۹۵ درصد عالم از ماده و انرژی تاریک تشکیل شده است
ايسنا/ يک استاد گروه نجوم و اختر فيزيک دانشگاه فردوسي گفت: طبق نظريه نسبيت عام اينشتين ۷۰ درصد از جهان را انرژي تاريک تشکيل ميدهد. بر اساس اين نظريه بايستي ۲۵ درصد ديگر جهان ماده تاريک باشد تا تئوري به درستي تبيين شود. بنابراين تمام آنچه در عالم ديده ميشود تنها ۵ درصد محتواي عالم را تشکيل ميدهند.
محمود روشن المه جق در خصوص انبساط مثبت جهان اظهار کرد: ابرنواخترهاي نوع اول، تابندگي بسيار بالايي دارند و از فواصل دور قابل مشاهده هستند. بنابراين روشنايي ابرنواخترها کمک ميکند تا بتوانيم فاصلههاي دور کيهان را اندازهگيري کنيم و بر همين اساس به آنها شمعهاي استاندارد نيز ميگويند. برخلاف انتظارات کيهان شناسان در رصدهايي که در سال ۱۹۹۷ - ۱۹۹۸ بر ابرنواخترها انجام شد، ثابت گرديد که ابرنواخترها از آنچه که بايد کمسوتر ديده ميشوند! اين موضوع مستقيما به معناي شتاب مثبت کيهان است.
وي در رابطه با علل انبساط جهان افزود: فيزيکدانها از سال ۱۹۳۴ از منبسط شدن و شتاب جهان مطلع بودند اما بعدها متوجه شدند علاوه بر دور شدن کهکشانها از يکديگر، اين سرعت در طول زمان نيز افزايش پيدا ميکند و به معنايي ديگر شتاب انبساط مثبت است. ريشه کمسو بودن ابرنواخترها نيز در انبساط مثبت دنياست. انرژي تاريک ميتواند دليل افزايش سرعت انبساط جهان باشد چرا که به جاي ايجاد گرانش جاذبه، گرانش دافعه ايجاد ميکند. انرژي تاريک داراي چگالي ثابت است و در خلا نيز حضور دارد.
استاد گروه نجوم و اختر فيزيک دانشگاه فردوسي ادامه داد: بيش از يک قرن پيش اينشتين از ايده گرانش دافعه استفاده کرده بود. به بيان دقيقتر ايده «ثابت کيهان شناختي» توسط اينشتين ايجاد شد اما سريعا توسط خود وي پس گرفته شد. دليل اصلي پس گرفته شدن آن ايده، اين بود که مدل ارائه شده با ثابت کيهانشناختي، يک مدل کاملا ناپايدار بود و لذا نميتوانست با واقعيت مطابقت داشته باشد. با اين حال در سال ۱۹۹۸ اين ثابت مجددا به کيهانشناسي بازگشت.
روشن المه جق تشريح کرد: ثابت کيهانشناختي در واقع همان انرژي تاريک است که هنوز خيلي شناخته شده نيست.
اهميت بالاي انرژي تاريک نسبت به ساير انرژيهاي کهکشاني
وي در رابطه با ميزان انرژيهاي مختلف حاضر در کيهان و افزايش يا کاهش آن در طول زمان گفت: از ابتداي تشکيل کيهان در آن ميتوان ماده غيرنسبتي، نسبتي و انرژي تاريک يافت. چگالي ماده تاريک، نور و ماده باريوني از ابتداي مهبانگ تا به امروز با مرور زمان کاهش يافته است اما چگالي انرژي تاريک از ابتداي مهبانگ تا به امروز ثابت بوده است. جز در بازه زماني بسيار کوتاه، موسوم به دوره تورمي، در زمان مهبانگ شتاب دنيا مثبت نبوده اما در چند ميليارد سال گذشته شتاب جهان مثبت شده است. چگالي انرژي تاريک ۱۰ به توان منفي ۲۹ گرم در هر سانتي متر مکعب است. بنابراين چگالي تمام مواد دنيا به مرور زمان کاهش پيدا ميکند اما چگالي انرژي تاريک با وجود بسيار کوچک بودن آن، ثابت است. در چنين موقعيتي ساير چگاليها نهايتا از انرژي تاريک کمتر شده و انرژي تاريک اهميت بيشتري پيدا ميکند.
ناشناخته بودن ۹۵ درصد از جهان براي فيزيکدانها
روشن المه جق با اشاره به اينکه انرژي و ماده تاريک با يکديگر بسيار متفاوت است، بيان کرد: انرژي تاريک مسئول انبساط شتابدار عالم است، دافعه ايجاد ميکند و از ذرات تشکيل نشده است. در حالي که ماده تاريک از ذراتي واقعي تشکيل ميشود، جرم دارد، گرانش ايجاد ميکند اما بار الکتريکي ندارد. با وجود تلاش گسترده فيزيکدانان براي درک ماهيت انرژي تاريک و کشف ذرات ماده تاريک، کماکان اين مفاهيم ناشناختهاند. در واقع ۹۵ درصد محتواي عالم شناخته شده نيست.
استاد گروه نجوم و اختر فيزيک دانشگاه فردوسي خاطرنشان کرد: مدل استاندارد کيهان شناختي در حال حاضر مدل ACDM ناميده ميشود و علي رغم موفقيتهاي فراوان و سازگاري حيرتانگيز با رصدهاي کيهان شناسي، اخيرا با چالش روبهرو شده است. به عنوان مثال در گذشته ثابت هابل که در رصدهاي مختلف رصد ميشد، عددي مشخص داشت اما در چند سال گذشته معلوم شده که رصدهاي متفاوت، به نتايج متفاوت براي مقدار ثابت هابل ميرسد، به گونهاي که اختلاف بين نتايج نهايي بيش از ۱۰ درصد است.
وي تشريح کرد: طبق اعتقاد فيزيکدانها هر موجي براي انتشار به يک محيط احتياج دارد. زماني که در قرن ۱۹ الکترومغناطيس کشف شد، اين سوال نيز به وجود آمد که اين موج در چه محيطي منتشر ميشود. بنابراين در اواخر قرن نوزدهم ميلادي فيزيکدانها تصور ميکردند که دنيا از اتر «aether» پر شده است. تصور فيزيکدانها از اتر يک ماده نامرعي، بيرنگ و بي بو است که همه جا وجود دارد و در راستاي کشف آن آزمايشهاي متعددي انجام دادند. پس از ناکامي اين آزمايشات، اينشتين بيان کرد که مفهوم اتر غيرضروري است و وجود ندارد، در عوض بايد نظريات را تغيير داد. اکنون نيز شرايط مشابهي ايجاد شده و ممکن است ماده تاريک وجود نداشته باشد و ايراد در نظريه گرانش باشد.
روشن المه جق در خصوص نحوه تاثيرگذاري انرژي تاريک و ماده تاريک بر زندگي انسان افزود: تاثيرات انرژي تاريک در مقياس کيهاني ظاهر ميشود و نقش مستقيمي در زندگي ما ندارد. اثرات انبساط و دافعه انرژي تاريک در مقياس کيهاني مشاهده ميشود، بنابراين در زندگي ما تاثيري نميگذارد. ماده تاريک نيز همانند انرژي تاريک تاثير مستقيمي بر زندگي انسان ندارد اما در درازمدت تاثيرات اين انبساط قابل مشاهده است. براي مثال کهکشان راه شيري و کهکشان آندرومدا در حال نزديک شدن به يکديگر هستند. اگر ماده تاريک در اين ميان وجود داشته باشد، اين دو کهکشان با سرعت بيشتري به هم نزديک خواهند شد.
ماده تاريک مانند ترمزي است که بر ديناميک محتوي کهکشان تاثير ميگذارد
استاد گروه نجوم و اختر فيزيک دانشگاه فردوسي در خصوص تاثير انرژي تاريک و ماده تاريک بر محيط و اجرام اطرافشان ادامه داد: حضور ماده تاريک در محيط کهکشاني از اهميت بسيار بالايي برخوردار است. براي مثال در کهکشانهاي مارپيچي ميلهاي ستارهاي وجود دارد که با سرعت در مرکز کهکشان ميچرخد. اگر ماده تاريک وجود داشته باشد، سرعت چرخش اين ميله به مرور زمان کاهش پيدا ميکند. به معنايي ديگر ماده تاريک مانند يک ترمز رفتار ميکند که ديناميک کهکشان را تحت تاثير قرار ميدهد اما در محيط کوچکتري مانند زمين هيچگونه تاثيري ندارد.
ماده تاريک ارتباطي با تاريکي کهکشان ندارد
وي با اشاره به اينکه تاريکي کهکشانها ارتباطي با ماده تاريک ندارد، اظهار کرد: يک ذره باردار در صورت شتاب گرفتن از خود نور منتشر ميکنند. بنابراين هر نوري که از کهکشان ديده ميشود، به ذرات الکتريکي شتابدار باز ميگردد. ذرات ماده تاريک بار الکتريکي ندارد. بنابراين ممکن است که ماده تاريک در کهکشان وجود داشته باشد و ديده نشود يا اصلا وجود نداشته باشد. علت نامگذاري اين ماده به «ماده تاريک» به دليل نداشتن بار الکتريکي در ذرات آن است. براي تشخيص حضور ماده تاريک در کهکشان از اثرات گرانشي که بر جاي ميگذارد مانند منحرف کردن نور ساير اجرام استفاده ميکنند.
روشن المه جق در خصوص نحوه تاثيرگذاري انرژي تاريک و ماده تاريک بر يکديگر خاطرنشان کرد: انرژي تاريک و ماده تاريک در ديناميک کيهان تاثيرگذار هستند. تئوريهايي وجود دارند که مستقيما تاثير اين دو را بر يکديگر بررسي ميکنند. بر اساس اين تئوريها برخي معتقد به تاثيرگذاري انرژي تاريک و ماده تاريک بر يکديگر و برخي نيز مخالف هستند اما تئوري استاندارد بيان ميکند که اين دو مستقيما بر يکديگر تاثير ندارند اما در تشکيل کيهانشناسي به صورت غير مستقيم بر تحول يکديگر تاثير دارند.
استاد گروه نجوم و اختر فيزيک دانشگاه فردوسي در خصوص چند مورد از شواهد مبني بر وجود انرژي تاريک، تشريح کرد: مهمترين شاهد حضور انرژي تاريک انبساط مثبت دنيا است. بنابراين وجود دافعه کاملا مشهود در کيهان شناسي مهمترين گواه حضور اين انرژي است.
وي در رابطه با شواهد مبني بر وجود ماده تاريک گفت: اگر در خصوص سرعت چرخش سيارات مختلفي مانند عطارد و مشتري به دور خورشيد سوال پرسيده شود، مشخصا سرعت عطارد که به نقطه گرانش، يعني خورشيد نزديکتر است، بيشتر است و بر همين اساس هرچه فاصله از گرانش بيشتر شود، سرعت نيز کاهش پيدا ميکند. با تعميم اين موضوع به محيط بزرگتري مانند يک کهکشان مارپيچي انتظار داريم که سرعت چرخش ستارهها حول مرکز کهکشان نيز با دور شدن از مرکز گرانش بايستي کاهش پيدا کند اما واقعيت اين است که خورشيد و ستارههاي دورتر از آن همه با يک سرعت در حال چرخيدن هستند و سرعت ستارهها با فاصله از مرکز کهکشان کاهش نمييابد. گرانش اضافي که اين خلا را پر ميکند ماده تاريک نام داد. گرانش موجود در کهکشانهاي مارپيچي يکي از بهترين شواهد براي حضور ماده تاريک است.
روشن المه جق افزود: بر اساس مطالعات علم کيهانشناسي اگر ماده تاريک نباشد هيچ کهکشاني در مدت ۱۳.۸ ميليارد سال سن کيهان تشکيل نخواهد شد. ماده تاريک در همه جاي کهکشان بايد حضور داشته باشد. اگر ماده تاريک نباشد گرانش کافي براي جمع کردن باريونها در کنار هم وجود نخواهد داشت. اين يکي از دلايل اصلي براي ارائه و اعتقاد به وجود ماده تاريک است. متاسفانه همانطور که پيشتر اشاره شد، دانشمندان هر چه به دنبال ماده تاريک ميگردند، آن را پيدا نميکنند و اين موضوع چالشي براي فيزيکدانان شده است.