فیزیکدانان در مرکز کهکشان به دنبال نیروی پنجم طبیعت هستند

 برداشت فعلی مان از جهان نشان می دهد که با چهار نیروی بنیادی اداره می شود: گرانش، الکترومغناطیس و نیروهای هسته ای قوی و ضعیف. اما اشاراتی به پنجمین نیروی طبیعت شده است و اگر این نیرو وجود داشته باشد، نه تنها می توانیم حفره های باقی مانده در نسبیت عام اینشتین را پر کنیم –باید در مورد برداشتمان از عملکرد واقعی کیهان تجدید نظر کنیم.

 چهار نیروی طبیعت مدل استاندارد فیزیک را در کنار هم قرار می دهند، یعنی برای توضیح و پیش بینی رفتار ذرات و ماده در جهان از چه چیزی استفاده می کنیم. در کوچکترین انتهای مقیاس دو نیروی هسته ای وجود دارد – “نیروی هسته ای قوی” هسته های اتمی را در مکان نگه می دارد و “نیروی هسته ای ضعیف” باعث می شود اتم های خاص تجزیۀ رادیواکتیو را تحمل کنند.

گرانش و نیروی الکترومغناطیسی در انتهای بزرگتر مقیاس قرار دارند – نیروی الکترومغناطیسی برای نگه داشتن مولکول ها لازم است، درحالی که گرانش تضمین می کند کل کهکشان ها و سیارات از یکدیگر جدا نیستند. همه چیز خیلی تمیز و محسوس است، اما یک مشکل وجود دارد – به طرق مختلف گرانش «یک چیز عجیب و غریب» در این گروه خیلی مهم است. به یک دلیل، گرانش آخرین نیروی بنیادی است که انسان ها متوجه نشده اند چگونه تولید و کنترل می شود.

همچنین گرانش همه چیز را توضیح نمی دهد – مطالعات نشان می دهد که گرانش بیشتری در کیهان ما وجود دارد که توسط ماده ای غیر قابل رویت، تولید می شود. ماهیتی که برای توضیح این شکاف استفاده می کنیم – یک حفره که ماده تاریک نامیده می شود – دقیقأ در این زمینه کمک نمی کند زیرا حتی بهترین تکنولوژی نیز نمی تواند ردی از آن پیدا کند. به لطف ناتوانی مان در درک ماده تاریک، برخی از فیزیکدانان (به طور بحث برانگیزی) سعی دارند گرانش را به عنوان یک نیروی بنیادی در نظر بگیرند.

اما بجای حذف دائمی یکی از نیروهای بنیادی طبیعت با این امید که جهان بدون آن معنای بیشتری خواهد داشت، چه می شود اگر یک نیروی پنجم را اضافه کنیم که گرانش را به نیروهای دیگر پیوند دهد به گونه ای که قبلأ هرگز تصورش را نمی کردیم؟ آندره قز، رئیس دانشگاه کالیفرنیا، گروه مرکز کهکشانی لس آنجلس گفت: «نظریۀ اینشتین، گرانش را به زیبایی توصیف می کند، اما شواهد زیادی وجود دارد که نشان می دهد این نظریه شکاف هایی دارد. وجود صرفِ سیاهچاله های ابرپرجرم به ما می گوید که نظریات فعلی در مورد چگونگی عملکرد کیهان نمی تواند توضیح دهد یک سیاهچاله واقعأ چیست!»

قز و گروهش بر روی این نیروی پنجم فرضیِ طبیعت کار می کنند و به نظرشان بهترین مکان برای جستجو جایی از کیهان است که در آن تأثیر گرانش خیلی قوی باشد زیرا بدین ترتیب علایم یک چیزِ اضافی راحت تر شناسایی می شود. با تجزیه و تحلیل تصاویر دقیق از قلب کهکشان راه شیری که در رصدخانۀ کک در هاوایی گرفته شده، محققان می توانند مدارهای ستارگان در نزدیکی سیاهچالۀ ابرپرجرم در کهکشانمان را ردیابی کنند. بر اساس این مسیرها، آنها می توانند تأثیر مستقیم گرانش بر حرکات ستارگان را اندازه گیری کنند و ببینند چیزی وجود دارد یا خیر.

مدار دو ستارۀ S0-2 و S0-38 واقع در نزدیکی سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری برای سنجش نظریۀ نسبیت عام اینشتین و مدل های گرانشی جدید بررسی شد.

قز می گوید: «این کار واقعأ هیجان انگیز است. مطالعۀ ستارگان در مرکز کهکشانمان یک روش جدید برای مشاهده کارکرد گرانش است. با تماشای ستارگان به مدت 20 سال با استفاده از اندازه گیری های دقیق برگرفته از داده های رصدخانه کک، می توانید چگونگی عملکرد گرانش را ببینید.» این گروه علاقه خاصی به رویدادی دارد که قرار است سال آینده اتفاق بیفتد، یعنی زمانیکه ستارۀ S0-2 از همیشه به سیاهچالۀ ابرپرجرم کهکشان ما نزدیکتر می شود و با حداکثر قدرت گرانشی کشیده می شود. قز می گوید: «اگر چیزی بجز نسبیت عام اینشتین یک انحراف ایجاد کند، اختلافات کوچکی را در مسیرهای چرخش ستارگان مشاهده خواهیم کرد.»

این اولین باری نیست که فیزیکدانان به دنبال شکار پنجمین نیروی طبیعت هستند – سال گذشته، یک تیم جداگانه علایمی از تأثیر نیروی پنجم بر امضای انرژی یک ذرۀ زیراتمی را کشف کردند. محقق ارشد جاناتان فنگ از دانشگاه کالیفرنیا، ایروین گفت: «اگر این قضیه درست باشد، انقلابی در علم برپا خواهد شد.» اگر کشف پنجمین نیروی احتمالی با آزمایشات بیشتر اثبات شود، برداشتمان از کیهان را کاملأ تغییر خواهد داد و نیروها را با ماده تاریک یکی می کند.»

هنوز راه طولانی را برای اثبات وجود این نیرو در پیش داریم، اما این تکنیک جدید اولین باری خواهد بود که دانشمندان به دنبال یک میدان گرانشی با قدرت میدان گرانشی یک سیاهچالۀ ابرپرجرم گشته اند. و حتی اگر نتوانیم یک نیروی طبیعت دیگر را در قلب کهکشان راه شیری مان پیدا کنیم، احتمالأ برداشت بهتری از خود کهکشان بدست خواهیم آورد – چیزی که مدل استاندارد فیزیک به طور جداگانه به آن نیاز دارد. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review Letters منتشر شده است.

ترجمه: سحر الله وردی

منبع: sciencealert.com