حمیده احمدیان راد

ما می دانیم که چه مقدار انرژی تاریک وجود دارد چراکه می دانیم چگونه انرژی تاریک بر انبساط جهان اثر می گذارد. اما مابقی مسایل درباره ماده تاریک و انرژی تاریک کاملاً در هاله ای از ابهام است. به نظر می رسد که تقریبا 68 ٪ جهان از انرژی تاریک است. ماده تاریک نیز حدود 27 ٪ جهان را تشکیل می دهد. بقیه – همه آن چیزهایی است که بر روی زمین وجود دارد، همه آن چیزهایی که تاکنون با تمام ابزارهای ممکن مشاهده شده اند. یعنی همه مواد عادی که اگر به هم اضافه شوند کمتر از 5 ٪ از جهان را تشکیل می دهند. البته اگر دوباره فکر کنیم می بینیم که شاید نباید به موادی که آنها را عادی می نامیم نام عادی بدهیم چراکه بخش کوچکی از عالم را تشکیل می دهد.

این نمودار تغییرات در سرعت گسترش جهان از زمان تولد آن در15  میلیارد سال پیش را نشان می دهد. این نمودار نشان می دهد که از حدود 7.5 میلیارد سال پیش سرعت انبساط جهان به شکل قابل ملاحظه ای افزایش یافته. ستاره شناسان معتقدند که گسترش سریع تر جهان به خاطر نیروی تاریک مرموزی است که کهکشان را از هم جدا می شوند. منبع عکس سایت ناسا.

چنان که گفته شد یک توضیح انرژی تاریک را یکی از ویژگی های فضا تلقی می کند. آلبرت اینشتین اولین کسی بود که فهمید فضای خالی «هیچ چیز» نیست. فضا خواص شگفت انگیزی دارد و ما در آغاز راه فهمیدن آن هستیم. یک بخش از تئوری جاذبه اینشتین که ماده ثابت کیهانی را شامل می شود پیش بینی می کند که ” فضای خالی ” می تواند انرژی خود را داشته باشد. از آنجایی که این انرژی از خواص ذاتی فضا است هنگامی که فضا گسترش می یابد رقیق نمی شود. بنابراین همین طور فضای بیشتری به وجود می آید. هنگامی که فضای بیشتری به وجود می آید انرژی فضایی بیشتری ظاهر می شود. درنتیجه این شکل از انرژی باعث می شود جهان سریع تر و سریع تر گسترش یابد. متأسفانه، هیچ کس نمی فهمد که چرا حتی ثابت کیهانی باید وجود داشته باشد، چه رسد به این که چرا باید ارزش آن را داشته باشد که باعث شتاب قابل مشاهده گسترش کیهان شود.

یک توضیح دیگر در زمینه این که فضا چگونه انرژی به دست می آورد از نظریه کوانتوم ماده می آید. در این نظریه، ” فضای خالی ” در واقع پر از ذرات موقتی ( ” بالقوه” ) است که به طور مداوم تشکیل و سپس ناپدید می شوند. اما زمانی که فیزیکدانان تلاش کردند محاسبه کنند چه مقدار انرژی به این فضای خالی می رود، پاسخ اشتباه از کار در آمد آن هم چه اشتباه بزرگی. این رقم در محاسبات 10¹²⁰ به دست آمد یعنی عدد 1 با 120 تا صفر. بنابراین ابهام ادامه می یابد.

یک توضیح دیگر برای انرژی تاریک این است که انرژی تاریک نوع جدیدی از جریان یا میدان انرژی دینامیکی است، جریانی که همه فضا را پر می کند اما به نحوی بر انبساط جهان اثر می گذارد که مغایر با ماده و انرژی عادی است. اما این ابهام پیش می آید که اگر پاسخ در عنصر پنجم نهقته است ما هنوز نمی دانیم که شبیه به چیست، با چه چیزی واکنش نشان می دهد یا چرا وجود دارد. بنابراین ابهام ادامه می یابد.

آخرین امکان این است که نظریه جاذبه اینشتین نادرست باشد. این موضوع نه تنها بر فهم ما از گسترش جهان اثر می گذارد بلکه همچنین بر فهم ما از نحوه رفتار ماده عادی در کهکشان ها و خوشه های کهکشانی نیز تأثیر می گذارد. این جا است که می توان تصمیم گرفت آیا راه حل برای مشکل فهم ماده تاریک ارایه یک نظریه جدید درباره جاذبه است یا نه. اما اگر نظریه جدیدی درباره جاذبه مورد نیاز است این نظریه چه نوع نظریه ای باید باشد و چقدر حرکت اجرام در منظومه شمسی را به درستی توصیف می کند چرا که تئوری اینشتین این کار را برایمان انجام می دهد و هنوز هم  پیش بینی متفاوتی درباره جهان ارایه می دهد. تئور ی های دیگری هم درباره ماده تاریک وجود دارند اما هیچ یک قانع کننده نیستند و ابهام ادامه می یابد.

منبع:http://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-is-dark-energy/

حمیده احمدیان راد

ماده هر چیزی است که فضایی را اشغال می کند و دارای جرم است. ما بیشتر عادت کرده ایم که مواد مریی را ماده بنامیم. ماده مریی به این خاطر دیده می شود که خودش نور بیرون می دهد یا نوری که از شیئی دیگر ساطع می شود را بازتاب می دهد. اما ماده تاریک دیده نمی شود. ماده تاریک نور بیرون نمی دهد یا نور را منعکس نمی کند.

دانشمندان بر این باورند که با مطالعه ماده تاریک اطلاعات جدیدی درباره جهان به دست می آورند. برخی از اطلاعاتی که آنها با مطالعه ماده تاریک امید به کشف آن دارند اندازه، شکل و آینده جهان است. دانشمندان همچنین امیدوارند که با مطالعه ماده تاریک درباره این که کهکشان ها چگونه تشکیل شده اند چیزهایی بیاموزند.

دانشمندان نمی توانند ماده تاریک را مشاهده کنند، بنابراین راه بخصوصی برای مطالعه آن دارند. آنها ماده تاریک را با توجه به این که چگونه بر ماده قابل مشاهده اثر می گذارد مطالعه می کنند. دانشمندان از رایانه ها و ماهواره ها استفاده می کنند تا به مطالعه ماده تاریک بپردازند. تلسکوپ فضایی هابل تصاویری گرفته که به دانشمندان کمک کرده کشف کنند ماده تاریک کجاها یافت می شود.

دانشمندان با در هم آمیختن یک مدل نظری درباره ترکیبات تشکیل دهنده جهان با مجموعه ای از مشاهدات کیهانی می گویند که بیش از 68 درصد جهان از انرژی تاریک، 27 ٪ از ماده تاریک و حدود 5 درصد از مواد عادی تشکیل شده است. یعنی همه آن چیزهایی که بر روی زمین وجود دارد، همه آن چیزهایی که تاکنون با تمام ابزارهای ممکن مشاهده شده اند. به این ترتیب اگر همه مواد عادی به هم اضافه شوند کمتر از 5 ٪ جهان را تشکیل می دهند. البته اگر دوباره فکر کنیم می بینیم که شاید نباید به موادی که آنها را عادی می نامیم نام عادی بدهیم چراکه بخش کوچکی از عالم را تشکیل می دهد. در این شرایط ماده تاریک چیست؟

این تصویر توزیع ماده تاریک  و گاز داغ را در هسته خوشه کهکشانی در حال ظهور آبل 520 نشان می دهد 

ما بیشتر می دانیم که ماده تاریک چه چیزی نیست تا این که بدانیم چه چیزی هست. اول این که تاریک است به این معنی که به شکل ستاره ها و سیارات نیست. مشاهدات نشان می دهد که ماده مریی اندکی در جهان وجود دارد و تنها 27 درصد جهان از ماده مریی تشکیل شده است. دوم این که ماده تاریک به شکل و در قالب ابرهای تیره ای نیست که متشکل از مواد عادی هستند، یعنی موادی که از ذراتی به نام باریون ها ساخته شده اند. سوم این که ماده تاریک ضد ماده نیست، چرا که زمانی که ضد ماده با ماده نابود می شود اشعه گامای منحصربفردی تولید می شود و این در مورد ماده تاریک صادق نیست. در نهایت، ما می توانیم رد ماده تاریک را در سیاه چاله هایی به بزرگی کهکشان ها بگیریم. غلظت بالای ماده، نوری که از نزدیکی آنها عبور می کند و از اشیای دورتر ساطع می شود را خم می کند اما به طور دقیق سهم ماده تاریک آنها را نمی دانیم.

اما هنوز چند احتمال درباره ماده تاریک وجود دارد که یکی از آنها این است که ماده مریی هم ممکن است ماده تاریک را تشکیل دهد. ماده باریونی می تواند ماده تاریک را تشکیل دهد درصورتی که آن را در کوتوله های قهوه ای و یا قطعات متراکم کوچک از عناصر سنگین بجوییم. اما در نهایت دیدگاه رایج این است که ماده تاریک، باریونی نیست بلکه از ذرات عجیب و غریب دیگری مثل اکسیون ها یا WIMPS ساخته شده است.

منابع: http://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-is-dark-energy/

http://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/universe_level1/darkmatter.html