توضیح جدید انرژی تاریک: نوسان‌های بسیار کوچک فضا و زمان

ایران اکازیون:از دهه ۱۹۲۰ میلادی، ستاره­ شناسان از حقیقت انبساط کیهان آگاه بودند. این مسئله برای اولین بار توسط اینشتین در نظریه نسبیت عام آورده شد. این کشف باعث شکل­ گیری مورد قبول­ ترین نظریه کیهان­ شناسی با نام نظریه بیگ بنگ شده است. اگرچه برخی مسائل در اواخر دهه ۱۹۹۰ میلادی باعث سردرگمی دانشمندان شد؛ آن هم زمانی که مشاهدات پیشرفته نشان داد که انبساط کیهان میلیاردها سال است که در حال شتاب­ گیری می­باشد.

به گزارش بیگ بنگ، این مسئله منتهی به شکل­ گیری نظریه انرژی تاریک شد؛ انرژی اسرارآمیز و نامرئی که عامل انبساط کیهان می­باشد. چیزی شبیه به ماده تاریک که “جرم نهان” را توضیح می­ دهد، لازم بود که این انرژی مبهم را  درک شده و یا حداقل چهارچوب نظری منسجمی برای آن ارائه شود. مطالعه ­ای جدید در دانشگاه بریتیش کلمبیا به دنبال ایجاد این چهارچوب است؛ آن هم با فرض اینکه انبساط کیهان به دلیل نوسانات فضا و زمان باشد. سرپرست این مطالعه کیندی وانگ، دانشجوی دکترای گروه فیزیک و ستاره ­شناسی دانشگاه بریتیش کلمبیا می­باشد. با نظارت پروفسور ویلیام اونرو(شخصی که “اثر اونرو” را مطرح کرد) و کمک دانشجوی دکترا، ژن ژو تعریفی جدید برای انرژی تاریک ارائه دادند.

تیم تحقیقاتی کار خود را با مورد توجه قراردادن تناقضات موجود در دو نظریه اساسی در علم شروع کردند. این نظریه­ ها، نسبیت عام و مکانیک کوانتوم هستند که تمام پدیده­ های طبیعی در کیهان، در مقیاس­ های بزرگ(ستاره­ ها، کهکشان­ ها و…) و کوچک(ذرات زیراتمی) را توضیح می­ دهند. متاسفانه این دو نظریه در مبحث گرانش با هم تناقض دارند که دانشمندان هنوز نتوانستند این مبحث را با استفاده از مکانیک کوانتوم حل نمایند. وجود انرژی تاریک و انبساط کیهان از دیگر موارد مورد بحث می­ باشد. برای مثال، نظریه­ های کاندیدای توضیح انرژی تاریک، مثل نظریه انرژی خلا(یکی از پرطرفدارترین نظریه­ ها در خصوص انرژی تاریک) ناسازگاری ­های زیادی را دارند.

بر اساس مکانیک کوانتوم، انرژی خلا، چگالی انرژی بسیار بالایی را در خود جای داده است. اگر این مسئله درست باشد، نسبیت عام می­ گوید که این مقدار از انرژی، باید گرانش بسیار زیادی داشته باشد که این گرانش باعث انفجار تمام کیهان می شود. پروفسور اونرو در این باره گفت: «مشکل اینجاست که محاسبات انرژی خلا نشان از میزان بسیار بالای آن دارد. بنابراین می­توان گفت که رویکرد معمول در این زمینه بدین صورت است که بگوییم به نحوی یک چیزی به قدری کاهش پیدا می­ کند که چیز دیگری، میزان گسترشی در حدود ده میلیارد سال پیدا می­ کند. اما این “به نحوی” مرموز بوده و هیچ­کسی نتوانسته است تا کنون مکانیزمی برای توضیح آن، حتی نصف و نیمه ارائه کند.»

در حالی که دیگر دانشمندان تلاش کردند که مکانیک کوانتوم را به نحوی اصلاح کنند که انرژی خلا را کوچک نشان داده و یا نسبیت عام را به نحوی اصلاح کنند که بر روی انرژی خلا تاثیری نداشته باشد. گرچه مکانیک کوانتوم و نسبیت عام از نظریات بسیار موفق در توضیح ساز و کار کیهان بوده­ اند. بجای اصلاح این دو نظریه، ما بر این عقیده ­ایم که در قدم اول باید این نظریات را بهتر درک کنیم و همانگونه که در این دو نظریه اشاره شد، آن را بپذیریم.

در راستای این پژوهش، ونگ و همکاران او محاسباتی بر روی انرژی خلا انجام دادند که انرژی بالای این پدیده را به مقادیر قابل لمس تبدیل کنند. آنها این احتمال را در نظر گرفتند که اساس فضا-زمان دارای نوسان­های شدیدی در مقیاس­ های بسیار کوچک می­باشد که همواره میان انقباض و انبساط در حال تغییر است. با عقب و جلو رفتن فضا-زمان، نتایج این نوسان بدین صورت می­باشد که کیهان انبساطی آهسته ولی با شتابی پیوسته خواهد داشت. بعد از انجام محاسبات، تیم تحقیقاتی متوجه شدند که این انبساط، با نظریه­ های نسبیت عام و انرژی خلا کوانتوم همخوانی دارند. همچنین این انبساط با چیزی که دانشمندان به مدت یک قرن است در جهان ما آن را رصد می­ کنند، همخوانی دارد.

پروفسور اونرو اینگونه توضیح می­ دهد: «محاسبات ما نشان داد که یکی از احتمالات این است که جهان ما در اندازه ­های بسیار کوچک در حال انقباض و انبساط است. اما فیزیک به دلیل میانگین­ این مقیاس­ های کوچک، قادر به رصد این “کف کوانتومی” نیست که می­ توان گفت اثر کاهشی کوچکی روی کیهان می ­گذارد. به بیان دیگر می­ توان گفت که مثل موج­ های اقیانوسی است که در صورت مسطح بودن ِ کامل اقیانوس، در آن حرکت می ­کردند اما ما از این حقیقت اطلاع داریم که این حرکت اتمهای آب است که موج ­ها را می ­سازد و به گونه­ ای به نظر می­ رسد که سطح آب کاملا مسطح است.»

در مقایسه با نظریه­ هایی در مورد جهان که نیروهای موجود در آن از بین نمی­روند و با خنثی­ کردن یکدیگر، جهان را کنترل می ­کنند، ونگ و همکارانش چهارچوبی را ارائه کردند که در آن جهان همواره در حرکت است. در این چهارچوب، آثار انرژی خلا توسط خود انرژی خنثی می­ شود و به انقباض و انبساط جهان کمک می­ کند. شاید کمی برای گفتن این حرف زود باشد اما این تصویر از جهانی به شدت پویا می ­تواند در فهم ما از فضا-زمان انقلابی ایجاد کند. حداقل می­ توان گفت که این یافته ­های فرضی می­ توانند به ایجاد مباحث و آزمایشات بیشتر در این زمینه کمک کنند. همانطور که می­دانیم این تنها راه برای گسترش درک و دانش ما از کیهان است..

ترجمه: رضا کاظمی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: universetoday.com