آغاز جهان و ماده تاریک

۴ درصد جهان هستی از "ماده معمولی" (Ordinary Matter) ساخته شده است. ۲۱ درصد دیگر آن از ماده ای که اصطلاحاً "ماده تاریک" (Dark Matter) نامیده می شود ساخته شده است که مقدار آن با توجه به تأثیرات گرایشی آن روی ماده تخمیناً برآورد می شود. ۷۵ درصد باقی مانده نیز شامل "انرژی تاریک" است که که رفتاری شبیه گرانش در جهت عکس را از خود بروز می دهد.

بر پایه مشاهدات "انرژی تاریک" دارای مقداری ثابت و بدون تغییر است و بیشتر شبیه "ثابت کیهان شناختی" (Cosmological Constant) در تئوری های اینشتین درباره تکامل تدریجی جهان رفتار می کند. اساساًً این بدان معناست که "مقدار انرژی بر واحد حجم فض" ثابت باقی می ماند. در اینصورت می توان مدعی شد که جهان (Universe) با نرخ فزاینده ای به رشد و گسترش خویش ادامه خواهد داد. طی مدت زمانی در حدود ۲۰ میلیارد سال فقط حدود ۱۰۰ کهکشان را می توان از زمین رویت نمود به گونه ای که می توان آن را "غربت بزرگ" نامگذاری کرد. در دهه ۱۹۹۰ با به کارگیری ترکیبی از تکنولوژی (دوربین های CCD ۱۰۰مگا پیکسلی) و یک شاخص دقیق در فاصله ای دور (ابرنواخترهای نوع Ia) بالاخره شتاب منفی جهان اندازه گیری شد. ظاهراً جهان در حال سرعت گرفتن است. تا وقتی که انرژی تاریک کاملاً شناخته شود، پایان کار جهان ما بلاتکلیف خواهد ماند. گرچه اگر گسترش جهان تا ۳۰ میلیارد سال دیگر به سریع تر شدن خود ادامه دهد، آسمان از کهکشان خالی خواهدشد( بجز چند کهکشان در خوشه کهکشانی سنبله). درحالی که گرانش جاذبه ای ماده عمدتاً سیاه جهان، گسترش آن را کندتر می کند، گرانش دفعی (شتاب منفی) که در اثر انرژی سیاه به وجود آمده سعی در سرعت بخشیدن به آن را دارد. بنابراین اندازه گیری مقادیر انرژی و ماده تاریک به ما اجازه می دهد فیلم کیهانی را تا زمان به وجود آمدن آن عقب ببریم و زمان شروع آن را دریابیم.

منجمان براین باورند که ماده عادی غیرقابل رؤیت که حدود سه چهارم محتوای کل ماده باریونی (پروتون و نوترون ) را تشکیل می دهد، به وفور و به صورت گاز گرم درمیان کهکشان ها قرار دارد. در کل مقدار ماده _ باریونی و غیرباریونی که بیشتر آن نیز تاریک است _ هشت برابر بیشتر از ماده باریونی است. منجمان همچنین توانسته اند مقادیر چشمگیری از ماده غیرقابل رؤیت را با اندازه گرفتن سرعت های ستارگان درمیان کهکشان ها و سرعت کهکشان ها درمیان خوشه های کهکشانی، شناسایی کنند. بدون وجود ماده تاریک غیرقابل رؤیت، این اجرام پرسرعت باید مدت ها پیش متفرق می شدند.

بیشتر کیهان شناسان عمر جهان را ۱۳.۷ میلیارد سال می دانند و عقیده دارند که جهان تخت است (یعنی از هندسه اقلیدسی تبعیت می کند، با خطوط موازی که دربی نهایت هم موازی می مانند و زوایای داخلی مثلث که مجموعاً ۱۸۰ درجه هستند).

مقدار ۷۲ کیلومتر در ثانیه، در مگاپارسک با خطایی حدود ۱۰ درصد _ برای ثابت هابل به دست آمد. در حالی که پارامتر اندازه گرفته شده توسط خود هابل ۵۵۰ کیلومتر در ثانیه در مگاپارسک بود. از آنجا که اندازه جهان قابل رصد و سن آن، هر دو با ثابت هابل رابطه عکس دارند. رشدی که این مقدار اصلاح شده برای جهان قابل رؤیت نشان می دهد هشت برابر گسترشی است که قبلاً برای جهان اندازه گرفته شده بود.

در سال ۱۹۸۰ فیزیکدانی به نام آلن اچ گروت نظریه ای به نام تورم را ارائه کرد. بعدها دیگران نیز توضیحاتی به این نظریه افزودند. این تئوری که نشات گرفته از فیزیک کاربردی ذرات است، مهمترین ویژگی های جهان امروز را توضیح می دهد. در تئوری تورم قسمت های کوچک کیهان اولیه به طور تصاعدی گسترش پیدا کردند و قسمتی از فضا را که ما امروزه می بینیم، صاف تر کردند. مانند وقتی که بیشتر بادکردن یک بادکنک باعث می شود قسمت کوچکی روی سطح آن صاف تر به نظر برسد.

گفته می شود دلیل اصلی جریان یافتن این گسترش انرژی پتانسیلی وابسته به انرژی فرضی به نام inflaton است، این انرژی پتانسیل inflatin است که حرارت چشمگیر انفجار بزرگ را فراهم کرده در حین پدیده inflaton نوسانات کوانتومی در مقیاس های زیراتمی به وسیله گسترشی مهیب به اندازه های نجومی می رسند. این بزرگ تر شدن ها در سالیان دراز بعدی به همراه گرانش رشد کردند و در نهایت به پیدایش کهکشان ها و خوشه های کهکشانی کنونی انجامیدند. از نظریه تورم می توان سه نتیجه گیری کرد:

۱) فضا باید در لبه مریی آن صاف به نظر برسد.

۲) توزیع ماده در مقیاس های نجومی باید منشاء کوانتومی داشته باشد.

۳) فضا را باید پس زمینه ای از امواج گرانشی فرا گرفته باشد، که به وسیله نوسانات کوانتومی بعد از ۱۰به توان ۳۲ ثانیه از شروع جهان به وجود آمده اند. دو پیش بینی نخست اکنون با اندازه گیری ها دیده شده اند و سومی نیز احتمالاً در آینده ای نه چندان دور با اندازه گیری ها به اثبات خواهد رسید.

پروژه که فضاپیمای پژوهشی مایکروویو WMAP نام دارد، با به پایان رساندن اولین سال ماموریت چهارساله اش نقشه ای تماشایی از جهان نوزاد تهیه کرده، شگفتی ای که WMAP برای کیهان شناسان به ارمغان آورد این بود که هیچ چیز شگفت آور نبود! وبا محاسبات قبلی تطابق خوبی داشت، هرچند معلوم شد پیدایش ستارگان زودتر از آنچه پیش بینی شده بود شروع شده _ تنها ۲۰۰ میلیون سال بعد از انفجار بزرگ. WMAPموقعیت جهانی که قبلاً پیش بینی شده بود را تحکیم کرد جهانی ۱۳.۵ میلیارد ساله شامل یک سوم تا یک دوم ماده و انرژی تاریک و ۴ درصد ماده معمولی (باریونی). این پروژه همچنین مقدار به دست آمده برای ثابت هابل را تایید می کند. نتایج WMAP با ایده کلی تورم سازگاری دارند ولی تورم نظریه ای با گونه های متعدد است.

با توجه به متن نسبیت عام، پاسخ ساده است: انفجار بزرگ تنها آفریننده ماده، فضا و زمان است، بدون توضیح بیشتر. این جواب البته قانع کننده نیست و دلایلی وجود دارند که بپذیریم پاسخ عمیق تری برای این سئوال هست. نسبیت عام شرحی ناقص از گرانش است چون شامل مکانیک های کوانتومی نمی شود و گرانش را با دیگر نیروهای بنیادی تلفیق نمی کند. در حال حاضر نظریه ریسمان (که بهM Theory نیز معروف است) با وجود ناقص بودن و مورد آزمایش قرار نگرفتن بهترین تفکر را در مورد پیوند گرانش، دیگر نیروهای بنیادی و مکانیک های کوانتومی ارائه می دهد. با اینکه نظریه تورم ریشه ای در نظریه ریسمان ندارد، اما امکان دارد در آخر توضیح خود را در این نظریه بیابد و هر چند تورم نظریه ای محکم است اما به آزمایشات عملی بیشتری نیازدارد. نظریه ریسمان تاکنون توضیحی فیزیکی برای انرژی تاریک فراهم نکرده و این یک اشکال عمده است.

کشفیات جدید با بالا بردن سطح آگاهی باعث پدید آمدن چند سری سوال جدید شده اند:

ماده تاریک چیست؟ ماهیت انرژی تاریک اسرار آمیز و گرانش دفعی آن چیست؟ چرا طرز کار جهان ما تا این حد پیچیده است؟ و دنیا چطور آغاز شد؟ اینکه انرژی تاریک چگونه با اکتشافات فیزیکدانان درباره نیروهای موجود در طبیعت و ذرات درون اتمی مرتبط با آنها تعامل برقرار می کند معمایی است که همچنان بی پاسخ باقی مانده است. یک اخترشناس می گوید: "به یاد داشته باشید که ما این پدیده را انرژی تاریک می نامیم اما این نامگذاری ممکن است این باور غلط را در ذهن مخاطبان ایجاد کند که ما حقیقتاً می دانیم که آن پدیده چیست. اما باید اذعان داشت که ما واقعاً چیز زیادی در این باره نمی دانیم."

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40