آیا انرژی تاریک ثابت نیست؟ نتایج تازه DESI شاید سرنوشت جهان را از نو بنویسد

بر فراز کوهی در آریزونا (Arizona)، تلسکوپی با ۵۰۰۰ انگشت رباتیک سه سال تمام به ۱۴ میلیون کهکشان خیره شد. این ابزار هر شب ربات‌های خود را دوباره تنظیم می‌کرد و آن‌ها را با دقتی حتی ظریف‌تر از ضخامت یک تار موی انسان، به سوی بخش تازه‌ای از آسمان نشانه می‌رفت.

نام این ابزار ابزار طیف‌سنجی انرژی تاریک (Dark Energy Spectroscopic Instrument) یا به اختصار دِسی (DESI) است. کار آن شاید در ظاهر خسته‌کننده به نظر برسد؛ مثل بسیاری از آزمایش‌های بزرگ علمی که در ظاهر کاری تکراری و آرام انجام می‌دهند، اما در نهایت می‌توانند جهان‌بینی ما را تغییر دهند: انتقال‌به‌سرخ‌ها (Redshifts) را اندازه بگیر، موقعیت‌ها را نقشه‌برداری کن، بزرگ‌ترین اطلس سه‌بعدی جهان را که تاکنون تلاش شده بساز، و بعد فقط یک سؤال از آن بپرس:

آیا انرژی تاریک (Dark Energy) واقعاً ثابت است؟ و اگر ثابت نیست، آیا باید دانسته‌های خود درباره پایان جهان را بازنویسی کنیم؟

پاسخ مطمئن ۲۵ ساله: بله، انرژی تاریک ثابت است

در حدود ۲۵ سال گذشته، پاسخ کیهان‌شناسان به این پرسش با اعتمادبه‌نفس «بله» بود. انرژی تاریک، یعنی همان فشار مرموز و ضدگرانشی که کیهان را از هم دور می‌کند، مقداری داشت؛ آن مقدار ثابت بود؛ و آن ثابت نامی داشت: لامبدا (Lambda).

وقتی لامبدا را در کنار ماده تاریک سرد (Cold Dark Matter) وارد معادلات آلبرت اینشتین کنید و کمی هم تورم کیهانی (Inflation) به آن بیفزایید، به مدل استاندارد کیهان‌شناسی می‌رسید؛ مدلی که آن را لامبدا ماده تاریک سرد (Lambda Cold Dark Matter) یا ΛCDM می‌نامیم.

این مدل یکی از بزرگ‌ترین موفقیت‌های فیزیک مدرن بوده است. مدل ΛCDM توانسته است پدیده‌های مهمی را با دقت چشمگیر توضیح دهد، از جمله:

• تابش زمینه کیهانی مایکروویو (Cosmic Microwave Background / CMB)، یعنی پس‌تاب باقی‌مانده از جهان آغازین
• نحوه خوشه‌بندی و تجمع کهکشان‌ها
• فراوانی دقیق هیدروژن (Hydrogen) و هلیوم (Helium) که در سه دقیقه نخست جهان پدید آمدند

برای مدتی، این مدل کافی به نظر می‌رسید.

اما حالا شاید دیگر کافی نباشد.

مارس ۲۰۲۵؛ زمانی که پاسخ شروع کرد به شبیه «نه» شدن

در مارس ۲۰۲۵، همکاری علمی DESI دومین مجموعه از نتایج خود را منتشر کرد. از آن زمان، پاسخ به پرسش «آیا انرژی تاریک ثابت است؟» شروع کرد به چیزی شبیه «نه» شدن.

وقتی اندازه‌گیری‌های DESI با داده‌های تابش زمینه کیهانی مایکروویو و چند مجموعه داده مربوط به ابرنواخترها (Supernova Catalogs) ترکیب شد، انرژی تاریک ناگهان چنین به نظر رسید که شاید در طول زمان تغییر می‌کند.

به بیان دیگر، انرژی تاریک شاید:

• ثابت نباشد؛
• در حال تحول باشد؛
• و مقدار یا رفتار آن با گذر زمان کیهانی تغییر کند.

البته این نتیجه هنوز در معنای سخت‌گیرانه علمی، یک کشف قطعی و طلایی نیست. میزان ترجیح آماری این نتیجه بسته به این‌که به کدام نمونه از داده‌های ابرنواخترها بیشتر اعتماد کنیم، تغییر می‌کند. اما نکته مهم این است که دیگر نمی‌توان آن را صرفاً نویز یا خطای آماری ساده دانست.

اگر انرژی تاریک ثابت نباشد، چه اهمیتی دارد؟

اهمیت ماجرا اینجاست: جهانی که احتمالاً در مدرسه درباره آن یاد گرفته‌اید، شاید نسخه‌ای موقت از واقعیت بوده باشد.

آن نسخه از جهان، با ثابت کیهان‌شناسی (Cosmological Constant) ثابت و داستانی مرتب و ظاهراً نهایی درباره سرنوشت کیهان، نسخه‌ای بود که با داده‌های سال ۲۰۰۱ خوب جور درمی‌آمد. اما داده‌هایی که امروز داریم، کم‌کم با داستان دیگری سازگارتر به نظر می‌رسند؛ داستانی که پایان‌های کاملاً متفاوتی برای جهان دارد.

پایان کلاسیک جهان: مرگ گرمایی

سناریویی که احتمالاً درباره سرنوشت کیهان شنیده‌اید، مرگ گرمایی است.

در این تصویر، جهان به‌آرامی و با وقاری سرد و تاریک به سوی خاموشی می‌رود. کهکشان‌ها از افق دید یکدیگر دور می‌شوند، ستاره‌ها سوخت خود را تمام می‌کنند، و کیهان در بازه‌های زمانی چنان عظیم به سوی بیشینه شدن آنتروپی (Entropy) پیش می‌رود که واژه‌هایی مثل «تریلیون» دیگر معنای احساسی خود را از دست می‌دهند.

اما این پایان وابسته به یک فرض کلیدی است: این‌که لامبدا واقعاً لامبدا باشد؛ یعنی یک ثابت، برای همیشه.

اگر انرژی تاریک در حال تغییر باشد، این سناریو دیگر قطعی نیست.

انرژی تاریک متغیر؛ چند پایان متفاوت برای کیهان

اگر انرژی تاریک ثابت نباشد و در طول زمان تغییر کند، فیلمنامه پایان جهان از اساس به هم می‌ریزد. در این صورت، چند پایان متفاوت ممکن است:

۱. شکاف بزرگ؛ جهان از هم پاره می‌شود

اگر انبساط جهان در چند میلیارد سال آینده شدیدتر و شدیدتر شتاب بگیرد، ممکن است جهان به سوی شکاف بزرگ (Big Rip) برود.

در این سناریو، انرژی تاریک سرانجام:

• کهکشان‌ها را از هم می‌درد؛
• سپس منظومه‌های ستاره‌ای را متلاشی می‌کند؛
• بعد حتی اتم‌ها را از هم جدا می‌کند.

۲. رمبش بزرگ؛ جهان دوباره فرو می‌ریزد

اگر انرژی تاریک ضعیف شود، انبساط جهان ممکن است کند شود، متوقف شود و حتی برگردد. در این حالت، جهان شاید وارد مسیر رمبش بزرگ (Big Crunch) شود؛ یعنی همه‌چیز دوباره به سوی فشردگی و فروپاشی کیهانی برود.

۳. رفتاری ناشناخته؛ مدلی که هنوز حتی تصورش را نکرده‌ایم

ممکن است پارامترهای انرژی تاریک به شیوه‌هایی تغییر کنند که ما هنوز حتی برایشان مدل‌سازی دقیقی نکرده‌ایم. در این حالت، پایان جهان می‌تواند چیزی باشد که هنوز نام و تصور روشنی از آن نداریم.

به بیان ساده: هر آخرالزمانی را که دوست دارید انتخاب کنید؛ فعلاً دیگر با اطمینان نمی‌دانیم در کدام جهان زندگی می‌کنیم.

DESI تنها نشانه نگران‌کننده نیست

نکته مهم این است که نتیجه DESI در خلأ علمی ظاهر نشده است. یعنی این‌طور نیست که تنها یک آزمایش عجیب، یک نتیجه غیرمنتظره داده باشد.

چند تنش و ناهنجاری مهم دیگر نیز سال‌هاست کیهان‌شناسی را آزار می‌دهند.

تنش هابل؛ جهان امروز با جهان آغازین موافق نیست

یکی از مهم‌ترین مشکلات، تنش هابل (Hubble Tension) است.

این تنش به اختلاف سرسختانه میان دو روش اندازه‌گیری سرعت انبساط جهان اشاره دارد:

• سرعت انبساط جهان محلی که با استفاده از ابرنواخترها اندازه‌گیری می‌شود؛
• سرعتی که از داده‌های جهان آغازین، به‌ویژه تابش زمینه کیهانی مایکروویو، به دست می‌آید.

مشکل اینجاست که این دو روش به یک پاسخ واحد نمی‌رسند. هر اندازه‌گیری تازه و هر راه‌حل هوشمندانه‌ای که پیشنهاد می‌شود، به‌جای کم کردن اختلاف، آن را بدتر یا پایدارتر نشان می‌دهد.

تنش سیگما-هشت؛ جهان کمتر از پیش‌بینی‌ها توده‌ای است

مشکل دیگر، تنش سیگما-هشت (Sigma-Eight Tension) است.

این تنش به این موضوع مربوط می‌شود که جهان در مقیاس‌های بزرگ چقدر توده‌ای یا کلوخه‌ای است؛ یعنی ماده در ساختارهای بزرگ کیهانی تا چه اندازه تجمع پیدا کرده است.

حدود یک دهه است که این تنش آرام اما پیوسته وجود دارد. پیمایش‌های مستقل بارها نشان داده‌اند که کیهان در مقیاس‌های بزرگ، کمتر از آن چیزی که مدل ΛCDM پیش‌بینی می‌کند، کلوخه‌ای و پرنوسان است.

پس ما فقط با یک ناهنجاری روبه‌رو نیستیم؛ ناهنجاری‌ها جمع شده‌اند.

ناهنجاری‌ها جدا از هم نیستند

برای بخش بزرگی از دوران حرفه‌ای کیهان‌شناسان معاصر، این مشکلات به‌صورت معماهای جداگانه در نظر گرفته می‌شدند. هرکدام صنعت کوچک خود را از توضیح‌ها و راه‌حل‌های پیشنهادی داشتند.

برای مثال، ایده‌هایی مانند:

• انرژی تاریک آغازین (Early Dark Energy)
• ماده تاریک واپاشنده (Decaying Dark Matter)
• گرانش اصلاح‌شده (Modified Gravity)
• مدل‌هایی که در آن‌ها جرم نوترینوها (Neutrino Masses) رفتارهای پیچیده و غیرمعمولی پیدا می‌کند

هرکدام تلاش می‌کردند یک ناهنجاری را حل کنند، بدون آن‌که بقیه مدل را خراب کنند.

برای مدتی، این روش جواب می‌داد. اما حالا دیگر چندان خوب کار نمی‌کند.

چرا؟ چون ناهنجاری‌ها به نظر می‌رسد با هم همبستگی دارند. آن‌ها کم‌وبیش به یک جهت اشاره می‌کنند: این‌که صورت‌بندی استاندارد ما از کیهان‌شناسی شاید اشتباه باشد؛ یا دست‌کم ناکافی باشد.

احتیاط لازم است؛ شاید هنوز اشتباه می‌کنیم

با وجود همه این نشانه‌ها، باید محتاط بود. در علم، به‌ویژه در کیهان‌شناسی، همیشه خطر اشتباه گرفتن نویز با سیگنال وجود دارد؛ آن هم درست در لحظه‌ای که شاید سیگنال واقعی تازه دارد خودش را نشان می‌دهد.

ممکن است انتشار داده‌های سال پنجم DESI (DESI Year Five) این نتیجه را آرام‌آرام عقب بکشد. ممکن است در داده‌ها اثری فنی و نه‌چندان هیجان‌انگیز وجود داشته باشد که بخش زیادی از تنش هابل را توضیح دهد. ممکن است در سال ۲۰۳۰ به این بحث‌ها نگاه کنیم و بخندیم.

اما برخی محققان بعید می‌دانند چنین شود.

آیا در آستانه تغییر پارادایم هستیم؟

آنچه اکنون در کیهان‌شناسی رخ می‌دهد، بیشتر از آن‌که شبیه زنجیره‌ای از معماهای بی‌ربط باشد، شبیه جوش‌وخروش پیش از یک تغییر پارادایم (Paradigm Shift) است.

در فیزیک قبلاً چنین لحظاتی را دیده‌ایم؛ و دوباره هم خواهیم دید.

کتاب‌های درسی، انقلاب‌های علمی گذشته مانند نسبیت (Relativity) و مکانیک کوانتومی (Quantum Mechanics) را تمیز، روشن و گریزناپذیر نشان می‌دهند. اما در واقع چنین نبودند. آن‌ها آشفته، مناقشه‌برانگیز و پر از تردید بودند؛ و فیزیک‌دانانی که در همان زمان زندگی می‌کردند، نمی‌دانستند آیا واقعاً شاهد تولد فیزیک تازه‌ای هستند یا فقط دنبال سایه‌های اشتباه می‌دوند.

اکنون نیز شاید ما در مرحله آغازین یکی از همان لحظه‌ها ایستاده‌ایم. هنوز معلوم نیست این بار با فیزیک جدید طرفیم یا با خطای داده‌ها و برداشت‌ها. اما جذابیت ماجرا دقیقاً همین است: ما قرار است بفهمیم کدام است.

موضوعات مرتبط؛ وقتی کیهان از چارچوب‌های آشنا بیرون می‌زند

در گزارش‌های منتشر شده به چند موضوع مرتبط نیز اشاره شده که همگی نشان‌دهنده گستردگی پرسش‌های بنیادین در فیزیک و کیهان‌شناسی امروزند:

• این ایده که جهان ممکن است سه بُعد زمان داشته باشد (Three Dimensions of Time)
• نظریه‌ای بحث‌برانگیز که می‌گوید جهان پیوسته به خودش فیزیک جدید یاد می‌دهد (The Universe Keeps Teaching Itself New Physics)
• ادعایی مبنی بر این‌که گرانش شاید نشان دهد ما در یک شبیه‌سازی زندگی می‌کنیم (Gravity Proves We Live in a Simulation)

این‌ها لزوماً پاسخ‌های قطعی نیستند، اما نشان می‌دهند پرسش درباره انرژی تاریک و مدل استاندارد کیهان‌شناسی بخشی از بحثی بزرگ‌تر درباره ماهیت واقعیت است.

چشم‌ها به داده‌های بعدی دوخته شده است

اکنون دانشمندان چشم‌انتظار چند مجموعه داده مهم هستند:

• انتشار بعدی داده‌های DESI، به‌ویژه نتایج سال پنجم
• نخستین سال کامل پیمایش رصدخانه ورا روبین (Vera Rubin Observatory)
• مقالات و داده‌های آینده پروژه سی‌ام‌بی-اس۴ (CMB-S4)، که نسل تازه‌ای از مطالعه تابش زمینه کیهانی مایکروویو خواهد بود

اهمیت این داده‌ها فقط در این نیست که قرار است پاسخ نهایی بدهند. اهمیتشان در این است که برای نخستین‌بار در یک‌چهارم قرن گذشته، بسیاری از کیهان‌شناسان واقعاً نمی‌دانند قرار است چه بگویند.

در نهایت، DESI با ۵۰۰۰ بازوی رباتیک خود، طی سه سال ۱۴ میلیون کهکشان را بررسی کرده تا بزرگ‌ترین نقشه سه‌بعدی جهان را بسازد و یکی از مهم‌ترین پرسش‌های کیهان‌شناسی را بیازماید: آیا انرژی تاریک واقعاً ثابت است؟

برای ۲۵ سال، مدل ΛCDM با لامبدای ثابت بهترین پاسخ ما بود. این مدل تابش زمینه کیهانی، ساختار کهکشان‌ها و فراوانی عناصر نخستین را به‌خوبی توضیح می‌داد. اما نتایج تازه DESI، در کنار تنش هابل، تنش سیگما-هشت و چند ناهنجاری دیگر، نشان می‌دهند شاید انرژی تاریک در طول زمان تغییر می‌کند.

اگر چنین باشد، سرنوشت جهان دیگر الزاماً مرگ گرمایی آرام و قابل پیش‌بینی نیست. شاید جهان به سوی شکاف بزرگ برود، شاید روزی دوباره فروبریزد، یا شاید رفتاری در پیش داشته باشد که هنوز مدل نکرده‌ایم.

فعلاً پاسخ قطعی نداریم. اما همین ندانستن، پس از ۲۵ سال اطمینان نسبی، شاید نشانه آغاز فصل تازه‌ای در کیهان‌شناسی باشد.