انرژی تاریک

آیا انرژی تاریک یک توهم است؟

در طی ۲۰ سال گذشته، دانشمندان دانستند، همچنان که انرژی تاریک (انرژی مرموز و عجیب و غریب) مانند بالون در فضا می‌ترکد سرعت انبساط جهان در حال شتاب گرفتن است. در واقع، مدل استاندارد خوب آزمون شده کیهان شناسی فرض می‌کند که ۶۹ درصد از محتوای جهان انرژی تاریک است. با این حال  تیمی از نظریه‌پردازان ادعا می‌کنند که ممکن است نیازی به این انرژی مرموز نباشد. در عوض، استدلال این پژوهشگران این است که شتاب جهان می‌تواند به وسیله دگرگونی، یا ناهمگونی‌ها در چگالیش هدایت شود. اگر چنین باشد، پس یکی از بزرگترین مرموزها در فیزیک می‌تواند بدون نیازی به چیز دیگری تنها با نظریه آشنای نسبیت عام آلبرت انیشتین توضیح داده شود. با این حال دیگر محققان تردید دارند.

«اگر درست باشد، باید جایزه نوبلی که در ۲۰۱۱ برای کشف سرعت انبساط جهان داده شد پس گرفته شود،» این را نیک قیصر، کیهان شناسی در دانشگاه هاوایی گفت. دیگر فردی به نام تام گلیبین، کیهان شناس محاسباتی در کالج کنیون، کسی که روی تحلیل‌های کوچک کار کرده است می‌گوید، «من عاشقش می‌شوم اگر ناهمگونی‌ها انرژی تاریک را توضیح دهد.» با این حال او گفت، «من هیچ مدرکی از این شبیه‌سازی نمی‌بینم که آنقدر بزرگ باشد که تاثیرش را اینجا ببینم.»

مسئله روش محاسبه کیهان‌شناس‌ها برای توضیح چگونگی تکامل یافتن جهان در ۱۳.۸ میلیارد سال پیش است. در کل، آنها به دو معادله تکیه می‌کنند. یکی توصیف می‌کند که چطور ماده با کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی یکپارچه شده است. دیگری به نام سنجش فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر (FLRW) یا نسبیت عام شناخته شده است، و دانشمدان از آن برای محاسبه اینکه چقدر جهان در هر زمان انبساط یافته استفاده می‌کنند. در هر مرحله در زمان در یک شبیه‌سازی، برنامه کیهان‌شناسان از سنجش FLRW برای محاسبه «عامل مقیاس»، که مشخص می‌کند چقدر جهان رشد یافته استفاده می‌کنند. سپس این برنامه از عامل مقیاس به عنوان یک ورودی برای محاسبه پیشرفت خوشه‌ها و تشکیل کهکشان‌ها در آن مرحله استفاده می کنند.

در کل، به هر حال معادله FLRW  برای جهان یک دست و همگن به کار می‌رود. بنابراین برای محاسبه عامل مقیاس در هر مرحله، کیهان شناسان معمولا فرض می‌کنند که جهان صاف است و از چگالی میانگین -تعیین شده از این شبیه‌سازی- به عنوان ورودی سنجش FLRW  استفاه می‌شود. کمی خطرناک است، چون نسبیت عام می‌گوید که ماده و انرژی، فضا زمان را می‌تابانند. در نتیجه، فضا باید در مناطق خالی سریعتر و در مناطق شلوغ کندتر انبساط یابد، که گرانش کهکشان‌ها در برابر این انبساط مقاومت می‌کنند. بنابراین، در اصل، ناهمگونی‌ها در دنیا می‌تواند از طریق این پویایی‌ها تغذیه شود و روی انبساط جهان تاثیر بگذارد.

گابور راس و لازلو دوباس، ستاره‌شناسانی در دانشگاه اوتووس لونارد در بوداپست و همکارانشان شروع به کارکردن گرفتن «کنش برگشتی» کردند. آنها مکعبی از فضا که هر بعد آن ۴۸ میلیون سال نوری بود را شبیه سازی کردند. به جای استفاده از سنجش FLRW  برای محاسبه یک عامل مقیاس مفرد برای تمام مکعب در هر مرحله زمانی، آنها مکعب را به یک میلیون مینی‌جهان شکستند و سپس از این معادله برای محاسبه عامل مقیاس در هر یک از آنها استفاده کردند. «ما فرض کردیم که هر منطقه از جهان‌ها با نرخ انبساط خودش تعیین می‌شود،» دوباس گفت. این پژوهشگران سپس میانگین چند عامل مقیاس که می‌تواند متفات از عامل مقیاس محاسبه شده از غلظت میانگین باشد را محاسبه کردند.

جهان مجازی این تیم بیشتر به عنوان یک جهان ، با شتاب انبساطیش در طی چند میلیارد سال گذشته تکامل یافته است. این  حتی بدون اضافه شدن انرژی تاریک فضا-کش کننده برای شبیه‌سازی روی داده است، این پژوهشگران امروز در مقاله‌ای در کنفرانس  گزارشات ماهانه انجمن ستاره‌شناسی سلطنتی گزارش دادند. این نتایج نشان می‌دهد که ممکن است انرژی تاریک توهمی بیش نباشد، دوباس گفت.

دیگرها محتاط هستند. گیبلین اشاره می‌کند که شبیه سازی‌ای که همکاران او اجرا کرده‌اند کاملا جدید است. کار جدید تکامل جهان را به مقیاس‌های فضایی ریز دنبال می‌کند، اما مفروضات و تقریب‌های خاص شامل شده است، او می‌گوید. به رغم این تفاوت‌ها، گیبلین می‌گوید، کار او نشان می‌دهد که واکنش برگشتی نرخ انبساط جهان را به کمتر از یک درصد کاهش می‌دهد، به نظر به این که شبیه‌سازی جدید یک تاثیر بیش از ۲۰ درصدی را نشان می‌دهد.

قیصر همچنین انتظار دارد تاثیر ناهمگونی‌ها کوچک باشد. او متذکر شد که بهترین مدرک برای بیان شتاب جهان از اندازه‌گیری فواصل و عمر انفجارهای ستاره‌ای که عنوان ابرنواختر نوع ۱ در جهان نسبتا نزدیک شناخته شده است می‌باشد. با این حال، در جهان محلی، گرانش نیوتونی سیاره باید به اندازه کافی خوب کار کند. این نشان می دهد که تفاوت در اینکه چطور عامل مقیاس تعیین شده است در یک نظریه نسبیت نباید یک تاثیر بزرگ را اعمال کند. «اگر کارشان درست باشد، چیزهای بسیار با مزه‌تری وجود دارد،» او گفت.

هنوز متخصاص می‌گویند بررسی واکنش برگشتی معقول است. «من می‌گویم که این بخش کنونی مین استریم است که افراد می‌خواهند اندازه این تاثیر را محاسبه کنند،» این گفته توماس بوچرت، کیهان‌شناسی در دانشگاه لیون در فرانسه است، کسی که از پیشگامان این موضوع در ۱۹۹۰ بود. گیبلین اشاره می‌کند که « کیهان شناسی مین استریم کار بدی برای حل کردن مشکل انرژی تاریک انجام داده است که احتمالا بعضی از ایده‌های نان مین استریم بهتر این مشکل را حل می‌کند.» اما او اضافه کرد که «من نمی‌دانم کدام یکی درست است.»

دیدگاه‌تان را بنویسید: