اینشتین اشتباه کرده بود؟

چهارشنبه, 12/18/1389 - 15:13

Michael D. Lemonick

ترجمه‌ی احسان سنایی- شاید هرگز نام کهکشان NGC 6264 را نشنیده باشید و شکی هم نیست که فکرتان را معطوف به اهمیت‌اش نکرده باشید! اما همین توده‌ی دور و شلوغ از ستارگان، راهی نسبتاً هموار را برای درک ماهیت مرموزترین نیروی هستی پیش پای ستاره‌شناسان گشوده است.

برای آشنایی ِ هرچند اندکی با این نیرو، کافی‌ست آخرین باری که توپی را به هوا پرت کرده‌اید از خاطر خود بگذرانید و ببینید آن دفعه هم مثل هر تجربه‌ی مشابه دیگری، همان رخ داده که انتظارش می‌رفت: یعنی نیروی گرانش از سرعت توپ آهسته می‌کاهد و پس از مکثی کوتاه آن را به‌سمت زمین می‌کشد. حال اگر در سیاره‌ی خیالی ِ دیگری می‌بودید و توپ‌تان را به هوا می‌فرستادید؛ می‌شد فرض کرد که سرعت توپ می‌تواند از سرعت گریزِ سیاره‌تان هم بگذرد و اصلاً آن را ترک کند.

ستاره‌شناسان هم برای فهم تاریخ کیهان، مدت‌هاست که کهکشان‌ها را توپ‌های درخشان و غول‌پیکری فرض می‌کرده‌اند که از ۱۳میلیارد سال پیش و در جریان رویداد تعیین‌کننده‌ای موسوم به «انفجار بزرگ» (یا همان بیگ‌بنگ) از هم می‌گریزند و این، دقیقاً همان چیزی‌ست که نام «انبساط جهان» را بر آن نهاده‌اند.

اما اینکه این تو‌پ‌ها آیا روزی هم از حرکت باز خواهند ایستاد و تحت تأثیر نیروی گرانشی ِ متقابل‌شان به‌سمت هم بر خواهند گشت و یا تا ابد همین‌گونه به پیش خواهند رفت، چیز نامعلومی بود. اما حدود ده سالِ پیش، دو گروهِ کیهان‌شناسی با محاسبه‌ی سرعت گریز کهکشان‌های دوردست و مقایسه‌شان با سرعت کهکشان‌های نزدیک‌تر، تصمیم به روشن‌سازیِ این مسأله گرفتند. واقعیت این است که هرچه با تلسکوپ‌تان اعماق دورتری از فضا را نشانه روید، به فواصل ِ دورتری از زمان هم می‌نگرید و لذا اگر آن‌جا کهکشانی را ببینید که سریع‌تر از هم‌نوعانِ نزدیک‌ترش حرکت می‌کند؛ می‌توان نتیجه گرفت که فرآیند کاهش سرعت کهکشان‌ها با هدف بازگشت مجددشان به سمت همدیگر، آغاز شده است. در غیراینصورت؛ بایستی فرض دوم را پذیرفت که انبساط تا ابد ادامه خواهد داشت.

با این حال در کمالِ شگفتی ِ دانشمندان، نه‌تنها هیچکدام از این دو گزینه صحت نیافت؛ بلکه انبساط جهان در قیاس با چند میلیارد سال پیش حتی سریع‌تر هم شده است! این درست مثل این می‌ماند که توپ‌تان از زمین بگریزد و تنها توجیه معقول چنین واقعه‌ای هم فرض وجود موشک کوچکی‌ست که به توپ بسته شده باشد و سرعت‌اش را به سرعت گریز از سیاره برساند. در خصوص جهان اما چنین فرضی را می‌توان اینگونه بیان نمود که چشمه‌ای مرموز و ناپیدا از انرژی، کهکشان‌ها را مداوماً شتاب می‌بخشد.

این انرژیِ مرموز را «انرژی تاریک» نامیدند و تاکنون نیز کسی نتوانسته پی به ماهیت راستین‌اش ببرد؛ هرچند همه‌ی اخترشناسان بر این گفته متفق‌اند که انرژی تاریک، ظاهراً ۷۰درصد از محتویات هستی را به خود اختصاص داده. بقیه‌اش هم که غالباً به «ماده‌ی تاریک*» برمی‌گردد و می‌ماند 4درصد از جهان، که همان چیزی‌ست که در تمامی ِ طول موج‌های نور، از دور و نزدیک، دیده‌ایم؛ یعنی همه‌ی ستاره‌ها، کهکشان‌ها، سحابی‌ها و ...! فرضیات متفاوتی برای توصیف ماهیت انرژی تاریک ارائه گردیده که یکی‌شان مربوط به دست‌نوشته‌های یکصدساله‌ی آلبرت اینشتین می‌شود که در آن‌ها؛ وی همان مفهوم انرژی تاریک را با نام «ثابت کیهان‌شناختی» (Cosmological Constant) مطرح نموده بود. با وجود اینکه حتی اینشتین نیز توصیف مبهمی از این مؤلفه‌ی مرموز هستی به دست داده؛ ولی همین که نام‌اش را «ثابت» گذاشته نشان از این می‌دهد که قدرت رانشی ِ این نیرو در سرتاسر هستی مشابه است و این، خود حدس خوبی‌ست.

پروفسور «آدام ریس» از «مؤسسه‌ی تحقیقاتی ِ تلسکوپ فضایی» (STScI) در بالتیمور، که سرپرست تیم‌ کاوشی ِ انرژی تاریک بوده در سال ۲۰۰۱ به «تایم» گفت: «یک درخت از فرضیات متفاوت را تکان دهید تا 20 ایده‌ی درخشان از آن فروبریزد» (ضمناً رجوع کنید به مصاحبه‌ی رادیوزمانه با پروفسور آدام ریس: «پایان یک آغاز»). اما به‌هر حال برای تعیین این‌که در این میان حق با کدام فرضیه است؛ ناگزیر باید دقت محاسبات را تا حد زیادی ارتقا بخشید.

از این‌جاست که نتیجه می‌شود مشاهداتِ اخیر صورت‌پذیرفته توسط دانشمندانِ «رصدخانه‌ی ملی نجوم رادیویی» در ویرجینیا تا چه حد حائز اهمیت است. «جیمز براتز» (James Braatz) و «چنگ‌یو کو» (Cheng-Yu Kou)، با اتصال مجازیِ چندین تلکسوپ رادیویی به همدیگر و تولید تلسکوپی غول‌پیکر، موفق به محاسبه‌ی فاصله‌ی کهکشان NGC 6264 با خظای 450میلیون سال نوری؛ یا به‌عبارتی 9درصد شدند.

این پژوهش، حائز اهمیت فراوانی‌ست، چراکه هرچند تعیین سرعت یک کهکشان از طریق مشاهدات طیفی‌اش آنقدرها دشوار نیست؛ اما اطلاع از مکان حقیقی این کهکشان در پهنه‌ی کیهان بسیار ضروری‌ست. فرض کنید اتومبیلی با شتاب به سمت‌تان می‌راند و شما می‌خواهید بدانید کی بهترین وقت فرار است که هم خودتان را نجات داده باشید و هم راننده دیگر نتواند سریعاً مسیرش را به‌سمت‌تان کج کند. شما برای این محاسبه نه‌تنها نیازمند دانستن سرعت و شتاب اتومبیل هستید؛ بلکه باید از فاصله‌اش تا خودتان هم باخبر باشید.

ستاره‌شناسان هم‌اکنون چندین راه برای محاسبه‌ی فاصله تا کهکشان‌ها پیش روی خود دارند؛ اما این روش‌ها خود متکی بر نظام نردبان‌مانندی‌ست که هر پله‌اش به درد محاسبه‌ی فاصله تا شعاع محدودی از زمین می‌خورد. اولین راه، استفاده از همان روش «اختلاف منظر»ی‌ست که ملوانان برای تعیین فاصله تا ساحل استفاده می‌کنند و این برای فواصل محدود تا حداکثر چندصد‌سال نوری جوابگوست. از این‌جا به بعد، هر مرحله وابسته به یک شاخص، همچون خط‌کش است که بایستی برای تعیین فاصله‌ی هر جرم آسمانی در آن محدوده‌ی ویژه، از آن بهره برد. با این‌حال همه‌ی این خط‌کش‌ها اشتباهات خاص خود را دارند و از این‌رو در موارد استثنایی چاره‌ای جز تعیین مستقیم فاصله‌ی کهکشان‌ها نیست.

این همان کاری‌ست که براتز و کو دست به‌ انجام‌اش زده‌اند. آنها رصدهای خود را بر ابرسیاهچاله‌ی واقع در مرکز کهکشان NGC 6264 – و یا به عبارت دقیق‌تر، قرص گازیِ پیرامون این سیاهچاله که مدام در حال سقوط و اضمحلال در آن است – معطوف نمودند. مولکول‌های آبِ موجود در این قرص گازی، نقش «میزر»های طبیعی را ایفا می‌کنند. MASER، اشعه‌ای از نور، همانند لیزر است که به‌جای تابش در نور مرئی، در طول موج‌های میکروویو طیف می‌درخشد. با وجود این میزرها که همانند فانوس دریایی عمل می‌کنند؛ ستاره‌شناسان با یک تلسکوپ رادیویی موفق به تعیین ابعادِ اسمی ِ این قرص گازی شدند و سپس با یاری رادیوتلسکوپ مجازی‌شان ابعاد ظاهری این قرص را (که نسبت به فاصله کوچک‌تر و کوچک‌تر می‌شود)؛ محاسبه نمودند. این کار همانند تعیین ابعاد یک سکه در فاصله‌ی دوری از ما با یاری یک تلسکوپ و تخمین فاصله‌اش تا ما با توجه به ابعاد متعارفِ یک سکه است.

این نخستین باری نیست که براتز و کو چنین روشی را به کار بسته‌اند؛ اما این کهکشان، دورترین هدفی‌ست که تاکنون موفق به تعیین فاصله‌اش شده‌اند. براتز در این‌باره می‌گوید: «ما حدود شش هدف یا بیشتر هم در لیست توانمندی‌هایمان داریم و نهایتاً به 10 هدف و یا حتی بیشتر از این هم خواهیم رسید». ضمناً این دقیق‌ترین محاسبه‌ی صورت‌پذیرفته از فاصله‌ی یک جسم دوردست هم نیست. خطای روش سنتی ِ نردبانی، در حدود 6درصد است؛ اما براتز امید دارد که خطای روش نوین‌اش به 3درصد هم کاهش یابد. با این‌حال او اعتراف می‌کند که «کار سختی‌ست و ضمانتی هم به انجام‌اش نیست».

اگر آن‌ها در کارشان موفق شوند؛ نظریه‌پردازانِ حوزه‌ی کیهان‌شناسی، یک گام به فهم ماهیت انرژی تاریک نزدیک‌تر خواهند شد و حتی شاید آنگاه از گفته‌ی اینشتین هم حمایت کنند. البته شنیدن این قصه‌ هم خالی از لطف نیست که اینشتین در دهه‌ی بیست میلادی و به‌دنبال کشف پدیده‌ی انبساط جهان توسط «ادوین هابل»؛ آگاهانه مفهوم «ثابت کیهان‌شناختی» را از معادلات‌اش حذف کرد؛ چراکه نقش این ثابت، فقط خنثی‌سازیِ حرکت انبساطی‌ای بود که در نتیجه‌ی معادلاتش به جهان نسبت داده می‌شد؛ حال‌آنکه تا آن زمان جهان، ایستا فرض می‌شد و اینشتین این کار خود را پس از کشف هابل، «بزرگ‌ترین اشتباه زندگی‌اش» خواند! با این حال اگر ثابت بودنِ تأثیر انرژی تاریک در جای‌جایِ پهنه‌ی هستی به اثبات رسد، این بزرگ‌ترین اشتباه، شاید به بزرگ‌ترین پیش‌بینی ِ فاتحانه‌ی اینشتین بیانجامد!


منبع: TIME