کیهان ۲۷ میلیارد ساله شد؛ آیا ماده تاریک یک توهم علمی است؟
- مجموعه: اخبار علمی و آموزشی
- تاریخ انتشار : یکشنبه, ۱۳ اردیبهشت ۱۴۰۵ ۱۵:۰۴
به گزارش فرارو به نقل از ارس، کیهان در نگاه نخست ممکن است ساده به نظر برسد؛ مجموعهای از ستارگان، گازها، غبار و نیروی گرانشی که همه اینها را در کنار هم نگه داشته است. اما وقتی با دقت بیشتری به اعماق آسمان مینگریم، متوجه
میشویم که حقیقت بسیار پیچیدهتر و مرموزتر از این توصیفات اولیه است.
برای دههها، تصویر استاندارد کیهانشناسی به ما گفته است که بخش اعظم آنچه در جهان وجود دارد، از جنس مادهای نیست که ما قادر به دیدن یا لمس کردن آن باشیم. بر اساس این نظریات، جهان ترکیبی از ماده معمولی و دو جزء نامرئی به نامهای «ماده تاریک» و «انرژی تاریک» است.
این تصویر که زیربنای کتب درسی، ماموریتهای فضایی و نقشههای آسمانی ما را تشکیل داده، همواره با سوالات دشواری همراه بوده است؛ سوالاتی که هرگز به طور کامل پاسخ داده نشدهاند، عمدتاً به این دلیل که ماده تاریک و انرژی تاریک
هرگز مستقیماً «دیده» یا در هیچ آزمایشگاهی شناسایی نشدهاند. اکنون، پس از دههها جستوجوی بیحاصل برای این مواد، این سوال در میان جامعه علمی مطرح شده است: «تا چه زمانی باید به دنبال چیزی بگردیم که شاید اصلاً وجود نداشته باشد؟»
چالش بزرگ: مدلی بدون ماده تاریک
یک خط فکری جدید و جسورانه، این سوالات را جدی گرفته و پیشنهاد میدهد که شاید ما اصلاً به این اجزای نامرئی و مرموز نیازی نداشته باشیم. دکتر راجندرا گوپتا، استاد فیزیک و اخترشناسی در دانشگاه اتاوا، پس از سالها تحقیق بر روی
معماهای دیرینه کیهانشناسی، مدلی را ارائه کرده است که هدف آن توضیح جهان بدون نیاز به ماده تاریک یا انرژی تاریک است.
دکتر گوپتا معتقد است که فرضیات قدیمی و پذیرفتهشده ممکن است مانع از پیشرفت علم شده باشند. او در این باره میگوید: «یافتههای مطالعه ما تایید میکند که کارهای قبلی ما درباره سن جهان، که آن را ۲۶.۷ میلیارد سال تخمین زده بودیم، به ما
اجازه داد کشف کنیم که جهان برای وجود داشتن، نیازی به ماده تاریک ندارد.»
ستونهای نظریه جدید: «نور خسته» و «ثوابت متغیر»
رویکرد گوپتا ترکیبی از دو مفهوم کلیدی است: «ثوابت جفتشدگی متغیر» (CCC) و «نور خسته» (TL).
نظریه CCC این سوال را مطرح میکند که آیا به اصطلاح «ثوابت طبیعت»—مانند قدرت نیروهای بنیادین یا سرعت نور—ممکن است در طول زمان یا مکان تغییر کنند؟ اگر این ثوابت حتی به مقدار ناچیزی تغییر کرده باشند، بسیاری از محاسبات ما درباره چگونگی تکامل جهان دستخوش تغییری بنیادین خواهد شد.
از سوی دیگر، نظریه «نور خسته» نگاه متفاوتی به پدیده «انتقال به سرخ» (Redshift) دارد. در مدل استاندارد، وقتی نور کهکشانهای دوردست به سمت رنگ قرمز متمایل میشود، آن را تنها به عنوان نشانهای از انبساط کیهان و کشیده شدن طول موج نور تفسیر میکنند. اما نظریه TL پیشنهاد میدهد که فوتونها (ذرات نور) هنگام طی کردن مسافتهای عظیم، بخشی از انرژی خود را از دست میدهند و همین کاهش انرژی باعث تغییر رنگ آنها به سمت قرمز میشود. ترکیب این دو مفهوم (CCC+TL) مدلی را ایجاد میکند که میتواند سیگنالهای کیهانی را بدون نیاز به مواد نامرئی توضیح دهد.
چرا اکثر دانشمندان هنوز به ماده تاریک باور دارند؟
ایده ماده تاریک در خلاء به وجود نیامده است. در دهه ۱۹۳۰، اخترشناسی به نام فریتز زویکی متوجه شد خوشههای کهکشانی به گونهای حرکت میکنند که با جرم مرئی آنها همخوانی ندارد. بعدها، مشاهدات نشان داد بسیاری از کهکشانها در
لبههای بیرونی خود با سرعتی بسیار فراتر از انتظار میچرخند؛ گویی چیزی گرانش اضافی به آنها تزریق میکند. پدیده «عدسی گرانشی» (خم شدن نور توسط جرم) نیز به وجود کششی بیش از آنچه ستارگان مرئی ایجاد میکنند، اشاره دارد.
در محاسبات استاندارد، تصور میشود ماده تاریک حدود ۲۷ درصد از جهان را تشکیل میدهد، در حالی که ماده معمولی (هر آنچه مستقیماً شناسایی میکنیم) کمتر از ۵ درصد سهم دارد. باقیمانده جهان نیز «انرژی تاریک» نامیده میشود؛ نامی
مستعار برای هر عاملی که باعث انبساط شتابدار جهان میشود. این تصویر سنتی همچنین سن جهان را حدود ۱۳.۸ میلیارد سال تخمین میزند.
حذف نیاز به انرژی تاریک
گوپتا استدلال میکند اگر نیروهای طبیعت به مرور زمان ضعیف شوند، ما دیگر برای توضیح چرایی شتاب گرفتن انبساط جهان، نیازی به «انرژی تاریک» نداریم. او همچنین مدعی است میتوان مشاهدات اصلی اخترشناسی را بدون ماده تاریک نیز
توضیح داد؛ به شرطی که اجازه دهیم ثوابت فیزیکی تغییر کنند و بپذیریم نور در مسیر طولانی خود تا زمین، مقدار اندکی انرژی از دست میدهد.
وی ادامه میدهد: «برخلاف نظریات استاندارد کیهانشناسی که انبساط شتابدار جهان را به انرژی تاریک نسبت میدهند، یافتههای ما نشان میدهد این انبساط ناشی از تضعیف نیروهای طبیعت است، نه وجود یک انرژی مرموز.»
تحلیل سیگنالهای کیهانی؛ تایید یا تردید؟
بخش بزرگی از کار پژوهشی گوپتا بر روی «انتقال به سرخ» تمرکز دارد. این تحلیل به مقایسه نحوه توزیع کهکشانها در فواصل نزدیک (انتقال به سرخ پایین) با الگوهای جهان اولیه در اعماق فضا (انتقال به سرخ بالا) میپردازد. ادعای اصلی این
است که این سیگنالها تحت مدل CCC+TL کاملاً با هم همخوانی دارند، بدون اینکه نیازی به وارد کردن ماده تاریک در معادلات باشد.
گوپتا با اعتماد به نفس نتیجهگیری میکند: «مقالات متعددی وجود دارند که وجود ماده تاریک را زیر سوال میبرند، اما تا جایی که من میدانم، مقاله من اولین موردی است که وجود کیهانشناختی آن را حذف کرده و در عین حال با مشاهدات کلیدی کیهانی که برای تاییدشان وقت داشتهایم، کاملاً سازگار است.»
این یافتهها چه معنایی برای آینده علم دارند؟
اگر مدل CCC+TL بتواند از آزمونهای سختتر سربلند بیرون بیاید، بسیاری از دانستههای ما دگرگون خواهد شد. این مدل مسیرهای جدیدی برای توضیح «تابش زمینه کیهانی»، خط زمانی شکلگیری کهکشانها و نحوه خم شدن نور در سفر به
تلسکوپهای ما ارائه میدهد. همچنین، این نظریه شیوه خوانش ما از «زمان» و «فاصله» در آسمان را تغییر خواهد داد، زیرا انتقال به سرخ دیگر تنها معیاری برای سنجش انبساط نخواهد بود. مهمتر از همه، این مدل خط زمانی مبتنی بر مهبانگ (Big Bang) را به چالش میکشد.
در بوته آزمایش؛ پیش به سوی راستیآزمایی
هر نظریه جدیدی برای پذیرفته شدن باید مستقیماً با مشاهدات روبرو شود. مدل گوپتا باید بتواند پروفایلهای چرخش کهکشانی، نقشههای عدسی گرانشی و الگوهای نقاط سرد و گرم در تابش زمینه کیهانی را به درستی پیشبینی کند. اگر ثوابت فیزیکی
تغییر کنند، این تغییر باید ردی در طیف اتمی اختروشهای دوردست (کوازارها) باقی بماند.
تیمهای تحقیقاتی هماکنون در حال بررسی دادههای دقیق تلسکوپهای پیشرفته و نقشههای مایکروویو با وضوح بالا هستند. هدف نهایی ساده است: ارائه یک پیشبینی شفاف و قابل آزمایش و سپس مشاهده اینکه آیا جهان با آن موافقت میکند یا خیر.
در نهایت، دو سوال مرکزی باقی میماند: آیا انرژی تاریک و ماده تاریک تنها ابزارهای حسابداری بودند که ما در دوران جهل نسبت به تغییر ثوابت از آنها استفاده میکردیم؟ و آیا سن واقعی جهان بسیار فراتر از تخمینهای فعلی ماست؟
کیهانشناسی زمانی رو به جلو حرکت میکند که ادعاها با دادهها ملاقات کنند.
مطالعه دکتر گوپتا یک جایگزین جسورانه را پیش روی ما قرار داده است؛ جهانی که در آن ثوابت تغییر میکنند، نور در فواصل دور انرژی از دست میدهد و نه ماده تاریک و نه انرژی تاریک، جایی در ترازنامه کیهانی ندارند. اعتبار این کار تنها با اندازهگیریهای دقیق مشخص خواهد شد؛ چرا که در علم راه میانبری وجود ندارد. تنها مدلهایی که با واقعیت منطبق میشوند، زنده میمانند.
