نظریه جدیدی که دنیای علم را تکان داده است

فرادید: بر اساس دانش علمی مرسوم، ماده تاریک (Dark Matter) ۸۵ درصد جرم کیهان را تشکیل میدهد. اما هواداران نظریه جدید گرانش که عنوان «فضازمان مرتعش» را به آن داده‌اند، می‌گویند رویکرد آن‌ها می‌تواند افسانۀ ماده تاریک را منسوخ کند. 

این نظریه، احتمال بحث‌برانگیزی را مطرح می‌کند مبنی بر این که این ماده تاریک که هرگز مستقیماً مشاهده نشده، سرابی است که بخش قابل‌توجهی از جامعه فیزیک، چندین دهه به شکلی بیهوده در جستجوی آن بوده‌اند. این نظریه کاملاً غیرمتعارف و عجیب خوانده شده و هنوز به طور کامل آزمایش نشده، اما در دنیای فیزیک غوغا بپا کرده است.

پروفسور جاناتان اوپنهایم از کالج دانشگاهی لندن، بعد از انتشار این مقاله، در شبکه اجتماعی اِکس (توییتر) نوشت: «مردم! چیزی در حال وقوع است. ما ثابت می‌کنیم نظریه گرانش ما می‌تواند انبساط جهان و چرخش کهکشانی را بدون ماده تاریک یا انرژی تاریک توضیح دهد.» 

شواهد متعددی برای ماده تاریک وجود دارد، اما ماهیت آن مرموز باقی مانده و جستجوهای «برخورددهنده هادرونی بزرگ» بی‌نتیجه بوده است. سال گذشته، آژانس فضایی اروپا، مأموریتی به نام «اقلیدس» را با هدف تهیه‌ی یک نقشه کیهانی از ماده تاریک آغاز کرد. 

مقاله جدید که در وب‌سایت Arxiv منتشر شده و هنوز داوری دقیق نشده، این پرسش را مطرح می‌کند که آیا اصلاً ماده تاریک وجود دارد یا خیر و تشابهاتی را بین ماده تاریک و مفاهیم نامعتبر گذشته نشان می‌دهد، مانند «اتر»، یک ماده نامرئی که تصور میشد در تمام فضا نفوذ می‌کند. 

در این مقاله ذکر شده که با نبودن هیچ گونه شواهد مستقیمی برای انرژی تاریک یا ماده تاریک، حق داریم شک کنیم که شاید این یکی هم یک نظریه علمی غیرضروری مانند گوی‌های آسمانی، اتر یا سیاره فرضی ولکان باشد که همه‌شان با توضیحات ساده رد شدند. فراموش نکنیم جاذبه در فریبکاری سابقه‌دار است. 

در این مورد، توضیح ساده‌ای که اوپنهایم ارائه کرده، «نظریه پساکوانتومی گرانش کلاسیک» است. اوپنهایم پنج سال گذشته را صرف این رویکرد کرده که هدفش یکی کردن دو ستون فیزیک مدرن است: نظریه کوانتومی و نسبیت عام اینشتین که اساساً ناسازگار هستند. 

نظریه اوپنهایم، بافت فضازمان را صاف و پیوسته (کلاسیک)، اما ذاتاً مرتعش مجسم می‌کند. سرعت گردش زمان به‌طور تصادفی در نوسان است، شبیه یک نهر جوشان، فضا به طور تصادفی منحرف می‌شود و زمان در بخش‌های مختلف کیهان منشعب می‌شود. افزون بر این، این تئوری یک شکست ذاتی را در قابلیت پیش‌بینی، تجسم می‌کند. 

اوپنهایم و آندریا روسو، نویسندگان مشترک این مقاله ادعا می‌کنند این برداشت از جهان می‌تواند مشاهدات برجسته‌ی کهکشان‌های در حال چرخش را توضیح دهد که منجر به «کشف» ماده تاریک شدند. ستاره‌های لبه‌های کهکشان‌ها، جایی که انتظار می‌رود گرانش بر اساس ماده مرئی در ضعیف‌ترین حالت خود باشد، باید کندتر از ستاره‌های موجود در مرکز بچرخند. اما در واقعیت، حرکت مداری ستاره‌ها کاهش نمی‌یابد. ستاره‌شناسان از این موضوع، وجود هاله‌ای از ماده نامرئی (تاریک) را استنباط کردند که کشش گرانشی اعمال می‌کند.

در رویکرد اوپنهایم، انرژی اضافی مورد نیاز برای محصور نگه داشتن ستارگان در مدار را نوسانات تصادفی در فضازمان تامین می‌کنند که در واقع جنب و جوش پس‌زمینه‌ی گرانشی ایجاد می‌کنند. این موضوع در یک فعل و انفعال با گرانش بالا، مانند چرخش زمین به دور خورشید، ناچیز است، اما در موقعیت‌هایی که گرانش کم است، مانند حاشیه‌های کهکشان، این پدیده غالب می‌شود و در کل می‌تواند بخش اعظم انرژی جهان را تشکیل دهد. 

اوپنهایم در اِکس گفته است: «ما ثابت می‌کنیم فضازمان مرتعش می‌تواند انبساط جهان و منحنی‌های چرخش کهکشانی را بدون نیاز به ماده تاریک یا انرژی تاریک توضیح دهد. با این حال، ما احتیاط می‌کنیم، چون مدرک غیرمستقیم دیگری برای ماده تاریک وجود دارد، بنابراین محاسبات بیشتر و مقایسه با داده‌ها ضروری است. اما اگر درست باشد، به نظر می‌رسد ۹۵ درصد انرژی جهان به دلیل ماهیت نامنظم فضازمان است و این یعنی شکست اساسی در قابلیت پیش‌بینی فیزیک یا اینکه ما در محیطی غوطه‌وریم که قوانین نظریه کلاسیک یا کوانتومی را رعایت نمی‌کند.» 

همه با این نظریه قانع نشده‌اند، از جمله نظریه‌پردازان معروفی مانند پروفسور کارلو روُوِلی و پروفسور جف پنینگتون که با اوپنهایم بر سر اثبات شدن نظریه‌اش، شرط‌بندی کرده‌اند. 

پنینگتون می‌گوید: «من فکر می‌کنم اتفاق خوبیست که فیزیکدانان طیف گسترده‌ای از رویکردها را برای مسائل بسیار دشواری مانند ترکیب مکانیک کوانتومی با گرانش کشف کنند. شخصا، گمان نمی‌کنم این رویکرد، رویکرد درستی باشد. حرف و عمل من یکی است (اشاره به شرط‌بندی با اوپنهایم). هیچ چیز جدیدی در مقالات اخیر وجود ندارد که باعث شود نظرم را تغییر دهم.» 

اما برخی دیگر از این نظریه استقبال کرده‌اند. پروفسور اندرو پونتزن، کیهان‌شناس کالج دانشگاهی لندن گفته است: «گمان میکنم نویسندگان این مقاله به موضوع بسیار جالبی پرداخته‌اند و مشغول کشف ایده‌های زیبا و بدیع هستند. با این حال، چالش جایگزینی ماده تاریک این است که مدارک مختلفی دال بر وجود آن هست. تاکنون آن‌ها تنها به یکی از این مدارک پرداخته‌اند. فقط زمان می‌تواند بگوید آیا این ایده‌های جدید واقعاً می‌توانند طیف عظیمی از پدیده‌هایی را که به ماده تاریک اشاره دارند توضیح دهند.»