أدق اختبار فلكي للكهرومغناطيسية حتى الآن

هناك مشكلة مزعجة ومزعجة في فهمنا لقوانين الطبيعة التي حاول الفيزيائيون تفسيرها لعقود. يتعلق الأمر بالكهرومغناطيسية ، قانون تفاعل الذرات والضوء ، والذي يفسر كل شيء بدءًا من سبب عدم سقوطك على الأرض إلى سبب زرقة السماء.

ملكنا النظرية يمكن القول إن الكهرومغناطيسية هي أفضل نظرية فيزيائية توصل إليها البشر على الإطلاق ، ولكن ليس لديها إجابة عن سبب قوة الكهرومغناطيسية كما هي. يمكن للتجارب فقط أن تخبرك بقوة الكهرومغناطيسية ، والتي تُقاس برقم يسمى α (يُعرف أيضًا باسم alpha ، أو ثابت الهيكل الدقيق).

الفيزيائي الأمريكي ريتشارد فاينمان ، الذي ساعد في تطوير النظرية ، دعاه “أحد أعظم ألغاز الفيزياء” وحث الفيزيائيين على “لصق هذا الرقم على الحائط والقلق بشأنه”.

في بحث تم نشره للتو في العلم، قررنا اختبار ما إذا كانت α هي نفسها في أماكن مختلفة من مجرتنا من خلال دراسة النجوم التي هي تقريبًا توائم متطابقة لشمسنا. إذا كانت α مختلفة في أماكن مختلفة ، فيمكن أن تساعدنا في العثور على النظرية النهائية ، ليس فقط عن الكهرومغناطيسية ، ولكن لجميع قوانين الطبيعة معًا – “نظرية كل شيء”.

نريد كسر نظريتنا المفضلة

يريد الفيزيائيون حقًا شيئًا واحدًا: موقف ينهار فيه فهمنا الحالي للفيزياء. فيزياء جديدة. إشارة لا يمكن تفسيرها بالنظريات الحالية. علامة على نظرية كل شيء.

للعثور عليه يمكنهم الانتظار في أعماق الأرض في منجم ذهب لتصطدم جسيمات المادة المظلمة بكريستال خاص. أو يمكنهم ذلك حافظ بعناية على أفضل الساعات الذرية في العالم لسنوات لمعرفة ما إذا كانت تشير إلى طقس مختلف قليلاً. أو قم بتحطيم البروتونات معًا في (تقريبًا) سرعة الضوء في حلقة 27 كم من مصادم هادرون كبير.

المشكلة هي أنه من الصعب معرفة مكان البحث. لا يمكن لنظرياتنا الحالية أن ترشدنا.

بالطبع ، نحن نبحث في المختبرات على الأرض ، حيث يسهل البحث بدقة ودقة. لكنها تشبه إلى حد ما سكران يبحث فقط عن مفاتيحه المفقودة تحت عمود إنارة في حين أنه في الواقع كان يمكن أن يكون قد فقدهم عبر الطريق في مكان ما في زاوية مظلمة.

النجوم رهيبة ، لكنها في بعض الأحيان متشابهة بشكل رهيب

قررنا أن ننظر إلى ما وراء الأرض ، وراءنا نظام شمسي، لمعرفة ما إذا كانت النجوم التي تشبه التوائم تقريبًا لشمسنا تنتج نفس ألوان قوس قزح. تمتص الذرات الموجودة في أجواء النجوم بعض الضوء الذي يتصارع مع الخارج من الأفران النووية الموجودة في قلبها.

يتم امتصاص ألوان معينة فقط ، مما يترك خطوطًا داكنة في قوس قزح. يتم تحديد هذه الألوان الممتصة بواسطة α ، لذا فإن قياس الخطوط الداكنة بعناية فائقة يسمح لنا أيضًا بقياس α.

تكمن المشكلة في أن أجواء النجوم تتحرك – تغلي ، وتدور ، وتدور ، وتعفن – وهذا يحرك الخطوط. تفسد التعويضات أي مقارنة مع نفس الخطوط في المختبرات على الأرض ، وبالتالي أي فرصة لقياس α. يبدو أن النجوم أماكن مروعة لاختبار الكهرومغناطيسية.

لكننا تساءلنا: إذا وجدت نجومًا متشابهة جدًا – توأمان لبعضهما البعض – فربما تكون ألوانها الداكنة والممتصة متشابهة أيضًا. لذا بدلاً من مقارنة النجوم بالمختبرات على الأرض ، قمنا بمقارنة توأمي شمسنا ببعضهما البعض.

اختبار جديد مع التوائم الشمسية

قام فريقنا المكون من طلاب وما بعد الدكتوراة وكبار الباحثين في جامعة سوينبرن للتكنولوجيا وجامعة نيو ساوث ويلز بقياس التباعد بين أزواج خطوط الامتصاص في شمسنا و 16 “توأمًا شمسيًا” – نجوم لا يمكن تمييزها تقريبًا عن شمسنا.

وقد لوحظت أقواس قزح من هذه النجوم على تلسكوب 3.6 متر للمرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) في شيلي. على الرغم من أنه ليس أكبر تلسكوب في العالم ، فإن الضوء الذي يجمعه ينتقل على الأرجح إلى مخطط الطيف الأكثر تحكمًا وفهمًا: هاربس. هذا يفصل الضوء إلى ألوانه ، ويكشف عن النمط التفصيلي للخطوط الداكنة.

يقضي HARPS معظم وقته في مراقبة النجوم الشبيهة بالشمس للبحث عن الكواكب. من الناحية العملية ، قدم هذا كنزًا دفينًا من البيانات التي نحتاجها بالضبط.

من هذه الأطياف الرائعة ، أظهرنا أن α كانت هي نفسها في جميع التوائم الشمسية السبعة عشر بدقة مذهلة: 50 جزءًا فقط في المليار. يشبه مقارنة طولك بمحيط الأرض. إنه الاختبار الفلكي الأكثر دقة الذي تم إجراؤه لـ α على الإطلاق.

لسوء الحظ ، لم تكسر قياساتنا الجديدة نظريتنا المفضلة. لكن ال النجوم التي درسناها كلها قريبة نسبيًا ، على بعد 160 سنة ضوئية فقط.

و بعد؟

لقد حددنا مؤخرًا توائم شمسية جديدة على مسافة أبعد بكثير ، في منتصف الطريق تقريبًا إلى مركز مجرتنا ، درب التبانة.

في هذه المنطقة ، يجب أن يكون هناك تركيز أعلى بكثير من المادة المظلمة ، وهي مادة مراوغة يقول علماء الفلك إنها تتربص في جميع أنحاء المجرة وما بعدها. مثل α ، نحن نعرف القليل جدًا عن المادة المظلمة ، و بعض علماء الفيزياء النظرية تشير إلى أن الأجزاء الداخلية من مجرتنا قد تكون مجرد الزاوية المظلمة حيث يجب أن نبحث عن الروابط بين هذين “اللغزين اللعين للفيزياء”.

إذا تمكنا من رصد هذه الشموس البعيدة بأكبر التلسكوبات البصرية ، فقد نجد مفاتيح الكون.

تم إعادة نشر هذه المقالة من الحوار تحت رخصة المشاع الإبداعي. اقرأها المقالة الأصلية.