ماده و انرژی مرموز و ناشناسی که ۹۵ درصد کیهان را تشکیل داده‌اند! | نیرویی که جهان را به پیش می‌راند چیست؟

به گزارش همشهری آنلاین و به نقل از اسپیس، ما به طرز شگفت‌انگیزی در مورد نیروی فراگیری که ۶۸ درصد کل انرژی جهان را تشکیل می‌دهد، کم‌اطلاعیم. دانشمندان فکر می‌کنند که تنها حدود ۵ درصد از مواد تشکیل‌دهنده جهان برای ما شناخته شده است.

 مدل‌های کیهان‌شناختی نشان می‌دهند که بر اساس نظریه‌های موجود، انرژی و ماده نامرئی باید در مجموع ۹۵ درصد از جهان را تشکیل دهند.

بخش نامرئی جهان از دو جزء انرژی تاریک و ماده تاریک تشکیل شده است. دومی تا حدودی کمتر مرموز است و دانشمندان نسبتا از وجود آن مطمئن هستند: قوانین گرانش بدون آن به سادگی کار نمی‌کنند. اگر ماده مرئی تمام آن چیزی بود که وجود داشت و چیزی جز آن نبود، کهکشان‌ها نمی‌توانستند از انفجار بزرگ تا امروز به اندازه‌های فعلی‌شان برسند. در واقع، اگر گرانش ماده مرئی تنها نیرویی باشد که آن‌ها را به هم می‌کشد، بسیاری از کهکشان‌ها کنار هم نمی‌مانند.

اقلیدس، تلسکوپ فضایی جدید اروپا تلاش خواهد کرد تا از این چیزهای نامرئی نقشه‌برداری کند، اما اگر یافته‌های آن مطابق با انتظارات نباشد چه؟ چیزهای زیادی در خطر است؛ از جمله نظریه نسبیت عام معروف و پذیرفته شده انیشتین.

اولین مشاهداتی که نشان می‌دهد ماده تاریک باید در جهان وجود داشته باشد تا از جدا شدن چیزها از هم جلوگیری کند، در دهه ۱۹۳۰ انجام شد. از آن زمان، ستاره‌شناسان دریافتند که این ماده تاریک نامرئی باید حداقل ۸۵ درصد از کل ماده در جهان را تشکیل دهد. دانشمندان ده‌ها سال است که تلاش می‌کنند تا این ماده نامرئی را شناسایی کنند، که به نظر آن‌ها باید از نوعی ذرات تشکیل شده باشد؛ شاید شبیه نوترینوهای بی‌اثری باشد که به سختی با جهان مرئی تعامل دارند.

با این حال، وضعیت انرژی تاریک پیچیده‌تر است. کشف این نیروی گریزان به سال ۱۹۹۸ برمی‌گردد. زمانی که ستاره‌شناسان دریافتند که انبساط جهان در حال شتاب گرفتن است. خود انبساط در ابتدا توسط انرژی بیگ بنگ یا انفجار بزرگ هدایت می‌شد، اما از آن‌جایی که بیگ بنگ خیلی وقت پیش (به طور دقیق ۱۳.۸ میلیارد سال پیش) اتفاق افتاد، این انبساط باید کند شده باشد. 

برای حل این معما، نظریه‌پردازان فرض کردند که نیرویی مرموز، همان انرژی تاریک، باید وجود داشته باشد که بر خلاف گرانش عمل کند و ماده را از هم جدا کند. به گفته ناسا، مدل‌های کیهانی نشان می‌دهند که انرژی تاریک ۶۸ درصد از کل انرژی کیهان را تشکیل می‌دهد، اما ستاره‌شناسان اعتراف می کنند که شواهد وجود آن کمی مبهم است.

ایزوبل هوک، استاد اخترفیزیک در دانشگاه لنکستر بریتانیا و از دانشمندان پروژه اقلیدس گفت: «وقتی فکر می‌کنید که فقط گرانش وجود دارد [شتاب انبساط] جهان معنا ندارد. بنابراین این واقعیت که ما سریع‌تر شدن آن را مشاهده می‌کنیم به این معنی است که باید چیز دیگری وجود داشته باشد. ما آن را انرژی تاریک می‌نامیم، زیرا واقعا نمی‌دانیم چیست.»

هوک یکی از اعضای تیمی بود که در سال ۱۹۹۸ این را کشف کرد و از آن زمان تا کنون، درست مانند بسیاری از دانشمندان دیگر، در این فکر بوده که انرژی تاریک واقعا چه می‌تواند باشد.

او گفت: «ما واقعا نمی‌دانیم. بهترین نظریه این است که احتمالا نوعی خاصیت خود فضا است، مانند نوعی انرژی که در همه جا و همیشه وجود دارد، اما هیچ توضیحی برای آنچه باید باشد وجود ندارد.»

مدل‌ها نشان می‌دهند که این انرژی باید به طور مساوی در سراسر جهان توزیع شده باشد و همیشه قدرت یکسانی داشته است. در روزهای اولیه کیهان، تاثیرات انرژی تاریک به این اندازه قابل مشاهده نبود، زیرا تاثیرات اولیه بیگ بنگ بیشتر انبساط جهان را هدایت می‌کرد. جوزپه راکا، مدیر پروژه اقلیدس در آژانس فضایی اروپا (ESA)، گفت که با این حال، حدود ۵ تا ۶ میلیارد سال پیش، انرژی تاریک به نیروی غالبی تبدیل شد که بر خلاف گرانش ماده معمولی و تاریک عمل می‌کند.

راکا گفت: «این کمی ناراحت کننده است که ظاهرا با انبساط جهان، این انرژی چگالی ثابتی دارد. به این معنی که انرژی [اضافی] به دلیل ثابت بودن چگالی ایجاد می‌شود. با بزرگتر شدن جهان رقیق نمی‌شود. بنابراین به این معنی است که انرژی اضافی وجود دارد.»

با این حال، این احتمال نیز وجود دارد که در نهایت چیزی به نام انرژی تاریک وجود نداشته باشد و مدل‌های کیهانی که وجود آن را ایجاب می‌کنند، اشتباه باشند. این مدل‌ها بر اساس نظریه نسبیت عام آلبرت انیشتین است که قوانین فیزیکی جهان را در یک سری معادلات توصیف می‌کند. 

امواج تلسکوپ اقلیدس (و سایر تلسکوپ‌های آینده که برای مطالعه انرژی تاریک طراحی شده‌اند) نشان می‌دهد که انرژی تاریک آن چنان نیروی ثابت و همه‌جانبه‌ای نیست، که  یعنی این نظریه مشهور کاملا صحیح نیست.

راکا گفت: «ما می‌دانیم که نسبیت عام در سطح یک سیستم بسیار خوب عمل می‌کند، اما این احتمال وجود دارد که در مقیاس کیهانی به خوبی کار نکند و بنابراین انرژی تاریکی مورد نیاز نباشد.»

بیشتر بخوانید:

• کهکشان ما از نگاه آدم فضایی‌ها به چه شکلی است؟ | تفاوت عجیب راه شیری با کهکشان‌های دیگر

اقلیدس با نقشه‌برداری از توزیع کهکشان‌ها در ۱۰ میلیارد سال قبل و مقایسه چگونگی تغییر این توزیع در طول تکامل جهان به دنبال شواهدی از انرژی تاریک خواهد بود. مشاهدات نشان خواهد داد که آیا واقعا یک نیروی دائمی در همه جا  وجود دارد یا شاید چیز دیگری در حال وقوع است.

هوک می‌گوید: «ممکن است متوجه شویم که [اثرات] این انرژی ثابت را در همه جا نمی‌بینیم، اما تفاوت‌هایی را در مکان یا در زمانی می‌بینیم.همه چیز واقعا جالب خواهد شد و انقلابی اتفاق خواهد افتاد، زیرا باید نظریه‌های خود را کاملا تغییر دهیم.»

شش سال طول می‌کشد تا  تلسکوپ اقلیدس که در اول جولای توسط موشک فالکون ۹ اسپیس ایکس به فضا پرتاب شد، یک سوم آسمان خارج از کهکشان ما، کهکشان راه شیری را ترسیم کند. تنها در این صورت است که اخترشناسان داده‌های کافی فهم ماده و انرژی تاریک خواهند داشت.