وقتی «هیچ‌چیز» خیلی چیزها را توضیح می‌دهد
بلند کوتاه، بزرگ کوچک و زشت زیبا. اینها دم‌دستی‌ترین عباراتی است که معلم‌های مدرسه وقتی قرار است برای نخستین‌بار دانش‌آموزان را با ارائه تناقض آشنا کنند، روی تخته می‌نویسند.
با این حال شاید از کلیشه‌ای‌ترین انواع همین مثال‌ها در دنیای ادبیات، معادل یکی از شاعرانه‌ترین تناقض‌ها در جهان فیزیک نیز باشد؛ عبارتی که هر مرتبه خواندنش تأمل مخاطب را برمی‌انگیزد و تمام توجه را به خودش جلب می‌کند: «جهان ما پر از خالیست». از فضاهای خالی درون اتم در مقیاس میکروسکوپی گرفته تا فضاهای خلأ میان‌ستاره‌ای در اندازه و ساختارهای عظیم ماکروسکوپی، همه و همه مواردی است که عظمت نیستی و مقادیر سرشار آن در عالم را به تصویر می‌کشد و مطالعه آنها می‌تواند به فهم بهتر کیهان کمک کند. پر‌بیراه نیست اگر که بگوییم میان دانشمندان زنده امروز، آلیس پیسانی، اخترفیزیکدان محاسباتی، از بهترین گزینه‌ها برای صحبت کردن درباره پدیده فضاهای خالی میان‌ستاره‌ای است. پیسانی هنگام تدریس علاوه بر ذکر کردن دقیق‌ترین جزئیات علمی، جوری درباره این پدیده‌ها حرف می‌زند که اشتیاق بی‌حد و حصرش به دانشجوها نیز سرایت می‌کند. این جور وقت‌ها از شدت هیجان معمولا به‌سختی روی پاهایش بند می‌شود و درحالی‌که چشمانش از فرط هیجان می‌درخشد، نمودارها را روی تخته‌سیاه رسم و روابط و پرسش‌ها را فهرست می‌کند. اما اصلا چرا باید به فضاهای خالی میان‌ستاره‌ای توجه نشان داد؟ پیسانی در پاسخ به این سؤال می‌‌گوید: «شاید این شاخه از علم به خودی خود از پس پاسخگویی به همه سؤالات ریز و درشت اخترفیزیکدانان راجع به هستی برنیاید اما می‌تواند کاری به‌مراتب ارزشمندتر انجام دهد و صحت و سقم نظریه‌های اخترفیزیکدانان راجع به ماده تاریک را آزمایش کند.»
علاقه‌مندی دانشمندان به این حوزه آن‌قدرها هم اتفاق جدیدی نیست و به سال‌ها قبل برمی‌گردد؛ همان وقتی که با کشف حفره‌های کیهانی در اواخر دهه ۷۰ میلادی، جهان اخترفیزیک به شگفتی فرو رفت، زیرا با وجود این دستاورد تازه، فرضیات پیشتر آنها درباره جهان هستی اساسا دستخوش تغییر می‌شد. پیش از آن دانشمندان با بررسی و تفسیر تصاویر ضبط شده تلسکوپ‌ها این‌گونه تصور می‌کردند که ستارگان و کهکشان‌ها در گیتی به‌صورت یکنواخت توزیع شده‌اند؛ یعنی حتی اگر در تصاویر ثبت شده تلسکوپ‌ها در کنار یکدیگر به‌صورت یک توده کلاف‌مانند دیده شوند، با بزرگنمایی بیشتر این ناهمواری‌ها از بین می‌رود و مشخص می‌شود که در میان ستارگان فضای خالی نیز به شکل قاعده‌مندی توزیع شده و گسترش یافته است. با این حال این کشف جدید نشان می‌داد در جهان هستی خبری از این نظم در گستردگی نیست و فضای خالی میان‌ستاره‌ای گاها در ابعاد گسترده و به‌صورت میدانگاهی وسیع گسترش یافته است.با وجود علاقه وافر فیزیکدانان به این حوزه، توان محاسبه ناکافی و داده‌های ناچیز و دسترسی نداشتن فیزیکدانان به ابزاری که زاویه دید بهتری برای نگرش عمیق‌تر به جهان هستی برای‌شان فراهم کند (نظیر تلسکوپ جیمز وب) مانع از آن شد که دانشمندان روی تحقیقات جدی در این زمینه تمرکز کنند. با این حال آنها از زمان وقوع این کشف همواره با این سؤال دست به گریبان بوده‌اند که چه چیزی جهان را مثل قالب پنیر سوئیسی پر از حفره‌های ریز و درشت کرده است که از لحاظ اندازه و ابعاد هم با هم تفاوت دارند؟ امروزه تحقیقات و بررسی نتایج آزمایش‌‌های اخترفیزیکدان‌ها نشان می‌دهد که ماده تاریک می‌تواند بهترین پاسخ ممکن به این سؤال باشد.اگر کیهان را معادل یک تکه پنیر سوئیسی در‌نظر بگیریم، ماده تاریک همان عاملی است که سوراخ‌های درون این قالب پنیر را به‌وجود می‌آورد. ماده تاریک از ماده مرئی چگال‌تر است، یعنی در حجم یکسان جرم آن تقریبا معادل شش برابر جرم ماده مرئی است و باعث می‌شود بخش‌هایی از کیهان از باقی قسمت‌های آن سنگین‌تر بشود. می‌دانیم که براساس نظریه نسبیت عام اینشتین، نیروی گرانش ماحصل خمیدگی بافت فضا - زمان تحت تأثیر جرم اجسام است؛ پس می‌توان تصور کرد که در نواحی استقرار ماده تاریک یا همان نواحی چگال‌تر، گرانش قوی‌تری وجود دارد که باعث می‌شود ستارگان آن حوالی راحت‌تر کنار هم قرار بگیرند و کهکشان‌ها را بسازند. از سوی دیگر دقیقا همین پدیده سبب می‌شود مناطقی که از لحاظ توزیع جرم در آنها تراکم کمتری رخ می‌دهد عمدتا خالی باشد. به همین دلیل است که اساسا توزیع این فضاهای خالی نیز به‌صورت یکنواخت رخ نمی‌دهد، زیرا این‌طور به‌نظر می‌رسدکه توزیع ماده تاریک در کیهان نیز به شکل یکنواخت نبوده باشد.
منبع: Scientific American
صادق کاشفی | گروه دانش
علاقه‌مندی دانشمندان به این حوزه آن‌قدرها هم اتفاق جدیدی نیست و به سال‌ها قبل برمی‌گردد؛ همان وقتی که با کشف حفره‌های کیهانی در اواخر دهه ۷۰ میلادی، جهان اخترفیزیک به شگفتی فرو رفت، زیرا با وجود این دستاورد تازه، فرضیات پیشتر آنها درباره جهان هستی اساسا دستخوش تغییر می‌شد. پیش از آن دانشمندان با بررسی و تفسیر تصاویر ضبط شده تلسکوپ‌ها این‌گونه تصور می‌کردند که ستارگان و کهکشان‌ها در گیتی به‌صورت یکنواخت توزیع شده‌اند؛ یعنی حتی اگر در تصاویر ثبت شده تلسکوپ‌ها در کنار یکدیگر به‌صورت یک توده کلاف‌مانند دیده شوند، با بزرگنمایی بیشتر این ناهمواری‌ها از بین می‌رود و مشخص می‌شود که در میان ستارگان فضای خالی نیز به شکل قاعده‌مندی توزیع شده و گسترش یافته است. با این حال این کشف جدید نشان می‌داد در جهان هستی خبری از این نظم در گستردگی نیست و فضای خالی میان‌ستاره‌ای گاها در ابعاد گسترده و به‌صورت میدانگاهی وسیع گسترش یافته است.با وجود علاقه وافر فیزیکدانان به این حوزه، توان محاسبه ناکافی و داده‌های ناچیز و دسترسی نداشتن فیزیکدانان به ابزاری که زاویه دید بهتری برای نگرش عمیق‌تر به جهان هستی برای‌شان فراهم کند (نظیر تلسکوپ جیمز وب) مانع از آن شد که دانشمندان روی تحقیقات جدی در این زمینه تمرکز کنند. با این حال آنها از زمان وقوع این کشف همواره با این سؤال دست به گریبان بوده‌اند که چه چیزی جهان را مثل قالب پنیر سوئیسی پر از حفره‌های ریز و درشت کرده است که از لحاظ اندازه و ابعاد هم با هم تفاوت دارند؟ امروزه تحقیقات و بررسی نتایج آزمایش‌‌های اخترفیزیکدان‌ها نشان می‌دهد که ماده تاریک می‌تواند بهترین پاسخ ممکن به این سؤال باشد.اگر کیهان را معادل یک تکه پنیر سوئیسی در‌نظر بگیریم، ماده تاریک همان عاملی است که سوراخ‌های درون این قالب پنیر را به‌وجود می‌آورد. ماده تاریک از ماده مرئی چگال‌تر است، یعنی در حجم یکسان جرم آن تقریبا معادل شش برابر جرم ماده مرئی است و باعث می‌شود بخش‌هایی از کیهان از باقی قسمت‌های آن سنگین‌تر بشود. می‌دانیم که براساس نظریه نسبیت عام اینشتین، نیروی گرانش ماحصل خمیدگی بافت فضا - زمان تحت تأثیر جرم اجسام است؛ پس می‌توان تصور کرد که در نواحی استقرار ماده تاریک یا همان نواحی چگال‌تر، گرانش قوی‌تری وجود دارد که باعث می‌شود ستارگان آن حوالی راحت‌تر کنار هم قرار بگیرند و کهکشان‌ها را بسازند. از سوی دیگر دقیقا همین پدیده سبب می‌شود مناطقی که از لحاظ توزیع جرم در آنها تراکم کمتری رخ می‌دهد عمدتا خالی باشد. به همین دلیل است که اساسا توزیع این فضاهای خالی نیز به‌صورت یکنواخت رخ نمی‌دهد، زیرا این‌طور به‌نظر می‌رسدکه توزیع ماده تاریک در کیهان نیز به شکل یکنواخت نبوده باشد.
منبع: Scientific American
صادق کاشفی | گروه دانش
