جدید ترین عناوین خبری امروز
مجله علمی کیهان‌شناس

توجه: کلمه عبور به آدرس ایمیل شما ارسال خواهد شد.

وجود جرم منفی در کیهان
فیزیکدانان نتیجه‌گیری کرده‌اند جرم منفی به دلیل نقض قوانین فیزیک جهان، مانند پایستگی تکانه و انرژی، نمی‌تواند وجود داشته باشد. اما از طرفی، تحلیل داده‌های حاصل از آزمایش‌های جدید پیشنهاد می‌کنند که، هرچند برهم‌کنش بین جرم منفی و مثبت رفتار غیرعادی از ماده را نشان خواهد داد اما باعث نقض قوانین فیزیک نخواهد شد...

امکان وجود جرم منفی در کیهان

وجود جرم منفی در کیهان فرضیه‌ای بسیار جالب است که به ماده، اجازه‌ی وجود با علامت مخالف آن‌چه تاکنون مشاهده شده است را، می‌دهد. به‌عنوان مثال، توده‌ای با جرم منفی، به جای 2+ کیلوگرم، می‌تواند 2- کیلوگرم جرم داشته باشد.

کسی از احتمال وجود جرم منفی، مطلع نیست. با این حال، بررسی‌های زیادی برای تعیین ویژگی‌های چنین ماده‌ای انجام شده است. خصوصا، فیزیکدانان نتیجه‌گیری کرده‌اند جرم منفی به دلیل نقض قوانین فیزیک جهان، مانند پایستگی تکانه و انرژی، نمی‌تواند وجود داشته باشد. اما از طرفی، تحلیل داده‌های حاصل از آزمایش‌های جدید پیشنهاد می‌کنند که، هرچند برهم‌کنش بین جرم منفی و مثبت رفتار غیرعادی از ماده را نشان خواهد داد اما باعث نقض قوانین فیزیک نخواهد شد.

کیهان‌شناسان همچنین اثراتی را بررسی کردند که جرم منفی می‌تواند در ساختار فضا-زمان وجود داشته باشد به‌طور کلی، اغلب دانشمندان نتیجه می‌گیرند که، جرم منفی یک فرض اساسی مرتبط با نظریه‌ی نسبیت‌ عام اینشتین را نقض می‌کند و به‌همین دلیل، نباید وجود داشته باشد.

اخیرا، سائوسن ام‌بارک (Saoussen Mbarek) و مانو پارانجپ (Manu Paranjape) از دانشگاه مونترال کانادا، راهی برای وجود جرم منفی پیدا کرده‌اند که با هیچ فرضی مغایرت ندارد. کار آن‌ها، نشان می‌دهد که در صورت وجود یک سازوکار منطقی برای تولید جرم منفی، مثلا برهم‌کنش‌های جفت ذرات با جرم‌های مثبت و منفی در آغاز کیهان، این نوع ماده می‌تواند وجود داشته باشد.

این نتیجه عواقب زیادی دارد زیرا نشان می‌دهد که جفت ذرات ماده با جرم مثبت و منفی پلاسمایی در کیهان تشکیل می‌دهند که پیامدهای مهمی را در آینده‌ی ستاره‌شناسی به‌دنبال خواهد داشت.

نظریه همه‌چیز چیست؟

با کمی پیش‌زمینه شروع می‌کنیم. زمانی که اینشتین، نظریه‌ی نسبیت عام را در سال 1915 منتشر کرد، کارل شوارتزشیلد (Karl Schwarzschild)، فیزیک‌دان آلمانی، فورا به آن نظریه علاقمند شد. او ریاضیات این نظریه را مطالعه کرده و به سرعت، راه‌حلی به غیر از بدیهیات فضای تخت برای معادلات نسبیتی کشف کرد.

راه‌حل شوارتزشیلد، ذات فضا-زمان را به دور یک جرم نقطه‌ای توصیف می‌کند. این توصیف مربوط به راه‌حل مشهور سیاهچاله است که در ورای سطحی به نام افق رویداد پنهان شده است. این موضوع حداقل برای جرم مثبت صادق است.

سیاهچاله‌ها اجرامی هستند که تاکنون بهترین و جامع‌ترین مطالعات کیهان‌شناسی بر روی آن‌ها انجام شده است. جای شگفتی نیست که برای مدت زمان طولانی، سوال “چه میشد اگر جرم، منفی بود؟” در ذهن کیهان‌شناسان نقش بسته است.

مطابق یافته‌های اخیر، برای جرم منفی افق رویدادی وجود ندارد و صرفا باعث پدید آمدن یک تکینگی برهنه (naked singularity) می‌شود. این مسئله عجیب است؛ اما به دلیل سر و کار داشتن زیاد فیزیک‌دانان با تکینگی‌های ریاضیاتی، مشکلی به وجود نمی‌آید.

فیزیک‌دانان چنین تکینگی‌هایی را پیش از این، با بارهای نقطه‌ای در الکترودینامیک تجربه کرده بودند که آن نیز یک تکینگی محسوب می‌شود.

هنگامی که فاصله از یک تکینگی زیاد باشد، فیزیک‌دانان به راحتی آن را نادیده می‌گیرند. همچنین، آن‌ها برای مواقعی که فاصله کم است، سازوکاری طراحی کرده‌اند. ام‌بارِک (Mbarek) و پارانجپ (Paranjape) می‌گویند: «در فواصل نزدیک، ما انتظار داریم که ماهیت یک تک بار، توسط یک چگالی بار متمرکز و غیرتنها از بین برود.»

بنابراین، سخت نیست اگر تصور کنیم با یک عملکرد مشابه بتوان مشکل تکینگی برهنه‌ی به وجود آمده توسط جرم منفی را حل کرد. در واقع، فیزیک‌دانان نظری، طی سال‌های گذشته، نشان دادند که از بین بردن یک تکینگی به این شیوه ساده است.

یک نظریه‌ی بحث‌برانگیز ادعا می‌کند: گذشته، حال و آینده همزمان وجود دارند!

اما نکته‌ای در این‌باره وجود دارد: این مسئله، با نقض فرضی اساسی در نظریه نسبیت عام، امکان‌پذیر می‌شد. به همین دلیل، فیزیک‌دانان به این نتیجه رسیدند که احتمال وجود جرم منفی در کیهان ناممکن خواهد بود.

اما این فرض اساسی چیست؟ معادلات میدان در نسبیت عام هیچ محدودیتی برای حالات ماده و میدان‌های غیرگرانشی که می‌توانند در کیهان وجود داشته باشند قائل نمی‌شوند. اما فیزیک‌دانان به خوبی می‌دانند که برای حل این مشکل باید محدودیت‌هایی برای این حالات قائل شوند.

به همین دلیل، آن‌ها یک فرض اضافی روی نسبیت عام پیاده می‌کنند. این فرض، می‌گوید که تنها حالات خاصی از ماده و میدان‌های غیرگرانشی، قابل قبول هستند. این قضیه به عنوان شرط انرژی شناخته می‌شود.

مشکل جرم منفی، نقض کردن شرط انرژی است. در واقع، فیزیک‌دانان با استفاده از جرم منفی می‌توانند توضیحی برای تولید اجرام عجیب و غیرعادی مانند کرم‌چاله‌ها، ارائه نمایند.

کشف قاطع ام‌بارک و پارانجپ نشان می‌دهد که، جرم منفی می‌تواند بدون نقض شرط انرژی، یک راه حل شوارتزشیلد منطقی به وجود بیاورد. آن ها می‌خواهند که جرم منفی را نه به‌صورت یک جسم جامد، بلکه به‌صورت یک سیال کامل ببینیم که یکی از روش‌های معمول و رایج در نسبیت عام است.

وقتی آن ها معادلات را برای یک سیال کامل حل کردند، متوجه شدند که در این راه حل مانند تمام راه حل‌های دیگر در نسبیت عام، شرط انرژی برقرار است.

این یک نتیجه‌ی فوق العاده با مفاهیم قابل‌توجه است. اولین و آشکارترین مورد این است که، وجود جرم منفی در کیهان کنونی ما محتمل است. تمام چیزی که نیاز داریم، سازوکاری برای تولید جفت ذرات با جرم‌های مثبت و منفی در کیهان آغازین است و این مطمئنا از توان کیهان‌شناسی امروزی خارج نیست.

عجیب‌ترین ایده‌های استیون هاوکینگ درباره‌ی سیاه‌چاله‌ها

اما اینجا ایده‌ی جذابی وجود دارد. اگر جفت ذرات جرم منفی و مثبت وجود دارند یا داشته‌اند، پلاسمایی را تشکیل می‌دهند که می‌تواند امواج گرانشی را جذب کند. ام‌بارک و پارانجپ نتیجه‌گیری کردند: «در تئوری، چنین پلاسمایی می توانست به آشکارسازی امواج گرانشی کمک کند و ضرورتا، برای بسامدهای پایین تر از بسامد پلاسما مبهم می‌بود.»

هیچ‌کس تاکنون امواج گرانشی را ندیده است. اما این، به این معنی نیست که فیزیک‌دانان برای آشکارسازی آن تلاشی نکرده باشند. آن‌ها در چند سال اخیر، آشکارسازهای پیشرفته‌ای برای امواج گرانشی ساخته‌اند و ظاهرا در تلاش بسیاری برای کشف چنین امواج عجیبی هستند.

به دلایلی، میزان حساسیت این دستگاه‌ها از آنچه برای آشکارسازی امواج گرانشی انتظار می‌رفت، پایین‌تر است. اما فیزیک‌دانان، سعی می‌کنند بهانه‌های خود را با افزایش و بهبود میزان حساسیت این دستگاه ها در طی زمان، کنار بگذارند. این آشکارسازها یا به زودی امواج گرانشی را آشکار می‌کنند یا فیزیک‌دانان را با کار هیجان انگیز و خجالت‌آور توضیح مشکلات به وجود آمده، تنها می‌گذارند.

وجود پلاسمایی با جفت ذرات جرم مثبت و منفی یک چنین توضیحی است. و همانطور که ام‌بارک و پارانجپ پیش‌بینی می‌کنند، مدرک آن کشف یک حد بسامد است که امواج در بالای آن منتشر می‌شوند.

بنابراین، یک سوال جالب این است که این حد بسامد چقدر است و آیا بازه‌ی حساسیت دستگاه‌های کنونی در حال کار، شامل آن می‌شود یا خیر.


مترجم: هانیه الزهرا بوداغی/ ویراستار: علی کریمی/ تحریریه‌ی رسانه‌ی علمی کیهان‌شناس

منبع: medium.com

 دسته‌ها:
avatar
  Subscribe  
Notify of

رصد و اکتشافات فضایی

عبور سیارک
عبور سیارک بزرگی در روز ۱۰ آگوست از نزدیکی زمین
99
نظریه‌های توطئه‌ی ماه
مهم‌ترین نظریه‌های توطئه‌ی ماه و بررسی آن‌ها
136
ماموریت فرود بر روی ماه
ماموریت فرود بر روی ماه «آپولو۱۱» نشان داد که موجودات فرازمینی فراتر از داستان‌های علمی‌تخیلی هستند
148
تمدن‌های فرازمینی
تمدن‌های فرازمینی از چه راه‌هایی می‌توانند با ما ارتباط برقرار کنند؟
106
دو سیاره شبیه به زمین در اطراف ستاره‌ای در نزدیکی ما یافت شد
دو سیاره شبیه به زمین در اطراف ستاره‌ای در نزدیکی ما یافت شد
159

ذرات بنیادی

اولین تصویر درهم‌تنیدگی کوانتومی
دانشمندان از اولین تصویر درهم‌تنیدگی کوانتومی پرده‌برداری کردند
206
ذرات بنیادی چه چیزهایی هستند؟
ذرات بنیادی چه چیزهایی هستند؟
96
فیزیکدانان با به دام انداختن ۱۰ جفت فوتون، رکورد جدیدی را ثبت کردند
فیزیکدانان با به دام انداختن ۱۰ جفت فوتون، رکورد جدیدی را ثبت کردند
109
آیا نیروی پنجم جدیدی در طبیعت یافت شده است؟
آیا نیروی پنجم جدیدی در طبیعت یافت شده است؟
51
نگاهی به آزمایشات فیزیک پیرامون یافتن ذره‌ی روح
نگاهی به آزمایشات فیزیک پیرامون یافتن ذره‌ی روح
173