معمای انرژی تاریک؛ بزرگترین اشتباه اینشتین(۲)

هیچ چیز قطعی نیست!

در سال 1306/1927، فیزیکدان آلمانی جوانی به نام هایزنبرگ مقله ای نوشت و از اصلی بنیادی در فیزیک پرده برداشت. این اصل که اصل عدم قطعیت نام گرفت، نشان داد که امکان ندارد اطلاعات کاملی از دنیای درون اتمها به دست آورد. اصل عدم قطعیت می گوید امکان ندارد که بتوان در هر زمان دلخواه، مقداردقیق انرژی موجود در فضا را اندازه گیری کرد. حنی در فضای که ظاهراً خالی است، تغییراتی در مقدار انرژی صفر  به وجود می آید که نوسان های کوانتومی خلائ نام دارد و سبب می شود چیزی به نام خلائ اصلاوجود نداشته باشد.

هیچ کس در آن زمان حتی تصورش را هم نمی کرد که این اصل بتواند خارج از دنیای اتم و در ابعاد کیهانی استفاده شود. اما آرام آرام نخستین نشانه های تاثیر این اصل عجیب در جهان پدیدار شد.

در سال 1327/1948، فیزیکدانی هلندی به نام هنریک کازیمیر نشان داد نوسان های کوانتومی خلائ می تواند در دنیای یزرگ مقیاس نیز دیده شود! او پیش بینی کرد اگر دو صفحه فلزی در فاصله نزدیکی از یکدیگر قرار گیرند، یکدیگر را جذب می کنند، گویی نیروی نامکریی آنها را به سوی یکدیگر می کشد. این نیرو به قدریضعیف است که سال ها طول کشید تا وجود آن تایید شود.

اما تاثیر کازیمیز بسیار ژرف تر از این نیروی ضعیف بود! او به دانشمندان هشدار داد که حتی فضای خالی نیز می تواند شگفتی های بسیار بزرگی خلق کند، اما 30سال طول کشید تا دانشمندان مفهوم هشدار کازیمیز را دریابند و بفهمند اصل عدم قطعیت تا کجا گسترده است.

وقتی همه نیروها با هم متحد می شوند   

پس از کشف بزرگ ادوین هابل،کیهان شناسان توانستند نظریه انفجار بزرگ یا مهبانگ را تدوین کنند. شواهد بسیار زیادی کشف شد که همه نشان می داد جهان ما میلیارها سال پیش در انفجاری بسیار بزرگ به وجود آمده است و انبساط خود را از نقطه ای بسیار کوچک و پر انرژی آغاز کرده و به وضعیتی که امروز می بینیم، رسیده است. در اواخر دهه 1970 میلادی (سالهای 1350 شمسی)، کیهان شناسان در تلاش بودند تا عوامل موثر در مهبانگ و چگونگی رخداد آن را کشف کنند.

در سال 1357/1978، فیزیکدان جوانی به نام آلن گاث، زمانی که بطور اتفاقی در یک سخنرانی کیهان شناسی حاضر شد ارتباط هایی را بین کیهان شناسی و زمینه تحقیقاتی اش یعنی فیزیک ذرات بنیادی یافت. او در مورد نیروهای فعال در دنیای زیراتمی تحقیق می کرد، نیروهایی که به نیروی هساه ای قوی، نیروی هساه ای ضعیف و الکترومغناطیس مشهورند و تمام فرایندهای دنیای زیراتمی ناشی از تعامل این سه نیرو با یثکدیگر است. در سال های 1970، بسیاری از فیزیکدانان حدس می زدند که نیروهای هسته ای قوی، ضعیف و الکترومغناطیس در واقع چهره هایی متفاوت از یک نیروی واحد باشند. محاسبات نشان می داد که این نیرو ها می توانند در قالب یک نیروی واحد متحد شوند، اما تنها در حالتی که دمای بسیار بسیار زیادی وجود داشته باشد و چنین دمایی، چند لحظه پس از مهبانگ وجود داشته است.

 در سال 1360/1981 گاث مقاله تی انقلابی را منتشر کرد و دلایل نظریه وحدت نیروها را توضیح داد. گاث نشان داد که بر اساس نظریه وحدت نیروها، در زمان انفجار بزرگ نیروی بسیار قدرتمندی به وجود آمده است که موجب انبساط بسیار سریع عالم در لحظات اغازین شده است. فیزیکدانان بسیاری به این مقاله گاث علاقه مند شدند. خیلی زود، مشخص شد جزییات ایده گاث اشکال های فراوانی دارد، اما مهم این بود که وی به موضوعی اشاره کرده بود که پرسش های فراوانی را در مورد مهبانگ پاسخ داد. این، نقطه آغازین تورم کیهانی بود. نکته جالب این بود که تمام آنچه را گاث در مقاله اش ذکر کرده بود، می شد با افزودن یک جمله به معادلات نسبیت عام بوجود آورد. حدس بزنید این جمله چه می باشد؟

آقای اینشتین لطفاً ثابت کیهانی را پس دهید

تقریبا 50 سال پس از آنکه اینشتین ثابت کیهانی را پس گرفت، فیزیکدانان فهمیدند که وجود چنین جمله ثابتی در معادلات نسبیت عام الزامی است و با این جمله به سادگی می توان تورم عالم را ددر نخستین لحظات پس از مهبانگ توضیح داد. اینشتین از اضافه کردن این جمله هدف دیگری داشت و این نتیجه گیری دانشمندان به هیچ وجه به معنی درست بودن نظز اینشتین نیست، اما وارد کردن مجدد لاندا همان و هجوم انبوه پرسش های بی پاسخ و مشکلات عجیب، همان! محاسباتی که برای تعیین حدود ثابت کیهانی انجام شد این مقدار را به توان 120 برابر بزرگتر از مشاهدات نشان می داد. در واقع، رصد کهکشان های دوردست نشان می داد که اگر ثابت کیهانی وجود داشته باشد، باید مقدار بسیار بسیار اندکی داشته باشد، اما نظریه تورمی نیازمند ثابت کیهانی بسیار بزرگتر بود. اخترشناسان می بایست توضیح می دادند چرا ثابت کیهانی با آن قدرت عظیمی که در ابتدای مهبانگ داشت، تنها چند لحظه دوام آورد پس از آن کاملاًناپدید شد. شاید باور نکنید، اما ثابت کیهانی تنها یک صدمیلیون میلیارد میلیارد میلیاردیم ثانیه دوام آورد. اگر می خواهید این مقدار این مقدار را درک کنید، عدد1 را بنویسید و جلوی آن 35صفر قرار دهید. حال سعی کنید بزرگی این عدد را درک کنید و فرض کنید که می توانیدیک ثانیه را به این تعداد تقسیم کنید. چنین زمانی، همان زمانی است که ثابت کیهانی تورم جهان به وجود آمد و سپس به سرعت ناپدید شد.

در سال 1360 تا 1370، برخی از برجسته ترین فیزیکدانان نظری جهان مانند استیفن هاوکینگ، استاد دانشگاه کمبریج، تلاش کردند مساله ثابت کیهانی را حل کنند و تو ضیح دهند چگونه ثابت کیهانی ناپدید شده است، اما نتایج به دست آمده خیلی قانع کننده نبود. ارثیه عجیب اینشتین دانش فیزیک را به چالش کشیده بود و چنان شرایطی بر فیزیکدانان حاکم شده بود که استیون وینبرگ، برنده جایزه نوبل فیزیک (و برزگترین فیزیکدان نظری حال حاضر) از ثابت کیهانی به عنوان بحران واقعی فیزیک یاد کرد.

به نظر می رسید دنیای فیزیک نیازمند شخصی هم تراز فیزیکدانان ابتدای قرن بیستم باشد تا بتواند این مشکل را حل کند، اما در سال 1376/1398، اتفاقی افتاد که بسیاری از مشکلات را حل کرد، این اتفاق، نه از جانب یک فیزیکدان، که توسط ابزار ارزشمندی رقم خورد که نام یکی از بزرگترین اخترشناسان قرن بیستم را یدک می کشد: تلسکوپ هابل.