ادعای دو فیزیکدان درباره‌ ارتباط میان انرژی تاریک و جهت زمان

ادعای دو فیزیکدان درباره‌ ارتباط میان انرژی تاریک و جهت زمان

برای سال‌ها، فیزیکدانان تلاش کرده‌اند تا ماهیت انرژی تاریک را توضیح دهند. این انرژی در واقع به اثر مرموزی اطلاق می‌شود که می‌تواند فضا را سریعتر گسترش دهد. اما سریع‌تر از چه چیزی؟ باید بگوییم سریع‌تر از آن مقداری که نیروی گرانش موجود در جهان بتواند همه‌ی کاینات را در خود ببلعد. اما از سوی دیگر، علم فیزیک همیشه لزوما در مورد دانستن ماهیت پدیده‌ها و اشیاء نیست. در بسیاری از موارد نیز باید به چرایی رخ دادن پدیده‌ها پاسخ دهیم.

در مقاله‌ای که اخیرا منتشر شده، گروهی از فیزیکدانان این سوال اساسی را در مورد انرژی تاریک مطرح کرده‌اند و نیز پی برده‌اند که در برخی موارد، ممکن است این انرژی باعث پیش رفتن زمان به سمت جلو شود.

هنگامی که شما یک توپ را به هوا پرتاب می‌کنید، در ابتدا با مقداری سرعت اولیه شروع به بالا رفتن می‌کند. اما پس از مدتی حرکتش کند شده و در ادامه هم جاذبه‌ی زمین آن را به سمت پایین می‌کشد. اگر شما بتوانید آن را به اندازه‌ی کافی سریع (حدود ۱۱ کیلومتر در ثانیه، برای کسانی که می‌خواهند امتحان کنند!) پرتاب کنید، در آن صورت، سرعت توپ پرتاب شده، هرگز به اندازه‌ای کم نخواهد شد که متوقف شود و در ادامه مجددا به سمت شما سقوط کند. اما با این وجود با دورتر شدن از شما، سرعتش نیز آهسته‌تر خواهد شد که این امر به دلیل گرانش زمین رخ می‌دهد.

فیزیکدانان و اخترشناسان در دهه‌ی ۱۹۹۰ انتظار داشتند که چیزی شبیه این پدیده، بعد از انفجار بزرگ هم رخ داده باشد؛ رویدادی که در پی آن، ماده در تمام جهات جهان هستی پراکنده شده است. گرانش جمعی مربوط به همه‌ی آن ماده‌ها باید این پراکندگی کلی را کندتر کرده باشد؛ دقیقا مثل کره‌ی زمین که حرکت توپ را کندتر می‌کند. اما بر خلاف انتظارات آنها چنین پدیده‌ای را کشف نکردند.

اما در عوض، به نظر می‌رسد که از آن زمان تا به امروز همه چیز سرعت بیشتری به خود گرفته باشد. پدیده‌ای کل جهان هستی را فرا گرفته است که به طور فیزیکی باعث می‌شود تا گسترش فضا سریع‌تر از روند انقباض آن توسط گرانش روی دهد. البته تاثیر این پدیده کوچک است؛ به قدری کوچک که آن را تنها در بررسی کهکشان‌های دوردست مشاهده خواهیم کرد. اما با این حال چنین اثری مسلما وجود دارد و از آن با نام انرژی تاریک یاد می‌شود. برای این انرژی از واژه‌ی تاریک استفاده می‌شود، چرا که ماهیت دقیق آن را هیچ کس نمی‌داند.

علم چیزی نیست جز اینکه انسان در پی حل مسایلی باشد که نمی‌تواند توضیحی برایشان بیاید. از این رو این اولین باری نیست که جهان هستی ما را به اندیشه فرو برده و سردرگم می‌کند. یکی از مسایلی که برای قرن‌ها ذهن دانشمندان را به خود مشغول ساخته، خود مقوله‌ی زمان بوده است. چرا زمان دارای یک پیکان جهت‌دار است و از گذشته به حال و سپس به آینده سپری می‌شود؟

این سوال ممکن است اندکی احمقانه به نظر رسد. به عبارتی، اگر زمان رو به جلو نمی‌رفت، در نتیجه معلول‌ها بر علت‌ها تقدم داشتند و به نظر می‌رسد که این حالت غیر ممکن باشد. اما به نظر می‌رسد که اندکی باید در موردش تامل کنیم.

جهان هستی، تا آنجایی که ما می‌شناسیم، تنها با توجه به قوانین فیزیک عمل می‌کند و تقریبا همه‌ی قوانین فیزیکی که ما می‌شناسیم نیز به طور کامل نسبت به زمان، دارای معکوس پذیری هستند و این امر به آن مفهوم است که همه‌ی مواردی که این قوانین علتشان هستند خواه زمان به سمت جلو حرکت کند و خواه اینکه زمان به عقب بازگردد دارای همان اثرات خواهند بود.

به عنوان یکی از نمونه‌های تحلیل اخیر می‌توان به مسیر حرکت یک سیاره پیرامون یک ستاره اشاره کرد که توسط گرانش کنترل می‌شود. اکنون خواه زمان به سمت جلو و خواه به سمت عقب حرکت کند، مدار سیارات دقیقا مسیر یکسانی را طی خواهد کرد. تنها تفاوت این دو حالت در جهت مدار خواهد بود.

اما یک بخش مهم از فیزیک وجود دارد و نسبت به زمان برگشت‌پذیر نیست؛ قانون دوم ترمودینامیک. بر پایه‌ی این قانون، زمان رو به جلو حرکت می‌کند و مقدار بی‌نظمی موجود در جهان هستی همیشه افزایش خواهد یافت. همانند انرژی تاریک، مواردی هستند که ما به طور کامل به آنها پی نبرده‌ایم و همچنین مواردی نیز هستند که ما کلا متوجه وجود آنها در جهان هستی نشده‌ایم. با این تفاسیر، ما اگر به ماهیت انرژی تاریک پی ببریم احتمالا ایده‌ی بهتری نیز در مورد سایر پدیده‌های ناشناخته به دست خواهیم آورد.

از این رو، فیزیکدانان با اکراه روی قانون دوم ترمودینامیک به عنوان منبع پیکان زمان به توافق رسیده‌اند و چنین استدلال می‌کنند که بی‌نظمی همیشه پس از یک اتفاق افزایش می‌یابد و همین امر مستلزم این است که زمان تنها بتواند در یک جهت حرکت کند.

بنابراین فیزیکدانانی از قبیل آ. ا. الله‌وردیان  (A. E. Allahverdyan) از انستیتوی فیزیک ایروان و وی. جی. گورزادیان (V. G. Gurzadyan)  از دانشگاه دولتی ایروان، تصمیم گرفتند تا به این نکته پی ببرند که آیا انرژی تاریک و قانون دوم ممکن است حداقل در یک وضعیت محدود با هم ارتباط داشته باشند یا خیر. برای این آزمایش، آنها یک مورد ساده همانند حرکت یک سیاره به دور یک ستاره با جرم متغیر را تحت بررسی قرار دادند.

آنها دریافتند که اگر انرژی تاریک وجود نداشته باشد یا اگر باعث جمع شدن فضا و انقباض آن شود، در آن صورت سیاره‌ی مورد آزمایش بدون هیچ تغییری به دور ستاره‌ی خود گردش خواهد کرد؛ بدون اینکه هیچ اتفاق جالب توجهی در حرکت آن رخ دهد. هیچ راهی برای تشخیص مداری که در زمان به سمت جلو می‌رود از سیاره‌ای که با عقب رفتن زمان حرکت می‌کند وجود ندارد.

اما اگر انرژی تاریک فضا را گسترده‌تر ‌کند (همانند آنچه که در جهان ما انجام می‌دهد)، این سیاره در نهایت در یک مسیر بدون بازگشت به دور از ستاره‌ی خود پرتاب خواهد شد. این در واقع چیزی است که تمایزی بین گذشته و آینده را پیش روی ما می‌گذارد؛ اگر در یک سمت زمان حرکت کنیم سیاره به سمت بیرون پرتاب می‌شود و اگر در جهت دیگر زمان پیش رویم، آنگاه سیاره به سمت ستاره بلعیده خواهد شد.

 انرژی تاریک به طور طبیعی به شکل‌گیری پیکان زمان منجر می‌شود.

نویسندگان تاکید می‌کنند که شرایط بررسی شده، یک وضعیت واقعا محدود است و آنها در حال حاضر مطلقا در خصوص اینکه انرژی تاریک باعث حرکت زمان به سمت جلو می‌شود، هیچ ادعایی ندارند. اما به هر حال، آنها یک ارتباط احتمالی را بین ترمودینامیک و انرژی تاریک نشان داده‌اند و این دستاورد می‌تواند ما را در درک بهتر هر یک از این مفاهیم یاری کند.

نتایج این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو (Physical Review E.) منتشر شده است.