بزرگترین معماهای جهان

قبل از وقوع “مه‌بانگ”، رخدادهایی چه داشته‌اند و چگونه زندگی در سیاره زمین شکل گرفته است؟ این تنها سؤالاتی هستند که در حال حاضر دانشمندان به آن‌ها پاسخ مشخصی نداده‌اند. در این گزارش، به بررسی ۱۱ سوال علمی بی‌پاسخ می‌پردازیم.

ستاره‌شناسان جان خود را به درک کیهان اختصاص می‌دهند. حوزه‌های اخترشناسی و اخترفیزیک با سرعتی چشمگیر در حال تقدم هستند و نتایج اخیر، مانند نخستین تصویر از یک سیاه‌چاله و مشاهدات بی‌سابقه از کیهان باستانی، را ارائه کرده‌اند.

جهان به اندازه‌ای بزرگ است که تاکنون تنها یک کوچکی اندک از آن را بررسی کرده‌ایم. تخمین زده می‌شود که در کهکشان راه‌شیری تنها ۱۰۰ میلیارد ستاره وجود دارد و تعداد ستاره‌های قابل مشاهده در جهان بیشتر از دانه‌های شن روی زمین است. در اینجا، برخی از بزرگترین اسرار کیهانی که تاکنون پاسخی برای آن‌ها در دست نیست را بررسی می‌کنیم.

۱. بیگانگان کجا هستند؟

تناقض فرمی، که توسط فیزیکدان انریکو فرمی مطرح شده است، این سوال را به وجود می‌آورد: “بیگانگان همه جا چرا حضور ندارند؟” تاکنون، انسان هیچ نشانه‌ی فناورانه از وجود گونه‌های بیگانه باهوش را تشخیص نداده است، و اگر به تکامل کهکشان راه‌شیری فکر کنیم، این امر به نظر عجیب می‌آید.

کهکشان راه‌شیری با سن تقریبی ۱۳ میلیارد سال، محیطی برای رشد و تکامل ستارگان و سیارات است. زمین با چهار میلیارد سال سن، یک سیاره جوان در این کهکشان است. تعداد حدود ۴۰۰ میلیارد ستاره در راه‌شیری وجود دارد و حدود ۲۰ میلیارد از آن‌ها ستارگان مشابه خورشید ما هستند.

برآوردها حاکی از این است که حدود یک پنجم از این ستاره‌ها ممکن است میزبان سیاراتی به اندازه زمین باشند که در مناطق قابل سکونت آن ستاره‌ها واقع شده‌اند. اگر حتی ۰.۱ درصد از این سیارات قابل سکونت حیات را داشته باشند، ممکن است یک میلیون سیاره با حیات در کهکشان ما وجود داشته باشد. با توجه به اینکه زمین یک سیاره جوان است، اکثر این سیارات باید دارای تمدن‌های پیشرفته‌ای باشند که فناوری لازم برای کشف کیهان را پدید آورده‌اند. پس، سوال این است: “با توجه به این شرایط، چرا هنوز بیگانگان را مشاهده نکرده‌ایم؟”

۲. قبل از مه‌بانگ چه اتفاقی افتاد؟

این سوال، که بشریت قرون‌هاست به شکلی با آن درگیر است، امروزه توسط دانشمندان با چندین نظریه بررسی شده است، از جمله نظریه ریسمان که فرضیه‌ای بی‌پایان برای جهان ما ارائه می‌دهد.

نیل دگراس تایسون، یک اخترفیزیکدان مشهور، این سوال را از استیون هاوکینگ مطرح کرده است. هاوکینگ توضیح داده است که قبل از مه‌بانگ، “هیچ چیزی” وجود نداشته است. او معتقد است که جهان بدون مرز است و زنجیره فضا-زمان یک سطح بسته بدون پایان را نماینده می‌شود، مانند یک جسم کروی.

هاوکینگ توضیح داده است:

می‌توان زمان معمولی و واقعی را از قطب جنوب شروع کرد، که نقطه‌ای هموار از فضا-زمان است که در آن قوانین عادی فیزیک برقرار است. در جنوب قطب جنوب، “هیچ چیزی” وجود ندارد، بنابراین پیش از مه‌بانگ، هیچ چیزی در اطراف وجود نداشته است.

۳. انرژی تاریک چیست؟

در دهه ۱۹۲۰، رصد‌های ادوین هابل، ستاره‌شناس بزرگ، نشان داد که جهان در حال انبساط است. در ادامه، دانشمندان انتظار داشتند که متوجه شوند این فرآیند به دلیل اثرات گرانشی در حال کند شدن است. با این حال، در سال ۱۹۹۸، مطالعات نشان داد که انبساط، در واقع، در حال شتاب گرفتن است. نیروی نامرئی که این شتاب را ایجاد می‌کند، به نام انرژی تاریک شناخته می‌شود.

محاسبات بعدی نشان داد که تقریبا ۷۰ درصد از جهان از انرژی تاریک تشکیل شده است و با این حال، هنوز ما اطلاعات کافی در مورد این ماده را نداریم. انرژی تاریک برای تلسکوپ‌ها نامرئی است و هر گونه تشعشع الکترومغناطیسی، اعم از نور مرئی یا دیگر امواج، را نمی‌سازد یا جذب نمی‌کند. ما تنها به دلیل تأثیر گرانشی آن بر حرکات خوشه‌های کهکشانی و ستارگان می‌دانیم که وجود دارد.

اگرچه مطالعه این ماده نامرئی برای تلسکوپ‌ها و چشم انسان بسیار دشوار است، برخی از دانشمندان معتقدند که این ماده از ذرات زیراتمی تشکیل شده است که با ذرات معمولی ماده تفاوت دارند و ایجاد کننده یک نوع ماده است که ما در دنیای مرئی خود نمی‌توانیم تشاهد کنیم.

۴. ماده تاریک چیست؟

مشابه انرژی تاریک، ما فقط اطلاع داریم که ماده تاریک به دلیل تأثیر گرانش آن بر ستاره‌ها و کهکشان‌ها حضور دارد. با این وجود، تخمین زده می‌شود که ۲۵ درصد از جهان را تشکیل می‌دهد. این به این معناست که ماده تاریک و انرژی تاریک با هم حدود ۹۵ درصد از تمام محتوای جهان را تشکیل می‌دهند.

تا کنون، هیچ آزمایشی در زمین مدرک مشخصی از وجود ماده تاریک ارائه نداده است. با این حال، در آینده، رصدخانه‌های فضایی مانند تلسکوپ اقلیدس و تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن قادر به تعیین خصوصیات ماده تاریک و انرژی تاریک خواهند بود.

تلسکوپ اقلیدس نقشه‌ای سه بعدی از کیهان را ارائه خواهد داد، که شامل یک سوم از آسمان شب و تقریباً دو میلیارد کهکشان می‌شود. این نقشه به فاصله حدود ۱۰ میلیارد سال نوری از زمین گسترده می‌شود. امیدواریم که این تصاویر جدید به ما کمک کنند تا درک بهتری از تکامل جهان به مدت ۱۳.۸ میلیارد سال گذشته و نقش ماده تاریک و انرژی تاریک در این فرآیند پیدا کنیم.

۵. ماه چگونه شکل گرفت؟

ماه، که مسئول جزر و مد اقیانوس‌ها است، احتمالاً نقش مهمی در تکامل حیات روی زمین داشته است. با این حال، نحوه به وجود آمدن آن هنوز معلوم نیست. تخمین زده می‌شود که ماه، ۱۰۰ میلیون سال پس از آغاز شکل‌گیری منظومه شمسی، شکل گرفته و چندین نظریه دربارهٔ منشأ آن وجود دارد، با این حال هیچ یک از آن‌ها تاکنون تایید نشده است.

یکی از نظریه‌ها مدعی است که میلیاردها سال پیش، زمین با یک سیاره مشابه مریخ به نام “تئیا” برخورد کرده است. یک مطالعه جدید با شبیه‌سازی‌هایی که جرم، مدار و ترکیب ماه را در نظر گرفته‌اند، نشان داده است که این برخورد ممکن است در عرض چند ساعت به تشکیل ماه منجر شده باشد.

۶. آیا منشا حیات در زمین بوده است؟

احتمالاً حیات روی زمین از نوع خاصی به وجود نیامده باشد. تحقیقات اخیر نشان می‌دهند که سیارک‌ها و شهاب‌سنگ‌ها ممکن است چندین سال پیش، مواد لازم برای ایجاد حیات را از منابع دیگر به زمین آورده باشند.

در سال گذشته، دو واحد از پنج واحد اطلاعاتی DNA و RNA که تاکنون در نمونه‌های شهاب‌سنگ‌ها شناسایی نشده بودند، توسط دانشمندان کشف شدند. این نمونه‌ها حالا نشان می‌دهند که تمام بخش‌های ژنتیکی مورد نیاز برای تشکیل DNA و RNA در شهاب‌سنگ‌ها وجود دارد، که نشان‌دهنده این است که عناصر سازنده حیات ممکن است توسط سنگ‌های فضایی به زمین منتقل شده باشند.

مأموریت‌های نمونه‌برداری از سیارک‌ها، همچون مأموریت هایابوسا-۱ (Hayabusa-۱) از آژانس فضایی ژاپن که در سال ۲۰۱۰ نمونه‌ای جمع‌آوری کرد، همچنین نشان داده‌اند که آب و مواد آلی روی سنگ‌های فضایی حاضر است.

۷. فوران‌های رادیویی سریع چه هستند؟

فوران‌های رادیویی سریع (FRB) پرتوهای شدید و درخشانی از نور هستند که از دور کیهان شناسایی می‌شوند و برای اولین بار در سال ۲۰۰۷ شناسایی شدند. این پرتوها نسبت به کل کهکشان‌ها بسیار درخشان‌تر بوده و می‌توانند انرژی معادل آنچه که خورشید ما در سه روز تولید می‌کند، را در یک لحظه تولید کنند.

هرچند که این پرتوهای رادیوی سریع بسیار درخشان هستند، اما تشخیص آن‌ها به دلیل مدت زمان کوتاهی که دوام می‌آورند، چالش‌برانگیز است. دانشمندان اظهار داشته‌اند که ممکن است روزانه تا ۱۰ هزار FRB از آسمان زمین قابل مشاهده باشد، اما بیشتر آن‌ها شناسایی نمی‌شوند.

منشأ این پرتوها هنوز مشخص نشده است، اگرچه گزینه‌های احتمالی شامل مگنتارها، ستاره‌های نوترونی در حال فروپاشی و کهکشان‌های در حال برخورد می‌شوند. در موارد نادر، برخی از این FRBها سیگنال‌های تکراری ارسال می‌کنند که توجه موسسه جستجوی هوش فرازمینی (SETI) را نیز به خود جلب کرده‌اند.

۸. حباب فرمی چیست؟

حباب‌های فرمی دو ساختار بزرگی هستند که در مرکز کهکشان راه شیری کشف شده‌اند و تقریباً امتداد ۲۰ هزار سال نوری در بالا و پایین صفحه کهکشان دارند. این ساختارها ابتدا در سال ۲۰۱۰ شناسایی شدند و از پرتو‌های گاما و اشعه ایکس با انرژی فوق‌العاده بالا تشکیل یافته‌اند که به سادگی با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند.

بعضی از دانشمندان ارائه داده‌اند که این امواج ممکن است اثرات امواج شوکی باشند که از ستارگانی نشات می‌گیرند و به وسیله‌ی یک سیاهچاله کمان‌ای که در مرکز کهکشان راه شیری واقع شده است، فروپاشیده می‌شوند.

۹. میدان مغناطیسی ماه

یکی از بزرگترین اسرار ماه، تا حدی که الهام بخش فیلم علمی تخیلی کلاسیک “۲۰۰۱: یک ادیسه فضایی” آرتور سی کلارک بود، مرتبط با واقعیت است که فقط بخش‌هایی از پوسته ماه دارای میدان مغناطیسی هستند.

هرچند که دلیل دقیق این پدیده هنوز معلوم نیست، برخی از دانشمندان ارائه داده‌اند که ممکن است این موضوع ناشی از برخورد سیارک‌ها با سطح ماه باشد که مواد مغناطیسی را در نقاطی از پوسته ماه منتشر می‌کنند.

۱۰. چرا تپ اختر‌ها به طور مداوم چشمک می‌زنند؟

تپ اخترها، ستارگان نوترونی هستند که با سرعت بسیار زیاد چرخش می‌کنند و در فواصل زمانی منظم، پرتویی از تابش الکترومغناطیسی را ساطع می‌کنند. این فواصل زمانی به قدری منظم است که با دقت یک ساعت اتمی رقابت می‌کند. این خصوصیات آن‌ها را به ابزاری ارزشمند برای ستاره‌شناسان و اخترفیزیکدانان تبدیل کرده که از آن‌ها برای اندازه‌گیری فواصل در فضا بهره می‌برند.

اولین تپ اختر در سال ۱۹۶۷ کشف شد، اما دانشمندان هنوز مشخص نکرده‌اند که چه عواملی باعث تابش این ستاره‌ها می‌شود. با این حال، در سال ۲۰۰۸، ستاره‌شناسان مشاهده کردند که یک تپ‌اختر خاص به مدت ۵۸۰ روز ناگهان تابش خود را متوقف کرد. در طی مشاهدات، آن‌ها متوجه شدند که این پدیده به نحوی به جریان‌های مغناطیسی مرتبط است که چرخش ستاره را کاهش می‌دهد، هرچند هنوز اصل این جریان‌ها واضح نیست.

۱۱. آیا جهان ما یکی از بسیار مورد است؟

نظریه ریسمان مدعی است که ذرات زیراتمی، واحدهای اساسی سازنده ماده نیستند. به جای آن، همه چیز از رشته‌های بسیار ریز تشکیل شده است که ارتعاشات آن‌ها اثراتی را ایجاد می‌کند که ما آن‌ها را به عنوان اتم، الکترون و کوارک تفسیر می‌کنیم. این ایده، امکان وجود تعداد نامتناهی از ابعاد را فراهم می‌کند و نشان می‌دهد که جهان ما تنها یکی از بسیاری از حالات ممکن است.

در صورت اثبات نظریه ریسمان، دانشمندان قادر به ادغام قوانین نظریه نسبیت و مکانیک کوانتوم خواهند بود و همچنین به سوالاتی از جمله اینکه چه چیزی در مرحله‌ی پیش از مه‌بانگ رخ داده است، پاسخ خواهند داد. اما چالش اینجاست که نظریه ریسمان اولین بار در دهه ۱۹۶۰ مطرح شد، اما تاکنون دانشمندان قادر به ارائه مدارک مشخصی برای اثبات این نظریه نشده‌اند.