جهان «آینۀ تاریک»: جایی که اتم‌ها در آن شکل نگرفته‌اند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از لایوساینس،‌ مادۀ تاریک یکی از بزرگترین اسرار کیهان‌شناسی شناخته می‌شود. شاید سرچشمۀ این مادۀ عجیب «جهان آینۀ تاریکی» باشد که از آغاز زمان با جهان ما مرتبط بوده است. چه می‌شد اگر قلمروی مادۀ تاریک انعکاسی از جهان ما باشد، اما قوانین حاکم در این جهان آینه‌ای متفاوت باشد؟ اخیراً دانشمندان کوشیده‌اند با این مفهوم توضیحی برای ماهیت مرموز مادۀ تاریک پیدا کنند. مادۀ تاریک که گویی باید در جهان به وفور یافت شود، نامرئی است و دانشمندان شواهد مستقیمی از آن به دست نیاورده‌اند.

مادۀ تاریک، ماده‌ای گریزان و ناشناخته است که بخش قابل توجهی از جرم جهان را تشکیل می‌دهد. این موضوع سناریوی گیج‌کننده‌ای را پیش می‌کشد: به ازای هر 1 کیلوگرم مادۀ معمولی، تقریباً 5 کیلوگرم مادۀ تاریک در جهان وجود دارد. برخلاف مادۀ معمولی، مادۀ تاریک با نور یا ماده معمولی برهمکنش ندارد. وجود آن را فقط می‌توان از طریق تأثیرات گرانشی ظریف آن بر روی مادۀ معمولی، مانند حرکات ستارگان در کهکشان‌ها و تشکیل ساختارهای عظیم در بازه‌های زمانی کیهانی، استنباط کرد.

اگرچه ممکن است منطقی به نظر برسد که فرض کنیم به دلیل رفتارهای متفاوت مادۀ معمولی و ماده تاریک، در نهایت باید یکی از این دو بر دیگری تسلط یابد، اما مقادیر هر دو نوع ماده به طرز شگفت‌آوری به هم نزدیک است. این هم‌ترازی شبیه به یک تصادف عجیب و غریب است. برای همین، دانشمندان کوشیده‌اند برای توضیح این پدیده، از احتمال وجود ارتباط پنهان میان مادۀ معمولی و مادۀ تاریک صحبت کنند و بدین منظور نوع جدیدی از تقارن را در طبیعت معرفی کرده‌اند.

فرض پژوهشگران از این قرار است: برای هر فعل و انفعال فیزیکی در مادۀ معمولی، یک همتای آینه‌ای در قلمروی مادۀ تاریک وجود دارد. این تقارن احتمالی می‌تواند فراوانی نزدیک به هم مادۀ تاریک و مادۀ معمولی را توضیح دهد.

در همین زمینه، دانشمندان دست روی اتفاق جالب دیگری نیز گذاشته‌اند. در قلمروی مادۀ معمولی، نوترون و پروتون دارای جرم‌های تقریباً یکسانی هستند که آنها را قادر می‌سازد با هم ترکیب شوند و اتم‌های پایدار ایجاد کنند. اگر یک پروتون کمی سنگین‌تر بود، به سرعت فرو می‌پاشید و تشکیل اتم غیرممکن می‌شد. در یک سناریوی فرضی، این اختلاف جرم می‌تواند منجر به ایجاد یک جهان پر از نوترون‌های شناور و آزاد شود.

دانشمندان می‌گویند که شاید در نسخۀ آینه‌ای مادۀ تاریک، همین کیهان در‌هم‌شکسته وجود داشته باشد. تعامل‌های منحصر به فرد قوانین فیزیکی می‌تواند منجر به به‌وجود‌آمدن پروتون و نوترون با جرم‌های برابر شود. البته شاید در آینۀ مادۀ تاریک همین تعامل‌ها به شکل متفاوتی بروز کنند و باعث شوند که «پروتون تاریک» متلاشی شود و دریایی از «نوترون‌های تاریک» - همان چیزی که به آن مادۀ تاریک می‌گوییم - بر جای بماند.

هرچند این مدل آینه‌ای احتمال برهمکنش‌های پیچیده بین ذرات مادۀ تاریک - از جمله اتم‌های تاریک، شیمی تاریک و جدول تناوبی عناصر تاریک – در نظر می‌گیرد؛ اما محققان تاکید می‌کنند که باید برهمکنش‌های بسیار عجیب را از این مدل کنار گذاشت. اگر ذرات مادۀ تاریک به طور گسترده با یکدیگر تعامل داشته باشند، پیوندشان بین هم بسیار بیشتر از چیزی خواهد شد که درک علمی کنونی ما توان فهمش را داشته باشد. از این رو، احتمالاً بیشتر مواد تاریک از ذرات بدون اثر و خنثی تشکیل شده است که امکان حرکت آزادانه دارند.

تعامل‌های بیشتر (که بازتابی تاریک از جهان شیمایی ما هستند) می‌توانند به طور بالقوه در آینده دانشمندان را قادر سازند که نظریۀ آینۀ تاریک را بیشتر آزمایش کنند. در دوران آغازین جهان، مادۀ معمولی دچار سنتز هسته‌ای (nucleosynthesis) شد، رخدادی که نشانۀ شکل‌گیری عناصر اولیه در پلاسمای هسته‌ای است. اگر نظریۀ آینۀ تاریک درست باشد، این احتمال می‌رود که فرایندی موازی به شکل سنتز هسته‌ای در مادۀ تاریک نیز رخ داده باشد. در مراحل اولیه و پر فراز و نشیب شکل‌گیری جهان، شاید مجاری میان دو قلمروی ماده گشوده شده باشند و شرایطی برای تاثیر متقابل آنها بر هم فراهم شده باشد.

دانشمند می‌توانند با سنجش دقیق سرعت شکل‌گیری عناصر – کاری که رصدخانه‌های کیهان‌شناسی نسل بعد در آرزوی انجامش هستند – شواهدی دربارۀ رابطۀ میان دو قلمروی مادۀ تاریک و مادۀ معمولی کشف کنند و یافته‌هایی دربارۀ جهان تاریک آینه‌ای و مرموز به دست بیاورند.