ویدئو: ماهیت جاذبه و انرژی تاریک

کرونوس – بسیار خوب! فهم فیزیک محض از نحوه‌ی شکل‌گیری هستی به شرح زیر است:

در ابتدا بیگ‌بنگ یا انفجار بزرگ بود. تمام اطلاعات ما از این انفجار عظیم که با پخش گرما و انرژی‌های بالا در فضای اطراف خودش همراه بود این است که چنین چیزی اتفاق افتاده است.

انفجار بزرگ باعث شد فضایی که در اطراف نقطه‌ی تکینگی انفجار قرار داشت، با سرعت زیادی شروع به انبساط کند و بزرگ شود. اجسام و نیروهای بین آن‌ها هنوز در این مرحله ایجاد نشده بودند. پس از گذشتن چند ثانیه، فضای اطراف بیگ‌بنگ که حالا سردتر می‌شد اجازه‌ی شکل‌گیری اجرام را داد. ابتدا مولکول‌هایی که تنها یک هسته داشتند و سپس اجرام بزرگ‌تر. انرژی‌ها در همین زمان ایجاد شدند. نیروی جاذبه و الکترومغناطیس و همچنین نیروی بین‌هسته‌ای ضعیف و قوی از همان زمان موجب تراکنش مولکول‌ها و ذرات زیر اتمی با هم شدند.

ذرات زیراتمی مانند فوتون و الکترون، تنها ذراتی نیستند که ما می‌شناسیم. یکی از این ذرات که در سال ۲۰۱۲ با استفاده از شتاب‌دهنده‌ی ذرات مرکز تحقیقاتی سرن (Cern) در سوییس Higgs Boson (بوزون هیگز) نام دارد که دانشمندان معتقدند وقتی از میدانی به نام میدان هیگز عبور می‌کند، این میدان به آن ذره جرم می‌دهد. در حالی که بوزون‌های هیگز می‌توانند در میدان هیگز جرم به دست آورند، فوتون‌ها نمی‌توانند. آن‌ها برای همیشه بدون جرم باقی می‌مانند.

پس انرژی جاذبه یا گرانش در عنفوان پیدایش کائنات به وجود آمدند. این انرژی چیزی نبود که با مشاهده‌ی اجسام و ارتباطشان در جهان پیرامون بتوانیم آن را درک کنیم. با این که هنوز هم دقیقاً مطمئن نیستیم جاذبه چه باشد، اما می‌دانیم که باعث می‌شود مواد به سمت هم جذب شوند. این یک اصل است

نیوتن برای ارائه‌ی تعریفی از جاذبه، توانست به فرمول دقیقی دست یابد که بر اساس آن، جاذبه‌ی میان دو جسم تنها به مقدار جرم آنان، فاصله‌شان از هم و همچنین عدد ثابتی به نام G بستگی دارد. اما اینشتن، با ایده‌ای انقلابی در نظریه‌ی نسبیت توضیح داد که جاذبه چنین نیست و بسیار با این تصویر تفاوت دارد.

با این که ما به دقت می‌توانیم جاذبه‌ی میان مثلاً خورشید و زمین را با استفاده از فرمول گرانش نیوتن محاسبه کنیم، اما تعریفی که اینشتین در نظریه‌ی نسبیت عام ارائه می‌کند، بسیار دقیق‌تر به نظر می‌رسد. اینشتین از ایده‌ی فضا زمان برای تعریف گرانش استفاده می‌کند و بر اساس نظریه‌ی او، فضازمان پارچه‌ای گسترده است که هر جسمی که جرم بیشتری دارد، بیشتر آن را خم می‌کند و بدین شکل اجرام دیگر به سمت جرم سنگین‌تر حرکت می‌کنند. نمایش خوبی از این اید را می‌توانیدروی آپارات و کانال یوتیوب ما ببینید.

پس سنگین‌ترین اجرام، بیشترین جاذبه را دارند. این را از فرمول نیوتن هم می‌شود استخراج کرد. فقط این که فرمول نیوتن، توضیح خوبی در مورد جرم‌های بسیار بالا به دست نمی‌دهد به این علت که به فرض نظریه اگر دو جرم در فرمول بالا خیلی زیاد باشند، صورت معادله به سمت بی‌نهایت میل می‌کند و خوب، ریاضی هیچ‌وقت به بی‌نهایت خوش‌بین نبوده. درست حدس زدید! رفع اشکال از این معادله می‌تواند به معادلات اینشتین در مورد خم شدن فضا-زمان برگردد. در واقع فرمول‌های اینشتین برای این که بتوانند در همه‌ی کائنات صادق باشند نوشته شده بود.

پس کهکشان‌هایی که بعد از بیگ‌بنگ از شکل‌گیری ذرات ماده ساخته شده بودند، به یک‌دیگر جاذبه وارد می‌کردند. اما مسأله دقیقاً همین‌جا بود. عده‌ای از دانشمندان حدس می‌زدند بعد از پایان روند انبساط جهان، اجزای جهان به دلیل جاذبه‌ی میان کهکشان‌ها دوباره به سمت هم می‌روند و در نهایت با هم برخورد می‌کنند. و مسأله این بود: اگر کهکشان‌ها به هم جاذبه وارد می‌کنند پس چرا هنوز از هم دور می‌شوند؟ در واقع، «ادوین هابل» توانسته بود با مشاهداتش ثابت کند که روند انبساط در واقع وجود دارد و دقیقاً با مقادیری که اینشتین از معادلات نظریه‌ی انبساطش به دست آورده بود همخوانی دارد.

پس حتمن باید چیزی وجود داشته باشد که موجب انبساط می‌شود و قدرتش از انرژی گرانش بیشتر است. اینشتین این را به خوبی در معادلات نظریه‌ی نسبیت در قالب عدد ثابتی به نام «ثابت کیهانی» که با علامت Λ نمایش داده می‌شود نشان داده بود.

ما کم‌کم متوجه شدیم که اجسامی در میان کهکشان‌ها قرار دارند که در واقع آن‌ها را به سمت بیرون هُل می‌دهند. یعنی نیرویی ضد جاذبه بر اجسام موجود در فضازمان وارد می‌کنند. دقیقاً به این دلیل که نمی‌شد این اجسام را دید، دانشمندان آن‌ها را انرژی و ماده‌ی تاریک خطاب کردند.

انرژی تاریک و ماده‌ی تاریک بیش از ۹۵٪ از فضای اطراف کهکشان‌ها را به خود اختصاص داده و مقدار آن آن‌قدر زیاد است که اجرام معمولی ماده در مقابل آن هیچ‌اند.

اما علم در همین‌جا ایستاده است. ما نمی‌دانیم ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک دقیقاً چیست و چگونه به وجود آمده است. اما در سردرگمی این دانشمندان، طی سال‌های اخیر نظریه‌ی بسیار قوی‌تری از نسبیت اینشتین معرفی شده است که ادعا می‌کند می‌تواند به همه‌ی این پرسش‌ها پاسخ دهد. این نظریه، نظریه‌ی ریسمان نام دارد. مشکل فقط این‌جاست که بر اساس این نظریه، همه‌ی ما تصویری هستیم که از یک منبع روی پرده‌ای دوبعدی پخش می‌شود. در سالن سینما، تصاویر از پروژکتوری پخش می‌شوند که در فاصله‌ی دوری از پرده قرار دارد ولی ما آن نسخه از کرک داگلاس هستیم که روی تصویر دیده می‌شود و نه خود آن.

در مورد نظریه‌ی ریسمان و نظریه‌ی جهان‌های هولوگرافیک به زودی اپیزودهای دیگری روی یوتیوب و آپارات قرار خواهم داد. پس بادبان‌ها را بیفرازید و … کمربندهایان را ببندید!