روزگار سخت نظریه‌پردازان

آنچه او از آینه دو متری تلسکوپ خود مشاهده کرد، درنهایت ما را با جهانی هزاران میلیارد بار بزرگ‌تر از آنچه می‌پنداشتیم روبه‌رو ساخت.

پس از آن، ذهن کنجکاو و بی‌قرار نظریه‌پردازان، آنان را به جستجوی عالم و درک و دریافت از چگونگی عملکرد این دستگاه حیرت‌انگیز رهنمون کرد ولی ضعف نسبی فناوری‌های رصدی و محاسباتی، مانند تلسکوپ‌های فضایی و ابررایانه‌های امروزی باعث شد خیلی زود تعداد نظریه‌های اثبات نشده از نظریه‌هایی که شواهد قطعی در اثبات آنها وجود داشت، پیشی بگیرد.

به عبارت دیگر دانشمندان چشم به راه فناوری مورد نیاز برای اثبات ادعاهای خود نماندند و از میان سوسوی ستارگان دوردست، راه کاوش در آسمان بیکران را با دست خالی در پیش گرفتند.

مهم‌ترین پدیده‌های شناخته شده کیهانی مانند سیاهچاله‌ها، ستاره‌های نوترونی و همجوشی هسته‌ای در دل ستاره‌ها، ابتدا از مقالات نظریه‌پردازان سر برآورد و بعدها با پیشرفت فناوری، وجود آنها به اثبات رسید البته نظریه‌ها همیشه هم خوش‌اقبال نبوده‌اند و هرازگاهی داده‌های جدید، نظریه‌های رایج را به چالش کشیده و نادرستی آنها را آشکار کرده‌اند.

امروزه به نظر می‌رسد همزمان با فروکش کردن تب نظریه‌پردازی صرف که شاید معلول پیشرفت فناوری‌های رصدی مانند تلسکوپ‌های فضایی و رادیوتلسکوپ‌ها باشد، همه امواج طیف الکترومغناطیسی دریافتی از فضا، بخوبی و با دقت باورنکردنی مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد و همین مساله سرعت ارائه نظریه‌های جدید و رد یا اثبات نظریه‌های قدیمی را به تعادل نسبی رسانده است.

محاسبات فوق‌العاده دقیق توسط ابررایانه‌های قدرتمند، یکی پس از دیگری به نظریه‌های اثبات نشده حمله می‌کند و با بی‌رحمی هرچه تمام‌تر، نظریه‌هایی را که با مشاهدات همخوانی ندارد از درجه اعتبار ساقط می‌کند.

به نظر می‌رسد امروز دانشمندان باید به راهی که گذشتگان با مشقت بسیار هموار کردند، بازگردند و در پی ارائه توضیحات موجه‌تری برای پدیده‌ها برآیند.

در این نوشته به بررسی تعدادی از تازه‌ترین تلاش‌ها در این زمینه و دستاوردهای قابل توجه آن در حوزه کیهان‌شناسی و اخترفیزیک می‌پردازیم.

1 ـ نظریه جهان همگن یا اصل کیهان‌شناسی

میان نظریه‌هایی که تحقیقات جدید خط بطلان بر آنها کشید، نظریه همگن بودن جهان از اهمیت بیشتری برخوردار است. این نظریه که به اصل کیهان‌ شناسی مشهور است بدون وجود هیچ‌گونه شواهد قطعی و صرفا به منظور راحتی کار با نظریه نسبیت عام اینشتین توسط الکساندر فریدمان روس ارائه شد. ماجرا از این قرار است که نسبیت عام وجود جهانی منقبض یا منبسط شونده را پیش‌بینی می‌کرد.

امروزه به مدد بررسی‌های دقیق صورت گرفته بر ابرنواخترهای دوردست، وجود حرکت انبساطی عالم و دورتر شدن خوشه‌های کهکشانی از یکدیگر یکی از بدیهیات حوزه کیهان‌شناسی و نجوم محسوب می‌شود ولی در زمان ارائه نسبیت عام، ایده ایستا بودن جهان که نیوتن نیز به آن معتقد بود ـ و دلایل سستی هم برای اثبات آن ارائه کرده بود ـ در میان اخترشناسان از اعتبار بالایی برخوردار بود. اینشتین برای جلوگیری از نتیجه ناپایدار بودن جهان، به‌رغم میل‌ باطنی‌اش معادلات نسبیت عام را دستکاری و ثابت کیهان‌شناسی را به آن اضافه کرد.

مقدار این ثابت نیز در اقدامی عجیب توسط خود اینشتین به گونه‌ای تعیین شد که نیروی جاذبه را خنثی و مانع از فروپاشی جهان بر اثر جاذبه شود. امروز می‌دانیم اینشتین ناخواسته و نادانسته انرژی تاریک را وارد نظریه خود کرده بود، ولی فریدمان این دستکاری بی‌دلیل را در نظریه نپسندید. او جهان را غیرایستا در نظر گرفت و با فرض همگن بودن جهان، بدون دستکاری در نظریه به نتایج مطلوبی دست یافت. منظور از همگن بودن جهان این است که از هر نقطه‌ای در فضا به عالم خیره شوید، تصویر کلی مشابهی خواهید دید.

زمانی که سال 1377 ثابت شد جهان در حال انبساط است، اعتماد دانشمندان به فرضیه فریدمان هم بیشتر شد ولی زمان زیادی از این ماجرا نگذشته بود که مشخص شد فریمان با ارائه پیش‌فرض‌های نادرست به نتایج صحیح دست یافته و موفقیت بزرگ خود را تا حدودی مدیون اقبال بلند خود بوده است. خبر بد برای نظریه همگن بودن جهان در دی‌ماه سال گذشته مخابره شد. خوشه‌ای غول‌پیکر شامل 73 اختروش و به‌طول چهار میلیارد سال نوری، اصل کیهان‌شناسی را برای همیشه از درجه اعتبار ساقط کرد؛ چراکه ساختاری به این بزرگی در هیچ نقطه دیگری از آسمان مشاهده نشد. برای درک بهتر بزرگی این ساختار توجه داشته باشید که طول کهکشان راه شیری فقط حدود یکصد سال نوری است.

البته این ساختار در واقع فسیلی به​جا مانده از آغاز پیدایش عالم است که نور ساطع شده از آن پس از میلیاردها سال پیمودن فضا، امروز به تلسکوپ‌های اخترشناسان رسیده است. هر یک از این اختروش‌ها در مراحل بعدی تکامل خود به یک کهکشان تبدیل شده‌اند. اگر ناظری چند میلیارد سال نوری با کهکشان ما فاصله داشته باشد و امروز تلسکوپ خود را به سمت ما نشانه رود کهکشان مارپیچ ما را نه به شکل زیبای امروزی که به‌صورت اختروشی بی‌اندازه نورانی می‌بیند.

2 ـ اول مرغ بود یا تخم‌مرغ؟

زمستان سال 1390 سیاهچاله‌ای با جرم باورنکردنی 17 میلیارد برابر جرم خورشید، واقع در کهکشان ان.جی.سی 1277 و در فاصله 220 میلیون سال نوری از زمین کشف شد. این سیاهچاله، سنگین‌ترین سیاهچاله‌ای است که تا امروز می‌شناسیم، اما آنچه توجه دانشمندان را به خود جلب کرد این که این سیاهچاله غول‌پیکر حدود 14 درصد از جرم کهکشان مادر خود را تشکیل می‌دهد، در حالی که نسبت فوق در کهکشان‌های دیگر کمتر از یک درصد است. تا پیش از این دانشمندان تصور می‌کردند سیاهچاله‌ها تنها با مرگ ستارگان بزرگ در مرکز کهکشان‌ها به وجود می‌آیند.

جرم فوق‌العاده زیاد آنها هر جرمی را که در شعاع مشخصی از آنها قرار گیرد به درون خود می‌کشد و سیاهچاله به مرور زمان با مکیدن ستارگان و دیگر اجرام آسمانی بزرگ و بزرگ‌تر می‌شود. ولی کشف سیاهچاله جدید دانشمندان را با این سوال روبه‌رو کرده است: اول کهکشان‌ها به وجود می‌آیند یا سیاهچاله‌ها؟

به عبارت دیگر تصور این که سیاهچاله‌ای در مرکز یک کهکشان تشکیل شود و قادر باشد پس از پیدایش، 14 درصد از جرم کهکشان مادر خود را ببلعد برای اخترشناسان بسیار دور از ذهن است.

حالا سه نظریه در مورد تشکیل سیاهچاله‌ها وجود دارد. نظریه اول و دوم اولویت را به ترتیب به کهکشان‌ها و سیاهچاله‌ها می‌دهند و نظریه سوم پیدایش کهکشان‌ها را همزمان با ایجاد سیاهچاله‌ها در دل آنها می‌داند.

دانشمندان امیدوارند این چالش در نهایت به درک بهتری از نحوه ایجاد کهکشان‌ها و سیاهچاله‌ها منجر شود.

مسعود توکلی - جام​جم