جاذبه مرموز ـ بخش پاياني
نيروي ناشناخته كهكشان ها
همه به اهميت خوش اقبالي در اكتشافات علمي معترفند و عاقلانه نيست كه به بخت پيش آمده براي شناخت ردپاي يك زمينه جديد از فيزيك پشت پا بزنيم
|
|
ماركوس چاون
ترجمه: سليمان فرهاديان
در مجامع علمي فيزيك به موند با چشم شك و ترديد مي نگرند، چرا كه تمام شواهد ارائه شده براي آن عمدتا تجربي است. نيتو مي گويد: «هيچ تئوري بنيادي در تاييد آن وجود ندارد. » با اين همه اين تئوري مي تواند نتايج به دست آمده از پايونيرها را تشريح كند. تنها مشكلي كه وجود دارد اين است كه چرا اين تئوري مدار سيارات را نيز تحت تاثير قرار نمي دهد، مخصوصا سيارات اورانوس، نپتون و پلوتون كه در مدار خارجي در حال گردشند. به گفته نيتو، اين اصلي ترين مشكل براي توجيه رفتار مرموز پايونير است. در عين حال وي در جست وجوي عوامل ديگري است. برخلاف سيارات منظومه كه توسط نيروي گرانش به خورشيد مرتبط هستند، كاوشگران پايونير از اين نيروي جاذبه در حال گريزند. «آيا احتمال دارد چيزي وجود داشته باشد كه اجرام خارج از ميدان گرانشي را تحت تاثير قرار دهد، اما بر اجرامي همانند سيارات كه تحت تاثير جاذبه گرانش هستند اثري نداشته باشد؟»
به آينه نگاه كن
هميشه اين احتمال وجود دارد كه اين اختلال شاهدي بر وجود ماده سياه باشد. اگر ماده سياه در سرتاسر كهكشان ما پراكنده باشد مي تواند باعث كاهش سرعت پايونيرها شود. اغلب انواع مواد سياه نظري نمي توانند چنان نيروي شديدي اعمال كنند كه توجيه گر اين اختلاف باشد، زيرا اين مواد فقط از طريق نيروهاي ضعيف گرانشي با مواد معمولي برهم كنش دارند. اما از لحاظ نظري يك احتمال ديگر هم وجود دارد: «ماده آينه اي»
ماده آينه اي كاملا شبيه ماده معمولي است جز اين كه از لحاظ كوآنتومي عكس ماده معمولي رفتار مي كند، همان طور كه دست راست عكس دست چپ است. از آن جايي كه اين ماده برهم كنش بسيار ضعيفي با ماده معمولي دارد مي تواند در تمام قسمت هاي اطراف ما حضور داشته باشد بدون آنكه متوجه حضور آن ها شويم. با اين حال احتمال دارد كه نيروي گرانشي ضعيفي بين اتم هاي معمولي و اتم هاي آينه اي وجود داشته باشد.(P36 New Scientist, 17 Jun .۲۰۰۲ ) به عقيده رابرت فوت و ري ولكاس از دانشگاه ملبورن جاذبه اعمال شده به وسيله چند ماده آينه اي كه جرمي برابر زمين داشته و در سرتاسر منظومه شمسي پراكنده شده براي توجيه اختلال در سرعت پايونير كافي است. نكته مهم تر اين كه اين ماده نمي تواند تاثير قابل توجهي در مدار سيارات داشته باشد. برخلاف پايونيرهاي سبك وزن، سيارات سنگين مي توانند از ميدان جاذبه مواد آينه اي بگذرند بدون آنكه اختلالي در مسير حركت آنان پيش بيايد. موند و ماده آينه اي فقط نمونه هايي از اولين تئوري هاي ارائه شده است. جاي تعجب نيست كه طرفداران هر كدام از اين تئوري ها كه به اختلال در حركت پايونير دقيق شدند، براي توجيه اين اختلال، تفسيري را مبتني بر تئوري خود ارائه كردند.
براي مثال برنارد هايش از انستيتو فيزيك و اختر فيزيك پالوآلتوي كاليفرنيا تئوري ديگري ارائه مي دهد. به جاي جاذبه گرانش قوي كه دور از ذهن به نظر مي رسد وي كاهش در جرم اينرسي را عامل اين كاهش سرعت مي داند. او مي گويد: «اگر اينرسي فضاپيماي پايونير به مقدار جزيي كمتر از ميزان مورد انتظار باشد، همين مقدار جاذبه گرانشي را مي توان عامل شتاب منفي مشاهد شده در نظر گرفت.» در تئوري هايش اينرسي يك خاصيت ذاتي جسم نيست، بلكه نيرويي است توسط ذرات «مجازي» با عمر كوتاه كه در مكانيك كوآنتوم پيش بيني شده است به وجود مي آيد. (New Scientist,3Feb.2001,P22). اما مشخص نيست كه چرا اين ذرات مجازي به موازات دور شدن از خورشيد رفتارشان عوض مي شود. بعضي از نظريات ديگر كه محتاطانه تر برخورد مي كنند، سعي دارند از مرتبط ساختن اين موضوع با ساير موضوعات ناشناخته فيزيك جديد براي تشريح اين اختلال خودداري كنند. آيا احتمال دارد كه معماي پايونير از بعضي جهات به شتاب در انبساط جهان ربط داشته باشد؟ يك تئوري كه در تشريح انبساط شتاب دار جهان به كار مي رود از نوعي انرژي كه Quintessence ناميده مي شود، صحبت به ميان مي آورد. بروس باست از دانشگاه پروتسموت در اين فكر است كه آيا اين انرژي مي تواند به نوعي بر پايونير تاثيرگذار باشد يا خير. در عين حال باست حدس مي زند كه معماي پايونير احتمالا با مسئله مهم ديگري در فيزيك نيز مربوط است: تغييرات ظاهري در كميتي كه ثابت ساختار ظريف (Constant Fine-Structure) ناميده مي شود اين عدد بيانگر ميزان قدرت نيروي الكترومغناطيس و در نتيجه نشان دهنده شدت برهم كنش نور با ماده است. يك گروه تحت سرپرستي جان وب از دانشگاه نيوساوت ولز با مشاهده نور ساطع شده از كوآزارهاي دوردست به شواهدي دست يافت كه بيانگر تغييرات ثابت ساختار ظريف طي ميليون ها سال گذشته است. (New Scientist,11May2002) باست مي گويد: «امكان دارد چيزي كه باعث تغيير در ثابت ساختار ظريف طي ساليان دور شده است امروزه هم از خود اثر يا نشانه اي بر جاي بگذارد. » اين امر كه فيزيكدانان بزرگ براي توجيه اين مسئله ناچارند به حدسيات گنگ و مبهمي متوسل شوند، شايد بيانگر نكته اي باشد. شايد معماي پايونير در نكته اي نهفته است كه ما هنوز براي درك آن آماده نيستيم؛ شايد ما دليل اين امر را فقط زماني درك كنيم كه تئوري جديدي بتواند تمام نيروهاي بنيادي طبيعت را با يكديگر متحد كند. براي مقايسه مي توان از تئوري گرانش اينشتين يا نسبيت عام نام برد كه شباهت بسياري با مورد اخير دارد. هنگامي كه اين تئوري ارائه شد، مسائل غيرمنتظره بسياري از جمله امواج گرانشي و جابه جايي مدار تير حل شد. در عين حال تنها راه ممكن براي كاستن از تعداد احتمالات ممكن و دستيابي به دليل اصلي انجام اندازه گيري هاي دقيق تر اين اثر است. ساير كاوشگران فضايي موجود در لايه هاي بيروني تر منظومه شمسي همانند وويجر و كاسيني كه در راه كيوان و تايتان هستند را نمي توان براي تحقيق در اين مورد به كاربرد چرا كه سيستم پيشرانش آن ها بسيار پيچيده است. چرا كه در حين حركت اين فضاپيماها حركت هاي شتاب دار غيرقابل پيش بيني روي مي دهد كه ميزان آن حداقل ۱۰ برابر شتاب پايونير است و اين امر اندازه گيري اثر گرانشي مورد نظر را غيرممكن مي سازد. اندرسون، نيتو و توريشف براي درك بهتر اين امر ماموريت جديدي را پيشنهاد كرده اند كه طي آن آثار گرانشي غيراستاندارد در خارج از منظومه شمسي مورد بررسي قرار گيرد. نيتو مي گويد بهترين حالت اين است كه اين كاوشگر بتواند شتاب را در چهار جهت مختلف مورد بررسي دقيقي قرار دهد. اگر شتاب در جهت محور چرخش فضاپيما باشد، مسئله اي بسيار طبيعي است. اگر اين شتاب در مسير حركت فضاپيما باشد، بيانگر نوعي جاذبه يا كشش است كه ممكن است از ماده آينه اي نشات گرفته باشد. اگر شتاب در جهت خورشيد باشد بيانگر تغيير در ميزان گرانش است و بالاخره اگر شتاب در جهت زمين باشد، نشان دهنده آن است كه گذشت زمان در پايونيرها كندتر است، همان اثري كه گاهي از آن با عنوان شتاب زمان(time acceleration of) نام برده مي شود.
اگر شتاب مشاهده شده از مسئله اي در خود فضاپيما ناشي شده باشد، گرداندن محور چرخش فضاپيما به اندازه ۱۸۰ باعث مي شود كه شتاب مشاهده شده در خلاف جهت شتاب قبلي باشد. نكته جالبتر آنكه اگر واقعا شتاب غيرعادي وجود داشته باشد، مقدار آن را مي توان با نصب يك دستگاه شتاب سنج در خود فضاپيما اندازه گيري كرد. ساخت چنين فضاپيمايي حداقل ۳۰۰ تا ۵۰۰ ميليون دلار هزينه دربر خواهد داشت. اندرسون مي گويد ساخت و پرتاب چنين فضاپيمايي پنج سال به طول مي انجامد و براي رسيدن به منطقه اي كه شتاب مورد نظر قابل اندازه گيري باشد حداقل بايد پنج سال ديگر صبر كرد. اما نيتو معتقد است كه نه ناسا و نه سازمان فضايي اروپا، هيچكدام مايل نيستند براي ساخت فضاپيمايي هزينه كنند كه منحصرا براي تحقيق در مورد پاسخ اين معما به كار مي رود. بنابراين يك راه براي حل اين مسئله اين است كه از ساير فضاپيماهايي كه پلوتون را پشت سر گذاشته و از منظومه شمسي خارج مي شوند، براي اين منظور استفاده كرد. از همه اينها گذشته، چه سرانجامي در انتظار اين معماست؟ نيتو براي حل آن بسيار اميدوار است: «مطمئن هستم روزي اين ماموريت انجام خواهد شد. » يك دليل اميدواري وي اين است كه علاقه مندي فيزيكدانان به حل اين مسئله روزبه روز بيشتر مي شود. پيش از اين نيز مجله PhysicsReview مقاله اي پنجاه صفحه اي به قلم اندرسون و همكارانش منتشر كرد كه طي آن تمام احتمالات ممكن براي اين مسئله مورد بررسي قرار گرفته بود. چاپ مطلبي چنين طولاني براي نشريات غيرمعمول است. باست مي گويد: «شتاب غيرعادي پايونير بسيار جالب توجه است. همه به اهميت خوش اقبالي در اكتشافات علمي معترفند و عاقلانه نيست كه به بخت پيش آمده براي شناخت ردپاي يك زمينه جديد از فيزيك پشت پا بزنيم. »
۲۰۰۲. New Scientist , 20 Jul
|