.
يخلق هذا تحديات فريدة، لأننا لا نستطيع إعادة إنتاج النتائج حسب رغبتنا. إذا رأينا مجرة ذات شكل غريب، لا يمكننا ببساطة الخروج والعثور على أخرى مطابقة لها. يمكننا البحث والبحث، لكن لا يوجد ضمان بأننا سنجد شيئًا مماثلًا. وبالمثل، إذا كنا نتعامل مع شيء لا يمكننا رؤيته، فإن ذلك يتطلب جهدًا لفهم ما ننظر إليه (أو لا ننظر إليه). هذا هو الحال مع المادة المظلمة.
بعد ربع قرن من القرن الحادي والعشرين، لم نكن يومًا أكثر يقينًا بأننا اكتشفنا المادة المظلمة من خلال تأثيرها الجاذبي. عندما ندرس كيفية تحرك النجوم داخل المجرات، لا يمكننا تفسير حركتها دون افتراض وجود نوع من المادة غير المرئية لنا. وعندما نرصد الطريقة التي تقوم بها عناقيد المجرات الضخمة بثني الضوء من حولها – عبر ظاهرة العدسة الجاذبية – لا يمكننا شرح المسارات التي يسلكها الضوء دون إضافة نوع من المادة غير المرئية.
قد يكون أفضل دليل لدينا على وجود المادة المظلمة دليلًا غير جاذبي. هناك نوع من الضوء ظل يسافر عبر الكون منذ أن أصبح شفافًا للضوء لأول مرة. هذا الإشعاع الخلفي الكوني الميكروي (CMB) بدأ بالتحرك بعد أقل من 400,000 عام من نشأة الزمكان.
يمكننا رصد الإشعاع الخلفي الكوني الميكروي. من خلال دراسة شدته عند ترددات مختلفة، نحصل على معلومات حول الظروف التي كانت سائدة عند لحظة نشأة هذا الضوء. عندما نقارن بين النظريات والملاحظات، نحصل على واحدة من أكثر التطابقات روعة بين النظرية والتجربة في كل الفيزياء. ولكن هذا التطابق لا ينجح إلا إذا افترضنا وجود نوع من المادة غير المرئية التي تفوق المادة المرئية عددًا.
بطبيعة الحال، السؤال الأول الذي يجب طرحه حول شيء مثل المادة المظلمة هو كيف نعرف أنها غير مرئية بالفعل ومختلفة عن جميع أشكال المادة المعروفة لدينا. على سبيل المثال، من المعروف منذ فترة طويلة أن الغبار الكوني ليس شديد السخونة، وبالتالي لا يشع كثيرًا. هل نحن متأكدون من أنه لا يوجد ببساطة غبار أكثر بكثير مما كنا نعتقد؟
هل نحن متأكدون من أن المادة المظلمة موجودة بالفعل، أم أنه قد يكون هناك غبار كوني أكثر مما كنا نعتقد؟
يتكون الغبار الكوني في الغالب (ولكن ليس بالكامل) من الهيدروجين. وكما هو الحال مع جميع العناصر الذرية، فإن للهيدروجين نواة تحيط بها مدارات إلكترونية. تعلمنا ميكانيكا الكم أن مستويات الطاقة لهذه المدارات متقطعة – تأتي بأعداد صحيحة مثل 1 و2، وليس 1.5 أو 2.5. ومن ميزات ميكانيكا الكم أيضًا أن الفرق في الطاقة بين هذه المستويات يتوافق مع طول موجي معين من الضوء. وهذا يعني أنه عندما يكون الذرّة في حالة طاقة معينة، فإنها تمتص وتصدر الضوء بطول موجي محدد يتوافق مع ذلك المستوى الطاقي.
هذا تفسير فيزيائي معقد، لذا دعوني أضعه ببساطة: الغبار الهيدروجيني، رغم أنه لا يكون ساطعًا جدًا، فإنه يصدر ويمتص الضوء بالفعل، ويمكننا ملاحظته بفضل هذه الخاصية. أما المادة المظلمة، من ناحية أخرى، فلا تصدر ولا تمتص الضوء، على الأقل ليس بالمستوى الذي يمكننا رصده.
لهذا السبب أعتقد أنه يجب أن تُسمى المادة غير المرئية وليس المادة المظلمة. كلمة "مظلمة" قد تكون مضللة، لأنها توحي بأن هناك نوعًا من الامتصاص يحدث، بينما في الواقع، هناك غياب تام للتفاعل مع الضوء، الذي يبدو وكأنه يمر عبرها تمامًا. السيناريو الوحيد الذي لا يكون فيه هذا صحيحًا هو إذا كانت المادة المظلمة مكونة من ثقوب سوداء أولية تشكلت في الكون المبكر، ففي هذه الحالة، ستكون المادة المظلمة بالفعل تمتص الضوء!
لكن حقيقة أن المادة المظلمة غير مرئية لم تمنعنا من دراستها. يمكننا تحليل تأثيرها على المادة المرئية لمعرفة أماكن وجودها وكميتها. في مجموعة البحث التي أقودها، ندرس فئة افتراضية من جسيمات المادة المظلمة تُسمى الأكسيونات. تُظهر أبحاثنا أنه بناءً على الخصائص الكمّية التي نعطيها للأكسيون، فإنه يُنتج هياكل مختلفة قليلًا على نطاقات يمكن رصدها فلكيًا. يشير هذا إلى أنه قد يكون بإمكاننا استخدام المجرات للتمييز بين نماذج المادة المظلمة المختلفة.
حتى لو كانت المادة المظلمة غير مرئية، فلا يزال بإمكاننا تعلم الكثير عنها بمجرد النظر.
المصدر: New Scientist