ماده تاریک: ماده‌ای که نمی‌توانیم ببینیم

درس کامل را این‌جا ببینید: http://ed.ted.com/lessons/dark-matter-the-matter-we-can-t-see-james-gillies

یونانیان یک فرمول ساده و ظریف برای جهان داشتند: تنها زمین، آتش، باد و آب. مشخص شد چیزهای بیشتری وجود دارند، بسیار بیشتر. ماده قابل مشاهده (که فراتر از چهار عنصر یونانیان است) تنها ۴ درصد از جهان هستی را تشکیل می‌دهد. دانشمند آزمایشگاه سِرن، جیمز گیلیس به ما می‌گوید ۹۶ درصد باقیمانده را چه چیزی تشکیل می‌دهد (ماده تاریک و انرژی تاریک) و این که چگونه شاید بتوانیم آن‌ها را تشخیص دهیم.

درس توسط جیمز گیلیس، انیمیشن توسط TED-Ed.

یونانیان باستان ایدهای عالی داشتند:

جهان هستی ساده است.

از نظر آنها،

تنها چهار عنصر برای ساختن جهان لازم بود:

زمین، هوا، آتش و آب.

به عنوان یک نظریه، زیباست.

سادگی و ظرافت دارد.

میگوید با ترکیب کردن

چهار عنصر اولیه به روشهای مختلف،

میتوانید این تنوع فوقالعاده
در جهان را به وجود آورید.

به عنوان مثال، زمین و آتش،

چیزهای خشک را به وجود میآورند.

هوا و آب، چیزهای خیس.

اما به عنوان نظریه، مشکلی داشت.

چیزی را پیشبینی نمیکرد
که قابل اندازهگیری باشد،

و اندازهگیری، مبنای علم تجربی است.

از آن بدتر این که نظریه اشتباه بود.

اما یونانیان باستان متفکران بزرگی بودند

و در قرن پنجم پیش از میلاد

لئوکیپوس از شهر میلتوس

یکی از پایدارترین
ایدههای علمی را مطرح کرد.

هر چیزی که ما میبینیم

از اجزایی کوچک و غیرقابلتقسیم
به نام اتمها تشکیل شده است.

این نظریه ساده و ظریف است

و نسبت به نظریهی

زمین، هوا، آتش و آب

درستتر است.

قرنها تفکر علمی و آزمایش

ثابت کردهاند که عناصر واقعی

مانند هیدروژن،

کربن و آهن،

میتوانند به اتمها شکسته شوند.

در نظریه لئوکیپوس، اتم کوچکترین

جزء غیرقابلتقسیمی است
که همچنان قابل تشخیص است

مانند هیدروژن،

کربن یا آهن.

تنها مشکل ایدهی لئوکیپوس

این است که اتمها
در واقع قابلتقسیم هستند.

علاوه بر این، مشخص شد ایدهی اتم او

تنها بخش کوچکی از

عناصر سازنده جهان را توضیح میدهد.

چیزی که به نظر میرسد
عنصر معمول جهان باشد،

در واقع بسیار کمیاب است.

اتمهای لئوکیپوس و چیزهایی
که از آنها ساخته شدهاند،

در واقع تنها ۵ درصد

از جهان را تشکیل میدهند.

فیزیکدانها بقیهی جهان،

۹۵ درصد از آن را

به عنوان جهان تاریک میشناسند،

که از ماده تاریک و انرژی تاریک
تشکیل شده است.

چطور این را میدانیم؟

خب، چون ما به چیزها نگاه میکنیم

و آنها را میبینیم.

شاید نسبتاً ساده به نظر برسد،

اما در واقع خیلی عمیق است.

تمام چیزهای ساخته شده از اتم،
قابل دیدن هستند.

نور را بازتاب میدهد
و میتوانیم آن را ببینیم.

وقتی به فضا نگاه میکنیم،

ستارهها و کهکشانها را میبینیم.

برخی از آنها، مثل این یکی
که در آن زندگی میکنیم،

زیبا و مارپیچی هستند و
به آرامی در فضا میچرخند.

وقتی دانشمندان برای اولین بار،

حرکت گروهی از کهکشانها را
در دهه ۱۹۳۰ اندازه گرفتند،

و میزان مواد موجود در آنها را وزن کردند،

غافلگیر شدند.

آنها فهمیدند به اندازه کافی
چیزهای قابل مشاهده

برای کنار هم نگه داشتن
آن گروهها وجود ندارد.

سنجشهای بعدی هر یک از کهکشانها

این نتیجه گیجکننده را تأیید کرد.

در کهکشانها چیزهای
قابل مشاهده کافی وجود ندارند

که جاذبه کافی برای کنار هم
نگه داشتن آنها ایجاد کند.

بر اساس آنچه میبینیم،

آنها باید از هم جدا شوند، اما نمیشوند.

پس باید چیزهایی باشند

که نمیتوانیم ببینیم.

ما آن چیزها را ماده تاریک مینامیم.

امروزه بهترین شواهد وجود ماده تاریک

حاصل از سنجش چیزی است که

تابش زمینه کیهانی نامیده میشود،

تابش پس از مهبانگ،

اما این داستان دیگری است.

تمام شواهدی که داریم

میگویند ماده تاریک وجود دارد

و بیشتر چیزهای سازندهی

آن کهکشانهای زیبا و
مارپیچی را تشکیل میدهد

که آسمانها را پر کردهاند.

پس این ما را به کجا میرساند؟

زمان زیادی است که میدانیم آسمانها

به دور ما نمیچرخند

و ما ساکنین یک سیاره نسبتاً عادی هستیم،

که به دور یک ستاره نسبتاً عادی میچرخد،

در بازوی مارپیچی یک کهکشان نسبتاً عادی.

کشف ماده تاریک ما را

یک قدم از مرکز جهان بودن، به جلو برد.

به ما گفت که چیزهای سازندهی ما

تنها بخش کوچکی از چیزهایی
هستند که جهان را میسازند.

اما نکات دیگری هم بود.

اوایل این قرن،

دانشمندانی که فضای بیرونی
جهان را مطالعه میکنند،

تأیید کردند که نه تنها همه چیزها

در حال دور شدن از هم هستند،

همانطور که چنین انتظاری از جهانی

که با مهبانگ داغ و
متراکم آغاز شد، دارید،

بلکه به نظر میرسد که سرعت انبساط جهان

در حال افزایش است.

دلیل این چیست؟

یا این که نوعی از انرژی

این سرعت را افزایش میدهد،

مثل این که با انرژی،
سرعت یک خودرو را افزایش دهید،

یا این که جاذبه دقیقاً آنطور
که فکر میکنیم، عمل نمیکند.

بیشتر دانشمندان فکر میکنند
دلیل اول درست است،

که نوعی انرژی، موجب
این افزایش سرعت میشود،

و آن را «انرژی تاریک» نامیدند.

بهترین اندازهگیریهای
امروزی به ما امکان میدهند

که بفهمیم چقدر از جهان تاریک است.

به نظر میرسد انرژی تاریک

حدود ۶۸ درصد از جهان

و ماده تاریک حدود ۲۷ درصد
از آن را تشکیل میدهند،

که ۵ درصد را برای ما

و هر چیزی که میتوانیم ببینیم،
باقی میگذارند.

پس این چیزهای تاریک
از چه ساخته شدهاند؟

نمیدانیم، اما نظریهای
به «اَبَرتقارن» وجود دارد،

که میتواند بخشی از آن را توضیح دهد.

ابرتقارن یا به اختصار «سوزی»،

طیف کاملی از
ذرات جدید را پیشبینی میکند،

که برخی از آنها میتوانند
ماده تاریک را بسازند.

اگر شواهدی از سوزی بیابیم،

میتوانیم از درک ۵ درصد از جهان،

چیزهایی که میتوانیم ببینیم،

به درک حدود یک سوم آن برسیم.

برای یک روز کار بد نیست.

در ک انرژی تاریک
احتمالاً سختتر خواهد بود،

اما گمانهزنیهایی در مورد آن وجود دارند

که شاید راه را مشخص کنند.

در میان آنها نظریههایی هستند

که به ایده عالی یونانیان
باستان برمیگردند،

ایدهای که چند دقیقه قبل با آن شروع کردیم،

این ایده که جهان باید ساده باشد.

این نظریهها پیشبینی میکنند
که تنها یک عنصر وجود دارد

که ریشه تمام تنوع فوقالعاده
جهان در آن است،

یک ریسمان ارتعاشی.

ایده این است که تمام ذراتی
که امروزه میشناسیم

تنها هارمونیهای متفاوتی
روی این ریسمان هستند.

متاسفانه، امروزه نظریههای ریسمان

هنوز قابل آزمون نیستند.

اما با توجه به این همه
بخشهای کشف نشده از جهان،

احتمالات زیادی وجود دارد.

آیا اینها باعث میشوند
احساس کوچک بودن کنید؟

نباید اینطور باشد.

در عوض، باید شگفتزده شوید

از این واقعیت که تا آنجا که میدانیم،

شما عضوی از تنها گونههایی در جهان هستید

که قادرند شروع به درک شگفتیهای آن کنند،

و در زمانی زندگی میکنید

که انفجار دانش ما را ببینید.