کاروتک

تکنولوژی و علمی

تلویزیون و سینما

تلویزیون کاروتک

آیا شناخت بخش مرموز و تاریک کیهان می‌تواند درک بهتری از فضا و زمان به ما بدهد؟

آیا تاکنون با خود فکر کرده‌اید که چه چیزی باعث می‌شود که کیهان به یک شیوه خاص رفتار کند و شکل بگیرد؟ این سوالی است که دانشمندان صدها سال است در تلاش برای پاسخ به آن هستند. از نظریه نسبیت عام اینشتین گرفته تا ماده تاریک و انرژی تاریک، درک ما از جهان به‌طور گسترده‌ای گسترش یافته است. با این حال، همان‌طور که دانش ما گسترش می‌یابد، سوالات و ندانسته‌های ما نیز روز‌به‌روز بیش‌تر می‌شوند؛ بنابراین دانشمندان به‌دنبال تئوری‌های جدیدی برای پاسخ این سوالات هستند که آن‌ها را «گرانش تاریک» و «انرژی فانتوم» می‌نامند.

همان‌طور که ما به رصد و مطالعه جهان پیرامون خود با استفاده از ابزارهای دقیقق‌تر و سیستم‌های پیچیده پردازش داده ادامه می‌دهیم، یافته‌ها همواره غیرمنتظره بودن را ثابت کرده‌اند. شاید معروف‌ترین این یافته‌ها، درک تدریجی این موضوع بود که همه چیزهایی که می‌توانیم در کیهان ببینیم (از کهکشان‌ها گرفته تا سیاه‌چاله‌ها و ستاره‌ها) فقط 5 درصد از کل کیهان را تشکیل می‌دهند.

این موضوع تمام دانشمندان و محققان را سردرگم کرده بود و  یک مشکل مهم برای علم به‌حساب می‌آمد. یک راه‌حل بالقوه برای این مشکل برای اولین‌بار در اوایل دهه 1930 با ماده تاریک پیشنهاد شد؛ به این دلیل که ماده تاریک باید از ماده‌ای تشکیل شده باشد که نه نوری ساطع می‌کند و نه با نور مرئی واکنش نشان می‌دهد. در واقع هیچ بخشی از طیف الکترومغناطیسی را در بر نمی‌گیرد. بدین ترتیب، قسمت تاریک جهان در در اوایل دهه 1930 متولد شد و نام آن بر روی زبان‌ها افتاد.

اخیراً ستاره‌شناسان اطلاعات بیش‌تری را به‌طور غیر مستقیم در مورد ماده تاریک کسب کرده‌اند؛ از جمله این واقعیت شگفت‌انگیز که 23 درصد از کل جهان در بر می‌گیرد. با این وجود، هنگامی که ماده تاریک به نظریه انیشتین اضافه می‌شود، همه چیز از شکل‌گیری ستارگان گرفته تا واقعیت پشت کهکشان‌ها، رنگ دیگری به خود می‌گیرند و با ماده تاریک تطابق نشان می‌دهند.

اما این موضوع فقط در مورد ماده تاریک نیست. در سال 1929 مشاهدات انجام شده توسط ادوین هابل نشان داد که به‌نظر می‌رسد جهان در حال انبساط است؛ در واقع، اکثر کهکشان‌ها از ما دور می‌شوند و آن‌هایی که دورتر بودند این کار را سریع‌تر انجام می‌دهند. این موضوع انبساط جهان نام گرفت و همان‌طور که معلوم است، با انبساط، جهان نه ثابت است و نه تغییر ناپذیر.

وقتی نوبت به علت این انبساط رسید، ستاره‌شناسان در نهایت ایده انرژی تاریک را به عنوان راه حل انتخاب کردند؛ شکل ناشناخته‌ای از انرژی که در تمام فضا نفوذ می‌کند و توجیه می‌کند که چرا جهان در حال بزرگ‌تر شدن است. مجدداً، برای این‌که نظریه انیشتین عمل کند، این انرژی تاریک باید بیش از دو سوم (حدود 73 درصد) جهان را تشکیل داده است.

با این وجود، در دهه‌های اخیر، شواهد غیرمستقیمی به میدان آمده‌اند که از تئوری انرژی تاریک پشتیبانی می‌کنند. به‌طور مثال، این واقعیت که به‌نظر می‌رسد جهان در نیمه دوم عمرش بیش‌تر منبسط شده است، یکی از این شواهد به نفع انرژی تاریک است. انرژی تاریک ممکن است به خوبی توضیح دهد که چرا جهان در حال انبساط و بزرگ شدن است، اما در صورت عدم وجود نوعی انرژی ناشناخته که تعادل کلی کیهان را برقرار می‌کند، هیچ ارزشی ندارد.

با این حال، اکنون ماده تاریک و انرژی تاریک برای هماهنگی مدل استاندارد کیهان‌شناسی با نحوه عمل‌کرد جهان واقعی، ناکافی به‌نظر می‌رسند. کیهان‌شناسان به‌طور قابل توجهی از تشعشعات تاریک و شکل خاصی از انرژی تاریک که انرژی فانتوم نامیده می‌شود صحبت می‌کنند. البته انرژی فانتوم نجومی را نباید با انرژی فانتومی که در تجهیزات الکتریکی استفاده می‌شود، اشتباه گرفت. به زبان ساده، انرژی فانتوم نوع خاصی از انرژی تاریک است که می‌تواند باعث پدید آمدن کهکشان‌ها و ستاره‌ها و از همه مهم‌تر، انبساط جهان باشد.

هم‌چنین زمانی که صحبت از گرانش «تاریک» یا «تغییر یافته» به میان می‌‌آید، همه‌چیز تا حدود زیادی پیچیده‌تر می‌شود و متوجه می‌شویم که به سادگی نمی‌توانیم ماهیت اساسی جهان و گرانش را کاملاً درک کنیم؛‌ به‌ویژه زمانی که گرانش وارد مقیاس‌های بزرگی مانند سیاه‌چاله‌ها می‌شود. در واقع، چنین مقیاس‌های بزرگی اصلا از قوانین فعلی که ما برای گرانش داریم پیروی نمی‌کنند و نظریه انیشتین را مانند یک کاغذ مچاله شده، دور می‌اندازند.

رابرت کالدول، یک فیزیک‌دان نظری در کالج دارتموث، نیوهمپشایر است که تحقیقاتش بر روی پرسش‌هایی درباره ویژگی‌های اساسی جهان متمرکز است. او گفت:

به عقیده‌ی من، سوال‌های اساسی ما در مورد جهان هستی از سال 2000 شروع به مطرح شدن کرده‌اند. انرژی تاریک و گرانش تاریک هر دو تئوری‌هایی برای توضیح انبساط جهان هستند که به‌طور قابل توجهی شتاب می‌گیرد؛ در واقع ما هیچ ایده دیگری برای این‌که بخواهیم انبساط جهان را توجیه کنیم نداریم. البته برخی از دانشمادن فرضیه‌هایی را مطرح کرده‌اند که شاید گرانش توصیف متفاوتی در مقیاس‌های بزرگ کیهانی داشته باشد، به‌طوری که تحت نام تغییر یافته یا تاریک باشد. شخصا جاذبه یا همان گرانش تاریک را دوست دارم؛ اما تشعشعات تاریک، واقعا یک جوک خنده‌دار است.

انگیزه اخیر برای صحبت در مورد جنبه‌های جدیدتر یک جهان تاریک، یک مقاله علمی بود، که در ژوئن 2016 توسط آدام ریس از دانشگاه جانز هاپکینز و با حمایت 14 نویسنده دیگر از این دانشگاه در 11 موسسه تحقیقاتی در سراسر جهان منتشر شد. بر اساس دقیق‌ترین محاسبات فاصله بین زمین و 19 کهکشان مختلف، یافته‌های این مقاله شگفت‌انگیز بود. بر اساس این مطالعه، سرعت تجدید انبساط کیهان به ازای هر 3.26 میلیون سال نوری 45.5 مایل در ثانیه (73.2 کیلومتر در ثانیه) است؛ یعنی هر 3.26 میلیون سال نوری دورتر که نگاه می‌کنیم، متوجه می‌شویم جهان با سرعت 45.5 مایل بر ثانیه (73.2 کیلومتر بر ثانیه) سریع‌تر بزرگ و منبسط می‌شود. با این سرعت، فاصله بین اجرام کیهانی احتمالا تا 9.8 میلیارد سال دیگر دو برابر خواهند شد.

با این حال، چالشی که این مقاله ایجاد می‌کند این است که با نرخ انبساط پیش‌بینی شده از اندازه‌گیری‌های گسترده‌تری که که توسط ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا اندازه‌گیری شده است، مطابقت ندارد. در واقع، این تفاوت سه تا چهار برابر عدم قطعیت است که در آخرین ارقام لحاظ شده است.

به بیان ساده، این مقاله نشان می‌دهد که طبق پیش‌بینی‌های ستاره‌شناسان، جهان در حال حاضر 9 درصد سریع‌تر از آن‌چه که باید منبسط می‌شود. براد تاکر، یکی از نویسندگان مقاله گفت:

به‌نظر می‌رسد که یک چیزی وجود دارد که از قلم افتاده است؛ زیرا نوع جدیدی از ماده وجود دارد که ما هیچ چیزی درباره آن نمی‌دانیم و در عین حال، نتایج عجیب و دیوانه‌کننده آن‌ را می‌توانیم درک و مشاهده کنیم. به‌طور خلاصه بخواهم بگویم، ما یا باید ماده جدید و ناشناخته‌ای را به لیست ناشناخته‌های خود اضافه کنیم، یا باید بفهمیم که ماده تاریک و انرژی تاریک دقیقا چه هستند و چگونه عمل می‌کنند.

انرژی فانتوم وارد میدان می‌شود

 

این یافته شگفت‌انگیز ممکن است سرنخ مهمی برای درک آن بخش‌های اسرارآمیز جهان باشد که 95 درصد همه چیز را تشکیل می‌دهند و نور ساطع نمی‌کنند؛ مانند انرژی تاریک، ماده تاریک و تشعشعات تاریک. با توجه به گستردگی و گستره انرژی فانتوم، ستاره‌شناسان در سراسر جهان یافته‌های آدام ریس و هم‌کارانش را بسیار جدی گرفته‌اند. از این گذشته، ریس در سال 2011 جایزه نوبل فیزیک را برای کشف این موضوع که جهان نه تنها در حال انبساط است، بلکه سرعت آن نیز در حال افزایش است کسب کرد.

اریک ورلینده از دانشگاه آمستردام از سال 2010 بیش‌تر وقت خود را صرف توسعه یک نظریه کاملاً جدید از گرانش کرده است؛ نظریه‌ای که مشاهدات عجیب را بدون نیاز به چیز‌هایی مانند ماده تاریک و انرژی تاریک توضیح می‌دهد. تحقیقات او می‌توانند منجر به ظهور یک گرانش جدید شوند که گرانش تاریک را نیز در بر می‌گیرد. این موضوع اصطلاحاً به این دلیل است که گرانش یک نیروی اساسی نیست؛ بلکه یک پدیده نوظهور است، شبیه دمای ناشی از حرکت ذرات.

البته تحقیقات اریک تاحدودی با مکانیک کوانتومی و کسانی که مدت‌هاست دنبال یک نظریه هستند که همه چیز را توضیح دهد، مشکل‌ساز بوده است. یک تحقیق بین‌المللی که به عدسی‌های گرانشی ناشی از کهکشان‌ها می‌پردازد، در دسامبر 2016 در ماهنامه انجمن سلطنتی اخترشناسی منتشر شد و نشان داد که معادلات اریک می‌توانند مشاهدات را بدون نیاز به ماده تاریک توضیح دهند. با این حال، این اولین آزمایش گرانش جدید بود و هنوز نظریه‌ای که انیشتین برای گرانش مطرح کرده است پابرجا است. در واقع، جای تعجب نیست که بسیاری از اخترشناسان بر وجود یک پدیده فیزیکی ناشناخته که مسئول اختلاف بین نظریه و مشاهدات است، باور دارند.

با این حال، یک ایده دیگر این است که این انبساط بیش از حد انتظار جهان، ناشی از ذرات زیر اتمی است که قبلاً کشف نشده بودند. طبق گزارش‌ها و تحقیقات انجام شده، این ذرات در سال‌های اول عمر خود نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کردند. به‌طور کلی، این تابش‌ها را تشعشع تاریک می‌نامند.

البته آن‌چه لازم است مدرک است. در حال حاضر سرعت انبساط جهان تنها نشانه مهم، البته غیرمستقیم، از انرژی تاریک و به‌طور خاص انرژی فانتوم است. رابرت کالدول گفت:

نرخ شتاب بیش‌تر از سایر مدل‌های انرژی تاریک یا نظریه‌های انرژی تاریک است. معمولاً این شتاب بر حسب معادله حالت انرژی تاریک بیان می‌شود؛ اما برای انرژی فانتوم معادله فرق می‌کند و استثناء وجود دارد. کنار هم قرار دادن یک اندازه‌گیری واقعا خوب از سرعت انبساط، راه حل اصلی برای شناخت انرژی فانتوم یا هر چیز دیگری است که منجر به انباسط می‌شود.

او در ادامه گفت:

من فکر می‌کنم گخ گرانش تاریک را نباید در یک نظریه خاص محدود کنیم و باید بتوانیم آن را با انجام آزمایش‌های مختلف به انرژی فانتوم ربط دهیم. اما اگر واقعاً می‌خواهید این ایده گرانش تاریک را آزمایش کنید، باید به برخی از پدیده‌های اطراف خود با دقت بسیار بیش‌تری نگاه کنید تا بتوانید تفاوت محسوسی که وجود دارد را مشاهده کنید.

با این وجود، کالدول هنوز فکر می‌کند که باید منتظر یک ایده جدید یا پیشرفت علم و فناوری باشیم. او بر این باور است که مشکل بسیاری از این آزمایش‌ها یا تئوری‌هایی که وجود دارند این است که در هر مورد شکاف و نقصی نهفته است که به چشم نمی‌آید.

دانشمندان و محققان وظیفه خود را انجام می‌دهند و اندازه‌گیری‌ها را به بهترین نحو انجام می‌دهند و تکنیک‌های جدیدی را توسعه می‌دهند و فناوری را به جلو می‌برند؛ اما هنوز به یک تئوری دقیق و درست نرسیده‌ایم و باید برای یک ایده با اندازه‌گیری دقیق صبر کنیم.

با این حال، کالدول مانند بسیاری از ستاره‌شناسان دیگر به ایده وجود بخش تاریک در جهان متعهد است. او گفت:

اگر اکنون با کیهان‌شناسی ملاقات کنم که فکر می‌کند کل انرژی تاریک و گرانش تاریک مزخرف است، تمام سعی‌ام را می‌کنم که او را با شواهدی که وجود دارد قانع کنم.

اما اگر جنبه‌ای از گرانش تاریک ثابت کند که اینشتین دانشمند بزرگ ما، در مورد گرانش اشتباه کرده است، چه؟ اگر یک پدیده گرانشی کشف شود که بتواند نظریه انیشتین را نقض کند، این نظریه نیز به سرنوشت نظریه نیوتون دچار می‌شود و از یاد‌ها می‌رود. اما به‌طور کلی، نظریه انیشتین واقعا زیبا است و منجر به پیش‌بینی‌های قابل آزمایش با دقت بالا می‌شود؛ اما فقط در یک حوزه خاص است یک دامنه اعتبار دارد. در نتیجه ما برای جنبه‌های دیگر، به یک نظریه دیگر نیاز پیدا می‌کنیم.

نظر شما چیست؟ آیا فکر می‌کنید که نظریه انیشتین اشتباه است و به یک نظریه جدید برای گرانش تاریک نیاز داریم؟ نظرات خود را با ما به اشتراک بگذارید.

پی‌نوشت

نظریه نسبیت: نظریه نسبت، به دو نظریه «نسبیت عام» و «نسبیت خاص» تقسیم می‌شود. پایه این نظریه بر اساس این است که زمان و فضا مانند دو برادر به یک‌دیگر متصل هستند و هیچ‌وقت از هم جدا نمی‌شوند.

انبساط جهان: فرض کنید که یک بادکنک باد نشده دارید و روی آن تعدادی نقطه را با خودکار مشخص می‌کنید. اکنون همان بادکنک را باد می‌کنید و همان‌طور که متوجه می‌شوید، نقاطی که مشخص کرده‌اید در حال فاصله گرفتن از یک‌دیگر هستند. انبساط جهان نیز یک چیزی مانند باد کردن بادکنک است؛ یعنی هر چقدر زمان بیش‌تری بگذرد، فاصله اجسام در کیهان از هم‌دیگر زیادتر می‌شود.