با توجه به خوانش دقیق انتقال به سرخ ابرنواختر های نوع A1  در فواصل کیهانی،این موضوع که  سرعت انبساط آنها در حال افزایش است،کشف شد.استفاده از این اطلاعات باعث مطرح شدن نظریه ی انرژی تاریک برای نخستین بار گردید.از آنجا که تمام ماده ی موجود در جهان (به همراه تمام مفاهیم دیگر تاریک،”انرژی تاریک“)نمیتوانند اینرسی لازم برای چنین جنبشی را فراهم آورند، برای جبران ۷۰ درصد از اینرسی گم شده، مفهوم انرژی تاریک خلق شد.انرژی تاریک همچون ماده ی تاریک نیزغیر قابل شناسایی توسط هر نوع ابزاری میباشد.

در مطالب قبلی نیز بسیار اشاره شده است که ستاره ها گوی های ساده ی گرانشی و فشرده شده ی گاز داغ نیستند،بلکه از پلاسما تشکیل شده اند.پلاسما یونیزه شده است. به این معنا که یک یا تعداد بیشتری الکترون از اتم خود جدا شده است، بنابراین به صورت الکتریکی باردار میباشد. پلاسما نه براساس رفتار گاز تحت فشار، بلکه براساس قوانین فیزیک پلاسما رفتار میکند. تجربیات آزمایشگاهی نشان میدهند که پلاسما زمانی که الکتریسیته در آن جریان می یابد، توسط دیواره هایی با بار مخالف، به مناطق جدا از هم (لایه های دوتایی) تقسیم میشود. این همان جدایی بار است که قبلا در مورد آن در مطالب قبلی ذکر شده است. آیا این جدایی بار میتواند پایه و بنیاد انفجار الکتریکی شناخته شده به اسم ابرنواختر باشد؟

نظریه ی جهان الکتریکی با فیزیک نجومی رایج در مورد ابرنواخترها که اشاره به انفجار ستاره دارد ، موافقت میکند.با این حال در یک ستاره ی باردار الکتریکی پلاسمایی،انفجار، ناشی از شکست لایه های دوتایی میباشد.نیرویی که ستارگان را تقویت میکند از جریان بار الکتریکی خارجی که در مدار های وسیعی در فضا قرار دارند،تامین میشود.ابرنواختر بیشتر از آنکه حاصل حرکت ارتجاعی هسته و یا رشد کوتوله های سفید (توسط دریافت ماده از ستاره ی غول همدم) باشد ، نتیجه ی شکست مدارستاره ای میباشند،جایی که انرژی الکترومغناطیسی ذخیره شده در مدار به طور ناگهانی در یک نقطه متمرکز میشود.

هنگامی که یک ستاره منفجر میشود،انرژی الکتریکی از نقطه ی اتصال آن با مدار ستاره ای به محل انفجار جریان می یابد.تابش ابرنواختر حاصل شده ،در سرتاسر طیف الکترومغناطیسی ،از رادیویی تا اشعه ی گاما منتشر میشود. ویژگی غیر قابل توضیح ابرنواختر های نوع A1 به عنوان شمعی استاندارد (شاخصی برای اندازه گیری های کیهانی) حداقل ،توضیح قابل قبولی از نقطه نظر محیط زیست الکتریکی آن،نسبت به توضیح نامحتمل تر فروپاشی ناگهانی ستاره دارد.

از آنجا که ستاره را میتوان به عنوان محلی برای تمرکز انرژی عظیم کهکشانی که در آن قرار دارد تصور نمود،رفتار آنها را نمیتوان بر اساس مقدار جرم مشخص و یا تشکیل عناصری خاص دانست. در عوض آنها ذاتا اشیای قدرتمندی نمی باشند. آنها اشیایی هستند که به صورت الکترومغناطیسی در جایی که رشته های پلاسمایی غول پیکر فشرده شده ،تشکیل میشوند. چیزی که به آن اثر z-پینچ می گویند. به این صورت است که ستارگان تشکیل و دانه ی ایجاد ابرنواختر ها کاشته میشود.

استفان اسمیت

ترجمه: شادی طهماسبی

Failed Star or Cosmic Short Circuit? – Translator: Fatemeh Tahmasebi

منجمین معتقدند کیهان با شتابی همواره تند شونده منبسط می‌شود. نظریات معاصر بر این باورند که کهکشان‌ها از ما دور می‌شوند، زیرا به علت پدیده تورم پس از مهبانگ شروع به دور شدن از ما کردند. تخمینهای جدید  عدد تقریب ۷۱ کیلومتر بر ثانیه را برای هر ۳/۳ میلیون سال نوری بیان می‌کنند. فرض بر اتساع فضا-زمان است که جریان هابل، یا همان ثابت هابل نامیده می‌شود.

اما در سال ۱۹۶۰، نظر می‌رسید اندازه‌گیری‌های انتقال به سرخ کهکشان‌های نزدیک به کهکشان راه شیری حرکتی در مقیاس بزرگ منطبق بر جریان هابل را نشان ‌دهد. گروه محلی، ابرخوشه‌ی سنبله، ابرخوشه‌ی مار باریک-قنطورس و دیگر ابرخوشه‎های کهکشانی در حال حرکت به سوی صورت فلکی قنطورس با سرعت ۶۰۰ کیلومتر بر ثانیه هستند. دانشمندان این حرکت را “رودخانه‌ی بزرگ کهکشان‌ها” توصیف کردند که توسط نیروی جاذبه به سوی منبع گرانشی غول پیکری ،در فاصله‌ی ۱۵۰ میلیون سال نوری دورتر، جاری است. این ساختار پرجرم با نام “جاذب بزرگ” شناخته می‌شود.

بنا بر گزارشات، اندازه‌گیری‌های انتقال به سرخ کهکشان‌های گروه محلی نشان می‌دهد که آن‌ها در حال پرواز به سوی مرکز خوشه‌ی سنبله با سرعتی نزدیک به ۲ میلیون کیلومتر بر ساعت هستند. خوشه‌ی سنبله در فاصله‌ی ۵۰ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد و دو کهکشان عظیم بیضوی مسیه ۸۴ و مسیه ۸۶ را نیز در خود دارد، امادر واقع چیزی که این جرم باورنکردنی را می‌کشد غیرقابل مشاهده و نامعلوم است.

به منظور توضیح تمام این انتقال به سرخهای ترکیب شده، یک گروه از اجرام به نام “دیوار بزرگ” (یا دیوار قنطورس) که جاذب بزرگ نیز در آن جاسازی شده است نظریه پردازی شد، که عامل تحرک باشد. اما دیوار بزرگ دارای تراکم جرم کافی برای اثرگذاری بر ساختارهایی مانند ابرخوشه‌ها نبود. بررسی‌های مختلف (همراه با داده‌های دیگر) منجر به ایجاد نظریه‌ی ماده تاریک شد.

وجود یک نیروی دیگر، که این بار بسیار قدرتمندتر از دیوار بزرگ و فرزندش، جاذب بزرگ، بود؛ در فاصله‌ی بسیار دور از زمین و خارج از محدوده‌ی دید قوی‌ترین تلسکوپ‌ها است، نظر گرفته شد. در همراهی با مجموعه اصطلاحاتی که برای منجمان آشنا باشد، این قدرت دیده نشده “جریان تاریک” نام گرفت.

الکساندر کاشلینسکی به عنوان یک منجم نوشته است: “خوشه‌ها، سرعت کم اما قابل اندازه‌گیریی را نشان می‌دهند که مستقل از انبساط کیهان است و با افزایش فاصله زیاد نمی‌شود. و ماهرگز انتظار پیدا کردن چنین چیزی را نداشتیم.”

چه تعداد گزارش از دانشمندان قابل احترام وجود دارد، که دستگاه‌های پیچیده‌ی طراحی شده برای آزمایش نظریاتشان را به کار گرفته باشند، و با کلماتی مانند “هرگز انتظار چنین چیزی را نداشتیم.” سخن خود را شروع کنند یا به پایان برسانند؟ با وجود مشکلات مربوط به انتقال به سرخ، مقاله ی تصویر منتخب روز قبلی در مورد دبلیومپ (کاوشگر ناهمسانگردی ریزموجی ویلکینسون)، خوشه‌های کهکشانی و کیهان‌شناسی وابسته به تنها گرانش، نشان دادند که نیرویی در کیهان وجود دارد که یک نیروی جاذبه‌ی بسیار بزرگ‌تر از گرانش را اعمال می‌کند: الکتریسیته. هر معمایی که توسط دانشمندان حل می شود در حقیقت پایه های کیهان شناسی پلاسما را محکمتر می کند،و این چنین درست و علمی اثبات شدن را باید از پیش پیش بینی های مبهم و غیر صریح مدلهای عامه پسند، تمیز دهیم.

خوشه‌های کهکشانی گره‌هایی در جریان‌های ابرکهکشانی بیرکلند هستند. ریخت‌شناسی معمول یک جریان بیرکلند بیان می کند این جریانها یک مارپیچ دوتایی، یا سلسله مراتبی از آن‌هاهستند. با دقت بیش‌تر، هر رشته‌ی جریان در مقیاس کوچک‌تر، مجرایی از رشته‌ها است که تمایل دارند به صورت جفت، حول یک محور مشترک دوران کنند.

نیروی اعمال شده توسط پلاسمای الکتریکی موجود در رشته‌های پیچ خورده‌ی جریان‌های بیرکلند است، که بر کیهان حکم فرماست. این نیروها در یک مدار کیهانی که در میدان دید ما قرار دارند به گردش در می‌آیند و سپس با قدرت جذب کنندگی از راه دور از دید ما پنهان می‌شوند. بنابراین، محتمل‌ترین “جاذب‌های بزرگ” رشته‌هایی از پلاسمای الکتریکی با اثر میدانی بیش از میلیاردها تریلیارد بار قوی‌تر از گرانش هستند.

بدون شک کیهان بزرگ‌تر از چیزی است که در این لحظه می‌توانیم رصد کنیم، زیرا ابزار دقیق‌تر می شونداعماق بیشتری را آشکار خواهند کرد. از این اعماق، انرژی‌های الکتریکی با قدرت فوق العاده‌ای بیرون می‌آید. اکنون باید به دنبال توضیحات بهتر باشیم، نه اینکه در فرضیاتی با عمر یک قرن که در زمانی که هیچ کدام از رصدهای کنونی امکان پذیر نبودند ایجاد شدند، غرق شویم.

توضیح تصویر: گفته می‌شد این ابرخوشه‌ی خوش ترکیب، یکی از پرجرم‌ترین اجرام کیهان است. اعتبار تصویر: سازمان فضایی اروپا و Planck Collaboration/Rosat/Digitised Sky Survey.

استفان اسمیت

ترجمه: پرهام سعیدی

The Great Beguiler – Translator: Parham Saeedi

هرگونه استفاده و کپی برداری با ذکر نام “بخش فارسی پروژه آذرخش” آزاد است.

در مدل جدید که با نام اسمش (SMASH) شناخته شده، پیشنهاد شده است که ما برای حل و پایان دادن به همه‌ی این شکاف‌ها در مدل استاندارد فیزیک تنها نیاز به شش ذره‌ی جدید داریم و گروهی که پشت این پژوهش هستند بر این باورند که آزمایش و سنجش چنین روندی چندان هم دشوار نخواهد بود و در واقع کاری شدنی است.

مدل اخیر توسط یک تیم علمی متشکل از فیزیک‌دانان فرانسوی و آلمانی توسعه داده شده است. آنها باور دارند که ما به هیچ نوع دستکاری یا اصلاح عمده‌ای روی مدل استاندارد نیاز نداریم و تنها با افزودن چند مورد جدید به مدل فعلی می‌توانیم به هدف خود برسیم.

مسلما این پژوهش هنوز در روزهای اولیه‌ی خود قرار دارد و برای هر گونه اظهار نظری زود است. اما مورد واضح این است که گزاره‌ی ارائه شده از سوی این گروه بسیار جالب و کنجکاوکننده است. مدل اخیر از آن جهت بسیار جالب است که مدل‌های دیگری که تا به امروز برای توضیح رمز و رازهای دنیای مکانیک کوانتومی طراحی شده‌اند (از جمله مدل ابرتقارن)، اغلب نیاز به لحاظ کردن صدها تعداد از ذرات جدیدی داشته‌اند که ما هرگز حتی اثری از آنها را نیز مشاهده نکرده‌ایم.

از سوی دیگر باید توجه داشت که مدل اسمش به تنها شش ذره نیاز دارد. این ذره‌ها شامل سه نوترینو، یک فرمیون و یک میدان شامل دو ذره هستند. گفتنی است که در فیزیک، میدان به یک نهاد فیزیکی یا ریاضی اطلاق می‌شود که دارای مقداری برای هر نقطه در فضا و زمان باشد. ذره را نیز به عنوان یک حالت برانگیخته از میدان تعریف می‌کنند. برای اینکه بتوانیم به شما یک ایده‌ی کلی از ماهیت این پنج مسئله‌ی اساسی در فیزیک بدهیم، به سراغ هر یک از آنها رفته و به بررسی کلی آن می‌پردازیم. از ماده‌ی تاریک شروع می‌کنیم:

۱. ماده‌ی تاریک:

در حال حاضر شواهد قریب به اتفاقی وجود دارد که بر پایه‌ی آنها حدود ۲۶ تا ۲۷ درصد از جهان هستی از نوعی ناشناس از ماده ساخته شده است. در حالی که ما امروزه می‌توانیم نیروی گرانشی ناشی از آن را شناسایی کنیم، اما به نظر می‌رسد که این ماده‌ی ناشناخته هیچ نوع نور یا تابش دیگری از خود منتشر نمی‌کند تا ما از طریق آن بتوانیم رویتش کنیم. با وجود سالها جستجو، ما هنوز هیچ ایده‌ای درباره‌ی اینکه ماده‌ی تاریک واقعا از چه چیزی تشکیل شده در اختیار نداریم. ولی قطعا می‌دانیم که وجود این ماده برای پایداری کیهان بسیار حیاتی است.

۲. نوسانات نوترینو

سال گذشته، جایزه‌ی نوبل فیزیک به دو فیزیکدانی رسید که ثابت کرده بودند، نوترینوها می‌توانند بین مزه‌ها (flavor) نوسان داشته باشند. گفتنی است که مزه‌ها به هر یک از شش نوع کوارک شناخته شده در دنیای زیراتمی گفته می‌شود. نوسان نوترینو یک پدیده‌ی مکانیک کوانتومی است که در آن یک نوترینوی ایجاد شده با لپتون فلیور (lepton flavour) خاص (مانند یک الکترون، یک موآن یا یک تاو) می‌تواند در ادامه دارای یک مزه متفاوت باشد. از آنجا که تنها ذرات دارای جرم می‌توانند مزه‌ها را تغییر دهند (یا اینکه دچار نوسان کنند) بنابراین نوترینوها هم باید جرم داشته باشد و این امر برای مدل استاندارد مشکل ایجاد می‌کند، زیرا هیچکس به طور دقیق نمی‌داند که جرم نوترینوها از کجا سرچشمه گرفته است. این جرم ممکن است از ذره‌ی بوزون هیگز ناشی شده باشد. اما این امکان هم کاملا وجود دارد که جرم فوق مربوط به یک ذره‌ی کاملا جدیدی باشد که ما هنوز آن را کشف نکرده‌ایم.

۳. باریون‌زایی

یکی دیگر از مسئله‌های اصلی حل نشده در فیزیک را نیز در این بخش می‌توان به طور خلاصه و به طرز بسیار ساده‌ای این گونه مطرح کرد: چرا جهان قابل مشاهده‌ی ما دارای ماده‌ی بیشتری نسبت به ضد ماده است؟ با توجه به مدل استاندارد اینگونه برداشت می‌شود که انفجار بزرگ مقدار مساوی از ماده و پادماده را در جهان هستی تولید کرده است و از آنجا که هر یک از این دو در تماس با دیگری آن را نابود می‌کند، آنگاه می‌توان چنین استنباط کرد که روند فوق می‌توانسته به یک جهان خالی از ماده منجر شود؛ جهانی که در آن فقط تابش وجود داشته باشد. اکنون برای همه‌ی ما بدیهی است که مقدار بسیار فراوانی ذره ماده در این جهان وجود دارد و در نتیجه می‌توان گفت که باید اشتباهی در سناریوی مطرح شده وجود داشته باشد. چون پرسشی که پیش می‌آید این است که چطور ممکن است در جهان ما مقدار فراوانی از ماده موجود باشد و در عین حال تقریبا هیچ پادماده‌ای وجود نداشته باشد؟

۴. تورم کیهانی

باور متداول این است که در طی کسری از ثانیه پس از وقوع انفجار بزرگ، جهان هستی آغاز به یک دوره‌ی گسترش با شتاب فزاینده کرده که این انبساط را اصطلاحا تورم کیهانی (inflation) می‌نامند. در حالی که بسیاری از فیزیکدانان واقعیت تورم کیهانی را قبول دارند، اما تا کنون هیچکس قادر به کشف مکانیسم دقیق مرتبط با واداشتن جهان هستی به انبساطی با سرعت بالاتر از سرعت نور نشده است.، رفتن از زیر اتمی به اندازه گلف توپ به اندازه تقریبا بلافاصله شده است.

برای توجیه این موضوع نیز یک میدان فرضی پیشنهاد شده و گفته می‌شود که این میدان عامل اصلی تورم کیهانی با چنان سرعتی است. انبساطی که بسیار سریع رخ داده و بلادرنگ آن را از یک اندازه‌ی زیراتمی به اندازه‌ی یک توپ گلف رسانده است! این میدان را با نام اینفلاتون (inflaton) می‌شناسند. اما واقعیت این است ما باید در ابتدا بتوانیم آن را به طور واقعی شناسایی و آشکارسازی کنیم.

۵. مسئله‌ی strong CP

این مسئله به عنوان یک «نقص جدی در مدل استاندارد» شناخته می‌شود. مسئله‌ی CP به ما کمک می‌کند تا بتوانیم دلیل اینکه چرا میزان ماده در جهان بیشتر از پادماده است را توضیح دهیم. اما این مسئله به همراه خود رازهای حل شده‌ی را نیز پیش روی ما می‌گذارد.

واقعیت این است که مسئله‌ی فوق دارای توضیحی بسیار مفصل است. اما اگر بخواهیم به طور خلاصه بیان کنیم، مسئله‌ی CP قوی توضیح می‌دهد که چرا و به چه شکلی در کرومودینامیک کوانتومی، تخطی از CP رخ نمی‌دهد. منظور از تخطی در اینجا در واقع ایجاد یک شکست در تقارن بنیادی جهان هستی است. دلیل این عدم تخطی به برهم‌کنش‌های بین کوارک‌ها و گلوان‌ها مربوط می‌شود. در حال حاضر هیچکس به طور دقیق به علت این ارتباط پی نبرده است. البته تا به امروز چنین بوده و ممکن است در آینده و با مدل جدیدی که به نظر می‌رسد صحیح باشد، بتوانیم برای این پرسش نیز پاسخی پیدا کنیم.

راه حل چیست؟

مدل اسمش بر پایه‌ی ساختاری ایجاد شده است که چندین سال پیش مطرح شده بود. پیشتر در سال ۲۰۰۵، فیزیکدانی به نام میخاییل شاپوشنیکف (Mikhail Shaposhnikov) از انستیتوی فدارل فناوری در لوزان سوییس مدلی را ارایه داد که اکنون آن را با نام مدل استاندارد مینیمال نوترینو (vMSM) می‌شناسیم.

در آن زمان پیشنهاد شد که انبساط مدل استاندارد با سه نوترینو راست‌گرد (right-handed neutrino) با جرم‌های خاص می‌تواند به طور همزمان هم موضوع ماده‌ی تاریک و هم موضوع عدم تقارن باریون جهان هستی را توضیح دهد. این در حالی خواهد بود که مدل فوق با آزمایش‌های انجام شده بر روی نوسانات نوترینو نیز سازگار است.

در حال حاضر، تیمی که توسط فیزیکدان فرانسوی گیلرمو بالستروس (Guillermo Ballesteros) از دانشگاه Paris-Saclay هدایت می‌شود، باور دارند که ما می‌توانیم این سه نوترینوی راستگرد را هم به سه نوترینوی موجود در مدل استاندارد اضافه کنیم. افزودن سه نوترنوی اخیر به علاوه‌ی یک ذره زیر اتمی به نام فرمیون رنگ سه‌گانه (colour triplet fermion) می‌تواند به حل شدن ۴ مسئله‌ی نخستی بیانجامد که در این گزارش به آن پرداخته شده است.

از سویی چنین به نظر می‌رسد که افزودن یک میدان جدید و شناسایی‌نشده نیز بتواند به حل مسئله‌ی پنجم فرست اخیر کمک کند. شانون هال (Shannon Hall) در توضیح برای نیوساینتیست در این باره چنین می‌گوید:

“مدل اسمش یک میدان جدید را برای توضیح برخی از مسئله‌های دنیای فیزیک به طور متفاوت اضافه می‌کند. میدان فوق شامل دو ذره است: اکسیون (axion) که به منزله‌ی یک گزینه‌ی مطرح برای ماده‌ی تاریک به یکباره مورد توجه قرار می‌گیرد؛ و دومی نیز اینفلیشن (inflation) که به عنوان ذره‌ی مرتبط با تورم کیهانی مورد توجه است.”

مدل اسمش در مرحله‌ی آخر خود که شاید مهم‌ترین بخش آن هم باشد، از میدان فوق برای ارایه‌ی یک راه حل پیرامون مسئله‌ی پیچیده‌ی پنجم می‌کند: مسئله‌ی CP قوی.

البته این گروه اظهار کرده‌اند که آنها وقتی از قابل آزمایش بودن فرضیه‌ی خود سخن می‌گویند، به این مفهوم است که انجام این آزمایش با استفاده از نسل بعدی شتاب‌دهنده‌های ذرات خارج از توان نیست. همین امر باعث می‌شود که مدل اخیر نسبت به سایر مدل‌هایی که تا به حال برای این مسایل ارایه شده‌اند، قانع‌کننده‌تر باشند. آندریاس رینگوالد (Andreas Ringwald) یکی از اعضای تیم پژوهشی از سینکورتون الکترون آلمان در این باره در گفتگو با هال گفت:

“بهترین نکته در مورد تئوری ما این است که می‌توان آن را در ۱۰ سال آینده مورد آزمون و بررسی قرار داد.”

شاید شما همیشه بتوانید نظریه‌های جدیدی را ابداع کنید، اما اگر آنها از تئوری‌هایی باشند که تنها در ۱۰۰ سال آینده امکان آزمایششان فراهم شود یا اینکه هیچگاه نتوانیم آنها را آزمایش کنیم، در آن صورت چنین علمی در واقع علم به مفهومی که می‌شناسیم نخواهد بود؛ بلکه می‌توان آن را فراعلم نامید.

لازم به ذکر است که مدل اسمش هنوز باید در وهله‌ی نخست در یک مجله‌ی کارشناسی اولیه منتشر شود. پس هنوز نیاز است تا تحت بررسی‌های ریز و دقیق در دنیای ذرات فیزیکی قرار گیرد. اما نسخه‌ی اولیه‌ی پیش از انتشار آن در پایگاه arXiv.org در دسترس است و به این ترتیب فیزیکدانان مستقل می‌توانند برای آزمایش یا بررسی آن شانس خود را امتحان کنند.

احتمالا این یافته‌های جدید قرار نیست تا نقطه‌ی پایانی برای این پنج پرسش بزرگ باشد یا اینکه بتواند راه حلی نهایی را برای همه‌ی آنها در اختیار بگذارد. زیرا علم فیزیک به هیچ عنوان دارای نقطه‌ی پایانی نیست. اما این یافته‌ها می‌توانند آغازگر یک روند یا رویداد جالب و شگفت‌انگیز در آینده باشند. همانطوری که رینگوالد هم اشاره می‌کند: نبرد همیشه ادامه دارد!

ترجمه: بابک قهرمانی

این مطلب برای اولین بار در سایت زومیت منتشر شده است و اعتبار آن بر ایشان و مترجم محفوظ است.

منبع اصلی خبر

یافته‌ی فوق در آن زمان مورد قبول اکثریت واقع شد و این ایده که جهان ما توسط انرژی ناشناخته و رازآلودی به نام انرژی تاریک تحت سیطره است نیز مورد پذیرش گسترده واقع شد و از سویی هم مدل استاندارد کیهان‌شناسی را برای همیشه دچار تغییر کرد. اما اکنون دسته‌ای از فیزیک‌دانان به این نتیجه رسیده‌اند که یافته‌ی فوق شاید دارای خطاهایی باشد و به عبارتی ممکن است نادرست بوده باشد. این گروه از دانشمندان، اطلاعات بسیار بیشتری را به منظور پشتیبانی از ایده‌ی خودشان در اختیار دارند.

برای اینکه اندکی دقیق‌تر موضوع را بررسی کنیم، بهتر است کمی به عقب بازگردیم. جایزه‌ی نوبل فیزیک در سال ۲۰۱۱ به سه ستاره‌شناس به نام‌های سال پرلماتر (Saul Perlmutter) از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی؛ آدام ریسس (Adam Riess) از دانشگاه جان هاپکینز و برایان اشمیت (Brian Schmidt) از دانشگاه ملی استرالیا رسید.

در طول دهه‌ی ۱۹۹۰ میلادی، این سه دانشمند به عنوان اعضای اصلی سه گروه رقیب به منظور اندازه‌گیری سوپرنوای دوردست Type 1a بودند. این ابرنواراختر از منظومه‌های دوستاره‌ای تشکیل شده که یکی از آنها یک کوتوله‌ی سفید است. کوتوله‌ های سفید از یکی از متراکم‌ترین اشکال ماده در جهان شناخته شده تا به امروز، ساخته شده‌اند. این شکل از ماده را تنها می‌توانیم پیرامون ستاره‌های نوترونی و سیاه چاله‌ها ببینیم.

در حالی که یک کوتوله‌ی سفید معمولی فقط کمی بزرگ‌تر از زمین خواهد بود، اما جرم آن به اندازه‌ای تقریبا برابر با جرم خورشید خواهد رسید. برای اینکه توضیح موضوع ملموس‌تر شود، می‌توانیم از شما بخواهیم تا در ذهنتان ۱،۳۰۰،۰۰۰ کره همانند کره‌ی زمین را درون خورشید جای دهید!

حالا چنین ستاره‌ی فوق‌العاده متراکم و در عین حال مرده‌ای را تصور کنید که تحت وزن گرانش خود فروپاشیده می‌شود. ما در اینجا در مورد سطحی از درخشندگی صحبت می‌کنیم که میزان آن حدود ۵ میلیارد بار روشن‌تر از خورشید است.

از آنجا که هر ابرنواختر (سوپر نوا) نوع ۱a دیگری نیز با حدود همان میزان روشنایی منفجر می‌شود، در نتیجه مقدار نوری که هر یک از آنها از خود پراکنده می‌کند را می‌توانیم به عنوان شاخصی از فاصله‌ی آن سوپرنووا از کره‌ی زمین استفاده کنیم و همچنین تغییرات جزئی در طیف رنگ‌ها نیز می‌تواند به منظور پی بردن به میزان سرعت حرکت آنها به کار رود. هنگامی که پرلماتر، ریس، و اشمیت تمام داده‌ها را برای ابرنواختر نوع ۱a شناخته شده اندازه‌گیری کردند، به یک موضوع عجیب در نتایج خود پی بردند. این داده‌ها توسط تلسکوپ فضایی هابل و شمار زیادی از تلسکوپ‌های زمینی به دست آمده بودند. در اینجا بخشی از توضیحات یکی از اعضای آکادمی سلطنتی سوئد در صبح روز اعلام برنده‌ی جایزه‌ی نوبل در استکهلم را می‌خوانیم:

 در جهانی که توسط ماده احاطه شده است، انتظار می‌رود که گرانش در نهایت باید بتواند سرعت انبساط را کم کند. حیرت مطلق به وجود آمده پس از کشف جدید دو گروه از دانشمندان را تصور کنید … آنها پی برده بودند که انبساط کیهان در حال کند شدن نبوده از سویی در حال شتاب گرفتن نیز هست.

با مقایسه روشنایی ابرنواختر دوردست با روشنایی ابرنواخترهای نزدیک‌تر به زمین، دانشمندان کشف کردند که ابرنواختر دور حدود ۲۵ درصد کم‌نورتر از سایرین بوده است. آنها در واقع بسیار دور بودند. کیهان در آن لحظات در حال شتاب‌ گرفتن بوده است. پس به این نتیجه می‌رسیم که این یافته دارای اهمیت اساسی است و به عنوان نقطه‌ی عطفی در کیهان‌شناسی به شمار می‌رود. چالش‌های زیادی پس از این کشف در انتظار دانشمندان نسل‌های بعد خواهد بود.

یافته‌های این دانشمندان توسط داده‌های جمع آمده به طور جداگانه درباره‌ی پدیده‌هایی همچون کهکشان‌های خوشه‌ای و ‌تابش‌های زمینه‌ی کیهانی نیز پشتیبانی می‌شد. این تابش‌ها در واقع به پس‌تابش‌های ضعیف ایجاد شده پس از انفجار بزرگ اطلاق می‌شود. از طرفی در اوایل سال جاری، دانشمندان ناسا و آژانس فضایی اروپا دریافتند که جهان هستی می‌تواند انبساطی در حدود ۸ درصد ‌سریع‌تر از آن چیزی که از ابتدا تصور می‌شد، داشته باشد.

با همه‌ی تفاسیر فوق، به نظر می‌رسید که کشف دانشمندانی که برنده‌ی جایزه‌ی نوبل شده بودند نیز یک یافته‌ی کاملا مستحکم و پابرجا به شمار رود و به تعبیری این یافته می‌بایست در حدی قاطع می‌بوده که منجر به دریافت جایزه‌ی نوبل شده است. اما در این میان یک سوال بسیار دشوار نیز مطرح شده بود. پرسش این بود که اگر گرانش کلی ناشی از تمامی ماده‌ی موجود در جهان هستی که توسط انفجار بزرگ بیرون رانده شده، هم اکنون در حال کندتر کردن سرعت همه چیز است؛ پس اکنون چگونه می‌تواند در حال شتاب گرفتن و انبساط باشد؟

برندان کول (Brendan Cole) در گزارشی که در ماه مه منتشر شد، چنین توضیح می‌دهد:

 در جهان هستی چیزی وجود دارد که آن را به صورت فیزیکی و با سرعتی بیشتر از آن سرعتی که گرانش می‌تواند کیهان را منقبض کند، انبساط می‌دهد. تاثیر یاد شده کوچک است. در واقع به قدری کوچک است شما آن را تنها در کهکشان‌های بسیار دوردست مشاهده می‌کنید. اما به هر حال وجود دارد و موثر است. این تاثیر را امروزه با نام انرژی تاریک می‌شناسند و دلیل «تاریک» بودن آن هم این است که هیچکس به طور دقیق ماهیت آن را نمی‌داند.

چون دانشمندان برای نخستین بار وجود انرژی تاریک را پیشنهاد داده‌اند، بنابراین در حال حاضر هنوز هیچکس نتوانسته به ماهیت و واقعیت روشنی پیرامون آن نزدیک شود. اما در حال حاضر یک تیم بین‌المللی از فیزیکدانان پدیده‌ی انبساط کیهان را مورد پرسش قرار داده‌اند. آنها برای پشتیبانی از پیشنهاد خودشان دارای پایگاه دیتای بزرگ‌تری نسبت به داده‌های مربوط به ابرنواختر نوع ۱a هستند.

با اعمال مدل‌های مختلف تحلیلی به ۷۴۰ مورد از ابرنواختر نوع Ia که تا کنون شناسایی شده‌اند، این تیم به این باور رسیده است که گروهشان در واقع قادر به تبیین تفاوت‌های ظریف بین آنها شده‌ است؛ به طوری که چنین کاری پیش از این هرگز انجام نشده بود. آنها باور دارند که روش‌های آماری مورد استفاده توسط تیم اصلی بیش از حد ساده بودند و بر پایه‌ی یک مدل ابداعی در دهه‌ی ۱۹۳۰ بنا شده بوده که چنین مدلی نمی‌تواند به طور قابل اعتمادی به مجموعه‌ی داده‌های ابرنواختر در حال رشد اعمال شوند.

آنها همچنین به این موضوع اشاره کرده‌اند که تابش زمینه کیهانی به طور مستقیم توسط ماده تاریک ایجاد نمی‌شود. بنابراین ماده‌ی تاریک تنها به عنوان نوعی از شواهد “غیر مستقیم”  به شمار می‌رود. سرپرست این تحقیق، سوبیر سرکار (Subir Sarkar)، از دانشگاه آکسفورد در این باره چنین گزارش می‌دهد:

 ما آخرین کاتالوگ مربوط به ۷۴۰ ابرنواختر نوع Ia را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادیم. چنین تعدادی در واقع  بیش از ۱۰ برابر شمار مربوط به نمونه‌ی اصلی در این کشف بودند. آنها در ادامه به شواهدی برای انبساط شتابدار پی بردند که فیزیکدانان اغلب آن را با عنوان ۳ sigma مورد اشاره قرار می‌دهند.

این مقدار به مراتب کمتر از استاندارد ۵ سیگمایی است که برای ادعا درباره‌ی یک کشف بسیار پراهمیت لازم است. سرکار و تیم او به جای پیدا کردن شواهد برای حمایت از نظریه‌ی انبساط شتابدار جهان،  بر این باورند که به نظر می‌رسد جهان در حال گسترش با یک نرخ ثابت است. در صورتی که این گفته واقعا درست باشد، به این معنی خواهد بود که ما برای توضیح چنین وضعیتی به انرژی تاریک نیازی نخواهیم داشت. وی همچنین می‌گوید:

این در واقع یک چارچوب نظری پیشرفته‌ی دیگر است؛ برای تایید این مشاهده که جهان هستی به طور کاملا همگن نیست؛ و همچنین این نکته که ماده‌ی موجود در آن هم احتمالا به صورت گاز کامل رفتار نمی‌کند. اینها دو فرضی هستند که در کیهان‌شناسی به عنوان استاندارد پذیرفته شده‌اند. این احتمال وجود دارد که چارچوب اخیر در ادامه نیز برای تایید تمامی مشاهدات بدون نیاز به ماده‌ی تاریک مفید باشد.

در حال حاضر باید در نظر داشته باشیم که این فقط یک مطالعه است و از سویی ادعا در مورد نادرست بودن بنیادین نگرشی که منجر به دیافت جایزه‌ی نوبل برای گروهی از دانشمندان شده، کاری بسیار  بحث‌برانگیز و بزرگ است. همه‌ی ما می‌دانیم که جوایز نوبل به آسانی به کسی اعطا نمی‌شوند. اما تکرار نتایج به دست آمده، بیش از هر چیزی در علم دارای اهمیت است، و اگر ما مجموعه‌ای بزرگ‌تر از داده‌ها را نسبت به داده‌های پنج سال پیش داشته باشیم، باید از آنها برای حمایت یا تصحیح کشف‌های گذشته بهره ببریم.

حال سوال این است که آیا تیم سرکار مدل جدید آماری خود را روی داده های موجود به روشی اعمال کرده‌اند که دانش پیرامون آن را به بهترین شکل بازتاب دهد؟ به احتمال زیاد این یافته‌ها باعث خواهد شد تا پرسش جدیدی در ذهن بسیاری از فیزیکدانان شکل بگیرد و برای یافتن پاسخ آن تلاش کنند؛ پرسش در مورد اینکه جهان در چه حالی است؟ ثابت یا در حال شتاب. سرکار در این باره می‌گوید:

به طور طبیعی، برای متقاعد کردن جامعه‌ی فیزیک پیرامون این مسئله، نیاز به کار و تلاش فراوانی وجود دارد، اما کلیدی‌ترین خدمتی که کار ما به دنیای علم داشته این است که نشان می‌دهد، یکی از ارکان اصلی مدل کیهان‌شناختی استاندارد ما در حال حاضر تردیدهای زیادی را پیرامون خود می‌بیند.

امیدوارم، این امر باعث ایجاد انگیزه برای تجزیه و تحلیل بهتر داده‌های کیهانی شود و همچنین نظریه‌پردازان را به سوی این مسیر سوق دهد که برای بررسی مدل‌های کیهانی متنوع‌تر تمایل پیدا کنند.

در پایان باید اشاره کنیم که دستاوردهای این پژوهش در Scientific Reports  منتشر شده است.

این متن توسط آقای بابک قهرمانی ترجمه و در پایگاه اینترنتی زومیت منتشر شده است، مسلما اعتبار و امتیاز این اثر متعلق به سایت زومیت می باشد.