آيا عالم واقعا تخت است؟
نويسنده: پدرو فريرا*
ترجمه : امين اشرفي
ترجمه : امين اشرفي
تاثيرگذاري انرژي تاريك روي شكل عالم ، سرنوشت كيهان را نامعين كرده است
ما در دروان ويژه اي زندگي مي كنم. از دو دهه پيش تاكنون ، من به همراه تعداد زيادي از دانشجويانم در اين خيال بوديم كه مي توان همه چيز را راجع به عالم فهميد . مي توان به مقدار ماده و انرژي در عالم پي برد . باور ما اين بود كه عالم تخت است . مي توان رد پاي تاريخ را تنها پس از گذاشتن چند لحظه از وقوع انفجار بزرگ پيدا كرد و حتي مي توان به سرنوشت عالم پي برد. يا حداقل فكر مي كرديم كه بتوانيم . اما چرا اين قدر مطمئن بوديم؟
نتايج آزمايش هاي دقيق روي اندازه گيري پرتوهايي كه از زمان انفجار بزرگ باقي مانده بود ، ما را واداشت تا باور كنيم كه مي توانيم معماي خميدگي عالم را حل كنيم . ما در عمل ، مقدار انرژي كلي را كه عالم مي تواند داشته باشد محاسبه كرديم ، كه بخش زيادي از آن انرژي تاريك بود و همان باعث انبساط عالم است .
در هر حال ، نتايج تحقيقاتي كه اخيرا انجام شده اند نشان داده است كه اين ادعا نادرست است . هر چه بيشتر در موردانرژي تاريك و تاثيرش روي فضا ـ زمان مي فهميم ، متوجه مي شويم كه انرژي تاريك و شكل ـ و هندسه ـ عالم به طرز نگران كننده اي در هم پيچيده اند.
با تغيير دادن ادعاهايمان در مورد انرژي تاريك مي توانيم خواسته هاي خود را روي شكل عالم اجرا كنيم.
در واقع ، بدون افزايش دادن ضريب دقت در محاسبه كردن هندسه عالم ناممكن است كه بتوانيم به ماهيت و سير تكامل انرژي تاريك پي ببريم. البته تا حدي تصور ما از عالم بهتر شده است . تغيير تصور ما نسبت به عالم ، تاثير عميقي بر چگونگي انجام تحقيقات روي كيهان گذاشته است . در همين راستا ، ماموريت هايي به منظور شناسايي دقيق تر انرژي تاريك در حال برنامه ريزي هستند؛ اما احتمال بي نتيجه ماندن تحقيقات هم وجود دارد ، حتي با بالا بردن دقت محاسبات در هندسه فضا.
اينشتين مي گفت چيزي كه ما به آن "گرانش" مي گوييم ، در واقع هندسه خاصي در فضا ـ زمان است . نسبيت عام اينشتين توضيح مي دهد كه چگونه فضا ـ زمان بر اثر اجرام موجود در آن درهم مي پيچد . در كل ، تمام اجرام موجود در عالم ميان گره هاي فضا ـ زمان را بپذيريم ، به اين نتيجه مي رسيم كه عالم ما در حال انقباض است.
هندسه عالم مي تواند يكي از سه شكل تخت ، خميدهء مثبت يا خميدهء منفي را داشته باشد؛ كه هر شكل بستگي به كل جرم و انرژي در واحد حجم دارد. اگردر عالم ميزان جرم و انرژي بسيار زياد باشد ، در اين صورت خميدگي عالم مثبت خواهد بود ، شبيه به يك توپ گرد كه مي تواند به صورت انفجاري مهيب از بين برود.
اگر ميزان جرم و انرژي خيلي كم باشد ، خميدگي عالم منفي خواهد بود؛ مثل زين يك اسب كه بر اثر گرانش نابود خواهد شد.
تنها در صورتي كه عالم چگالي صحيح را داشته باشد (تعداد اندكي پروتون در هر متر مكعب) ، مي تواند بدون خميدگي و در نتيجه ، "تخت" باشد . چنين عالمي مي تواند تا بي نهايت منبسط شود.
يكي از اهداف بزرگ علم كيهان شناسي ، پي بردن به نوع خميدگي عالم است ؛ به اين علت كه دانستن آن ، به فهم سير تدريجي تحول عالم كمك مي كند. تا يش از سال 1990 ميلادي ، همه بر اين باور بودند كه عالم تخت است و اين نتيجه گيري بر اساس اطلاعات نه چندان دقيق آن زمان بود . حتي در همايش هاي علمي هم سخني از خميدگي به ميان نمي آمد. موضوع همايش ها دو چيز بود : عالم تخت با ماده تاريك ، عالم تخت با انرژي تاريك . پس از گذشت چند سال ، اندك افرادي به فكر خميدگي منفي افتادند. اما تاكنون بحث هاي استوار و دقيقي درباره مثبت بودن خميدگي عالم نشده است .
باورها در مورد تخت بودن عالم در سال 1960 تغيير كرد. در اين سال دانشمندي به نام "ياكو زدلوويچ" اهل شوروي سابق ، به همراه گروهي از دانشمندان ، با ارائه مقاله اي نشان داد كه نقشه اي دقيق و همچنين از تابش زمين ريز موج كيهاني مي تواند تركيب ويژه اي داشته باشد ، اين نقشه بايد شامل نقاط داغ و سردي باشد كه به طور نامنظم توزيع شده اند.
گروه زلدوويچ اندازه لكه ها را در 370 هزار سالگي عالم محاسبه كرد، يعني زماني كه 370 هزار سال از وقوع انفجار بزرگ (مه بانگ) گذشته بود. اين زمان ، دوره اي در تاريخ كيهان شناسي است كه به آن دوره جفت گيري يا هماوندي گفته مي شود. اندازه اين لكه ها ارتباط مستقيم با سرعت انبساط يا انقباض عالم دارد . با در نظر گرفتن يك فرض معقول از آنچه كه عالم ، از آن تشكيل شده است ، مي توان با تقريب خوبي فاصله تا اين لكه ها را محاسبه كرد. با داشتن فاصله و تخت فرض كردن عالم ، مي توان با استفاده از مثلثات ، اندازه زاويه اي اين لكه ها را در آسمان محاسبه كرد.
گفتيم با فرض اين كه عالم تخت باشد ؛ حال اگر فرض خود را تغيير دهيم و به عالم خميدگي بدهيم ، بايد از روابط و فرمول هاي ديگري استفاده كرد. اندازه تقريبي اين لكه ها در آسمان بايد حدود 1 درجه باشد (ماه كامل در آسمان نيم درجه قوسي است.)
حال اگر اندازه واقعي لكه ها از اندازه اي كه در محاسبات به دست آمده بزرگ تر بود ، عالم خميدگي مثبت دارد و اگر از اندازه محاسبه شده كوچك تر بود ، خميدگي عالم منفي است .
در سال 1992 ماهواره COBE ناسا براي نخستين بار يك نقشه از تمام لكه هاي داغ و سرد آسمان تهيه كرد . اما تصاوير اين ماهواره بيش از حد تيره و تار بود و نمي شد بر اساس آنها به هندسه عالم پي برد. با اين حال ، گروه نااميد نشد و به تحقيقاتش ادامه داد ، به اين اميد كه اندازه زاويه اي لكه ها همان 1 درجه باشد.
در سال 1995 در دانشگاه كاليفرنيا گروهي از كيهان شناسان روي تابش زمينه ريز موج كيهاني تحقيق مي كردند . اين گروه ، دو بالن به نام هاي "ماكسيما" و "بومرنگ" داشتند كه وظيفه اين دو ، دريافت و ثبت اين تابش بود.
هر دو بالن مجهز به تجهيزاتي با حساسيت بسيار بالا بود و تا پيش از آن از چنين تجهيزات پيشرفته اي استفاده نشده بود. هر كدام ازآنها به تلسكوپي مجهز شده بود كه آنها هم از تلسكوپ ماهواره COBE قوي تر بودند. اين دو قابليت ، يعني قدرتمند بودن در يافتن تابش زمينه و توانايي بالاي تلسكوپ ها ، به ترسيم نقشه اي دقيق تر از اين تابش كمك كرد.
در آزمايش MAT/TOCO كه در سال دو هزار ميلادي انجام شد ،همچنان آثار لكه هاي سال 1997 به چشم مي خورد و در تصاوير اين آزمايش هم اندازه لكه ها همان 1 درجه قوس بود. با مقايسه اين دو آزمايش ، نتيجه اي كه دانشمندان گرفتند اين بود كه ما در دنيايي تخت زندگي مي كنيم.
نتايج دو آزمايش WMAP و MAT/TOCO شك و ترديد در مورد هندسه عالم را تا حد زيادي كاهش داد . همين نتايج ، كارها را براي دانشمندان و كيهان شناسان ساده تر كرد. آنها در حال تحقيق روي تئوري هاي مختلف نوع زندگي بشر در انواع مختلف از هندسه عالم بودند؛ اين كه مثلا زندگي انسان در عالمي با خميدگي مثبت چگونه است . اما پس از به دست آمدن نتيجه آزمايش ها ، آنها فقط در يك مورد مي نوشتند: عالم تخت است .
در نهايت ، همه به اين باور رسيده بودند كه عالم ما تخت و بدون خميدگي است .
داستان غم انگيز بعدي ، پس از مطمئن شدن از وضعيت خميدگي عالم شورع شد. تمام دانشمندان مي دانستند كه تعداد اتم هاي موجود در ستاره ها ، گازها و گرد و غبار ميان ستاره اي روي هم تنها 4 درصد از مجموع جرم و انرژي است كه طبق محاسبات در عالم وجود دارد . حتي با محاسبه ماده تاريك باز هم اين عدد به 100 نرسيد و براي تحت بودن عالم كافي نبود.
با اين محاسبات ، آنها حدود 70 درصد ماده موجود در عالم را شناسايي كرده بودند و اگر اين عدد درست مي بود ، عالم ما بايد خميدگي منفي مي داشت . باز هم شك ها برانگيخته شد كه بيرون از زمين ، جايي در اعماق كيهان ، بايد چيزي باشد كه اين كمبود را جبران كند.
حال اگر عالم با شتاب در حال انبساط است ، پس چيزي بايد وجود داشته باشد كه فضا ـ زمان را تحت فشار قرار مي دهد. اينشتين يك نامزد مناسب براي اين نوع انرژي دافع پيشنهاد كرده است : ثابت كيهاني يا «لاندا» . لاندا توسط بسياري از كيهان شناسان پذيرفته شده است .مدلي هم براي آن ساخته شد كه امروزه به نام ماده سرد و تاريك شناخته مي شود و يكي از ويژگي هاي اصلي اش اين است كه در آن ، عالم به صورت تخت فرض مي شود.
مفهوم لاندا آن قدرها هم ساده نيست . اگر بخواهيم صادقانه بگوييم ، هيچ كس به خوبي نمي داند لاندا در فيزيك چه مي گويد . حتي بهترين حدس ها با بالاترين مقدار دقت هم به ما جواب غلط مي دهند، به برنامه هاي ما مهر ابطال مي زنند و ما را مجبور مي كنند از راه و روش ديگري استفاده كنيم: شايد انرژي تاريك در فضا ـ زمان ثابت نباشد!
پس آيا هنوز هم مي توان عالم را تحت فرض كرد؟ تا چند وقت پيش ، عقيده من همين بود ؛ تا اين كه اكتشافي در اين زمينه مرا شگفت زده كرد.
"كريس كلاركسون" و همكارانش در دانشگاه كيپ تاون در آفريقاي جنوبي به اين فكر افتادند كه تاثير فهم ما از انرژي تاريكي را روي محاسبان درباره خميدگي فضا و بالعكس ، بررسي كنند.
براي پي بردن به نتايج اين گروه، طرز محاسبه خميدگي فضا ـ‌زمان با استفاده از اندازه لكه ها در تصاوير تابش زمينه را به ياد بياوريد . اندازه ظاهري لكه ها براي دانشمندان به دو مجهول بستگي دارد : نور آنها چه مسيري را طي كرده تا به ما برسد ، و همچنين هندسه فضا ـ زمان .
با افزودن ثابت كيهاني ، مي توان اين فاصله را با حل كردن معادلات نسبيت عام با دقت خوبي به دست آورد . اما هنوز نمي توان با قاطعيت گفت كه انرژي تاريك ، ثابت كيهاني است . اگر انرژي تاريك يك حقيقت با سير تكاملي پيچيده باشد ، بايد گفت كه ما هيچ چيزي را راجع به فاصله تا مكان هماوندي نمي دانيم ، و بدون داشتن فاصله تا لكه هاي سرد و داغ تصاوير تابش زمينه ريز موج كيهاني ، نمي توان نوع خميدگي عالم را مشخص كرد.
سپس در يك دايره ناقص به دام مي افتيم: براي دانستن نوع هندسه عالم نياز به مشخص كردن ماهيت انرژي تاريك داريم ، و براي مشخص كردن مقدار انرژي تاريك در عالم ، بايد هندسه عالم را دانست ! دانستن يكي بدون پي بدرن بردن به ديگري ، بيهوده و پوچ است .
به ياد داشتن اين نتايج ، دانشمندان را هشيار مي كند. يدك كشيدن كشف بزرگ هزاره ، كه عالم تخت است ، باعث شد خود من در مسيري كه آمده ام به عقب برگدم و احساسي در من پديد آيد كه اشتباه ميكردم و شايد هيچ گاه بشر نتواند نوع خميدگي عالم را همان طور كه دوست دارد ، مشخص كند. هيچ كس فكر نمي كرد انسان وارد دوره اي جديد و در عين حال بلند پروازانه از كيهان شناسي شود. در سال هاي دهه 1990 اين عالم تنها در پي محاسبه نوع هندسه عالم بود ، اما امروزه كيهان شناسان به دنبال كشف ماهيت مجهولي بزرگ تر هستند: ماده تاريك.
چطور مي توان به ماهيت ماده تاريك بدون دانستن هندسه فضا پي برد؟
خوشبختانه براي دانشمندان همه چيز به صورت علامت سوال نيست ، و اطلاعاتي هست كه بتوان به صحت آنها اطمينان كرد. هم اينك برخي از آزمايش ها در حال طراحي هستند تا به وسيله آنها بتوان به رخدادهاي گوشه و كنار كيهان پي برد و از سير تكامل عالم اطلاعات بيشتري به دست آورد.
هر چه اطلاعات بيشتري از مراحل مختلف تكامل عالم به دست آوريم ، راحت تر مي توان هم به عملكرد ماده تاريك در زمان هاي مختلف پي برد و هم به عملكرد هندسه فضا در مكان هاي مختلف.
برنامه هايي در جريان هستند تا راديو تلسكوپ "گارگانتوآن" ساخته شود كه آرايه اي به شكل مربع است و قرار است در استراليا يا آفريقاي جنوبي به بهره برداري برسد؛ كه به دانشمندان و كيهان شناسان، قدرت مكان يابي ميلياردها ستاره را در آسمان مي دهد.
همچنين ، يك ماموريت ماهواره اي جديد توسط ناسا و سازمان فضايي اروپا در حال برنامه ريزي است تا در آينده اجرا شود و هدف آن ، بررسي چگونگي تاثيرگذاري انرژي تاريك روي سير تكاملي كهكشان و تاثير متقابل آنها در فواصل زياد است .
اين پروژه ها قرار است در كمتر از يك دهه به بهره برداري برسند. در همين دوره ، پروژه هاي كوچك تري در حال اجرا هستند يا اجرا خواهند شد. به راستي آيا تحقيقات و آزمايش هاي جديد روزي ثمر مي دهند؟ و آيا ما بالاخره خواهيم توانست هندسه فضا را به طور كامل درك كنيم و دريابيم؟ البته اين هدف كمي بيش از آن چه فكر مي كنيم طول خواهد كشيد.
نيوساينتيست ، شماره 2719
دانشمند شماره 566
/ع
ما در دروان ويژه اي زندگي مي كنم. از دو دهه پيش تاكنون ، من به همراه تعداد زيادي از دانشجويانم در اين خيال بوديم كه مي توان همه چيز را راجع به عالم فهميد . مي توان به مقدار ماده و انرژي در عالم پي برد . باور ما اين بود كه عالم تخت است . مي توان رد پاي تاريخ را تنها پس از گذاشتن چند لحظه از وقوع انفجار بزرگ پيدا كرد و حتي مي توان به سرنوشت عالم پي برد. يا حداقل فكر مي كرديم كه بتوانيم . اما چرا اين قدر مطمئن بوديم؟
نتايج آزمايش هاي دقيق روي اندازه گيري پرتوهايي كه از زمان انفجار بزرگ باقي مانده بود ، ما را واداشت تا باور كنيم كه مي توانيم معماي خميدگي عالم را حل كنيم . ما در عمل ، مقدار انرژي كلي را كه عالم مي تواند داشته باشد محاسبه كرديم ، كه بخش زيادي از آن انرژي تاريك بود و همان باعث انبساط عالم است .
در هر حال ، نتايج تحقيقاتي كه اخيرا انجام شده اند نشان داده است كه اين ادعا نادرست است . هر چه بيشتر در موردانرژي تاريك و تاثيرش روي فضا ـ زمان مي فهميم ، متوجه مي شويم كه انرژي تاريك و شكل ـ و هندسه ـ عالم به طرز نگران كننده اي در هم پيچيده اند.
با تغيير دادن ادعاهايمان در مورد انرژي تاريك مي توانيم خواسته هاي خود را روي شكل عالم اجرا كنيم.
در واقع ، بدون افزايش دادن ضريب دقت در محاسبه كردن هندسه عالم ناممكن است كه بتوانيم به ماهيت و سير تكامل انرژي تاريك پي ببريم. البته تا حدي تصور ما از عالم بهتر شده است . تغيير تصور ما نسبت به عالم ، تاثير عميقي بر چگونگي انجام تحقيقات روي كيهان گذاشته است . در همين راستا ، ماموريت هايي به منظور شناسايي دقيق تر انرژي تاريك در حال برنامه ريزي هستند؛ اما احتمال بي نتيجه ماندن تحقيقات هم وجود دارد ، حتي با بالا بردن دقت محاسبات در هندسه فضا.
اينشتين مي گفت چيزي كه ما به آن "گرانش" مي گوييم ، در واقع هندسه خاصي در فضا ـ زمان است . نسبيت عام اينشتين توضيح مي دهد كه چگونه فضا ـ زمان بر اثر اجرام موجود در آن درهم مي پيچد . در كل ، تمام اجرام موجود در عالم ميان گره هاي فضا ـ زمان را بپذيريم ، به اين نتيجه مي رسيم كه عالم ما در حال انقباض است.
هندسه عالم مي تواند يكي از سه شكل تخت ، خميدهء مثبت يا خميدهء منفي را داشته باشد؛ كه هر شكل بستگي به كل جرم و انرژي در واحد حجم دارد. اگردر عالم ميزان جرم و انرژي بسيار زياد باشد ، در اين صورت خميدگي عالم مثبت خواهد بود ، شبيه به يك توپ گرد كه مي تواند به صورت انفجاري مهيب از بين برود.
اگر ميزان جرم و انرژي خيلي كم باشد ، خميدگي عالم منفي خواهد بود؛ مثل زين يك اسب كه بر اثر گرانش نابود خواهد شد.
تنها در صورتي كه عالم چگالي صحيح را داشته باشد (تعداد اندكي پروتون در هر متر مكعب) ، مي تواند بدون خميدگي و در نتيجه ، "تخت" باشد . چنين عالمي مي تواند تا بي نهايت منبسط شود.
يكي از اهداف بزرگ علم كيهان شناسي ، پي بردن به نوع خميدگي عالم است ؛ به اين علت كه دانستن آن ، به فهم سير تدريجي تحول عالم كمك مي كند. تا يش از سال 1990 ميلادي ، همه بر اين باور بودند كه عالم تخت است و اين نتيجه گيري بر اساس اطلاعات نه چندان دقيق آن زمان بود . حتي در همايش هاي علمي هم سخني از خميدگي به ميان نمي آمد. موضوع همايش ها دو چيز بود : عالم تخت با ماده تاريك ، عالم تخت با انرژي تاريك . پس از گذشت چند سال ، اندك افرادي به فكر خميدگي منفي افتادند. اما تاكنون بحث هاي استوار و دقيقي درباره مثبت بودن خميدگي عالم نشده است .
باورها در مورد تخت بودن عالم در سال 1960 تغيير كرد. در اين سال دانشمندي به نام "ياكو زدلوويچ" اهل شوروي سابق ، به همراه گروهي از دانشمندان ، با ارائه مقاله اي نشان داد كه نقشه اي دقيق و همچنين از تابش زمين ريز موج كيهاني مي تواند تركيب ويژه اي داشته باشد ، اين نقشه بايد شامل نقاط داغ و سردي باشد كه به طور نامنظم توزيع شده اند.
گروه زلدوويچ اندازه لكه ها را در 370 هزار سالگي عالم محاسبه كرد، يعني زماني كه 370 هزار سال از وقوع انفجار بزرگ (مه بانگ) گذشته بود. اين زمان ، دوره اي در تاريخ كيهان شناسي است كه به آن دوره جفت گيري يا هماوندي گفته مي شود. اندازه اين لكه ها ارتباط مستقيم با سرعت انبساط يا انقباض عالم دارد . با در نظر گرفتن يك فرض معقول از آنچه كه عالم ، از آن تشكيل شده است ، مي توان با تقريب خوبي فاصله تا اين لكه ها را محاسبه كرد. با داشتن فاصله و تخت فرض كردن عالم ، مي توان با استفاده از مثلثات ، اندازه زاويه اي اين لكه ها را در آسمان محاسبه كرد.
گفتيم با فرض اين كه عالم تخت باشد ؛ حال اگر فرض خود را تغيير دهيم و به عالم خميدگي بدهيم ، بايد از روابط و فرمول هاي ديگري استفاده كرد. اندازه تقريبي اين لكه ها در آسمان بايد حدود 1 درجه باشد (ماه كامل در آسمان نيم درجه قوسي است.)
حال اگر اندازه واقعي لكه ها از اندازه اي كه در محاسبات به دست آمده بزرگ تر بود ، عالم خميدگي مثبت دارد و اگر از اندازه محاسبه شده كوچك تر بود ، خميدگي عالم منفي است .
در سال 1992 ماهواره COBE ناسا براي نخستين بار يك نقشه از تمام لكه هاي داغ و سرد آسمان تهيه كرد . اما تصاوير اين ماهواره بيش از حد تيره و تار بود و نمي شد بر اساس آنها به هندسه عالم پي برد. با اين حال ، گروه نااميد نشد و به تحقيقاتش ادامه داد ، به اين اميد كه اندازه زاويه اي لكه ها همان 1 درجه باشد.
در سال 1995 در دانشگاه كاليفرنيا گروهي از كيهان شناسان روي تابش زمينه ريز موج كيهاني تحقيق مي كردند . اين گروه ، دو بالن به نام هاي "ماكسيما" و "بومرنگ" داشتند كه وظيفه اين دو ، دريافت و ثبت اين تابش بود.
هر دو بالن مجهز به تجهيزاتي با حساسيت بسيار بالا بود و تا پيش از آن از چنين تجهيزات پيشرفته اي استفاده نشده بود. هر كدام ازآنها به تلسكوپي مجهز شده بود كه آنها هم از تلسكوپ ماهواره COBE قوي تر بودند. اين دو قابليت ، يعني قدرتمند بودن در يافتن تابش زمينه و توانايي بالاي تلسكوپ ها ، به ترسيم نقشه اي دقيق تر از اين تابش كمك كرد.
در آزمايش MAT/TOCO كه در سال دو هزار ميلادي انجام شد ،همچنان آثار لكه هاي سال 1997 به چشم مي خورد و در تصاوير اين آزمايش هم اندازه لكه ها همان 1 درجه قوس بود. با مقايسه اين دو آزمايش ، نتيجه اي كه دانشمندان گرفتند اين بود كه ما در دنيايي تخت زندگي مي كنيم.
نتايج دو آزمايش WMAP و MAT/TOCO شك و ترديد در مورد هندسه عالم را تا حد زيادي كاهش داد . همين نتايج ، كارها را براي دانشمندان و كيهان شناسان ساده تر كرد. آنها در حال تحقيق روي تئوري هاي مختلف نوع زندگي بشر در انواع مختلف از هندسه عالم بودند؛ اين كه مثلا زندگي انسان در عالمي با خميدگي مثبت چگونه است . اما پس از به دست آمدن نتيجه آزمايش ها ، آنها فقط در يك مورد مي نوشتند: عالم تخت است .
در نهايت ، همه به اين باور رسيده بودند كه عالم ما تخت و بدون خميدگي است .
داستان غم انگيز بعدي ، پس از مطمئن شدن از وضعيت خميدگي عالم شورع شد. تمام دانشمندان مي دانستند كه تعداد اتم هاي موجود در ستاره ها ، گازها و گرد و غبار ميان ستاره اي روي هم تنها 4 درصد از مجموع جرم و انرژي است كه طبق محاسبات در عالم وجود دارد . حتي با محاسبه ماده تاريك باز هم اين عدد به 100 نرسيد و براي تحت بودن عالم كافي نبود.
با اين محاسبات ، آنها حدود 70 درصد ماده موجود در عالم را شناسايي كرده بودند و اگر اين عدد درست مي بود ، عالم ما بايد خميدگي منفي مي داشت . باز هم شك ها برانگيخته شد كه بيرون از زمين ، جايي در اعماق كيهان ، بايد چيزي باشد كه اين كمبود را جبران كند.
ماده دفع كننده
حال اگر عالم با شتاب در حال انبساط است ، پس چيزي بايد وجود داشته باشد كه فضا ـ زمان را تحت فشار قرار مي دهد. اينشتين يك نامزد مناسب براي اين نوع انرژي دافع پيشنهاد كرده است : ثابت كيهاني يا «لاندا» . لاندا توسط بسياري از كيهان شناسان پذيرفته شده است .مدلي هم براي آن ساخته شد كه امروزه به نام ماده سرد و تاريك شناخته مي شود و يكي از ويژگي هاي اصلي اش اين است كه در آن ، عالم به صورت تخت فرض مي شود.
مفهوم لاندا آن قدرها هم ساده نيست . اگر بخواهيم صادقانه بگوييم ، هيچ كس به خوبي نمي داند لاندا در فيزيك چه مي گويد . حتي بهترين حدس ها با بالاترين مقدار دقت هم به ما جواب غلط مي دهند، به برنامه هاي ما مهر ابطال مي زنند و ما را مجبور مي كنند از راه و روش ديگري استفاده كنيم: شايد انرژي تاريك در فضا ـ زمان ثابت نباشد!
پس آيا هنوز هم مي توان عالم را تحت فرض كرد؟ تا چند وقت پيش ، عقيده من همين بود ؛ تا اين كه اكتشافي در اين زمينه مرا شگفت زده كرد.
"كريس كلاركسون" و همكارانش در دانشگاه كيپ تاون در آفريقاي جنوبي به اين فكر افتادند كه تاثير فهم ما از انرژي تاريكي را روي محاسبان درباره خميدگي فضا و بالعكس ، بررسي كنند.
براي پي بردن به نتايج اين گروه، طرز محاسبه خميدگي فضا ـ‌زمان با استفاده از اندازه لكه ها در تصاوير تابش زمينه را به ياد بياوريد . اندازه ظاهري لكه ها براي دانشمندان به دو مجهول بستگي دارد : نور آنها چه مسيري را طي كرده تا به ما برسد ، و همچنين هندسه فضا ـ زمان .
با افزودن ثابت كيهاني ، مي توان اين فاصله را با حل كردن معادلات نسبيت عام با دقت خوبي به دست آورد . اما هنوز نمي توان با قاطعيت گفت كه انرژي تاريك ، ثابت كيهاني است . اگر انرژي تاريك يك حقيقت با سير تكاملي پيچيده باشد ، بايد گفت كه ما هيچ چيزي را راجع به فاصله تا مكان هماوندي نمي دانيم ، و بدون داشتن فاصله تا لكه هاي سرد و داغ تصاوير تابش زمينه ريز موج كيهاني ، نمي توان نوع خميدگي عالم را مشخص كرد.
سپس در يك دايره ناقص به دام مي افتيم: براي دانستن نوع هندسه عالم نياز به مشخص كردن ماهيت انرژي تاريك داريم ، و براي مشخص كردن مقدار انرژي تاريك در عالم ، بايد هندسه عالم را دانست ! دانستن يكي بدون پي بدرن بردن به ديگري ، بيهوده و پوچ است .
به ياد داشتن اين نتايج ، دانشمندان را هشيار مي كند. يدك كشيدن كشف بزرگ هزاره ، كه عالم تخت است ، باعث شد خود من در مسيري كه آمده ام به عقب برگدم و احساسي در من پديد آيد كه اشتباه ميكردم و شايد هيچ گاه بشر نتواند نوع خميدگي عالم را همان طور كه دوست دارد ، مشخص كند. هيچ كس فكر نمي كرد انسان وارد دوره اي جديد و در عين حال بلند پروازانه از كيهان شناسي شود. در سال هاي دهه 1990 اين عالم تنها در پي محاسبه نوع هندسه عالم بود ، اما امروزه كيهان شناسان به دنبال كشف ماهيت مجهولي بزرگ تر هستند: ماده تاريك.
چطور مي توان به ماهيت ماده تاريك بدون دانستن هندسه فضا پي برد؟
خوشبختانه براي دانشمندان همه چيز به صورت علامت سوال نيست ، و اطلاعاتي هست كه بتوان به صحت آنها اطمينان كرد. هم اينك برخي از آزمايش ها در حال طراحي هستند تا به وسيله آنها بتوان به رخدادهاي گوشه و كنار كيهان پي برد و از سير تكامل عالم اطلاعات بيشتري به دست آورد.
هر چه اطلاعات بيشتري از مراحل مختلف تكامل عالم به دست آوريم ، راحت تر مي توان هم به عملكرد ماده تاريك در زمان هاي مختلف پي برد و هم به عملكرد هندسه فضا در مكان هاي مختلف.
برنامه هايي در جريان هستند تا راديو تلسكوپ "گارگانتوآن" ساخته شود كه آرايه اي به شكل مربع است و قرار است در استراليا يا آفريقاي جنوبي به بهره برداري برسد؛ كه به دانشمندان و كيهان شناسان، قدرت مكان يابي ميلياردها ستاره را در آسمان مي دهد.
همچنين ، يك ماموريت ماهواره اي جديد توسط ناسا و سازمان فضايي اروپا در حال برنامه ريزي است تا در آينده اجرا شود و هدف آن ، بررسي چگونگي تاثيرگذاري انرژي تاريك روي سير تكاملي كهكشان و تاثير متقابل آنها در فواصل زياد است .
اين پروژه ها قرار است در كمتر از يك دهه به بهره برداري برسند. در همين دوره ، پروژه هاي كوچك تري در حال اجرا هستند يا اجرا خواهند شد. به راستي آيا تحقيقات و آزمايش هاي جديد روزي ثمر مي دهند؟ و آيا ما بالاخره خواهيم توانست هندسه فضا را به طور كامل درك كنيم و دريابيم؟ البته اين هدف كمي بيش از آن چه فكر مي كنيم طول خواهد كشيد.
پي نوشت ها :
*کيهان شناس در دانشگاه اکسفورد انگلستان و نويسنده کتاب "حالاتِ عالم" (منتشر شده در سال 2006) .
نيوساينتيست ، شماره 2719
دانشمند شماره 566
/ع
