ماده تاریک و انرژی تاریک
بعد از کشفیات ادوین هابل فهمیدیم که میلیاردها کهکشان
توی جهان وجود داره که ما داریم توی یکیشون زندگی می‌کنیم.
از طرفی هم متوجه شدیم که این جهان داره با یه سرعت خیلی زیادی منبسط میشه.
ولی وقتی دقت بیشتری روی سرعت چرخش کهکشانا و خوشه‌های کهکشانی
و منبسط شدن جهان کردیم فهمیدیم همه چیز به اون سادگی که ما فکر می‌کردیم نبوده.
فقط 5 درصد از کل جهان از این ماده‌ی معمولی که ما میشناسیم ساخته شده،
95 درصدش از دو تا چیز عجیب تشکیل شده یعنی ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک!
توی این ویدیو درباره‌ی این صحبت می‌کنم که اصلا چی شد که به این فکر افتادیم
که باید دو تا چیز به نام ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک وجود داشته باشه،
جنسشون از چی میتونه باشه، چند درصد از جهان ماده‌ی تاریکه
چند درصدش انرژی تاریکه، اصلا چرا به اینا میگن تاریک!
پس اگه به این موضوع علاقه داری ادامه‌ی ویدیو رو ببین.
در ضمن اگه به اینجور محتواها علاقه داری
دکمه‌ی سابسکرایب پایین ویدیورم بزن و عضو کانالم شو.
اول با ماده‌ی تاریک شروع می‌کنم.
خب میدونیم که کهکشانا از میلیاردها ستاره
تشکیل شدن که دور مرکز کهکشان دارن میچرخن.
وقتی کهکشان راه شیری خودمونو بیشتر و دقیقتر بررسی کردیم
متوجه شدیم که سرعت چرخش اون ستاره‌هایی که روی لبه‌های بیرونی
کهکشان هستن خیلی بیشتر از اون چیزیه که گرانشی که از مرکز
کهکشان بهشون وارد میشه بتونه اینارو نگه داره.
یعنی این ستاره‌ها باید پرت شن بیرون از کهکشان، چون سرعت خیلی بالایی دارن،
دقیقا مثل وقتی که سوار چرخ‌وفلک میشی یعنی وقتی که می‌چرخه اگر
دستتو به جایی نگیری یا اینکه نشینی روی صندلی
به خاطر اون نیروی گریز از مرکز پرت میشی پایین!
اما در مورد ستاره‌های کهکشان راه‌شیری این اتفاق نمیفته.
انگار یه چیز نامریی وجود داره که جاذبهی خیلی زیادی داره و
با این جاذبهی زیادش جلوی فروپاشی کهکشان رو میگیره.
غیر از این، یه مشکل دیگه‌ای هم در مورد بقیه‌ی کهکشانا بود که حل نشده بود.
دانشمندا مقدار جرم کهکشانا رو به دو روش محاسبه میکردن.
یکی استفاده از نور اون کهکشانا بود، یکیم استفاده از تاثیرات گرانشی اون کهکشانا بود.
قاعدتا نتیجه‌ای که از این دو تا روش بدست میومد باید یکسان میبود یعنی توی هر دو تا
روش باید یه جرم مشابهی برای یه کهکشان به دست میومد اما اینجوری نبود!
مقدار جرمی که از نور کهکشان به دست میومد خیلی کمتر
از اون جرمی بود که از تاثیرات گرانشی کهکشان به دست میومد.
یه اختلاف جرمی این وسط وجود داشت.
پس اینجا هم دوباره باز دانشمندا به این نتیجه رسیدن که احتمالا باید یه جرم گم‌شده‌ای
داخل این کهکشانا وجود داشته باشه که هیچ نوری از خودش منتشر نمیکنه.
یه چیز کاملا نامریی. اما این چیز نامریی دقیقا چیه؟! ما هیچی ازش نمیبینیم.
پس این جسم نامریی هیچ تعاملی با امواج الکترومغناطیس
نداره، یعنی هیچ نوری از خودش منتشر نمیکنه،
با هیچکدوم از ابزارایی که داریم نمیتونیم درکش کنیم.
دانشمندا اسم این ماده رو گذاشتن ماده‌ی تاریک یا dark matter .
ماده‌ی تاریک هیچ اثری روی ماده‌ی معمولی که من و شما و ستاره‌ها
و کهکشانا ازش ساخته شدن نداره، فقط و فقط از طریق گرانش
یا جاذبه میتونه روی ماده‌ی معمولی اثر بذاره.
این فرضیه رو اولین بار سال 1932 یه فیزیکدان هلندی به نام یان اورت
برای توضیح سرعت چرخش ستاره‌ها، داخل کهکشان راه شیری ارایه کرد.
اما چند درصد از دنیای ما از این ماده‌ی عجیب ساخته شده؟
طبق معادله‌ی معروف اینشتین، بین جرم و انرژی رابطه‌ی E=mc2 وجود داره
یعنی جرم و انرژی، صورتای معادل همدیگه هستن، میتونن به همدیگه تبدیل بشن.
پس کل چیزی که توی جهان وجود داره رو می‌تونیم به صورت جرم-انرژی بیان کنیم.
طبق مدل استانداردی که از ماهواره‌ی پلانک و یه سری
داده‌های دیگه به دست اومده، مقدار کل جرم-انرژی جهان به این صورته:
4.9 درصد ماده‌ی معمولی، 26.8 درصد ماده‌ی تاریک، 68.3 درصد انرژی تاریک.
تمام این کهکشانا و ستاره‌ها و سیاره‌هایی که ما میبینیم فقط حدود 5 درصد از کل جهانه.
95 درصد از جهان از ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک
ساخته شده که هنوز هیچکدومشونو دقیق نمیشناسیم!
ولی اگه فقط ماده رو درنظر بگیریم، یعنی انرژی رو بزاریم کنار،
85 درصد از کل ماده‌ی جهان ماده‌ی تاریکه، 15 درصدش ماده‌ی معمولیه.
یه مساله‌ی عجیبم اینه که اینجوری نیس که هرجایی
که ماده‌ی تاریک وجود داشته باشه ماده‌ی معمولی نیست یا برعکس.
یعنی ماده‌ی تاریک همین الان ممکنه جلوی چشم ما باشه فقط نمیتونیم ببینیمش.
ماده‌ی تاریکم مثل ماده‌ی معمولی، بعضی جاها
متراکم‌تره که دلیلشم اینه که جاذبه روش اثر داره.
مدلی که برای ماده‌ی تاریک توی کهکشانا درنظر میگیرن به این صورته که
مثلا یه کهکشان مثل کهکشان راه شیری، با یه کره‌ی بزرگ از ماده‌ی تاریک احاطه شده.
همین ماده‌ی تاریک با گرانش عظیمش جلوی فروپاشی کهکشانا رو میگیره.
منظور از فروپاشی هم که همونطور که گفتم اینه که اون ستاره‌هایی که
روی لبه‌های بیرونی کهکشان دارن میچرخن به خاطر اون سرعت بالاشون
جاذبهی کهکشان دیگه نمیتونه نگهشون داره و پرت میشن بیرون و پراکنده میشن.
ماده‌ی تاریک تا الان بهترین فرضیه‌ای بوده که
برای توضیح رفتار کهکشانا و خوشه‌های کهکشانی ارائه شده.
ولی این ماده‌ی عجیب از چی ساخته شده؟! خب باید بگم که هنوز نمیدونیم!
یعنی ماهیت ماده‌ی تاریک هنوز یه معماس.
برای همین اصلا خودشم هنوز اثبات نشده فقط در حد فرضیه‌ست.
اما چندتا حدس و گمان وجود داره برای اینکه جنسش از چیه.
از بین اینا، ذرات سنگین با برهم‌کنش ضعیف،
یا WIMP بیشترین احتمالو داره که درست باشه.
الان یکی از اصلی‌ترین چیزایی که فیزیکدانا دارن
برای فهمیدنش تلاش میکنن همینه که ماده‌ی تاریک از چی ساخته شده.
چون هیچ راهی برای آشکارسازیش نداریم، فهمیدن این قضیه خیلی خیلی سخته.
اما دانشمندا تقریبا همگی نظرشون اینه که
باید از یه جور ذراتی شبیه ذرات زیراتمی ساخته شده باشه.
ذرات زیراتمی به پروتونا و نوترونا و چیزای دیگه میگن که اتم‌ها ازاینا ساخته میشن.
به نظر دانشمندا ماده‌ی تاریکم از یه نوع از این ذرات ساخته شده
که خاصیتای متفاوتی دارن اما هنوز نمیدونیم چین.
فهمیدن جنس ماده‌ی تاریک اینقد سخت و طولانی بوده که بعضی از
دانشمندا کلا عطاشو به لقاش بخشیدن و نظریات دیگه‌ای دادن.
یعنی به این نتیجه رسیدن که اصلا شاید ماده‌ی تاریکی
وجود نداره، شاید فرضیات ما از اول اشتباه بوده.
این دانشمندا میگن نظریه‌ی گرانش اشتباهه، نیروی گرانشی که توی فضاهای
کهکشانی وجود داره خیلی قوی‌تر از اون چیزیه که روابط نیوتون پیش‌بینی میکنن.
همین گرانش قویه که داره جلوی پراکنده‌شن ستاره‌ها از کهکشانا رو میگیره.
اما برای اون مساله‌ی اختلاف جرمی که برای کهکشانا گفتم،
ایده‌ی قانع‌کننده‌ای ندارن. برای همین این نظریه‌ی گرانش اصلاح شده هم کامل نیست.
خب پس ماده‌ی تاریکو فهمیدیم چیه، حالا بریم سراغ
چیزی که حتی از ماده‌ی تاریکم عجیب‌تره، یعنی انرژی تاریک.
نظریه‌ی بیگ‌بنگو که دیگه احتمالا هم شنیدن.
بیگ‌بنگ یا مهبانگ یا انفجار بزرگ الان معتبرترین
نظریه‌ای هست که برای پیدایش جهان وجود داره.
خلاصش اینه که جهان ما حدود 13.8 میلیارد سال پیش
از یه نقطه‌ی بی‌نهایت کوچیک و متراکم، حتی کوچیکتر از اتم به وجود اومده.
این نقطه با یه انفجار وحشتناک بزرگ میشه و کم‌کم ذرات زیراتمی
به وجود میان، بعد اینا با هم ترکیب میشن اتمای هیدروژن و هلیوم
به وجود میان، هیدروژن و هلیوم که به صورت گازهای پراکنده بودن بر اثر
جاذبه دور هم جمع میشن و ستاره‌های اولیه به وجود میاد.
کهکشانا هم که از جمع شدن تعداد خیلی زیادی از این ستاره‌ها دور همدیگه تشکیل میشن.
حالا، دقت کردید وقتی کنار خیابون وایسادید، ماشینی که به شما نزدیک میشه،
صدای بوقش زیرتره ولی وقتی که داره از شما دور میشه صدای بوقش بم‌تر میشه؟
اینو ببینید:
تو فیزیک به این اتفاق میگن اثر دوپلر (Effect Doppler).
دلیلش اینه که وقتی ماشین به ما نزدیکتر میشه امواج صوتیش
فرکانسشون بیشتر میشه در نتیجه صدا زیرتر میشه ولی وقتی ماشین از ما دور میشه
فرکانس امواج صوتی کوتاه‌تر میشه کمتر میشه و درنتیجه صدا بم‌تر میشه.
مشابه همین اتفاق برای نورم میفته.
وقتی یه جسمی از ما دور میشه، فرکانس اون نوری که از جسم به ما میرسه بلندتر میشه،
یعنی میره به سمت نور قرمز. به این اتفاق میگن RedShift یا انتقال به سرخ.
ستاره‌شناسا از روی همین اتفاق متوجه شدن که کهکشانا دارن از ما دور میشن.
اونم با سرعت زیاد. پس به صورت خلاصه، فهمیدیم که
جهان ما در حال منبسط شدنه، مث یه بادکنک در حال باد شدن.
چیزی که ما انتظارشو داشتیم این بود که این منبسط شدن
جهان باید سرعتش به مرور زمان کمتر و کمتر بشه، چون جاذبه‌ای که
بین مواد سازنده‌ی جهان هست باید جلوی منبسط شدنشو بگیره.
تا جایی که یه زمانی برسه که کلا منبسط شدنش متوقف بشه بعد دوباره شروع کنه به جمع شدن.
اما با اندازه‌گیری‌های دقیقی که انجام شد فهمیدیم انتظارمون خیلی بیجا بوده!
سرعت منبسط شدن جهان، کم که نمیشه هیچی، تازه داره خیلیم بیشتر میشه.
یعنی با یه شتاب مشخصی، سرعت منبسط شدن جهان دائما داره زیاد میشه.
دانشمندا هیچ دلیلی برای این اتفاق عجیب پیدا نکردن جز اینکه یه
انرژی مرموزی تو کل جهان وجود داره که عامل این بالا رفتن سرعت انبساطه.
اسمشو گذاشتن انرژی تاریک یا dark energy.
فرضیه‌های دیگه‌ای هم برای این قضیه هست اما انرژی تاریک تا الان معتبرترین فرضیه‌س.
در واقع انرژی تاریک داره با جاذبهی بین کهکشانا و
بقیه‌ی چیزای جهان مقابله میکنه و نمیذاره جهان منقبض بشه.
دانشمندا از روی شواهدی که به دست اوردن تخمین زدن که
68 درصد جهان از انرژی تاریک تشکیل شده.
این انرژی غلظت خیلی کمی داره اما به صورت یکنواخت تو کل جهان پراکنده است.
انرژی تاریکم مثل ماده‌ی تاریک ماهیتش معلوم نیست.
یعنی نمیدونیم از چی ساخته شده جنسش از چیه.
پس به صورت خلاصه اگه بخوام بگم، ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک،
هردوشون برای توضیح چیزایی که هیچ دلیلی براشون نداشتیم معرفی شدن.
ماده‌ی تاریک برای توضیح اختلاف جرم کهکشانا و سرعت چرخش ستاره‌ها
توی کهکشانا معرفی شد، انرژی تاریکم برای توضیح بیشتر شدن سرعت انبساط جهان.
اما با وجود تمام تلاشایی که تا امروز انجام شده هردوشون
هنوز معماهای بزرگی هستن که هیچکس جوابشونو نمیدونه.
هنوز نمیتونیم بگیم ماده‌ی تاریک یا انرژی تاریک
صددرصد وجود دارن چون هنوز اثبات نشدن.
ولی چیزی که برای خود من باورش خیلی سخته همینه که
95 درصد جهان از چیزایی ساخته شده که هیچی ازش نمیدونیم!
از کجا معلوم، شاید این ماده‌ی تاریکی که چندبرابر
ماده‌ی معمولیه خودش ستاره‌ها و کهکشانای مخصوص خودشو داره.
شاید یه دنیای دیگه تو دل همین دنیایی که ما میبینیم
وجود داشته باشه که جنس ماده‌ش با دنیای ما فرق میکنه.
فقط چون هیچ نوری ازش به ما نمیرسه نمیتونیم ببینیمش.
به قول دانشمند انگلیسی J.B.S Haldane:
جهان نه تنها عجیب‌تر از چیزی است که فکر می‌کنیم، بلکه حتی
عجیب‌تر از چیزی است که بتوانیم فکرش را بکنیم.
اگه این ویدیو رو دوس داشتی لایک فراموش نشه،
از تک‌تکتون بابت نظرات خوبتون ممنونم، نظر شما خیلی برام مهمه،
مث همیشه بدون ترس سوال بپرس و دنبال جواب باش.
