نسبیت عام، کیهان شناختی و انرژی تاریک - 4

انبساط تندشونده‌ی عالم، توضیح دنیایی که ۹۵% آن را نمی‌شناسیم! – قسمت دوم (آخر)

نتیجه‌گیری مبهوت کننده
دو گروه رقیب می‌دانستند که برای مشاهده ابرنواخترها باید آسمان‌ها را زیر و رو کنند. لِم کار مقایسه دو تصویر از یک بخش کوچک مشابه از آسمان بود که طول آن معادل اندازه یک ناخن در برابر دست انسان است. نخستین تصویر باید پس از ماه‌نو گرفته می‌شد و تصویر دوم، سه هفته بعد تا نور مهتاب باعث محو شدن نور ستارگان نشود. سپس به امید یافتن یک نقطه نورانی (یک پیکسل در میان سایر پیکسل‌های تصویر CCD) که می‌توانست نشانه‌ای از وجود یک ابرنواختر در کهکشانی دوردست باشد، دو تصویر را با یکدیگر مقایسه می‌کردند. برای حذف انحراف‌های دیگر، تنها ابرنواخترهایی که در فاصله دورتر از یک سوم شعاع جهان قابل مشاهده قرار داشت (حدود ۴ میلیارد سال‌نوری) مورد استفاده قرار گرفت.
محققان مشکلات فراوان دیگری داشتند که باید آنها را رفع می‌کردند. ابرنواخترهای نوع اول به اندازه آغاز ظاهر شدنشان قابل اعتماد نیستند، انفجارهای پرنورتر با سرعت کمتری نور خود را از دست می‌دهند. علاوه بر این لازم است که نور ابرنواخترها را از نور پس‌زمینه کهکشان میزبانشان جدا کرد. وظیفه مهم دیگر، به دست آوردن درخشندگی صحیح است. غبار بین کهکشانی که بین ما و ابرنواخترها قرار گرفته، نور ستارگان را تغییر می‌دهد. این پدیده زمانی که حداکثر درخشندگی ابرنواخترها محاسبه می‌شود، نتایج را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

شکار ابرنواخترها نه تنها مرزهای دانش و فناوری که مرزهای لجستیک و پشتیبانی را به چالش طلبید. نخست، نوع مناسب ابرنواختر باید پیدا می‌شد. دوم، انتقال‌به‌سرخ و درخشندگی آن باید اندازه‌گیری می‌شد. منحنی‌های نوری باید در طول زمان تحلیل می‌شد تا بتوان آن را با سایر ابرنواخترهای مشابه در فواصل شناخته‌شده مقایسه کرد. این کار به شبکه‌ای از دانشمندان نیاز داشت که بتوانند به سرعت تصمیم بگیرند که آیا یک ستاره خاص، نامزد شایسته‌ای برای مشاهده است یا خیر. گروه تحقیقاتی نیاز داشت که بتواند بین تلسکوپ‌های مختلف سوئیچ کند و زمان مشاهده‌ای را در یک تلسکوپ در اختیار داشته باشند که بدون تاخیر تضمین شود؛ پروسه‌ای که معمولا چند ماه طول می‌کشد. آنها باید سریع کار می‌کردند زیرا یک ابرنواختر به سرعت محو می‌شود. برخی مواقع، دو گروه تحقیقاتی رقیب با احتیاط و دقتی مثال‌زدنی برنامه های خود را با یکدیگر هماهنگ می‌کردند.
دام‌های بالقوه‌ای که در سر راه آنها وجود داشت، بسیار زیاد بود و در عمل، این حقیقت که هر دو گروه به نتایج عجیب ولی یکسانی رسیده‌اند، به دانشمندان قوت قلب می‌داد. روی‌هم رفته، آنها ۵۰ ابرنواختر دوردست را کشف کردند که نور آنها از آن‌چه انتظار می‌رفت، ضعیف‌تر به نظر می‌رسید. این موضوع با آن‌چه آنها می‌پنداشتند در تضاد بود. اگر انبساط عالم در حال از دست دادن سرعت خود بود، ابرنواخترها باید درخشان‌تر به نظر می‌رسیدند. با این وجود، ابرنواخترها محو می‌شدند، گویا آنها به همراه کهکشان‌های میزبان سریع‌تر و سریع‌تر از ما دور می‌شدند. نتیجه‌گیری شگفت‌انگیز این بود که انبساط کیهان کندشونده نیست، بلکه کاملا در نقطه مقابل قرار داشت: جهان دارای انبساط تندشونده بود.

از این‌جا تا ابدیت

چه‌چیزی به انبساط جهان شتاب می‌دهد؟ نامش انرژی تاریک است و امروز به چالشی جدی برای فیزیک‌دانان تبدیل شده، معمایی است که هنوز کسی نتوانسته آن‌را حل کند.
البته تاکنون ایده‌هایی نیز مطرح شده است. ساده‌ترین آن‌ها ثابت کیهان‌شناختی اینشتین است که خود اینشتین سال‌ها پیش آن‌را پس گرفته و گفته بود بزرگ‌ترین اشتباه زندگی‌اش است! در آن زمان، اینشتین ثابت کیهان‌شناختی را در قالب نیرویی ضدجاذبه به‌طور دستی وارد معادلات نسبیت عام کرد تا با نیروی جاذبه ماده مقابله کرده و جهانی ایستا را پدید آورد. امروز به‌نظر می‌رسد ثابت کیهان‌شناختی باعث شتاب‌گرفتن انبساط عالم می‌شود.

صدالبته ثابت کیهان‌شناختی ثابت است و نمی‌تواند در طول زمان تغییر کند. بنابراین انرژی تاریک زمانی بر عالم حاکم می‌شود که ماده و گرانش آن در اثر انبساط چند میلیاردساله عالم رقیق می‌شود. به گفته دانشمندان، به همین دلیل است که ثابت کیهان‌شناختی این‌قدر دیر، بین پنج تا شش میلیارد سال پیش در تاریخ عالم ظاهر شده است. در آن زمان، نیروی گرانش ماده در مقایسه با انرژی تاریک به اندازه کافی ضعیف شده بود، اما تا پیش از آن، روند انبساط عالم کندشونده بود.
ثابت کیهان‌شناختی می‌تواند ریشه در خلأ داشته باشد، فضایی خالی که طبق قوانین مکانیک کوانتومی هرگز نمی‌تواند کاملا خالی باشد؛ بلکه سوپی جوشان و کوانتومی از ذرات مجازی ماده و پادماده است که پیوسته تشکیل می‌شوند و از بین می‌روند و نوسانی در انرژی ایجاد می‌کنند. اما ساده‌ترین تخمین‌ها از مقدار انرژی تاریک به‌هیچ‌وجه با مقادیر اندازه‌گیری‌شده در فضا که ۱۰ به توان ۱۲۰ مرتبه بزرگ‌تر است، مطابقت ندارد! (برای درک عظمت این عدد، توجه داشته باشید که تعداد ذرات ماسه موجود در سواحل روی زمین بیش از ۱۰ به توان ۲۰ ذره نیست!). این موضوع، شکافی عظیم و غیرقابل توضیح بین نظریه و مشاهدات ایجاد کرده است.
شاید عامل اصلی این شکاف عظیم این باشد که ثابت کیهان‌شناختی مقدار ثابتی ندارد. ممکن است با گذشت زمان تغییر می‌کند. احتمالا میدان نیرویی ناشناخته هرازگاهی انرژی تاریک را تولید می‌کند. در دنیای فیزیک نمونه‌هایی از این میدان‌ها وجود دارد که تحت عنوان عنصر پنجم (quintessence) طبقه‌بندی شده‌اند. عنصر پنجم می‌تواند گاه‌وبی‌گاه به انبساط عالم سرعت دهد و اگر چنین باشد، پیش‌بینی عاقبت عالم غیرممکن خواهد شد.
انرژی تاریک هرچیزی که هست، به‌نظر می‌رسد حالاحالاها باقی خواهد ماند. این موجود در پازل کیهان‌شناختی که فیزیک‌دانان و اخترشناسان مدت‌هاست روی آن کار می‌کنند، به‌خوبی جای می‌گیرد. براساس آخرین نتایج تحقیقات که دانشمندان درمورد آن اتفاق نظر دارند، حدود سه‌چهارم عالم از انرژی تاریک تشکیل شده و باقی آن ماده است. اما ماده معمولی که کهکشان‌ها، ستارگان و … از آن تشکیل شده، فقط ۵درصد در عالم سهم دارد! بقیه آن ماده تاریک نامیده می‌شود و تاکنون ناشناخته باقی مانده است.

ماده تاریک هم یکی دیگر از رمزورازهای بزرگ کیهان است. ماده تاریک هم مانند انرژی تاریک نامریی است و ما هردوی آن‌ها را به‌خاطر اثراتشان شناخته‌ایم، یکی کهکشان‌ها را هل می‌دهد و دیگری آن‌ها را می‌کِشد و تنها شباهت بین آن‌ها، عنوان «تاریک» در اسمشان است!
در یک کلام، برندگان نوبل فیزیک ۲۰۱۱ به درک جهانی جدید کمک کرده‌اند که ۹۵درصد آن برای دنیای علم ناشناخته است! هرچیزی ممکن است!

شائول پرلماتر
شهروند ایالات متحده، متولد ۱۹۵۹/۱۳۳۸ در شمپین-اربانای ایلی‌نوی. دکترای خود را در سال ۱۹۸۶/۱۳۶۵ از دانشگاه کالیفرنیا در برکلی دریافت کرد و هم‌اکنون رییس پروژه کیهان‌شناسی ابرنواختری، استاد اخترفیزیک دانشگاه کالیفرنیا در برکلی و آزمایشگاه ملی لورنس-برکلی است.

برایان اشمیت
شهروند استرالیا و ایالات متحده. متولد ۱۹۶۷/۱۳۴۶ در میسولا. دکترای خود را در سال ۱۹۹۳/۱۳۷۲ از دانشگاه هاروارد دریافت کرد و هم‌اکنون رییس گروه پژوهشی ابرنواخترهای بسیار دور (High-z supernova) و استاد برجسته دانشگاه ملی استرالیا است.

آدام ریس
شهروند ایالات متحده. متولد ۱۹۶۹/۱۳۴۸ در واشینگتن. دکترای خود را در سال ۱۹۹۶/۱۳۷۵ از دانشگاه هاروارد دریافت کرد و هم‌اکنون استاد نجوم و فیزیک در دانشگاه جانزهاپکینز و موسسه علوم تلسکوپ فضایی است.

منبع: خبرآنلاین

نقل از بیگ بنگ

نسبیت عام، کیهان شناختی و انرژی تاریک - 1

نسبیت عام، کیهان شناختی و انرژی تاریک - 2

نسبیت عام، کیهان شناختی و انرژی تاریک - 3

نسبیت عام، کیهان شناختی و انرژی تاریک - 4

نسبیت عام، کیهان شناختی و انرژی تاریک - 5

نسبیت عام، کیهان شناختی و انرژی تاریک - 6

نوترینوی سترون کاندیدی برای ماده تاریک!

Reconsidering relativistic Newton's second law and its results

مرز بین ایمان و تجربه  

نامه سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی

آخرین مقالات