انرژی سیاه انقلابی در اخترفیزیک

آیا آلبرت اینشتین، پدر عالم شناسی مدرن، اشتباه می كرد؟ آیا نظریه نسبیت اش خطا بود؟ امروز جامعه اخترشناسان جملگی بر این موضوع توافق دارند. مسلماً اینگونه نتیجه گیری خالی از عیب و ایراد نیست. ولی ظاهراً هیچ چیز مانع حیات دوباره و باشكوه این علم نیست. ظرف چند سال دیدگاه فیزیكدانان اخترشناس به عالم شاهد دگرگونی های شگرفی بود. هفتاد سال است كه همواره یك سخن را از فیزیكدانان می شنویم: انبساط عالم به كندی می گراید. به دلیل جاذبه ناشی از جرم بین كهكشان ها در عمل از سرعت دور شدن آنها از یكدیگر كاسته می شود. با این حال، پدیده مذكور آثار و نتایج چندانی ندارد. بنابراین به رغم آنچه كه انتظار می رود انبساط جهان هردم سرعت بیشتری می گیرد. یك نتیجه گیری شگفتی آور این واقعیت آن است كه نظریه پردازان ناچار شدند وجود نوعی «انرژی سیاه» اسرارآمیز را كه قدرت دافعه فعال در سرتاسر عالم است فرض كنند.میشل كاسه از بخش فیزیك اخترشناسی وزارت انرژی اتمی فرانسه با شوق و شور ورود این تازه وارد را جشن می گیرد. «این یك انقلاب است.» كتاب اولیه ژاكوب تحت عنوان ماده سیاه، انرژی سیاه روز ۲۷ سپتامبر بر روی پیشخوان كتابفروش ها بود. نویسنده با لحنی حماسی از انرژی تازه متولد شده تعریف و تمجید می كند: «رحمت، صعود، پرواز بر فراز چتر نجات، ضد جاذبه!» به قول نویسنده به شكرانه چنین پدیده ای می توان تصویری معقول از عالم پدید آورد. تصویر به غایت زیباتر از تمام آنچه كه الهیون و اساطیر مذهبی به دست دادند. ماجرا در سال ۱۹۸۸ آغاز شد. در این سال سول پرل موتر از دانشگاه های هاروارد و بركلی، پژوهشگر ۲۸ ساله بسیار درخشان كه به تازگی فارغ التحصیل شده بود، مبلغی بابت اندازه گیری میزان كاسته شدن از سرعت انبساط جهان دریافت كرد. گروه كوچك چهار نفره وی برای آن كه بتواند از عهده انجام این وظیفه برآید ناچار بود كه یكی از تماشایی ترین پدیده هایی را كه در آسمان رخ می دهند- انفجار سوپرنوا- دنبال كند. هنگامی كه عمر سوپرنوا به سر می رسد، بزرگ ترین ستارگان به شدت درخشان و پرنور می شوند و انرژی نورانی معادل یك میلیارد ستاره را به داخل فضا رها می كنند. صحنه ای دیدنی ولی در عین حال نادر، ماجرایی كه در طول یكصد سال در هر كهكشان حداكثر دو تا سه بار اتفاق می افتد. مشاهده انفجار سوپرنوا برای پروژه سول پرل موتر لزوم صددرصد داشت. بدین ترتیب سوپرنوای مذكور تنها جسمی در عالم هستی است كه «امكان اندازه گیری دقیق فاصله اش با زمین وجود خواهد داشت، درست شبیه فانوس دریایی كه آنقدر از ما دور است كه نورش به صورت لكه ای تیره در می آید.»
«اشتباه بزرگ» آلبرت اینشتین
به گفته سول پرل موتر، كه هم اكنون استاد فیزیك در دانشگاه بركلی است پروژه ظرف سه سال آینده به نتیجه خواهد رسید. در واقع تاكنون حدود ده سال است كه پروژه مذكور به طول انجامیده است. «لازم است دوربین های الكترونیك كاملاً مدرن در اختیار داشته باشیم و نرم افزاری را برای آن كه بتوانیم تصاویر را در قوی ترین كامپیوترها به هر سو كه بخواهیم بچرخانیم طراحی كنیم، تا ۴۲ سوپرنوا تحت عنوان SNIa قابل بررسی باشند. با گذشت سالیان و انباشته شدن مشاهدات گروه سول پرل موتر، پروژه شناسایی سوپرنوا، و فیزیك پروژه دیگر تحت عنوان تیم جست وجوی سوپرنوای High-z كه روی همین غبارها كار می كرد. ناچار با نتیجه ای غیر منتظره روبه رو گردید. دورترین سوپرنواهای SNIa رنگ پریده تر از آن كه انتظار می رود به نظر می رسند. پس آیا انبساط عالم سرعت می گیرد؟ در واقع «هنگامی كه به سوپرنوا در جهانی كه به سرعت در حال بزرگ تر شدن است می نگریم، می بینیم فوتون هایی كه به ما می رسند باید فاصله مكانی بیشتری از گذشته را طی كنند و بدین ترتیب خود سوپرنوا از نظر ما درخشندگی كمتری خواهد داشت. این آن چیزی است كه پژوهشگران تصور می كنند و روبرت كریشن عضو تیم High-z در كتاب خودش «عالم بدون مرز» انتشارات دانشگاه پرینستون ۲۰۰۲ آورده است.«ما شاید بهترین راه نزدیك شدن به خدا را در فیزیك یافته ایم.»هیچ یك از این دو گروه، كه هردو هم آمریكایی هستند نمی تواند تصمیم بگیرد كه اطلاعات مذكور را بپذیرد چه واژگون كننده تمام عقاید كنونی شان است. آنها از بیم آن كه در صورت اشتباه مورد تمسخر دیگران قرار گیرند، محاسباتشان را از سر گرفتند و ماه ها حتی سال ها تلاش كردند كه تصویری را كه ساخته بودند، بهبود بخشند. این تصویر علاوه بر آن كه مفاهیم كاملاً جاافتاده را در ده جهانشناسی زیر و رو می كند بلكه می توان گفت تصور «جهان در حال گسترش هرچه سریع تر سوء قصد به جان اعلیحضرت است. «در سال های دهه ،۱۹۱۰ آلبرت اینشتین اصطلاح ثابت جهانی را وارد نظریه نسبیت كرد تا وفاداری خویش را به عقاید رایج در آن زمان نشان دهد. جهان ثابت بدون هیچ انبساطی» این سخن پیر آنیتلوگوس پژوهش گر «آزمایشگاه فیزیك هسته ای و انرژی های عالی» است لیكن در سال ۱۹۲۹ ادوین هابل فیزیكدان و ستاره شناس كشف كرد كه كهكشان ها از یكدیگر دور می شوند و لذا عالم منبسط می شود. بلافاصله آلبرت اینشتین، طبق داستانی كه از آن زمان سینه به سینه جهان شناسان منتقل شده، ثابت فوق را با گفتن این كه «بزرگ ترین خطا»یی است كه وی هیچ گاه حاضر به ارتكاب آن نیست، رد كرد پیر آنیتلوگوس می گوید: «زمان درازی است كه ما فیزیكدان ها كه اساتید خویش را گرامی می داریم نتوانسته ایم این ثابت را زیر سئوال ببریم، به همین سادگی»بالاخره در سال ۱۹۹۸ دو گروه آمریكایی مذكور بر آن شدند كه كشف خویش را در مورد این كه جهان همواره و با سرعتی فراتر از آن كه «ثابت از عهده توصیف و توضیح آن برآید در حال گسترش است، اعلام كنند. امروزه تمامی جامعه علمی با این واقعیت وفق یافته اند. میشل كاسه كه خود با بازگشت به ایده ثابت جهانی آتش بحث و مباحثه را دامن زد. به حرف یونانی لاندا (ی) اشاره می كند كه سمبل ریاضی پرواز عالم است، آنچه كه امروز نمادی از انفجار عالم است. عنصر خالق ناپیدا و جهانی كه هم اكنون پرده از رویش برداشته شده همانا لاندا است [...] بهترین راه نزدیك شدن به خدا در فیزیك.باید گفت كه تاكنون شواهد و قرائن نیز به نفع تز سرعت گرفتن انبساط عالم به دست آمده است. در ابتدا مشاهده صدها سوپرنوای مكمل آن را تصدیق كرد. مهم تر از آن به نوشته میشل كاسه «انسجام نتایج آن اندازه خیره كننده است كه می توانیم به حق اعلام كنیم كه سرانجام مدلی باوركردنی از عالم در اختیار داریم.» و بالاخره جامعه علمی پی به مزایای عظیم آن برده است. برخی معماها كه از سال های دهه ۱۹۹۰ مطرح شده اند به لطف این تز راه حلی هایی برای خود پیدا كرده اند. به عنوان مثال، سن عالم دیگر تناقضی با سن برخی ستارگان، كه به نحو شگفت آوری پیرتر از آن به نظر می رسند، ندارد. بنابراین انرژی سیاه در آینده قطعه گم شده ای خواهد بود كه دانشمندان برای بازسازی پازل بزرگ خویش از عالم در پی آنند تا بدان جا كه این تز در مطالعاتی كه توسط بالون های استراتوسفر مجهز به تلسكوپ و ماهواره ای آمریكایی موسوم به Wilkinson Microwave Anisotropy Probe به عمل آمده، مورد تایید قرار گرفته است تمام این پروژه یك ماموریت دارند. «اندازه گیری» عالم و نتیجه گیری شان تا حدی شگفت آور است. براساس نتایج حاصل از این ابزارهای اندازه گیری، ماده ای كه می شناسیم (ستارگان، سیارات، موجودات زنده یا اتم) در واقع نماینده تنها ۵ درصد كل انرژی موجود در عالم است. اكنون می توانیم حدود ۲۵ درصد «ماده سیاه» را نیز به آن بیافزاییم. این احتمالاً از ذرات مجزایی تشكیل شده كه اگر چه آثار حاصل از آنها قابل رویت است ولی تاكنون نتوانستیم خودشان را پیدا كنیم. در واقع جاذبه ایجاد شده به وسیله ماده كلاسیك قادر به توضیح دلیل حفظ ساختمان های عظیمی چون كهكشان ها یا لایه های كهكشانی در عالم نیست. باید ماده ای نامریی و ناشناخته، اعمال كننده چنین جاذبه ای باشد.خوب ۷۰ درصد بقیه چه؟ قطعاً نمی تواند انرژی سیاه باشد، و این كه بالاترین وزن را در صورتحساب عالم دارد. روشن است كه قدر قدرت است، چرا كه بر عالم حاكمیت می كند و حتی سرعت گام هایش را نیز او تحمیل و دیكته می كند. همه جا حاضر و محیط بر ماست و قوانین ماده ای را كه ما جزء كوچكی از آن هستیم او تعیین می كند و به قول میشل تورنه جهان شناس در دانشگاه شیكاگو و مبتكر اصطلاح «انرژی سیاه»: «با این همه هیچ چیز از آن نمی دانیم.» ماهیت آن برای ما ناشناخته است آیا این «انرژی خلأ» است؟ فیزیكدان ها دوست دارند این طور باشد چرا كه خلأ كه عالم را «پر می كند» اصلاً نمی تواند وجود نداشته باشد. به عنوان مثال ذرات موسوم به «مجازی» می توانند از آن به وجود آیند، به سرعت به صورت ذرات مادی درآیند و سپس نابود شده و به جایی كه از آن جا آمده اند، بازمی گردند ولی این «خلاء كاذب» آن گونه كه میشل كاسه آن را می خواند، می تواند پر از انرژی سیاه باشد. اگر وضع از این قرار است، پس عواقبی هم در تاریخ انبساط عالم بر جای خواهد گذاشت. دنیای ما ۷/۱۳ میلیارد سال پیش به وجود آمد، زمان، مكان و انرژی به ناگهان دستخوش جنبش انبساط عمومی گردیدند. به همان اندازه كه ماده در این فضای همواره در حال حجیم تر شدن رقیق تر می شود از قدرت جاذبه اش كاسته می شود در حالی كه انرژی خلأ باقی می ماند. هر چند كه ۷ میلیارد سال است كه این انرژی سیاه جای خالی جاذبه را پر كرده است این درست زمانی است كه انبساط عالم سرعت می گیرد.
جهانی دارای پنج بعد
با این حال، این گزینه مشكل كوچكی نیز دارد: این فرضیه توضیح نمی دهد كه در پی چه رویداد شگفتی آوری سرنوشت های انرژی ماده و انرژی سیاه یكی می شوند. ده میلیارد سال است كه ماده برتری خود را به عالم تحمیل كرده؛ حالا دیگر نوبت انرژی سیاه است با این حال معجزه ای باعث خواهد شد كه بتوانیم لحظه ای را كه جنگ بر سر برتری بین این دو دشمن دیرینه مغلوبه خواهد شد، بیابیم؟عالم شناسان علاقه ای به همزمانی ندارند. از این روست كه برخی به فرضیه جوهر سره (اشاره به عنصر پنجم «اتر» كه سابقاً تصور می شد عالم از آن ساخته شده) روی آورده اند براساس این فرضیه انرژی سیاه نه «از» مكان بلكه «در» مكان است. انرژی سیاه می تواند شكل خاصی باشد كه تا زمانی كه به صورت جرم درنیاید متوجه آن نمی شویم هر چند كه تمامی همین جرم از آن تشكیل شده است. با این حال این جوهر سره این مزیت را دارد كه می توانیم شاهد تحول و تكامل انرژی آن در طول زمان باشیم طوری كه به قول پیر آنتیلوگوس «شمایل موجود تعادل نسبی (۷۰/۳۰) دیگر یك استثنای لحظه ای نیست بلكه یك نتیجه گیری منطقی صرف نظر از آن است كه نقطه عزیمت ما كجا باشد.»یك امكان دیگر نیز وجود دارد هم اكنون فیزیكدان جوان از «انستیتو فیزیك اختر شناسی پاریس»، سدریك دفایه آن را مورد بررسی قرار می دهد. یك تز سنت شكن كه شامل حال تمامی انرژی خارجی می شود و به تغییر نظریه نسبیت عمومی آلبرت اینشتین می پردازد. باید دید چه می كند! سدریك دفایه با كار هایش، كه با همراهی و همكاری دانشمندان برجسته در دانشگاه نیویورك شروع كرد در تلاش است بعد پنجمی را به دنیای چهار بعدی آلبرت اینشتین (سه بعد مكانی و یك زمانی) در چارچوب مفهوم مكان _ زمان بیفزاید در واقع در دنیای پنج بعدی، خود مفهوم جاذبه دستخوش تغییر می شود تغییری كه می تواند توجیه كننده سرعت انبساط عالم كه شاهدش هستیم باشد.اگر چنین بعد پنجمی وجود داشته باشد این بعد مكمل به نوعی و در مقیاسی كاملاً پایین تر از بعدی كه در آن زندگی می كنیم «به خود برخواهدگشت»، كه احتمالاً دلیل آن است كه تاكنون از حواس ما پنهان مانده است. سدریك دفایه توضیح می دهد: «دقیقاً شبیه طناب كشیده ای كه از نظر بندبازی كه روی آن پیش می رود جسمی است كه تنها یك بعد دارد؛ در حالی كه از نظر مورچه جسمی دوبعدی است، حیوان می تواند هم در طول آن حركت كند و هم در عرض آن.»در میان این فرضیات، كدام یك بهتر از همه است؟ پیش از آنكه پاسخی برای این پرسش پیدا شود، قطعاً بحث های طولانی در پیش خواهند بود. تا آن زمان اتفاقات عظیمی در آن سوی اقیانوس اطلس در شرف وقوع است. سول برلموتر قصد دارد با ماهواره ای به ارزش یك میلیون دلار به نام Supernova Acceleration Probe به فضا رود. در آن مكان كه مشاهده هزاران سوپرنوای بسیار دور میسر است، پی بردن به تاریخ انبساط عالم هستی آسان تر خواهد بود و البته با شگفتی های بسیار. هیچ كس نمی تواند بگوید كه در آن سوی انبساط عالم، ورای جاذبه و دافعه كه ماده و انرژی سیاه اعمال می كنند نیرو های پنهان و راز آمیز دیگری وجود ندارند. مسلما این دنیایی به مراتب اسرار آمیزتر است.
منبع :www.sharghnewspaper.com
پل دوبرن
ترجمه: ع. فخریاسری