انرژی تاریک: تفاوت بین نسخه‌ها

از ویکی نجوم
پرش به: ناوبری، جستجو
سطر ۱: سطر ۱:
 
[[رده:کیهان‌شناسی]]
 
[[رده:کیهان‌شناسی]]
گرچه اینشتین ثابت کیهانی را بزرگترین اشتباه خود خواند اما شاید این عامل یکی از بزرگترین دستاوردهای مطالعات او باشد. اندازه‌گیری‌هایی که در سال 1998 گزارش شدند نشان می‌دهند که جهان با سرعت بیشتر و بیشتری رو به گسترش است. به علاوه، سرعت گسترش همانطور که در نسبیت عام با ثابت کیهانی محاسبه شده بود، افزایش یافته است.
+
گرچه اینشتین ثابت کیهانی را بزرگترین اشتباه خود خواند اما شاید این عامل یکی از بزرگترین دستاوردهای مطالعات او باشد. اندازه‌گیری‌هایی که در سال ۱۹۹۸ گزارش شدند نشان می‌دهند که جهان با سرعت بیشتر و بیشتری رو به گسترش است. به علاوه، سرعت گسترش همانطور که در نسبیت عام با ثابت کیهانی محاسبه شده بود، افزایش یافته است.
  
 
تا قبل از انتشار گزارشها، ستاره‌شناسان همگی فکر می‌کردند که از سرعت گسترش به دلیل وجود گرانش بین کهکشان‌ها، کاسته شده است. اندازه‌گیری‌ها نشان دادند که انفجارهای ابر نواختر در کهکشان‌های دور دست، کم نور تر از آن هستند که انتظار می‌رود. بنابراین کهکشان‌ها دورتر از آن هستند که ما تصور می‌کنیم. اما این کهکشان‌ها فقط در صورتی می‌توانند چنین فاصله دوری از ما داشته باشند که افزایش سرعت گسترش از گذشته آغاز شده باشد.
 
تا قبل از انتشار گزارشها، ستاره‌شناسان همگی فکر می‌کردند که از سرعت گسترش به دلیل وجود گرانش بین کهکشان‌ها، کاسته شده است. اندازه‌گیری‌ها نشان دادند که انفجارهای ابر نواختر در کهکشان‌های دور دست، کم نور تر از آن هستند که انتظار می‌رود. بنابراین کهکشان‌ها دورتر از آن هستند که ما تصور می‌کنیم. اما این کهکشان‌ها فقط در صورتی می‌توانند چنین فاصله دوری از ما داشته باشند که افزایش سرعت گسترش از گذشته آغاز شده باشد.

نسخهٔ ‏۲۴ اکتبر ۲۰۱۲، ساعت ۱۷:۱۰

گرچه اینشتین ثابت کیهانی را بزرگترین اشتباه خود خواند اما شاید این عامل یکی از بزرگترین دستاوردهای مطالعات او باشد. اندازه‌گیری‌هایی که در سال ۱۹۹۸ گزارش شدند نشان می‌دهند که جهان با سرعت بیشتر و بیشتری رو به گسترش است. به علاوه، سرعت گسترش همانطور که در نسبیت عام با ثابت کیهانی محاسبه شده بود، افزایش یافته است.

تا قبل از انتشار گزارشها، ستاره‌شناسان همگی فکر می‌کردند که از سرعت گسترش به دلیل وجود گرانش بین کهکشان‌ها، کاسته شده است. اندازه‌گیری‌ها نشان دادند که انفجارهای ابر نواختر در کهکشان‌های دور دست، کم نور تر از آن هستند که انتظار می‌رود. بنابراین کهکشان‌ها دورتر از آن هستند که ما تصور می‌کنیم. اما این کهکشان‌ها فقط در صورتی می‌توانند چنین فاصله دوری از ما داشته باشند که افزایش سرعت گسترش از گذشته آغاز شده باشد.

ستاره‌شناسان به این نتیجه دست یافته‌اند که افزایش سرعت گسترش کائنات وابسته به عاملی است که بر خلاف گرانش عمل می‌کند. این عامل ممکن است ثابت کیهانی و یا چیزی به نام انرژی تاریک باشد. دانشمندان هنوز به یک تئوری برای وجود انرژی تاریک نرسیده‌اند اما آنها می‌دانند که چقدر از آن احتمالا در دنیا وجود دارد. مقدار انرژی تاریک کائنات حدودا دو برابر مقدار ماده در آن است.


انرژی تاریک

Dark Energy-2.jpg

ممکن است جهان فعلی ما به لطف انرژی تاریک، برخاسته از بذرهای باقیمانده از جهان دیگری باشد که قبل از انفجار بزرگ وجود داشته است.

یکی از مدلهای ارائه شده برای توضیح چگونگی آغاز جهان هستی پیشنهاد می‌کند که این جهان آخرین حالت از یک چرخه بی‌پایان است. از دید این مدل که در سال 1381/2002 توسط «پاول اشتنهارت» از دانشگاه پرینستون و «نیل تورک» از دانشگاه کمبریج مطرح شده است، جهان ما در یک ناحیه 3 بعدی به نام شامه (brane) وجود دارد که توسط یک بعد فضایی چهارم از سایر شامه‌ها مجزا شده است.

تحت شرایطی مناسب این شامه‌ها با هم برخورد کرده و رویدادی نظیر انفجار بزرگ را پدید آورده است. پس از برخورد و قبل از آن که میلیاردها سال بعد برخورد دیگری بین شامه‌ها رخ دهد به اطراف پراکنده شده‌اند.

Brane با حذف پیشوند mem، از واژه membrane به معنای پوسته و غشاء گرفته شده است. در این مدل هر جهان بر روی یک پوسته در نظر گرفته می‌شود.

این مدل ابتدا تلاش کرد تا نوسانات دمایی و چگالی عالم را که در تابش پس زمینه‌ی کیهانی قابل مشاهده است، توضیح دهد. تنها راهی که محسابات را بر مبنای مدل چرخه‌ای سازگار می کند افزودن ابعاد اضافی – آن گونه که نظریه ریسمان پیش بینی می‌کند – به چهار بعد دیگر فضایی است.

حدود 600 میلیون سال از قدمت و حکمفرمایی انرژی تاریک بر جهان می‌گذرد.

متاسفانه افزودن ابعاد بیشتر خود باعث ایجاد مشکل دیگری می‌شود. وقتی دو شامه به هم نزدیک می‌شوند، ابعاداضافی باید با بعدی که شامه‌ها را از هم جدا می‌کند به طور همزمان منقبض یا منبسط شوند. در غیر این صورت مناطقی از شامه که بزرگ هستند طوری درهم تنیده می‌شوند که بخش زیادی از آن منجر به ایجاد سیاهچاله‌ها شده و تنها سهم کوچکی از آن به فضای معمولی و قابل سکونت تبدیل می‌شود. بعد از طی چندین چرخه، این فضا دیگر منقبض نشده و بطور غیرمتحمل باید به خلق جهان ما منجر شده باشد.

محاسبات این پژوهشگران نشان می‌دهد وقتی انرژی تاریک (چیزی که به نظر می رسد عامل انبساط شتابدار عالم باشد) وارد این مسئله شود، پذیرفتن این فرایند چرخه ای تا حدودی پذیرفتنی می‌شود، در این صورت می‌توان گفت حدود 600 میلیون سال از قدمت و حکمفرمایی انرژی تاریک بر جهان می‌گذرد.

معمای انرژی تاریک

انرژی تاریک یک معما نیست

آیا افزایش سرعت کیهان به این اندازه مهم است؟ برخی از مفسران پاسخشان مثبت است و پاسخ آنها در حل معمایی است به نام انرژی تاریک. آنها بر این عقیده‌اند که انرژی تاریک مفهومی است که هنوز توسط هیچ نظریه‌ای تایید نشده است. ما با این نظر مخالفیم به عقیده ما انرژی تاریک سال هاست که توسط نظریه نسبیت عام و ثابت کیهانی تایید شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ثابت کیهانی ماده تاریک سرد مدل کیهان‌شناختی تقریباً از سوی تمام کیهان‌شناسان دنیا به عنوان بهترین نظریه بر اساس اطلاعات به دست آمده، شناخته شده است. اما در این نظریه سه ایراد به چشم می‌خورد که معما را پیچیده تر می‌کند در اینجا به بررسی این سه ایراد و دلایل خود برای تشخیص آنها می‌پردازیم.

اولین ایراد: ثابت کیهانی موضوعی بود که توسط دانشمندان نسبیت عام و حتی خود انیشتین رد شد. او در ابتدا این ثابت را مطرح کرد اما بعدها آن را بزرگترین اشتباه خود نامید. با آنکه طبق نظریه نسبیت عامش جهان ایستا نبود، اما او این موضوع را ندید و از این رو پیش گویی ساده‌ای را در رابطه با انبساط جهان از دست داد. ثابت کیهانی را نمی‌توانیم به عنوان عضوی بدانیم که به نسبیت عام اضافه شده زیرا جزئی اصلی و جدایی ناپذیر آن به شمار می آید. ماهیت و مقیاس آن چندان معماگونه تر از ثابت های دیگر در نظریه‌های بنیادین دیگر نیست.

دومین ایراد "مسئله انطباق" نام دارد. اطلاعات نشان می‌دهد که ما در مرحله کوتاهی از کیهان زندگی می‌کنیم. دوره ای که در آن ماده و انرژی تاریک در انبساط آن نقش دارند. چنین انطباق غیرمحتملی به عنوان "مسئله‌ای" برای فرضیه ثابت کیهانی ماده تاریک سرد است. اما اگر این اجزاء که تابع زمان کیهانی هستند، به عنوان اجزائی که با هم نسبت خطی و نه لگاریتمی دارند در نظر گرفته شوند، مشاهده می‌شود که این زمان کوتاه برابری می‌کند با نصف عمر جهان و انطباق غیرمحتملی وجود ندارد. نکته دیگر این مسئله این است که در هیچ حالتی ما نباید فرض را بر این بگذاریم که در یک مکان_زمان تصادفی و کاملاً اتفاقی قرار گرفته‌ایم، آنچنان که اشتباه "مسئله انطباق" آن را پیش فرض قرار می‌دهد. مثلاً چگالی در اطراف ما از چگالی میانگین کیهان فاصله زیادی دارد.

همیشه برای یک پدیده پیچیده فیزیکی یک توضیح ساده و اشتباه وجود دارد. 

سومین ایراد، "انرژی خلاء" است. نظریه میدان کوانتومی به سبب ثابت کیهان‌شناسی فرض می‌کند که انرژی خلاء به نیروی کیهان‌شناختی افزوده شود. مانند برخی تشعشعات که بر بار الکترون می‌افزایند. اما این سهم فرض شده در ثابت کیهانی بسیار بزرگتر از مقدار مشاهده شده آن است. این ناهمخوانی یک معمای باقی مانده در نظریه میدان کوانتومی در حضور گرانش است، اما این یک اشتباه مفهومی است که ثابت کیهانی را با انرژی خلاء در نظریه میدان کوانتومی مغشوش کنیم. ثابت کیهانی را نباید به عنوان اثر نوعی انرژی مانند انرژی خلاء در نظریه میدان کوانتومی دانست، بلکه ثابت کیهان‌شناسی از رده مربوط به "انحنای نقطه صفر" است که دارای نوعی نیروی دافعه است که به علت دینامیک ذاتی فضا- زمان پدیدار می‌شود.

آزمایشات بر روی مدل ثابت کیهان‌شناسی ماده تاریک سرد باید ادامه پیدا کند و باید به دنبال فکرهای تازه برای آن باشیم. به عقیده ما و بسیاری دیگر، انرژی تاریک را اگر به عنوان معمایی بزرگ بپنداریم، خود باعث پیچیده تر شدن مسئله شده‌ایم.

Dark Energy.jpg

انرژی تاریک یک معماست

در حال حاضر ثابت کیهانی ماده تاریک سرد به عنوان بهترین، موفقیت‌آمیزترین و کاملترین مدل شناخته شده کیهان‌شناسی است و برای آن آزمایشات فراوانی انجام گرفته همچنین تاکنون هیچ داده‌های رصدی نتیجه‌ای خلاف انرژی تاریک نداده است.

اما این موفقیت به بهایی به دست آمده است. در این مدل تنها 5 درصد از انرژی_ماده جهان قابل مشاهده و درک است و 95 درصد باقی مانده آن تاریک است. این 95 درصد تشکیل شده است از 25 درصد این بخش تاریک مجموعه ای از جرم- انرژی است که به شکل ماده تاریک که کهکشان‌ها و ساختارهای مقیاس بزرگ را به یکدیگر پیوند می‌دهد و 70 درصدش به صورت انرژی تاریک است که باعث افزایش سرعت انبساط جهان و دور شدن کهکشان‌ها شده است.

کیهان‌شناسان ترجیح می‌دهند که از ماده و انرژی تاریک به عنوان معما یاد کنند. نویسندگان بخش قبل عقیده دارند که انرژی تاریک می‌تواند با استناد به ثابت جدیدی به نام ثابت کیهانی توضیح داده شود. آنها ادعا می‌کنند که این یک توضیح کامل، ساده و بدون معما برای انرژی تاریک است و من مخالفم. به عقیده من ثابت کیهانی حتی در معنی غیرماورائی کلماتش هم دارای معماست. چیزی غیرقابل فهم یا ورای درک است.

ثابت کیهانی انرژی تاریک اینشتین ساده‌ترین توضیح برای انرژی تاریک است. به اندازه کافی با داده‌ها متناسب است و دلیلی برای حذف آن وجود ندارد. اما مفهوم بزرگی ثابت کیهان‌شناسی، توصیف‌کننده مشاهداتی فراسوی حد فهم ماست.

انتظارات ما از کیهان‌شناسی بیشتر از اینست که مولفه ها و ثابت‌هایی را برای یک مدل تعیین کند تا مشاهدات ما را دوباره عملی سازد. در غیر اینصورت ما باید همچنان از اینکه دایره‌ای دیگر را بر مدل سیاره‌ای بطلمیوس بیافزاییم خوشحال می‌بودیم. بزرگی این ثابت را نمی‌توان با هیچ یک از قوانین فیزیکی شناخته شده توضیح داد و این یک معما است. به گفته اختر فیزیکدان تامی گلد همیشه برای یک پدیده پیچیده فیزیکی یک توضیح ساده و اشتباه وجود دارد. پس نباید به دلیل ساده بودن توضیحات با استفاده از ثابت کیهانی به آن قانع شویم.

منابع

  • دانشنامه ستاره‌شناسی
  • سایت تبیان
  • مجله نجوم
  • ماهنامه آسمان شب