هشت معماى بزرگ گريز از فاجعه انهدام

پيشرفت هاى پديد آمده در مسير كشفيات، در سده گذشته، افق هاى تازه اى را براى درك منشا و خاستگاه كيهان به روى ما گشوده است، لكن هنوز راز و رمزهاى بزرگى باقى است و ساليانى خواهد گذشت تا ستاره شناسان اين رموز را كشف كنند.
ممكن است از ياد برده باشيم كه در حدود يك قرن پيش، هيچ كس سياره پلوتو را مشاهده نكرده بود و همين طور ستاره شناسان معتقد بودند كه جهان هستى محدود به سر حدات ناحيه درخشانى به نام راه شيرى است.اين تصوير از عالم در حالى كه ما به قرن ۲۱ پا گذاشته ايم به مراتب پيچيده تر شده است. نظريه نسبيت عام كه توسط آلبرت اينشتين ارائه شده است توضيح مى دهد كه چگونه گرانش موجب خميدگى فضا- زمان مى شود و بدين وسيله بيان مى دارد كه هر جرم مانند توپ بولينگى كه بر روى يك تشك قرار دارد، فرورفتگى اندكى را در سيستم فضا - زمان ايجاد مى كند. در هر حال اينشتين به اشتباه معتقد بود كه عالم بدون تغيير است. براى اين كه نظر خود را در معادلاتش لحاظ كند يك ساختار جديد رياضى را فرض كرد (ثابت كيهان شناختى)، كه اين مورد تامين كننده يك نيروى دافعه است كه از سقوط عالم در اثر نيروى گرانش خود پيشگيرى مى كند.
رياضيدان گمنامى به نام الكساندر فريدمن كه اهل روسيه بود دريافت كه ايده هاى اينشتين در رابطه با گرانش مى تواند بيانگر تفسيرى كاملاً متفاوت باشد، يعنى عالم هستى به جاى آن كه پايدارى و ثبات داشته باشد به سوى انبساط و گسترش پيش مى رود.كيهان شناسى بلژيكى به نام جورج لومتر (Georges Lemaitre) كه يك كشيش كاتوليك بود، نيز از فرضيه جهان در حال انبساط جانبدارى مى كرد.وى در سال ۱۹۲۷ بيان كرد كه انتقال مشهور دوپلر در نورى كه از سحابى ها (كه البته امروزه آن سحابى ها را كهكشان مى ناميم) به ما مى رسد و به سوى طول موج هاى بلندتر ميل مى كند بيانگر اين نكته است كه سحابى ها از زمين دور مى شوند. بدين ترتيب نشان داد كه عالم در حال انبساط است.لومتر فرضيه اى را بنيان نهاد كه بر طبق آن عالم هستى، از اندازه اى كوچك آغاز شده و تا رسيدن به مقياس ايده آل خود به پيش مى رود. البته اينشتين اين فرضيه را تاييد نكرد.در هرحال در سال ۱۹۲۰ ادوين هابل با بهره گيرى از ميزان درخشندگى ستارگان متغير، موفق به ايجاد معيارى براى محاسبه فاصله كهكشان ها شد.
هابل دريافت كه هرچه يك كهكشان از زمين دورتر باشد، با سرعت بيشترى از ما فاصله مى گيرد.امروزه معتقديم كه انبساط مذكور، در حقيقت انبساط و گسترش فضا است و نه حركت كهكشان ها در فضا. (مفهومى كه هابل هيچ گاه آن را به طور كامل نپذيرفت)در سال ۱۹۴۸ جورج گاموف و رالف آلفر با بهره گيرى از ايده لومتر و همچنين مشاهدات هابل، نظريه «انفجار بزرگ» خود را ارائه كردند.آنها مدعى شدند كه انفجار كيهانى، موجب تشكيل ماده اوليه اى شده است كه بى نهايت داغ بوده و در ضمن حاوى نوترون ها و پس مانده هاى حاصل از انهدام آنها بوده است.اين ايده عجيب يك پيش بينى قابل آزمايش را در خود نهفته داشت كه براى ساليانى از نظر دور مانده بود:«باقى مانده سرد مهبانگ در قالب تابش ريزموج از زمين قابل آشكارسازى است.» در سال ۱۹۶۴ و ۱۹۶۵ رابرت ويلسون و آرنو پنزياس، دانشمندان لابراتوار اى تى اند تى بل (AT&Tbell) از يك راديو تلسكوپ كه براى دريافت اطلاعات از نخستين ماهواره ارتباطاتى طراحى شده بود، استفاده كردند تا علائم مربوط به تابش فراگير ريزموج را آشكار سازند.
وجود اين پارازيت ، كاملاً مستقل از جهت قرارگرفتن آنتن بود. آن دو مجدداً تلسكوپ را تنظيم و آن را تميز كردند اما سيگنال مذكور همچنان وجود داشت.
اين پارازيت راديويى صرفنظر از اين كه پنزياس و ويلسون تلسكوپ خود را به سوى خورشيد و يا كهكشان راه شيرى نشانه بروند به شكل سابق خود باقى مى ماند و اين مورد بيانگر اين مطلب بود كه تابش موردنظر، منشاء خورشيدى و يا كهكشانى ندارد. پنزياس و ويلسون به زودى دريافتند كه اين پارازيت همان تابش مايكروويو است كه گامو و آلفر پيش بينى كرده بودند.
با توجه به موارد فوق، ديگر انفجار بزرگ مطلبى دور از ذهن نبود.در هرحال نظريه انفجار بزرگ مانند تمامى نظريه هاى عظيم قرون گذشته و احتمالاً تمام نظريه هاى بزرگى كه در آينده ارائه خواهند شد، بيش از آن كه به ابهامات پاسخ روشنى بدهد، سئوالات تازه اى را بر سر راه دانشمندان قرار داد.
در سال ۱۹۹۸ گروه هاى جداگانه اى از ستاره شناسان كه سرپرستى آنها برعهده برايان اشميت (از رصدخانه هاى سايدينگ اسپرينگ و مونت استروملو، واقع در وسترن كريك استراليا) و سول پرلماتر (آزمايشگاه ملى لورنس واقع در بركلى _ كاليفرنيا) بود به ثبت درخشندگى ابرنواخترهاى دوردست پرداختند تا ميزان كندشدن انبساط عالم را محاسبه كنند.هر دو گروه به يافته هايى نائل شدند كه هر جزء آن به نوبه خود به اندازه يافته هاى پنزياس و ويلسون، در رابطه با ريزموج پس زمينه كيهانى غيرمنتظره بود.«كهكشان هاى دوردست كه دربردارنده ابرنواختر هستند با سرعتى كه با گذشت زمان كاهش پيدا كند از ما دور نمى شوند، بلكه اين كهكشان ها با شتاب از ما دور مى شوند.»اين كشف مانند تمامى پيشرفت هاى غيرمنتظره علمى كه در گذشته روى داده است، مجموعه اى از سئوالات را در رابطه با موضوع مورد بحث پديد آورد. معماهايى كه در ذيل مورد بحث قرار خواهند گرفت نشانى از دستاوردهاى سترگ قرن گذشته است و در عين حال ما را آگاه مى سازد كه هنوز راه درازى در پيش داريم.
۱- جهان هستى در چند بعد خلاصه مى شود
فى الواقع به جز در نمايش هاى شعبده بازى هيچ كس يك خرگوش را از يك كلاه خالى بيرون نمى آورد، براى ما كه در جهانى سه بعدى زندگى مى كنيم. مگر نه؟ ولى شايد هم اين طور نباشد. فيزيكدان ها به طور سنتى عالم هستى را با بهره گيرى از چهار بعد ترسيم و تفسير مى كنند: سه بعد فضايى آشنا و ديگرى بعد زمان.مدل مذكور به ما كمك مى كند تا براى همه چيز توضيح و تفسيرى داشته باشيم، از خميدگى نور ستارگان در هنگام عبور از كنار خورشيد گرفته تا شكل گيرى سياهچاله ها. اكنون فيزيكدانان به اين مطلب مى انديشند كه احتمالاً بايد چند بعد فضايى ديگر را به سيستم كنونى بيفزايند.مسئله سلسله مراتب موجبات تحريك فيزيكدانان را فراهم مى سازد. به بيان ساده تر آنان نمى دانند كه چرا نيروى جاذبه گرانشى به شدت از سه نيروى بنيادين ديگر يعنى الكترومغناطيس، نيروى قوى و نيروى ضعيف، ضعيف تر است. دو فيزيكدان به نام هاى ليزا راندال از موسسه فناورى ماساچوست در كمبريج و رامان ساندرام از دانشگاه جان هاپكينز در بالتيمور (مريلند) تفسيرى ارائه كرده اند كه بر طبق آن بعد ديگرى به ابعاد كنونى اضافه مى شود.در مدلى كه آن دو ارائه دادند ما در دنياى چهار بعدى زندگى مى كنيم و ذرات گراويتون كه حامل نيروى گرانشى هستند، در بعدى ديگر واقع اند.اختلافى كوچك در بعد پنجم، ميان اين دو جهان، موجب كاهش چشمگير نيروى گرانشى مى شود.نظريه پردازان تئورى ريسمان حتى از اين هم فراتر مى روند. آنها چهار نيروى بنيادين فيزيك را در يك مدل يازده بعدى يكپارچه مى سازند، كه در آن، حلقه هاى بسيار كوچك و قطعات ريسمانى، بنيادى ترين ذرات هستند.اما حتى خوش بين ترين نظريه پردازان تئورى ريسمان نيز ترديد دارند كه در آينده نزديك بتوانند اين ريسمان ها را مشاهده كنند.نظريه مذكور پيش بينى مى كند كه اين ريسمان ها ۱۰۰ ميليون ميليارد برابر كوچكتر از ريزترين ذرات زيراتمى هستند. (منظور ذراتى است كه توسط نيرومندترين شتاب دهنده هاى ذرات ايجاد شده اند.)اما در اين بين شواهد دال بر بعد پنجم مى تواند بسيار زودتر به دست ما برسد. راندال و ساندرام پيش بينى مى كنند كه شتابدهنده بزرگ هادرون، واقع در جنوا كه قرار است در سال ۲۰۰۷ شروع به كار كند مى تواند انرژى كافى را براى نفوذ يك گراويتون به دنياى ما فراهم سازد.


2- جهان چگونه شكل گرفت
ميان كيهان شناسان بر سر زمان شكل گيرى عالم قابل رويت، اين اجماع وجود دارد كه جهانى كه ما مى توانيم ببينيم، زائيده رويدادى است كه بين ۱۳ تا ۱۴ ميليارد سال پيش اتفاق افتاده است.در مدت يك ميكرو ثانيه پس از واقعه مذكور، عالم آشامه اى (سوپى) بى اندازه داغ بوده كه حاوى كوارك ها و ديگر ذرات عجيب بوده است.
در همان اثنا كه اين سوپ داغ در حال خنك تر شدن بود، كوارك ها متراكم شدند و موجبات تشكيل پروتون ها و نوترون ها و همين طور ذراتى از اين دست منجمله هادرون ها و مزون ها را فراهم كردند.هنگامى كه جهان هستى در زمانى معادل يك ثانيه به بلوغى خاص رسيده بود، ديگر به جز نوترون ها، پروتون ها، فوتون ها، الكترون ها و نوترينوها چيز ديگرى وجود نداشت.مجموعه اى از واكنش هاى هسته اى در دويست ثانيه بعدى، موجبات تشكيل هسته سه عنصر اوليه را كه كوچكترين عناصر هستند فراهم ساخت.
امواج صوتى حاصل از پژواك مهبانگ كه در شرف محو شدن بود در درون سيال بى اندازه داغ و چگال جهان، كه هنوز در نخستين دوره رشد خود بود، مانند موج درون يك درياچه انتشار مى يافت.يك گروه متراكم از الكترون هاى آزاد با بار منفى كه توسط پروتون ها (كه بار مثبت دارند) كشيده مى شدند، با جزر و مد اين سيال همراه مى شدند، در اين مسير فوتون ها در برخورد با ذرات باردار مذكور، جمع آورى و محصور مى شوند.در آن هنگام كه جهان سيصد و هشتاد هزار سالگى خويش را پشت سر گذاشته بود به اندازه كافى سرد شده بود كه اتم ها براى شكل گيرى مجال پيدا كنند.اين اتفاق موجب شد كه فوتون هاى محصور، آزاد شوند و آنگاه روشنايى جهانى هستى را فرا گرفت.فوتون هاى رها شده حامل اطلاعات در رابطه با نوسانات چگالى و دما در عالم نوپا در قالب الگويى از تغييرات درخشندگى بودند.
ستاره شناسان به اين تابش باستانى كه از دوران هاى نخستين حيات عالم بر جاى مانده است (كه البته نخستين بار توسط پنزياس و ويلسون مشاهده گرديد)، عبارت ريزموج پس زمينه اى كيهانى اطلاق مى كنند.
هنگامى كه ستاره شناسان تلسكوپ هاى ريزموج مانند كاوشگر پس زمينه كيهانى و يا جايگزين آن (كاوشگر ناهمسانگردى موج) به نام ويلكينسون را به جهت خاصى نشانه رفتند و آنگاه دماى كهموج زمينه اى كيهانى را محاسبه كردند، تابشى را مشاهده كردند كه دمايى در حدود ۷/۲ درجه سيلسيوس بالاتر از صفر مطلق داشت (يا به عبارتى ۷/۲ درجه كلوين).هنگامى كه جهت مخالف را بررسى كردند مجدداً ۷/۲ درجه كلوين را به دست آوردند. البته نوساناتى هم وجود داشت كه ناچيز بود و در حالت بيشنيه به حدود يك واحد در صدهزار مى رسد.هر انفجارى كه موجبات يكنواختى كنونى عالم را فراهم آورده باشد كيهان شناسان را شيفته خود مى كند. حالتى كه در آن گويى تمامى اجزاى عالم نوپا به يكديگر مرتبط و متصل بوده است.حال سئوال اينجاست كه چنين امرى چگونه امكان پذير است؟آلن گات (۱۹۲۵ م) در حالى كه در اواخر دهه ۷۰ ميلادى بر روى مسئله فوق در حال تفكر و بررسى بود به درك حيرت انگيزى نائل شد كه چنين بود: چه مى شد اگر جهانى كه امروز براى ما رويت پذير است به شكل حباب بسيار كوچك و در عين حال فوق العاده يكنواختى پديدار شده باشد و به ناگاه با چنان سرعتى منبسط شده كه فرصتى براى تغيير و دگرگونى نيافته است.
نظريه تورم گات نه تنها يكنواختى موجود در تابش زمينه كيهانى به ميزان يك واحد از صد هزار را توضيح مى دهد بلكه اين فرض را مطرح مى كند كه وضعيت توده اى مورد نظر خود برخاسته از نوسانات كوانتومى واقع شده در طول مدت تورم است.
كيهان شناسان بر اين امر توافق دارند كه نوسانات بسيار كوچك در عالم نوپا به وسيله نيروى گرانشى تقويت شده است تا توده هاى بزرگى را كه امروزه مشاهده مى كنيم تشكيل بدهد، البته هنوز لازم است كه تمامى جزئيات مورد بررسى و تحليل قرار گيرد.
در ضمن نظريه گات پيش بينى قابل آزمايشى را بيان مى دارد كه چنين است: جهانى كه به صورت حبابى متورم شده است، در اصطلاح كيهان شناختى تخت به نظر مى رسد. تخت به اين معنى است كه در يك فضاى تخت هرگز دو خط موازى يكديگر را قطع نمى كنند حتى اگر آن دو تمامى عالم را بپيمايند. در سال هاى اخير ستاره شناسان با محاسبه اندازه هاى زاويه اى تغييرات تابش زمينه كيهانى كه البته بسيار كم است، بارها (و اكنون در موسسه فناورى ماساچوست) پيش بينى گات را مورد آزمايش قرار داده اند.در هر بار آزمايش، آنان، به نتيجه اى به جز تخت بودن عالم هستى دست نيافتند. مارتين وايت اخترفيزيكدان دانشگاه بركلى (كاليفرنيا) مى گويد: مورد مذكور ساده ترين راه حلى است كه مى توان براى معادله اينشتين ارائه كرد لكن مى تواند جهان را به طور دقيقى توضيح دهد.هيچكس بر اين امر وقوف كامل ندارد كه چه چيزى موجبات پيشروى اين تورم را فراهم كرده است.فيزيكدان ها ليست طويلى از مدل ها را براى عالم در حال انبساط پيشنهاد كرده اند ولى اغلب اين راه حل ها پايه و اساس كاملاً فيزيكى ندارند و براى سهولت كار از يك سرى ملاحظات و حذفيات رياضى نيز در آنها استفاده شده است.
ادوارد راكى كولب، اخترفيزيكدان شتابدهنده فرمى مى گويد: «پس از بررسى تمامى تئورى هاى موجود درباره مبحث تورم و انبساط عالم به اين نتيجه مى رسيم كه هنوز نظريه اى كامل در اين مورد در اختيار نداريم.»

3 _ دليل انباشتگى ماده در عالم چيست؟
اگر جهان كاملاً متقارن مى بود هيچ سياره، ذره و يا بشرى وجود نمى داشت، زيرا در چنين حالتى، عالم هستى دقيقاً به يك ميزان توسط ذره ها و پادذره ها آكنده مى گشت و آن گاه ذره ها و پادذره ها به سرعت منهدم مى شدند و حاصل آن انتشار پرتو گاما مى بود. چنين جهانى مملو از تشعشعات و فاقد هرگونه اتم مى بود.
در هر حال، هيچ پادماده اى واقعاً در جهان حضور ندارد كه البته توضيح چنين مطلبى براى نظريه پردازان مشكل است.
انبساط و تورمى كه مدنظر گات است (و پيشتر به آن اشاره شد) مى بايست تامين كننده مقادير يكسانى از ماده و پادماده باشد.
البته اگر مقدار ماده و پادماده دقيقاً به يك ميزان مى بود و موجب انهدام طرف مقابل مى شد آن گاه ديگر نظريه پردازى وجود نمى داشت تا اين فرضيه ها را ابراز نمايد.
اكنون اين سئوال پيش مى آيد كه ماده چگونه توانسته از انهدام، جان سالم به در برد؟ اين احتمال وجود دارد كه پاد ماده هنوز در جهان باقى باشد لكن مقيم نقطه اى از عالم است كه آنقدر از ما دور است كه نمى توان آن را مشاهده كرد. جاناتان فنگ فيزيكدان دانشگاه كاليفرنيا (ارواين) اشاره مى كند كه: «مى توان تصور كرد در جايى ديگر مواردى مانند پاد بشر و پاد كهكشان هايى وجود داشته باشد لكن اين موضوع پيامدها و نتايجى در برخواهد داشت كه هنوز قابل درك نيست.»
احتمال دوم اين است كه ما فرض كنيم عالم كاملاً متقارن است اما همين جهان متقارن پس از روى دادن انفجار بزرگ (مهبانگ) از اتفاقى به نام «فاجعه انهدام» احتراز كرده باشد و مى توان براى استدلال چنين بيان كرد كه علت اين امر تمايل (اندك) قوانين فيزيك به سمت ماده است.
همين اندك رجحان موجود، موجب خلق مقدار اندكى ماده اضافى شده است و جهانى كه امروز مى بينيم توسط همان بقايا ايجاد شده است.
در اواسط دهه ۱۹۶۰ جيمز كرونين و وال فيچ دو فيزيكدان آمريكايى در آزمايشات خود به نتايجى دست يافتند كه همكارانشان را حيرت زده كرد. آنان در آزمايشات خود نشان دادند كه در ۲/۰ درصد از مواردى كه منجر به انهدام ذرات بنيادى خاصى مى شود، تقارن مورد انتظار رعايت نمى شود. پس از اين آزمايش، كيهان شناسان بلافاصله اين مطلب را مطرح كردند كه احتمالاً نتايج به دست آمده از آزمايشات فوق مى تواند توجيهى براى وجود ماده در عالم باشد، لكن هنوز تا نيل به نتيجه قطعى راه درازى در پيش است.
۴ _ نحوه شكل گيرى كهكشان ها چگونه بوده است؟
وايت مى گويد: «ما توصيفى مصور و تصويرگونه از نحوه شكل گيرى كهكشان ها در دست داريم كه وضعيتى كلى را براى ما نمايان مى سازد لكن اين مورد از استحكام لازم برخوردار نيست.»
توده هاى ماده در عالم نوپا از كجا آمده و چگونه اين توده ها در دوران هاى بعدى به وسيله نيروى گرانشى تقويت شده و به كهكشان ها تبديل شده اند ؟ كيهان شناسان قادر به پاسخگويى به اين قبيل پرسش ها نيستند اما بر سر اين مطلب توافق دارند كه توده هاى ماده اى كه در سرتاسر عالم نوپا پراكنده شده بودند در اثر گرانش حاصل از وجود خود، فرو ريخته اند و در همين حين پروتون ها و نوترون ها (كه مجموعاً باريون ناميده مى شوند) را در پى خود مى كشند و موجب بالا رفتن دماى آنها مى شوند.
باريون هاى پرسرعت با يكديگر برخورد كرده و انرژى از دست دادند. آن گاه (مانند سنگى در چشمه) در چشمه هاى گرانشى ته نشين گشتند.
با توجه به موارد فوق، اگرچه مدل هاى سه بعدى كهكشانى، مدل حبابى عالم را به طريقى كلى مورد تاييد قرار مى دهد لكن جزئيات مربوط به آن بسيار دشوار است و درك آن به آسانى قابل درك نيست.
اكنون سئوالى پيش روى ما قرار دارد مبنى بر اينكه آيا برخورد كهكشان هاى مارپيچى موجب ايجاد كهكشان هاى بيضوى مى شود؟
اگر پاسخ ما به اين پرسش مثبت باشد، مسئله ديگرى كه وجود دارد اين است كه چرا اين دو نوع كهكشان رد پاى متفاوتى از خود بر جاى مى گذارند؟
به اين دليل كه انجام محاسبات براى تعيين فواصل كهكشانى مستلزم صرف زمان زيادى است، پيشرفت هاى صورت گرفته در مسير حل پرسش هاى فوق به كندى انجام شده است، لكن فعاليت هاى مداومى در اين راستا انجام پذيرفته است. گروهى انگليسى _ استراليايى كه مسئوليت تحقيق درباره قرمزگرايى كهكشان df2 را بر عهده دارند، فاصله بيش از دويست و بيست هزار كهكشان را به دست آورده اند و گروهى به نام SDSS نيز انتظار دارند كه تا پايان سال ۲۰۰۵ ميلادى كه كاوش مذكور به مرحله مطلوبى برسد نقشه اى سه بعدى از حدود يك ميليون كهكشان را تهيه كنند. لازم به ذكر است كه گروه SDSS تاكنون فواصل بيش از دويست هزار كهكشان را محاسبه كرده اند.
ديويد وينبرگ اخترفيزيكدان دانشگاه ايالتى اوهايو مى گويد: «فى الواقع، داده هاى مذكور مى بايست در يافتن روزنى به سوى پاسخ اين پرسش كه كهكشان ها چگونه پديد آمده اند به ما كمك شايانى بكند.»


5_ ماده تاريك سرد چيست؟
مى دانيم كه مجموع ستارگان و كهكشان ها جرمى كمتر از ۵/۰ درصد از كل جرم موجود در عالم را تشكيل مى دهند و حتى اگر ابرهاى نامرئى تشكيل شده از اتم ها را (كه برخى عقيده دارند در نقاط دوردست عالم شناور هستند) به اين مقدار بيفزاييم، ميزان فوق از ۴۰ درصد تجاوز نمى كند.
مابقى آن متشكل از ماده تاريك سرد و انرژى تاريك است.اگرچه ستاره شناسان قادر به مشاهده مستقيم ماده تاريك نيستند، لكن بر اين عقيده اند كه ميزان آن به حدود ۲۳ درصد ماده موجود در عالم مى رسد. استدلال آنها در اين مورد بر پايه بررسى هايى است كه بر روى نحوه كشيده شدن ستارگان به وسيله ماده تاريك و همين طور پديده خمش نور است. ماده تاريك سرد در طول خلاء موجود در كيهان، به صورت يك رشته مجتمع شده اند كه طولى در حدود چند صد ميليارد سال نورى را در برمى گيرد.
چنين تصويرى به اين مورد اشاره مى كند كه ماده تاريك، حركتى كند دارد و به همين دليل از دماى پايينى برخوردار است.
اگر ماده تاريك، گرم و پرسرعت مى بود، در زمان هاى بسيار دور موجب محو شدن جرم جهان مى شد و همين امر از شكل گيرى كهكشان ها جلوگيرى مى كرد. در ضمن واكنش ذرات ماده تاريك سرد با مواد معمول، مى بايست بسيار ضعيف باشد (البته اگر نخواهيم وقوع اين امر را به طور كامل نفى كنيم). در غير اين صورت هاله هاى كروى شكل ماده تاريك كه راه شيرى و ساير كهكشان ها را احاطه كرده اند مسطح مى شدند و به شكل صفحات كهكشان مانندى در مى آمدند. اگر ذرات ماده تاريك تنها با مواد عادى واكنش مى دادند (كه فى الواقع همين طور است) آشكار نمودن آنها آسان مى بود.
اما اين واكنش ها به قدرى ضعيف هستند كه آشكار كردن آنها براى ما امكان ندارد.علاوه بر اين، براى بيشتر اين ذرات زمانى طولانى تر از عمر عالم هستى لازم است تا اولين برخورد خويش را تجربه كنند.فيزيكدان ها در حال بررسى دو راهكار هستند تا به ماهيت اين ذرات ناشناخته پى ببرند.يكى از اين راهكارها، بررسى اين مورد در مقياس وسيع است و چنين بيان مى شود كه انهدام ذرات ماده تاريك و پادذره هاى آنها در مركز كهكشان راه شيرى و يا در هسته خورشيد لزوماً، مى بايست موجب تشكيل نوترينو بشود. در چنين وضعيتى كه نوترينوها به طور ضعيفى با مواد وارد واكنش مى شوند، مى بايست گاه و بيگاه يكى از اين ذرات بنيادى با يك مولكول آب برخورد كند و تشعشعى از نور را آزاد كند.
فيزيكدان ها به اين اميد كه يكى از اين پرتوها را آشكار نمايند، در حال تبديل درياى مديترانه، درياى آدرياتيك (اين دريا بخشى از درياى مديترانه است كه توسط كشورهاى ايتاليا، كرواسى، اسلونى، بوسنى و مونته نگرو احاطه شده است) و كانون يخى قطب جنوب به يك رصدخانه عظيم و پهناور براى آشكارسازى نوترينوها هستند و اين كار را با قرار دادن رشته هاى طويلى در زير آب و يخ (البته رشته هاى حساس به نور) انجام مى دهند.
ايده ديگر در اين رابطه بررسى جزيى اما دقيق است. براى مطالعه جزء به جزء اين مطلب دو حسگر به نام هاى CDMSI و CDMSII در حال فعاليت هستند كه اولى در دانشگاه استنفورد ساخته شده و در اتاقى حدود ده متر زيرزمين قرار دارد و ديگرى كه در اواخر سال ۲۰۰۳ شروع به كار كرده در يك معدن آهن در مينه سوتا و در حدود ۷۴۰ مترى سطح زمين قرار گرفته است.
در سال ۲۰۰۰ ميلادى گروهى از محققان ايتاليايى كه سرگرم انجام DAMA (پروژه اى در رابطه با ماده تاريك) بودند، ادعا كردند كه ماده تاريك را يافته اند.
اما نتايج مذكور به سرعت و به طور گسترده دچار بى اعتبارى شد زيرا پژوهشگران ديگر موفق به تاييد اين يافته ها نشدند و در نتيجه نتوانستند ادعاى گروه مذكور را تاييد كنند.
در همين اثنا آزمايشات ديگرى در ايالات متحده، ايتاليا، آلمان و ژاپن انجام پذيرفت اما هيچ كدام موفق به يافتن شواهدى كه خالى از ابهام باشد و در عين حال به شواهدى مبنى بر وجود ذرات ماده تاريك (كه تصور مى شد بسيار فراوان باشند) دلالت نمايد، نشدند.
۶ _ آيا تمامى باريون ها در درون كهكشان ها شكل گرفته اند؟
تنها ده درصد از ماده نرمال و معمول موجود در عالم (منظور مواد باريونيك است كه از پروتون ها، نوترون ها و الكترون ها تشكيل شده اند) در داخل ستارگان قرار دارند.
ستاره شناسان درصدد هستند تا باريون هاى بيشترى را در كوازارها بيابند، كوازارها اجرام درخشانى هستند كه در فواصل دوردستى از زمين قرار دارند و نيرو محركه شان توسط سياهچاله ها تامين مى شود.
اگر نور كوازار در راه خود به سوى زمين از ميان باريون هاى گازى عبور كند، اتم هاى موجود در گاز، اثر خود را در قالب خطوط جذبى بر طيف كوازار باقى خواهند گذاشت.
لكن مسئله اينجاست كه ستاره شناسان تنها كسر كوچكى از آنچه كه انتظارش را مى داشتند، يافتند و اكنون اين سئوال مطرح مى شود كه باريون ها كجا رفته اند؟ بيشتر اخترفيزيكدان ها بر اين عقيده اند كه باريون هاى مذكور جايى نرفته اند و هنوز در فضا غوطه ور هستند، لكن از ميلياردها سال قبل كه ابرهاى گازى شكل گرفته اند، باريون ها با يكديگر برخورد كرده و انرژى آزاد كرده اند و به واسطه اين انرژى دماى گازها را تا حدود يك ميليون درجه سانتى گراد افزايش داده اند. جرى آستريكر اخترفيزيكدان دانشگاه پرينستون مى گويد: «گاز در اين محدوده هاى دمايى جذب و نشر كاملى ندارد و اين يك تصادف ناميمون است.»
ديويد وينبرگ و همكارانش در سال ۲۰۰۱ به مدت يك هفته از رصدخانه پرتوايكس چاندرا استفاده نمودند تا گواهى دال بر وجود گاز در هاله هايى از ماده تاريك كه كهكشان ها را احاطه كرده اند، بيابند.
وينبرگ ۹۰ درصد مطمئن است كه ردپاى گاز را در داده هاى مربوط به جذب پرتوايكس مشاهده كرده است اما مى گويد كه وى براى حصول اطمينان كامل نيازمند زمان بيشترى بوده است. البته او اقرار مى كند كه: «اختصاص چنين زمانى براى يك رصد خاص كه ممكن است هيچ نتيجه اى در بر نداشته باشد مدت زيادى به حساب مى آيد. اما اين مسير مى توانست بهترين راه براى دريافتن اين مطلب باشد كه امروزه باريون ها كجا هستند.»
مورد مذكور يكى از موارد اساسى در مسير ارائه تصويرى روشن از كيهان است.
۷- انرژى تاريك چيست؟
براى تامين نيرو محركه لازم براى حفظ شتاب كنونى عالم، مى بايست تا ۷۳ درصد از كل چگالى عالم توسط انرژى تاريك اشتغال شده باشد.
بزرگ ترين مشكل كه بر سر راه اين ايده وجود دارد اين است كه هيچكس نظرى درباره ماهيت انرژى تاريك ندارد.
مايكل ترنر از دانشگاه شيكاگو مى گويد: «آنچه ما تاكنون توانسته ايم انجام دهيم تنها نامگذارى اين انرژى بوده است.» اين انرژى مى تواند بى ارتباط با جهان باشد (به طور مثال خود خلأ) و يا تاثيرات ابعاد فضايى پنهان داشته باشد.»
اما حداقل ستاره شناسان مى دانند كه اين انرژى چه مى كند.
پرل ماتر مى گويد: «انرژى مذكور مانند انرژى پادگرانى حالت دافعه دارد اما اينطور نيست كه با ويژگى ذاتى ذرات بى ارتباط باشد و به طور مستقيم در فضا عمل مى كند.»
وضعيت ارتجاعى موجود در فضا اندكى شبيه به انبساط عالم نوپا است و تنها تفاوت در اينجاست كه انرژى تاريك در اين مدت طولانى تاثيرات بسيار كمترى را بر جاى گذاشته است.
فيزيكدان ها در تلاشند تا با بهره گيرى از نظريه هاى فيزيكى مورد قبول دانشمندان چگالى انرژى تاريك را محاسبه كنند. اما نتايجى كه به دست آورده اند با واقعيت سازگارى ندارد. تاكنون مقدار محاسبه شده در حدود ۱۰۶۰ برابر بزرگتر از ميزان مشاهده شده است. (البته برخى معتقدند كه اين مقدار مى تواند تا ۱۰۲۰ هم پيش برود.)
كيهان شناسان همواره با اعداد و ارقام بزرگ سروكار داشته اند اما حتى آنها نيز از چنين اختلافى دچار نگرانى شده اند. كولب مى گويد: «تمامى اين صفر ها (منظور اختلاف هاى موجود است) بيانگر اين مطلب است كه هنوز در فرضيه هاى ما يك مطلب اساسى از قلم افتاده است.»
۸- چگالى عالم چقدر است؟
بيشتر ماده و انرژى موجود در عالم با انبساط آن تنها در اختيار مواد و نيروى گرانشى حاصل از آنها مى بود، تاكنون اين نيرو موجب سقوط عالم و بازگشت آن به وضعيت نقطه اى شده بود. اما انرژى تاريك باعث گسترش عالم شده است. به تحقيق سرنوشت جهان هستى نامعلوم است زيرا دانسته هاى ما در رابطه با انرژى تاريك، ناقص و سطحى است. علت وجود شتاب در جهان در مسير انبساط، وجود انرژى تاريك است و اگر چگالى انرژى تاريك، ثابتى جهانى باشد و يا حداقل در سرتاسر عالم ميزانى مثبت را اختيار كند آن گاه پيروزى از آن انرژى تاريك خواهد بود.
با توجه به موارد فوق جهان هستى با سرعتى كه به صورت يكنواخت افزايش مى يابد به انبساط خود ادامه خواهد داد و بنابراين تا صد ميليارد سال آينده ما با تلسكوپ هاى امروزى تنها مى توانيم تعداد انگشت شمارى از كهكشان ها را مشاهده كنيم. اما انرژى تاريك (ثابت كيهانى مشهور اينشتين) مى تواند در واقع متغير باشد. حتى اين مقدار مى تواند منفى هم بشود كه البته در اين صورت جهان به سوى سقوط پيش خواهد رفت.
سر مارتين ريس، اختر فيزيكدان دانشگاه كمبريج مى گويد: «حتى اگر اين مقدار، اندكى از صفر كوچكتر بشود مى تواند موجبات سقوط (رمبش) عالم را فراهم كند.» امروزه هيچ تلكسوپى آنقدر برد ندارد كه براى ما روشن سازد كه كدام نظر صحيح است.
دورترين ابرنواخترهايى كه تاكنون براى تحقيق در رابطه با چگالى انرژى تاريك مورد بررسى قرار گرفته اند، در اصطلاح كيهان شناسى، همسايه هاى ديوار به ديوار ما بوده اند.اما محققان بر روى ماهواره تحقيقاتى SNAP حساب ويژه اى باز كرده اند تا شرايط را مساعدتر سازند. تلسكوپ كه به شكار ابرنواخترها اختصاص يافته است به اين دليل كه مدارى بسيار بالاتر از جو تيره و تار زمين را اختيار مى كند انرژى تاريك را به ميزان نيمى از راه به سوى مهبانگ نزديك تر مى سازد و اين اميد را در دل دانشمندان زنده مى كند كه يك بار و براى هميشه به اين سئوال پاسخ دهند.هشت معمايى كه در اين مقاله مطرح شد، رموز اساسى كيهان شناسى به شمار مى روند و اگر بخت يار دانشمندان باشد مى توان اميدوار بود كه پاسخ اين پرسش تا سال ۲۰۱۰ معين شود. اما كيهان شناسان يك چيز را به خوبى مى دانند، اينكه هر پاسخى، خود، خالق سئوالاتى تازه است.
Astronomy,Nov.2004
مارك سينسل
ترجمه: احمد آرين خو روزنامه شرق