یک تنش کیهانی جدید: جهان ممکن است خیلی نازک باشد

منتشرشده در مجله QuantaMagazine به تاریخ ۸ سپتامبر ۲۰۲۰لینک مقاله اصلی: A New Cosmic Tension: The Universe Might Be Too Thinکیهان کم‌کم دارد عجیب و غریب به نظر می‌رسد. برای چند سال در حال حاضر، کیهان‌شناسان با اختلاف در سرعت گسترش جهان دچار مشکل شده‌اند. براساس نور باستانی از جهان ابتدایی، آن‌ها می‌دانند که این کار چقدر باید سریع انجام شود، اما ظاهرا جهان مدرن سرعت زیادی گرفته‌است-سرنخی که دانشمندان ممکن است یکی از اجزای اساسی جهان، یا برخی از جنبه‌های این که چگونه این اجزا با هم حرکت می‌کنند را نادیده گرفته باشند.اکنون شکاف دوم در مدل به اصطلاح استاندارد کیهان‌شناسی ممکن است در حال شکل‌گیری باشد. در اواخر ماه جولای، دانشمندان اعلام کردند که جهان مدرن نیز به طور غیر منتظره‌ای نازک به نظر می‌رسد. کهکشان‌ها و گازها و دیگر مواد به اندازه‌ای که باید با هم جمع نشده اند. چند مطالعه قبلی نیز اشارات مشابهی داشتند، اما این تحلیل جدید از هفت سال داده‌ها پاک‌ترین نشانه‌ی مستقل از ناهنجاری را نشان می‌دهد.مایکل هادسون، کیهان‌شناس دانشگاه واترلو کانادا که در این تحقیق شرکت نداشته است، می‌گوید: «اگر ما در حال برگزاری کنفرانس بودیم، تمام گفتگوها در زمان استراحت و قهوه درباره این نتایج بود.»مانند بسیاری از اندازه‌گیری‌های ساختار مقیاس بزرگ جهان امروز، این مطالعه مملو از مشکلات فنی است. همچنین این احتمال وجود دارد که نتایج تنها به دلیل شانس باشد. با این وجود، برخی محققان در این فکر هستند که آیا گرایش به سوی اندازه‌گیری‌های شوم فزاینده ممکن است از کشف یک عامل کیهانی جدید خبر دهد.هادسون گفت: « ما قبلا ماده تاریک و انرژی تاریک داشته‌ایم. امیدوارم به چیز تاریک دیگری نیاز نداشته باشیم.»مجموعه دیگری از زنگ هشدارهابخش سخت مطالعه دنیای مدرن این است که بیشتر نامریی است. ستاره شناسان با مشاهده تصویر بزرگ در مکان‌هایی که کهکشان‌ها در خوشه‌های درخشان جمع شده‌اند، به آن‌ها نگاه می‌کنند. اما آن‌ها تا حد زیادی قادر به درک رشته‌های تیره گازی که این گره‌ها را به یکدیگر می‌بافند و به یک شبکه وسیع جهانی تبدیل می‌کنند، نیستند. بدتر، بیشتر آن‌ها معتقدند که این کهکشان‌ها و رد پاهای گاز کمی بیشتر از رنگ‌های تزیینی در یک کادر محکم از «ماده تاریک» نامریی هستند که حجم بیشتر جهان را تشکیل می‌دهند.این تحقیق جدید کامل‌ترین پیاده‌سازی یک تکنیک برای آشکار کردن نادیده‌ها است. همان طور که نور از یک کهکشان دور راه خود را به سوی زمین باز می‌کند، از میان پیچک‌های ماده تاریک و ابرهای تیره گاز عبور می‌کند. این نقاط ضخیم به طور کششی بر روی نور کشیده می‌شوند و باعث ایجاد جنبشی در مسیر خود می‌شوند. زمانی که نور دور دست کهکشان به یک تلسکوپ زمینی می‌رسد، به طرز نامحسوسی تغییر شکل داده می‌شود-شاید به یک بیضی اغراق‌آمیز تبدیل شود. ستاره شناسان سپس سعی می‌کنند تا ماده تاریک غیرقابل رویت را با اندازه‌گیری تغییرات آماری در شکل تعداد زیادی از کهکشان‌های دور دست در گستره وسیعی از آسمان، ترسیم کنند.در تحقیق جدید، اعضای بررسی کیلو-دیگری، یا کیدز، حدود ۳۱ میلیون کهکشان را از ۱۰ میلیارد سال نوری دورتر مشاهده کردند. سپس از این مشاهدات برای محاسبه میانگین توزیع گاز پنهان جهان و ماده تاریک استفاده کردند. آن‌ها به خوشه‌هایی دست یافتند که تقریبا ۱۰٪ نازک‌تر از پیش‌بینی مدل کیهان‌شناسی تثبیت‌شده، معروف به ماده تاریک سرد لامبدا یا ΛCDM هستند.از لحاظ آماری، تفاوت به گونه‌ای است که شانس اینکه داده‌های اضافی آن را از بین ببرند تقریبا ۱ در ۱۴۰۰ است-بسیار کم‌تر از استاندارد سختگیرانه این زمینه ۱ در ۱.۷ میلیون است، اما به اندازه کافی قابل‌توجه است که توجه‌ها را به خود جلب کند. ماریکا عسگری، کیهان‌شناس دانشگاه ادینبرگ و یکی از اعضای کیدز گفت: « این تنش اکنون در سطحی است که حداقل جذاب یا وسوسه‌انگیز است.»علاوه بر این، اندازه‌گیری‌های مستقل دیگر از این یافته حمایت می‌کنند که جهان معاصر بیش از حد نازک به نظر می‌رسد. هادسون گفت: «این یک سری زنگ هشدار دیگر است.»هادسون تلاش کرده‌است تا جهان پنهان را با مشاهده این که چگونه کهکشان‌ها بر روی جریان‌های کیهانی حرکت می‌کنند کشف کند. اگر ماده به طور کامل در مه رقیق پخش شده‌باشد، انبساط جهان تمام اشیا را به نرمی در یک حرکت شناور به نام جریان هابل از هم جدا می‌کند. اما جهان با حفره‌های خالی و ابر خوشه‌های غنی از ماده تاریک پوشانده شده‌است. کشش گرانشی ابر خوشه‌ها کهکشان‌ها را نزدیک‌تر می‌کند در حالی که به آن‌ها اجازه می‌دهد تا آزادانه پرواز کنند. با اندازه‌گیری «سرعت‌های خاص» ابرنواخت‌ها-که چقدر از جریان محلی هابل انحراف پیدا می‌کنند-هادسون و همکارانش نقشه‌های خود را از جرم پنهان کیهان می‌سازند.اولین جرقه ذهنی او درباره اینکه جهان به اندازه کافی پیچیده نشده در سال ۲۰۱۵ به وجود آمد و نقشه‌های سرعت عجیب و غریب بعدی، همان یکنواختی آزار دهنده را نشان داده‌اند. هادسون و همکارانش کاری را در ماه جولای منتشر کرده و در آن به این نتیجه رسیدند که عدم تجمع غیر عادی تقریبا به اندازه آنچه که کیدز یافته قوی است.علاوه بر این، در طول هشت سال گذشته، حداقل دوازده تحقیق با استفاده از تکنیک‌های مختلف، همگی جهان امروز را حداقل کمی بیش از حد نازک یافته‌اند. هر مطالعه به تنهایی اهمیت کمی دارد، اما برخی از کیهان‌شناسان شک دارند که تمام اندازه‌گیری‌ها به جای پراکندگی یکنواخت در اطراف آن، کم‌تر از پیش‌بینی نظری باشند.هادسون گفت: «وقتی شما شروع به دیدن یک چیز مشابه در مجموعه داده‌های مختلف می‌کنید، فکر می‌کنید که این واقعا چیزی را به شما می‌گوید.»ناهنجاری‌های متناقضاگر این پیامی از جهان است، معنای آن نامشخص باقی می‌ماند. مدل استاندارد کیهان‌شناسی چنان با مشاهدات سازگار است که نظریه پردازان نمی‌توانند فقط قطعات جدید را به طور عمدی اضافه کنند. دقیق‌ترین اندازه‌گیری‌های جهان ابتدایی از هم‌کاری پلانک (Planck) است که نتایج نهایی خود را در سال ۲۰۱۸ منتشر کرد. دانیل اسکوکلنیک، کیهان‌شناس دانشگاه دوک که در حال مطالعه نرخ توسعه است، گفت: «رسیدن به چیزی جدید که پلانک را درهم نشکند، دشوار است.»اما محدودیت پلانک چند قلاب شل دارد که نظریه پردازان سال‌ها با آن‌ها بازی کرده‌اند و به دنبال راهی برای توضیح این گسترش سریع و غیر منتظره هستند.آن‌ها اکنون به دنبال انجام دو کار متضاد هستند. برای حل مشکل اصلی جهان در حال گسترش، آن‌ها به پدیده‌ای نیاز دارند که به جهان یک ضربه اضافی به سمت بیرون بدهد. اما برای حل ناهنجاری جدید، آن‌ها باید تاثیر گرانشی که جهان را به اوج می‌رساند را تضعیف کنند. جولین لسگورد، کیهان‌شناس نظری در دانشگاه راث آخن آلمان و یکی از اعضای هم‌کاری پلانک، می‌گوید: «وقتی این دو مشکل را کنار هم قرار می‌دهید، یافتن توضیح برای هر دوی آن‌ها تبدیل به کابوس می‌شود.»برای مثال، برای شروع سریع توسعه، برخی نظریه پردازان تلاش کرده‌اند که «تابش تاریک» را به جهان ابتدایی اضافه کنند. اما آن‌ها باید این تابش اضافی را با ماده اضافی متعادل کنند، که جهان را ضخیم خواهد کرد. بنابراین برای پایان دادن به جهانی که می‌بینیم، آن‌ها باید تعاملات اضافی بین مواد تاریک مختلف ایجاد کنند تا نازکی مورد نظر را به دست آورند.احتمال دیگر، آن ماده تاریک است که جهان را در کنار هم قرار می‌دهد و به انرژی تاریک تبدیل می‌شود، که آن را از هم جدا می‌کند. یا شاید زمین در خلا عظیمی قرار می‌گیرد و مشاهدات ما را منحرف می‌کند. یا این دو بی قاعدگی‌ها می‌توانند بی‌ربط باشند. هادسون گفت: « من چیز جذابی ندیده‌ام، اما اگر یک نظریه‌پرداز بودم، در حال حاضر بسیار هیجان‌زده می‌شدم.»یک یا هر دو تنش هنوز هم می‌توانند با داده‌های بیشتر از بین بروند. کیدز، در کنار مطالعاتی در شیلی و ژاپن،‌یکی از سه مطالعه بین‌المللی در زمینه انرژی تاریک است که در حال حاضر در حال انجام است. هر کدام از آن‌ها مناطق مختلف آسمان را تا اعماق مختلف بررسی می‌کنند. نتایج آخرین کمپین بررسی انرژی تاریک، که ناحیه‌ای از آسمان را پنج برابر بزرگ‌تر از کیدز پوشش می‌داد، در ماه‌های آینده منتشر خواهد شد. اسکوکلنیک گفت: « همه در این مورد منتظر هستند. این بزرگ‌ترین چیز در کیهان‌شناسی است.»مایکل تروکسل از دانشگاه دوک، که کار کشش گرانشی ضعیفی برای بررسی انرژی تاریک انجام می‌دهد، تیم کیدز را به خاطر سوق دادن این تکنیک به سطوح جدید دقت و برای پوشش مقدار بی‌سابقه‌ای از آسمان تحسین کرد. اما او همچنین تاکید کرد که کوهی از چالش‌های فنی، مطالعه عمیق در یک ارزیابی را دشوار می‌سازد. در فاصله میلیاردها سال نوری، کهکشان‌ها به صورت پیکسل های صرف ظاهر می‌شوند و تحلیل اشکال آن‌ها را پیچیده‌تر می‌کنند. محققان همچنین باید بدانند که هر کهکشان چقدر دور است و رفتار آن‌ها با عدم قطعیت‌هایی که این فواصل را همراهی می‌کنند می‌تواند تنش را نرم یا بزرگ کند.تروکسل گفت: « من هنوز هم نمی‌توانم به طور مطمئن بگویم که ارزش نهایی در کجا قرار خواهد داشت.»این متن با استفاده از ربات ترجمه مقاله علمی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.