دو دانشمند در پژوهشی جدید، به دیدگاه جدیدی در خصوص ماده‌ی تاریک و خاصیت ابرشارگی آن رسیده‌اند که می‌تواند رفـــــتارهای عجیب این ماده را توجیه کند.

گفته می‌شود ماده‌ی تاریک حدود ۸۵ نسبت از تمام جرم موجود در جهان هستی را تشکیل داده اســت و با این حال، فیزیکدانان هنوز هیچ ایده‌ی دقیقی در مورد ماهیت ماده‌ی تاریک ندارند.

اما اکنون به نظر می‌رسد که یک فرضیه‌ی جدید در مورد ماده‌ی تاریک، ما را یک گام به درک هویت دقیق آن نزدیک‌تر کند؛ زیرا فیزیکدانان در حال حاضر چنین گمان می‌کنند که ماده‌ی تاریک در تمام این مدتی که ما در پی آن بوده‌ایم، در حال تغییر بوده اســت. این تغییر می‌توانسته از ذرات شبح مانندی در بزرگ‌ترین ساختارهای جهان هستی تا حالت‌های عجیبی از مواد فراسیال در مقیاس‌های کوچک‌تر بوده باشد. این امکان هم وجود دارد که ما در آینده‌ی نزدیک بتوانیم ابزارهای لازم برای تأیید چنین پنداری را به دست آوریم.

مقاله‌ی مرتبط:

ماده‌ی تاریک یک ماده‌ی فرضی بود که برای نخستین بار، یک قرن پیش و برای توجیه کردن عدم تعادل آشکاری ارائه شد که میان مقادیر ماده‌ی موجود در جهان هستی با میزان گرانش نگه‌دارنده‌ی کهکشان‌ها در کنار هم وجود داشت.

ما نمی‌توانیم ماده‌ی تاریک را به‌طور مستقیم تشخیص دهیم؛ اما می‌توانیم تأثیر آن را بر تمامی پدیده‌های اطرافمان ببینیم. در واقع نحوه‌ی دوران کردن کهکشان‌ها و همچنین طریقه‌ی خمیده شدن نور در هنگام پیمایش آن در میان جهان هستی، نشان می‌دهد که مقدار ماده‌ و جرم موجود در آن نواحی بسیار بیشتر از آنی اســت که ما می‌توانیم در رؤیت‌های کنونی‌مان ببینیم.

اکنون دو فیزیکدان به‌تازگی این پیشنهاد را مطرح کرده‌اند که ماده‌ی تاریک در تمام مدتی که ما به دنبالش بوده‌ایم، در حال تغییر در قوانین خود بوده اســت و شاید همین توجیه بتواند دلیلی برای گریزانی و دیرفهمی بیش از حد این ماده باشد. تیم تِیت، متخصص فیزیک ذرات از دانشگاه کالیفرنیا اروین که در این بررسی‌های اخیر نقشی ندارد، می‌گوید:

ایده‌ی شسته و رفـــــته‌ای اســت. شما به این نتیجه رسیده‌اید که باید دو نوع گوناگون از ماده‌ی تاریک داشته باشید که توسط یک اصل مشترک توضیح داده می‌شوند.

دیدگاه سنتی در مورد ماده‌ی تاریک این اســت که از ذراتی با سطوح برهم‌کنش پایین از قبیل اکسیون‌ها ساخته شده اســت و این ذرات به نحوی تحت تأثیر نیروی گرانش قرار می‌‌گیرند که ما می‌توانیم تأثیرات آن را در مقیاس‌ها بزرگ‌ هم ببینیم.

چنین فرم سردی از ماده‌ی تاریک می‌تواند برای پیش‌بینی چگونگی رفـــــتار خوشه‌های کهکشانی عظیم و ثقیل به کار رود و همچنین با چیزهایی که ما در مورد شبکه‌ی کیهانی می‌دانیم، کاملا سازگار اســت. دانشمندان پیشنهاد می‌کنند که تمامی کهکشان‌ها در قالب یک شبکه‌ی گسترده‌ی میان‌کهکشانی با همدیگر همبسته شده‌اند و همگی در کنار هم باعث تشکیل افروزه‌های نامرئی از ماده‌ی تاریک می‌شوند.

اما وقتی که ما در مقیاسی کوچک‌تر و روی کهکشان‌های منفرد و همچنین طریقه‌ی چرخش ستاره‌های آن‌ها پیرامون مرکز کهکشان‌ها دقیق‌تر می‌شویم، آنگاه متوجه می‌شویم که اصطلاحا یک جای کار می‌لنگد و ایرادی در کارمان وجود دارد. جاســتین خوری، فیزیکدان از دانشگاه پنسیلوانیا، در یک گفتگوی مطبوعاتی می‌گوید:

بیشتر جرم موجود در جهان هستی، ماده‌ی تاریک اســت و از محل‌هایی که بیشترین میزان ماده‌ی معمولی در آن‌ها قرار گرفـــــته، مجزا شده اســت. در مقیاسی به بزرگی یک شبکه‌ی کیهانی، چنین برداشتی کاملا با مشاهدات ما سازگار اســت. در مقیاس یک خوشه‌ی کهکشانی هم این نگرش به‌خوبی جواب می‌دهد. با این وجود در مقیاس کهکشان‌ها و داخل آن‌ها، این برداشت سازگار نیست.

4c604b4a 25a9 4eaa a3c0 648403964594 ارائه فرضیه‌ای جدید که رفـــــتارهای ماده تاریک را به خوبی توجیه می‌کند

خوری و همکارش، لاشا برژیانی که اکنون در دانشگاه پرینستون فعالیت دارد، پیشنهاد می‌کنند دلیل آنکه ما نمی‌توانیم رفـــــتار ماده‌ی تاریک را در هر دو مقیاس بزرگ و کوچک در جهان هستی با هم تطبیق دهیم، این اســت که ماده‌ی تاریک می‌تواند تغییر فُرم دهد.

ما ذرات سرد ماده‌ی تاریک را برای خوشه‌های عظیم کهکشانی در ذهن داریم؛ اما در مقیاس کهکشان منفرد، آن‌ها پیشنهاد می‌دهند که ماده‌ی تاریک وارد یک حالت فراسیال یا ابرشاره (Superfluid)‌ می‌شود.

ابرشاره به‌عنوان یک حالت سرد و چگال از ماده‌ی فشرده تعریف می‌شود که میزان گران‌روی و همسایش آن صفر اســت و می‌تواند گاهی اوقات به یک چگال بوز-انیشتین بدل شود؛ چیزی که از آن به‌عنوان حالت پنجم ماده یاد می‌کنند.

در کنار شگفتی ذاتی ابرشاره‌ها، یک امر عجیب دیگر هم در جریان اســت. واقعیت این اســت که ابرشاره‌ها نسبت به زمان‌ها گذشته بیشتر دیده می‌شوند و دسترسی به آن‌ها هم راحت‌تر اســت. در همین راســتا، پژوهشگران هفته‌ی گذشته اعلام کردند موفق به ایجاد نوعی نور شده‌اند که می‌تواند در دمای اتاق همانند مایعات عمل کند (چنین پدیده‌ای در واقع نوعی فراسیال اســت) و این اتفاق برای نخستین بار در دوران ما رخ افتاده اســت.

هر قدر که دانش ما از ابرشاره‌ها بیشتر می‌شود، به همان اندازه‌ فیزیکدانان تمایل بیشتری به داشتن این ایده پیدا می‌کنند که ابرشاره‌ها می‌توانند بسیار بیشتر و متداول‌تر از آن مقداری باشند که ما پیش‌تر تصور می‌کرده‌ایم. جنیفر اُولِت در توضیح خود برای مجله‌ی کوانتا می‌گوید:

به‌تازگی، فیزیکدانان بیشتری به نگرش مرتبط با احتمال تشکیل شدن حالت‌های فراسیالی به‌طور طبیعی در شرایط بحرانی فضا، تمایل نشان داده‌اند.

ابرشاره‌ها ممکن اســت درون ستاره‌های نوترونی وجود داشته باشند و برخی از پژوهشگران چنین می‌پندارند که خود فضا-زمان هم شاید یک ابرشاره‌ اســت. اگر به‌راســتی چنین باشد، پس چرا خود ماده‌ی تاریک هم نتواند (یا نباید) دارای یک حالت (فاز) ابرشاره‌ باشد؟

 ایده‌ی آن‌ها این اســت که هاله‌های ماده‌ی تاریکی که پیرامون کهکشان‌های منفرد وجود دارند، شرایط لازم برای شکل گرفـــــتن ابرشاره‌ را ایجاد می‌کنند. کشش گرانشی کهکشان به‌نوعی تضمین می‌کند که این پدیده به‌صورت چگال در هم فشرده شده اســت و از سویی هم سردی فضا باعث پایین نگه داشته شدن دما به مقدار مناسب می‌شود.

اکنون اندکی از مقیاس بزرگ‌تر نگاه می‌کنیم؛ در اینجا، کشش گرانشی یادشده برای تشکیل دادن حالتی از ابرشاره‌، بسیار ضعیف می‌شود.

کلید حل دردسر در این اســت که وجود ماده‌ی تاریک ابرشاره‌‌ای، می‌تواند رفـــــتار عجیب کهکشان‌های منفرد را به‌خوبی توضیح دهد؛ چیزی که گرانش به‌تنهایی قادر به انجامش نیست. ماده‌ی تاریک ابرشاره‌‌ای می‌تواند ایجادکننده‌ی نوعی نیروی ثانویه (که هنوز شناسایی هم نشده اســت) باشد که درون هاله‌های ماده‌ی تاریک پیرامون خود، همانند گرانش عمل می‌کند.

بر پایه‌ی توضیح اولت، هنگامی که شما یک میدان الکتریکی را آشفته می‌سازید، امواج رادیویی دریافت می‌کنید و هنگامی هم که یک میدان گرانشی را آشفته می‌کنید، امواج گرانشی به دست می‌آورید. اما هنگامی که یک ابرشاره‌ را آشفته می‌کنید چه می‌شود؟ پاسخ این اســت که شما فونون (امواج صوتی) به دست می‌آورید و همین نیروی افزوده می‌تواند در کنار گرانش کارکرد داشته باشد. خوری همچنین توضیح داده اســت:

چنین رویدادی خوب اســت، زیرا شما یک نیروی اضافه هم فراتر از گرانش دارید؛ اما این نیرو به‌طور ذاتی به ماده‌ی تاریک مرتبط اســت. در واقع احتمال می‌رود که وجود یک ویژگی خاص در ماده‌ی تاریک، باعث شکل گرفـــــتن این نیرو شده باشد.

البته باید تأکید کنیم که فرضیه‌ی اخیر باید فعلا بررسی شود. بنابراین هر آنچه در اینجا توضیح دادیم، در حال حاضر در محدوده‌ی فرضیات اســت و هیچ تئوری قطعی ارائه نشده اســت. اما نسخه‌ی اولیه‌ی پژوهش در این لینک قابل دسترسی اســت تا پژوهشگران مرتبط با آن حوزه بتوانند کار بیشتری روی آن صورت دهند.

یکی دیگر از نکات قابل توجهی که این نگرش باعث تأمل بیشتر روی آن می‌شود، مربوط به دینامیک نیوتونی اصلاح‌شده یا MOND اســت. این تئوری بیان می‌کند که ما برای به حساب آوردن برخی خاصیت‌های مشاهده‌شده در کهکشان‌ها، نیاز به ایجاد تغییر در قوانین نیوتون داریم. گروه پژوهشی در نشست مطبوعاتی خود اشاره کردند:

در کهکشان‌ها، حرکات فراسیالی از ماده‌ی تاریک وجود دارد و MOND هم در آن‌ها سازگار اســت. با این حال، در خوشه‌های کهکشانی، هیچ نوع حرکت ابرشاره‌‌ای وجود ندارد و بنابراین MOND در آن نواحی صادق نیست.

ما باید صبر کنیم تا ببینیم که سرانجام این فرضیه به کجا خواهد رسید؛ اما خوری و برژیانی باور دارند که به طریقه‌هایی واقعی و قابل آزمایش نزدیک شده‌اند که ما با اســتفاده از آن‌ها قادر خواهیم بود تا پیش‌بینی‌های این دانشمندان در خصوص ماده‌ی تاریک از نوع ابرشاره‌‌ای را تأیید کنیم.

اگر صحت پیش‌بینی‌های آن‌ها اثبات شود، در آن صورت می‌توان گفت ما پس از ســال‌ها توانسته‌ایم به یافته‌هایی برسیم که در گشایش گره از معمای جرم زیاد کیهانی کارساز بوده باشد.

جدیدترین و داغترین مطالب دنیای جالب تکنولوؤی ها در سایت توما
مطالب گوناگون از از اخبار دنیای وب و تکنولوژی

نوشته ارائه فرضیه‌ای جدید که رفـــــتارهای ماده تاریک را به خوبی توجیه می‌کند اولین بار در مجله آنلاین توما. پدیدار شد.