به گزارش ثریا یک دستاورد علمی جدید منتشر شده در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences نشان می‌دهد که پس از نزدیک به ۱۳.۸ میلیارد سال انبساط بی وقفه، جهان هستی به زودی انقباض آرامی را تجربه خواهد کرد که معنای آن فروپاشی جهان هستی در زمانی زودتر از آن چیزی است که پیش از این تصور می‌کردیم.

در این تحقیق جدید، سه دانشمند تلاش می‌کنند تا ماهیت انرژی تاریک - نیرویی مرموز که به نظر می‌رسد باعث انبساط سریع‌تر کیهان می‌شود - را بر اساس مشاهدات گذشته انبساط کیهانی، مدل سازی کنند. در مدل این تیم، انرژی تاریک یک نیروی ثابت طبیعت نیست، بلکه موجودی به نام quintessence است که می‌تواند در طول زمان پوسیده شود. محققان دریافتند که حتی با وجود اینکه انبساط کیهان برای میلیارد‌ها سال در حال افزایش است، نیروی دافع انرژی تاریک ممکن است در حال ضعیف شدن باشد؛ بنابراین بر اساس مدل این دانشمندان، شتاب کیهان می‌تواند به سرعت در ۶۵ میلیون سال آینده پایان یابد - سپس، در عرض ۱۰۰ میلیون سال، جهان هستی به طور کلی از انبساط خودداری کند، و در عوض وارد دوره‌ای از انقباض آهسته شود که میلیارد‌ها سال بعد از آن پایان می‌یابد.

پل استاینهارت، یکی از نویسندگان این مطالعه و مدیر مرکز علوم نظری دانشگاه پرینستون در نیوجرسی، گفت؛ «تمام این فرآیند می‌تواند به طرز قابل توجهی به سرعت اتفاق بیفتد.» وی در گفتگو با Live Science افزود: «۶۵ میلیون سال پیش بود که سیارک Chicxulub با زمین برخورد کرد و دایناسور‌ها را از بین برد؛ بنابراین در مقیاس کیهانی، ۶۵ میلیون سال زمان بسیار کوتاه است.» در سمت دیگر، اما گری هینشاو، استاد فیزیک و نجوم دانشگاه بریتیش کلمبیا که در این مطالعه شرکت نداشت، به لایو ساینس گفت: «از آنجایی که این مدل تنها به مشاهدات گذشته انبساط وابسته است و به دلیل اینکه ماهیت فعلی انرژی تاریک در کیهان هنوز بسیار پیچیده است، سنجش دستاورد‌های این تحقیق در حال حاضر غیرممکن است.»

معمای انرژی تاریک در جهان هستی ما

از دهه ۱۹۹۰، دانشمندان دریافتند که انبساط کیهان در حال افزایش است و فضای بین کهکشان‌ها در حال حاضر سریعتر از میلیارد‌ها سال پیش گسترش می‌یابد. دانشمندان منبع اسرارآمیز این شتاب را انرژی تاریک نامیدند - موجودی نامرئی که به نظر می‌رسد برخلاف گرانش عمل می‌کند و عظیم‌ترین اجرام کیهان را به جای اینکه به هم نزدیک کند، از هم دورتر می‌کند. اگرچه انرژی تاریک تقریباً ۷۰ درصد از کل جرم-انرژی جهان را تشکیل می‌دهد، اما خواص آن همچنان یک راز است.

یک نظریه رایج، که توسط آلبرت انیشتین ارائه شد، این است که انرژی تاریک یک ثابت کیهانی است - شکل تغییرناپذیری از انرژی که در تار و پود فضا-زمان تنیده شده است. اگر چنین است، و نیروی اعمال شده توسط انرژی تاریک هرگز نمی‌تواند تغییر کند، پس جهان باید برای همیشه به گسترش (و شتاب گرفتن) ادامه دهد. با این حال، یک نظریه رقیب نشان می‌دهد که انرژی تاریک نیازی به ثابت بودن ندارد تا بتواند با مشاهدات انبساط کیهانی گذشته مطابقت داشته باشد. در عوض، انرژی تاریک ممکن است چیزی به نام Quintessence باشد - یک میدان پویا که در طول زمان تغییر می‌کند.

بر خلاف ثابت کیهان‌شناختی، کوئینتسانس، بسته به نسبت انرژی جنبشی و پتانسیل آن در یک زمان معین، می‌تواند دافعه یا جذابه داشته باشد. در طول ۱۴ میلیارد سال گذشته، این عامل در حالت دافعه بود. با این حال، در بیشتر آن دوره، در مقایسه با تشعشع و ماده، سهم ناچیزی در انبساط کیهان داشت. این موضوع حدود پنج میلیارد سال پیش تغییر کرد، زمانی که کوئینتسانس به جزء غالب تبدیل شد و اثر دافعه گرانشی آن باعث افزایش سرعت انبساط جهان شد. استاینهارت می‌گوید: «سوالی که ما در این مقاله مطرح می‌کنیم این است که آیا این شتاب باید برای همیشه ادامه داشته باشد؟ و اگر نه، چه جایگزین‌هایی وجود دارد، و چه زمانی ممکن است اوضاع تغییر کند؟»

مرگ انرژی تاریک

استاینهارت و همکارانش، آنا ایجاس از دانشگاه نیویورک و کازمین آندری از دانشگاه پرینستون، در مطالعه خود پیش‌بینی کردند که چگونه ویژگی‌های کوئینتسانس می‌تواند در چند میلیارد سال آینده تغییر کند. برای انجام این کار، تیم یک مدل فیزیکی از کوئینتسانس ایجاد کرد، که قدرت دافعه و جذابه آن را در طول زمان نشان دهد تا با مشاهدات گذشته انبساط کیهان مطابقت داشته باشد. هنگامی که مدل تیم توانست به طور قابل اعتمادی تاریخ انبساط کیهان را بازتولید کند، آن‌ها پیش بینی‌های خود را به آینده گسترش دادند. هینشاو گفت: «در کمال تعجب، انرژی تاریک در مدل آن‌ها می‌تواند با گذشت زمان از بین برود. قدرت آن می‌تواند ضعیف شود؛ و اگر این کار را به روش خاصی انجام دهد، در نهایت خاصیت ضد گرانشی انرژی تاریک از بین می‌رود و دوباره به چیزی که بیشتر شبیه ماده معمولی است تبدیل می‌شود.»

بر اساس مدل این تیم، نیروی دافع انرژی تاریک می‌تواند در بحبوحه کاهش سریعی باشد که به طور بالقوه میلیارد‌ها سال پیش آغاز شده است. در این سناریو، انبساط شتابان کیهان در حال حاضر کند شده است و به زودی، شاید ظرف حدود ۶۵ میلیون سال، آن شتاب می‌تواند به طور کلی متوقف شود. پس از آن، در عرض ۱۰۰ میلیون سال آینده، انرژی تاریک می‌تواند جذاب شود و باعث شود که کل جهان شروع به انقباض کند. به عبارت دیگر، پس از نزدیک به ۱۴ میلیارد سال رشد، فضا می‌تواند شروع به کوچک شدن کند. استاینهارت در این خصوص گفت: «این یک نوع انقباض بسیار خاص است که ما آن را انقباض آهسته می‌نامیم.» طبق مدل این تیم، چند میلیارد سال انقباض آهسته طول می‌کشد تا کیهان به حدود نیمی از اندازه امروز برسد.

پایان جهان هستی؟

استاینهارت گفت که از این زمان، یکی از دو اتفاق ممکن است رخ دهد. یا کیهان منقبض می‌شود تا زمانی که در یک «انفجار بزرگ» به درون خود فرو می‌ریزد و به فضا-زمان همانطور که ما می‌شناسیم پایان می‌دهد، یا، جهان به اندازه‌ای منقبض می‌شود تا به حالتی مشابه شرایط اولیه خود بازگردد، و یک انفجار بزرگ دیگر - یا یک جهش بزرگ - رخ می‌دهد و یک جهان جدید از خاکستر جهان قدیمی ایجاد می‌کند. در سناریوی دوم (که استاینهارت و همکار دیگرش در مقاله‌ای در سال ۲۰۱۹ در مجله Physics Letters B توضیح دادند)، کیهان از یک الگوی چرخه‌ای از انبساط و انقباض، خرد شدن و جهش پیروی می‌کند که دائماً فرو می‌ریزد و دوباره ساخته می‌شود.

استاینهارت می‌گوید؛ «اگر این ایده درست باشد، پس جهان کنونی ما ممکن است اولین یا تنها جهان نباشد، بلکه آخرین نمونه در یک جریان بی‌نهایت از تولد و مرگ جهان‌ها باشد که قبل از جهان ما منبسط و منقبض شده‌اند. همه این‌ها به ماهیت متغیر انرژی تاریک بستگی دارد.» هینشاو نیز می‌افزاید: «از آنجایی که تمام مشاهدات ما از انبساط کیهانی، از اجرامی می‌آید که میلیون‌ها تا میلیارد‌ها سال نوری از زمین فاصله دارند، داده‌های فعلی فقط می‌توانند دانشمندان را در مورد گذشته کیهان آگاه کنند، نه حال یا آینده آن.» استاینهارت نیز اذعان داشت که متأسفانه هیچ راه خوبی برای آزمایش این سناریو یا اینکه آیا انبساط کیهانی شروع به کند شدن کرده است وجود ندارد؛ بنابراین این ایده هنوز در حد تئوری باقی خواهد ماند.»

منبع: فرارو