آیا نیروی پنجم طبیعت وجود دارد؟
فیزیکدان‌هایی که به شکار نیروهای نامرئی کیهان و کهکشان‌های درون
آن می‌پردازند مدتی است نگاه خود را به طرف تاریک جهان دوخته اند. عده
ای از آنها به طور خاص پشت دانه به دانه اجرام آسمانی را ورانداز
می‌کنند تا فوتون‌های تاریک را بیابند. این ذرات ابتدایی فرضی حامل
نیروی الکترومغناطیسی برای ماده ناشناخته ای به نام ماده تاریک هستند.
طبق نظریه‌های موجود، می‌توان آنها را طی ترکیب شدن با فوتون‌های
معمولی و اثری که از تعاملشان با ذرات شناخته شده به جا می‌ماند
شناسایی کرد. فوتون‌های تاریک می‌توانند واسطه تعاملات بین همه مواد
شناخته شده و ماده تاریک باشند.
دانشمندان از مدت‌ها پیش پی برده اند که چهار نیروی شناخته شده طبیعت
را منبسط کرده، کشیده، در هم شکسته و از هم گسیخته‌اند.
اما پای نیروی پنجمی‌در میان است که در تمامی‌این مدت از دید آنها
مخفی مانده است. آن چهار نیرو سنگ بنای وجود ما را تشکیل
می‌دهند.
اولین آنها «نیروی هسته ای پرقدرتی» است که اگرچه ظالمانه رفتار
می‌کند و می‌تازد، برد کمی‌دارد. این همان نیرویی است که هسته‌های
اتم‌ها را به هم پیوند می‌دهد. دومین آنها «نیروی
هسته‌ای ضعیف» با ویژگی مبهم، نجواکننده و تیره است که وظیفه اش
کنترل واپاشی رادیواکتیو و ارتباط با ذرات زیراتمی‌به نام نوترینوها
(Neutrino) است. «نیروی الکترومغناطیسی» سومین نیروی پر قدرت و درخشان
است که بر زندگی همه ما سلطه دارد و بالاخره نیروی چهارم «نیروی
گرانش» است که ضعیف ترین این گروه چهار عضوی به حساب می‌آید.
فیزیکدان‌ها با استفاده از این چهار نیروی بنیادی تصویری از دنیاهای
زیراتمی‌و ماکروسکوپی را ترسیم می‌کنند. هیچ تعاملی وجود ندارد که یکی
از این چهار ویژگی را نداشته باشد. با این حال، هنوز هم اسرار فراوانی
درباره تعاملات جهان هستی، به ویژه در بزرگ ترین مقیاس‌ها وجود دارند.
وقتی که میدان دیدمان را در مقیاس کهکشانی و فراتر از آن وسعت
می‌دهیم، اتفاق مرموزی می‌افتد که دانشمندان آن را به ماده تاریک نسبت
می‌دهند.
آیا ماده تاریک ساده و بی پیرایه است یا دسته ای از نیروهایی که پیش
از این ناشناخته بودند را در چنگال‌هایش پنهان کرده است. اکنون یک تیم
علمی‌بین المللی به صورت آنلاین توصیف کار پژوهشی خود که شامل استفاده
از داده‌های به دست آمده از «برخورد دهنده‌هادرونی بزرگ»، بزرگ ترین
شتاب دهنده ذره ای دنیاست را آغاز کرده اند تا این نیروی ناشناخته را
پیدا کنند. جست و جوهای آنها تا به این لحظه نتیجه ای نداشته است اما
در عوض نشان می‌دهد که قوانین فیزیک شناخته شده هنوز بی اعتبار نشده
اند. مسأله این است که دانشمندان هنوز نتوانسته اند توضیحی برای ماده
تاریک ارائه دهند.
ظهور فوتون‌های تاریک
یک راه ارتباطی فرض شده بین نور و قلمروی تاریکی چیزی به نام «فوتون
تاریک» است، چیزی مشابه فوتون نور که برای ما بسیار آشناتر است و در
نیروی الکترومغناطیسی وجود دارد. ما نمی‌توانیم به طور مستقیم
فوتون‌های تاریک را ببینیم یا بچشیم یا بو کنیم اما شاید این فوتون‌ها
با دنیای ما در هم آمیخته باشند. در چنین سناریویی، ماده تاریک از خود
فوتون‌های تاریک منتشر می‌کند که ذرات نسبتاً بزرگی هستند. این بدان
معنا است که بر خلاف همتایان حامل نورشان یعنی فوتون‌های نور، تنها در
بردی کوتاه می‌توانند اثرگذار باشند. اما ممکن است هر از گاهی یک
فوتون تاریک با یک فوتون معمولی تعامل ایجاد کند که در این صورت میزان
انرژی و خطر سیر آن را تغییر می‌دهد.
این اتفاقی نادر است، چون اگر چنین می‌شد ما نمی‌توانستیم از مدت‌ها
پیش با رویدادهایی که الکترومغناطیس پدید می‌آورد آشنا شویم. با این
وصف، حتی با وجود فوتون‌های تاریک هم نمی‌توانیم به طور مستقیم ماده
تاریک را ببینیم. اما می‌توانیم وجود فوتون‌های تاریک را با بررسی و
مطالعه تعاملات گسترده الکترومغناطیسی حس کنیم. یک فوتون تاریک
می‌تواند در کسر کوچکی از این تعاملات انرژی یک فوتون معمولی را
برباید. فقط کافی است که با آن تعامل برقرار کند، اما باید مقدار
زیادی تعاملات الکترومغناطیسی وجود داشته باشد.
دانشمندان همچنین برای مطالعه روی فوتون‌های تاریک از داده‌هایی که
طی سه سال از شتاب دهنده ذراتی به نام «سوپر پروتون سنکروترون» به دست
آمده استفاده کردند.
این دومین شتاب دهنده بزرگ «سِرن»، سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته ای
است. آنها برای انجام آزمایش خود، پروتون‌ها را به معادل زیراتمی‌یک
دیوار آجری کوبیدند و همه تکه‌هایی که پس از برخورد باقی ماندند را
مشاهده کردند. در نتیجه این تصادم متوجه الکترون‌های بسیاری
شدند.
آنها پس از گذشت سه سال بیش از ۲۰ میلیارد الکترون را شمارش کردند.
به دلیل این که الکترون‌ها ذرات بارداری هستند و تمایل دارند با هم
برهم کنش ایجاد کنند، در این آزمایش الکترون‌های پرانرژی فوتون‌های
زیادی تولید کردند. اگر فوتون‌های تاریک وجود داشته باشند، باید
گهگاهی با یکی از فوتون‌های معمولی تعامل برقرار کنند و انرژی آنها را
بربایند. این پدیده ای است که در آزمایش انجام شده، نشان دهنده نبود
نور است.
دانشمندان در جست و جو برای یافتن فوتون‌های تاریک دست خالی ماندند.
اما این به هیچ وجه به معنی نقض وجود فوتون‌های تاریک نیست. اگر
فوتون‌های تاریک وجود داشته باشند، انرژی آنها کم خواهد بود و به ندرت
با فوتون‌های معمولی تعامل ایجاد خواهند کرد.
گمشده در تاریکی
ماده تاریک صورتی فرضی از ماده است که گفته می‌شود
۸۰ درصد از جرم کلی جهان هستی را تشکیل می‌دهد. هنوز کسی نمی‌داند چه
عاملی باعث پدید آمدن این حجم زیاد از ماده نامرئی است، اما کسی وجود
آن را انکار نمی‌کند. بزرگ ترین سرنخ برای تأیید وجود ماده تاریک
نیروی گرانش است. ستاره شناس‌های سراسر دنیا با مطالعه حرکات ستارگان
درون کهکشان‌ها و مشاهده کهکشان‌های درون خوشه‌های کهکشانی، همچنین با
بررسی تکامل بزرگ ترین ساختارهای کیهان تقریباً متفق القول به این
نتیجه رسیده‌اند که چیزی فراتر از آن چه در مقیاس کهکشانی دیده
می‌شود، وجود دارد.
شاید اسم بهتری که بتوان روی ماده تاریک گذاشت ماده نامرئی باشد. اگر
چه می‌توانیم وجود ماده تاریک را از روی تأثیر گرانشی آن حدس بزنیم،
این ماده با نور وارد هیچ گونه تعاملی نمی‌شود. اگر ماده تاریک با نور
در تعامل بود یا دست کم اگر به همان شیوه ای که ماده شناخته شده با
نور تعامل می‌کند با آن بر هم کنش انجام می‌داد، تا حالا می‌توانستیم
این ماده اسرارآمیز را ببینیم. اما تا جایی که ستاره شناس‌ها
می‌توانند تشخیص دهند، ماده تاریک نور را جذب نمی‌کند، آن را منعکس
نمی‌کند، باعث انکسار آن نمی‌شود و آن را منتشر یا پراکنده نمی‌کند.
در چشم ماده تاریک، نور چیزی جز یک عنصر نامطلوب نیست؛ یک موجودیت طرد
شده و ناخواستنی که شاید حتی وجود خارجی هم نداشته باشد.
با این وصف این احتمال وجود دارد که ارتشی از ماده تاریک همین حالا
در بدن ما در جریان باشند. مجموع جرم این جریان‌های بی پایان می‌تواند
با کمک تأثیر نیروی گرانشی سرنوشت کهکشان‌ها را رقم بزنند. اما مشکل
این جا است که ماده تاریک بدون کوچک ترین نشانه و ردی از میان ماده
معمولی گذر می‌کند.
برگرفته از روزنامه اطلاعات
وب سایت انجمن مفاخر معماری ایران - نسخه مناسب چاپ
Main-URL : http://ammi.ir/اخبار-و-مقالات/اخبار-معماری-و-شهرسازی/آیا-نیروی-پنجم-طبیعت-وجود-دارد؟/
Short-URL : http://ammi.ir/Go/60968