آیا انرژی تاریک صرفا یک توهم بوده است؟

در حقیقت کیهان‌شناسان به خوبی مدل‌های استانداردی را آزموده‌اند که فرض می‌کند 69 درصد محتوای انرژی جهان ناشناخته یا تاریک است.  با این حال تیمی از فیزیکدان‌های تئوری ادعا می‌کنند، برای توضیح گسترش شتاب‌دار کیهان نیازی به انرژی تاریک نیست. در عوض آن‌ها می‌گویند، این گسترش شتاب‌دار ممکن است از ناپایداری‌ یا ناهمگونی‌ها در چگالی کیهان ناشی شود. اگر چنین باشد، یکی از بزرگترین رازهای فیزیک را می‌توان به سادگی و تنها با تئوری آشنای نسبیت عام انیشتین توضیح داد، هر چند محققان دیگر در این موضوع تردید دارند.

توزیع یکنواخت

« اگر این موضوع درست باشد، چند نفر باید جایزه نوبلشان را پس بدهند» این را نیک کایزر کیهان شناس دانشگاه هاوایی در اشاره به نوبل فیزیک سال 2011 می‌گوید که به خاطر کشف گسترش شتاب‌دار کیهان در دو دهه قبل به سه فیزیک‌دان و کیهان شناس «ساول پرمتر»، «برایان اشمیت» و «آدام ریس» اهدا شد. « تام گیبلین» کیهان شناس محاسباتی از کالج کنیون که روی بررسی مشابهی کار کرده است می‌گوید:« من کیف می‌کنم اگر ناهمگونی چگالی این گسترش را توضیح دهد». با این حال او می‌گوید:« اما من در شبیه سازیهایمان هیچ نشانه‌ای از تاثیر بزرگی که این تیم ادعا می‌کند ندیده‌ام».

یکی از راه‌ها برای حل مسئله توسط کیهان شناسان محاسبه روند گسترش کیهان در 13.8 میلیارد سال گذشته است.  به طور کلی برای حل مسئله آن‌ها به دو معادله اصلی وابسته هستند. اولی توزیع و تجمع جرم در کهکشان‌ها و خوشه‌های کهشانی را توضیح می‌دهد. دیگری هم به متریک فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر یا FLRW مشهور است، از معادله نسبیت انیشتین مشتق می‌شود و محققان از آن استفاده می‌کنند تا نرخ  گسترش کیهان را محاسبه کنند. در هر گام در زمان یک شبیه‌سازی برنامه کیهان شناسان از معادله FLRW برای محاسبه « عامل مقیاس» (Scale Factor) یا همان انبساط نسبی گیتی استفاده می‌کنند. سپس برنامه از عامل مقایس به عنوان ورودی استفاده می‌کند، تا پیشرفت شکل‌گیری کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی را در هر گام محاسبه کند.

جهان ناهموار

با این حال بارها گفته شده‌ است، که معادله FLRW صرفا روی یک جهان همگن و صاف اعمال می‌شود. بنابراین برای محاسبه عامل مقایس در هر گام کیهان شناسان به طور کلی فرض می‌کنند که کیهان هموار است و از چگالی میانگین که در شبیه‌سازی‌ها مشخص شده است، به عنوان عامل ورودی معادله استفاده می‌کنند. این کار کمی خطرناک است، چون نسبیت عام می‌گوید انرژی و جرم فضا و زمان را از حالت صاف و هموارش خارج و خم می‌کند. این پیش‌بینی بعدها در مشاهدات واقعی هم تایید شده است. در نتیجه فضا باید در نواحی خالی سریعتر رشد کرده و در نواحی شلوغ آهسته‌تر، چون گرانش کهکشان‌ها علیه گسترش عمل می‌کند. در نتیجه اصولا ناهنمگنی جهان باید روی نتایج و گسترش کیهان تاثیر بگذارد.

همان‌‌طورکه در نمایه بالا دیده می‌شود، مدت‌ها بعد از بیگ‌بنگ و از حدود 2 میلیادر سال قبل گسترش گیتی دوباره شتاب گرفته است. با مدل‌های فعلی و شیوه محاسباتی میانگین چگالی هیچ توجیهی برای این گسترش شتاب‌دار باقی نمی‌ماند، مگر انرژی تاریک. اما کار اخیر محققان نشان داد که اگر توزیع و تمرکز جرم را در بخش‌های کوچک در گیتی لحاظ کنیم، گسترش کیهان در مدل‌سازی‌ها با گسترش واقعی همخوان است ونیازی به انرژی تاریک نیست.

 

« گابور راتز» و « لازلو دوبوش» اخترفیزیک‌دان‌ها از دانشگاه اوتوش لورند بوداپست و همکارانشان برای ثبت این تاثیر دست به کار شدند. آن‌ها مکعب‌هایی از کیهان به طول 489 میلیون سال نوری را شبیه‌سازی کردند که در کنار هم قرار می‌گرفتند. سپس به جای استفاده از FLRW متریک برای محاسبه هر گام زمانی و یک عامل مقیاس واحد برای هر مکعب، آن‌ها هر مکعب را به یک میلیون ریزعالم تقسیم و سپس از معادله برای محاسبه عامل مقیاس در هر کدام از این ریز عالم‌ها استفاده کردند. « ما فرض کردیم که هر ناحیه از گیتی نرخ گسترشش را خودش مشخص می‌کند». این را دوبوش می‌گوید. محققان سپس میانگین این عوامل مقیاس را محاسبه کردند که با عامل مقیاس محاسبه شده توسط چگالی میانگین تفاوت دارد. نتیجه مدل سازی به این شیوه نشان داد که جهان شبیه‌سازی شده محققان شبیه جهان واقعی گسترش پیدا می‌کند و گسترشش در طی 2 میلیارد سال قبل شتاب گرفته است. این رخداد بدون اضافه کردن انرژی مرموزموسوم به انرژی تاریک رخ داده است. نتایج این بررسی نشان می‌دهند که ممکن است انرژی تاریک تنها یک توهم بوده و در اصل وجود نداشته باشد.

مخالفان و موافقان

با این حال آن‌ها هنوز محتاط هستند؛ گیبلین یادآوری می‌کند، که این شبیه‌سازی او وهمکارانش با این شبیه‌سازی تفاوت دارد. کار جدید فرگشت کیهان را در مقیاس‌های محلی بهتر ردیابی می‌کند. اما یک شرط اساسی  و تخمین را وارد کار می‌کند. آن‌طور که گیبلین می‌گوید محاسبات او نشان دهنده تغییر 1درصدی این عامل در کل عوامل موثر بر گسترش است، در حالی که کار محققان مجازی این تاثیرگذاری را تا 20 درصد نشان می‌دهد. کایزر هم انتظار دارد که تاثیر ناهمسانی بسیار کوچک باشد. او یادآوری می‌کند، که بهترین شواهد از گسترش شتاب دارد گیتی از اندازه‌گیری فاصله و سن انفجارهای ستاره‌ای می‌‌آید که به نام ابرنواخترهای نوع یک شناخته می‌شوند و نسبتا نزدیک هستند. به هر حال در جهان‌های محلی اعمال گرانش نیوتنی کافی است  این موضوع نشان می‌دهد که تفاوت در عامل مقیاس محاسبه شده نباید تاثیر بزرگی بگذارد. او می‌گوید:« اگر حق با آن‌ها باشد اتفاق خنده داری رخ داده است».با این حال متخصصان می‌گویند بسیار منطقی است که این عامل ناشی از ناهمگنی را وارد محاسبات کنیم.  «توماس بوچت» کیهان شناس در دانشگاه لیون فرانسه می‌گوید:« من می‌گویم محاسبه مقیاس این تاثیرگذاری حالا جریان اصلی در کیهان شناسی است و محققان می‌خواهند بدانند آیا واقعا تاثیری دارد یا نه». با این حال هنوز مشخص نیست این محاسبات و فرضیه‌ها درست هستند یا نه. کارهای بعدی و حتی مشاهدات عملی ممکن است نشان دهند که واقعا انرژی تاریک وجود ندارد و برای دو دهه فیزیک‌دان‌ها به دنبال توهم مطلق بوده‌اند.

انرژی تاریک

در کیهان‌شناسی، انرژی تاریک نوع ناشناخته‌ای از انرژی است که همه فضا را در بر می‌گیرد و سرعت انبساط جهان را می‌افزاید. انرژی تاریک مقبول‌ترین فرضیه برای توضیح دادن مشاهدات اخیر است که می‌گویند جهان با آهنگ رو به افزایشی (با شتاب) منبسط می‌شود. تا به حال شواهد اندکی برای وجود انرژی تاریک ارائه شده است. این انرژی بسیار همگن در نظر گرفته می‌‌شود، که شاید دلیلش همان محسباتی باشد که توزیع چگالی را هم در کهکشان بسیار همگن در نظر می‌گیرد.  با این حال کشف این انرژی که ریشه‌اش به صورت ثابت کیهان‌شناسی به زمان انیشتین برمی‌گردد، یکی از ماموریت‌های اخترفیزیک‌‌دان‌ها است و نبودنش بخش مهمی از تلاش‌های چند دهه اخیر را بی ثمر خواهد کرد.

علی رنجبران

No tags for this post.