در اعماق کیهان، جایی که قوانین فیزیک و رمز و رازهای هستی در هم تنیده‌اند، سوالی دیرینه ذهن بشر را به خود مشغول کرده است: جهان چگونه منبسط می‌شود؟ دانشمندان سال‌هاست که در تلاش برای یافتن پاسخی جامع به این پرسش هستند و اکنون، با ابداع مدلی جدید، گویی پنجره‌ای تازه به سوی درک این پدیده گشوده شده است. این مدل، که بر پایه نظریه‌های نوین کیهان‌شناسی بنا شده، قصد دارد تا با ارائه تصویری دقیق‌تر از انبساط جهان، ما را در فهم بهتر این پدیده یاری کند. این تحول، می‌تواند آغازگر فصلی نو در دانش کیهان‌شناسی باشد و به ما کمک کند تا به رازهای بیشتری از هستی دست یابیم.
راز انرژی تاریک برملا شد؟ نظریه ریسمان و تلسکوپ DESI پرده از معمای انبساط کیهان برداشتند
دانشمندان فیزیک با ارائه یک مدل نوین از فضا-زمان، مبتنی بر نظریه ریسمان و داده‌های رصدی تلسکوپ قدرتمند DESI، گامی بلند در جهت درک نیروی مرموز انرژی تاریک و چگونگی شتاب بخشیدن آن به انبساط جهان هستی برداشته‌اند. فرضیه این محققان نشان می‌دهد که در ابعاد بسیار ریز، ساختار فضا و زمان رفتاری کاملاً متفاوت از تجربه روزمره ما دارد.
به طور خاص، این پژوهشگران ادعا می‌کنند که فضا-زمان در مقیاس‌های کوانتومی خاصیت “جابه‌جایی‌ناپذیری” دارد. این مفهوم بدان معناست که ترتیب اندازه‌گیری فضا و زمان در این ابعاد کوچک بر نتیجه نهایی اندازه‌گیری تأثیرگذار است. در حالی که در ریاضیات کلاسیک، ترتیب انجام محاسبات معمولاً اهمیتی ندارد (مانند ۲+۳=۳+۲)، در دنیای مکانیک کوانتومی، اندازه‌گیری موقعیت یک ذره قبل از سرعت آن، نتیجه‌ای متفاوت از اندازه‌گیری سرعت قبل از موقعیت به دست می‌دهد. این رفتار غیرمعمول، به ویژگی‌های کوانتومی ذاتی فضا-زمان اشاره دارد.
بر اساس نظریه ریسمان، همین رفتار کوانتومی فضا-زمان است که نیروی محرکه انبساط شتاب‌دار جهان در پدیده‌ای موسوم به “شتاب کیهانی” را فراهم می‌کند. نکته شگفت‌انگیز اینجاست که “شتاب کیهانی” دقیقاً همان اثری است که به “انرژی تاریک” نسبت داده می‌شود. مدل جدید نه تنها وجود انرژی تاریک را تایید می‌کند، بلکه مقدار آن را نیز با اندازه‌گیری‌های پیشین دانشمندان همخوانی نشان می‌دهد. جالب‌تر آنکه، یافته‌های این تحقیق پیش‌بینی می‌کند که با گذشت زمان، میزان این انرژی مرموز رو به کاهش خواهد گذاشت.
این پیش‌بینی نظری با داده‌های رصدی جمع‌آوری شده توسط “ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک” (DESI) نیز همخوانی دارد. تلسکوپ DESI به طور خاص برای مطالعه اثرات انرژی تاریک و انبساط کیهان طراحی شده و داده‌های ارزشمندی را در این زمینه جمع‌آوری کرده است.
پیوند نظریه با مشاهدات کیهانی
دانشمندان از سال ۱۹۹۸ از وجود “شتاب کیهانی” آگاه بودند، اما تا به امروز نتوانسته بودند شواهد قطعی و قانع‌کننده‌ای برای عامل اصلی آن، یعنی “انرژی تاریک”، ارائه دهند. یکی از فرضیه‌های رایج این بود که انرژی تاریک ناشی از اثرات کوانتومی در خلاء است، اما این فرضیه با یک مشکل اساسی روبرو بود. اگر انرژی تاریک نتیجه نوسانات کوانتومی در خلاء باشد، چگالی آن باید ثابت باقی بماند. این در حالی است که داده‌های رصدی به دست آمده از DESI نشان می‌دهد که چگالی انرژی تاریک احتمالاً در طول زمان کاهش می‌یابد. اینجاست که مدل استاندارد کیهان با چالش روبرو می‌شود و نظریه ریسمان به عنوان یک راه حل بالقوه مطرح می‌گردد.
نظریه ریسمان به محققان این امکان را داده است تا ساختار فضا-زمان را در سطح کوانتومی مورد بررسی دقیق قرار دهند. توضیح آن‌ها برای انرژی تاریک، کوچک‌ترین مقیاسی را که می‌توان تصور کرد (طول پلانک، مرتبط با گرانش کوانتومی) را به بزرگ‌ترین مقیاسی که می‌شناسیم (اندازه کل جهان) پیوند می‌دهد. این نوع ارتباط در فیزیک از اهمیت بسزایی برخوردار است، زیرا نشان می‌دهد که فضا-زمان در سطح بنیادین غیرقابل جابه‌جایی است. این ویژگی به طور طبیعی منجر به پیش‌بینی مقدار انرژی تاریک در جهان و مهم‌تر از آن، پیش‌بینی کاهش تدریجی این مقدار در طول زمان شده است؛ کاهشی که دانشمندان نشانه‌های اولیه آن را در داده‌های آزمایش DESI مشاهده کرده‌اند.
مایکل کاویچ، یکی از نویسندگان این پژوهش، در این باره می‌گوید: «با توجه به دیدگاه و مطالعه ما، می‌توان نتیجه DESI را به عنوان اولین شواهد رصدی در حمایت از نظریه ریسمان و شاید اولین پیامدهای قابل مشاهده نظریه ریسمان و گرانش کوانتومی در نظر گرفت.»
آزمایش‌های هیجان‌انگیز در راه است
اگرچه مدل فعلی شواهد نظری قدرتمندی برای شتاب کیهانی مبتنی بر انرژی تاریک ارائه می‌دهد، اما محققان معتقدند که برای تأیید کامل این یافته‌ها، تحقیقات بیشتری لازم است. آن‌ها پیشنهاد می‌کنند که زمان انجام آزمایش‌های دقیق‌تری فرا رسیده است که می‌تواند صحت این مدل جدید را مورد سنجش قرار دهد.
جورج مینیک، یکی دیگر از محققان این مطالعه، اظهار داشت: «پیامدهای بسیاری از رویکرد ما به گرانش کوانتومی وجود دارد. این می‌تواند شامل تشخیص الگوهای تداخل کوانتومی پیچیده باشد که در فیزیک کوانتومی استاندارد غیرممکن است، اما باید در گرانش کوانتومی رخ دهد.»
بر این اساس، آزمایش‌های آینده احتمالاً بر تشخیص الگوهای ظریف تداخل کوانتومی متمرکز خواهند شد که می‌توانند به عنوان نشانه‌هایی از حضور گرانش کوانتومی در عمل عمل کنند. امید است که در سال‌های آتی، دانشمندان بتوانند با انجام این آزمایش‌های پیشرفته، اسرار بیشتری را در مورد انرژی تاریک و ماهیت کوانتومی جهان هستی کشف کنند.
نتایج این مطالعه پیشگامانه در مجله arXiv منتشر شده است.
