ابهام انرژی تاریک ؛ سردرگمی دانشمندان در مورد بخش عظیمی از جهان هستی

MacTavish · 25/8/19

ابهام انرژی تاریک (Dark energy) موضوعی پیچیده در مورد بیش از نیمی از جرم موجود در کیهان بوده که برای مدت‌ها، باعث سردرگمی دانشمندان جهان شده است.

شاید تا به حال نام ماده تاریک (Dark matter) به عنوان ماهیتی اسرارآمیز به گوشتان خورده باشد؛ اما در کمال تعجب، جالب است بدانید که ‌این ماده تنها 26.8 درصد از جرم موجود در دنیا را تشکیل داده است. با این حال، مفهومی گسترده‌تر و به همان اندازه، پیچیده به نام انرژی تاریک وجود دارد که شامل 68.3 مواد موجود در کیهان می‌شود و نظریه‌های مربوط به آن، تا به حال به میزان قابل‌توجهی از مشاهدات و اندازه‌گیری‌ها در شرایط واقعی دور بوده‌اند.

ابهام انرژی تاریک و ماهیت این پدیده

بخشی از ابهام انرژی تاریک و مرموز بودن این ماهیت، به ناتوانی گسترده و بنیادی فیزیکدانان از بررسی ذرات این انرژی و همچنین ماده تاریک مرتبط است. به طور دقیق‌تر می‌تواند گفت که بسیاری از پژوهشگران معتقدند، انرژی تاریک به احتمال قوی جزئی ذاتی از فضا بوده، به واسطه‌ی کف کوانتومی یا همان کف فضا-زمانی (Quantum foam) پدید می‌آید و از ذرات مجازی که در بین وجود و عدم وجود در نوسان هستند،‌ تشکیل شده است. از طرف دیگر،‌ انیشتین در نظریات خود مطرح کرده بوده که انرژی پدیدار شده به وسیله‌ی ذرات مجازی که برای مدت زمان کوتاهی در فضا وارد می‌شدند،‌ دارای جرم است.

اما در کنار تئوری‌های پیچیده‌ی و تا حدودی نامفهوم ذکرشده در مورد موضوع انرژی تاریک،‌ فضانوردان در تلاش برای اندازه‌گیری چگالی این انرژی در فضا، به عددی بسیار ناچیز (معادل 9-^10 ژول در هر مترمکعب) دست یافتند؛ این مقدار که به عنوان «ثابت کیهان‌شناسی» شناخته می‌شود،‌ به هیچ عنوان با اعداد پیش‌بینی‌شده در نظریه معروف و موردقبول میدان‌های کوانتومی (Quantum field theory) مطابقت ندارد و به همین دلیل، ابهام انرژی تاریک به موضوعی مهم و موردبحث در حوزه‌های آکادمیک پیشرفته تبدیل شده است.

تقابل انرژی تاریک و مکانیک کوانتوم

در کتاب مشهور “General Relativity: An Introduction for Physicists”، در این رابـ*ـطه اظهار شده است که برای انجام پایه‌ای‌ترین محاسبات باید انرژی‌های نقاط صفر مکانیک کوانتوم، در تمامی میدان‌های موجود در جهان با یکدیگر جمع شود. عدد حاصل‌شده از این محاسبات چیزی بیش از 120 برابر مقادیر اندازه‌گیری شده توسط فضانوردان در شرایط واقعی است؛ به همین دلیل، تئوری‌های مکانیک کوانتوم در مورد انرژی تاریک، به احتمال قوی بدترین پیش‌بینی‌های صورت گرفته در طول تاریخ علم فیزیک هستند. هنوز هیچ‌ یک از دانشمندان جهان دلیل ناچیز بودن ثابت کیهان شناسی را توجیه نکرده‌اند.

البته احتمال دیگری هم وجود دارد که به نقص نظریه‌های فیزیک کوانتوم در مورد میدان‌ها و به صورت کلی، تمامی کیهان، مربوط می‌شود؛‌ با این حال، به دلیل وجود شواهد نظری بسیاری که صحت تئوری‌ها را تایید می‌کنند،‌ این احتمال به نظر غیرممکن می‌آید.

بنابراین می‌توان گفت که تاکنون، فیزیک‌دانان کوانتوم در تلاش برای رفع ابهام انرژی تاریک ناکام بوده‌اند و با وجود اینکه با اعمال برخی تغییرات در نظریه‌های مطرح‌شده و محاسبات، می‌توان تفاوت ثابت کیهان شناسی و مقادیر پیش‌بینی‌شده را کم کرد، ‌همچنان بهترین تئوری‌های موجود در مکانیک کوانتوم تاثیر انرژی تاریک بر جهان اطراف را 60 برابر آنچه که در واقعیت وجود دارد، تخمین می‌زنند.

ستاره‌ها،‌ سیارات و هر آنچه که در اطراف خود می‌بینیم، تنها 4.9 درصد از کل کیهان هستند.

اختر فیزیکدانی مشهور به نام نیل دگراس تایسون (Neil deGrasse Tyson) در کتاب اخیر خود اظهار کرده است که با وجود سردرگمی گسترده و عمیق دانشمندان در مورد انرژی تاریک، از آنجایی که این ماهیت به طور مستقیم با معادلات نسبیت عام انیشتین مرتبط است، تصور اینکه ابهام انرژی تاریک به وسیله هیچ تئوری قابل توجیه نباشد، غیرممکن به نظر می‌رسد.

در مورد ارتباط انرژی تاریک با نسبیت عام (General relativity) که به عنوان یکی از موفق‌ترین نظریه‌های تاریخ شناخته می‌شود، می‌توان گفت که چگالی انرژی اندازه‌گیری شده در فضای خالی به خوبی با مدل لامبدا-سی‌دی‌ام (Lambda-CDM model) یا همان مدل استاندارد کیهان شناسی بیگ بنگ هم‌راستاست؛ از طرف دیگر، در بنیاد این مدل که مفاهیمی مانند تابش زمینه کیهانی (CMB)، فراوانی عنصرهای شیمیایی و نرخ افزایشی انبساط کیهان را توجیه می‌کند،‌ نسبیت عام انیشتین قرار گرفته است.

با تمام این تفاسیر می‌توان گفت که در رویارویی ماهیت انرژی تاریک بر اساس نسبیت عام و پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتوم، مورد اول به وضوح قابل‌اعتمادتر است.