آيا جهان هستى سرانجام روزى در جريان «فروپاشى بزرگ» (Big Crunch) از هم فرو خواهد پاشيد، تا ابد در «غربت بزرگ» (Big Loneliness) به گسترش خويش ادامه خواهد داد، يا در «سرازيرى بزرگ» ((Big Tip به ذرات ريز تبديل خواهد شد؟ كليد پاسخ به اين سئوالات به نظر مى رسد كه در ويژگى هاى شكل تاريكى از انرژى نهفته باشد كه طى ۶ تا ۷ ميليارد سال گذشته در حال تحت تأثير قرار دادن جهان هستى بوده است. اين «انرژى تاريك» (Dark Energy) به نظر مى رسد كه جهان را با نرخى افزون تر از آنچه كه دانشمندان تاكنون تصور مى كرده اند به سوى گسترش تدريجى تا ابد رهنمون مى سازد. ۶ سال پس از آنكه اخترشناسان، جهان علم را با اعلام خبر اين كشف بزرگ خويش حيرت زده كردند محققان مى گويند كه اسرار نهفته پيرامون «انرژى تاريك» هنوز هم آنها را با شگفتى و نوعى سردرگمى مواجه مى سازد. با اين حال، به گفته محققان، مطالعات متعدد انجام شده طى يك سال گذشته سند گويايى بر ايفاى نقش «پدال گاز كيهانى» توسط «انرژى تاريك» است.
«مايكل ترنر» رئيس «دپارتمان نجوم و اختر فيزيك دانشگاه شيكاگو» در اين باره مى گويد: «نتايج حاصل از مطالعات اخير نويد بهبود قابل ملاحظه اى در برداشت هاى پيشين ما از انرژى تاريك را مى دهند.» وى معتقد است كه برداشت هاى ناصحيح گذشته براى پاسخ دادن به سئوالات اساسى موجود پيرامون منشا و عاقبت جهان هستى و همچنين ماهيت ماده و تعريف زمان در مقياس فضا داراى نواقص و كاستى هاى فراوانى است كه بايد هر چه سريع تر در جهت اصلاح آنها گام برداشت.
محققانى از بريتانيا، آلمان و ايالات متحده نتايج مطالعات گسترده خويش بر روى گاز داغ احاطه كننده خوشه هاى كيهانى بى كران كهكشان ها را اعلام كردند. آن اقدام كه با استفاده از امكانات پيشرفته موجود در رصدخانه اشعه ايكس «چاندرا» متعلق به «مؤسسه ملى هوانوردى و فضانوردى آمريكا» (NASA) انجام پذيرفت اساساً به گونه اى طراحى و برنامه ريزى شده بود كه بتواند ميزان «انرژى تاريك» نهفته در جهان هستى را برآورد كرده و آن را با ساير اشكال ماده و انرژى مقايسه كند. به علاوه، اين تيم برجسته تحقيقاتى ضمن تدوين يك برنامه جامع مطالعاتى تلاش كرد تا كشف كند كه آيا مقدار «انرژى تاريك» با گذشت زمان تغيير مى كند؟ پاسخ اين سئوال، كليد اصلى براى تعيين ماهيت «انرژى تاريك» به شمار مى رود. هر كس با خواندن نتايج مطالعات انجام شده ممكن است دچار شور و حال وصف ناپذيرى شود. آن تيم تحقيقاتى پى برد كه ۴ درصد جهان هستى از «ماده معمولى» (Ordinary Matter) ساخته شده است. ۲۱ درصد ديگر آن از ماده اى كه اصطلاحاً «ماده تاريك» (Dark Matter) ناميده مى شود ساخته شده است كه مقدار آن با توجه به تأثيرات گرايشى آن روى ماده تخميناً برآورد مى شود. ۷۵ درصد باقى مانده نيز شامل «انرژى تاريك» است كه شكل خاصى از فشار را به ذهن متبادر مى سازد كه رفتارى شبيه گرانش در جهت عكس را از خود بروز مى دهد.
اين انگاره ها يا اَشكال با نتايج اعلام شده از اندازه گيرى هاى ماهواره اى آثار و نشانه هاى نورانى پديده Big Bang (تئورى مبتنى بر شكل گيرى جهان هستى بر اثر انفجار يك ماده چگال اوليه) كه پس زمينه مايكروويو كيهانى را تشكيل مى دهد همخوانى كامل دارند، آن اندازه گيرى ها سال گذشته با همكارى عده ديگرى از محققان انجام شده بود. به گفته اخترشناسان، چنانچه مقدار «انرژى تاريك» با گذشت زمان ثابت باقى بماند، در آن صورت مى توان مدعى شد كه جهان (Universe) با نرخ فزاينده اى به رشد و گسترش خويش ادامه خواهد داد. طى مدت زمانى در حدود ۲۰ ميليارد سال فقط حدود ۱۰۰ كهكشان را مى توان از زمين رويت نمود به گونه اى كه مى توان آن را «غربت بزرگ» نامگذارى كرد. اگر قرار بود كه مقدار «انرژى تاريك» با گذشت زمان تغيير كند در آن صورت مى شد انتظار داشت كه با كاسته شدن از مقدار «انرژى تاريك» يك بار ديگر اين فرصت در اختيار «گرانش» (Gravity) قرار گيرد تا بر جهان هستى مسلط گرديده و آن را برانگيزاند تا با تن دادن به «فروپاشى بزرگ» كاملاً از هم متلاشى شود. يا اگر مقدار «انرژى تاريك» رو به فزونى نهد در آن صورت مى توان انتظار وقوع پديده اى به نام «شكاف بزرگ» را داشت.
«استيو آلن» اخترشناس معروف و سرگروه تيم تحقيقاتى ياد شده كه اكنون در دانشگاه كمبريج انگلستان مشغول فعاليت است مى گويد بر پايه مشاهدات خود و اعضاى تيم تحت سرپرستى اش، «انرژى تاريك» داراى مقدارى ثابت و بدون تغيير است و بيشتر شبيه «ثابت كيهان شناختى» (Cosmological Constant) در تئورى هاى اينشتين درباره تكامل تدريجى جهان رفتار مى كند. اساساًً اين بدان معناست كه «مقدار انرژى بر واحد حجم فضا» ثابت باقى مى ماند. اگر اين مشاهده پس از طرح ريزى برنامه هاى سختگيرانه تر نيز همچنان با پاسخ هاى مشابهى همراه باشد اساساً مى توان انتظار داشت كه دايره ابهامات موجود پيرامون حقيقت ذاتى «انرژى تاريك» تا حد قابل ملاحظه اى تنگ تر شود. در اينجا بد نيست به اين موضوع نيز اشاره شود كه «ثابت» ياد شده همان ثابتى است كه «آلبرت اينشتين» فيزيكدان برجسته قرن بيستم به مدد آن توانست بزرگترين اشتباه محاسباتى نهفته در معادلات تئوريك اش را اصلاح كند.
در سال ۱۹۱۷، وقتى «اينشتين» به تعمق و كنكاش بيشتر پيرامون مفاهيم موجود در «نظريه نسبيت عام»اش مشغول بود، اكثريت قريب به اتفاق اخترشناسان بر اين باور بودند كه «اندازه جهان» ثابت است و تغييرى نمى كند. كهكشان هاى جديدى بر صفحات عكاسى اخترشناسان پديدار شدند اما بسيارى از آنها تصور مى كردند كه اين تصاوير تيره و گنگ متعلق به سحابى هاى آسمانى يا خوشه هايى از ستارگان درخشان در كهكشان راه شيرى هستند. وقتى «اينشتين» معادلات تئوريكش را براى تشريح نوع رفتار جهان پيرامون به كار گرفت اعدادش او را به نتيجه اى گيج كننده رهنمون ساختند. با فرض صحيح بودن روشى كه معادلات «اينشتين» بر پايه آن به نمايش جلوه هايى از گرانش تحريف كننده شكل زمان در فضا پرداخت و با فرض معلوم بودن مقادير ماده و انرژى در جهان براى به كار بردن گرانش، جهان هستى نمى تواند ايستا (ساكن) باقى بماند. جهان بايد به واسطه تحمل ناپذيرى در برابر «جاذبه گرانشى» به يك باره از هم فروپاشد.شاهدان هيچ نشانه اى دال بر تغيير اندازه جهان هستى نديدند، بنابراين «اينشتين» استدلال كرد كه بايد شكلى از «انرژى منفى» (Negative Energy) براى جبران «جاذبه گرانشى» وجود داشته باشد. در همين راستا، او با ايجاد تغييراتى در اعداد و ضرايب معادلاتش توانست شكلى از «جهان ايستا» را در تصورات همگان تحقق بخشد. در دهه ۱۹۲۰، «ادوين هابل» توانست راز تفكرات پوچ و بى اساس «اينشتين» را برملا سازد. «هابل» با استفاده از قويترين تلسكوپ هاى روزگار خود نشان داد كه تصاوير گنگ مورد اشاره در واقع تصاوير كهكشان هاى دوردست هستند كه به نظر مى رسد با شتابى قابل توجه در حال دور شدن از يكديگر هستند. بله، حقيقتاً مشخص شد كه جهان هستى در حال شتاب گرفتن است. تا حدود ۶۰ سال بعد، اخترشناسان بزرگ جهان كماكان از آن اشتباه بزرگ «اينشتين» براى توصيف پديده هاى علمى جديد استفاده مى كردند، تنها به اين دليل كه آنها گمان مى كردند تعابيرى كه بيش از همه در بين دانشمندان رواج دارند صحيح ترين تعابير هستند.
در عين حال، متخصصان علم فيزيك ذرات در دهه ۱۹۶۰ بر روى ايده هايى در مكانيك كوانتوم كار مى كردند كه بر اساس آن «خلأ مى توانست شكل خاصى از انرژى را به معرض نمايش گذارد». و وقتى آنها «نظريه نسبيت عام اينشتين» را براى تطبيق عالمانه با ويژگى هاى «انرژى موصول به خلأ» به كار بردند كه گمان مى رفت اصول بنيادين آن در مورد فضاى پيرامون ما نيز سارى و جارى باشد با نوعى نيروى «دفعى جذبى» مواجه شدند كه شباهت زيادى به «ثابت كيهان شناختى اينشتين» داشت. اين كشف جالب، قوام و استحكام جديدى به علم فيزيك بخشيد كه تا آن روزگار عملاً فاقد آن بود. تنها كارى كه در اين رابطه مغفول واقع شد، مشاهده عينى آن پديده در طبيعت بود. اين كار بالاخره در سال ۱۹۹۸ و به همت دو تيم تحقيقاتى مستقل انجام شد؛ اعضاى آن دو تيم در مشاهدات خود به گسترش فضا با نرخى سريع تر از آنچه كه بايد مى بود، پى بردند.
اين بار، استناد كردن به وجود نوعى انرژى تاريك و ناشناخته با خواص جذبى دفعى آشكار به نظر مى رسد كه پاسخ صحيحى به ابهامات موجود باشد. اما اينكه اين انرژى چگونه با اكتشافات فيزيكدانان درباره نيروهاى موجود در طبيعت و ذرات درون اتمى مرتبط با آنها تعامل برقرار مى كند معمايى است كه همچنان بى پاسخ باقى مانده است. «انرژى تاريك» در واقع مى تواند همان «ثابت كيهان شناختى اينشتين» باشد. آن انرژى مى تواند حوزه كوانتوميد ويژه اى متشكل از ذرات ريز «اتر» باشد. يا آن مى تواند نمود عينى جديدى از خود «جاذبه» باشد. «آدام رايس» اخترشناس شاغل در «مؤسسه فضايى علوم تلسكوپى» در بالتيمور در اين باره مى گويد: «به ياد داشته باشيد كه ما اين پديده را انرژى تاريك مى ناميم اما اين نامگذارى ممكن است اين باور غلط را در ذهن مخاطبان ايجاد كند كه ما حقيقتاً مى دانيم كه آن پديده چيست. اما بايد اذعان داشت كه ما واقعاً چيز زيادى در اين باره نمى دانيم.»
اوايل سال جارى ميلادى، دكتر «رايس» و همكارانش در ادامه تحقيقات گسترده خويش به نتايج جالبى دست يافتند كه بسيارى از اخترشناسان از آن به عنوان پيشرفتى قابل توجه در زمينه مشاهده «انرژى تاريك» ياد كردند. در ماه فوريه، اين تيم تحقيقاتى اقدام به انتشار نتايج مشاهدات «تلسكوپ فضايى هابل» در مورد محدوده اى از فواصل و بازه هاى زمانى در تاريخ جهان هستى كرد. آنها موفق به تخمين مدت زمانى شده بودند كه از بروز يك تغيير عمده در جهان هستى مى گذرد: بله، حدود ۶ ميليارد سال از زمانى كه كاهش نرخ انبساط در پهنه گيتى جاى خود را به يك شتاب فزاينده داد مى گذرد نقطه عطفى كه اصطلاحاً از آن به عنوان «تحول بزرگ» (Big Jerk) ياد مى شود. اين تيم از پرتوهاى نور دريافتى از «شمع استاندارد» قدرتمند نوعى ستاره فروزان يا ابرنواختر (Supernova) براى اندازه گيرى فاصله استفاده كرد. سپس آنها از اطلاعات طيف سنجى مربوط به اشياى مختلف براى تعيين سرعتى كه كهكشان هاى حامل اين ابرنواخترها در حال دور شدن با آن هستند استفاده كردند.
سومين و آخرين موردى كه نقش انكارناپذيرى در پيشبرد تحقيقات اخترشناسان داشت نتايج حاصل از مجموعه مطالعاتى بود كه با استفاده از امكانات پيشرفته يك ماهواره متعلق به «ناسا» (NASA) در زمينه اندازه گيرى خواص فيزيكى امواج مايكروويو و مشاهدات Sloan Digital Sky Survey انجام شد. در هر دوى اين مطالعات به «انرژى تاريك» به عنوان «عنصر غالب» در پهنه گيتى اشاره شده بود. و با تركيب اطلاعات حاصل از اين دو مطالعه، چهار تيم تحقيقاتى مستقل موفق به يافتن شواهدى از عملكرد «انرژى تاريك» در مقياس خوشه هاى كهكشانى شدند كه مجموعه اى در حدود ۵۰ تا ۱۰۰۰ كهكشان را تشكيل داده و پهنه وسيعى از فضا را در اشغال خود دارند. به گفته «ترنر» استاد نجوم دانشگاه شيكاگو با تركيب نتايج حاصل از مطالعات سه گانه اشعه ايكس، ابرنواخترها و پى جويى مايكروويو توانسته شده است كه شواهد حيرت آورى از وجود پديده اى به نام «انرژى تاريك» حاصل شود.
گام بعدى، تحقيق پيرامون اين موضوع است كه آيا مقدار «انرژى تاريك» با گذشت زمان تغيير مى كند. چندى پيش، «رايس» و همكارانش موفق به دريافت مجوز زمانى بسيار خوبى براى مشاهده مستقيم فضا با «تلسكوپ فضايى هابل» طى سال آينده ميلادى براى تحصيل اطلاعات بيشتر پيرامون نوع رفتار «انرژى تاريك» شدند. طبق پيش بينى ها قرار است تعدادى تلسكوپ چشمى در زمين و فضا براى تحقيق پيرامون اين قضيه به كار گرفته شود. تعدادى راديوتلسكوپ زمينى نيز قرار است به اين مجموعه افزوده شود. و رصدخانه «چاندرا» نيز به پى جويى خوشه هاى كهكشانى بيشتر در محدوده وسيع ترى از فضا خواهد پرداخت. كشف «انرژى تاريك» باعث شده است تا محققان عصر ما با «پيچيده ترين و اسرارآميزترين معضل در تمام تاريخ علم» روبه رو شوند؛ معضلى كه به اعتقاد «ترنر» حل آن مستلزم «تلاشى همه جانبه و طاقت فرسا» خواهد بود.
The Christian Science Monitor, May. 2004
