انرژی و ماده تاریک

14
3863

dark

– انرژی تاریک

در کیهان‌شناسی، انرژی تاریک نوعی انرژی فرضی و شگفت‌انگیز است که سرعت انبساط جهان را می‌افزاید. انرژی تاریک رایج‌ترین راه برای توضیح‌دادن مشاهدات اخیر است که می‌گویند جهان با آهنگ رو به افزایشی (با شتاب) منبسط می‌شود. در مدل استاندارد کیهان‌شناسی حدود 73٪ از جرم-انرژی جهان از انرژی تاریک ساخته شده است. توضیح پیچیده ریاضیاتی انرژی تاریک نظریه میدان اسکالر می باشد.

– مادۀ تاریک

مادۀ تاریک ، در اخترشناسی و کیهان‌شناسی، مادّه‌ای فرضی است که چون از خود نور (امواج الکترومغناطیسی) گسیل یا بازتاب نمی‌کند، نمی‌توان آن را مستقیما” دید، اما از اثرات گرانشی موجود بر روی اجسام مرئی، مثل ستاره‌ها و کهکشان‌ها، می‌توان به وجود آن پی برد. بر اساس مشاهدات فعلی، که بر روی ساختارهایی بزرگتر از کهکشانها صورت گرفته‌است، و همچنین مطالب مربوط به انفجار بزرگ، ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل دهنده بخش زیادی از جرم موجود در جهان قابل مشاهده است. اجزای ماده تاریک جرم بسیار بیشتری از قسمت دیده شدنی کائنات دارند. فقط حدود 4٪ از مجموع کل چگالی انرژی در کیهان را می‌توان مستقیم مشاهده کرد (با توجه به اثرهای گرانشی آن)، که این مقدار شامل باریونها و تابش‌های الکترومغناطیسی نیز می‌شود. همچنین تصور می‌شود که 23٪ از ماده تاریک تشکیل شده باشد و 73٪ باقی مانده را نیز انرژی تاریک تشکیل داده باشد، که همانند ماده تاریک در فضای کائنات توزیع شده و به همان اندازه ماده تاریک ناشناخته و مجهول مانده‌است. تعیین خواص و ویژگی‌های این توده ناشناخته به یکی از مهم‌ترین مسائل کیهان‌شناسی مدرن و فیزیک ذرات تبدیل شده‌است. این نکته قابل ذکر است که اسامی «ماده تاریک» و «انرژی تاریک» در بیشتر مبین عدم اطلاع انسان از ماهیت این دو ماده و ناشناخته بودن آن است. یک اخترشناس در این باره می‌گوید: «به یاد داشته باشید که ما این پدیده را انرژى تاریک مى نامیم اما این نامگذارى ممکن است این باور غلط را در ذهن مخاطبان ایجاد کند که ما حقیقتاً مى دانیم که آن پدیده چیست. اما باید اذعان داشت که ما واقعاً چیز زیادى در این باره نمى دانیم».

با اینکه ساختار و ویژگی‌های ماده تاریک هنوز کاملا” مشخص نیست، اما این طور تصور می‌شود که بخش اعظم ماده تاریک موجود در جهان، «غیر باریونی» باشد، که به معنا آن است که دارای هیچ اتمی نیست و به وسیله نیروی مغناطیسی به سمت مواد معمولی جذب نخواهد شد. ماده سیاه غیرباریونی شامل نوترینو و احتمالا” دارای اجزای دیگری مانند مواد فرضی ای چون «آکسیون» (axions) و «ابرمتقارن» (supersymmetric) می‌باشد. برخلاف ماده تاریک باریونی، ماده تاریک غیر باریونی در شکل گرفتن عناصر در ابتدای آفرینش نقشی نداشته و وجودش تنها به دلیل جاذبه گرانشی آن اثبات می‌شود. به علاوه، اگر همه اجزایی که ماده تاریک از آنها تشکیل شده باشد ابرمتقارن باشند، واکنش‌ها و برخوردهای آن‌ها با یکدیگر موجب نابودی آن‌ها شده و فراورده‌هایی قابل مشاهده نظیر فوتون و نوترینو حاصل می‌شوند.

با اینکه وجود ماده تاریک در جهان مهم و ضروری به نظر می‌رسد، اما هنوز مدارک و دلایل قطعی مبنی بر وجود این ماده و طبیعت آن به دست نیامده‌است. با این وجود تئوری ماده تاریک به عنوان قابل قبول‌ترین فرضیه برای توجیه انحراف در حرکت وضعی کهکشان است. سرعت چرخشی ستاره‌ها در کهکشان‌ها از رابطه‌ای که از قوانین کپلر انتظار داریم پیروی نمی‌کند و برحسب فاصله از مرکز کهکشان ثابت است. برای توضیح این پدیده باید توزیع جرم در کهکشان به طور خطی با شعاع زیاد شود، اما این توضیح با مشاهدهٔ کهکشان‌ها در قسمت مرئی که نشان می‌دهد بیشتر جرم در ناحیه مرکزی متراکم شده‌است ناسازگار است. بنابراین فرض می‌شود که این جرم نایافته از مادهٔ تاریک (که آن را نمی‌بینیم) ساخته شده باشد. چند فرضیه دیگر نیز، مانند فرضیه موند (MOND) و فرضیه توز (TeVeS) برای توجیه این موضوع مطرح شده‌اند، اما هیچ کدام به اندازه نظریه ماده تاریک در مجامع علمی مقبولیت پیدا نکرده‌اند. با این وجود برخی پژوهش‌های جدید نشان داده‌است امکان دارد در مشاهدات تلسکوپ WMAP اشتباهاتی رخ داده باشد که اگر این امر ثابت شود به این نظریه اشکالاتی وارد می‌شود.

حدود 200 ميليارد كهكشان كه هر كدام داراي تقريباً 200 ميليارد ستاره است به وسيله تلسكوپ ها قابل تشخيص است. اما اين تعداد فقط 4 درصد از محل گيتي را تشكيل مي دهد.
حدود 73 درصد از جهان از ماده ديگري ساخته شده است كه «انرژي تاريك» (dark matter) ناميده مي شود. هيچ كس نمي داند كه ماهيت اين ماده ناشناخته چيست، اما مقدار اين نوع ماده از تمام اتم هاي موجود در تمام ستارگان موجود در كل كهكشان هاي قابل شناسايي گستره فضا بسيار بيشتر است. به نظر مي رسد اين نيروي عجيب، اجزاي جهان را با سرعت فزاينده اي از يكديگر دور مي كند، در حالي كه نيروي گرانش با اين نيرو مقابله كرده و از سرعت اين گسترش مي كاهد.

اين اكتشاف ها به وسيله رصدخانه مداري كه كاوشگر ناهمسانگرد ريز موج ويلكينسون (WMAP) ناميده مي شود، انجام شده است. اين كاوشگر افت و خيزهاي ناچيز موجود در پرتوهاي ريز موج پس زمينه كيهاني را اندازه مي گيرد كه در اثر پژواك هاي ميراي انفجار بزرگ به وجود آمده است…

اين يافته ها به مشاجرات فراواني كه در مورد جهان، عمر جهان، سرعت انبساط آن و تركيب آن جريان داشت، پايان داد. با استفاده از نتايج دو تحقيق ذكر شده، اخترشناسان امروز بر اين باورند كه سن جهان 13.7 ميليارد سال با تقريب چند صد هزار سال است. براساس اطلاعات موجود، جهان با سرعت شگفت آور 71 كيلومتر در ثانيه در مگابارسك در حال انبساط است. (بارسك يك واحد اخترشناسي است و تقريباً برابر 3.26 ميليون سال نوري است).

به نظر مي رسد كه چيزي در فضا نهفته است و همانند نوعي نيروي ضد گرانشي عمل مي كند. اين نيرو باعث مي شود كه به جاي آن كه جهان متراكم شود و اجزاي آن به يكديگر نزديك شود، انبساط مي يابد. از حدود بيست سال پيش حدس مي زنند كه در جهان ماده تاريك وجود دارد، چرا كه در آن زمان دريافتند كه جهان به گونه اي عمل مي كند كه انگار بسيار سنگين تر از چيزي است كه واقعاً به نظر مي رسد.

گرچه انيشتين ثابت كيهاني را بزرگترين اشتباه خود خواند اما شايد اين عامل يكي از بزرگترين دستاوردهاي مطالعات او باشد. دانشمندان براي توجيه پديده مشاهده شده همه احتمالات ممكن را در نظر گرفتند از جمله وجود سياهچاله ها، كوتوله هاي قهوه اي و ذرات غيرقابل شناسايي كه از نظر ماهيت با انواع معمولي اتم ها تفاوت دارند اما هيچ كدام از آنها نتوانست جرم بسيار زياد مشاهده شده را توجيه كند. اما داستان انرژي تاريك از سال 1998 آغاز شد. در آن زمان دانشمندان دريافتند كه بسياري از كهكشان هاي دور دست با سرعتي بسيار بيشتر از آن چه كه محاسبات موجود پيش بيني كرده اند، از يكديگر دور مي شوند تحقيقاتي كه روي انواع ويژه اي از ابر نواختر ها (Supernova) انجام شد بيانگر آن بود كه محاسبات انجام شده اشتباهي نداشت، به عبارت ديگر محاسبات دقيق نشان دهنده آن بود كه سرعت انبساط جهان لحظه به لحظه در حال افزايش است و از سرعت اين انبساط كاسته نمي شود.

به نظر مي رسد كشف بعضي از انواع نيروهاي غيرمنتظره غيرقابل شناسايي كه باعث مي شوند ساختار فضا به طور مرتب از يكديگر فاصله گرفته و از هم دور شوند مويد مشاهدات هالدين (JBS Haldane) دانشمند انگليسي است كه سال ها پيش صورت گرفته است. وي مي گويد: «جهان عجيب تر از چيزي است كه فكر مي كنيم، جهان حتي عجيب تر از چيزي است كه بتوان فكرش را كرد.»

يك بار ديگر پرسش هاي اساسي بسياري در مورد ماهيت جهان مطرح شده است: ماهيت فضا، زمان، انرژي و ماده چيست؟ اكنون يك بار ديگر زمان آن فرا رسيده است كه نظريه پردازان تفسيري بر اين مشاهدات ارائه دهند و در مرحله بعد آزمايشاتي را طراحي كنند كه مويد نظريه هاي آنان باشد.

بنابراين دانشمندان يكبار ديگر توجه خود را معطوف همان پديده اي كرده اند كه براي اولين بار شاهدي بر انفجار بزرگ (Big Bang) محسوب مي شد، يعني تابش پس زمينه ريز موج كيهاني. اين تابش ها اولين پرتوهاي پس از تولد جهان محسوب مي شوند. دانشمندان درصددند با انجام آزمايش هاي متعددي در چند رشته مختلف از جمله آزمايش هاي صورت گرفته در جنوبگان و استفاده از بالون هاي در ارتفاع هاي بسيار بالا تصوير دقيق تري از كيهان به دست آورند: به نظر مي رسد جهان بايد شامل چيز ديگري به غير از اين اتم هاي معمولي باشد و به همين نام ماده تاريك براي آنان انتخاب شد.

رئيس موسسه اخترشناسي كمبريج در اين مورد مي گويد: «اما WMAP با اطلاعات بسيار دقيقي كه از فضاپيماي كوچكي در فاصله چند ميليون كيلومتري ارسال مي كند شواهد بسيار محكمي ارائه كرده است. ماده تاريك به طور يكنواخت در تمام جهان پراكنده شده، و در فضاهاي خالي مخفي شده است. ماهيت ماده تاريك هنوز به صورت يك راز است. اين احتمال واقعاً وجود دارد كه طي 5 تا 10 سال آينده ما به ماهيت واقعي ماده تاريك پي ببريم، اما من اميد چنداني براي درك ماهيت انرژي تاريك ندارم، مگر آن كه يك تئوري منسجم ارائه شود كه ماهيت فضا و زمان را براي ما به طور دقيق تر روشن سازد.»

منابع :
دانشنامه ویکی پدیا
روزنامه شرق – تيم ردفورد – ترجمه سليمان فرهاديان



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

14 دیدگاه‌ها

  1. سلام.
    متشكرم ازمطالب مفيدي كه در اختيارمون گذاشتين.راستش تاحدودي در رابطه بااين قضيه ي ماده وانرژي تاريك سايت هاي مختلفيو ديدم ومطالب متعددي رو خوندم اماهنوزم معتقدم بعداز13.7ميلياردسال واندي گذشتن ازسن جهان اگه بخواهيم فرض هم كنيم كه ماده ي تاريك ازاغاز خلقت دنياوجودداشته وطبق ادعايي كه گفته ميشه باعث انبساط ودورشدن كهكشان ها درجهان ميشه وروز به روزم درحال افزايشه پس چطورازاون زمان تابه امروز شاهدكشفيات مختلف ابرنواخترهاوستارگان وسيارات مختلفيم..مگرنه اينكه باگذشت اين همه مدت ميبايست فاصله ي تمام اجزا انقدردورميشد كه قابل دسترسي ونظارت نباشد؟

  2. به نظر من ماده تاریک وجود داره. با توجه به مدل ریاضی که من استفاده کردم به نظر می آید ماده تاریک در بعضی عناصر بیشتر و در بعضی عناصر دیگر کمتر وجود داره. ترازهای انرژی ماده تاریک در سیلیسیم بیشتر از همه است. ( در ضمن سورت تاریخی کامنت ها رو از بزرگ به کوچک کنید)

  3. سلام
    مطالب خوبی بود جای تشکر داره
    خودم هم که عاشق فیزیک هستم تحقیقاتی در مورد خاصیتهای ماده تاریک انجام داده ام و ۳ خاصیت ذاتی ماده تاریک را تا حدودی میتوانم اثبات کنم

  4. سلام اگه یادتون باشه زمان بعد از نیوتونمتوجه شدن که تیر انحراف داره و با تئوری نیوتون فابل اندازه گیری نیست بعد اون زمان به جای این که به مغزشون فشار بیارن فکر کنن اومدن گفتن که سیاره یا قمر کشف نشده هست که انحراف رو ایجاد کرده بعد انیشتین اوکد گفت نسبیت بعد اونا گفتن ثابتش کن که گفت باید رو اجرام بزرگ امتحان بشه (نیروی اضافه ی خورشید)تا نیوتون خطا کنه و نسبیت برنده بشه.حالا که چند سال گذشته و این انحراف رفته تو اجرامی بزرگ تر مثله کهکشان ها دانشمند ها به جای اینکه بگن اشکال از تئوری انیشتین میتونه باشه و به فرمول اصل کاری بچسبن مثل دانشمند ها قبل انیشتین اومدن کارو راحت کردن فقط چون نمیتونن بگن قمر یا سیاره کشف نشده میگن ماده ی تاریک ماده ی کشف نشده واقعا جای یک انیشتین دوباره کمه

    • آفرین، تحلیل مناسب و قشنگی کردی…احتمالاً ماده تاریک از درون اصلاح و یا تکمیل محاسبات و معادلات فیزیک نوین مخصوصاً نسبیت بیرون میاد نه اینکه ماده یا انرژی مجهولی کشف بشه…نظرتون قابل تحسینه

      • درسته یه چیزی بجز این همه چیز هست خب درسته حالا اینا میگن ماده تاریک ولی یچیزی هست مگرنه گرانش وجود نخواهد داشت مگرنه خمیدگی وجود نخواهد داشت مگرنه سیاه چاله وجود نخواهد داشت …..کاری به مهادلات نیست

  5. اول از همه تبریک!
    و فکر کنم این اولین کامنت سایتتون باشه پس جا داره بیام هوار بزنم اول . . . اول . . ولی خب من با جنبم از این کارا نمیکنم!

    مطالبتون که همیشه خوبه فقط یه توصیه دوستانه.
    سعی کنید توی ویرایش هاتون حتما این مهم رو در نظر داشته باشین که همونطور که شروه خط هاتون از یک نقطه مشخصه پایانشون هم یه جای خاص باشه.
    منظورم اینه که توی هر خط جمله هاتون منظم باشه. کلید JUSTIFY رو هم بزنید.

    موفق باشین.راستی شکلک هم یادتون نره برای قسمت کامنت ها البته خب سلیقست!