مدل جدید جهان نیازی به وجود انرژی تاریک ندارد

به تازگی پژوهشگران به مدلی که چگونگی انبساط کیهان را نشان می‌دهد نگاهی انداخته‌اند و با بررسی دقیق‌تر ابرنواختر نوع 1a متوجه شده‌اند که برای توضیح این انبساط، احتمالاً نیازی به وجود انرژی تاریک نیست. در حال حاضر، نظر دانشمندان بر این است که بافت فضا زمان، با نرخی افزایشی انبساط می‌یابد و این پژوهش جدید نیز با جایگذاری چند فرضیه، همین موضوع را مجدداً نشان داده و تأیید می‌کند؛ اما پژوهشگران با بررسی داده‌های موجود از ستاره‌های دوردست، متوجه شده‌اند که انبساط بافت فضا زمان را می‌توان بدون وجود هیچ نیروی مرموزی توضیح داد. این موضوع می‌تواند یک تغییر اساسی در علم کیهان‌شناسی به وجود آورد.

به تازگی، نشانه‌هایی از انبساط کیهانی در طول موج نوری ساطع شده از اجرام دوردست کیهانی که با نام ابرنواختر نوع 1a شناخته می‌شوند، مشاهده شده است. به همین دلیل، پژوهشگران دانشگاه کانتِربری نیوزیلند، گرد هم آمده‌اند تا به کمک یکدیگر، بهترین تفسیر را از این نشانه‌ها ارائه دهند و پیرامون آن به بحث و تبادل نظر بپردازند. این گونه انفجارهای ستاره‌ای به راحتی قابل شناسایی هستند و اکثر ستاره‌شناسان این موضوع را پذیرفته‌اند که این انفجارها دارای روشنایی‌های مشابهی هستند. این انفجارها، برای ستاره‌شناسان گزینه‌های مناسبی هستند و آن‌ها می‌توانند به کمک این انفجارها، فاصله‌های بسیار زیاد را در فضا اندازه‌گیری کنند.

تصویری از شبکه‌ی کیهانی در مدل‌های شبیه‌سازی

با توجه به مشاهداتی که توسط تلسکوپ‌های مختلف، نظیر هابل به عمل آمده و همچنین تفاوت‌های بسیار ظریفی که در رنگ‌های ابرنواختر وجود دارد؛ به نظر می‌رسد که آن ابرنواخترهایی که در فاصله‌ی بسیار دوری از ما قرار دارند، نسبت به آن‌هایی که نزدیک‌تر هستند، با سرعت کم‌تری از ما فاصله می‌گیرند. از آن‌جایی که اجرام دوردست، تنها یک تصویر مجازی از رویدادهای گذشته هستند؛ این منطقی است که نتیجه بگیریم نرخ انبساط جهان روبه افزایش است. برای آن‌که فضا بتواند سریع‌تر از ماده‌ای که در آن قرار دارد منبسط شود، باید چیز دیگری وجود داشته باشد که بر گرانش این مواد غلبه کرده و بافت فضا را همچنان گسترش دهد.

از آن‌جایی که هیچ‌گونه عاملی را برای این انبساط شناسایی نکرده‌ایم، فیزیک‌دانان عاملی را با نام «انرژی تاریک» برای این اتفاق در نظر گرفته‌اند. اگر انرژی تاریک وجود داشته باشد، چیزی در حدود ۶۸ درصد از انرژی جهان قابل مشاهده را به خود اختصاص می‌دهد. وجود انرژی تاریک قطعی نیست؛ اما تا زمانی که یک نظریه‌ی بهتر جایگزین آن نشده است، انرژی تاریک می‌تواند توضیح ساده‌ای برای انبساط جهان باشد تا این‌که بخواهیم بگوییم تمام چیزهایی که تشکیل دهنده‌ی جهان هستند، عامل انبساط آن می‌شوند.

برای نزدیک به دو دهه است که انرژی تاریک به عنوان عامل مرموز شتاب دهنده‌ی انبساط جهان شناخته می‌شود؛ اما در این سال‌ها بارها مورد انتقاد قرار گرفته است و برخی از فیزیک‌دانان بر این باور هستند که جهان به صورت شتاب‌دار، منبسط نمی‌شود. آن‌ها استدلال‌ خاص خود را دارند؛ اما نظر جمعی کنونی دانشمندان بر وجود انرژی تاریک است. برای آن‌که انرژی تاریک به عنوان همان عامل ناشناخته مطرح شود، ما باید چندین فرضیه دیگر را نیز بدون اثبات بپذیریم.

تصویری از خوشه سنبله. در این خوشه، حدود ۱۵۰۰ کهکشان بزرگ و کوچک قرار دارد

به عنوان مثال، ما فرض می‌کنیم جایگاه ما در فضا نسبت به دیگر ساختارهای عظیم کیهانی، می‌تواند شکل فضا را تحت تأثیر قرار دهد که همین موضوع نیز می‌تواند در چگونگی حرکت نور در فضا تغییراتی را به وجود آورد. همچنین فرض می‌کنیم که ابرنواخترهای نوع 1a معیارهای کیهانی بسیار خوبی هستند؛ اما برخی استثنائات نیز دارند. این مفروضات همگی بسیار خوب به نظر می‌رسد و سخت است که بخواهیم یک جایگزین مناسب برای هر یک از آن‌ها بیابیم. همچنین بعید است چیزی پیدا شود که باعث شود ما تفکر ریشه‌ای خود را نسبت به اصل ایده تغییر دهیم.

اما یک فرضیه وجود دارد که می‌تواند وجود یک انرژی مرموز به نام انرژی تاریک را کاملاً بی‌معنی کند و با یک معادله‌ی ریاضی ۱۰۰ ساله، به نام «معادله‌ی فریدمان» مرتبط است. این معادله، در مدلی (حلی بسیار دقیق) از جهان به نام متریک «فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر» دخیل است. متریک نام برده، با توجه به نسبیت عام، انبساط یا انقباض فضا را توصیف می‌کند. این مدل، فضا را همچون یک ورقه‌ی لاستیکی گسترده فرض می‌کند که همه چیز در آن با هم ارتباط دارند و سرتاسر آن نیز یکسان است؛ به عبارتی دیگر، جهان را به صورت همسان‌گرد و همگِن توصیف می‌کند.

البته جهان فقط یک صفحه‌ی لاستیکی گسترده‌ی ساده نیست؛ اگر این فرضیه صحیح باشد، جهان بیشتر شبیه به صفحه‌ای لاستیکی و بسیار گسترده است که مملو از غبار، تیله‌هایی کوچک (مانند سیاره‌ها و دیگر اجرام) و توپ‌های بسیار بزرگ (اشاره به ستاره‌ها و ساختارهای بسیار بزرگ) است. این جهان، با این شرایط، در مدلی به نام ماده‌ی تاریک سرد لامبدا یا به اختصار «ΛCDM» قرار می‌گیرد.

در طول ۲۰ سال گذشته، گفتگوهای بسیاری در مورد تغییر شکل جهان انجام شده است که در آن‌ها، بیشتر روی تغییراتی که این توپ‌های بسیار بزرگ می‌توانند بر انبساط فضا داشته باشند، تمرکز شده است.

دیوید ویلتشایر از دانشگاه کانتِربری نیوزیلند می‌گوید که چه می‌شود اگر ما اساس مدل فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر را به چالش بکشیم؟ وی در ادامه‌ی سخنان خود گفت:

در بحثی که چندی پیش داشتیم، یک موضوع بسیار مهم نادیده گرفته شد؛ اگر انرژی تاریک وجود نداشته باشد، آن‌گاه یک جایگزین احتمالی باعث می‌شود که قانون میانگین انبساط، از معادله‌ی فریدمان پیروی نکند.

دیوید ویلتشایر و همکارانش به جای آن‌که جهان را یک صفحه‌ی خالی و یا مملو از مواد مختلف فرض کنند، به سراغ دیدگاهی متفاوت رفته‌اند. آن‌ها می‌گویند چه می‌شود اگر ما به سراغ یک مدل دیگر از جهان که با نام «کیهان‌شناسی زمانی» شناخته می‌شود، برویم؟ کیهان‌شناسی زمانی، مدلی جدید است که جهان را از پنجره‌ی زمان تعریف می‌کند.

در این دیدگاه، فاصله و زمان، نسبت به انحنای مکان‌های خاص بین کهکشان‌ها و پوچی‌های بزرگ کیهانی، سنجیده می‌شوند. به این ترتیب، نیازی نیست که در مورد سن خاص جهان به عنوان یک اصل کل، سخنی به میان آورد. از این مهم‌تر، کیهان‌شناسی زمانی، نیازی به وجود انرژی تاریک ندارد؛ زیرا در این دیدگاه، نور منبسط شده، حاصل انبساط شتاب‌دار کلی جهان نیست؛ بلکه این انبساط نور به چگونگی سنجش فاصله و زمان بستگی دارد. این دیدگاه، انبساط نور یک جرم خاص که در فاصله‌ی دور دست قرار گرفته است را به شتاب کلی نسبت نمی‌دهد و با توجه به مکان آن جرم، فاصله و زمان را می‌سنجد.

این دیدگاه با سایرین کاملاً تفاوت دارد. گروهی از پژوهشگران برای آزمایش کیهان‌شناسی زمانی، بسیاری از ابرنواخترها را به وسیله‌ی آن بررسی کرده‌اند و متوجه شدند که این دیدگاه کاملاً با امواج نوری و میزان درخشش ابرنواخترها هم‌خوانی دارد و این در حالی است که در مدل ΛCDM که میان کیهان‌شناسان پذیرفته شده، یک چنین مطابقتی غیرقابل تشخیص است. البته این را در نظر داشته باشید که نباید از این دیدگاه جدید چنین برداشت کرد که پرونده‌ی انرژی تاریک برای همیشه بسته شده است؛ زیرا این مدل جدید نیز دیدگاهی است در کنار سایرین و باید بیشتر مورد آزمایش و توجه قرار بگیرد.

نکته‌ای که باید در نظر داشت، این است که برای رها کردن یک نظریه، باید شواهد بسیار کافی برای رد نظریه و همچنین اثبات نظریه‌ی دیگر، وجود داشته باشد و بیش از انرژی تاریک مورد پرسش قرار گیرد. مدل‌های جدید و مخالف مدل‌های فعلی، گزینه‌های مناسبی هستند که می‌توان به کمک آن‌ها، به منطقی بودن و صحت نتایج مدل‌های فعلی پی برد. مدل‌های جدید، همواره می‌توانند نقاط ضعف مدل‌های فعلی را مشخص کنند که این امر موجب ارائه‌ی راه‌حل‌های جدید برای رفع نواقص مدل‌های فعلی خواهد شد.

قرار نیست که به این زودی‌ها وجود انرژی تاریک رد شود؛ اما به هر حال زمان می‌گذرد و مطمئناً روزی خواهد رسید که ما ایده‌ی بهتری را برای کشف رازهای پشت‌ پرده‌ی جهان می‌یابیم.

نتایج این پژوهش در نشریه Royal Astronomical Society منتشر شده است.