وسعت فضا بیشتر از چیزی است که با چشم دیده می شود. از نظر اینکه فضا از چه چیزی ساخته شده است هنوز یک رمز و راز است. ایده داگلاس آدامز نه تنها اندازه عظیم فضا را برجسته می کند، بلکه عدم دانش ما را در مورد اینکه از چه ساخته شده است نیز برجسته می کند.
دانشمندان می گویند تنها ۵ درصد از جهان ما از باریون ها ساخته شده است، بلوک های سازنده اتم ها که جهان محسوس را تشکیل می دهند. ماده تاریک، یک ماده مرموز که فقط از طریق گرانش برهم کنش دارد، حدود ۲۰ درصد را تشکیل می دهد و انرژی تاریک، یک میدان کیهانی که بر همه چیز تأثیر می گذارد، ۷۵ درصد قابل توجهی را تشکیل می دهد. در حالی که ممکن است این داستان علمی تخیلی به نظر برسد، اما با ویژگی های مقیاس بزرگ جهان ما مطابقت دارد.
انرژی تاریک در فضا
در رقص کیهانی، باریون‌ها و ماده تاریک توسط گرانش به یکدیگر جذب می‌شوند و باعث می‌شوند که در کنار هم جمع شوند، در حالی که انرژی تاریک همه چیز را از هم جدا می‌کند. این پویایی نه تنها به انبساط جهان ما دامن می زند، بلکه آن را نیز تسریع می کند. دانشمندان از تلسکوپ پلانک برای تخمین این نرخ شتاب با نقشه برداری تابش پس زمینه کیهانی از انفجار بزرگ استفاده کرده اند. داده های اخیر ماموریت نهایی پلانک وجود ماده تاریک و انرژی تاریک را تقویت می کند، حتی اگر ما هنوز به طور کامل آنها را درک نکرده ایم.
با نگاهی به آینده دور، در صدها میلیارد سال، همه چیز فراتر از نزدیکترین کهکشان های ما دست نیافتنی خواهد بود. با وجود هر گونه پیشرفت تکنولوژی، انسان قادر نخواهد بود به اجرام آسمانی دوردست برسد.
گمانه زنی ها حاکی از آن است که یک تمدن بیگانه پیشرفته در صورتی که از کهکشان های خود بیشتر شود، ممکن است نیاز به استخراج ستاره های دیگر از کهکشان ها داشته باشد. اگرچه این ممکن است دور از ذهن به نظر برسد، اما می توان آن را به عنوان برنامه ریزی دقیق برای طول عمر ستاره ها تلقی کرد.
با کنار گذاشتن افکار زندگی فرازمینی و انرژی تاریک، فضا به طور غیرقابل انکاری گسترده است. جهان، که حداقل ۳۰ میلیارد سال نوری وسعت و به طور بالقوه بی نهایت تخمین زده می شود، عمدتا خالی است. با این حال، آنچه وجود دارد عمدتاً هیدروژن اس
ت.
هیدروژن در فضا
هیدروژن، ساده ترین عنصر، یک الکترون منفرد است که به دور یک پروتون تنها می چرخد. این ۷۵ درصد از تمام اتم های جهان را تشکیل می دهد، از مناطق گرم و متراکم که در آن ستاره ها تشکیل می شوند تا حفره های سرد بین کهکشان ها. با وجود فراوانی آن، بیشتر اتم‌های هیدروژن محدود به فضا به قدری پراکنده هستند که اخترشناسان آنها را اساساً نامرئی می‌دانند. روش های تشخیص بر اساس نوع هیدروژن – یونی، اتمی یا مولکولی متفاوت است.
در اصل، در حالی که فضا ممکن است بی نهایت و عمدتاً خالی به نظر برسد، ترکیب آن، به ویژه شیوع هیدروژن، پیچیدگی و جذابیت را به درک ما از کیهان اضافه می کند.
.برای عمیق تر شدن، آسمان شب را در نظر بگیرید: نمایشی از ستارگان و گاهی اوقات سیارات. سیارات بر خلاف ستارگان دوردست چشمک نمی زند. بومیان استرالیا ده ها هزار سال است که از چشمک ستاره ها برای پیش بینی الگوهای آب و هوا استفاده کرده اند. این رقص آسمانی به کهکشان هایی گسترش می یابد که امواج رادیویی ساطع می کنند، جایی که هیدروژن یونیزه شده این امواج را پراکنده می کند، دقیقاً مانند جو ما که نور ستاره ها را پراکنده می کند.
بی نظمی فضا، فراخوانی مکانیک کوانتومی
در ادامه، فضاهای بین اتم های هیدروژن چطور؟ چه چیزی باعث ایجاد خلاء می شود؟ آیا حداقل مقیاس وجود دارد؟ آیا فضا صاف، با جزئیات بی نهایت، یا از پیکسل های بی نهایت کوچک ساخته شده است؟
فیزیکدان مشهور ریچارد فاینمن اعتراف کرد: “فکر می کنم با خیال راحت بتوانم بگویم که هیچ کس مکانیک کوانتومی را نمی فهمد.” زوم کردن بر روی کوچکترین مقیاس ها حداقل “رزولوشنی” را برای جهان به نام “طول پلانک” نشان می دهد. در این سطح میکروسکوپی، جهان به صورت یک فوم کوانتومی با ذرات «مجازی» ظاهر و ناپدید می‌شوند و از اصول مکانیک کوانتومی پیروی می‌کنند.
با وجود ماهیت متناقض آن، اثرات مکانیک کوانتومی در آزمایشگاه قابل مشاهده است، همانطور که در اثر کازیمیر دیده می شود. هنگامی که دو صفحه نازک به فاصله نانومتر از هم در خلاء قرار می گیرند، فیزیک و منطق متعارف نشان می دهد که بین آنها خالی است. اما، طبق فیزیک کوانتومی، ذرات مجازی کمتری بین صفحات نسبت به خارج از آنها ظاهر می‌شوند و باعث می‌شوند صفحات نیرویی را تجربه کنند که آنها را به هم فشار می‌دهد.
این “انرژی خلاء” ممکن است به ما در درک انرژی تاریک جهان در مقیاس های بزرگ کمک کند. ترکیب انرژی خلاء با انرژی تاریک همچنان یک چالش برای دانشمندان است. در حالی که برخی نظریه ریسمان را پیشنهاد می‌کنند، و پیشنهاد می‌کنند که تمام ماده و انرژی از ریسمان‌های کوچکی به اندازه طول پلانک تشکیل شده‌اند، بدلیل عدم وجود پیش‌بینی‌های قابل آزمایش، تردید وجود دارد.
علیرغم دیدگاه‌های مختلف، دانشمندان توافق دارند که فضای خالی، غیر از خالی بودن، خود را به‌عنوان یک معمای پیچیده و شگفت‌آور نشان می‌دهد.
منابع
