چین در تلاش است از ماده تاریک به‌عنوان منبع انرژی بی پایان استفاده کند

ماهیت ماده تاریک هنوز به‌عنوان یک معما برای دانشمندان مشخص نیست. با وجود این، چین در یک آزمایشگاه زیرزمینی تلاش می‌کند تا از ماده تاریک به‌عنوان منبع انرژی بی پایان بهره ببرد.

تقریبا یک قرن از اولین‌باری که ایده ماده تاریک مطرح شد می‌گذرد. دانشمندان بسیاری تلاش کرده‌اند تا بتوانند این ماده اسرارآمیز را کشف کنند. هرچند که تاکنون هیچکدام از این تلاش‌ها موفقیت‌آمیز نبوده است. با وجود این، وسوسه دست یافتن به یک منبع انرژی بی پایان اجازه نمی‌دهد که ماده تاریک به‌حال خود رها شود. همین نیز باعث شده که چین بزرگترین آزمایشگاه جهان برای کشف ماده تاریک را بسازد.

تلاش دولت چین برای یافتن ماده تاریک جهان را دگرگون خواهد کرد

هر روز ۱۲ نفر از بهترین دانشمندان فیزیک جهان مسیری ۱۶ کیلومتری را در یک تونل عمیق طی می‌کنند تا به محل کار خود برسند. این تونل در نهایت به یک آزمایشگاه بزرگ می‌رسد که در عمق ۲۴۰۰ متری زمین قرار دارد. در این مکان یک نور ضعیف ساختمانی با دیوارهای سفید رنگ را آشکار می‌کند که روی آن عبارت آزمایشگاه زیرزمینی جین‌پینگ چین نوشته شده است.

در این آزمایشگاه روز و شب بی‌معنی می‌شود. تنها نشانه حیات دانشمندانی هستند که بی‌وقفه به دنبال ماده تاریک می‌گردند. این ماده اسرارآمیز قابل مشاهده نیست؛ اما ظاهرا ۸۵ درصد از کل جهان هستی از ماده تاریک تشکیل شده است. با وجود این، دانشمندان فقط به‌خاطر تاثیر گرانشی ملموس در فضا باور دارند که این ماده وجود خارجی دارد.

نگاهی به اخبار علمی نشان می‌دهد که تلاش چین برای کشف ماده تاریک از سال ۲۰۱۰ آغاز شد. هرچند که در نهایت بزرگترین آزمایشگاه زمینی کشف ماده تاریک در اواخر سال ۲۰۲۳ به مرحله عملیاتی رسید. در این آزمایشگاه افرادی حضور دارند که ۳۰ سال از عمر خود را صرف پیدا کردن ماده تاریک کرده‌اند. آنها متوجه هستند که شاید این ماده اصلا وجود خارجی نداشته باشد؛ اما اگر در نهایت پیدا شود، انقلابی بزرگ در علم فیزیک و البته زندگی انسان ایجاد خواهد کرد.

طبیعتا پیدا کردن ماده تاریک و یک منبع بی پایان انرژی می‌تواند برتری خاصی به چین دهد. اما دانشمندان چطور می‌خواهند ماده‌ای را پیدا کنند که هنوز از ماهیت آن مطمئن نیستند؟ در علم فیزیک یک نظریه کامل به‌نام مدل استاندارد وجود دارد که می‌تواند تمامی جنبه‌های طبیعت، ماده و اتم را توضیح دهد. هرچند این نظریه در برابر ماده تاریک سکوت می‌کند.

تلاش در بزرگترین آزمایشگاه زیرزمینی جهان

ما می‌دانیم که ذرات ماده تاریک تمایل چندانی برای تعامل و واکنش ندارند. چراکه اگر اینگونه بود، حتما می‌توانستیم آنها را ببینیم. به‌عنوان مثال اگر دارای بار الکتریکی بودند، قادر بودیم نور مربوط به آنها و یا نوری که جذب می‌کنند را مشاهده کنیم. اینجاست که آزمایشگاه زیرزمینی چین برای کشف ماده تاریک به‌کار می‌آيد.

تجهیزات آزمایشگاهی بسیار حساس چین فاصله زیادی با سطح زمین دارند. همین نیز باعث می‌شود که از میان هر یک میلیون اشعه خورشید که هر لحظه زمین را بمباران می‌کنند، تنها یک اشعه به آزمایشگاه راه یابد. بدین‌ترتیب این مکان محیطی ایده‌آل برای بررسی ماده تاریک می‌شود.

در آزمایشگاه زیرزمینی چین دو ژانراتور هیدروالکتریک شرایط لازم برای پیشبرد دو پروژه ماده تاریک را فراهم مي‌کنند. پروژه اول آزمایش‌های اخترفیزیکی و ذرات زنون (PandaX) نام دارد و پروژه دوم با نام آزمایش ماده تاریک چین (GDEX) شناخته می‌شود.

به‌همین ترتیب دو ظرف بسیار بزرگ از زنون و ژرمانیم آماده شده‌اند تا ذرات سنگین با برهم‌کنش ضعیف (WIMP) را پیدا کنند. دانشمندان تصور می‌کنند که گازهای زنون و ژرمانیم بهترین گزینه‌ها برای برهم‌کنش با ذرات ماده تاریک هستند. هیچ‌کدام از این دو عنصر به‌صورت آزادانه با مواد دیگر واکنش نشان نمی‌دهند. به‌همین‌خاطر اگر واکنشی بین آن دو رخ دهد، احتمالا به‌خاطر حضور WIMP بوده است.

استفاده همزمان از زنون و ژرمانیم باعث می‌شود که تلاش‌های چین در مسیر یافتن ماده تاریک منحصر‌به‌فرد باشد. مخصوصا اینکه آزمایشگاه‌های LUX-ZEPLIN در آمریکا و XENONnT در ایتالیا تنها به حسگرهای زنون متکی هستند.

دولت چین امیدوار است که پژوهش‌های PandaX آنها را به رهبر جهانی در زمینه ماده تاریک تبدیل کند. البته بخش CDEX هم ظرفیت بالایی دارد، ولی کنترل ژرمانیم در مقیاس بالا کمی سخت به‌نظر می‌رسد. با وجود این، حسگرهای ژرمانیم می‌توانند مواردی را شناسایی کنند که در حسگرهای زنون دیده نمی‌شوند. به‌همین‌خاطر چین هر دو بخش را به‌صورت همزمان پیش می‌برد.

بزرگترین آزمایشگاه ماده تاریک جهان چند کیلومتر زیر زمین ساخته شده است تا بتواند از نویزهای بیرونی در امان باشد. تجهیزات پیشرفته مورد استفاده در این آزمایشگاه قادر نیستند به‌صورت مستقیم ماده تاریک را شناسایی کنند. در واقع حتی می‌توان گفت که ماده تاریک همیشه از درون آنها می‌گذرد؛ اما مسئله اینجاست که ذرات ماده تاریک بسیار به‌ندرت با ذرات زنون و ژرمانیم درون ظرف‌ها برهم‌کنش برقرار می‌کنند.

به‌بیان ساده‌تر دانشمندان حاضر در آزمایشگاه ماده تاریک چین همیشه در حال بررسی سیگنال‌های ثبت‌شده توسط دستگاه‌ها هستند تا بتوانند کوچکترین نشانه از تغییر را مشاهده کنند. این تغییر فوق‌العاده کوچک می‌تواند نشان‌دهنده رخ دادن اتفاقی بین ماده کوچک و تجهیزات حاضر در محل باشد.

چرایی جستجو برای یافتن ماده‌ای نامرئی و اسرارآمیز

شاید تلاش چین برای یافتن ماده تاریک کمی غیرمنطقی به‌نظر برسد؛ اما دانشمندان حاضر در این عرصه قصد دارند مرزهای علم را جابه‌جا کنند. انسان سوال‌های بسیار زیادی در مورد جهان هستی دارد که فقط در صورت وجود ماده تاریک پاسخ خواهند داشت.

به‌عنوان مثال اگر نظریه گرانش بشر درست باشد، کهکشان‌ها باید با سرعتی مشخص بچرخند. هرچند در واقعیت کهکشان‌ها بسیار سریع‌تر حرکت می‌کنند. سرعت چرخش کهکشان‌ها آنقدر زیاد است که با توجه به قوانین فیزیک باید فورا از همدیگر دور شوند، ولی مشاهدات اخترشناسان نشان می‌دهد که آنها کنار همدیگر قرار گرفته‌اند. نظریه‌های کنونی فیزیک نیز نمی‌توانند توضیح دهند که چه‌چیزی باعث این اتفاق شده است.

برخی ماده تاریک را به‌عنوان پاسخ این مسئله مطرح مي‌کنند؛ اما یک گزینه دیگر هم وجود دارد. احتمال دارد که تمامی درک و باور ما از قوانین حرکت و گرانش کاملا اشتباه باشد. در این حالت بهتر است که چین در تلاش خود برای یافتن ماده تاریک موفق شود.

آینده پس از کشف ماده تاریک توسط چین

دانشمندان حاضر در آزمایشگاه زیرزمینی ماده تاریک چین وضعیت کنونی جهان را به‌سال ۱۷۰۰ میلادی تشبیه می‌کنند. در آن زمان بشر می‌دانست که چیزی به‌اسم هوا وجود دارد؛ اما از ترکیبات و ماهیت دقیق آن آگاه نبود. بعدها نیز گروهی تصور می‌کردند یافتن الکترون فایده خاصی ندارد و دانشمندان عمر خود را هدر داده‌اند. هرچند می‌توان گفت که جهان ما بدون کشف الکترون قابل تصور نیست.

دانشمندان آینده‌ای را می‌بینند که در آن بشر از ماده تاریک به‌عنوان سوخت موشک‌ها و سفینه‌های خود استفاده می‌کند. هر ماده‌ای پادماده اختصاصی خود را دارد. برخورد این دو نیز همیشه باعث ایجاد یک نوع انرژی می‌شود. اگر در نهایت مشخص شود که ماده تاریک بار الکتریکی خاصی ندارد، خودش در نقش پادماده ظاهر می‌شود. در این‌صورت برخورد دو ذره ماده تاریک می‌تواند انرژی زیادی را آزاد کند.

حتی برخی افراد پیش‌بینی می‌کنند که اگر چین در یافتن ماده تاریک موفق شود، در طول هزار سال آینده بشر آن را کاملا جایگزین انرژی‌های دیگر موجود کند. به‌‌صورتی که حتی جاروبرقی شما با ماده تاریک روشن شود. البته گروهی تصور می‌کنند که بشر در نهایت از ماده تاریک فقط برای پروژه‌های مهم خود استفاده کند؛ زیرا حجم ماده تاریک موجود در زمین بی‌نهایت نیست. هرچند این باور نیز مخالفان خاص خود را دارد.

بشر توانست در کمتر از ۱۰۰ سال از راندن درشکه به سفرهای فضایی برسد. بنابراین بعید نیست که تا ۱۰۰۰ سال دیگر امکان انجام سفرهای میان ستاره‌ای نیز فراهم شود. در این حالت ما دیگر محدود به کره زمین نخواهیم بود. ما می‌توانیم به نقاطی از جهان سفر کنیم که حجم بسیار زیادی از ماده تاریک در آنجا وجود دارد.

اخیرا در اخبار نجوم گفته شده بود که تعدادی ستاره جوان به منبع انرژی بی پایان دست یافته‌اند. این ستاره ها از ذرات انرژی تاریک به‌عنوان سوخت درونی خود استفاده می‌کردند و به‌همین‌خاطر هرگز حتی نزدیک مرگ نمی‌شدند. در این حالت می‌توان آینده مشابهی را برای بشر نیز تصور کرد. روزی که تلاش های چین برای یافتن ماده تاریک جایگاه انسان را در جهان هستی به‌طور کامل تغییر دهد.

بیشتر بخوانید: وجود گرانش بدون جرم ممکن است؛ خداحافظی با ماده تاریک! دانشمندان می‌گویند ماده تاریک هیچ کاربردی در عالم ندارد! اتفاقی غیر منطقی در کیهان: این کهکشان های کوتوله، ماده تاریک ندارند! دستاورد حیرت‌انگیز: دانشمندان راه انجام سفرهای بین ستاره ای را پیدا کردند این پارادوکس های علمی خواب را از چشم دانشمندان گرفته‌اند