آیا “انرژی تاریک” واقعاً وجود دارد؟

بیگ بنگ: بر اساس بهترین دانسته‌های کنونی ما، جهان در حال انبساط است و سرعت این انبساط نیز به‌مرور افزایش می‌یابد که علت آن انرژی تاریک است.

به گزارش بیگ بنگ، دانشمندان معتقدند عامل این پدیده چیزی است که «ثابت کیهان‌شناسی» نام دارد؛ مفهومی که نخستین‌بار آلبرت اینشتین آن را در نظریه نسبیت عام مطرح کرد. در دهه‌های اخیر، این مفهوم بیشتر با نام انرژی تاریک شناخته می‌شود؛ مؤلفه‌ای مرموز که تصور می‌شود حدود ۷۰ درصد کل محتوای جهان را تشکیل می‌دهد.

یکی از مهم‌ترین شواهدی که به این نتیجه منجر شد، مطالعه ابرنواخترهای نوع Ia بود؛ انفجارهای عظیم ستاره‌های کوتوله سفید. دانشمندان بر این باورند که این ابرنواخترها تقریباً با درخشندگی ذاتی مشخص و ثابتی می‌درخشند. همین ویژگی به اخترشناسان اجازه می‌دهد فاصله آن‌ها را با دقت بسیار بالا اندازه‌گیری کنند و از این طریق، روند انبساط جهان را دنبال کنند. اهمیت این کشف به اندازه‌ای بود که در سال ۲۰۱۱ جایزه نوبل فیزیک به آن تعلق گرفت.

دانشمندان معتقدند شتاب گرفتن انبساط جهان، ناشی از ویژگی عجیبی به نام فشار منفی است؛ خاصیتی که به “انرژی تاریک” اجازه می‌دهد بر نیروی جاذبه غلبه کند و باعث شود جهان با سرعتی فزاینده از هم دور شود. با این حال، ماهیت واقعی انرژی تاریک همچنان یکی از بزرگ‌ترین معماهای فیزیک مدرن است. این پدیده را نمی‌توان با بهترین نظریه فعلی ما درباره ذرات بنیادی و نیروهای طبیعت، یعنی مدل استاندارد فیزیک ذرات، توضیح داد.

در مقابل، انرژی تاریک بخش جدایی‌ناپذیر مدل استاندارد کیهان‌شناسی است؛ مدلی که برای توضیح شکل‌گیری و تکامل جهان در مقیاس‌های بزرگ ارائه شده و با نام مدل ΛCDM (ماده تاریک سرد لامبدا) شناخته می‌شود.

شواهد مهم دیگری نیز از وجود “انرژی تاریک” پشتیبانی می‌کنند؛ از جمله نوسانات دمای تابش زمینه کیهانی (CMB)، که بازتاب نور باقی‌مانده از بیگ بنگ است، و همچنین نوسان‌های آکوستیکی باریونی (BAO)؛ ردپای امواج صوتی نخستین جهان که هنوز در نحوه توزیع کهکشان‌ها قابل مشاهده است. با این حال، در سال‌های اخیر و با ورود داده‌های دقیق‌تر، مدل ΛCDM بیش از گذشته زیر ذره‌بین دانشمندان قرار گرفته است.

در همین راستا، کنفرانسی که توسط انجمن سلطنتی بریتانیا برگزار شد، به بررسی شکاف‌ها و چالش‌های نوظهور در مدل استاندارد کیهان‌شناسی اختصاص داشت. در این نشست، برخی پژوهشگران هشدار دادند که شاید بخشی از موفقیت‌های گذشته این مدل، تا حدی ناشی از «سوگیری تأییدی» (Confirmation Bias) بوده باشد؛ گرایشی ناخودآگاه که باعث می‌شود افراد شواهدی را که باورهای قبلی‌شان را تأیید می‌کند بیشتر بپذیرند، اما به داده‌هایی که آن باورها را به چالش می‌کشند، توجه کمتری نشان دهند.

آیا چارچوب فعلی کیهان‌شناسی نقص دارد؟

بیشتر کیهان‌شناسان هنوز با این انتقادها موافق نیستند و همچنان معتقدند که مجموعه گسترده‌ای از شواهد نشان می‌دهد انبساط جهان با گذشت زمان شتاب می‌گیرد. اما نکته مهم اینجاست که تقریباً تمام این تحلیل‌ها، از جمله مطالعات مربوط به تابش زمینه کیهانی(CMB) و نوسان‌های آکوستیکی باریونی (BAO)، بر پایه راه‌حل ویژه‌ای از معادلات اینشتین انجام می‌شوند که به چارچوب FLRW (فریدمن–لومتر–رابرتسون–واکر) معروف است.

این چارچوب بر پایه اصل کیهان‌شناختی بنا شده؛ اصلی که می‌گوید جهان، در مقیاس‌های بسیار بزرگ، به‌طور میانگین همگن و همسانگرد است؛ یعنی در هر جهتی که به آن نگاه کنیم، تقریباً یکسان به نظر می‌رسد. اما پژوهش اخیر ما شواهدی ارائه کرده که این چارچوب را به چالش می‌کشد. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد جهان ممکن است نامتقارن یا ناهم‌تراز (Lopsided) باشد.

به باور ما، اگر این نتیجه درست باشد، پیامد آن بسیار عمیق است؛ زیرا پایه و اساس تحلیل‌های استاندارد داده‌های کیهان‌شناسی را زیر سؤال می‌برد و در نتیجه، یکی از مهم‌ترین ستون‌های فرضیه “انرژی تاریک” را متزلزل می‌کند.

یکی از شواهد اصلی برای وجود انرژی تاریک، از بررسی نوسانات دمای تابش زمینه کیهانی(CMB)، یعنی نور باقی‌مانده از بیگ بنگ، به دست آمده است. مشاهدۀ اینکه جهان ممکن است جهت‌گیری ترجیحی داشته باشد، با نام «ناهنجاری دوقطبی کیهانی» (Cosmic Dipole Anomaly) شناخته می‌شود.

این ناهنجاری را نمی‌توان صرفاً با تغییر چند پارامتر در مدل ΛCDM برطرف کرد. اگر این پدیده واقعی باشد، لازم است “مدل کیهان” را از ابتدا و بر اساس مشاهدات واقعی بازسازی کنیم، نه اینکه صرفاً بر یک اصل فلسفی تکیه داشته باشیم.

“جیم پیبلز” اخترفیزیکدان برنده جایزه نوبل، گفته است که ناهنجاری دوقطبی کیهانی از نظر استحکام شواهد، تقریباً هم‌سطح پدیده شناخته‌شده دیگری به نام تنش هابل(Hubble Tension) است. با این حال، او تأکید می‌کند که این ناهنجاری تاکنون تنها بخش کوچکی از توجهی را که به تنش هابل شده، دریافت کرده است.

من به همراه همکارانم، “محمد رامیز” و “آنیمش ساه” پژوهشگر دکترای مؤسسه تحقیقات بنیادی تاتا در بمبئی، همچنین نشان دادیم که شتاب انبساط جهان که از داده‌های ابرنواخترهای نوع Ia به دست می‌آید، در همه جهت‌های آسمان یکسان نیست.

نکته جالب این است که این سیگنال ابرنواخترها تا حد زیادی با اختلاف دمایی موجود در تابش زمینه کیهانی هم‌راستا است. این اختلاف دما که با نام ناهمسانگردی دوقطبی CMB شناخته می‌شود، تاکنون عمدتاً به حرکت محلی منظومه شمسی نسبت داده شده است.

«ناظرانِ متمایل»؛ آیا شتاب انبساط جهان فقط یک توهم است؟

اگر چنین باشد، شتابی که از داده‌های ابرنواخترها استنباط می‌کنیم، لزوماً ناشی از انرژی تاریک نیست. بلکه ممکن است صرفاً یک توهم رصدی باشد؛ زیرا ما «ناظرانِ متمایل» (Tilted Observers) هستیم. منظور از این اصطلاح آن است که زمین و کهکشان ما در موقعیت ویژه‌ای از کیهان قرار دارند؛ جایی که کهکشان‌های همسایه در یک حرکت جمعی و گسترده، اما محلی، موسوم به «جریان حجمی» (Bulk Flow) در حال حرکت هستند. این حرکت می‌تواند برداشت ما از سرعت انبساط کیهان را تحت تأثیر قرار دهد.

رابطۀ میان درخشندگی ذاتی ابرنواخترهای نوع Ia و فاصلۀ آن‌ها، یکی از پایه‌های اصلی فرضیه وجود انرژی تاریک بوده است. اما اکنون این احتمال وجود دارد که این رابطه، آن‌قدر که در ابتدا تصور می‌شد، قابل اعتماد نباشد.

اخترشناسانی در کره‌جنوبی شواهدی پیدا کرده‌اند که نشان می‌دهد سن کوتوله‌های سفید (ستاره‌هایی که بعدها به ابرنواخترهای نوع Ia تبدیل می‌شوند) می‌تواند بر میزان درخشندگی آن‌ها تأثیر بگذارد. البته گروه پژوهشی دیگری این نتیجه را به چالش کشیده است.

ما نیز در پژوهش خود، پس از آنکه وابستگی درخشندگی ذاتی ابرنواخترها به سن ستاره‌های مادر را در محاسبات لحاظ کردیم، به نتیجه‌ای کاملاً متفاوت رسیدیم: داده‌ها نشان می‌دهند که جهان ممکن است نه در حال شتاب گرفتن، بلکه در حال کاهش سرعت انبساط باشد. این دقیقاً همان چیزی است که از جهانی بدون انرژی تاریک انتظار می‌رود.

البته چنین نتیجه‌ای برای بسیاری از کیهان‌شناسان شگفت‌آور خواهد بود؛ زیرا آن‌ها معتقدند شواهد مستقل و قدرتمندی برای درستی مدل ΛCDM وجود دارد، به‌ویژه از بررسی تابش زمینه کیهانی (CMB). اما نویسندگان این مقاله تأکید می‌کنند که نوسانات دمای تابش زمینه کیهانی مستقیماً تحت تأثیر انرژی تاریک نیستند. این نوسانات بیشتر به ویژگی‌هایی مانند: خمیدگی فضایی جهان، چگالی ماده معمولی (باریونی) و چگالی ماده تاریک وابسته هستند.

بنابراین، اینکه آیا “انرژی تاریک” واقعاً وجود دارد یا نه، تا حد زیادی به این بستگی دارد که آیا توزیع ماده در جهان واقعاً در همه جهت‌ها یکسان (همسانگرد) است یا خیر. اما به گفتۀ نویسندگان، مشاهدات جدید تصویر دیگری را نشان می‌دهند. اگر این یافته‌ها در پژوهش‌های آینده نیز تأیید شوند، ممکن است با یکی از بزرگ‌ترین تغییرات پارادایم در تاریخ کیهان‌شناسی روبه‌رو شویم؛ تغییری که می‌تواند برداشت ما از انبساط جهان و حتی وجود انرژی تاریک را به‌طور اساسی دگرگون کند.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: theconversation.com

لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=109839