توضیح «انرژی تاریک» می تواند ساده باشد!

0
961

بیگ بنگ: دهه هاست که دانشمندان بر این واقعیت تکیه کرده‌اند که کیهان در حال انبساط است. به لحاظ منطقی، گرانش باید کهکشان ها را نزدیک همدیگر بکشد، اما مشاهدات در دهه 1990 نشان داد که کیهان با سرعت پر شتابی در حال انبسط است. دانشمندان آن را به “انرژی تاریک” نسبت می دهند.

به گزارش بیگ بنگ، انرژی تاریک که نباید آن را با ماده تاریک اشتباه گرفت، نیرویی فرضی میباشد که در حدود 68.3 درصد از انرژی موجود در جهان قابل مشاهده را تشکیل می دهد و کهکشان ها را از هم دور نگه می دارد. اما علی رغم حجم کثیری از شواهد غیر مستقیم دال بر وجود آن، هیچ کس قادر به شناسایی مستقیم انرژی تاریک یا توضیح دقیق منشأ آن نیست.

اکنون گویی یک مطالعه جدید سعی در حل این معما دارد. انرژی تاریک کاملا منطقی است… با فرض اینکه، یکی از اساسی ترین قوانین در جهان نقض می گردد، بدون آنکه ما متوجهم چنین چیزی باشیم. پایستگی انرژی همان قانون بنیادی می باشد؛ قانونی که همه ما در درس علوم تجربی دبیرستان آن را فرا گرفتیم؛ بر اساس این قانون، انرژی در سیستم مجزا نه میتواند ایجاد و نه می تواند نابود شود، بلکه از شکلی به شکل دیگر تغییر می یابد.

اما مطالعه جدید ادعا می کند که اگر جهان در دوران نخست تولدش به تراوش انرژی می پرداخت، با اتکاء بر آن، میتوان انرژی تاریک را نیز توضیح داد. مهمتر از آن، تیم محققان بر این باور است که قانون فوق الذکر آنقدر به طرز ظریفی نقض شده که امکان مشاهده آن را از ما سلب کرده است. خب آیا نیازی به چنین فرضیه شدیدی هست؟ مسائل پیرامون انرژی تاریک برای ما حائز اهمیت اند و ما باید برای یافتن توضیح برای آن ها به سال 1917 باز گردیم؛ زمانی که آلبرت اینشتین می خواست دریابد چرا جهان ساکن بود و انبساط پیدا نمی کرد. این فرضیات در آن زمان رایج بودند. اینشتین برای توضیح عدم کوچک شدن گرانشى دریافت که باید چیزی وجود داشته باشد که در مقیاس کیهانی با گرانش مقابله می کند. وی آن را ثابت کیهانی نامید.

اما او ایده اش را در سال 1929 کنار گذاشت؛ زمانی که اخترشناسى به نام ادوین هابل به اولین نشانه ها در خصوص انبساط جهان دست پیدا کرد و یک آچار فرضی وارد محاسباتش نمود. سپس دانشمندان در اوایل قرن 1990 میلادی نشان دادند که جهان با سرعت قابل توجهی در حال گسترش و انبساط است و ثابت اینشتین بار دیگر اهمیت پیدا کرد. محققان دریافتند که ثابت اینشتین تمامی این موارد را که ما امروزه نام انرژی تاریک را بر آن نهاده‌ایم، دهه ها پیش بررسی کرده بود. پس انرژی تاریک چیست؟ این ایده عمومی مطرح است که انرژی تاریک یک ثابت کیهانی بر گرفته از فضای خالی میباشد. به پاس مکانیک کوانتومی، می دانیم که فضای خالی واقعاً هرگز خالی نیست، بلکه از انرژی و ذرات کوانتومی عجیبی پر شده اند که مدام به وجود آمده و نابود می شوند. احتمال دارد یکی از آن ذرات عجیب و غریب حامل نوعی نیروی دافعه باشند که به انرژی تاریک معروف است.

تنها مشکل این است که مقدار انرژی تاریکى که ما پیش بینی می کنیم، بسیار بیشتر از آن چیزی می باشد که بتوان با انبساط قابل مشاهده کیهان تا 120 مرتبه بزرگی و بیشتر به توضیحش پرداخت. این بدان معناست که یا آن را به درستی اندازه گیری نمی کنیم، یا اینکه منشأ انرژی تاریک را هنوز پیدا نکرده ایم. مطالعه جدید نشان می‌دهد که احتمال فرضیه دوم بیشتر است. آیا کیهان در دوران نخست پیدایش انرژی ساطع می کرد؟ آیا آن انرژی گمشده نقشی در مهم جلوه یافتن انرژی تاریک دارد؟

آلخاندرو پرز یکی از اعضای تیم در مصاحبه با نشریه Science گفت: انرژی تاریک در مدل چیزی است که میزان از دست رفتن انرژی و شتاب آهنگ را در طول تاریخ کیهان مشخص می کند. مبنای این فرضیه جديد، مدل جایگزینی از نسبیت عام است که اینشتین آن را در دهه 1910 تحت عنوان گرانش تک پیمانه ای ارائه نمود. بر این اساس، انرژی نیازی به پایستگی ندارد. به گفته اعضای تیم، اگر این مدل گرانش تک پیمانه ای در محاسبات به کار گرفته شود، مقدار ثابت کیهانی مطابقت کاملی با مشاهدات ما از انبساط شتاب دار کیهان پیدا می کند. مهم تر از آن، لزوما مشکلی در فهم فعلی ما از کیهان پدید نمی آورد. اگرچه ناپدید شدن انرژی در دوران نخست پیدایش کیهان تاثیر گذار قابل توجهی بر مقادیر انرژی تاریک می گذارد، اما این میزان تاثیر با آزمایش های امروزی اصلا به چشم نمی آید.

تيبوت ژوزه، یکی از اعضای تیم به ليزا زيگا گفت: انرژی حاصل از اجزای ماده می تواند به میدان گرانشى انتقال یابد و این هدر رفت انرژی به عنوان یک ثابت کیهانی عمل خواهد کرد. این ثابت در اثر انبساط بعدی کیهان، تضعیف نخواهد شد. بنابراین، هدر رفت اندک یا ایجاد انرژی در گذشته های دور می تواند امروزه پیامد های چشمگیری در مقیاس های بزرگ برجای بگذارد. اما اینجا مشکل بزرگی وجود دارد؛ اگر انرژی محو شونده هیچ اثر پایداری در کیهان باقی نگذاشت ( به غیر از تغییر مقدار انرژی تاریک )، پس عملاً هیچ راهی برای پی بردن به درستی این فرضیه موجود نمی باشد.

ژوزه خاطر نشان کرد: پیشنهاد ما بسیار کلی است و انتظار می رود هرگونه نقض قانون پایستگی انرژی به ثابت کیهانی ِ موثری منجر گردد. در این صورت، زمینه برای ایجاد محدودیت های جدید در مدل های پدیده شناسی فراتر از مکانیک کوانتومی استاندارد فراهم می آید. از سوی دیگر، شواهد و قرائن مستقیم دال براینکه انرژی تاریک از عدم پایستگی انرژی نشأت می گیرد، کاملا دور از دسترس بنظر می آید؛ با توجه اینکه امروزه مقدار لاندا (ثابت کیهانی) و محدودیت های تکامل آن برای ما مشخص گردیده است.

پس این فرضیه تا به الان به همین شکل باقی مانده و آزموده نشده است. اما فیزیکدانان بر این باورند که در آینده به بررسی بیشتر این احتمال خواهند پرداخت. لی سيمولين، نظريه پردازی از مؤسسه پریمتر در حوزه فیزیک نظری (واترلو، کانادا) گفت که این فرضیه به هیچ وجه قطعیت ندارد، گرچه می تواند درست هم باشد و ارزش علاقمندی بررسی های بیشتر را دارد. جزئیات بیشتر این مقاله در Physical Review Letters منتشر شده است. می توانید در سایت arXiv.org به مقاله کامل دسترسی رایگان داشته باشید.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com



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.