3 _دليل انباشتگى ماده در عالم چيست؟

اگر جهان كاملاً متقارن مى بود هيچ سياره، ذره و يا بشرى وجود نمى داشت، زيرا در چنين حالتى،  عالم هستى دقيقاً به يك ميزان توسط ذره ها و پادذره ها آكنده مى گشت و آن گاه ذره ها و پادذره ها به سرعت منهدم مى شدند و حاصل آن انتشار پرتو گاما مى بود. چنين جهانى مملو از تشعشعات و فاقد هرگونه اتم مى بود.

 

 

 

در هر حال، هيچ پادماده اى واقعاً در جهان حضور ندارد كه البته توضيح چنين مطلبى براى نظريه پردازان مشكل است
انبساط و تورمى كه مدنظر گات است (و پيشتر به آن اشاره شد) مى بايست تامين كننده مقادير يكسانى از ماده و پادماده باشد.

البته اگر مقدار ماده و پادماده دقيقاً به يك ميزان مى بود و موجب انهدام طرف مقابل مى شد آن گاه ديگر نظريه پردازى وجود نمى داشت تا اين فرضيه ها را ابراز نمايد.

اكنون اين سئوال پيش مى آيد كه ماده چگونه توانسته از انهدام، جان سالم به در برد؟ اين احتمال وجود دارد كه پاد ماده هنوز در جهان باقى باشد لكن مقيم نقطه اى از عالم است كه آنقدر از ما دور است كه نمى توان آن را مشاهده كرد. جاناتان فنگ فيزيكدان دانشگاه كاليفرنيا (ارواين) اشاره مى  كند كه: «مى توان تصور كرد در جايى ديگر مواردى مانند پاد بشر و پاد كهكشان هايى وجود داشته باشد لكن اين موضوع پيامدها و نتايجى در برخواهد داشت كه هنوز قابل درك نيست
احتمال دوم اين است كه ما فرض كنيم عالم كاملاً متقارن است اما همين جهان متقارن پس از روى دادن انفجار بزرگ (مهبانگ) از اتفاقى به نام «فاجعه انهدام» احتراز كرده باشد و مى توان براى استدلال چنين بيان كرد كه علت اين امر تمايل (اندك) قوانين فيزيك به سمت ماده است.

همين اندك رجحان موجود، موجب خلق مقدار اندكى ماده اضافى شده است و جهانى كه امروز مى بينيم توسط همان بقايا ايجاد شده است.

در اواسط دهه ۱۹۶۰ جيمز كرونين و وال فيچ دو فيزيكدان آمريكايى در آزمايشات خود به نتايجى دست يافتند كه همكارانشان را حيرت زده كرد. آنان در آزمايشات خود نشان دادند كه در ۲/۰ درصد از مواردى كه منجر به انهدام ذرات بنيادى خاصى مى شود، تقارن مورد انتظار رعايت نمى شود. پس از اين آزمايش، كيهان شناسان بلافاصله اين مطلب را مطرح كردند كه احتمالاً نتايج به دست آمده از آزمايشات فوق مى تواند توجيهى براى وجود ماده در عالم باشد، لكن هنوز تا نيل به نتيجه قطعى راه درازى در پيش است.
 

۴ _ نحوه شكل گيرى كهكشان ها چگونه بوده است؟

وايت مى گويد: «ما توصيفى مصور و تصويرگونه از نحوه شكل گيرى كهكشان  ها در دست داريم كه وضعيتى كلى را براى ما نمايان مى سازد لكن اين مورد از استحكام لازم برخوردار نيست
توده هاى ماده در عالم نوپا از كجا آمده و چگونه اين توده  ها در دوران هاى بعدى به وسيله نيروى گرانشى تقويت شده و به كهكشان  ها تبديل شده اند ؟ كيهان شناسان قادر به پاسخگويى به اين قبيل پرسش ها نيستند اما بر سر اين مطلب توافق دارند كه توده هاى ماده اى كه در سرتاسر عالم نوپا پراكنده شده بودند در اثر گرانش حاصل از وجود خود، فرو ريخته اند و در همين حين پروتون ها و نوترون ها (كه مجموعاً باريون ناميده مى شوند) را در پى خود مى كشند و موجب بالا رفتن دماى آنها مى شوند.

باريون هاى پرسرعت با يكديگر برخورد كرده و انرژى از دست دادند. آن گاه (مانند سنگى در چشمه) در چشمه هاى گرانشى ته نشين گشتند.

با توجه به موارد فوق، اگرچه مدل هاى سه بعدى كهكشانى، مدل حبابى عالم را به طريقى كلى مورد تاييد قرار مى دهد لكن جزئيات مربوط به آن بسيار دشوار است و درك آن به آسانى قابل درك نيست.

اكنون سئوالى پيش روى ما قرار دارد مبنى بر اينكه آيا برخورد كهكشان هاى مارپيچى موجب ايجاد كهكشان هاى بيضوى مى شود؟
اگر پاسخ ما به اين پرسش مثبت باشد، مسئله ديگرى كه وجود دارد اين است كه چرا اين دو نوع كهكشان رد پاى متفاوتى از خود بر جاى مى گذارند؟

به اين دليل كه انجام محاسبات براى تعيين فواصل كهكشانى مستلزم صرف زمان زيادى است، پيشرفت هاى صورت گرفته در مسير حل پرسش هاى فوق به كندى انجام شده است، لكن فعاليت هاى مداومى در اين راستا انجام پذيرفته است. گروهى انگليسى _ استراليايى كه مسئوليت تحقيق درباره قرمزگرايى كهكشان df2  را بر عهده دارند، فاصله بيش از دويست و بيست هزار كهكشان را به دست آورده اند و گروهى به نام SDSS  نيز انتظار دارند كه تا پايان سال ۲۰۰۵ ميلادى كه كاوش مذكور به مرحله مطلوبى برسد نقشه اى سه بعدى از حدود يك ميليون كهكشان را تهيه كنند. لازم به ذكر است كه گروه SDSS  تاكنون فواصل بيش از دويست هزار كهكشان را محاسبه كرده اند.

ديويد وينبرگ اخترفيزيكدان دانشگاه ايالتى اوهايو مى گويد: «فى الواقع، داده هاى مذكور مى بايست در يافتن روزنى به سوى پاسخ اين پرسش كه كهكشان ها چگونه پديد آمده اند به ما كمك شايانى بكند.»
 

5_ ماده تاريك سرد چيست؟

مى دانيم كه مجموع ستارگان و كهكشان ها جرمى كمتر از ۵/۰ درصد از كل جرم موجود در عالم را تشكيل مى دهند و حتى اگر ابرهاى نامرئى تشكيل شده از اتم ها را (كه برخى عقيده دارند در نقاط دوردست عالم شناور هستند) به اين مقدار بيفزاييم، ميزان فوق از ۴۰ درصد تجاوز نمى كند.

مابقى آن متشكل از ماده تاريك سرد و انرژى تاريك است. اگرچه ستاره شناسان قادر به مشاهده مستقيم ماده تاريك نيستند، لكن بر اين عقيده اند كه ميزان آن به حدود ۲۳ درصد ماده موجود در عالم مى رسد. استدلال آنها در اين مورد بر پايه بررسى هايى است كه بر روى نحوه كشيده شدن ستارگان به وسيله ماده تاريك و همين طور پديده خمش نور است. ماده تاريك سرد در طول خلاء موجود در كيهان، به صورت يك رشته مجتمع شده اند كه طولى در حدود چند صد ميليارد سال نورى را در برمى گيرد.

 

 

 

چنين تصويرى به اين مورد اشاره مى كند كه ماده تاريك، حركتى كند دارد و به همين دليل از دماى پايينى برخوردار است

 

اگر ماده تاريك، گرم و پرسرعت مى بود، در زمان هاى بسيار دور موجب محو شدن جرم جهان مى شد و همين امر از شكل گيرى كهكشان ها جلوگيرى مى كرد. در ضمن واكنش ذرات ماده تاريك سرد با مواد معمول، مى بايست بسيار ضعيف باشد (البته اگر نخواهيم وقوع اين امر را به طور كامل نفى كنيم). در غير اين صورت هاله هاى كروى شكل ماده تاريك كه راه شيرى و ساير كهكشان ها را احاطه كرده اند مسطح مى شدند و به شكل صفحات كهكشان مانندى در مى آمدند. اگر ذرات ماده تاريك تنها با مواد عادى واكنش مى دادند (كه فى الواقع همين طور است) آشكار نمودن آنها آسان مى بود.

اما اين واكنش ها به قدرى ضعيف هستند كه آشكار كردن آنها براى ما امكان ندارد. علاوه بر اين، براى بيشتر اين ذرات زمانى طولانى تر از عمر عالم هستى لازم است تا اولين برخورد خويش را تجربه كنند. فيزيكدان ها در حال بررسى دو راهكار هستند تا به ماهيت اين ذرات ناشناخته پى ببرند.يكى از اين راهكارها، بررسى اين مورد در مقياس وسيع است و چنين بيان مى شود كه انهدام ذرات ماده تاريك و پادذره هاى آنها در مركز كهكشان راه شيرى و يا در هسته خورشيد لزوماً،  مى بايست موجب تشكيل نوترينو بشود. در چنين وضعيتى كه نوترينوها به طور ضعيفى با مواد وارد واكنش مى شوند، مى بايست گاه و بيگاه يكى از اين ذرات بنيادى با يك مولكول آب برخورد كند و تشعشعى از نور را آزاد كند.

فيزيكدان ها به اين اميد كه يكى از اين پرتوها را آشكار نمايند، در حال تبديل درياى مديترانه، درياى آدرياتيك (اين دريا بخشى از درياى مديترانه است كه توسط كشورهاى ايتاليا، كرواسى، اسلونى، بوسنى و مونته نگرو احاطه شده است) و كانون يخى قطب جنوب به يك رصدخانه عظيم و پهناور براى آشكارسازى نوترينوها هستند و اين كار را با قرار دادن رشته هاى طويلى در زير آب و يخ (البته رشته هاى حساس به نور) انجام مى دهند.
ايده ديگر در اين رابطه بررسى جزيى اما دقيق است. براى مطالعه جزء به جزء اين مطلب دو حسگر به نام هاى CDMSI و CDMSII  در حال فعاليت هستند كه اولى در دانشگاه استنفورد ساخته شده و در اتاقى حدود ده متر زيرزمين قرار دارد و ديگرى كه در اواخر سال ۲۰۰۳ شروع به كار كرده در يك معدن آهن در مينه سوتا و در حدود ۷۴۰ مترى سطح زمين قرار گرفته است
در سال ۲۰۰۰ ميلادى گروهى از محققان ايتاليايى كه سرگرم انجام DAMA  پروژه اى در رابطه با ماده تاريك) بودند، ادعا كردند كه ماده تاريك را يافته اند. اما نتايج مذكور به سرعت و به طور گسترده دچار بى اعتبارى شد زيرا پژوهشگران ديگر موفق به تاييد اين يافته  ها نشدند و در نتيجه نتوانستند ادعاى گروه مذكور را تاييد كنند.

در همين اثنا آزمايشات ديگرى در ايالات متحده، ايتاليا، آلمان و ژاپن انجام پذيرفت اما هيچ كدام موفق به يافتن شواهدى كه خالى از ابهام باشد و در عين حال به شواهدى مبنى بر وجود ذرات ماده تاريك (كه تصور مى شد بسيار فراوان باشند) دلالت نمايد، نشدند.

 

۶ _ آيا تمامى باريون ها در درون كهكشان ها شكل گرفته اند؟

تنها ده درصد از ماده نرمال و معمول موجود در عالم (منظور مواد باريونيك است كه از پروتون ها، نوترون ها و الكترون ها تشكيل شده اند) در داخل ستارگان قرار دارند.

ستاره شناسان درصدد هستند تا باريون هاى بيشترى را در كوازارها بيابند، كوازارها اجرام درخشانى هستند كه در فواصل دوردستى از زمين قرار دارند و نيرو محركه شان توسط سياهچاله ها تامين مى شود.

اگر نور كوازار در راه خود به سوى زمين از ميان باريون هاى گازى عبور كند، اتم هاى موجود در گاز، اثر خود را در قالب خطوط جذبى بر طيف كوازار باقى خواهند گذاشت.

لكن مسئله اينجاست كه ستاره شناسان تنها كسر كوچكى از آنچه كه انتظارش را مى داشتند، يافتند و اكنون اين سئوال مطرح مى شود كه باريون ها كجا رفته اند؟ بيشتر اخترفيزيكدان ها بر اين عقيده اند كه باريون هاى مذكور جايى نرفته اند و هنوز در فضا غوطه ور هستند، لكن از ميلياردها سال قبل كه ابرهاى گازى شكل گرفته  اند، باريون ها با يكديگر برخورد كرده و انرژى آزاد كرده اند و به واسطه اين انرژى دماى گازها را تا حدود يك ميليون درجه سانتى گراد افزايش داده اند. جرى آستريكر اخترفيزيكدان دانشگاه پرينستون مى گويد: «گاز در اين محدوده هاى دمايى جذب و نشر كاملى ندارد و اين يك تصادف ناميمون است .

ديويد وينبرگ و همكارانش در سال ۲۰۰۱ به مدت يك هفته از رصدخانه پرتوايكس چاندرا استفاده نمودند تا گواهى دال بر وجود گاز در هاله هايى از ماده تاريك كه كهكشان ها را احاطه كرده اند، بيابند.

وينبرگ ۹۰ درصد مطمئن است كه ردپاى گاز را در داده   هاى مربوط به جذب پرتوايكس مشاهده كرده است اما مى گويد كه وى براى حصول اطمينان كامل نيازمند زمان بيشترى بوده است. البته او اقرار مى كند كه: «اختصاص چنين زمانى براى يك رصد خاص كه ممكن است هيچ نتيجه اى در بر نداشته باشد مدت زيادى به حساب مى آيد. اما اين مسير مى توانست بهترين راه براى دريافتن اين مطلب باشد كه امروزه باريون  ها كجا هستند.»
مورد مذكور يكى از موارد اساسى در مسير ارائه تصويرى روشن از كيهان است.

 

۷- انرژى تاريك چيست؟

براى تامين نيرو محركه لازم براى حفظ شتاب كنونى عالم، مى بايست تا ۷۳ درصد از كل چگالى عالم توسط انرژى تاريك اشتغال شده باشد.

بزرگ ترين مشكل كه بر سر راه اين ايده وجود دارد اين است كه هيچكس نظرى درباره ماهيت انرژى تاريك ندارد
مايكل ترنر از دانشگاه شيكاگو مى گويد: «آنچه ما تاكنون توانسته ايم انجام دهيم تنها نامگذارى اين انرژى بوده است.» اين انرژى مى تواند بى ارتباط با جهان باشد (به طور مثال خود خلأ) و يا تاثيرات ابعاد فضايى پنهان داشته باشد. اما حداقل ستاره شناسان مى دانند كه اين انرژى چه مى كند.

پرل ماتر مى گويد: «انرژى مذكور مانند انرژى پادگرانى حالت دافعه دارد اما اينطور نيست كه با ويژگى ذاتى ذرات بى ارتباط باشد و به طور مستقيم در فضا عمل مى كند.

وضعيت ارتجاعى موجود در فضا اندكى شبيه به انبساط عالم نوپا است و تنها تفاوت در اينجاست كه انرژى تاريك در اين مدت طولانى تاثيرات بسيار كمترى را بر جاى گذاشته است.

فيزيكدان ها در تلاشند تا با بهره گيرى از نظريه هاى فيزيكى مورد قبول دانشمندان چگالى انرژى تاريك را محاسبه كنند. اما نتايجى كه به دست آورده اند با واقعيت سازگارى ندارد. تاكنون مقدار محاسبه شده در حدود  ۱۰^۶۰ برابر بزرگتر از ميزان مشاهده شده است. (البته برخى معتقدند كه اين مقدار مى تواند تا ۱۰۲۰ هم پيش برود.

كيهان شناسان همواره با اعداد و ارقام بزرگ سروكار داشته اند اما حتى آنها نيز از چنين اختلافى دچار نگرانى شده اند. كولب مى گويد: «تمامى اين صفر ها (منظور اختلاف هاى موجود است) بيانگر اين مطلب است كه هنوز در فرضيه هاى ما يك مطلب اساسى از قلم افتاده است.

 

۸- چگالى عالم چقدر است؟

بيشتر ماده و انرژى موجود در عالم با انبساط آن تنها در اختيار مواد و نيروى گرانشى حاصل از آنها مى بود، تاكنون اين نيرو موجب سقوط عالم و بازگشت آن به وضعيت نقطه اى شده بود. اما انرژى تاريك باعث گسترش عالم شده است. به تحقيق سرنوشت جهان هستى نامعلوم است زيرا دانسته هاى ما در رابطه با انرژى تاريك، ناقص و سطحى است. علت وجود شتاب در جهان در مسير انبساط، وجود انرژى تاريك است و اگر چگالى انرژى تاريك، ثابتى جهانى باشد و يا حداقل در سرتاسر عالم ميزانى مثبت را اختيار كند آن گاه پيروزى از آن انرژى تاريك خواهد بود.

با توجه به موارد فوق جهان هستى با سرعتى كه به صورت يكنواخت افزايش مى يابد به انبساط خود ادامه خواهد داد و بنابراين تا صد ميليارد سال آينده ما با تلسكوپ هاى امروزى تنها مى توانيم تعداد انگشت شمارى از كهكشان ها را مشاهده كنيم. اما انرژى تاريك (ثابت كيهانى مشهور اينشتين) مى تواند در واقع متغير باشد. حتى اين مقدار مى تواند منفى هم بشود كه البته در اين صورت جهان به سوى سقوط پيش خواهد رفت.

سر مارتين ريس، اختر فيزيكدان دانشگاه كمبريج مى گويد: «حتى اگر اين مقدار، اندكى از صفر كوچكتر بشود مى تواند موجبات سقوط (رمبش) عالم را فراهم كند.» امروزه هيچ تلكسوپى آنقدر برد ندارد كه براى ما روشن سازد كه كدام نظر صحيح است.