اخبار

انرژی تاریک

انرژی تاریک علمنا
نوشته شده توسط جمال سلطانی

شاید در چشم ما آسمان و آنچه از ستارگان و کهکشان ها در آن می بینیم آرام و بدون حرکت باشند. اما اگر از دید یک کیهان شناس به آن بنگریم، اولین چیزی که به ذهنمان خواهد آمد، شاید این باشد که همه چیز به سرعت در حال حرکت و از هم دور شدن است! بشر همواره در پی آن بوده که بداند عالم به کجا می رود و سرانجام جهان چه خواهد شد. امروزه فیزیکدانان و به طور دقیق تر کیهان شناسان جدی تر از هرکس به دنبال یافتن پاسخ این سوال هستند.
اگر بار دیگر به نمودار زیر نگاه کنیم، خواهیم دید این نمودار سعی دارد نشان دهد عالم به طور کلی از چه چیزهایی تشکیل شده است. همانطور که در نوشته ی پیشین تلاش کردیم قدری دقیق تر ماده ی تاریک را بشناسیم، در این نوشته نیز سعی داریم بفهمیم که انرژی تاریک چیست و سر و کله اش از کجا پیدا شده است؟!

نمودار ماده تاریک علمنا

انرژی تاریک هم مانند ماده ی تاریک  برای تطبیق دادن مشاهدات ما از تحولات عالم، با محاسباتی است که بر پایه ی نظریه ی نسبیت عام اینشتین به دست آمده است! اینکه واقعا وجود دارند یا خیر، پرسشی است که هنوز پاسخی برای آن یافت نشده است و همچنان عده ای مخالف و عده ای موافق آن هستند.
قبل از هر چیز باید بدانیم همه ی مطالبی که در رسانه ها از زبان فیزیکدانان و از قول آن ها روایت می گردد، در حقیقت فیزیک محسوب نمی شود.
فیزیکدانان سال ها برای ارائه ی یک نظریه تلاش می کنند تا بتوانند گوشه ای از قوانین طبیعت را کشف کنند. ابزار فیزیکدانان تنها ریاضیات است. هر نظریه ی فیزیکی در ابتدا یک مجموعه از معادلات ریاضی است که برای توصیف چگونگی رخ دادن بخشی از پدیده های طبیعی ارائه می شود. اما برای این که نظریه به عنوان بخشی از فیزیک رسمیت یابد، می بایست با مشاهدات انسان از طبیعت همخوانی داشته باشد. یعنی باید آزمایشی طراحی کرد که نظریه، نتیجه ی آن را پیش بینی کند و در آزمایشگاه نیز همان نتیجه به دست آید. اگر این اتفاق رخ دهد می توان آن نظریه را نظریه ای اثبات شده و بخشی از علم فیزیک دانست.
جهان های موازی، انرژی تاریک، ماده تاریک، کرم چاله  ها، ریسمان ها و بسیاری از مفاهیمی که گاه از زبان فیزیکدانان و از قول آن ها در فیلم های مستند به اصطلاح علمی بیان می شود، هرگز بخشی از فیزیک نبوده اند و اکثراً نظریه های اثبات نشده هستند که برخی حتی ایده ای برای آزمودنشان وجود ندارد.
وقتی اینشتین نظریه ی نسبیت عام خود را مطرح کرد، قبل از اینکه این نظریه به شهرت جهانی برسد تا سال ها تنها در دانشکده های ریاضی تدریس می شد. چرا که نیاز به آزمودن آن و اثبات همخوانی آن با رفتار طبیعت بود تا بخشی از فیزیک محسوب گردد. آزمایش هایی که می شد برای آزمودن درستی این نظریه انجام داد در واقع مشاهده  ی پدیده هایی بود که این نظریه آن ها را پیش بینی می کرد. یکی از پیش بینی های نظریه ی نسبیت عام خم شدن مسیر نور ستارگان در گذر از کنار اجرام آسمانی مانند خورشید بود. ادینگتون دانشمند انگلیسی در سال ۱۹۱۹ به روشی خاص این پدیده را آزمایش کرد و خم شدن مسیر نور چند ستاره در اثر عبور از کنار خورشید را نشان داد. پس از این آزمایش نسبیت عام دیگر تنها یک مجموعه معادلات زیبا و منطقیِ ریاضی نبود؛ بلکه ثابت شده بود این ساختار ریاضی می تواند رفتار طبیعت را به درستی پیش بینی کند. آزمون های دیگری نیز برای اثبات درستی نظریه انجام گرفت و همه حاکی از درستی آن بود. آسمان و تحولات اجرام آسمانی همواره بزرگترین آزمایشگاه بشر برای آزمودن نظریه های فیزیکی بوده است.
وقتی برای اولین بار نظریه ی نسبیت عام برای بررسی چگونگی حرکت اجرام موجود در عالم مورد استفاده قرار گرفت، نتایج بدست آمده از این نظریه نشان می داد عالم می بایست در حال انبساط یا انقباض باشد. اما در آن زمان دانسته های بشر که از مشاهدات آسمانی به دست آمده بود، حاکی از این بود که عالم ایستا است و اندازه ی آن تغییر نمی کند.
اینشتین برای اینکه نظریه اش ایستا بودن عالم را توجیه کند با افزودن «ثابتِ کیهان شناسی» آن را اصلاح نمود. افزودن ثابت کیهان شناسی در واقع یک تغییر در ساختارِ ریاضیِ نظریه بود که باعث می  شد محاسبات به دست آمده با آن، عالم را ایستا پیش بینی کند. ظاهراً همه چیز درست شده بود تا اینکه در سال ۱۹۲۹ هابل نمودار مشهور خود را ارائه داد. یک نکته ی شگفت انگیز در این نمودار وجود داشت و شاید هیچ کسی به اندازه ی اینشتین از دیدن آن ناراحت نشد. نمودار هابل عالم را در حال انبساط نشان می داد(!) و این به این معنی بود که نسبیت عام بدون ثابت کیهان شناسی درست بوده و نیازی به اصلاح نظریه نبوده است. بنابراین اینشتین این ثابت را از نظریه حذف کرد و بعدها نیز افزودن آن را بزرگترین اشتباه خودش توصیف کرد.

اینشتین علمنا

اما بار دیگر در حدود ۷۰ سال بعد، در سال ۱۹۹۸، در جریان مشاهدات مربوط به انفجار یک ابرنواختر کشفی غیرمنتظره رخ داد. انبساط عالم شتابدار است! یعنی سرعت انبساط عالم در حال افزایش است. بدین ترتیب کیهان شناسان بار دیگر به سراغ ثابت کیهان شناسی رفتند ولی این بار به جای آنکه به گونه ای معادلات را اصلاح کنند که جلوی انبساط عالم را بگیرد، ثابت کیهان شناسی را به گونه ای در ریاضیات نظریه وارد کردند که شتاب دار بودن انبساط عالم را توجیه نماید.
انبساطِ شتابدارِ عالم! این عبارت کلید ورود «انرژی تاریک» به ادبیات فیزیکدانان شد. اما اگر قرار باشد عالم انبساط یابد و این انبساط هر لحظه با سرعت بیشتری صورت گیرد، انرژی لازم برای این کار از کجا تامین می شود؟! گروهی از فیزیکدانان ادعا می کنند این انرژی تاریک است که باعث انبساط شتابدار عالم شده است.
نزدیک به دو دهه است که فیزیکدانان در حال گمانه زنی در مورد ماهیت انرژی تاریک هستند. برخی بر این باور اند که مقدار آن ثابت است و برخی می گویند در حال تغییر است، برخی نیز می گویند اصلاً وجود ندارد! این بحث ها تا زمانی که یک آزمایش و مشاهده ی دقیق، درستی یکی از آن ها را ثابت نکند ادامه خواهد داشت. این سنت همیشگیِ علوم تجربی مانند فیزیک بوده است! برای ورود هر چیزی به دنیای فیزیک می بایست گواهی آشکار در طبیعت ارائه گردد!

۴

دو نظریه بیشتر از سایر نظریه ها برای توصیف چیستی انرژی تاریک مطرح هستند؛ یکی ثابت کیهان شناسی و دیگری وجود چیزی تحت عنوان شکل پنجم ماده یا چیزی شبیه اتر است. داستان ثابت کیهان شناسی که گزینه ی جدی تر است از این قرار است که انرژی تاریک چیزی است که در فضای خلاء وجود دارد. مقدار این انرژی در طول عمر عالم که حدود ۱۴ میلیارد سال تخمین زده می شود بدون تغییر مانده و به طور یکنواخت در فضا توزیع شده و عالم را با شتاب به نقطه ای می برد که سرانجام به یک عالم بسیار سرد تبدیل گردیده و کهکشان ها آنقدر از هم دور شوند که تقریبا دیده نشوند.
آشکارسازی انرژی تاریک و ماده ی تاریک کار بسیار دشواری است و حتی بعید نیست اصلاً وجود نداشته باشند. اما چرا عده ای اصرار دارند به دنبال آن باشند؟! جواب را باید در ویژگی های نظریه ی بزرگ اینشتین جستجو کرد! زیرا این دو پدیده از آنجا وارد صحنه می شوند که ما بخواهیم عالم را با نظریه ی اینشتین توصیف کنیم و آن را بی نقص بدانیم.
چند صد سال طول کشیده بود تا نظریه ای با جامعیت نسبیت عام ساخته و پرداخته گردد. از سوی دیگر این شاهکار اینشتین از آزمون های بسیاری سربلند بیرون آمده است و تا کنون تلاش ها برای ارائه ی نظریه هایی با جامعیتی نظیر آن همواره با شکست روبه رو بوده است. این ها خود بهترین دلیل برای کسانی است که سعی دارند همچنان به درستی آن شک نکنند و به دنبال ماده و انرژی تاریک باشند تا نسبیت عام که میراث اینشتین به شمار می رود همچنان در فیزیک فرمانروایی کند. اما شاید حق با کسانی باشد که باور دارند میراث حقیقی او تردید کردن در درستی قوانین زمان خود است! قوانینی که آنقدر درست به نظر می رسند که شک کردن در آن ها گستاخی به نظر می رسد. اما اینشتین، گستاخ یا بی پروا، سنت شکن یا ایستاده بر شانه  های نیوتن، کاری خلاف آنچه طرفداران انرژی و ماده تاریک انجام می دهند را در زمان خود انجام داد.
اینکه چقدر طول خواهد کشید تا آزمایشگاه های بشر بتوانند سرنخی از انرژی و ماده ی تاریک پیدا کنند مشخص نیست. هرچند هم اکنون آزمایش¬هایی در حال انجام است که ممکن است قادر به یافتن پاسخی برای این معماها باشد. اما چندان هم بعید نیست سال ها طول بکشد تا آزمایشی که کارایی لازم را داشته باشد طراحی و انجام شود. چیزی که باید به آن توجه داشت این است که تا آن زمان نمی توان انرژی تاریک را بخشی از دانش فیزیک دانست چرا که در تجربه اثبات نشده است.

درباره نویسنده

جمال سلطانی

دیدگاه شما چیست