Real Time Web Analytics آیا حیات ماده تاریک وجود دارد؟ تمدنی نامرئی که می‌تواند درست زیر بینی ما باشد! | دیپ لوک

آیا حیات ماده تاریک وجود دارد؟ تمدنی نامرئی که می‌تواند درست زیر بینی ما باشد!

2

جهان فقط چیزی نیست که ما می‌بینیم، بلکه برعکس، بیشتر جهان از اجزایی ساخته شده که ما نمی‌بینیم! ماده تاریک و انرژی تاریک دو اجزای مهم این جهان تاریک‌اند. در این مقاله، لیزا رندل، پروفسور دانشگاه هاروارد، نه تنها ساختار تازه و عجیبی برای این جهان، متصور می‌شود، بلکه وجود حیات ماده تاریک را نیز محتمل می‌داند: تمدنی نامرئی که می‌تواند درست زیر بینی ما باشد! تا پایان این مقاله جذاب و هیجان‌انگیز با دیپ لوک همراه باشید…

این نوشتار، ترجمه مقاله‌ی منتشرشده در سایت ناتیلوس است که بخشی از کتاب «ماده تاریک و دایناسورها» نوشته لیزا رندل است. او نظریه‌پرداز و پرفسور فیزیک در دانشگاه‌ هاروارد است و در مورد فیزیک ذرات و کیهان شناسی مطالعه می‌کند.

با وجود اینکه می‌دانیم ماده معمولی فقط یک بیستم انرژی جهان را تشکیل داده و یک ششم انرژی کل، توسط ماده حمل می‌شود (بقیه مربوط به سهم انرژی تاریک است)، ولی ما ماده معمولی را جزء مهم‌تر درنظر می‌گیریم. به غیر از کیهان شناسان، تقریبا همه فیزیکدانان دیگر، تمرکزشان روی ماده معمولی است که بر حسب انرژی، می‌توان آن را خیلی ناچیز پنداشت. البته ما و همین طور جهانی که در آن زندگی می‌کنیم از ماده معمولی ساخته شده و به همین خاطر بیشتر در مورد آن محتاط هستیم و همچنین به دلیل ارزش برهمکنش‌های ماده معمولی، آن را مورد توجه قرار می‌دهیم. ماده معمولی از طریق نیروهای الکترومغناطیس، هسته‌ای ضعیف و هسته‌ای قوی بر همکنش کرده و بنابراین به تشکیل سیستم‌های پیچیده و چگال، کمک می‌کند. نه تنها ستاره‌ها بلکه صخره‌ها، اقیانوس‌ها، گیاهان و حیوانات وجودشان را مرهون برهمکنش‌های ماده معمولی از طریق این نیروهای طبیعت هستند. همان طور که حتی یک نوشیدنی با در صد کم الکل، مصرف کننده را نسبت به وقتی که نوشیدنی نمی‌خورد تحت تاثیر قرار می‌دهد، ماده معمولی نیز با وجود اینکه درصد کمی‌ از چگالی انرژی را حمل می‌کند، نسبت به چیزی که فقط وجود دارد (یعنی ماده تاریک)‌، تاثیر بسیار برجسته تری دارد.

ماده مرئی شناخته شده می‌تواند به عنوان ماده برتر تصور شود. یک مثال ساده را درنظر بگیرید: در تجارت و سیاست، تصمیم یک درصد فعال جامعه چیره می‌شود و ۹۹ درصد باقیمانده، در کارهای زیربنایی مانند حفظ بناها و رساندن غذا به سفره‌های مردم، مشارکت کمتری دارند. در فیزیک هم همین اختلاف طبقاتی وجود دارد! اگرچه ماده معمولی، درصد بسیار کمتری را نسبت به ماده تاریک، تشکیل می‌دهد، اما تقریبا در هر چیزی، غالب است. ماده تاریک با وجود فراوانی و حضورش در همه جا (به گونه‌ای که خوشه‌های کهکشانی و کهکشان‌ها را ایجاد کرده و به شکل گیری ستاره‌ها کمک می‌کند)؛ اما نفوذ محدودی در زندگی روزمره ما دارد. در دنیای روزمره‌ای که هر روز به رویش چشم می‌گشاییم، ماده معمولی همه کاره است: حرکت کردن بدن، منابع انرژی که اقتصاد ما را به جریان می‌اندازد، صفحه کامپیوتر یا کاغذی که شما روی آن در حال خواندن این مطلب هستید، همگی از ماده معمولی ساخته شده‌اند. اگر چیزی، برهمکنش‌های قابل اندازه‌گیری داشته باشد، توجه به آن، با ارزش است، زیرا تاثیر آن روی محیط اطراف بدیهی خواهد بود.

ماده تاریک این تاثیر و ساختار جذاب را ندارد. فرض رایج این است که ماده تاریک «چسبی» است که کهکشانها و خوشه‌های کهکشانی را کنار هم نگه می‌دارد، اما فقط در ابرهای بی نظم و شکل اطراف آنها قرار دارد. اما اگر این فرض درست نباشد چه؟ اگر فقط  پیش داوری و جهل (که ریشه بیشتر پیش داوری‌هاست) ما را به این مسیر گمراه کننده هدایت کرده باشد، چه؟ مدل استاندارد فیزیک، شش نوع کوارک، سه نوع لپتون باردار (مانند الکترون)‌ و سه نوع نوترینو، تمام ذرات نیروها و همچنین بوزون تازه کشف شده هیگز را دربرمی‌گیرد. اگر جهان ماده تاریک، نه به اندازه ماده معمولی ولی تا مقداری منطقی، ارزشمند باشد،‌ چه؟‌ در چنین موردی، بیشتر ماده تاریک فقط به طور ناچیز برهمکنش می‌کند، اما یک جزء کوچک از ماده تاریک تحت نیروهایی مانند نیروهای ماده معمولی برهمکنش می‌کند. ساختار غنی و پیچیده ذرات و نیروهای مدل استاندارد به پدیده‌های جذاب جهان منجر می‌شود. اگر ماده تاریک یک جزء برهمکنش کننده داشته باشد، این بخش نیز می‌تواند با نفوذ و مؤثر باشد.

هیچ کس حاضر نیست این احتمال ساده را بدهد که اگرچه ماده تاریک برهمکنش ندارد، اما شاید بخش کوچکی از آن برهمکنش داشته باشد!

اگر ما از ماده تاریک آفریده شده بودیم، آنگاه ممکن بود در این اشتباه باشیم که ذرات ماده معمولی، فقط یک نوع هستند. شاید ما انسان‌های ساخته‌شده از ماده معمولی، دچار اشتباهی شبیه این هستیم! با در نظر گرفتن پیچیدگی مدل استاندارد فیزیک ذرات، شاید خیلی عجیب باشد که فرض کنیم همه ماده تاریک، فقط از یک نوع ذره تشکیل شده، چرا فرض نکنیم بخشی از ماده تاریک، نیروهای مختص خودش را تجربه می‌کند؟ همان طور که ماده معمولی از انواع گوناگون ذرات تشکیل می‌شود و این قطعه‌های بنیادی از طریق ترکیبات مختلف، بارها برهمکنش می‌کنند، ماده تاریک هم می‌تواند اجزا و قطعه‌های متفاوت خودش را داشته باشد و حداقل یکی از این انواع ذرات جدید، برهمکنش‌های غیر گرانشی را تجربه کنند! نوترینوها در مدل استاندارد، تحت نیروی قوی یا الکتریکی که شش نوع کوارک تحت آن برهمکنش انجام می‌دهند، برهمکنش نمی‌کنند.

در روشی مشابه، شاید یک نوع ذره ماده تاریک صرف نظر از گرانش برهمکنش ضعیفی تجربه کند یا هیچ برهمکنشی را تجربه نکند؛ اما کسری از آن، شاید ۵ درصد، برهمکنش داشته باشد. بر اساس آنچه که ما در جهان ماده معمولی دیده‌ایم، شاید این محتمل‌تر از فرض متداول یک ذره ماده تاریک منفرد غیر برهمکنشی یا کم برهمکنش کننده است. برخی اجزای ماده معمولی، برهمکنش‌های متفاوت دارند و با روش‌های مختلف در ساخت جهان شرکت می‌کنند؛ بنابراین ماده تاریک نیز می‌تواند ذرات متفاوت با رفتار متفاوت داشته باشد که می‌توانند با یک روش قابل اندازه‌گیری در ساختار عالم، اثرگذار باشند.

وقتی برای اولین بار در حال مطالعه ماده تاریک کم برهمکنش بودم، از اینکه در واقع هیچ کس این فرض گستاخانه که گوناگونی ذرات و برهمکنش‌ها فقط مختص ماده معمولی است را در نظر نگرفته، شگفت زده شدم. تعدادی ‌از فیزیکدانان تلاش کردند تا مدل‌هایی مانند «ماده تاریک آینه ای» را که در آن همه ویژگی‌های ماده تاریک از ماده معمولی الگوبرداری شده را بررسی کنند، اما این نمونه‌ها عجیب و خاص بودند و تطبیق دادن مفاهیم آن‌ها با آنچه ما می‌دانیم مشکل است. تعدادی از فیزیکدانان، مدل‌های کلی تری از ماده تاریک را مطالعه کرده‌اند. اما حتی آن‌ها هم فرض کرده‌اند که همه ماده تاریک یکسان بوده و در نتیجه نیروهای یکسانی را تجربه می‌کنند. هیچ کس حاضر نیست این احتمال ساده را بدهد که اگر چه ماده تاریک برهمکنش ندارد، اما یک بخش کوچک از آن می‌تواند برهمکنش داشته باشد.

شما در مورد اینکه حیات ماده تاریک چگونه می‌تواند باشد، هیچ ایده ای ندارید و تقریبا هیچ وقت هم ایده ای نخواهید داشت!

دلیل واضحی می‌تواند وجود داشته باشد که اگر جزء اضافی، فقط کسر کوچکی از ماده تاریک را تشکیل دهد، بیشتر مردم نوعی جدید از ماده تاریک را انتظار خواهند داشت که به بیشتر پدیده‌های قابل اندازه گیری نامربوط است. حتی با ندیدن جزء غالب ماده تاریک، نگران شدن با یک جزء سازنده کوچکتر می‌تواند به نظر زود باشد. اما وقتی به یاد آورید که ماده معمولی فقط حدود ۲۰ درصد ماده تاریک، انرژی حمل می‌کند، آن وقت این منطق می‌تواند ناقص باشد. ماده برهمکنش کننده از طریق نیروهای غیر گرانشی قویتر، می‌تواند جذاب تر و حتی با نفوذتر و مؤثرتر از یک مقدار بزرگ ماده کم برهمکنش باشد. این گفته در مورد ماده معمولی، درست است. ماده معمولی با وجود فراوانی اندکش، مؤثرتر است، زیرا به یک دیسک ماده چگال فروپاشی می‌کند که ستاره‌ها، سیارات، زمین و حتی حیات می‌تواند شکل بگیرد. یک جزء ماده تاریک باردار الزاما تا این اندازه سخاوتمند نیست، زیرا می‌تواند به دیسک‌هایی فروپاشی کند که چیزهایی که نوع مرئی آن‌ها در کهکشان راه شیری وجود دارد، تشکیل گردد. حتی می‌تواند به تشکیل اشیاء ستاره‌گونه منجر شود. این ساختار صفحه‌گون جدید می‌تواند مشاهده شود و می‌تواند حتی قابل دسترس‌تر بودن جزء ماده تاریک سرد معمولی غالب را تایید کند که در یک‌هاله کروی عظیم گسترده شده است.

حیات ماده تاریک
آیا حیات ماده تاریک وجود دارد؟

وقتی در مورد این مطالب فکر می‌کنید، حالات ممکن، چندبرابر می‌شوند. نیروی الکترومغناطیسی فقط یکی از چندین نیروی غیر گرانشی تجربه شده توسط ذرات مدل استاندارد است. علاوه بر این نیرو که الکترون‌ها را به هسته، مقید می‌کند، ذرات مدل استاندارد جهان ما از طریق نیروهای هسته ای قوی و ضعیف برهمکنش می‌کنند. هنوز نیروهای بیشتری می‌تواند در جهان ماده معمولی وجود داشته باشد، اما آن‌ها در انرژی‌های قابل دسترس، بینهایت ضعیف خواهند بود. از این رو تاکنون کسی نشانه ای از آن‌ها را مشاهده نکرده است. حتی وجود سه نیروی غیر گرانشی پیشنهاد می‌کند که بخش تاریک برهمکنش کننده می‌تواند نیروهای غیرگرانشی غیر از الکترومغناطیس تاریک را نیز تجربه کند. شاید علاوه بر نیروی الکترومغناطیس، نیروهای هسته‌ای هم روی ذرات عمل کنند. حتی در این مورد، ستاره‌های تاریک می‌توانند شکل بگیرند که سوختن هسته‌ای را برای ایجاد ساختارهایی که حتی نسبت به ماده تاریک، شبیه‌تر به ماده معمولی رفتار می‌کنند، تحمل می‌کنند. در این موارد، صفحه تاریک می‌تواند از ستاره‌های تاریک پر شود که توسط سیاره‌های تاریک متشکل از اتم‌های تاریک احاطه شده‌اند. در نهایت، ماده تاریک دو صفحه ای می‌تواند همه پیچیدگی ماده تاریک را داشته باشد.

ماده تاریک برهمکنش کننده، ما را تشویق می‌کند تا حالات ممکن دیگر را که نمی‌توانیم داشته باشیم در نظر بگیریم. به طور خاص، نویسندگان و علاقه‌مندان به سینما می‌توانند داستانی با چنین نیروهایی پیدا کنند که قسمت مربوط به بخش تاریک، خیلی جالب خواهد بود. آن‌ها احتمالا حیات ماده تاریک را در کنار زندگی معمولی خودمان پیشنهاد خواهند داد. در این داستان، به جای مخلوقات انیمیشنی معمولی، مخلوقات انیمیشنی دیگر یا سپاهیان مخلوقات ماده تاریک هستند که می‌توانند تمام کارها را در انحصار خود بگیرند. اما این داستان، جذابیت زیادی نخواهد داشت. در واقع مسئله این است که سینماگران برای به نمایش کشیدن این زندگی تاریک با مشکل مواجه خواهند شد، زیرا حیات ماده تاریک برای ما نامرئی است! حتی اگر مخلوقات تاریک در همین جا باشند (و شاید هم که باشند)، ما نخواهیم فهمید. پس شما در مورد اینکه حیات ماده تاریک چگونه می‌تواند باشد، هیچ ایده‌ای ندارید و تقریبا هیچ وقت هم نخواهید داشت!

به نظر خیلی عجیب است که فرض کنیم تمام ماده تاریک از یک نوع ذره تشکیل شده است.

هرچند اندیشیدن در مورد امکان حیات ماده تاریک ، سرگرم کننده است، اما یافتن روشی برای مشاهده مستقیم یا حتی غیر مستقیم آن،‌دشوار است. پیداکردن زندگی که از موادی مانند ما ساخته شده، مثل تحقیق در مورد سیارات غیر خورشیدی، برای ما چالش برانگیز است. از این رو یافتن مدرکی برای وجود حیات ماده تاریک حتی از یافتن مدرکی برای حیات ماده معمولی در قلمرو دور، دست نیافتنی‌تر خواهد بود. ما اخیرا و در نهایت، فقط امواج گرانشی سیاه چاله‌های عظیم را مشاهده کرده‌ایم. بنابراین به نظر می‌رسد فعلا شانسی برای آشکار کردن اثر گرانشی مخلوقات تاریک نداریم؛ فرقی نمی‌کند که چقدر نزدیک باشند، شاید درست زیر بینی ما!

ما می‌خواهیم هر طور شده با این بخش جدید ارتباط برقرار کنیم یا در برخی رفتارهای مشخص، آن‌ها را با خودمان انطباق دهیم. اما اگر این حیات تازه، همان نیروهایی که ما داریم را تجربه نکند، چنین چیزی اتفاق نمی‌افتد. حتی اگر ما گرانش را هم سهیم کنیم، نیرویی که بوسیله یک شیء یا شکل کوچکی از حیات به کار برده می‌شود، مطمئنا برای آشکارسازی، خیلی ضعیف خواهد بود. فقط اشیاء خیلی بزرگ مانند یک دیسک گسترده در سراسر سطح کهکشان راه شیری می‌تواند اثرات قابل رؤیت داشته باشد.

اشیاء تاریک یا حیات ماده تاریک می‌تواند خیلی به ما نزدیک باشد، اما اگر جرم خالص مواد تاریک، خیلی بزرگ نباشد، راهی برای کشف آن نخواهیم داشت. حتی با تکنولوژی فعلی و یا حتی هر تکنولوژی دیگری که بتوان تصور کرد، فقط بعضی از حالات خاص ممکن می‌تواند قابل آزمودن باشد. «زندگی سایه‌ای» همان قدر که جذاب است، هیچ اثر قابل دیدنی نخواهد داشت. انصافا، حیات تاریک یک مسئله دست نیافتنی است. نویسندگان علمی‌تخیلی با خلق آن هیچ مشکلی ندارند اما در واقع، عالم برای غلبه بر آن موانع زیادی پیش رو دارد. جدای از علم شیمی‌ موردنیاز، ما نمی‌دانیم چگونه باید این حیات را حفظ کرد و چه نوع محیطی برای آن لازم است. با این حال، حیات ماده تاریک می‌تواند وجود داشته باشد. حتی درست زیر بینی ما! می‌تواند فعال یا راکد باشد، اما بدون برهمکنش‌های قوی‌تر با ماده جهان، ما هرگز وجودشان را نخواهیم فهمید. نکته جالب این است که اگر در جهان تاریک، برهمکنش‌ها وجود داشته باشند، چه مرتبط با حیات باشند چه نه، در نهایت اثر آنها بر ساختارهای جهان ما، قابل اندازه‌گیری خواهد بود و آن وقت، ما چیزهای بیشتری در مورد جهان تاریک یاد خواهیم گرفت…

فوق لیسانس فیزیک ذرات بنیادی. علاقمند به تقارنها و نظریه میدان‌های کوانتومی

گفتگو۲ دیدگاه

  1. سلام.مرسی و خوش به حالتون. من خیلی غبطه میخورم به علمی که دارین و دانستن اوج ندانسته هاتون. چه درک زیبایی از محیط اطرافمون دارین. خوشحالم که باهاتون آشنا شدم. من رشته تحصیلم چیز دیگه اییه و با این که چیز زیادی از مقاله هاتون متوجه نمیشم اما همین حس که بهم میگه من چقققققدر نمیدونم برام لذت بخشه. امیدوارم همیشه در اوج باشین و بیشتر بهمون یاد بدین.

    • یاسمن عزیز از اظهار لطف شما سپاسگزاریم. البته اکثر مقالات، در اصل توسط فیزیکدانان بزرگ نوشته شده و توسط تحریریه‌ی دیپ لوک ترجمه شده، اما هدف ما دقیقا همین عمق بخشیدن به درک خوانندگان و وسعت بخشیدن به جهان‌بینی اونهاست و خوشحالیم که دیپ لوک این حس رو به شما القا کرده.

ارسال نظر

*