تبلیغات
پورتال علمی فرهنگی هنری تفریحی کرکبود - آیا عالم واقعا تخت است؟
پورتال علمی فرهنگی هنری تفریحی کرکبود
مقالات تخصصی , علمی ,فرهنگی ,هنری ,مطالب جالب, خواندنی ,دیدنی ,تفریحی , کرکبود

آخرین مطالب سایت

طبقه بندی مطالب سایت

آیا عالم واقعا تخت است؟

آیا عالم واقعا تخت است؟تاثیرگذاری انرژی تاریك روی شكل عالم ، سرنوشت كیهان را نامعین كرده است 
ما در دروان ویژه ای زندگی می كنم. از دو دهه پیش تاكنون ، من به همراه تعداد زیادی از دانشجویانم در این خیال بودیم كه می توان همه چیز را راجع به عالم فهمید . می توان به مقدار ماده و انرژی در عالم پی برد . باور ما این بود كه عالم تخت است . می توان رد پای تاریخ را تنها پس از گذاشتن چند لحظه از وقوع انفجار بزرگ پیدا كرد و حتی می توان به سرنوشت عالم پی برد. یا حداقل فكر می كردیم كه بتوانیم . اما چرا این قدر مطمئن بودیم؟

 


.


نتایج آزمایش های دقیق روی اندازه گیری پرتوهایی كه از زمان انفجار بزرگ باقی مانده بود ، ما را واداشت تا باور كنیم كه می توانیم معمای خمیدگی عالم را حل كنیم . ما در عمل ، مقدار انرژی كلی را كه عالم می تواند داشته باشد محاسبه كردیم ، كه بخش زیادی از آن انرژی تاریك بود و همان باعث انبساط عالم است .
در هر حال ، نتایج تحقیقاتی كه اخیرا انجام شده اند نشان داده است كه این ادعا نادرست است . هر چه بیشتر در موردانرژی تاریك و تاثیرش روی فضا ـ زمان می فهمیم ، متوجه می شویم كه انرژی تاریك و شكل ـ و هندسه ـ عالم به طرز نگران كننده ای در هم پیچیده اند.
با تغییر دادن ادعاهایمان در مورد انرژی تاریك می توانیم خواسته های خود را روی شكل عالم اجرا كنیم.
در واقع ، بدون افزایش دادن ضریب دقت در محاسبه كردن هندسه عالم ناممكن است كه بتوانیم به ماهیت و سیر تكامل انرژی تاریك پی ببریم. البته تا حدی تصور ما از عالم بهتر شده است . تغییر تصور ما نسبت به عالم ، تاثیر عمیقی بر چگونگی انجام تحقیقات روی كیهان گذاشته است . در همین راستا ، ماموریت هایی به منظور شناسایی دقیق تر انرژی تاریك در حال برنامه ریزی هستند؛ اما احتمال بی نتیجه ماندن تحقیقات هم وجود دارد ، حتی با بالا بردن دقت محاسبات در هندسه فضا.
اینشتین می گفت چیزی كه ما به آن "گرانش" می گوییم ، در واقع هندسه خاصی در فضا ـ زمان است . نسبیت عام اینشتین توضیح می دهد كه چگونه فضا ـ زمان بر اثر اجرام موجود در آن درهم می پیچد . در كل ، تمام اجرام موجود در عالم میان گره های فضا ـ زمان را بپذیریم ، به این نتیجه می رسیم كه عالم ما در حال انقباض است.
هندسه عالم می تواند یكی از سه شكل تخت ، خمیدهء مثبت یا خمیدهء منفی را داشته باشد؛ كه هر شكل بستگی به كل جرم و انرژی در واحد حجم دارد. اگردر عالم میزان جرم و انرژی بسیار زیاد باشد ، در این صورت خمیدگی عالم مثبت خواهد بود ، شبیه به یك توپ گرد كه می تواند به صورت انفجاری مهیب از بین برود.
اگر میزان جرم و انرژی خیلی كم باشد ، خمیدگی عالم منفی خواهد بود؛ مثل زین یك اسب كه بر اثر گرانش نابود خواهد شد.
تنها در صورتی كه عالم چگالی صحیح را داشته باشد (تعداد اندكی پروتون در هر متر مكعب) ، می تواند بدون خمیدگی و در نتیجه ، "تخت" باشد . چنین عالمی می تواند تا بی نهایت منبسط شود.
یكی از اهداف بزرگ علم كیهان شناسی ، پی بردن به نوع خمیدگی عالم است ؛ به این علت كه دانستن آن ، به فهم سیر تدریجی تحول عالم كمك می كند. تا یش از سال 1990 میلادی ، همه بر این باور بودند كه عالم تخت است و این نتیجه گیری بر اساس اطلاعات نه چندان دقیق آن زمان بود . حتی در همایش های علمی هم سخنی از خمیدگی به میان نمی آمد. موضوع همایش ها دو چیز بود : عالم تخت با ماده تاریك ، عالم تخت با انرژی تاریك . پس از گذشت چند سال ، اندك افرادی به فكر خمیدگی منفی افتادند. اما تاكنون بحث های استوار و دقیقی درباره مثبت بودن خمیدگی عالم نشده است .
باورها در مورد تخت بودن عالم در سال 1960 تغییر كرد. در این سال دانشمندی به نام "یاكو زدلوویچ" اهل شوروی سابق ، به همراه گروهی از دانشمندان ، با ارائه مقاله ای نشان داد كه نقشه ای دقیق و همچنین از تابش زمین ریز موج كیهانی می تواند تركیب ویژه ای داشته باشد ، این نقشه باید شامل نقاط داغ و سردی باشد كه به طور نامنظم توزیع شده اند.
گروه زلدوویچ اندازه لكه ها را در 370 هزار سالگی عالم محاسبه كرد، یعنی زمانی كه 370 هزار سال از وقوع انفجار بزرگ (مه بانگ) گذشته بود. این زمان ، دوره ای در تاریخ كیهان شناسی است كه به آن دوره جفت گیری یا هماوندی گفته می شود. اندازه این لكه ها ارتباط مستقیم با سرعت انبساط یا انقباض عالم دارد . با در نظر گرفتن یك فرض معقول از آنچه كه عالم ، از آن تشكیل شده است ، می توان با تقریب خوبی فاصله تا این لكه ها را محاسبه كرد. با داشتن فاصله و تخت فرض كردن عالم ، می توان با استفاده از مثلثات ، اندازه زاویه ای این لكه ها را در آسمان محاسبه كرد.
گفتیم با فرض این كه عالم تخت باشد ؛ حال اگر فرض خود را تغییر دهیم و به عالم خمیدگی بدهیم ، باید از روابط و فرمول های دیگری استفاده كرد. اندازه تقریبی این لكه ها در آسمان باید حدود 1 درجه باشد (ماه كامل در آسمان نیم درجه قوسی است.)
حال اگر اندازه واقعی لكه ها از اندازه ای كه در محاسبات به دست آمده بزرگ تر بود ، عالم خمیدگی مثبت دارد و اگر از اندازه محاسبه شده كوچك تر بود ، خمیدگی عالم منفی است .
در سال 1992 ماهواره COBE ناسا برای نخستین بار یك نقشه از تمام لكه های داغ و سرد آسمان تهیه كرد . اما تصاویر این ماهواره بیش از حد تیره و تار بود و نمی شد بر اساس آنها به هندسه عالم پی برد. با این حال ، گروه ناامید نشد و به تحقیقاتش ادامه داد ، به این امید كه اندازه زاویه ای لكه ها همان 1 درجه باشد.
در سال 1995 در دانشگاه كالیفرنیا گروهی از كیهان شناسان روی تابش زمینه ریز موج كیهانی تحقیق می كردند . این گروه ، دو بالن به نام های "ماكسیما" و "بومرنگ" داشتند كه وظیفه این دو ، دریافت و ثبت این تابش بود.
هر دو بالن مجهز به تجهیزاتی با حساسیت بسیار بالا بود و تا پیش از آن از چنین تجهیزات پیشرفته ای استفاده نشده بود. هر كدام ازآنها به تلسكوپی مجهز شده بود كه آنها هم از تلسكوپ ماهواره COBE قوی تر بودند. این دو قابلیت ، یعنی قدرتمند بودن در یافتن تابش زمینه و توانایی بالای تلسكوپ ها ، به ترسیم نقشه ای دقیق تر از این تابش كمك كرد.
در آزمایش MAT/TOCO كه در سال دو هزار میلادی انجام شد ،‌همچنان آثار لكه های سال 1997 به چشم می خورد و در تصاویر این آزمایش هم اندازه لكه ها همان 1 درجه قوس بود. با مقایسه این دو آزمایش ، نتیجه ای كه دانشمندان گرفتند این بود كه ما در دنیایی تخت زندگی می كنیم.
نتایج دو آزمایش WMAP و MAT/TOCO شك و تردید در مورد هندسه عالم را تا حد زیادی كاهش داد . همین نتایج ، كارها را برای دانشمندان و كیهان شناسان ساده تر كرد. آنها در حال تحقیق روی تئوری های مختلف نوع زندگی بشر در انواع مختلف از هندسه عالم بودند؛ این كه مثلا زندگی انسان در عالمی با خمیدگی مثبت چگونه است . اما پس از به دست آمدن نتیجه آزمایش ها ، آنها فقط در یك مورد می نوشتند: عالم تخت است .
در نهایت ، همه به این باور رسیده بودند كه عالم ما تخت و بدون خمیدگی است .
داستان غم انگیز بعدی ، پس از مطمئن شدن از وضعیت خمیدگی عالم شورع شد. تمام دانشمندان می دانستند كه تعداد اتم های موجود در ستاره ها ، گازها و گرد و غبار میان ستاره ای روی هم تنها 4 درصد از مجموع جرم و انرژی است كه طبق محاسبات در عالم وجود دارد . حتی با محاسبه ماده تاریك باز هم این عدد به 100 نرسید و برای تحت بودن عالم كافی نبود.
با این محاسبات ، آنها حدود 70 درصد ماده موجود در عالم را شناسایی كرده بودند و اگر این عدد درست می بود ، عالم ما باید خمیدگی منفی می داشت . باز هم شك ها برانگیخته شد كه بیرون از زمین ، جایی در اعماق كیهان ، باید چیزی باشد كه این كمبود را جبران كند.

ماده دفع كننده 
 

در سال 1998 ، دو گروه مجزا هم زمان به جواب این سوال رسیدند. آنها آثاری از یك ابرنواختر بسیار دور را پیدا كردند و متوجه شدند این ابرنواختر از چیزی كه باید دیده شود تاریك تر و كم نورتر به نظر می رسد. بالاخره آنها با یك توضیح ساده ، گفتند كه عالم با شتاب در حال انبساط است .
حال اگر عالم با شتاب در حال انبساط است ، پس چیزی باید وجود داشته باشد كه فضا ـ زمان را تحت فشار قرار می دهد. اینشتین یك نامزد مناسب برای این نوع انرژی دافع پیشنهاد كرده است : ثابت كیهانی یا «لاندا» . لاندا توسط بسیاری از كیهان شناسان پذیرفته شده است .مدلی هم برای آن ساخته شد كه امروزه به نام ماده سرد و تاریك شناخته می شود و یكی از ویژگی های اصلی اش این است كه در آن ، عالم به صورت تخت فرض می شود.
مفهوم لاندا آن قدرها هم ساده نیست . اگر بخواهیم صادقانه بگوییم ، هیچ كس به خوبی نمی داند لاندا در فیزیك چه می گوید . حتی بهترین حدس ها با بالاترین مقدار دقت هم به ما جواب غلط می دهند، به برنامه های ما مهر ابطال می زنند و ما را مجبور می كنند از راه و روش دیگری استفاده كنیم: شاید انرژی تاریك در فضا ـ زمان ثابت نباشد!
پس آیا هنوز هم می توان عالم را تحت فرض كرد؟ تا چند وقت پیش ، عقیده من همین بود ؛ تا این كه اكتشافی در این زمینه مرا شگفت زده كرد.
"كریس كلاركسون" و همكارانش در دانشگاه كیپ تاون در آفریقای جنوبی به این فكر افتادند كه تاثیر فهم ما از انرژی تاریكی را روی محاسبان درباره خمیدگی فضا و بالعكس ، بررسی كنند.
برای پی بردن به نتایج این گروه، طرز محاسبه خمیدگی فضا ـ‌زمان با استفاده از اندازه لكه ها در تصاویر تابش زمینه را به یاد بیاورید . اندازه ظاهری لكه ها برای دانشمندان به دو مجهول بستگی دارد : نور آنها چه مسیری را طی كرده تا به ما برسد ، و همچنین هندسه فضا ـ زمان .
با افزودن ثابت كیهانی ، می توان این فاصله را با حل كردن معادلات نسبیت عام با دقت خوبی به دست آورد . اما هنوز نمی توان با قاطعیت گفت كه انرژی تاریك ، ثابت كیهانی است . اگر انرژی تاریك یك حقیقت با سیر تكاملی پیچیده باشد ، باید گفت كه ما هیچ چیزی را راجع به فاصله تا مكان هماوندی نمی دانیم ، و بدون داشتن فاصله تا لكه های سرد و داغ تصاویر تابش زمینه ریز موج كیهانی ، نمی توان نوع خمیدگی عالم را مشخص كرد.
سپس در یك دایره ناقص به دام می افتیم: برای دانستن نوع هندسه عالم نیاز به مشخص كردن ماهیت انرژی تاریك داریم ، و برای مشخص كردن مقدار انرژی تاریك در عالم ، باید هندسه عالم را دانست ! دانستن یكی بدون پی بدرن بردن به دیگری ، بیهوده و پوچ است .
به یاد داشتن این نتایج ، دانشمندان را هشیار می كند. یدك كشیدن كشف بزرگ هزاره ، كه عالم تخت است ، باعث شد خود من در مسیری كه آمده ام به عقب برگدم و احساسی در من پدید آید كه اشتباه میكردم و شاید هیچ گاه بشر نتواند نوع خمیدگی عالم را همان طور كه دوست دارد ، مشخص كند. هیچ كس فكر نمی كرد انسان وارد دوره ای جدید و در عین حال بلند پروازانه از كیهان شناسی شود. در سال های دهه 1990 این عالم تنها در پی محاسبه نوع هندسه عالم بود ، اما امروزه كیهان شناسان به دنبال كشف ماهیت مجهولی بزرگ تر هستند: ماده تاریك.
چطور می توان به ماهیت ماده تاریك بدون دانستن هندسه فضا پی برد؟
خوشبختانه برای دانشمندان همه چیز به صورت علامت سوال نیست ، و اطلاعاتی هست كه بتوان به صحت آنها اطمینان كرد. هم اینك برخی از آزمایش ها در حال طراحی هستند تا به وسیله آنها بتوان به رخدادهای گوشه و كنار كیهان پی برد و از سیر تكامل عالم اطلاعات بیشتری به دست آورد.
هر چه اطلاعات بیشتری از مراحل مختلف تكامل عالم به دست آوریم ، راحت تر می توان هم به عملكرد ماده تاریك در زمان های مختلف پی برد و هم به عملكرد هندسه فضا در مكان های مختلف.
برنامه هایی در جریان هستند تا رادیو تلسكوپ "گارگانتوآن" ساخته شود كه آرایه ای به شكل مربع است و قرار است در استرالیا یا آفریقای جنوبی به بهره برداری برسد؛ كه به دانشمندان و كیهان شناسان، قدرت مكان یابی میلیاردها ستاره را در آسمان می دهد.
همچنین ، یك ماموریت ماهواره ای جدید توسط ناسا و سازمان فضایی اروپا در حال برنامه ریزی است تا در آینده اجرا شود و هدف آن ، بررسی چگونگی تاثیرگذاری انرژی تاریك روی سیر تكاملی كهكشان و تاثیر متقابل آنها در فواصل زیاد است .
این پروژه ها قرار است در كمتر از یك دهه به بهره برداری برسند. در همین دوره ، پروژه های كوچك تری در حال اجرا هستند یا اجرا خواهند شد. به راستی آیا تحقیقات و آزمایش های جدید روزی ثمر می دهند؟ و آیا ما بالاخره خواهیم توانست هندسه فضا را به طور كامل درك كنیم و دریابیم؟ البته این هدف كمی بیش از آن چه فكر می كنیم طول خواهد كشید.

پی نوشت ها :
 

*کیهان شناس در دانشگاه اکسفورد انگلستان و نویسنده کتاب "حالاتِ عالم" (منتشر شده در سال 2006) .
 

منابع:
نیوساینتیست ، شماره 2719
دانشمند شماره 566
نویسنده: پدرو فریرا*
ترجمه : امین اشرفی 

پورتال  علمی فرهنگی هنری کرکبود

خواندنی ها و دیدنی های روز

جستجو

دسته بندی محصولات فروشگاه

← آمار کرکبود

  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
============================== اخبار خوب ایران و جهان
فروشگاه اینترنتی کرکبود
فروشگاه بزرگ اینترنتی غضنفر
MRN دانلود جک اس ام اس آموزشی ... رایگان
سایت خبری بخوانید
فروشگاه بزرگ اینترنتی نردین شاپ