پیشرفت بشر در کیهان شناسی منجر به افزایش دانش در باره گذشته جهان شده است . اما با معماهای جدیدی هم روبرو شده ایم . ابهاماتی وجود دارد که به نظر میرسد دانش و تجهیزات امروزی برای درک آنها ناتوان است.در اینجا تلاش میشود برخی از اسرار جهان که هنوز برای آنها پاسخ قانع کننده ای ارائه نشده است و دانشمندان را سخت مشغول کرده است مورد بررسی قرار گیرند .
1-جهان تاریک
جهان گسترده ای که در برابر دیدگان ما قرار دارد ناشناخته تر و مرموز تر از آنچه است که قبلا تصور میشد. به باور ما 13.7 میلیارد سال قبل پس از رویدادی موسوم به مهبانگ جهان شکل گرفته و فضا و زمان آغاز میشود . تلسکوپهای زمینی و فضائی و رادیو تلسکوپها هر روز کشفیات جدیدی از عظمت این جهان ارائه میدهند و بدون تردید با ادامه این مشاهدات و نیز پیشرفت تلسکوپها ناشناخته های جدید برای ما مکشوف خواهد شد . اما هیچ چیز عجیب تر از آن نیست که تمام آنچه که ما قادریم با چشم و یا تجهیزات نجومی خود ببینیم فقط بخش اندکی از جهان را تشکیل میدهد و اغلب جهان از ماهیتی بسیار اسرارآمیز و ناشناخته تشکیل شده که ما قادر به رویت آن نیستیم . بخش تاریک بیش از 95 درصد جهان را تشکیل میدهد . تمام ستاره ها ، کهکشانها ، خوشه های کهکشانی ، سیارات و تمام دیگر اجرام آسمانی و همچنین خود ما به بیانی تمام قسمت مرئی جهان که از اتمها تشکیل شده ، فقط 4.6 درصد از جهان را تشکیل میدهند . بقیه جهان ماهیت مرموز و ناشناخته دارد که به آن ماده تاریک و انرژی تاریک میگویند . در فیزیک و کیهان شناسی اصطلاحی در باره این دو ماهیت وجود دارد : ندانسته های ما بیشتر از دانسته های ما است .
ماده و انرژی تاریک بخش اصلی جهان و به عبارتی ساختار جهان را تشکیل میدهند واز آنجائیکه ما و جهان مرئی فقط بخش اندکی از این جهان را تشکیل میدهیم ، شاید این ما هستیم که عجیب و غیر عادی هستیم . کوتاهترین تعریف در باره این دو ماهیت این است که ماده تاریک تلاش دارد اجزاء جهان را به سمت یکدیگر بکشاند در حالیکه انرژی تاریک تلاش دارد اجزاء جهان را از هم دور کند . ماده تاریک عامل گرانش و انرژی تاریک عامل دافعه است .
انرژی تاریک :
تا اوائل قرن بیستم سال اعتقاد راسخی وجود داشت مبنی بر آن که جهان ایستا یا ساکن است . این باور تا آن حد بود که اینشتین فاکتوری به نام ثابت کیهانی را در نظریه نسبیت عام خود لحاظ کرد . زیرا بدون این فاکتورمعادله وی نمیتوانست توجیه کننده جهان ایستا باشد و جهان تحت تاثیر تعادل دینامیک باید منقبض میشد . ثابت کیهانی اینشتین اجازه میداد انرژی دافعه در میان کهکشانها وجود داشته باشد .در مدت کوتاهی بعد از آن که اینشتین تئوری خود را توسعه داد ، مشاهدات "ادوین هابل "ستاره شناس آمریکائی نشان داد که جهان ایستا نیست و رو به انبساط است .
به هر صورت انبساط جهان توسط دانشمندان پذیرفته شد اما ابهامی باقی مانده بود و آن هم این بود که جهان مملو از ماده است و گرانش این مواد باید باعث فروریزی جهان شود چیزی که با انبساط جهان همخوانی نداشت . سال 1998 فرا رسید و یک کشف توسط تلسکوپ فضائی هابل همه چیز را تغییر داد. یک سوپرنوا در فاصله ای بسیار دور که نشان میداد در گذشته جهان با سرعت کمتری نسبت به امروز گسترش داشته است .
وقتی ما به ستاره های دوردست نگاه میکنیم در حقیقت در حال نگاه به گذشته آنها هستیم چون بستگی به مسافت، نور این ستاره ها میلیونها یا میلیاردها طول کشیده تا به ما رسیده است .در سال 1998 دو گروه از ستاره شناسان مستقلا در حال مطالعه سوپرنوایی دوردست بودند که حدود یک میلیارد سال قبل منفجر شده بود . آنها این نتیجه رسیدند که نور آن به طور غیر قابل توضیحی از آنچه که انتظار میرفت ضعیفتر به نظر میرسد . تنها توجیه این پدیده این بود که این سوپرنوا دورتر از آنچه قبلا محاسبه شده بود قرار دارد اما فیزیکدانان قبلا مسافت آن را با توجه به نرخ گسترش جهان محاسبه کرده بودند . سرانجام توضیح قابل قبول پیدا شد : سرعت انبساط جهان در گذشته کمتر بوده و این سرعت نه تنها رو به کاهش نیست بلکه در حال شتاب گرفتن است.
دانشمندان راه حلی برای تفاوت سرعت انبساط جهان در گذشته و امروز نداشتند . آنچه مسلم بود این بود که عامل ناشناخته ای حضور دارد که مسبب افزایش سرعت گسترش جهان است . در حالیکه دانشمندان علت این موضوع را نمیدانستند اما برای این مسئله یک راه حل پیشنهاد دادند : انرژی تاریک
نمودار تغییرات گسترش و سرعت گسترش جهان از واقعه مهبانگانرژی تاریک شکلی فرضی از نوعی انرژی است که در تمام فضا نفوذ دارد و با اعمال فشار منفی از نرخ انبساط جهان مراقبت میکند . انرژی تاریک پذیرفته ترین تئوری برای توجیه شتاب انبساط جهان میباشد . انرژی تاریک بیش از 70 درصد از مجموع جرم – انرژی جهان را تشکیل میدهد. ما میدانیم که چقدر انرژی تاریک وجود داد چون میدانیم چطور بر انبساط جهان تاثیر میگذارد هر چند نظریاتی برای انرژی تاریک ارائه شده ولی ماهیت این انرژی هنوز ناشناخته است .
یکی از نظرات ارائه شده این است که این انرژی از خصوصیات فضا است . اینشتین اولین فردی بود که درک کرد فضای خالی واقعا خالی از هر چیزی نیست در واقع فضا خصوصیات شگفت انگیزی دارد . اولین خصوصیتی که اینشتین به آن پی برد این بود که این امکان وجود دارد فضای بیشتری به آنچه از قبل بوده افزوده شود . دومین ویژگی فضا از دید اینشتین این بود که فضا دارای انرژی است ومیتواند انرژی کسب کند (ثابت کیهانی ) چون این انرژی از ویژگیهای فضا است با گسترش فضا مقدار آن کم نمیشود . در اینصورت با افزایش و گسترش فضا علاوه بر مقدار موجود انرژی مقدار زیادتری انرژی نیز ظاهر میشود به بیان دیگر با گسترش فضا انرژی آن نیز افزوده میشود و در نتیجه سرعت گسترش هم افزایش می یابد . این است که در نتیجه این فرم از انرژی جهان تندتر و تندتر منبسط میشود .
ماده تاریک :
ستاره شناسان کشف کرده اند که اثرات گرانشی مشاهده شده در جهان با میزان ماده موجود دیده شده تناسب ندارد . با محاسبه این اختلاف به نظر میرسد که جهان ما آکنده از شکل اسرارآمیزی از ماده ای است که ما نمیتوانیم ببینیم . به این ماهیت مرموز ماده تاریک گفته میشود . مقدار ماده تاریک در سراسر جهان تقریبا شش برابر ماده نرمال میباشدو حدود یک چهارم جهان از این نوع ماده ساخته شده است .ماده تاریک باید اساس ساختار جهان باشد و جهان بدون وجود این ماده بسیار متفاوت خواهد بود .
ایده ماده تاریک از تلاش برای درک عدم تناسب بین گرانش و حرکت کهکشانها و خوشه های کهکشانی سرچشمه میگیرد . در سال 1930 یک ستاره شناس سوئیسی برای اولین بار مشاهده کرد که سرعت حرکت اسپین برخی از کهکشانها با تعادل ستاره های موجود در آن متناسب نیست و این سرعت به حدی بالا است که ستاره های داخل کهکشان قاعدتا باید از یکدیگر دور شوند . در سال 1961 مجددا این پدیده مورد بررسی قرار گرفت اما به تائید ستاره شناسان نرسید . تا این که در سال 1978 با ادامه مطالعات روی 11 کهکشان مارپیچ از جمله کهکشان خودمان ، تائید شد که این سرعت مداری با تعادل اجرام داخل آنها تعادل ندارد و بر اساس قوانین فیزیک این سرعت غیر ممکن است .
ستاره های یک کهکشان همه در مداری حول مرکز کهکشان در حرکت هستند بر اساس قوانین فیزیک ستاره هایی که در حاشیه کهکشانها قرار دارند باید سرعت مداری کمتری نسبت به ستاره های مرکز کهکشانها داشته باشند اما این مشاهدات نشان میداد که سرعت این ستارگان تقریبا نزدیک به سرعت ستاره های مرکزی هستند . به هر حال مشخص بود که پدیده ای مرموز خارج از کهکشان وجود دارد که ستاره ها را بطرف خود میکشاند. با محاسبه مشخص شد که باید مقادیر زیادتری از ماده در کهکشانها وجود داشته باشد که ما قادر به دیدن آنها نیستیم وچیزی به مراتب بیشتراز مواد نرمال وجود دارد که این اثر گرانشی زیاد را ایجاد میکند . هر چند فیزیکدانان نظریاتی برای توضیح این ماده ارائه داده اند اما تا به امروز هیچکدام از آنها قطعیت نیافته است . این ماده باید از ذرات عجیبی ساخته شده باشد که با ماده نرمال واکنشی ندارد لذا قابل مشاهده نیست .ولی جرم آنها مانند مواد مرئی یک کشش گرانشی ایجاد میکند که در نتیجه آن سرعت ستارگان و دیگر پدیده ها بوجود می آید .
در واقع ماده تاریک شکلی از مواد است که نور و سایر امواج الکترومغناطیس را گسیل و یا پراکنده نمیکند به همین دلیل نمیتوان آن را با تجهیزات نوری و یا رادیو نجومی تشخیص داد . حضور ماده تاریک از طریق تاثیرات گرانشی آن روی مواد نرمال استنتاج میشود . این ماهیت مانند ستاره ها و سیاره ها از اتمها تشکیل نشده است واز نوع ابرهای سیاه یا باریونی هم نیست چون ابرهای باریونی را میتوان از طریق جذب تابشهایی که از میان آنها عبور میکند تشخیص داد . ضمن آن که ماده تاریک ضد ماده هم نیست زیرا تابش گاما که هنگام برخورد ماده با ضد ماده نشر میکند ، دیده نمیشود . نهایتا غیر ممکن است که آن را از نوع سیاه چاله ها فرض کنیم زیرا نور هنگام عبور از میدان سیاه چاله ها خمیده میشود و این ویژگی در ماده تاریک وجود ندارد .
محاسبات نشان داده که هاله پهناوری از ماده تاریک کهکشان ما را احاطه کرده است که جرم زیاد آن گرانشی قوی اعمال میکند .این نیروی گرانش بسیار قویتر از کشش ستاره ها و اجرام مرئی در کهکشان میباشد . چنین تاثیری در بسیاری از کهکشانهای دیگر هم دیده شده است
نبرد بین ماده تاریک و انرژی تاریک
در مدل استاندارد کیهان شناسی انرژی تاریک 72 درصد از مجموع جرم – انرژی جهان را تشکیل میدهد 23 درصد دیگر ماده تاریک و فقط نزدیک به 5 درصد ماده نرمال وجود دارد انرژی تاریک عامل سرعت گسترش جهان است و ماده تاریک عامل مقاومت در برابر گسترش و اعمال نیروی گرانش است . اگر سرنوشت جهان را نتیجه رقابت بین این دو بدانیم ،بنابر این باید تاریخ جهان به صورتی که کدامیک از آنها در نقاط مختلف در حال پیروزی بوده اند، نوشته شود .
با توجه به آن که رسیدن نور به ما زمان میبرد لذا میتوان گذشته را با دیدن اجرام دوردست مشاهده کرد . در گذشته اخیر(5 میلیارد سال قبل) میتوانیم شتاب گسترش جهان را ببینیم اما اگر بتوانیم دورتر از آن را ببینیم یقینا تعادل بین این دو ماهیت فرضی متفاوت بوده است . به بیان دیگر زمانی که جهان هنوز جائی کوچکتر از اکنون بوده این ماده تاریک بوده که غالب بوده است و نسبت وجود آن بر خلاف اکنون از انرژی تاریک بیشتر بوده است و لذا آهنگ انبساط جهان نسبت به اکنون کند تر بوده است .
منابع این قسمت :
[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]
[External Link Removed for Guests]
شماره پانزدهم [COLOR=#000000]- ویژه نامه بهار 1392 (بر روی تصویر کلیک نمائید)
