تحقیقی جدید، وجود انرژی تاریک را زیر سؤال برده‌ است

مدل ماده‌ی تاریک سرد لامبدا (لامبدا سی‌دی‌ام)، پذیرفته‌شده‌ترین مدل در مورد نحوه‌ی پیدایش و نمو کیهان است. طبق این نظریه، تمام ماده‌‌ای که در اطراف خود می‌بینیم و هر روز با آن‌ سر و کار داریم، تنها پنج درصد از چگالی کیهان را تشکیل می‌دهد. در حالی که ۲۷ درصد از آن، از ماده‌ی تاریک تشکیل می‌شود و ۶۸ درصد باقی‌مانده، انرژی تاریک است. در حال حاضر، انرژی تاریک به‌صورت یک نیروی تئوریک تعریف می‌شود که عامل انبساط جهان است. اما یک مطالعه‌ی جدید، وجود انرژی تاریک را زیر سؤال برده است. در این مطالعه به یک شبیه‌سازی رایانه‌ای استناد شده است که در آن با احتساب تغییرات ساختاری کیهان، خلأ موجود در  مدل لامبدا سی‌دی‌ام که موجب معرفی انرژی تاریک شده است، از بین می‌رود.

مبنای نظریه‌های پذیرفته‌شده‌ی امروزی در مورد منشأ کیهان به سال ۱۹۱۵ برمی‌گردد؛ زمانی که انیشتین با انتشار مقاله‌ای نسبیت عام را معرفی کرد. بر اساس این نظریه‌ها کیهان ما با یک انفجار بزرگ در ۱۳.۸ میلیارد سال پیش متولد شد و از آن زمان، تاکنون در حال انبساط است. اما مشکل اینجا است که معادلات ریاضی مربوط به این مباحث بسیار پیچیده هستند؛ از این‌رو فیزیک‌دانان سعی می‌کنند قسمت‌هایی از آن‌ها را ساده‌سازی کنند تا کار با آن‌ها راحت‌تر شود و در عمل کاربرد بیشتری داشته باشند. حال زمانی که مدل‌ها از روی این معادلات و تعاریف ساده‌شده پدید می‌آیند، اشکالات کوچکی در آن‌ها یافت می‌شود که می‌تواند اساس نظریه‌ها را زیر سؤال ببرد. دکتر لازلو دوبوس، از نویسندگان مقاله‌ی تحقیق جدید در این ارتباط این‌گونه توضیح می‌دهد:

معادلات نسبیت عام انیشتین به‌اندازه‌ای پیچیده هستند که تا صد سال بعد از انتشار، هیچ راه حلی برای توضیح اثرات ساختار کیهانی بر انبساط آن یافت نشد. ما از روی مشاهده‌ی دقیق ابرنواخترها می‌دانیم کیهان در حال انبساط است؛ ولی در عین حال اگر بر اساس معادلات انیشتین به توضیح جهان بپردازیم، با پیامدهای جدی آن مواجه می‌شویم. به همین دلیل در مدل‌هایی که برای توضیح داده‌های به‌دست‌آمده ارائه می‌شوند، همواره دانشمندان به انرژی تاریک متوسل می‌شوند تا خلأ نظریه‌ها‌ی خود را پر کنند.

تاکنون انرژی تاریک به‌صورت مستقیم مشاهده نشده است و دانشمندان از روی بررسی تأثیر آن بر اجرام دیگر به مطالعه‌ی این انرژی مرموز می‌پردازند. وجود چنین نوعی از انرژی و ویژگی‌های آن تاکنون در حد تئوری باقی مانده است. در واقع انرژی تاریک برای پر کردن خلأ موجود در مدل‌های کنونی به وجود آمده است.

در دهه‌ی ۹۰ میلادی و پس از مشاهده‌ی ابر نواختر نوع Ia ، وجود این نیروی مرموز به‌عنوان عامل انبساط جهان پیشنهاد شد. این نوع از ابر نواخترها که گاهی شمع‌های استاندارد نامیده می‌شوند، در واقع نقاط درخشانی هستند که با نهایت شدت روشنایی ثابتی می‌درخشند و دانشمندان با محاسبه‌ی شدت روشنایی نور آن‌ها در هنگام رسیدن به زمین، فاصله‌ی این اجرام با زمین را محاسبه می‌کنند.

این تحقیق در گسترش ایده‌ی وجود انرژی تاریک که عامل انبساط جهان هم هست، بسیار مؤثر بود و دانشمندانی که در این تحقیق نقش داشتند، در سال ۲۰۱۱ موفق به دریافت جایزه‌ی نوبل شدند. اما از همان زمان، دیگر دانشمندان همواره اعتبار این نتیجه‌گیری را زیر سؤال برده‌اند. دانشمندان در تلاش هستند تا با استفاده از نرم‌افزارهای پیشرفته، توصیف بهتری از کیهان ارائه دهند؛ به‌گونه‌ای که پیچیدگی‌های نسبیت عام را برطرف کند و نیاز به انرژی تاریک را از بین ببرد.

بر اساس این مطالعه‌ی جدید که در دانشگاه اوتووس لونارد در مجارستان و دانشگاه هاوایی انجام شده، تناقض موجود که باعث خلق انرژی تاریک شده است، شاید به دلیل نادیده گرفتن قسمت‌هایی از نظریه‌ باشد که به خاطر ساده‌سازی کنار گذاشته شده‌اند. محققان این مطالعه یک شبیه‌سازی رایانه‌ای بر اساس ساختارهای بزرگ و پرشمار کیهانی ترتیب دادند. طبق این شبیه‌سازی به نظر می‌رسد ساختار کیهان به شکل کَف است؛ به‌نحوی‌که کهکشان‌ها در دیواره‌های حباب‌ها به وجود می‌آیند؛ اما قسمت‌های بزرگ داخلی حباب‌ها از وجود ماده‌ی معمولی و ماده‌ی تاریک خالی هستند.

سپس تیم تحقیقاتی به بررسی اثر گرانش بر این نوع از ساختار پرداختند و متوجه شدند که بخش‌های مختلف کیهان به‌جای انبساط با نرخ ثابت و به‌صورت پیوسته، با نرخ‌های متفاوتی منبسط می‌شوند. نکته‌ی مهم این است که میانگین نرخ انبساط کیهان در این شبیه‌سازی‌ها با مشاهدات قبلی ما از انبساط کیهان تطابق کامل دارد؛ به این معنی که یافته‌های این تحقیق نیز شتاب مثبت انبساط کیهان را تأیید می‌کنند. محققان یافته‌های خود را مدل آورا می‌نامند.

تصویر بالا سه مدل ارائه‌شده برای تفسیر انبساط کیهان را نشان می‌دهد؛ شکل بالا سمت چپ با رنگ قرمز مربوط به مدل لامبدا سی‌دی‌ام است که شامل انرژی تاریک می‌شود. شکل وسط با رنگ آبی مدل جدید آورا است که طبق آن انرژی تاریک وجود ندارد و شکل سمت راست با رنگ سبز مدل اصلی انیشتین-دسیتر است که آن هم شامل انرژی تاریک نمی‌شود. دوبوس توضیح می‌دهد:

نظریه‌ی نسبیت عام برای درک نحوه‌ی رشد کیهان بسیار مهم است. ما اعتبار آن را زیر سؤال نمی‌بریم. ما در واقع اعتبار راه‌حل‌های ارائه‌شده را زیر سؤال می‌بریم. یافته‌های ما بر اساس این فرض ریاضی است که قسمت‌های مختلف کیهان با سرعت متفاوتی منبسط می‌شوند که این موضوع با نسبیت عام همخوان است. یافته‌های ما نحوه‌ی تأثیرگذاری پیدایش ساختارهای پیچیده بر چگونگی انبساط کیهان را توضیح می‌دهد. در مدل‌های قبلی از این مسائل چشم‌پوشی شده بود، اکنون ما می‌گوییم اگر آن‌ها را وارد محاسبات کنید، می‌توان انبساط کیهان را به‌خوبی توضیح داد، بدون این‌که نیازی به خلق یک نیروی تئوریک باشد.

اگر محافل معتبر علمی یافته‌های این تحقیق را تأیید کنند، شاید مسیر تحقیقات فیزیکی تغییر یابد و جستجوی انرژی تاریک متوقف شود.