تبلیغات
به طراوت و شهامت یک سیب زندگی کنید. دانش 

به طراوت و شهامت یک سیب زندگی کنید. دانش - جهانی دیگر ما را می خواند...




جهانی دیگر ما را می خواند...

  • نویسنده: amid gm
  • تاریخ:یکشنبه 30 بهمن 1390
  • عنوان موضوع: [cb:post_category_name]
جهانی دیگر ما را می خواند... ۲۴ فوریه ۲۰۰۹ نیوساینتیست

آن را جریان تاریك می نامند، و می تواند علامتی از آنسوی افق كیهانی باشد. آماندا جفتر Amanda Gefter گزارش می دهد

برای بسیاری از ما، جهان به طورغیر قابل تصوری وسیع است. اما نه برای كیهانشناسان. آنها همواره خود رامحصور می یابند. مهم نیست تلسكوپی كه می سازند چقدر بزرگ است، تنها می توانند نقاط دوردستی را ببینند كه قبل از یك دیوار قرار دارند، تقریباً به فاصله 45 میلیارد سال نوری افق كیهانی قراردارد، سدّی غیر قابل عبور چرا كه نور آن سویش هنوز به ما نرسیده است.

پس ما این جا، درون قسمتی از جهان گیر افتاده ایم، متحیر از این كه چه چیزی دربیرون وجود دارد، و آگاه به این حقیقت كه شاید هیچ گاه پی نبریم. امید ما این است كه با گوش بزنگی و كمی شانس، شكافی در ساختار اشیاء پیدا كنیم، كه بتواند روزنه ای به آن مكان پنهان در ورای لبه جهان باشد. هم اكنون ساشا كاشلینسكی  Sasha Kashlinsky  باور دارد كه به چنین روزنه ای برخورد كرده است.

كاشلینسكی ، یك دانشمند ارشد مركز پرواز های فضایی گادارد ناسا Goddard Space Flight Center در گرینبلت  Greenbelt، مری لند Maryland، ‌به مطالعه خوشه های كهكشانی پرسرعتی پرداخته است كه به سوی زمینه فضای درحال انبساط حركت می كنند. او و همكارانش سرعت خوشه های كهكشانی را تا 1000 كیلومتر بر ثانیه اندازه گرفته اند- بسیار بیشتر از آن چیزی كه درك ما از كیهانشناسی می گوید. و حتی عجیب تر از آن، به نظر می رسد هر خوشه به سمت بخش كوچكی از آسمان بین صورت های فلكی قنطروس Centaurus و بادبان Vela هجوم می برند.

كاشلینسكی و تیمش ادعا می كنند كه مشاهدات آنها اولین شواهد مربوط به هر آن چیزی است كه ورای افق كیهانی قرار دارد. اگر ادعای آنها درست باشد می توانیم بفهمیم جهان درست پس از مهبانگ چگونه بوده است یا این كه آیا جهان ما یكی از بی شمار جهان است. دیگران مطمئن نیستند. یك تفسیر قابل توجه دیگر این است كه این مشاهدات هیچ ربطی به جهان های بیگانه ندارد، بلكه نتیجه خطا در یكی از فرضیات مهم كیهانشناسی است، یعنی این ایده كه جهان در تمام جهات یكسان به نظر می رسد. البته اگر مشاهادت دقت لازم را داشته باشد.

به هر حال همكاران او متعجب به فكر فرو رفته اند. لارا مرسینی-هافتون Laura Mersini-Houghton از دانشگاه كارولینای شمالی North Carolina، كیپ هیل Chapel Hill، می گوید :‌ "این كشف به انبوهی از معماها در كیهانشناسی اضافه می كند." در این انبوه ، 95 درصد از محتویات جهان جمع شده است، از جمله ماده تاریك نامرئی كه به نظر می رسد كهكشانها را كنار یكدیگر نگه می دارد، و انرژی تاریك مرموز كه به انبساط جهان شتاب می بخشد. بنابراین، كاشلینسكی هم این معمای جدید را جریان تاریك Dark Flow نامیده است.

كاشلینسكی با نگاه كردن به نشانه های حركت خوشه های كهشكانی در میكروموج زمینه كیهان Cosmic Microwave Background (CMB) -گرمای به جا مانده از مهبانگ- سرعت آنها را كه در فاصله 5 میلیارد سال نوری قرار دارند اندازه گیری می كند. فوتونهای CMB معمولاً بدون تداخل در میلیاردها سال نوری از فضای بین ستاره ای حركت می كنند، اماهنگامی كه از میان یك خوشه كهكشانی عبور می كنند با گاز داغ یونیزه موجود در فضای بین كهكشانها مواجه می شوند. فوتونهایی را كه این گاز پراكنده می كند به صورت یك اختلال كوچك در دمای CMB ظاهر می شوند، و اگر خوشه در حال حركت هم باشد، این اختلال یك انتقال دوپلر Doppler Shift نیز ثبت می كند(پدیده دوپلر پدیده ای است كه در آن فركانس موج دریافتی به دلیل حركت منبع آن دچار تغییر می شود. برای مثال صدای موتور ماشین هنگامی كه به شما نزدیك می شود در اثر پدیده دوپلر زیرتر و هنگامی كه از شما دور می شود بم تر شنیده می شود. اگر طیف نور یك جرم آسمانی را كه نسبت به شما حركت می كند مشاهده كنید خواهید دید كه فركانس ها در جای خود نیستند و بر اثر پدیده دوپلر دچار انتقال یا جابجایی شده اند).

در هر خوشه به تنهایی،‌این جابجایی آن قدر كوچك است كه كسی زحمت آشكار ساختن آن را به خود نمی دهد. هر چند، كاشلینسكی پی برد كه با تركیب اندازه گیری های تعداد زیادی خوشه های كهشكانی، سیگنال تا حد قابل اندازه گیری ای تقویت می شود.

كاشلینسكی و تیمش فهرستی را از تقریباً 800 خوشه جمع آوری كردند، با استفاده از تلسكوپهایی كه اشعه ایكس منتشر شده از گاز یونیزه دورن خوشه ها را جمع آوری می كنند. سپس با استفاده از تصاویری كه ماهواره WMAP ناسا گرفته بود به CMB مربوط به آن مناطق نگاه كردند.

چیزی كه پیدا كردند، آنها را تكان داد. انتظار می رود خوشه های كهشكانی در ناحیه مخصوصشان از فضا به این طرف وآن طرف حركت كنند، چرا كه ماده به طور غیر یكنواختی در توده ها جمع شده است و باعث به وجود آمدن میدان های گرانشی موضعی می شود كه كشش  زیادی به آن ها وارد می كند. هر چند، در مقیاس های بزرگ، توزیع ماده یكنواخت در نظر گرفته می شود، بنابراین در این مقیاس ها خوشه ها می بایست در طول فضا و همزمان با انبساط آن حركت كنند. علاوه بر آن، همه چیز در مدل استاندارد كیهانشناسی به ما می گوید كه جهان باید درهمه جهات كاملاً‌ یكسان باشد.

پس چه چیزی عامل جریان تاریك است؟ كاشلینسكی می گوید ماده تاریك نمی تواند باشد، چرا كه همه ماده تاریك موجود در جهان هم نمی تواند گرانش لازم را ایجاد كند. انر‍‍ژی تاریك هم نمی تواند باشد، چرا كه انرژی تاریك توزیع یكنواختی در فضا دارد. او نتیجه می گیرد كه تنها یك احتمال باقی می ماند: ‌چیزی ورای افق كیهانی مسئول است.

قبل ازاین كه یافته ها در ژرونال مقالات اختر فیزیك Astrophysical Journal Letters در ماه اكتبر منتشر شوند، كاشلینسكی می دانست كه ایده او چقدر بدعت گزارانه به نظر خواهد رسید. او می گوید : "ما بیش از یك سال روی آن كار كردیم واز همه چیز مطمئن شدیم، این یافته چیزی نبود كه انتظارش را داشته باشیم یا حتی بخواهیم پیدا كنیم، بنابراین مدت زیادی مردّد بودیم، اما سرانجام این چیزی است كه داده ها به ما می گویند."

هیچ كس دقیقاً نمی داند چه چیزی ممكن است در آن سوی افق كیهانی قرار داشته باشد یا این كه جهان واقعاً چقدر بزرگ است ( "جهان چقدر بزرگ است؟" را در انتهای مقاله ببنید) اما كاشلینسكی فكر می كند در آن سو بقایایی از حالت پر هرج و مرجی وجود دارد كه در كسری از ثانیه پس از آغاز زمان برقرار بوده است، قبل از اینكه پدیده ای به نام تورم inflation رخ دهد.

عموماً این طور پنداشته می شود كه جهان ما به صورت یك تكه كوچك در فضا–زمانی كه قبل از آن وجود داشته مانند یك حباب بوجود آمده است و سپس دستخوش یك انبساط نمایی (با رشد زیاد) exponential expansion شده است. این دوره از انبساط تورمی، جهان ما را كشش داد و هموار كرد، كه نتیجه آن توزیع یكنواخت ماده و انرژی بود. بدون اتوكشی انبساط تورمی، فضا-زمان می تواند بسیار نامنظم باشد:‌ در یك همسایگی یكنواخت و در دیگری دارای ساختارهای عظیم یا سیاهچاله های black hole غول آسا، كاشلیسنكی می گوید: "می تواند به طور غیر قابل تصوری عجیب وغریب، یا چیزی نسبتاً فاقد جذابیت باشد،". در هر صورت، او می گوید چیزی بیرون از حباب ما به خوشه های كهكشانی ما نیروی كششی وارد می كند و جریان تاریك را به وجود می آورد.

تعابیر عیجب تر دیگری نیز برای جریان تاریك پیشنهاد شده است. امكان دارد- حتی به عقیده بعضی احتمال دارد- حباب ما تنها حبابی نبوده باشد كه در فضا–زمان اولیه دچار انبساط تورمی شده است. در این سناریوی "تورم همیشگی eternal inflation"، حباب ها در هر جایی ظاهر می شوند، و هر یك جهان خود را در یك ابر جهان multiverse بزرگتر تعریف می كند.

بسیاری كیهانشناسان از این كه دیگر جهان ها را در گوشه پر گرد و خاك تئوری  رها كنند خوشحال هستند، جایی كه محصولات جانبی آن انباشته می شود. اما مرسینی–هافتون یكی از آنها نیست. او استدلال می كند كه عامل جریان تاریك دیگر جهان هایی هستند كه به خوشه های كهكشانی جهان ما كشش گرانشی وارد می كنند. او و همكارانش محاسبه كرده اند كه دیگر جهان ها، كه به طور تصادفی در اطراف حباب ما پراكنده شده اند، چگونه گرانش درون آن را تحت تاثیر قرار میدهند. او می گوید : "وقتی مقدار نیرویی را كه به خوشه های جهان ما وارد می شود تخمین زدیم، از این كه عدد به دست آمده با آن چه كاشلینسكی مشاهده كرده است به مقدار زیادی مطابقت دارد بسیار هیجان زده شدم، من قاطعانه باور دارم این پدیده مربوط به چیزی خارج از جهان ماست."

دیگران اعتقاد دارند كه جریان تاریك می تواند نشانه ای از برخورد حباب ما با حباب دیگری كمی بعد از مهبانگ باشد. درتورم همیشگی هر حباب می تواند با مجموعه ای منحصر بفرد از ذرات و نیروهای طبیعت ناگهان پا به عرصه هستی بگذارد، بنابراین برخورد بین دو حباب می تواند پیامدهای جالب توجهی داشته باشد. اگر دو جهان دارای فیزیك یكسان با هم برخورد كنند، ابتدا انفجاری از انرژی تولید كرده و سپس در یكدیگر فرو می روند. هر چند، اگر دو حهان بسیار متفاوت تصادم كنند، یك نبرد كیهانی آغاز می شود. در محل برخورد،‌ دیواری از انرژی به نام دیوار قلمرو Domain Wall شكل می گیرد، و دو جهان ناسازگار را جدا نگه می دارد. سپس حبابی كه انرژی كمتری دارد منبسط می شود و دیوار قلمرو را به روفتن رقیبش می فرستد كه هر چیزی را بر سر راهش محو می كند.

اگر جهان ما چنین برخوردی را پشت سر گذاشته باشد، هر مدرك به جا مانده از این خرابی كیهانی باید در بخشی از آسمان كه رو به سوی محل برخورد دارد ظاهر شود. فشار ناشی از این برخورد می بایست فضا را از شكل طبیعی خارج كند، كه این به نوبه خود چگونگی عبور نور، از جمله CMB، از میان فضا را تحت تاثیر قرار می دهد، و اینكه چگونه ساختارهای بزرگ مقیاس، مانند كهكشان ها و خوشه ها، نمو می كنند. انتظار داریم اگر اكنون به آسمان بنگریم، جهان را ببنیم كه در جهت برخورد ویژگی های عجیبی از خود به نمایش می گذارد. فیزیكدان آنتونی آگوایر Anthony Aguirre  از دانشگاه كالیفرنیا California، سانتاكروز Santa Cruz، می گوید شاید این برخورد جهت خاصی را بر روی CMB مهر كرده باشد. "همین طور كه از این جهت خاص دور می شوید ، دما[یCMB] تغییر خواهد كرد." فیزیكدانان هم اكنون به دنبال نشانه های چنین تغییری در حال جستجوی داده ها هستند. آگوایر می گوید هرگاه هم كه اتفاقات عجیبی در مقیاس بزرگ در كهكشان ما رخ می دهد، بقایای یك برخورد، نامزدی برای توجیه آن هستند.

یك راه حل كاملاً متفاوت برای جریان تاریك از جانب لوسیانو پیترونرو Luciano Pietronero از دانشگاه لا ساپینتزا Sapienza La در رم ،‌ایتالیا و فرانچسكو سیلوس لابینی Francesco Sylos Labini از مركز انریكو فرمی Enrico Fermi Center در رم، ایتالیا، پیشنهاد می شود. آن ها می گویند كه مدل استاندارد كیهانشناسی اشتباه است و این كه یك مدل متفاوت می تواند حركت خوشه های كهكشانی را كه كاشیلنسكی پیدا كرده است توجیه كند.

پسترونرو می گوید:‌ "این هم دلیل دیگری است كه به این حقیقت اشاره می كند كه تصویر استاندارد ما از شكل گیری كهكشانها، آنچه را كه در جهان واقع اتفاق می افتد به طور صحیحی توضیح نمی دهد."

پیش بینی حركت خوشه های كهكشانی با استفاده از مدل مرسوم بر این فرض استوار است كه ماده درمقیاس های بسیار بزرگ به طور یكنواخت در فضا توزیع شده است. پیترونرو و سیلوس ادعا می كنند كه تحلیل و بررسی پراكندگی كهكشانها و خوشه های كهكشانی در آسمان نشان می دهد كه این فرض درست نیست، و اینكه ماده در مقیاس های بزرگ مانند یك شكل خودمتشابه fractal است(شكل خودمتشابه شكلی است كه هر چقدر آن را بزرگ كنید یك حالت دارد). اگر این طور باشد‌، میدان گرانشی هم در جهان نامنظم خواهد بود و می تواند منجر به پدیده هایی شود كه كاشلینسكی مشاهده كرده است. نتایج جدید  كاوش دیجیتال آسمان اِسلون Sloan Digital Sky Survey، كه تا كنون موقعیت تقریباً یك میلیون كهكشان را نقشه برداری كرده است، كمك خواهد كرد تا پیترونرو و سیلوس تصویری دقیقتر، از توزیع ماده داشته باشند، كه آنها امید دارند ایده شان را اثبات خواهد كرد. سیلوس لابینی می گوید:‌ " فكر می كنم به زودی شاهد خبرهای جالبی باشیم."

هر چند، یك جهان خودمتشابه مشكلات بزرگ خودش را ایجاد خواهد كرد. به عنوان مثال، توزیع خودمتشابه ماده با انبساط تورمی كیهان ناسازگار است، ‌بنابراین نظریه پردازان قبل از هر چیز باید به چگونگی پیدایش آن بپردازند.

كاوش ابر جهان

فیزیكدان داگلاس اسكات Douglas Scott از دانشگاه بریتیش كلمبیا British Columbia در ونكوور  Vancouver، كانادا، نیز نسبت به این كه جریان تاریك گواهی بر وجود هر چیزی بیرون ازجهان قابل مشاهده است  شك دارد. او می گوید: "به هر شكل دلیلی وجود ندارد كه انتظار داشته باشیم عامل آن ساختاری فراتر از افق باشد." او اشاره می كند كه تاكنون جریان تاریك تنها تا فاصله هایی مشاهده شده است كه درصدی از كل فاصله تا افق هستند. "اگر این پدیده واقعی باشد، دلیل محتمل آن ساختاری بسیار بزرگ مقیاس خواهد بود،‌ اما هنوز درون افق."  با این وجود، چنین ساختاری مدل استاندارد كیهانشناسی را به چالش بزرگی می كشد.

هم اكنون مهم ترین مسئله این است كه جریان تاریك و این كه تا افق كیهانی ادامه دارد تایید شود. دو تیم دیگر اندازه گیری هایی موافق با نتایج كاشیلنسكی انجام داده اند، اما تنها درمقیاس هایی كمتر از 200 میلیون سال نوری، یك گام كوتاه در مقایسه با فاصله تا افق كیهانی.

برای تایید یافته هایشان، ‌تیم كاشلینسكی داده های جدیدتری را از WMAP تحلیل و بررسی، و با محققان در دانشگاه هاوایی Hawaii بر روی داده های یك كاتالوگ تمام-آسمان اشعه ایكس كار خواهند كرد. اثر دوپلر كوچكی كه كاشلینسكی با استفاده از آن سرعت خوشه ها را اندازه می گیرید تنها در توده قابل مشاهده است، ‌یعنی هر چه تعداد خوشه های كهكشانی كه او می تواند ببیند بیشتر باشد بهتر است. كاشلینسكی می گوید: "اگر تایید شود،‌ این یك راه مهیج برای كاوش ساختار كامل جهان و شاید ابر جهان خواهد بود، اما باید مرتباً بررسی كنید و باز بررسی كنید."

آگوایر می گوید: "اگر این پدیده تایید شود  و واقعی باشد، به طور غیر قابل باوری مهم خواهد بود، به همان اندازه كه فهمیدیم آن لكه های كوچك آسمان، دیگر كهكشان ها هستند. مهم ترین چیزی كه به ما خواهد گفت این است كه تصویر استاندارد به نحوی مخدوش شده است. و هیجان انگیز ترین چیزی كه می تواند به ما بگوید این است كه جهان هایی دیگری وجود دارند."

اگر اینگونه شود،‌درهای فضا و زمان گشوده خواهند شد تا واقعیتی را آشكار سازند كه بسیار بزرگتر از آن چه می دانیم است. هر گاه این اتفاق بیفتد، آن دسته از كیهانشاسان مبتلا به تنگاترسی بالاخره قادر خواهند بود راحت نفس بكشند.

جهان چقدر بزرگ است ؟

7/13 میلیارد سال از مهبانگ می گذرد، بنابراین نوری كه  به ما می رسد نمی توانسته سفرش را زودتر از آن آغاز كرده باشد، با این حال دورترین اشیائی را كه امروز می توانیم به طور امكان پذیری ببینیم دورتر از 7/13 میلیارد سال نوری قراردارند. زیرا در طول حیات جهان، ‌فضا در حال انبساط بوده است. با احتساب این، كیهانشناسان براورد می كنند كه لبه جهان قابل مشاهده ما تقریباً در فاصله 45 میلیارد سال نوری قراردارد.

فراتر از آن، كه می داند؟ نظریه تورم كیهانشناسی پیش بینی می كند كه جهان از یك حباب رشد كرده است. این كه آن حباب، هم اكنون چه اندازه است به این بستگی دارد كه تورم چه مدت طول كشیده است. اگر مدت بسیار زیادی ادامه داشته- در این مبحث "بسیار زیاد" باز كسری از ثانیه است-  امكان دارد لبه جهان ما بسیار دورتر از حد 45 میلیارد سال نوری دیدمان قرار داشته باشد. این حقیقت، همچنین امكان مشاهده تاثیرات دیگر جهان ها بر روی جهان ما را رد می كند. همان طور كه متیو كلبن Matthew Kleban از دانشگاه نیویورك شرح می دهد: "‌كاملاً امكان پذیر است كه در یك ابر جهان زندگی كنیم و هیچ گاه متوجه نشویم چرا كه تورم بسیار زیاد بوده است."

این نقشه وضوح بالا از نور میكرو موجی كه تنها 380000 سال پس از مهبانگ منتشر شده است، جهان ما را دقیقتر از هر زمانی  به تصویر می كشد. نتایج بدست آمده از مدارگردی به نام كاوشگر ناهمسانگردی میكروموج ویلكینسون  Wilkinson Microwave Anisotropy Probe، كه مشتاقانه انتظارشان را می كشیدند چند اختلاف دیرین در كیهانشناسی را حل می كنند.




اخرین مطالب