فرضیه جدید برای انرژی تاریک

وب سایت کلیک: به مدت چندین دهه دانشمندان درگیر این مسئله بودند که جهان ما در حال گسترش است. این گسترش جهان به چه نحو صورت می‌گیرد؟

از نظر منطقی، جاذبه باید کهکشان ها را به سمت یکدیگر بکشد اما مشاهدات در دهه ۱۹۹۰ نشان دادند که جهان نه تنها در حال گسترش است بلکه با نرخ رو به افزایشی گسترش پیدا می کند و این اتفاق را به انرژی تاریک نسبت داده اند.

انرژی تاریک (با ماده تاریک اشتباه نشود) نیروی فرضی است که حدود ۶۸٫۳ درصد انرژی در هان قابل مشاهده را تشکیل می دهد و کهکشان ها را از یکدیگر دور می‌کند. اما علی‌رغم شواهد غیر مستقیم بسیار مبنی بر وجود این انرژی، هنوز کسی نتوانسته است آن را شناسایی کند و یا توضیح دهد که این انرژی از کجا می آید.

اکنون یک مطالعه جدید توانسته این مشکل را حل کند.

پاسخ چیست؟

فرض کنید یکی از قوانین اساسی در جهان ما بدون اینکه بدانیم نقض شده است…در این صورت انرژِی تاریک معنی خواهد داشت.

این قانون بنیادی، پایستگی انرژِی است و بسیار بااهمیت است. این قانونی است که ما در دبیرستان یاد می گیریم و می گوید که انرژی یک سیستم بسته است که نه به وجود می آید و نه از بین می رود، تنها از شکلی به شکل دیگر تبدیل می شود. این قانون زیر بنای اغلب قوانین فیزیک است.

اکنون یک مطالعه جدید می گوید اگر جهان در روزهای اولیه خود دچار نشت انرژی شده باشد، می‌توان به این وسیله انرژی تاریک را توضیح داد. این تیم مطرح می‌کند که قانون می‌تواند در چنین موارد کوچکی نقض شود و ما حتی متوجه آن نمی شویم.

حال ببینیم چه نیازی به چنین فرضیه عجیبی داریم؟ همه این‌ها برمی‌گردد به مشکلاتی که ما با انرژی تاریک و توضیح آن‌ها داریم. بازمی‌گردیم به سال ۱۹۱۷ زمانی که انیشتین در تلاش بود تا بفهمد چرا جهان ایستا است نه در حال انبساط یا انقباض، که البته در آن زمان جهان این‌گونه فرض می شد.

برای توضیح عدم این انقباض گرانشی، انیشتین فرض کرد چیزی باید باشد که در مقیاس کیهانی با جاذبه مقابله می‌کند و آن را ثابت کیهانی نامید.

اما او در سال ۱۹۲۹ زمانی که فضانورد، ادوین هابل اولین علامت گسترش جهان را مشاهده کرد، نظریه خود را کنار گذاشت. سپس در اوایل ۱۹۹۰، دانشمندان نشان دادند که جهان با نرخ افزایشی در حال گسترش است و ثابت انیشتین دوباره مطابقت یافت.

محققین متوجه شدند که ثابت انیشتین در تمام دهه های پیشین چیزی را بررسی می کرده است که ما امروزه آن را انرژی تاریک می نامیم.

اما این انرژی تاریک چیست؟

ایده کلی این‌طور مطرح می‌کند که این انرژی یک ثابت کیهانی است که از فضای خالی برمی‌خیزد. به لطف مکانیک کوانتومی ما میدانیم که فضای خالی در واقع هیچ گاه خالی نیست، بلکه پر از ذرات کوانتومی عجیب و انرژی است که به وجود آمده و از بین می روند و یکی از این ذرات عجیب می تواند نیروی دافعه داشته باشد.

مشکل اینجاست که میزان انرژی تاریک پیش بینی شده که باید توسط این روند ایجاد شود، بسیار بیشتر از چیزی است که گسترش مشاهده‌شده‌ی جهان نشان می دهد. این مسئله به این معنی است که یا ما به درستی این میزان را اندازه نگرفته‌ایم یا اینکه هنوز نمی دانیم انرژی تاریک از کجا منشا می گیرد.

این مطالعه جدید نشان می دهد که گزینه دومی صحیح است و یک فرضیه جدید مطرح می کند: چه می‌شود اگر جهان در اوایل تشکیل خود دچار نشت انرژی شده باشد و آن انرژی از دست رفته باعث انرژِی تاریک باشد؟

آلخاندرو پرز، یکی از اعضای این تیم می گوید "در این مدل، انرژی تاریک چیزی است که نشان می دهد چه مقدار انرژی و نیروی جنبشی در آغاز تاریخ گم شده است."

اساس این فرضیه جدید یک مدل جایگزین از نسبیت عام است که انیشتین در دهه ۱۹۱۰ آن را مطرح کرد که در آن عنوان می شود که انرژی نیازی به پایستگی ندارد.

اگر این مدل در محاسبات اعمال شود، سپس ارزش ثابت کیهانی کاملا با مشاهدات ما از جهان همخوانی خواهد داشت. مهم تراز همه این که نیازی نیست درک خود از جهان را تغییر دهیم. گرچه از بین رفتن انرژی در اوایل تاریخ جهان، میزان انرژی تاریک را تحت تاثیر قرار می دهد اما چندان قابل لمس نیست و توسط آزمایشات امروزی نمی‌توان آن را تعیین کرد.

در اینجا یک مشکل بزرگ دیگر نیز وجود دارد ـ اگر ناپدید شدن انرژی هیچ اثر پایداری به‌جز تغییر انرژی تاریک بر جهان نداشته است، پس راهی نیست که بتوان صحت این فرضیه را آزمایش کرد.

پس تاکنون این فرضیه همچنان یک فرضیه باقی می ماند، فرضیه ای که هنوز آزمایش نشده است. اما فیزیک دانان می گویند که در نظر دارند در آینده احتمال آن را بررسی کنند.

این تحقیق در Physical Review Letters منتشر شده و متن کامل را می توانید به طور آنلاین مطالعه کنید.