سه‌شنبه ۲۲ خرداد ۱۳۸۶ - ۰۵:۲۳

علی کاشفی پور: ماده تاریک یکی از اساسی‌ترین موضوعات کیهان شناسی است که حاصل جهل ماست.

اخبار علمی را بیشتر ترجیح می‌دهید یا  بازی‌های رایانه‌ای را؟ در هر صورت، به احتمال زیاد نام ماده تاریک به گوشتان خورده است. در بازی‌هایی مانند Final Fantasy و Quake 4، ماده تاریک، عنصری جادویی و قدرت‌بخش است، اما در واقع این اسم برای مفهومی اسرارآمیز به کار می‌رود که هنوز دانشمندان چیز خیلی زیادی درباره‌اش نمی‌دانند.

یکی از اساسی‌ترین معماهای کیهان‌شناسی مدرن، حاصل یک عدم تطابق ساده است. در دهه‌‌های اول قرن بیستم، وزن کردن کهکشان‌ها از سرگرمی‌های مورد علاقه اختر ـ فیزیکدان‌ها بود. البته آنها برای این کار از باسکول استفاده نمی‌‌کردند!

برای محاسبه جرم کهکشان‌ها، 2 راه وجود دارد: راه اول محاسبه جرم گرانشی است. حتما از فیزیک دبیرستان هنوز آن‌قدر یادتان هست که بین جرم یک جسم و جاذبه آن رابطه مستقیم وجود دارد.

به این ترتیب با دانستن سرعت و شعاع مدار گردش اقمار یک ستاره به دور آن، می‌توان جرم آن را به دست آورد. از این روش برای محاسبه جرم کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی هم استفاده می‌شود.

راه دوم محاسبه جرم نورانی است. در این روش، دانشمندان با استفاده از روابط شناخته شده بین جرم یک ستاره با رنگ و شدت روشنایی آن، نور قابل مشاهده کهکشان‌ها را به مجموع جرم موجود در آنها تعبیر می‌کنند.

در دهه 1930، فریتز زویکی - ستاره‌شناس سوئیسی-  متوجه شد نتایج این 2 روش، با هم تفاوت‌های اساسی دارند. او و همکارانش بارها محاسبات خود را تکرار کردند و سرانجام به این نتیجه رسیدند که قضیه، خطا در محاسبه نیست و این اختلاف واقعا وجود دارد. به عنوان مثال در مورد کهکشان‌ خودمان ـ راه شیری ـ میزان جرم مورد نیاز برای اینکه اجرام موجود در کهکشان‌ سر جای فعلی خودشان باشند، حدودا 10 برابر جرم قابل دیدن بود.

برای توجیه این پدیده، چند پیشنهاد وجود داشت اما راه‌حلی که تا الان هم مورد قبول عده‌ای از اختر ـ فیزیکدان‌ها بوده است، همان است که زویکی در 1933 پیشنهاد داد:

1 ـ باید نوعی ماده در کیهان وجود داشته باشد که هیچ‌گونه تولید یا بازتاب نور یا سایر تشعشعات الکترومغناطیسی از خودش نداشته باشد؛ یک ماده غیرقابل دیدن، یک ماده نامرئی یا به عبارت بهتر «یک ماده تاریک».

با به رسمیت شناختن وجود ماده تاریک، اولین سؤالی که به ذهن می‌رسد درباره جنس این ماده کذایی است. مسلما این سیاهی، پارسی‌کولا نیست! اما اینکه دقیقا چه جنسی دارد، هنوز هیچ‌کس نمی‌داند. قوی‌ترین حدس در بین دانشمندان، این است که ماده تاریک، نوعی ذره بنیادی است که هنوز شناسایی نشده است؛ ذره‌ای شبیه به نوترینو. نوترینو، ذره‌ای است مشابه الکترون اما با جرمی بسیار کمتر و بدون بار الکتریکی.

البته نوترینوی شناخته شده، بسیار سبک‌تر از آن است که بتواند کل ماده تاریک فرضی را تشکیل دهد. همچنین اجرام بزرگی مانند سیاهچاله‌ها، سیارات و سنگ‌های آسمانی هم می‌توانند بخشی از جدول ماده تاریک را پر کنند.

در سال‌های اخیر ماده تاریک، موضوع بسیاری از تحقیقات کیهانی بوده است؛ مخصوصا در یک سال اخیر ستاره‌شناسان شواهد خوبی برای تأیید این نظریه پیدا کرده‌اند. قضیه تا آنجا پیش رفته است که چند ماه پیش دانشمندان، نقشه‌ای 3 بعدی از ماده تاریک را به عنوان داربستی برای کیهان ارائه کردند. بیشتر تحقیقات مرتبط با ماده تاریک، با استفاده از تلسکوپ‌های فضایی مخصوصا تلسکوپ‌ هابل انجام شده است.

طبق آخرین محاسبات، برای تولید جاذبه لازم برای حفظ نظم فعلی آسمان‌ها، به جرمی حدودا 5 تا 6 برابر جرم قابل مشاهده نیاز است. در غیر این صورت کهکشان‌ها در گوشه وکنار فضای لایتناهی پخش و پلا می‌شوند. نظریه ماده تاریک در موارد دیگری مانند محاسبات مربوط به تشعشعات پس زمینه‌ای کیهانی هم به کار می‌آید. محققان از این امواج میکروویوی برای ترسیم تصویری از عالم در ابتدای خلقت آن، استفاده می‌کنند.

جالب است که بدانید در سال‌های اخیر، گروهی از اختر ـ فیزیکدان‌ها به این نتیجه رسیده‌اند که مجموع ماده روشن وماده تاریک قابل پیش‌بینی، تنها حدودا یک چهارم از چگالی لازم برای کیهان را تأمین می‌کنند. آنها برای توجیه 75 درصد باقیمانده، چیزی عجیب‌تر به نام «انرژی تاریک» را پیشنهاد می‌کنند. اینکه این یکی دیگر چیست، بماند اما می‌شود گفت ماجرا ـ حداقل فعلا ـ به مسائل متافیزیکی مانند «طرف تاریک نیرو» در جنگ‌های ستاره‌ای، ربطی ندارد. از این بحث‌ها، منتظر دارت ویدر نباشید!

یکی از پدیده‌هایی که با استفاده از مفهوم ماده تاریک توجیه می‌شود، «عدسی گرانشی» است. نوری که از کهکشان آبی در نزدیکی لبه قابل مشاهده کیهان، ساطع می‌شود.

1- از کنار یک خوشه کهکشانی بزرگ و ماده تاریک احاطه‌کننده آن می‌گذرد. این اجرام بین زمین و کهکشان مبدا قرار گرفته‌اند. جاذبه ماده تاریک مانند یک عدسی، پرتوهای خود را خم می‌کند.

2- بخشی از پرتوهای خم‌شده به سمت زمین متمرکز می‌شوند.

3- در نتیجه ستاره‌شناسان چند تصویر به‌هم ریخته را از کهکشان مبدأ رصد می‌کنند.

فیل در تاریکی
روزی روزگاری، ولی نه در زمان‌های قدیم، دوتا دانشمند بودند که در یک دانشگاه اما روی دو موضوع مختلف کار می‌کردند. اولی عاشق آسمان و اجرام کهکشانی بود و آن یکی مجذوب عالم بسیار کوچک ذرات ریز. این دوتا دانشمند قصه ما برای تحقیقات‌شان بهترین وسایل را داشتند.

اولی بزرگترین و قوی‌ترین تلسکوپ دنیا را داده بود. برایش بسازند و دومی دقیق‌ترین میکروسکوپ دنیا را تهیه کرده بود. اما از روزی که این وسیله‌ها به دست آنها رسید و این دو شروع کردند به ثبت تصاویر جدید از اعماق عوالم موردعلاقه‌شان،‌ روزبه‌روز بیشتر شگفت‌زده و مبهوت می‌شدند، چون ساختارها و رفتارهایی را می‌دیدند که قبلا صحبت و خبری از آنها نبود. این مشاهدات جدید با فرضیه‌های موجود و مقبول آنها کاملا سازگار نبودند.

یک روز دوتا دانشمند ما خسته و کوفته، برای رفع خستگی رفتند بوفه دانشگاه! و آنجا برای اولین بار همدیگر را دیدند. حین خوردن قهوه و چای صحبت‌هایشان گل انداخت و مشکل‌هایشان را برای همدیگر  تعریف کردند.

اینجا بود که ناگهان متوجه شدند با اینکه دارند بر روی دو عالم مخالف کار می‌کنند، هر دو دارند یک پدیده را می‌بینند؛ مثل ماجرای فیل در تاریکی. یکی از سر به فیل رسیده بود و خرطومش را لمس کرده بود و آن یکی، در ته جانور بزرگ،‌ دمش را به دست گرفته بود.

این قصه لوس و بی‌ته، به نوعی حکایت فیزیک مدرن است. محققان ذرات بنیادی با شتاب‌دهنده‌های دقیق (مثل سینکروترون‌های شماره قبل) و ستاره‌شناسان با تلسکوپ‌های پیشرفته (مثل تلسکوپ فضایی هابل) چیزهایی می‌بینند که هر روز  به تعداد سؤالات بی‌پاسخ آنها اضافه می‌کند.

بعد از کشمکش‌های زیاد اوایل قرن بیستم و رد نظریات بسیار، دو نظریه جان سالم به در بردند و اساس فیزیک مدرن در دهه‌های اخیر شدند: مکانیک کوانتوم در عالم ذرات و نسبیت عام در مقیاس‌های کیهانی. اما برای سال‌ها، تلاش‌ها برای کنار هم نشاندن و ترکیب این دو با شکست روبه‌رو و بی‌سرانجام بوده. هنوز هم ارائه یک نظریه متحد که عوالم خرد و کلان را یکجا توصیف و تبیین کند، از آرزوی‌های بزرگ فیزیک‌دانان است.

در سال 2000، یکی از مدیران ناسا پیشنهاد داد در راستای وحدت، بررسی شود که ستاره‌شناسان و فیزیک‌دانان ذرات بنیادی تا چه اندازه می‌توانند از دیدگاه‌های طرف دیگر استفاده کنند. 2 سال بعد، گزارش یک کمیته تخصصی در این باره شامل 11 سؤال بود که پاسخ به آنها می‌تواند باعث جهشی بزرگ در دانش بشری بشود. 

در رأس این سؤال‌ها، ماهیت ماده تاریک است. همین برای روشن کردن اهمیت قضیه ماده تاریک کافی نیست؟

کد خبر 24070

برچسب‌ها