اخبار علوم پایه

اسرار تاریکی عالم (ماده تاریک)

ماده تاریک علمنا
نوشته شده توسط جمال سلطانی

تصور کنید به شما بگویند ماده ای وجود دارد که نه رنگ و بویی دارد و نه می توان در زندگی روزمره وجود آن را به طریقی حس کرد. تمام عالم را پر کرده و حتی از بدن شما و هر جسم دیگری که در اطراف شما قرار دارد عبور می کند، بدون اینکه اثری بر جا بگذارد و در واقع با هیچ ماده ای که تا کنون شناخته شده واکنش نمی دهد.
اما برخی فیزیکدانان ادعا می کنند که این نوع ماده وجود دارد و مانند هر جسم دیگری نیروی گرانشی به دیگر اجسام وارد می کند. این مواد باعث توسعه و تکامل کهکشان ها و قرارگرفتن آن ها در کنار یکدیگر شده است. اگر بخاطر وجود ماده ی تاریک نبود کهکشان ها آنگونه که ما امروزه می شناسیم وجود نداشتند و حیات بشری در آن تکامل نمی یافت. بخشی از نظم موجود در عالم مرهون وجود ماده ی تاریک است.
مقدار این ماده بیش از پنج برابر کل موادی است که بشر تا قبل از این به وجود آن پی برده است. منظور از کل مواد، زمین، منظومه ی شمسی، کهکشان راه شیری و تمام اجرام آسمانی است که در آسمان شب قابل مشاهده هستند و ماهواره ها تصاویر آن ها را ثبت کرده اند. دانشمندان نام «ماده ی تاریک» را به این خاطر که این نوع ماده دیده نمی شود برای آن برگزیده  اند. اما اگر بخواهیم دقیق تر بگوییم، ماده ی تاریک هرچه هست، لااقل از ذراتی که بشر تا کنون به وجود آن ها پی برده و در آزمایشگاه آشکارسازی کرده، ساخته نشده است.
شاید بپرسید آشکارسازی ذرات چگونه انجام می گیرد؟ برای مثال در اواخر قرن نوزدهم میلادی تامسون اولین ذره ی بنیادی یعنی الکترون را با استفاده از لامپ پرتوی کاتدی کشف کرد. در حقیقت الکترون ها توسط نیروی الکتریکی از کاتد به سمت آند کشیده می شدند، بوسیله نیروی مغناطیسی نیز از مسیر مستقیم منحرف می شدند و در برخورد با ماده ی درون لامپ باعث تابش نور می شدند و از این طریق می شد به وجود الکترون ها که یکی از ذرات سازنده ی مواد عادی عالم است پی برد. اما در مورد ذرات تشکیل دهنده ی ماده ی تاریک هیچکدام از این اتفاق ها نمی افتد و این ذرات تحت تاثیر نیروهای الکترومغناطیسی قرار نمی گیرند.
با این حال گروهی از فیزیکدانان که به دنبال اثبات وجود ماده ی تاریک هستند، عقیده دارند که ذرات سازنده ی ماده ی تاریک علی الاصول باید در سطح زیر اتمی اندرکنش ضعیفی با مواد عادی که می شناسیم داشته باشند. به همین دلیل به دنبال یافتن رد پایی از این اندرکنش ضعیف هستند.
در گوشه کنار جهان در آزمایشگاه های ذرات بنیادی، فیزیکدانان تلاش می کنند تا این مواد را آشکارسازی و مطالعه نمایند. گفته می شود آشکارسازهای پیشرفته مانند پیشرفته ترین و عظیم ترین آن ها یعنی ال اچ سی در سرن قادر به آشکارسازی ذارت تشکیل دهنده ی ماده ی تاریک هستند. به تازگی و بر اساس نتایجی که در ماه های اخیر از ال اچ سی مخابره گردیده، ردپای ذرات جدیدی مشاهده شده است که احتمالاً به ماده ی تاریک بی ارتباط نباشند، به گونه ای که حتی ممکن است در کمتر از یک سال آینده خبر تایید وجود ذرات تشکیل دهنده ی ماده ی تاریک اعلام گردد.

ماده تاریک علمنا

اما پرسش اینجاست که اگر ماده ی تاریک با هیچ ماده ی شناخته شده ای واکنش نمی دهد، ایده ی وجود آن از کجا آمده است؟ جواب را باید در نظریه های کیهان شناسی و نسبیت عام اینشتین جستجو نمود.
در اواخر قرن نوزدهم فیزیکدانان به یک بن بست در مورد نور و محیط انتشار آن رسیده بودند و تلاش بسیار کردند تا بتوانند در آزمایش های مختلف سرنخی از وجود ماده ای به نام «اِتِر» را بیابند تا آن ها را از بن بستی که گرفتار آن بودند نجات بخشد. اما این تلاش ها بی نتیجه بود. سرانجام در ابتدای قرن بیستم آلبرت اینشتین تصمیم گرفت بر خلاف دیگرانی که به درستی بی قید و شرط  قوانین نیوتن اعتقاد داشتند، به این بیندیشد که اگر آزمایش ها نمی توانند وجود اتر را نشان دهند، شاید اصلاً چنین چیزی در کار نباشد و قوانین نیوتن که تا آن زمان به شدت مقدس شمرده می شد در همه جا و برای همه چیز از جمله نور صادق نباشد!
شهامت و البته نبوغ اینشتین جوان باعث شد تا نظریه ی جدیدی را ارائه دهد که به گونه ای دیگر رفتار طبیعت را توجیه می کرد و با این وجود قوانین نیوتن را نیز رد نمی کرد و علومی که براساس مکانیک نیوتنی بنا شده بود دست نخورده باقی ماند. حاصل تلاش اینشتین نظریه ای کامل تر بود و توانست فیزیک را از یک بن بست جدی نجات دهد و انقلابی در درک و فهم انسان از طبیعت ایجاد کند.
بر اساس قانون گرانش اینشتین، هر جسمی در عالم، یک نیروی گرانشی در اطراف خود ایجاد می کند. برای مثال خورشید با نیروی گرانشی خود زمین را وادار به گردش به دور خود می کند و زمین هم همین رفتار را در قبال ماه دارد. چگونگی حرکت اجسام در فضا و مسیر حرکت و سرعت و شتاب آن ها را نیروی گرانشی که به آن ها وارد می شود تعیین می کند. اما مشاهدات فیزیکدانان از کیهان حاکی از آن است که نحوه ی قرارگیری آنچه در عالم وجود دارد، مانند کهکشان ها، سیاهچاله ها و حرکت آن ها نسبت به یکدیگر به گونه ای که از مشاهدات رصدی بدست آمده است با قانون گرانش اینشتین همخوانی ندارد.
اما این ناهمخوانی چیست؟ نیروی گرانشی که باعث حرکت اجرام آسمانی و تشکیل سیاره ها و ستاره ها شده و بدین ترتیب عالم را توسعه و تکامل بخشیده و به شکل کنونی در آورده است، بسیار بیشتر از آن است که مواد شناخته شده ی عالم بتوانند آن را تامین نمایند. مواد شناخته شده ی عالم در واقع تنها یک ششم از نیروی گرانش مورد نیاز را تامین می کنند. برای عبور از این بن بست دو راه وجود دارد، راه اول اینکه بپذیریم نظریه ی گرانش اینشتین کامل نیست و باید آن را اصلاح کرد یا نظریه ی دیگری را جایگزین آن نمود. راه دیگر اینکه بگوییم مواد دیگری نیز در عالم وجود دارد که ما تا کنون نتوانسته ایم به وجود آن ها پی ببریم و بخش اعظمی از نیروی گرانشی که برای توجیه حرکت اجرام آسمانی مورد نیاز است را به وجود آن ها نسبت دهیم. یعنی مقدار ماده ی تاریک موجود باید بیش از پنج برابر مواد شناخته شده ی عالم باشد.

۳

گروهی از فیزیکدانان راه اول و گروهی راه دوم را دنبال می کنند. ماده ی تاریک پیشنهاد گروه دوم است که سعی دارند به کمک تکنولوژی های روز و آشکارسازهای غول پیکر که توانسته است پس از سال ها ذره ای مانند هیگز را پیدا کند، ذرات دیگری که شاید تشکیل دهنده ی ماده ی تاریک باشند را بیابند. اما گروه اول کسانی هستند که همت کرده اند تا کاری نظیر آنچه اینشتین ۱۰۰ سال قبل انجام داد را تکرار کنند و به جای انجام آزمایش های احتمالاً بی نتیجه، آستین بالا بزنند و بخش هایی از فیزیک را از نو بنویسند و انقلابی دیگر در درک انسان از عالم به وجود آورند.
نظریات کیهان شناسی کنونی، عالم را به گونه ای ترسیم می کنند که در حدود ۲۷ درصد آن ماده ی تاریک، ۵ درصد آن مواد شناخته شده و ۶۸ درصد باقی مانده را «انرژی تاریک» تشکیل داده است که برای وجود آن نیز دلایل دیگری ارائه شده است. اما هنوز شواهد آزمایشگاهی در تایید آن به دست نیامده است.

ماده تاریک علمنا

درباره نویسنده

جمال سلطانی

۳ دیدگاه

دیدگاه شما چیست