۹۵ درصد محتوای عالم شناخته شده نیست

محمود روشن المه جق در خصوص انبساط مثبت جهان اظهار کرد: ابرنواخترهای نوع اول، تابندگی بسیار بالایی دارند و از فواصل دور قابل مشاهده هستند. بنابراین روشنایی ابرنواخترها کمک می‌کند تا بتوانیم فاصله‌های دور کیهان را اندازه‌گیری کنیم و بر همین اساس به ‌آن‌ها شمع‌های استاندارد نیز می‌گویند. برخلاف انتظارات کیهان شناسان در رصدهایی که در سال ۱۹۹۷ - ۱۹۹۸ بر ابرنواخترها انجام شد، ثابت گردید که ابرنواخترها از آنچه که باید کم‌سوتر دیده می‌شوند! این موضوع مستقیما به معنای شتاب مثبت کیهان است. 

وی در رابطه با علل انبساط جهان افزود: فیزیکدان‌ها از سال ۱۹۳۴ از منبسط شدن و شتاب جهان مطلع بودند اما بعدها متوجه شدند علاوه بر دور شدن کهکشان‌ها از یکدیگر، این سرعت در طول زمان نیز افزایش پیدا می‌کند و به معنایی دیگر شتاب انبساط مثبت است. ریشه کم‌سو بودن ابرنواخترها نیز در انبساط مثبت دنیاست. انرژی تاریک می‌تواند دلیل افزایش سرعت انبساط جهان باشد چرا که به جای ایجاد گرانش جاذبه، گرانش دافعه ایجاد می‌کند. انرژی تاریک دارای چگالی ثابت است و در خلا نیز حضور دارد.

استاد گروه نجوم و اختر فیزیک دانشگاه فردوسی ادامه داد: بیش از یک قرن پیش اینشتین از ایده گرانش دافعه استفاده کرده بود. به بیان دقیق‌تر ایده «ثابت کیهان شناختی» توسط اینشتین ایجاد شد اما سریعا توسط خود وی پس گرفته شد. دلیل اصلی پس گرفته شدن آن ایده، این بود که مدل ارائه شده با ثابت کیهان‌شناختی، یک مدل کاملا ناپایدار بود و لذا نمی‌توانست با واقعیت مطابقت داشته باشد. با این حال در سال ۱۹۹۸ این ثابت مجددا به کیهان‌شناسی بازگشت.

روشن المه جق تشریح کرد: ثابت کیهان‌شناختی در واقع همان انرژی تاریک است که هنوز خیلی شناخته شده نیست. 

اهمیت بالای انرژی تاریک نسبت به سایر انرژی‌های کهکشانی

وی در رابطه با میزان انرژی‌های مختلف حاضر در کیهان و افزایش یا کاهش آن‌ در طول زمان گفت: از ابتدای تشکیل کیهان در آن می‌توان ماده غیرنسبتی، نسبتی و انرژی تاریک یافت. چگالی ماده تاریک، نور و ماده باریونی از ابتدای مهبانگ تا به امروز با مرور زمان کاهش یافته است اما چگالی انرژی تاریک از ابتدای مهبانگ تا به امروز ثابت بوده است. جز در بازه زمانی بسیار کوتاه، موسوم به دوره تورمی، در زمان مهبانگ شتاب دنیا مثبت نبوده اما در چند میلیارد سال گذشته شتاب جهان مثبت شده است. چگالی انرژی تاریک ۱۰ به توان منفی ۲۹ گرم در هر سانتی متر مکعب است. بنابراین چگالی تمام مواد دنیا به مرور زمان کاهش پیدا می‌کند اما چگالی انرژی تاریک با وجود بسیار کوچک بودن آن، ثابت است. در چنین موقعیتی سایر چگالی‌ها نهایتا از انرژی تاریک کمتر شده و انرژی تاریک اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

ناشناخته بودن ۹۵ درصد از جهان برای فیزیکدان‌ها

روشن المه جق با اشاره به اینکه انرژی و ماده تاریک با یکدیگر بسیار متفاوت است، بیان کرد: انرژی تاریک مسئول انبساط شتاب‌دار عالم است، دافعه ایجاد می‌کند و از ذرات تشکیل نشده است. در حالی که ماده تاریک از ذراتی واقعی تشکیل می‌شود، جرم دارد، گرانش ایجاد می‌کند اما بار الکتریکی ندارد. با وجود تلاش گسترده فیزیکدانان برای درک ماهیت انرژی تاریک و کشف ذرات ماده تاریک، کماکان این مفاهیم ناشناخته‌اند. در واقع ۹۵ درصد محتوای عالم شناخته شده نیست.

استاد گروه نجوم و اختر فیزیک دانشگاه فردوسی خاطرنشان کرد: مدل استاندارد کیهان شناختی در حال حاضر مدل ACDM نامیده می‌شود و علی رغم موفقیت‌های فراوان و سازگاری حیرت‌انگیز با رصدهای کیهان شناسی، اخیرا با چالش روبه‌رو شده است. به عنوان مثال در گذشته ثابت هابل که در رصدهای مختلف رصد می‌شد، عددی مشخص داشت اما در چند سال گذشته معلوم شده که رصدهای متفاوت، به نتایج متفاوت برای مقدار ثابت هابل می‌رسد، به گونه‌ای که اختلاف بین نتایج نهایی بیش از ۱۰ درصد است. 

وی تشریح کرد: طبق اعتقاد فیزیکدان‌ها هر موجی برای انتشار به یک محیط احتیاج دارد. زمانی که در قرن ۱۹ الکترومغناطیس کشف شد، این سوال نیز به وجود آمد که این موج در چه محیطی منتشر می‌شود. بنابراین در اواخر قرن نوزدهم میلادی فیزیکدان‌ها تصور می‌کردند که دنیا از اتر «aether» پر شده است. تصور فیزیکدان‌ها از اتر یک ماده نامرعی، بی‌رنگ و بی بو است که همه جا وجود دارد و در راستای کشف آن آزمایش‌های متعددی انجام دادند. پس از ناکامی این آزمایشات، اینشتین بیان کرد که مفهوم اتر غیرضروری است و وجود ندارد، در عوض باید نظریات را تغییر داد. اکنون نیز شرایط مشابهی ایجاد شده و ممکن است ماده تاریک وجود نداشته باشد و ایراد در نظریه گرانش باشد.

روشن المه جق در خصوص نحوه تاثیرگذاری‌ انرژی تاریک و ماده تاریک بر زندگی انسان افزود: تاثیرات انرژی تاریک در مقیاس کیهانی ظاهر می‌شود و نقش مستقیمی در زندگی ما ندارد. اثرات انبساط و دافعه انرژی تاریک در مقیاس کیهانی مشاهده می‌شود، بنابراین در زندگی ما تاثیری نمی‌گذارد. ماده تاریک نیز همانند انرژی تاریک تاثیر مستقیمی بر زندگی انسان ندارد اما در درازمدت تاثیرات این انبساط قابل مشاهده است. برای مثال کهکشان راه شیری و کهکشان آندرومدا در حال نزدیک شدن به یکدیگر هستند. اگر ماده تاریک در این میان وجود داشته باشد، این دو کهکشان با سرعت بیشتری به هم نزدیک خواهند شد. 

ماده تاریک مانند ترمزی است که بر دینامیک محتوی کهکشان تاثیر می‌گذارد

استاد گروه نجوم و اختر فیزیک دانشگاه فردوسی در خصوص تاثیر انرژی تاریک و ماده تاریک بر محیط و اجرام اطرافشان ادامه داد: حضور ماده تاریک در محیط کهکشانی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. برای مثال در کهکشان‌های مارپیچی میله‌ای ستاره‌ای وجود دارد که با سرعت در مرکز کهکشان می‌چرخد. اگر ماده تاریک وجود داشته باشد، سرعت چرخش این میله به مرور زمان کاهش پیدا می‌کند. به معنایی دیگر ماده تاریک مانند یک ترمز رفتار می‌کند که دینامیک کهکشان را تحت تاثیر قرار می‌دهد اما در محیط کوچک‌تری مانند زمین هیچ‌گونه تاثیری ندارد.

ماده تاریک ارتباطی با تاریکی کهکشان ندارد

وی با اشاره به اینکه تاریکی کهکشان‌ها ارتباطی با ماده تاریک ندارد، اظهار کرد: یک ذره باردار در صورت شتاب گرفتن از خود نور منتشر می‌کنند. بنابراین هر نوری که از کهکشان دیده می‌شود، به ذرات الکتریکی شتاب‌دار باز می‌گردد. ذرات ماده تاریک بار الکتریکی ندارد. بنابراین ممکن است که ماده تاریک در کهکشان وجود داشته باشد و دیده نشود یا اصلا وجود نداشته باشد. علت نام‌گذاری این ماده به «ماده تاریک» به دلیل نداشتن بار الکتریکی در ذرات آن است. برای تشخیص حضور ماده تاریک در کهکشان از اثرات گرانشی که بر جای می‌گذارد مانند منحرف کردن نور سایر اجرام استفاده می‌کنند. 

روشن المه جق در خصوص نحوه تاثیرگذاری انرژی تاریک و ماده تاریک بر یکدیگر خاطرنشان کرد: انرژی تاریک و ماده تاریک در دینامیک کیهان تاثیرگذار هستند. تئوری‌هایی وجود دارند که مستقیما تاثیر این دو را بر یکدیگر بررسی می‌کنند. بر اساس این تئوری‌ها برخی معتقد به تاثیرگذاری انرژی تاریک و ماده تاریک بر یکدیگر و برخی نیز مخالف هستند اما تئوری استاندارد بیان می‌کند که این دو مستقیما بر یکدیگر تاثیر ندارند اما در تشکیل کیهان‌شناسی به صورت غیر مستقیم بر تحول یکدیگر تاثیر دارند.

استاد گروه نجوم و اختر فیزیک دانشگاه فردوسی در خصوص چند مورد از شواهد مبنی بر وجود انرژی تاریک، تشریح کرد: مهم‌ترین شاهد حضور انرژی تاریک انبساط مثبت دنیا است. بنابراین وجود دافعه کاملا مشهود در کیهان شناسی مهم‌ترین گواه حضور این انرژی است.

وی در رابطه با شواهد مبنی بر وجود ماده تاریک گفت: اگر در خصوص سرعت چرخش سیارات مختلفی مانند عطارد و مشتری به دور خورشید سوال پرسیده شود، مشخصا سرعت عطارد که به نقطه گرانش، یعنی خورشید نزدیک‌تر است، بیشتر است و بر همین اساس هرچه فاصله از گرانش بیشتر شود، سرعت نیز کاهش پیدا می‌کند. با تعمیم این موضوع به محیط بزرگتری مانند یک کهکشان مارپیچی انتظار داریم که سرعت چرخش ستاره‌ها حول مرکز کهکشان نیز با دور شدن از مرکز گرانش بایستی کاهش پیدا کند اما واقعیت این است که خورشید و ستاره‌های دورتر از آن همه با یک سرعت در حال چرخیدن هستند و سرعت ستاره‌ها با فاصله از مرکز کهکشان کاهش نمی‌یابد. گرانش اضافی که این خلا را پر می‌کند ماده تاریک نام داد. گرانش موجود در کهکشان‌های مارپیچی یکی از بهترین شواهد برای حضور ماده تاریک است.

روشن المه جق افزود: بر اساس مطالعات علم کیهان‌شناسی اگر ماده تاریک نباشد هیچ کهکشانی در مدت ۱۳.۸ میلیارد سال سن کیهان تشکیل نخواهد شد. ماده تاریک در همه جای کهکشان باید حضور داشته باشد. اگر ماده تاریک نباشد گرانش کافی برای جمع کردن باریون‌ها در کنار هم وجود نخواهد داشت. این یکی از دلایل اصلی برای ارائه و اعتقاد به وجود ماده تاریک است. متاسفانه همانطور که پیشتر اشاره شد، دانشمندان هر چه به دنبال ماده تاریک می‌گردند، آن را پیدا نمی‌کنند و این موضوع چالشی برای فیزیکدانان شده است.