ទ្រឹស្តីអំពីថាមពលងងឹត និងរូបធាតុងងឹត
សកលលោកដែលយើងសង្កេតឃើញ — ផ្កាយ ភព ឧស្ម័នអន្តរតារា និងកាឡាក់ស៊ី — តំណាងឱ្យតែប្រភាគតូចមួយនៃសកលលោកប៉ុណ្ណោះ។ ចាប់តាំងពីចុងសតវត្សរ៍ទី 20 មក អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រលោហធាតុកាន់តែជឿជាក់ថាសមាសធាតុធំបំផុតនៃសកលលោកគឺពិតជាមើលមិនឃើញចំពោះយើង។ ពាក្យពីរដែលកើតឡើងជាញឹកញាប់នៅក្នុងការពិភាក្សានេះគឺ រូបធាតុងងឹត និងថាមពលងងឹត។ ទាំងពីរគឺជា "ងងឹត" ពីព្រោះវាមិនបានបញ្ចេញ ស្រូបយក ឬឆ្លុះបញ្ចាំងពន្លឺតាមរបៀបដែលងាយស្រួលរកឃើញនោះទេ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ តួនាទី និងលក្ខណៈសម្បត្តិដែលសង្ស័យរបស់ពួកវាគឺខុសគ្នាខ្លាំងណាស់។ អត្ថបទនេះពិភាក្សាអំពីទ្រឹស្តីសំខាន់ៗអំពីរូបធាតុងងឹត និងថាមពលងងឹត ភស្តុតាងសង្កេតដែលគាំទ្រពួកវា និងបញ្ហាប្រឈមដែលវិទ្យាសាស្ត្រសម័យទំនើបនៅតែប្រឈមមុខ។
ហេតុអ្វីបានជាយើងត្រូវការគំនិតនៃ "ភាពងងឹត"?
នៅក្នុងលោហធាតុវិទ្យា ទ្រឹស្តីនានាត្រូវតែស្របនឹងទិន្នន័យសង្កេត។ នៅពេលដែលតារាវិទូវាស់ល្បឿនបង្វិលនៃកាឡាក់ស៊ី របៀបដែលពួកវាពត់ពន្លឺ (កែវយឹតទំនាញ) និងលំនាំវិទ្យុសកម្មដែលនៅសេសសល់ពី Big Bang (Cosmic Microwave Background/CMB) លទ្ធផលបង្ហាញថាមាន "អ្វីមួយ" បន្ថែមដែលជះឥទ្ធិពលដល់ទំនាញផែនដី និងការវិវត្តនៃសកលលោក។ ប៉ុន្តែ "អ្វីមួយ" នោះហាក់ដូចជាមិនមែនជារូបធាតុភ្លឺដូចផ្កាយនោះទេ។
ម៉្យាងវិញទៀត នៅលើមាត្រដ្ឋានលោហធាតុដ៏ធំសម្បើម ការសង្កេតឃើញស៊ូពើណូវ៉ាប្រភេទ Ia នៅចុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1990 បានបង្ហាញពីការពិតដ៏គួរឱ្យភ្ញាក់ផ្អើលមួយ៖ ការពង្រីកសកលលោកមិនថយចុះទេ ប៉ុន្តែផ្ទុយទៅវិញកំពុងបង្កើនល្បឿន។ ដើម្បីពន្យល់ពីការបង្កើនល្បឿននេះ គេត្រូវការសមាសធាតុមួយដែលមានសម្ពាធអវិជ្ជមាន ដែលកំពុងជំរុញឱ្យលំហ-ពេលវេលាពង្រីកលឿនជាងមុន។ សមាសធាតុនេះក្រោយមកត្រូវបានគេដាក់ឈ្មោះថា ថាមពលងងឹត។
រូបធាតុងងឹត៖ ទ្រឹស្តីសំខាន់ៗ និងភស្តុតាង
១. ខ្សែកោងបង្វិលកាឡាក់ស៊ី
ភស្តុតាងបុរាណមួយសម្រាប់រូបធាតុងងឹតបានមកពីការវាស់វែងនៃខ្សែកោងបង្វិលនៃកាឡាក់ស៊ីរាងជាវង់។ យោងតាមទំនាញផែនដីញូតុន ល្បឿនរបស់ផ្កាយដែលវិលជុំវិញចំណុចកណ្តាលនៃកាឡាក់ស៊ីគួរតែថយចុះជាមួយនឹងចម្ងាយកើនឡើងពីចំណុចកណ្តាល។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ផ្ទុយពីនេះត្រូវបានគេសង្កេតឃើញ៖ ល្បឿនមានទំនោរនៅតែខ្ពស់ និង "រាបស្មើ" ឆ្ងាយពីគែមកាឡាក់ស៊ី។ នេះបង្ហាញថាមានម៉ាស់បន្ថែមចែកចាយយ៉ាងទូលំទូលាយ ដែលបង្កើតជាហាឡូរូបធាតុងងឹតជុំវិញកាឡាក់ស៊ី។
២. កែវយឹតទំនាញ
យោងតាមទ្រឹស្តីរ៉ឺឡាទីវីតេទូទៅ ម៉ាស់ធ្វើឱ្យលំហអាកាសពត់ ដូច្នេះពន្លឺដែលឆ្លងកាត់ជិតម៉ាស់ធំមួយត្រូវបានពត់។ នៅក្នុងប្រព័ន្ធលោហធាតុជាច្រើន (ចង្កោមកាឡាក់ស៊ី កាឡាក់ស៊ីតែមួយ) ផលប៉ះពាល់នៃការថតចម្លងទំនាញបង្ហាញពីបរិមាណម៉ាស់ច្រើនជាងអ្វីដែលអាចពន្យល់បានដោយរូបធាតុភ្លឺ។ ឧទាហរណ៍ដ៏ល្បីល្បាញមួយគឺចង្កោមគ្រាប់កាំភ្លើង ដែលការចែកចាយម៉ាស់ (តាមដានតាមរយៈថតចម្លងទំនាញ) ត្រូវបានបំបែកចេញពីឧស្ម័នក្តៅភ្លឺ (ឃើញក្នុងកាំរស្មីអ៊ិច)។ បាតុភូតនេះត្រូវបានចាត់ទុកថាជាការគាំទ្រយ៉ាងខ្លាំងចំពោះការពិតដែលថារូបធាតុងងឹតគឺជាសមាសធាតុពិតប្រាកដ ជាជាងការយល់ច្រឡំអំពីទំនាញផែនដី។
៣. វិទ្យុសកម្មផ្ទៃខាងក្រោយលោហធាតុ (CMB) និងរចនាសម្ព័ន្ធទ្រង់ទ្រាយធំ
CMB រក្សាបាននូវ "ដាន" នៃលក្ខខណ្ឌនៅក្នុងសកលលោកដំបូង។ គំរូប្រែប្រួលតិចតួចនៅក្នុង CMB នៅពេលវិភាគ ផ្តល់នូវការប៉ាន់ស្មាននៃសមាសភាពនៃលំហអាកាស។ លទ្ធផលគឺស្របនឹងគំរូដែលបង្ហាញថាសកលលោកត្រូវបានផ្សំឡើងពីរូបធាតុធម្មតាប្រហែល 5% រូបធាតុងងឹតប្រហែល 27% និងថាមពលងងឹតប្រហែល 68% (ចំនួនអាចប្រែប្រួលបន្តិចបន្តួចអាស្រ័យលើសំណុំទិន្នន័យ)។ រូបធាតុងងឹតក៏ជួយពន្យល់ពីរបៀបដែលរចនាសម្ព័ន្ធលំហអាកាស - ពីកាឡាក់ស៊ីរហូតដល់ខ្សែស្រឡាយយក្ស - អាចបង្កើតបានលឿនដូចដែលបានសង្កេតឃើញ។
បេក្ខជនសារធាតុងងឹត៖ ពីភាគល្អិតថ្មីដល់ប្រហោងខ្មៅដើម
ទ្រឹស្ដីរូបធាតុងងឹតដ៏ពេញនិយមបំផុតសន្មតថាវាជាទម្រង់នៃរូបធាតុក្នុងទម្រង់ជាភាគល្អិតដែលយើងមិនទាន់បានរកឃើញនៅក្នុងរូបវិទ្យាភាគល្អិត។
១. WIMP (ភាគល្អិតធំៗដែលមានអន្តរកម្មខ្សោយ)
WIMPs ធ្លាប់ត្រូវបានចាត់ទុកថាជាបេក្ខជនឈានមុខគេ ពីព្រោះតាមទ្រឹស្តីវាអាចលេចឡើងនៅក្នុងគំរូរូបវិទ្យាភាគល្អិតដែលបានពង្រីក និងបង្កើតដង់ស៊ីតេលោហធាតុ "ត្រឹមត្រូវ" ដោយធម្មជាតិ (ជារឿយៗត្រូវបានគេហៅថា "អព្ភូតហេតុ WIMP")។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ការពិសោធន៍រកឃើញដោយផ្ទាល់ផ្សេងៗ (ឧទាហរណ៍ ការប្រើប្រាស់ឧបករណ៍រាវរកក្រោមដី) រហូតមកដល់ពេលនេះបានបរាជ័យក្នុងការស្វែងរកសញ្ញាដែលគួរឱ្យជឿជាក់។
២. អាកស៊ីយ៉ូន
អ័ក្សស៊ីយ៉ូន គឺជាភាគល្អិតសម្មតិកម្មមួយ ដែលត្រូវបានស្នើឡើងដំបូងដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាមួយនៅក្នុងទ្រឹស្តីនៃអន្តរកម្មខ្លាំង (QCD)។ អ័ក្សស៊ីយ៉ូនអាចមានទម្ងន់ស្រាលខ្លាំង ប៉ុន្តែមានចំនួនច្រើន ដោយហេតុនេះរួមចំណែកដល់ម៉ាស់សរុបយ៉ាងច្រើន និងដើរតួជារូបធាតុងងឹត "ត្រជាក់"។
៣. នឺត្រុយណូមាប់មគ
មិនដូចណឺទ្រីណូធម្មតា ដែលមានអន្តរកម្មខ្សោយនោះទេ ណឺទ្រីណូមាប់មគកាន់តែពិបាករកឃើញ។ ប្រសិនបើមាន ពួកវាអាចដើរតួជារូបធាតុងងឹត "ក្តៅ" ដែលជះឥទ្ធិពលដល់ការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធនៅលើមាត្រដ្ឋានជាក់លាក់មួយ។
៤. វត្ថុ MACHO និងវត្ថុតូចៗ
វត្ថុដែលអាចរកឃើញដូចជាភពក្លែងក្លាយ ផ្កាយស្រអាប់ ឬវត្ថុតូចៗផ្សេងទៀត (MACHOs) ត្រូវបានពិចារណា ប៉ុន្តែការស្ទង់មតិមីក្រូឡេនបង្ហាញថាវាមិនមានច្រើនគ្រប់គ្រាន់ដើម្បីពន្យល់ពីរូបធាតុងងឹតទេ។ មានគំនិតនៃរន្ធខ្មៅបឋម (ដែលបានបង្កើតឡើងក្នុងសកលលោកដំបូងៗ) ប៉ុន្តែការកំណត់ការសង្កេតធ្វើឱ្យវាពិបាកក្នុងការក្លាយជាការពន្យល់តែមួយគត់សម្រាប់រូបធាតុងងឹតទាំងអស់។
ជម្រើស៖ ការកែប្រែទំនាញផែនដី (MOND និងមិត្តភក្តិ)
ជំនួសឲ្យការបន្ថែមពាក្យ «រូបធាតុដែលមើលមិនឃើញ» អ្នកវិទ្យាសាស្ត្រមួយចំនួនបានស្នើថា ការយល់ដឹងរបស់យើងអំពីទំនាញលើមាត្រដ្ឋានកាឡាក់ស៊ីគឺមានចំណុចខ្វះខាត។ ទ្រឹស្តីដូចជា MOND (Modified Newtonian Dynamics) កែប្រែច្បាប់របស់ញូតុនសម្រាប់ការបង្កើនល្បឿនតូចបំផុត ដែលអនុញ្ញាតឲ្យខ្សែកោងបង្វិលត្រូវបានពន្យល់ដោយមិនប្រើរូបធាតុងងឹត។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បញ្ហាប្រឈមចម្បងសម្រាប់ទ្រឹស្តីទំនាញផែនដីដែលបានកែប្រែគឺការពន្យល់ពីភស្តុតាងទាំងអស់ក្នុងពេលតែមួយ — ជាពិសេសបាតុភូតដូចជា Bullet Cluster និងភាពស៊ីសង្វាក់គ្នានៃ CMB។ មានការវិវឌ្ឍទាក់ទងគ្នានៃ MOND (ឧទាហរណ៍ TeVeS) ប៉ុន្តែរហូតមកដល់ពេលនេះ គំរូរូបធាតុងងឹតមានភាព «ពេញលេញ» ជាងមុនក្នុងការសមហេតុផលចំពោះទិន្នន័យចម្រុះ។
ថាមពលងងឹត៖ តើវាជាអ្វី ហើយហេតុអ្វីបានជាគេគិតថាវាមាន?
ថាមពលងងឹតត្រូវបានស្នើឡើងដើម្បីពន្យល់ពីការពង្រីកខ្លួនយ៉ាងលឿននៃសកលលោក។ នៅក្នុងក្របខ័ណ្ឌនៃទ្រឹស្តីរ៉ឺឡាទីវីតេទូទៅ ការបង្កើនល្បឿននេះអាចបណ្តាលមកពីសមាសធាតុថាមពលដែលមានសម្ពាធអវិជ្ជមាន។ និយាយឱ្យសាមញ្ញទៅ ថាមពលងងឹតកាន់តែច្រើន លំហកាន់តែពង្រីកលឿននៅលើមាត្រដ្ឋានលោហធាតុ។
ភស្តុតាងសំខាន់ៗសម្រាប់ថាមពលងងឹតរួមមាន៖
– ស៊ូពើណូវ៉ាប្រភេទ Ia បម្រើជា “ទៀនស្តង់ដារ” សម្រាប់វាស់ចម្ងាយលោហធាតុ។ ស៊ូពើណូវ៉ាឆ្ងាយៗមើលទៅស្រអាប់ជាងការរំពឹងទុក ប្រសិនបើការពង្រីកថយចុះ។
– លំយោលសូរស័ព្ទ CMB និងបារីយ៉ុង (BAO) ផ្តល់នូវ «បន្ទាត់លំហអាកាស» សម្រាប់តាមដានប្រវត្តិនៃការពង្រីក។
– ការចែកចាយរចនាសម្ព័ន្ធទ្រង់ទ្រាយធំដែលងាយនឹងរងផលប៉ះពាល់ដោយអត្រាពង្រីក។
ទ្រឹស្តីថាមពលងងឹត៖ ពីថេរលោហធាតុវិទ្យារហូតដល់ខ្លឹមសារសំខាន់ៗ
១. ថេរលំនឹងលោហធាតុ (Λ)
ការពន្យល់ដ៏សាមញ្ញបំផុតគឺថេរលោហធាតុវិទ្យារបស់អែងស្តែង៖ ថាមពលកន្លែងទំនេរដែលដង់ស៊ីតេរបស់វានៅតែថេរតាមពេលវេលា។ គំរូស្តង់ដារនៃលោហធាតុវិទ្យាសម័យទំនើបត្រូវបានសរសេរជាញឹកញាប់ថាជា ΛCDM ដែល Λ ជាថាមពលងងឹត និង CDM ជា "រូបធាតុងងឹតត្រជាក់"។ គំរូនេះទទួលបានជោគជ័យគួរឱ្យកត់សម្គាល់ក្នុងការពន្យល់ទិន្នន័យភាគច្រើន។
បញ្ហា៖ នៅពេលដែលអ្នករូបវិទ្យាព្យាយាមគណនាថាមពលសុញ្ញកាសពីទ្រឹស្តីកង់ទិច លទ្ធផលគឺធំជាងអ្វីដែលត្រូវបានសង្កេតឃើញទៅទៀត — ភាពខុសគ្នាអាចខ្លាំង។ នេះត្រូវបានគេស្គាល់ថាជាបញ្ហាថេរលោហធាតុ។
២. ខ្លឹមសារសំខាន់ៗ
នៅក្នុងគំរូនេះ ថាមពលងងឹតមិនមែនជាថេរទេ ប៉ុន្តែវាកើតចេញពីដែនមាត្រដ្ឋានថាមវន្តដែលផ្លាស់ប្តូរតាមពេលវេលា។ នេះអនុញ្ញាតឱ្យដង់ស៊ីតេថាមពលងងឹតវិវត្ត ដែលអាច (តាមទ្រឹស្តី) កាត់បន្ថយ "ភាពចម្លែក" នៃថេរលោហធាតុ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ គំរូនេះត្រូវតែបកស្រាយដោយប្រុងប្រយ័ត្ន ដើម្បីជៀសវាងការផ្ទុយពីទិន្នន័យសង្កេតដែលបង្ហាញពីឥរិយាបថថាមពលងងឹតជិតនឹងថេរ។
៣. ថាមពលងងឹត «ខ្មោច» និង ទ្រឹស្តីរ៉ឺឡាទីវីតេដែលបានកែប្រែ
មានគំរូដែលអនុញ្ញាតឱ្យប៉ារ៉ាម៉ែត្រស្ថានភាពថាមពលងងឹត (w) មានទំហំតូចជាង -1 ("phantom") ដែលអាចនាំឱ្យមានសេណារីយ៉ូធ្ងន់ធ្ងរដូចជា Big Rip។ មានវិធីសាស្រ្តដែលកែប្រែទ្រឹស្តីទំនាញផែនដីលើមាត្រដ្ឋានធំ (ឧទាហរណ៍ ទំនាញផែនដី f(R)) ដូច្នេះការបង្កើនល្បឿនលេចឡើងដោយគ្មានសមាសធាតុថាមពលងងឹតដាច់ដោយឡែក។
បញ្ហាប្រឈម និងទិសដៅស្រាវជ្រាវនាពេលអនាគត
ទោះបីជា ΛCDM បានក្លាយជាគំរូ "ស្តង់ដារ" នៃលោហធាតុវិទ្យាក៏ដោយ សំណួរជាមូលដ្ឋានជាច្រើននៅតែបើកចំហ៖
– តើអត្តសញ្ញាណនៃភាគល្អិតរូបធាតុងងឹតជាអ្វី? ហេតុអ្វីបានជាមិនទាន់ត្រូវបានរកឃើញនៅក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍?
– តើថាមពលងងឹតពិតជាថេរលោហធាតុមែនទេ? ឬក៏វាផ្លាស់ប្តូរទៅតាមពេលវេលា?
– ភាពតានតឹងរបស់ Hubble៖ ការវាស់វែងអត្រាពង្រីកបច្ចុប្បន្ននៃសកលលោក (H0) ពី CMB និងពីការវាស់វែងក្នុងស្រុកជួនកាលមិនត្រូវគ្នាឥតខ្ចោះទេ ដែលបង្កើនលទ្ធភាពនៃរូបវិទ្យាថ្មី។
គម្រោងសង្កេត និងពិសោធន៍ជាច្រើនកំពុងដំណើរការដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហានេះ៖ ការស្ទង់មតិកាឡាក់ស៊ីធំៗ ការវាស់វែងកែវយឹតទំនាញកាន់តែច្បាស់លាស់ ឧបករណ៍ចាប់ភាគល្អិតជំនាន់ថ្មី និងការគូសផែនទីលម្អិតកាន់តែខ្លាំងឡើងនៃ BAOs។ ការរីកចម្រើនផ្នែកកុំព្យូទ័រក៏កំពុងជួយដល់ការក្លែងធ្វើនៃការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធលោហធាតុ ដោយបែងចែករវាងសេណារីយ៉ូរូបធាតុងងឹត និងជម្រើសផ្សេងទៀត។
Penutup
រូបធាតុងងឹត និងថាមពលងងឹត គឺជាគោលគំនិតសំខាន់ពីរដែលបង្កើតការយល់ដឹងសម័យទំនើបរបស់យើងអំពីសកលលោក។ រូបធាតុងងឹតភាគច្រើន "អាចមើលឃើញ" តាមរយៈឥទ្ធិពលទំនាញរបស់វាទៅលើកាឡាក់ស៊ី និងចង្កោមកាឡាក់ស៊ី ខណៈពេលដែលថាមពលងងឹតកើតចេញពីតម្រូវការដើម្បីពន្យល់ពីការពង្រីកខ្លួនយ៉ាងលឿននៃសកលលោក។ ខណៈពេលដែលទាំងពីរមិនត្រូវបានយល់យ៉ាងពេញលេញ គំរូ ΛCDM ដែលរួមបញ្ចូលគ្នាទាំងពីរ បានបង្ហាញឱ្យឃើញពីភាពជោគជ័យគួរឱ្យកត់សម្គាល់ក្នុងការផ្គូផ្គងការសង្កេតជាច្រើន។
ប៉ុន្តែភាពជោគជ័យនេះមិនមែនជាទីបញ្ចប់នៃរឿងនោះទេ។ តាមពិតទៅ “ភាពងងឹត” ដែលគ្របដណ្ដប់លើលំហអាកាសភាគច្រើន បានបង្ហាញថានៅមានស្រទាប់រូបវិទ្យាជាមូលដ្ឋានជាច្រើនទៀតដែលមិនទាន់ត្រូវបានរកឃើញ។ នៅពេលដែលបច្ចេកវិទ្យាសង្កេតកាន់តែមុតស្រួច ហើយការពិសោធន៍ភាគល្អិតកាន់តែមានភាពរសើប យើងកាន់តែខិតជិតទៅរកការឆ្លើយសំណួរធំៗ៖ តើរូបធាតុងងឹតជាភាគល្អិតថ្មី តើថាមពលងងឹតជាលក្ខណៈសម្បត្តិនៃលំហទទេ ឬតើយើងត្រូវកែប្រែការយល់ដឹងរបស់យើងអំពីទំនាញផែនដីខ្លួនឯងដែរឬទេ?
