Big Bang
نظريه انفجار بزرگ بهترين مدلى است كه عالم شناسان از خاستگاه و تحول جهان در اختيار دارند. ولى آيا واقعاً اين تمام داستان است؟ و پيش از آن واقعه عظيم چه اتفاقى افتاد؟
اين بار كه در پى پيدا كردن كانال دلخواهتان در تلويزيون به دكمه كانال ياب تلويزيون تان ور مى رويد، آن قدر آن را فشار دهيد كه در فاصله بين كانال ياب قرار گيريد. خوب به برفكى كه صفحه تلويزيون را مى پوشاند نگاه كنيد. حدود يك درصد آن انرژى ريز موج (microwave energy) است، كه حدود ۱۴ ميليارد سال پيش به صورت حرارت از انفجار بزرگ حاصل شد.
•... در آغاز
از ميان تمام پيشرفت هاى علمى سده اخير، هيچ يك هيبت انگيزتر _ يا مبهوت كننده تر _ از كشف اين مطلب نبود كه جهان ما با انفجار عظيمى آغاز شد و از آن زمان تا كنون همواره در حال گسترش است. اين نتيجه گيرى آنچنان ژرف و اساسى است كه حتى اينشتين، راديكال ترين دانشمند دوران نوين، به زور آن را پذيرفت چگونه عالم مى توانست از هيچ كجا پديد آيد؟ چه كسى ماشه آن را كشيد _ و ماده اى كه هم اكنون شاهدش هستيم از كجا آمد؟
اكنون پس از ده ها سال تلاش اخترشناسان نظرى و رصدى، تازه پاسخ ها براساس مشاهدات عينى و محكم و نه صرفاً انديشه پردازى دارند ظاهر مى شوند. آنها جهانى را ترسيم مى كنند ساخته شده از نيروهايى كه خاستگاه شان چندان معجزه آساتر از گزارش انجيل درباره خلقت به نظر نمى رسد.
كافى است دلتان براى نگاه ساده فيلسوف يونانى ارسطو و سايرين در بيش از دو هزار سال پيش، كه براساس آن عالم بى انتها، ازلى و بلاتغيير است، تنگ شود. قطعاً آلبرت اينشتين زمانى كه گزارشى را پيرامون مفاهيم و نتايج حاصل از نظريه جديد جاذبه يعنى «نسبيت عام» در سال ۱۹۱۷ مى نگاشت، دليلى براى مخالفت با اين پذيرفته ها نداشت. براساس نسبيت عام ماده بافت مكان و زمان اطراف آن را كمانى مى سازد، آثارى را موجب مى شود كه ما آنها را «نيرو»ى جاذبه تعبير مى كنيم. اين فاصله گرفتن حسابى از نظريه نسبتاً مبهم جاذبه بود كه نيوتن ارائه داد و براساس آن نيروى مذكور مثل نوعى كنش نامرئى عمل مى كرد. اينشتين نشان داد كه «نسبيت عام» گزارش دقيق ترى از واقعيت نسبت به مفهوم جاذبه نيوتن لااقل در منظومه شمسى به دست مى دهد و كاملاً از موفقيت آن به هنگام كاربرد در عالم در مجموع اطمينان داشت.
•نظريه هاى جنجالى
وى به سرعت با مشكل بزرگى مواجه شد. اخترشناسان بر اين باور بودند كه عالم ايستا و بلاتغيير است، ليكن معادلات «نسبيت عام» در خالص ترين و شكوهمندترين شكل شان اشاره بدان داشتند كه عالم همه چيز ممكن است باشد مگر ايستا. به نظر آنها برعكس ،عالم بايد در حال گسترش باشد. اينشتين كه از اين نتيجه گيرى به ظاهر مسخره گيج شده بود، واژه ديگرى را وارد معادلاتش كرد، فاكتورى من درآوردى كه بعدها آن را «ثابت جهان شناسى» خواند تا بتواند به كمك «نسبيت عام» جهانى ايستا به وجود آورد. اين نخستين نشانه از مشكلاتى بود كه اينشتين ناچار به دست و پنجه نرم كردن با آنها در رابطه با پرسش هاى پيرامون جهان شناسى بود.
در سال ۱۹۲۲ يك هواشناس روس به نام الكساندر فريدمن كار را تمام كرد و نشان داد كه «نسبيت عام» امكان وجود مجموعه كاملى از جهان هايى را فراهم مى آورد كه نه ايستا و نه بلاتغييرند. اينشتين انتظار آن را داشت كه اين صرفاً يك اشتباه لپى باشد، ولى نتوانست مشكلى در محاسبات فريدمن بيابد و نهايتاً پذيرفت كه «نسبيت عام» امكان وجود جهانى در حال گسترش را مى دهد.
بزرگترين ضربه در سال ۱۹۲۷و زمانى اتفاق افتاد كه عالم شناس و كشيش بلژيكى ژرژ لامتر به همان نتايج نظرى فريدمن رسيد و اشاره كرد كه شواهد محكمى وجود دارند حاكى از آن كه عالم واقعاً در حال گسترش است. اخترشناس وستو اسليفر (Vesto Slipher) از رصدخانه لاول در آريزونا دريافت كه نور «سحابى ها»ى قطره اى در آسمان شب اغلب جابه جايى غريبى به سمت انتهاى سرخ تر _ يا نور با طول موج بيشتر _ طيف نشان مى دهند. اسليفر به اين فكر افتاد كه در واقع شاهد به اصطلاح اثر داپلر است، اثرى كه همگى ما با آن آشنا هستيم و زمانى كه طول موج امواج صوتى سوت پليس به هنگام دور شدن از ما افزايش مى يابد متوجه آن مى شويم. در واقع، او شاهد پديده اى بس ژرف تر از اين بود: كش آمدن نور به خاطر انبساط كل عالم.
•شواهد انبساط
نخستين اشارات در سال ۱۹۲۴ آشكار شدند و آن زمانى بود كه ادوين هابل از رصدخانه ماونت ويلسون در كاليفرنيا نشان داد كه سحابى ها در واقع كهكشان هاى وسيعى بسيار دور از كهكشان ما هستند. پنج سال بعد هابل اقدام به انتشار يكى از مهم ترين نتايج دانش امروز كرد: تصاويرى كه نشان مى داد «جابه جايى هاى قرمز» اين كهكشان هاى دوردست همراه با فاصله آنها از ما به طور ثابت در حال افزايش است. اين فرمول كه امروز آن را تحت قانون هابل مى شناسيم، دقيقاً بيانگر همان رفتارى است كه «نسبيت عام» براى عالم در حال گسترش پيش بينى مى كند.
در اين مباحثه و اختلاف نظر علمى حق با فريدمن و لامتر بود و اينشتين مى دانست كه با سازگار كردن زوركى معادلاتش با باورهاى قديمى در واقع توانايى شگفت انگيزترين پيش بينى در تاريخ علم را از خود سلب مى كرد. اين لامتر بود كه به مفهومى كه كمتر از اين شگفتى آور نبود اشاره كرد: اين كه عالم بايد زمانى با انفجارى بسيار عظيم موجوديت پيدا كرده باشد. وى بعدها به عنوان پدر نظريه «انفجار بزرگ» مورد تحسين قرار گرفت. در اين ميان، اينشتين اين از دست دادن فرصت را احمقانه ترين اشتباه زندگى خويش خواند.
به زودى آشكار شد كه عالم مى تواند با اخترشناسان و نيز نظريه پردازان بازى كند. نخستين اندازه گيرى هاى سرعت انبساط عالم اين معنا را مى رساند كه جهان تنها چند ميليارد سال قبل به وجود آمده كه بدين ترتيب حتى از كره زمين هم جوان تر مى نمود. در سال ،۱۹۴۸ سه نظريه پرداز دانشگاه كمبريج به نام هاى هرمان بوندى، تاماس گولد و فرد هويل راه حل ابتكارى مناسبى براى خارج شدن از اين وضعيت دشوار و معماگونه يافتند. آنها نشان دادند كه قانون هابل با جهانى سازگار است كه در «وضعيت ايستا» قرار دارد و سرعت توسعه و چگالى اش هيچ گاه تغيير نمى كند (كه آن تحت عنوان «نظريه وضعيت ايستا»ى عالم شناسى خوانده مى شود.) از نقطه نظر رياضى، اين گفته بدان معناست كه عالم به رغم آنچه كه از ظواهر امر بر مى آيد در واقع در زمانى بى نهايت دور متولد شده است. لذا مدل «وضعيت ايستا» با زرنگى تمام مشكل سن عالم را مرتفع كرد و بدين ترتيب بسيارى از ظرافت نهفته در آن به حيرت آمدند. با اين حال براى آن كه چگالى ماده ثابت باقى بماند، لازم بود ماده از جايى چون هيچ كجا به داخل عالم نشت كند. مطرح كنندگان اوليه اين نظريه به اين نكته اشاره داشتند كه اين موضوع كمتر از اين كه بگوييم عالم به يك باره در حادثه اى كه هويل به طعنه آن را «انفجار بزرگ» خواند پديد آمد غيرقابل قبول نيست. تا اواخر دهه ،۱۹۵۰ اندازه گيرى هاى جديد نشان دادند كه سن عالم بهتر است بالاتر از سن زمين باشد، كه در واقع به نوعى خالى كردن زير پاى مدل «وضعيت ثابت» بود. ولى ضربه واقعى خردكننده در سال ۱۹۶۴ با مهم ترين كشف در عالم شناسى از زمان قانون هابل وارد شد. دو مهندس آمريكايى در حال يافتن منبع نوعى «هيس» ريزموج بودند كه نوعى آنتن راديويى شيپورى شكل در آزمايشگاه بل در نيوجرسى آن را يافته بود. چنين به نظر مى رسد كه اين موج از ماوراى كره زمين آمده بود، ولى اهميت آن تنها پس از آن كه مهندسين با اختر _ فيزيكدانان در دانشگاه پرينستون گفت وگو كردند، مشخص شد. اختر _ فيزيكدانان به مهندسين گفتند كه هيس مذكور دقيقاً از تابش حرارتى انتقال يافته به قرمز كه پس از انفجار بزرگ باقى مانده انتظار مى رفت.
•شواهد نهايى و تعيين كننده
كشف اين پس زمينه ريز موجى عالم را امروز بهترين شاهد بر اين كه جهان به صورت يك گلوله آتشين عظيم آغاز شد، تلقى مى كنند. ليكن اين تنها قرينه و شاهد نيست. بيش از ۵۰ سال قبل، اختر _ فيزيكدان روسى _ آمريكايى جورج گاموف و همكارانش دريافتند كه حرارت حاصل از انفجار بزرگ آغاز واكنش هاى هسته اى بود كه مى توانستند عناصر شيميايى را به وجود آورند. آنها حساب كردند كه جهان بايد از حدود سه قسمت هيدروژن در برابر يك قسمت هليوم تشكيل شده باشد _ چيزى كه بعدها اخترشناسان آن را تائيد كردند.
در سال هاى دهه ،۱۹۷۰ نظريه پردازان شروع كردند به دست و پنجه نرم كردن با آثار كوانتومى كه احتمالاً در عالم كوچك و به شدت گرم اوليه وجود داشت. توجه ها معطوف به به اصطلاح ميدان هاى اسكالر شد، كه عالم شناسان در اتحاد جماهير شوروى و ايالات متحده نشان دادند مى توانستند موجب آغاز انبساط عالم با سرعتى باورنكردنى تحت عنوان بادكردگى شوند. از اين هم بهتر، اين ميدان هاى ضد جاذبه مى توانستند انرژى خويش به درون عالم تازه متولد شده را خالى كنند و بدين ترتيب نوعى از حرارت و ماده را توليد كنند كه مورد نياز انفجار بزرگ بود.
اين تنها يك نظريه بود، دلايل و شواهد به نفع آن در سال ۱۹۹۲ يعنى با شروع دوران جديد جهان شناسى ظاهر شدند. ماهواره «كاوشگر پس زمينه جهان» كه در نوامبر ۱۹۸۹ به فضا پرتاب شد، تابش ريزموجى را كه عالم را با دقتى بى سابقه پر كرده بود مورد توجه و بررسى قرار داد و بدين ترتيب نگرش هايى كه زمانى تنها مى شد خواب آنها را ديد به عالم شناسان داد. «كاوشگر پس زمينه جهان» نشان داد كه گلوله آتشين اوليه اكنون با دماى درست ۷۳/۲ درجه بالاتر از صفر مطلق سرد شده است. همچنين نشان داده شد كه پس زمينه ريزموجى جهان داراى ويژگى هاى فنى است كه به طور گسترده در راستاى نظريه بادكردگى (inflation) است.
•رازگشايى هاى جديدتر
از آن زمان تاكنون، رصدها از زمين و نتايج حاصل از ماهواره ناسا به نام Wilkinson Microwave Anisotropy Prohe كه دماى تابش پس زمينه اى جهان را بر پهنه آسمان اندازه مى گيرد جزئيات بيشترى به دست داده اند، انتظار مى رود كه ماهواره «آژانس فضايى اروپا» تحت عنوان پلانك كه قرار است سال ۲۰۰۷ به فضا پرتاب شود، شواهد بيشتر و نگرش گسترده ترى پيرامون بادكردگى فراهم شود. اگر هم اطلاعاتى را كه تاكنون جمع آورى شده روى هم بگذاريم تصويرى از يك عالم نوزاد به دست مى آيد كه حدود ۱۳۷۰۰ ميليون سال پيش به ناگهان و گويى از هيچ كجا دچار تورم و بادكردگى شد. سپس در حالى كه آكنده از ميدان هاى اسكالر بود به ناگهان دچار تورم شد و ظرف حدود ۱۲ _ ۱۰ ثانيه از چيزى در حدود يك ميليارد بار كوچكتر از پروتون به اندازه يك گريپ فروت رسيد، سپس بازهم به ناگهان، ميدان اسكالر فرو ريخت و انرژى به شكل تابش ماده آزاد كرد كه آن را ما انفجار بزرگ مى خوانيم.
لذا به نظر مى رسد كه انفجار بزرگ روى هم رفته آغاز همه چيز نبود، بلكه تنها حاصل آثارى بود كه پيش از آن در جهان تازه متولد دست اندركار بودند. درك اين آثار مستلزم نه چيزى كمتر از «نظريه همه چيز» كه قادر به توضيح تمام نيروهاى طبيعت و ذراتى كه اين نيروها بر آنها عمل مى كنند - و حتى منشاء مكان و زمان _ است.اين چشم اندازى ترس آور است، ولى نظريه پردازان اميدوارند كه بتوانند منبع توانمند جديدى براى ديدگاه هايمان فراهم آورند: امواج جاذبه.
تصور مى شود اين خيزابچه ها (ripples) در خود بافت مكان و زمان، كه در سال ۱۹۱۶ اينشتين وجود آنها را پيش بينى كرده بود، با شديدترين و قوى ترين رويدادهاى عالم مثل انفجار سوپرنوواها و تصادم چاله هاى سياه آغاز شدند. اخترشناسان هم اكنون به فكر ساخت رصدخانه هاى عظيم فضايى كه قادر به كشف امواج جاذبه اى كه در جريان انفجار بزرگ، بادكردگى و شايد حتى عملاً خود لحظه خلقت به وجود آمده اند باشند.
تا اين لحظه كسى نتوانسته امواج جاذبه را كشف كند؛ حضور آنها در واقع پيش گويى بزرگ اينشتين است كه هنوز در انتظار تائيد و تصديق است. اگر آن طور كه بيشتر دانشمندان عقيده دارند اينشتين حق داشته و امواج جاذبه واقعاً وجود داشته باشند، آنها همان كليدى خواهند بود كه قفل راز نهايى عالمى را كه خود وى بسيار براى حل آن تلاش كرد، خواهند گشود.
و امّا بیگ بنگ
پژوهش های انجام شده در سالهای پیش نشان می دهد كه جهان افزون بر آنكه در حال بزرگ شدن است، این انبساط دارای شتاب نیز می باشد. یعنی همچنان كه كهكشانها در حال دور شدن از یكدیگر هستند، افزون بر تندی (سرعت) دارای شتاب نیز می باشد .
هنگامی كه بحث انبساط جهان مطرح شد، برای توجیه آن باید یك نظریه منطقی و نو ارائه می شد تا بتواند بزرگ شدن جهان را توجیه كند.
این نظریه باید توضیح می داد كه بزرگ شدن جهان از كجا و چه زمانی آغاز شده است؟
برای توجیه بزرگ شدن جهان نظریه "مهبانگ" (انفجار بزرگ- Big Bang) مطرح شد كه بر پایه ی آن جهان از انفجار یك توده ی فوق العاده متراكم و با حجم ناچیز آغاز شده است .
پس از آنكه شتاب جهان مطرح شد، باید یك دلیل منطقی برای توجیه آن ارائه می شد. همچنانكه می دانید طبق قوانین فیزیك شتاب ناشی از اعمال نیرو یا انتقال انرژی صورت می گیرد. بنابراین باید نیرویی به جهان اعمال شود یا انرژی وجود داشته باشد تا بتواند شتاب جهان را توجیه كند. براین پایه بحث انرژی تاریك یا Dark Energy مطرح شد كه هنوز سرچشمه و چرایی آن ناشناخته است. البته در این زمینه نظریه های گوناگونی مطرح شده است، اما هیچ كدام نتوانسته پاسخی پذیرفتنی به آن بدهد .
نظریه ی سی.پی.اچ و انرژی تاریک
طبق نظریه ی CPH همه ی ذرات موجود در جهان از CPH تشكیل شده اند و CPH همواره با مقدار سرعت ثابت حركت می كنند و هنگامیكه یكدیگر را جذب می كنند مقداری از این سرعت ثابت به حركت دورانی تبدیل می شود كه آن را اسپین می نامند به طوری كه طبق نظریه CPH پس از مهبانگ CPHها به همه ی اطراف جهان پراكنده شدند كه با سرعت ثابت Vc , Vc>c به حركت خود ادامه می دادند. بتدریج CPH ها یكدیگر را جذب كردند و به انرژی تبدیل شدند و انرژی نیز به ماده و پاد ماده تبدیل شد. بتدریج غبارهای آسمانی تشكیل گردید و ستارگان و كهكشانها پدید آمدند. از آنجایی كه همه ی اجسام و ذرات موجود در جهان از CPH تشكیل شده اند و این CHP ها در ساختمان ماده دارای حركت دورانی یا اسپین هستند، لذا هر انفجاری كه در جهان صورت گیرد، مقداری از حركت دورانی یا اسپین CPH ها به حركت انتقالی تبدیل می شود .
چون بیشتر ماده ی موجود در جهان در ستارگان در حال انفجار است، لذا بطور مداوم حركت دورانی CPH ها به حركت انتقالی تبدیل می شود و این امر موجب انبساط و در عین حال شتاب جهان می شود .
نظری به چگونگی گسترش جهان
همه چیز در حال گردش است. زمین به گرد خورشید می چرخد و ماه به گرد زمین. زمین و همه ی سیاره ها ی منظومه خورشیدی نیز به دور ستاره بزرگ خورشید می چرخند. منظومه خورشیدی ما كه در یكی از بازوهای كهكشان راه شیری قرار دارد به گرد هسته مركزی راه شیری می چرخد. كهكشان راه شیری در خوشه ای به نام گروه محلی قرار دارد. همگی كهكشان های گروه محلی نیز به دور مركز گروه محلی می چرخند.
از گرد هم آمدن گروه ها و خوشه های بسیاری همچون گروه محلی، مجموعه بسیار بزرگ تری به نام «ابر خوشه» تشكیل می شود. جهانی كه ما در آن زندگی می كنیم از میلیون ها ابر خوشه تشكیل شده است. اکنون می خواهیم از زمین كوچكمان كه در این جهان بزرگ، حتی به اندازه یك نقطه كوچك هم نیست بیرون رویم و به سوی نخستین لحظه های تشكیل کیهان برویم .
بیش از 13 میلیارد سال پیش همه ی انرژی های دنیا، یعنی همه ی آن چیزی كه هم اكنون وجود دارد به صورت اصلی ترین ماده تشكیل دهنده ی انرژی در یك نقطه وجود داشت. (در طول مقاله واژه های كیهان و عالم به کار برده شده است كه هر دو به یك معنا است. ) این نقطه با انفجاری بزرگ گسست و انرژی خود را به هر سو پخش كرد.
این لحظه را «مهبانگ» (انفجار بزرگ – Big Bang ) می گویند. پس از انفجار بزرگ همه ی انرژی های جهان كه در یك نقطه جمع شده بود به هر سو پخش و گسترده شد كه اكنون نیز ادامه دارد. به زبان ساده جهان از زمان مهبانگ تا اكنون در حال انبساط (باز شدن) است. پس از دو دقیقه با همجوشی پروتون ها و نوترون ها، دوتریوم درست شد. پس از سه دقیقه، هلیم از همجوشی دوتریوم، پروتون ها و نوترون ها پدیدار شد. در آن هنگام چگالی جرمی ماده از چگالی ماده معادل انرژی فوتون ها كمتر بوده است، در حالی كه هم اكنون چگالی جرمی ماده از چگالی ماده معادل انرژی فوتون ها بیشتر است. در آغاز ساخته شدن کیهان نوترون ها، پروتون ها و الكترون ها تنها سهم ناچیزی از مقدار ماده را داشتند و این فوتون ها بوده اند كه انحنای فضا- زمان را به وجود می آوردند.
صدهزار سال پس از تشكیل عالم، دمای كیهان هشت هزار كلوین بود در حالی كه نهصد هزار سال بعد دمای جهان به سه هزار درجه كلوین كاهش یافت. در این زمان به دلیل افت دما و خنكی نسبی ای كه به وجود آمده بود پروتون ها و الكترون ها با یكدیگر درهم آمیخته شدند تا این كه اتم های خنثای هیدروژن را به وجود آوردند. كیهان در این زمان (یك میلیون سالگی) برای نخستین بار شفاف شد كه با وقوع شفافیت فوتون های زمینه میكرو موجی كیهانی در تمام عالم گسترش یافتند. در این هنگام بخش هایی از كیهان كه مقداری از میانگین چگال تر بودند تبدیل به خوشه ها، ابرخوشه ها و كهكشان ها شدند و بخش های كوچك و كم تراكم تر باقیمانده تبدیل به فضای میان ابرخوشه ها شدند.
طی یك دوره چند میلیون ساله ابر های گازی به وجود آمدند كه هسته آغازین تشكیل ستارگان بودند. كهكشان راه شیری در یك ابر چرخنده كم سرعت از هیدروژن و هلیوم كه در حدود 100 كیلو پارسك (326 سال نوری) پهنا دارد تشكیل شد. البته هنوز معلوم نیست كه كهكشان ما از یك ابر بزرگ گازی تشكیل شده یا آن كه شماری از ابرهای كوچك كه با یكدیگر درهم آمیخته شده اند. در راه تکمیل و گسترش کیهان در مركز كهكشان راه شیری دو مركز بسیار پرانرژی كه سیاه چاله هستند به وجود آمد كه به نوعی نقطه تعادل و جاذبه گردشی كهكشان است. بیش از 5/4 میلیارد سال پیش منظومه خورشیدی ما در درون یكی از ابرهای گازی كهكشان راه شیری زاده شد. در آغاز بخش هایی از این ابر بزرگ شروع به متراكم شدن كرد و بر اثر كشش گرانشی فشرده شد تا به صورت یك توده كروی شكل درآمد. پس از صد هزار سال خورشید به صورت یك كره بسیار كوچك زاده شد. خورشید كوچك پیاپی داغ تر و گرم تر می شد و به سرعت به گرد خود می چرخید و از خود ماده در فضا رها می كرد. پس از مدتی خورشید به دوران بلوغ خود رسید. در این دوره نخستین انفجارهای هسته ای خورشید آغاز شد كه سبب درخشش این ستاره بزرگ می شد. خورشید از آغاز پیدایش خود تاكنون پیاپی در حال تبدیل ماده به انرژی است.
حلقه هایی از موادی كه از خورشید جدا می شدند كم كم به صورت اجرام كوچكی درآمدند و پس از مدتی بر اثر گرانش بسیار بالای خورشید در مدار هایی متفاوت شروع به چرخیدن كردند. این اجرام كه توده های كوچك چرخانی در میان توده های بزرگی از گاز و غبار بودند پس از طی چندین میلیون سال تبدیل به سیاره های بزرگ و كوچكی شدند كه امروزه به نه نام مختلف همچنان به دور خورشید بزرگ در حال گردش هستند. هر نه سیاره منظومه خورشیدی در نه مدار مختلف و در فاصله های معینی از خورشید قرار دارند كه به ترتیب از اولین سیاره نزدیك به خورشید عبارتند از " تیر (عطارد)، ناهید (زهره)، زمین، بهرام (مریخ)، برجیس (مشتری)، کیوان (زحل)، اورانوس، نپتون و پلوتو "
یوهان كپلر قانون های سه گانه ای را كشف و برای حركت سیاره ها وضع كرده است كه شامل مواد زیر است:
1-همه سیاره ها در یك مدار بیضی شكل به گرد خورشید می چرخند.
2- هر سیاره ای كه در گردش خود نزدیك به خورشید می رسد، سرعتش بیشتر می شود.
3- بین مسافت و دوری سیاره از خورشید با زمانی كه مدار خود را می پیماید، نسبت خاصی برقرار است.
جهان پهناور ما همچون بادكنكی كه در حال باد شدن است مدام در حال بزرگ شدن است و هر روز بر پهنای آن افزوده می شود. بر طبق قانون هابل كهكشان های دوردست با سرعتی به تناسب دوریشان از ما فاصله می گیرند، بنابراین كیهان به طور یكنواخت در حال انبساط است. البته بایستی بدانید كه كهكشان ها خود در حال انبساط و بزرگ شدن نیستند بلكه این فضا- زمان است كه باز می شود و كهكشان ها را با خود می برد. بر پایه ی این قانون اگر کیهان باز باشد، انبساط تا بی نهایت ادامه دارد و اگر بسته باشد انبساط متوقف شده و کیهان شروع به رمبش (انقباض) می كند. چون گرانش از سرعت انبساط عالم می كاهد ممكن است كه روزی پیروز شود و موجب توقف گسترش کیهان و در نتیجه فروریختن كیهان در خود شود. برای درك بهتر آن نمونه ای می آوریم: سرعت گریز از زمین 4/11 كیلومتر بر ثانیه است. حال اگر موشكی با سرعت كمتر بخواهد از جو زمین خارج شود گرانش زمین این اجازه را به او نمی دهد و موشك به سوی زمین باز می گردد. پس اگر سرعت نسبی دو كهكشان از سرعت گریزشان كمتر باشد روزی انبساط پایان یافته و كیهان آغاز به انقباض می كند و اگر سرعت گریزشان بیشتر باشد انبساط عالم ادامه خواهد داشت. برای رسیدن به پاسخی قطعی درباره سرنوشت کیهان ما، در آغاز بایستی به چگونگی پیدایش آن پی برد. هم اكنون گروهی از دانشمندان فیزیك در حال بررسی زمان صفر انفجار بزرگ از راه «نظریه ریسمان ها» هستند. نظریه ریسمان ها فرضیه ای نوین است كه هنوز به صورت تجربی ثابت نشده است. بر طبق این نظریه، کیهان در رده ای بنیادی تر از رشته ها یا ریسمان هایی ساخته شده كه با فركانس های مختلف ارتعاش می كنند. پژوهش درباره ماهیت انفجار بزرگ به ظاهر تنها از طریق نظریه ریسمان ها امكان دارد اما زمان پاسخ به چنین پرسشی سخت و دشوار كه بزرگ ترین معمای عالم است مشخص نیست.
نظریه ی مهبانگ(نظریه ی انفجار بزرگ)
شرح گام به گام تاریخ کیهان از دید نظریه ی "مهبانگ" :
آشكار است برای آگاهی از چگونگی نخستین ثانیه ها و یا بهتر بگوییم نخستین اجزای ثانیه های پس از انفجار آغازین نباید از ستاره شناسان پرسید بلكه در این مورد باید به فیزیكدان های متخصص در امر فیزیك ذره ای مراجعه كرد كه در مورد تشعشعات و ماده در شرایط كاملا سخت و غیر عادی جستجو و تجربه می كنند. تاریخ كیهان معمولا به 8 مقطع كاملا متفاوت و نا مساوی بخش می شود:
مرحله نخست ( صفر تا10 به توان 43- ثانیه)
این مساله هنوز برایمان كاملا روشن نیست كه در این نخستین اجزای ثانیه ها چه چیزی تبدیل به گلوله آتشینی شد كه كیهان باید بعدا از آن ایجاد گردد . هیچ معادله اندازه گیری برای دمای بسیار بالا و تصورناپذیری كه در این زمان حاكم بود در دست نمی باشد.
مرحله دوم ( از10 به توان 43- تا 10 به توان 32- ثانیه )
نخستین سنگ بناهای ماده مثلا كوارك ها و الكترون ها و پاد ذره های آنها از برخورد پرتوها با یكدیگر به وجود می آیند. بخشی از این سنگ بناها دوباره با یكدیگر برخورد می كنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ذره های فرا سنگین - x نیز می توانسته اند به وجود آمده باشند. این ذره ها دارای این ویژگی هستند كه هنگام فروپاشی ماده بیشتری نسبت به پاد ماده و مثلا كوارك های بیشتری نسبت به آنتی كوارك ها ایجاد می كنند. ذره های x كه تنها در همان نخستین اجزای بسیار كوچك ثانیه ها وجود داشتند برای ما میراث مهمی به جا گذاردند كه عبارت بود از : " افزونی ماده در برابر پاد ماده "
مرحله سوم ( از10 به توان 32- ثانیه تا 10 به توان 6- ثانیه )
كیهان از مخلوطی از كوارك ها - لپتون ها - فوتون ها و ذره های دیگر تشكیل شده كه متقابلا به ایجاد و نابودی یكدیگر مشغول بوده و همچنین خیلی سریع در حال از دست دادن دما هستند.
مرحله چهارم ( از 10 به توان 6- ثانیه تا 10 به توان 3- ثانیه )
(این مر حله در بعضی از نظریه ها وجود ندارد)کمابیش همگی كوارك ها و پاد كوارك ها به صورت پرتو ذره ها به انرژی تبدیل می شوند. كوارك های جدید دیگر نمی توانند در دماهای رو به كاهش به وجود آیند ولی از آن جایی كه كوارك های بیشتری نسبت به پاد كوارك ها وجود دارند برخی از كوارك ها برای خود جفتی پیدا نكرده و به صورت اضافه باقی می مانند. هر 3 كوارك با یكدیگر یك پروتون با یك نوترون می سازند. سنگ بناهای هسته اتم های آینده اكنون ایجاد شده اند.
مرحله پنجم( از 10 به توان 3- ثانیه تا 100 ثانیه )
الكترون ها و پاد الكترون ها در برخورد با یكدیگر به اشعه تبدیل می شوند. شماری از الكترون ها باقی می ماند زیرا كه ماده بیشتری نسبت به پاد ماده وجود دارد. این الكترون ها بعدا مدارهای اتمی را می سازند.
مرحله ششم ( از 100 ثانیه تا 30 دقیقه )
در دماهایی كه امروزه می توان در مركز ستارگان یافت نخستین هسته های اتم های سبك و به ویژه هسته های بسیار پایدار هلیم در اثر همجوشی هسته ای ساخته می شوند. هسته اتم های سنگین از قبیل اتم آهن یا كربن در این مرحله هنوز ایجاد نمی شوند. در آغاز آفرینش عملا تنها دو عنصر بنیادی كه از همه سبكتر بودند وجود داشتند : هلیم و هیدروژن
مرحله هفتم ( از 30 دقیقه تا 1 میلیون سال پس از آفرینش )
پس از گذشت حدود 300000 سال گوی آتشین آنقدر دما از دست داده كه هسته اتم ها و الكترون ها می توانند در دمایی در حدود 3000 درجه سانتی گراد به یكدیگر بپیوندند و بدون اینكه دوباره بی درنگ از هم بپاشند اتم ها را تشكیل دهند . در نتیجه آن مخلوط ذره ای كه قبلا نا مرئی بود اكنون قابل دیدن می شود.
مرحله هشتم ( از یك میلیون سال پس از آفرینش تا امروز )
از ابرهای هیدروژنی دستگاههای راه شیری، ستارگان و سیاره ها به وجود می آیند. در درون ستارگان هسته اتم های سنگین از قبیل اكسیژن و آهن تولید می شوند. كه بعد ها در انفجارهای ستاره ای آزاد می گردند و برای ساخت ستارگان و سیاره ها و زندگی جدید به كار می آیند.
عناصر اصلی زندگی زمینی چه موقع پدیدار شد؟
برای زمین با توجه به گوناگونی زندگی كه در آن وجود دارد 3 چیز از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است:
1. از همان ابتدای خلقت همیشه ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراین همواره ماده برای ما باقی می ماند.
2. در مرحله ششم هیدروژن به وجود آمد این ماده كه سبك ترین عنصر شیمیایی می باشد سنگ بنای اصلی كهكشان ها و سیاره ها می باشد. هیدروژن همچنین سنگ بنای اصلی موجودات زنده ای است كه بعدا روی زمین به وجود آمدند و احتمالا روی میلیاردها سیاره دیگر نیز وجود دارند.
3. در مركز ستارگان نخستین هسته اتم های سنگین از قبیل اكسیژن و یا كربن یعنی سنگ بناهای اصلی مورد نیاز برای زندگی به وجود آمدند.
آیا جهان همواره در حال انبساط خواهد بود؟
جنبش انبساطی یا به عبارت دیگر از همدیگر دور شدن كهكشان ها به هر حال رو به كند شدن است. زیرا جزایر جهانی متعدد در واقع به سمت یكدیگر جذب می شوند و در نتیجه حركت انبساطی آن ها كند تر می شود. اكنون پرسش این است كه آیا زمانی همه ی این حركت ها متوقف خواهد گردید و این عالم در هم فرو خواهد پاشید؟ این مساله بستگی به تراكم ماده در جهان هستی دارد. هر چه این تراكم بیشتر باشد نیرو های گرانش میان كهكشان ها و دیگر اجزای گیتی بیشتر بوده و به همان نسبت حركت آن ها با شدت بیشتری متوقف خواهد شد. هم اکنون چنین به نظر می رسد كه تراكم جرم بسیار كمتر از آن است كه زمانی عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر روی این امكان وجود دارد كه هنوز جرم های بسیار بزرگ ناشناخته ای از قبیل ( سیاه چاله های اسرار آمیز) یا ( ابرهای گازی شكل تاریك) وجود داشته باشند و یا نوترینو ها كه بدون جرم به شمار می آیند جرمی هرچند كوچك داشته باشند. اگر این طور باشد در این صورت حركت كیهانی زمانی شاید 30 میلیارد سال دیگر متوقف خواهد شد. در آن زمان كهكشان ها با شتابی زیاد حركت به سوی یكدیگر را آغاز خواهند كرد تا در پایان به شكل یك گوی آتشین بزرگ یكپارچه شوند. آن زمان شاید می باید روی یك انفجار اولیه جدید دیگر و زاده شدن یك کیهان دیگر حساب كنیم. با توجه به سطح كنونی دانش آدمی و میزان پژوهش های انجام شده باید اینطور فرض كرد كه کیهان تا ابدیت انبساط خواهد یافت.
and other places ستارگان کویر یزد
اين بار كه در پى پيدا كردن كانال دلخواهتان در تلويزيون به دكمه كانال ياب تلويزيون تان ور مى رويد، آن قدر آن را فشار دهيد كه در فاصله بين كانال ياب قرار گيريد. خوب به برفكى كه صفحه تلويزيون را مى پوشاند نگاه كنيد. حدود يك درصد آن انرژى ريز موج (microwave energy) است، كه حدود ۱۴ ميليارد سال پيش به صورت حرارت از انفجار بزرگ حاصل شد.
•... در آغاز
از ميان تمام پيشرفت هاى علمى سده اخير، هيچ يك هيبت انگيزتر _ يا مبهوت كننده تر _ از كشف اين مطلب نبود كه جهان ما با انفجار عظيمى آغاز شد و از آن زمان تا كنون همواره در حال گسترش است. اين نتيجه گيرى آنچنان ژرف و اساسى است كه حتى اينشتين، راديكال ترين دانشمند دوران نوين، به زور آن را پذيرفت چگونه عالم مى توانست از هيچ كجا پديد آيد؟ چه كسى ماشه آن را كشيد _ و ماده اى كه هم اكنون شاهدش هستيم از كجا آمد؟
اكنون پس از ده ها سال تلاش اخترشناسان نظرى و رصدى، تازه پاسخ ها براساس مشاهدات عينى و محكم و نه صرفاً انديشه پردازى دارند ظاهر مى شوند. آنها جهانى را ترسيم مى كنند ساخته شده از نيروهايى كه خاستگاه شان چندان معجزه آساتر از گزارش انجيل درباره خلقت به نظر نمى رسد.
كافى است دلتان براى نگاه ساده فيلسوف يونانى ارسطو و سايرين در بيش از دو هزار سال پيش، كه براساس آن عالم بى انتها، ازلى و بلاتغيير است، تنگ شود. قطعاً آلبرت اينشتين زمانى كه گزارشى را پيرامون مفاهيم و نتايج حاصل از نظريه جديد جاذبه يعنى «نسبيت عام» در سال ۱۹۱۷ مى نگاشت، دليلى براى مخالفت با اين پذيرفته ها نداشت. براساس نسبيت عام ماده بافت مكان و زمان اطراف آن را كمانى مى سازد، آثارى را موجب مى شود كه ما آنها را «نيرو»ى جاذبه تعبير مى كنيم. اين فاصله گرفتن حسابى از نظريه نسبتاً مبهم جاذبه بود كه نيوتن ارائه داد و براساس آن نيروى مذكور مثل نوعى كنش نامرئى عمل مى كرد. اينشتين نشان داد كه «نسبيت عام» گزارش دقيق ترى از واقعيت نسبت به مفهوم جاذبه نيوتن لااقل در منظومه شمسى به دست مى دهد و كاملاً از موفقيت آن به هنگام كاربرد در عالم در مجموع اطمينان داشت.
•نظريه هاى جنجالى
وى به سرعت با مشكل بزرگى مواجه شد. اخترشناسان بر اين باور بودند كه عالم ايستا و بلاتغيير است، ليكن معادلات «نسبيت عام» در خالص ترين و شكوهمندترين شكل شان اشاره بدان داشتند كه عالم همه چيز ممكن است باشد مگر ايستا. به نظر آنها برعكس ،عالم بايد در حال گسترش باشد. اينشتين كه از اين نتيجه گيرى به ظاهر مسخره گيج شده بود، واژه ديگرى را وارد معادلاتش كرد، فاكتورى من درآوردى كه بعدها آن را «ثابت جهان شناسى» خواند تا بتواند به كمك «نسبيت عام» جهانى ايستا به وجود آورد. اين نخستين نشانه از مشكلاتى بود كه اينشتين ناچار به دست و پنجه نرم كردن با آنها در رابطه با پرسش هاى پيرامون جهان شناسى بود.
در سال ۱۹۲۲ يك هواشناس روس به نام الكساندر فريدمن كار را تمام كرد و نشان داد كه «نسبيت عام» امكان وجود مجموعه كاملى از جهان هايى را فراهم مى آورد كه نه ايستا و نه بلاتغييرند. اينشتين انتظار آن را داشت كه اين صرفاً يك اشتباه لپى باشد، ولى نتوانست مشكلى در محاسبات فريدمن بيابد و نهايتاً پذيرفت كه «نسبيت عام» امكان وجود جهانى در حال گسترش را مى دهد.
بزرگترين ضربه در سال ۱۹۲۷و زمانى اتفاق افتاد كه عالم شناس و كشيش بلژيكى ژرژ لامتر به همان نتايج نظرى فريدمن رسيد و اشاره كرد كه شواهد محكمى وجود دارند حاكى از آن كه عالم واقعاً در حال گسترش است. اخترشناس وستو اسليفر (Vesto Slipher) از رصدخانه لاول در آريزونا دريافت كه نور «سحابى ها»ى قطره اى در آسمان شب اغلب جابه جايى غريبى به سمت انتهاى سرخ تر _ يا نور با طول موج بيشتر _ طيف نشان مى دهند. اسليفر به اين فكر افتاد كه در واقع شاهد به اصطلاح اثر داپلر است، اثرى كه همگى ما با آن آشنا هستيم و زمانى كه طول موج امواج صوتى سوت پليس به هنگام دور شدن از ما افزايش مى يابد متوجه آن مى شويم. در واقع، او شاهد پديده اى بس ژرف تر از اين بود: كش آمدن نور به خاطر انبساط كل عالم.
•شواهد انبساط
نخستين اشارات در سال ۱۹۲۴ آشكار شدند و آن زمانى بود كه ادوين هابل از رصدخانه ماونت ويلسون در كاليفرنيا نشان داد كه سحابى ها در واقع كهكشان هاى وسيعى بسيار دور از كهكشان ما هستند. پنج سال بعد هابل اقدام به انتشار يكى از مهم ترين نتايج دانش امروز كرد: تصاويرى كه نشان مى داد «جابه جايى هاى قرمز» اين كهكشان هاى دوردست همراه با فاصله آنها از ما به طور ثابت در حال افزايش است. اين فرمول كه امروز آن را تحت قانون هابل مى شناسيم، دقيقاً بيانگر همان رفتارى است كه «نسبيت عام» براى عالم در حال گسترش پيش بينى مى كند.
در اين مباحثه و اختلاف نظر علمى حق با فريدمن و لامتر بود و اينشتين مى دانست كه با سازگار كردن زوركى معادلاتش با باورهاى قديمى در واقع توانايى شگفت انگيزترين پيش بينى در تاريخ علم را از خود سلب مى كرد. اين لامتر بود كه به مفهومى كه كمتر از اين شگفتى آور نبود اشاره كرد: اين كه عالم بايد زمانى با انفجارى بسيار عظيم موجوديت پيدا كرده باشد. وى بعدها به عنوان پدر نظريه «انفجار بزرگ» مورد تحسين قرار گرفت. در اين ميان، اينشتين اين از دست دادن فرصت را احمقانه ترين اشتباه زندگى خويش خواند.
به زودى آشكار شد كه عالم مى تواند با اخترشناسان و نيز نظريه پردازان بازى كند. نخستين اندازه گيرى هاى سرعت انبساط عالم اين معنا را مى رساند كه جهان تنها چند ميليارد سال قبل به وجود آمده كه بدين ترتيب حتى از كره زمين هم جوان تر مى نمود. در سال ،۱۹۴۸ سه نظريه پرداز دانشگاه كمبريج به نام هاى هرمان بوندى، تاماس گولد و فرد هويل راه حل ابتكارى مناسبى براى خارج شدن از اين وضعيت دشوار و معماگونه يافتند. آنها نشان دادند كه قانون هابل با جهانى سازگار است كه در «وضعيت ايستا» قرار دارد و سرعت توسعه و چگالى اش هيچ گاه تغيير نمى كند (كه آن تحت عنوان «نظريه وضعيت ايستا»ى عالم شناسى خوانده مى شود.) از نقطه نظر رياضى، اين گفته بدان معناست كه عالم به رغم آنچه كه از ظواهر امر بر مى آيد در واقع در زمانى بى نهايت دور متولد شده است. لذا مدل «وضعيت ايستا» با زرنگى تمام مشكل سن عالم را مرتفع كرد و بدين ترتيب بسيارى از ظرافت نهفته در آن به حيرت آمدند. با اين حال براى آن كه چگالى ماده ثابت باقى بماند، لازم بود ماده از جايى چون هيچ كجا به داخل عالم نشت كند. مطرح كنندگان اوليه اين نظريه به اين نكته اشاره داشتند كه اين موضوع كمتر از اين كه بگوييم عالم به يك باره در حادثه اى كه هويل به طعنه آن را «انفجار بزرگ» خواند پديد آمد غيرقابل قبول نيست. تا اواخر دهه ،۱۹۵۰ اندازه گيرى هاى جديد نشان دادند كه سن عالم بهتر است بالاتر از سن زمين باشد، كه در واقع به نوعى خالى كردن زير پاى مدل «وضعيت ثابت» بود. ولى ضربه واقعى خردكننده در سال ۱۹۶۴ با مهم ترين كشف در عالم شناسى از زمان قانون هابل وارد شد. دو مهندس آمريكايى در حال يافتن منبع نوعى «هيس» ريزموج بودند كه نوعى آنتن راديويى شيپورى شكل در آزمايشگاه بل در نيوجرسى آن را يافته بود. چنين به نظر مى رسد كه اين موج از ماوراى كره زمين آمده بود، ولى اهميت آن تنها پس از آن كه مهندسين با اختر _ فيزيكدانان در دانشگاه پرينستون گفت وگو كردند، مشخص شد. اختر _ فيزيكدانان به مهندسين گفتند كه هيس مذكور دقيقاً از تابش حرارتى انتقال يافته به قرمز كه پس از انفجار بزرگ باقى مانده انتظار مى رفت.
•شواهد نهايى و تعيين كننده
كشف اين پس زمينه ريز موجى عالم را امروز بهترين شاهد بر اين كه جهان به صورت يك گلوله آتشين عظيم آغاز شد، تلقى مى كنند. ليكن اين تنها قرينه و شاهد نيست. بيش از ۵۰ سال قبل، اختر _ فيزيكدان روسى _ آمريكايى جورج گاموف و همكارانش دريافتند كه حرارت حاصل از انفجار بزرگ آغاز واكنش هاى هسته اى بود كه مى توانستند عناصر شيميايى را به وجود آورند. آنها حساب كردند كه جهان بايد از حدود سه قسمت هيدروژن در برابر يك قسمت هليوم تشكيل شده باشد _ چيزى كه بعدها اخترشناسان آن را تائيد كردند.
در سال هاى دهه ،۱۹۷۰ نظريه پردازان شروع كردند به دست و پنجه نرم كردن با آثار كوانتومى كه احتمالاً در عالم كوچك و به شدت گرم اوليه وجود داشت. توجه ها معطوف به به اصطلاح ميدان هاى اسكالر شد، كه عالم شناسان در اتحاد جماهير شوروى و ايالات متحده نشان دادند مى توانستند موجب آغاز انبساط عالم با سرعتى باورنكردنى تحت عنوان بادكردگى شوند. از اين هم بهتر، اين ميدان هاى ضد جاذبه مى توانستند انرژى خويش به درون عالم تازه متولد شده را خالى كنند و بدين ترتيب نوعى از حرارت و ماده را توليد كنند كه مورد نياز انفجار بزرگ بود.
اين تنها يك نظريه بود، دلايل و شواهد به نفع آن در سال ۱۹۹۲ يعنى با شروع دوران جديد جهان شناسى ظاهر شدند. ماهواره «كاوشگر پس زمينه جهان» كه در نوامبر ۱۹۸۹ به فضا پرتاب شد، تابش ريزموجى را كه عالم را با دقتى بى سابقه پر كرده بود مورد توجه و بررسى قرار داد و بدين ترتيب نگرش هايى كه زمانى تنها مى شد خواب آنها را ديد به عالم شناسان داد. «كاوشگر پس زمينه جهان» نشان داد كه گلوله آتشين اوليه اكنون با دماى درست ۷۳/۲ درجه بالاتر از صفر مطلق سرد شده است. همچنين نشان داده شد كه پس زمينه ريزموجى جهان داراى ويژگى هاى فنى است كه به طور گسترده در راستاى نظريه بادكردگى (inflation) است.
•رازگشايى هاى جديدتر
از آن زمان تاكنون، رصدها از زمين و نتايج حاصل از ماهواره ناسا به نام Wilkinson Microwave Anisotropy Prohe كه دماى تابش پس زمينه اى جهان را بر پهنه آسمان اندازه مى گيرد جزئيات بيشترى به دست داده اند، انتظار مى رود كه ماهواره «آژانس فضايى اروپا» تحت عنوان پلانك كه قرار است سال ۲۰۰۷ به فضا پرتاب شود، شواهد بيشتر و نگرش گسترده ترى پيرامون بادكردگى فراهم شود. اگر هم اطلاعاتى را كه تاكنون جمع آورى شده روى هم بگذاريم تصويرى از يك عالم نوزاد به دست مى آيد كه حدود ۱۳۷۰۰ ميليون سال پيش به ناگهان و گويى از هيچ كجا دچار تورم و بادكردگى شد. سپس در حالى كه آكنده از ميدان هاى اسكالر بود به ناگهان دچار تورم شد و ظرف حدود ۱۲ _ ۱۰ ثانيه از چيزى در حدود يك ميليارد بار كوچكتر از پروتون به اندازه يك گريپ فروت رسيد، سپس بازهم به ناگهان، ميدان اسكالر فرو ريخت و انرژى به شكل تابش ماده آزاد كرد كه آن را ما انفجار بزرگ مى خوانيم.
لذا به نظر مى رسد كه انفجار بزرگ روى هم رفته آغاز همه چيز نبود، بلكه تنها حاصل آثارى بود كه پيش از آن در جهان تازه متولد دست اندركار بودند. درك اين آثار مستلزم نه چيزى كمتر از «نظريه همه چيز» كه قادر به توضيح تمام نيروهاى طبيعت و ذراتى كه اين نيروها بر آنها عمل مى كنند - و حتى منشاء مكان و زمان _ است.اين چشم اندازى ترس آور است، ولى نظريه پردازان اميدوارند كه بتوانند منبع توانمند جديدى براى ديدگاه هايمان فراهم آورند: امواج جاذبه.
تصور مى شود اين خيزابچه ها (ripples) در خود بافت مكان و زمان، كه در سال ۱۹۱۶ اينشتين وجود آنها را پيش بينى كرده بود، با شديدترين و قوى ترين رويدادهاى عالم مثل انفجار سوپرنوواها و تصادم چاله هاى سياه آغاز شدند. اخترشناسان هم اكنون به فكر ساخت رصدخانه هاى عظيم فضايى كه قادر به كشف امواج جاذبه اى كه در جريان انفجار بزرگ، بادكردگى و شايد حتى عملاً خود لحظه خلقت به وجود آمده اند باشند.
تا اين لحظه كسى نتوانسته امواج جاذبه را كشف كند؛ حضور آنها در واقع پيش گويى بزرگ اينشتين است كه هنوز در انتظار تائيد و تصديق است. اگر آن طور كه بيشتر دانشمندان عقيده دارند اينشتين حق داشته و امواج جاذبه واقعاً وجود داشته باشند، آنها همان كليدى خواهند بود كه قفل راز نهايى عالمى را كه خود وى بسيار براى حل آن تلاش كرد، خواهند گشود.
و امّا بیگ بنگ
پژوهش های انجام شده در سالهای پیش نشان می دهد كه جهان افزون بر آنكه در حال بزرگ شدن است، این انبساط دارای شتاب نیز می باشد. یعنی همچنان كه كهكشانها در حال دور شدن از یكدیگر هستند، افزون بر تندی (سرعت) دارای شتاب نیز می باشد .
هنگامی كه بحث انبساط جهان مطرح شد، برای توجیه آن باید یك نظریه منطقی و نو ارائه می شد تا بتواند بزرگ شدن جهان را توجیه كند.
این نظریه باید توضیح می داد كه بزرگ شدن جهان از كجا و چه زمانی آغاز شده است؟
برای توجیه بزرگ شدن جهان نظریه "مهبانگ" (انفجار بزرگ- Big Bang) مطرح شد كه بر پایه ی آن جهان از انفجار یك توده ی فوق العاده متراكم و با حجم ناچیز آغاز شده است .
پس از آنكه شتاب جهان مطرح شد، باید یك دلیل منطقی برای توجیه آن ارائه می شد. همچنانكه می دانید طبق قوانین فیزیك شتاب ناشی از اعمال نیرو یا انتقال انرژی صورت می گیرد. بنابراین باید نیرویی به جهان اعمال شود یا انرژی وجود داشته باشد تا بتواند شتاب جهان را توجیه كند. براین پایه بحث انرژی تاریك یا Dark Energy مطرح شد كه هنوز سرچشمه و چرایی آن ناشناخته است. البته در این زمینه نظریه های گوناگونی مطرح شده است، اما هیچ كدام نتوانسته پاسخی پذیرفتنی به آن بدهد .
نظریه ی سی.پی.اچ و انرژی تاریک
طبق نظریه ی CPH همه ی ذرات موجود در جهان از CPH تشكیل شده اند و CPH همواره با مقدار سرعت ثابت حركت می كنند و هنگامیكه یكدیگر را جذب می كنند مقداری از این سرعت ثابت به حركت دورانی تبدیل می شود كه آن را اسپین می نامند به طوری كه طبق نظریه CPH پس از مهبانگ CPHها به همه ی اطراف جهان پراكنده شدند كه با سرعت ثابت Vc , Vc>c به حركت خود ادامه می دادند. بتدریج CPH ها یكدیگر را جذب كردند و به انرژی تبدیل شدند و انرژی نیز به ماده و پاد ماده تبدیل شد. بتدریج غبارهای آسمانی تشكیل گردید و ستارگان و كهكشانها پدید آمدند. از آنجایی كه همه ی اجسام و ذرات موجود در جهان از CPH تشكیل شده اند و این CHP ها در ساختمان ماده دارای حركت دورانی یا اسپین هستند، لذا هر انفجاری كه در جهان صورت گیرد، مقداری از حركت دورانی یا اسپین CPH ها به حركت انتقالی تبدیل می شود .
چون بیشتر ماده ی موجود در جهان در ستارگان در حال انفجار است، لذا بطور مداوم حركت دورانی CPH ها به حركت انتقالی تبدیل می شود و این امر موجب انبساط و در عین حال شتاب جهان می شود .
نظری به چگونگی گسترش جهان
همه چیز در حال گردش است. زمین به گرد خورشید می چرخد و ماه به گرد زمین. زمین و همه ی سیاره ها ی منظومه خورشیدی نیز به دور ستاره بزرگ خورشید می چرخند. منظومه خورشیدی ما كه در یكی از بازوهای كهكشان راه شیری قرار دارد به گرد هسته مركزی راه شیری می چرخد. كهكشان راه شیری در خوشه ای به نام گروه محلی قرار دارد. همگی كهكشان های گروه محلی نیز به دور مركز گروه محلی می چرخند.
از گرد هم آمدن گروه ها و خوشه های بسیاری همچون گروه محلی، مجموعه بسیار بزرگ تری به نام «ابر خوشه» تشكیل می شود. جهانی كه ما در آن زندگی می كنیم از میلیون ها ابر خوشه تشكیل شده است. اکنون می خواهیم از زمین كوچكمان كه در این جهان بزرگ، حتی به اندازه یك نقطه كوچك هم نیست بیرون رویم و به سوی نخستین لحظه های تشكیل کیهان برویم .
بیش از 13 میلیارد سال پیش همه ی انرژی های دنیا، یعنی همه ی آن چیزی كه هم اكنون وجود دارد به صورت اصلی ترین ماده تشكیل دهنده ی انرژی در یك نقطه وجود داشت. (در طول مقاله واژه های كیهان و عالم به کار برده شده است كه هر دو به یك معنا است. ) این نقطه با انفجاری بزرگ گسست و انرژی خود را به هر سو پخش كرد.
این لحظه را «مهبانگ» (انفجار بزرگ – Big Bang ) می گویند. پس از انفجار بزرگ همه ی انرژی های جهان كه در یك نقطه جمع شده بود به هر سو پخش و گسترده شد كه اكنون نیز ادامه دارد. به زبان ساده جهان از زمان مهبانگ تا اكنون در حال انبساط (باز شدن) است. پس از دو دقیقه با همجوشی پروتون ها و نوترون ها، دوتریوم درست شد. پس از سه دقیقه، هلیم از همجوشی دوتریوم، پروتون ها و نوترون ها پدیدار شد. در آن هنگام چگالی جرمی ماده از چگالی ماده معادل انرژی فوتون ها كمتر بوده است، در حالی كه هم اكنون چگالی جرمی ماده از چگالی ماده معادل انرژی فوتون ها بیشتر است. در آغاز ساخته شدن کیهان نوترون ها، پروتون ها و الكترون ها تنها سهم ناچیزی از مقدار ماده را داشتند و این فوتون ها بوده اند كه انحنای فضا- زمان را به وجود می آوردند.
صدهزار سال پس از تشكیل عالم، دمای كیهان هشت هزار كلوین بود در حالی كه نهصد هزار سال بعد دمای جهان به سه هزار درجه كلوین كاهش یافت. در این زمان به دلیل افت دما و خنكی نسبی ای كه به وجود آمده بود پروتون ها و الكترون ها با یكدیگر درهم آمیخته شدند تا این كه اتم های خنثای هیدروژن را به وجود آوردند. كیهان در این زمان (یك میلیون سالگی) برای نخستین بار شفاف شد كه با وقوع شفافیت فوتون های زمینه میكرو موجی كیهانی در تمام عالم گسترش یافتند. در این هنگام بخش هایی از كیهان كه مقداری از میانگین چگال تر بودند تبدیل به خوشه ها، ابرخوشه ها و كهكشان ها شدند و بخش های كوچك و كم تراكم تر باقیمانده تبدیل به فضای میان ابرخوشه ها شدند.
طی یك دوره چند میلیون ساله ابر های گازی به وجود آمدند كه هسته آغازین تشكیل ستارگان بودند. كهكشان راه شیری در یك ابر چرخنده كم سرعت از هیدروژن و هلیوم كه در حدود 100 كیلو پارسك (326 سال نوری) پهنا دارد تشكیل شد. البته هنوز معلوم نیست كه كهكشان ما از یك ابر بزرگ گازی تشكیل شده یا آن كه شماری از ابرهای كوچك كه با یكدیگر درهم آمیخته شده اند. در راه تکمیل و گسترش کیهان در مركز كهكشان راه شیری دو مركز بسیار پرانرژی كه سیاه چاله هستند به وجود آمد كه به نوعی نقطه تعادل و جاذبه گردشی كهكشان است. بیش از 5/4 میلیارد سال پیش منظومه خورشیدی ما در درون یكی از ابرهای گازی كهكشان راه شیری زاده شد. در آغاز بخش هایی از این ابر بزرگ شروع به متراكم شدن كرد و بر اثر كشش گرانشی فشرده شد تا به صورت یك توده كروی شكل درآمد. پس از صد هزار سال خورشید به صورت یك كره بسیار كوچك زاده شد. خورشید كوچك پیاپی داغ تر و گرم تر می شد و به سرعت به گرد خود می چرخید و از خود ماده در فضا رها می كرد. پس از مدتی خورشید به دوران بلوغ خود رسید. در این دوره نخستین انفجارهای هسته ای خورشید آغاز شد كه سبب درخشش این ستاره بزرگ می شد. خورشید از آغاز پیدایش خود تاكنون پیاپی در حال تبدیل ماده به انرژی است.
حلقه هایی از موادی كه از خورشید جدا می شدند كم كم به صورت اجرام كوچكی درآمدند و پس از مدتی بر اثر گرانش بسیار بالای خورشید در مدار هایی متفاوت شروع به چرخیدن كردند. این اجرام كه توده های كوچك چرخانی در میان توده های بزرگی از گاز و غبار بودند پس از طی چندین میلیون سال تبدیل به سیاره های بزرگ و كوچكی شدند كه امروزه به نه نام مختلف همچنان به دور خورشید بزرگ در حال گردش هستند. هر نه سیاره منظومه خورشیدی در نه مدار مختلف و در فاصله های معینی از خورشید قرار دارند كه به ترتیب از اولین سیاره نزدیك به خورشید عبارتند از " تیر (عطارد)، ناهید (زهره)، زمین، بهرام (مریخ)، برجیس (مشتری)، کیوان (زحل)، اورانوس، نپتون و پلوتو "
یوهان كپلر قانون های سه گانه ای را كشف و برای حركت سیاره ها وضع كرده است كه شامل مواد زیر است:
1-همه سیاره ها در یك مدار بیضی شكل به گرد خورشید می چرخند.
2- هر سیاره ای كه در گردش خود نزدیك به خورشید می رسد، سرعتش بیشتر می شود.
3- بین مسافت و دوری سیاره از خورشید با زمانی كه مدار خود را می پیماید، نسبت خاصی برقرار است.
جهان پهناور ما همچون بادكنكی كه در حال باد شدن است مدام در حال بزرگ شدن است و هر روز بر پهنای آن افزوده می شود. بر طبق قانون هابل كهكشان های دوردست با سرعتی به تناسب دوریشان از ما فاصله می گیرند، بنابراین كیهان به طور یكنواخت در حال انبساط است. البته بایستی بدانید كه كهكشان ها خود در حال انبساط و بزرگ شدن نیستند بلكه این فضا- زمان است كه باز می شود و كهكشان ها را با خود می برد. بر پایه ی این قانون اگر کیهان باز باشد، انبساط تا بی نهایت ادامه دارد و اگر بسته باشد انبساط متوقف شده و کیهان شروع به رمبش (انقباض) می كند. چون گرانش از سرعت انبساط عالم می كاهد ممكن است كه روزی پیروز شود و موجب توقف گسترش کیهان و در نتیجه فروریختن كیهان در خود شود. برای درك بهتر آن نمونه ای می آوریم: سرعت گریز از زمین 4/11 كیلومتر بر ثانیه است. حال اگر موشكی با سرعت كمتر بخواهد از جو زمین خارج شود گرانش زمین این اجازه را به او نمی دهد و موشك به سوی زمین باز می گردد. پس اگر سرعت نسبی دو كهكشان از سرعت گریزشان كمتر باشد روزی انبساط پایان یافته و كیهان آغاز به انقباض می كند و اگر سرعت گریزشان بیشتر باشد انبساط عالم ادامه خواهد داشت. برای رسیدن به پاسخی قطعی درباره سرنوشت کیهان ما، در آغاز بایستی به چگونگی پیدایش آن پی برد. هم اكنون گروهی از دانشمندان فیزیك در حال بررسی زمان صفر انفجار بزرگ از راه «نظریه ریسمان ها» هستند. نظریه ریسمان ها فرضیه ای نوین است كه هنوز به صورت تجربی ثابت نشده است. بر طبق این نظریه، کیهان در رده ای بنیادی تر از رشته ها یا ریسمان هایی ساخته شده كه با فركانس های مختلف ارتعاش می كنند. پژوهش درباره ماهیت انفجار بزرگ به ظاهر تنها از طریق نظریه ریسمان ها امكان دارد اما زمان پاسخ به چنین پرسشی سخت و دشوار كه بزرگ ترین معمای عالم است مشخص نیست.
نظریه ی مهبانگ(نظریه ی انفجار بزرگ)
شرح گام به گام تاریخ کیهان از دید نظریه ی "مهبانگ" :
آشكار است برای آگاهی از چگونگی نخستین ثانیه ها و یا بهتر بگوییم نخستین اجزای ثانیه های پس از انفجار آغازین نباید از ستاره شناسان پرسید بلكه در این مورد باید به فیزیكدان های متخصص در امر فیزیك ذره ای مراجعه كرد كه در مورد تشعشعات و ماده در شرایط كاملا سخت و غیر عادی جستجو و تجربه می كنند. تاریخ كیهان معمولا به 8 مقطع كاملا متفاوت و نا مساوی بخش می شود:
مرحله نخست ( صفر تا10 به توان 43- ثانیه)
این مساله هنوز برایمان كاملا روشن نیست كه در این نخستین اجزای ثانیه ها چه چیزی تبدیل به گلوله آتشینی شد كه كیهان باید بعدا از آن ایجاد گردد . هیچ معادله اندازه گیری برای دمای بسیار بالا و تصورناپذیری كه در این زمان حاكم بود در دست نمی باشد.
مرحله دوم ( از10 به توان 43- تا 10 به توان 32- ثانیه )
نخستین سنگ بناهای ماده مثلا كوارك ها و الكترون ها و پاد ذره های آنها از برخورد پرتوها با یكدیگر به وجود می آیند. بخشی از این سنگ بناها دوباره با یكدیگر برخورد می كنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ذره های فرا سنگین - x نیز می توانسته اند به وجود آمده باشند. این ذره ها دارای این ویژگی هستند كه هنگام فروپاشی ماده بیشتری نسبت به پاد ماده و مثلا كوارك های بیشتری نسبت به آنتی كوارك ها ایجاد می كنند. ذره های x كه تنها در همان نخستین اجزای بسیار كوچك ثانیه ها وجود داشتند برای ما میراث مهمی به جا گذاردند كه عبارت بود از : " افزونی ماده در برابر پاد ماده "
مرحله سوم ( از10 به توان 32- ثانیه تا 10 به توان 6- ثانیه )
كیهان از مخلوطی از كوارك ها - لپتون ها - فوتون ها و ذره های دیگر تشكیل شده كه متقابلا به ایجاد و نابودی یكدیگر مشغول بوده و همچنین خیلی سریع در حال از دست دادن دما هستند.
مرحله چهارم ( از 10 به توان 6- ثانیه تا 10 به توان 3- ثانیه )
(این مر حله در بعضی از نظریه ها وجود ندارد)کمابیش همگی كوارك ها و پاد كوارك ها به صورت پرتو ذره ها به انرژی تبدیل می شوند. كوارك های جدید دیگر نمی توانند در دماهای رو به كاهش به وجود آیند ولی از آن جایی كه كوارك های بیشتری نسبت به پاد كوارك ها وجود دارند برخی از كوارك ها برای خود جفتی پیدا نكرده و به صورت اضافه باقی می مانند. هر 3 كوارك با یكدیگر یك پروتون با یك نوترون می سازند. سنگ بناهای هسته اتم های آینده اكنون ایجاد شده اند.
مرحله پنجم( از 10 به توان 3- ثانیه تا 100 ثانیه )
الكترون ها و پاد الكترون ها در برخورد با یكدیگر به اشعه تبدیل می شوند. شماری از الكترون ها باقی می ماند زیرا كه ماده بیشتری نسبت به پاد ماده وجود دارد. این الكترون ها بعدا مدارهای اتمی را می سازند.
مرحله ششم ( از 100 ثانیه تا 30 دقیقه )
در دماهایی كه امروزه می توان در مركز ستارگان یافت نخستین هسته های اتم های سبك و به ویژه هسته های بسیار پایدار هلیم در اثر همجوشی هسته ای ساخته می شوند. هسته اتم های سنگین از قبیل اتم آهن یا كربن در این مرحله هنوز ایجاد نمی شوند. در آغاز آفرینش عملا تنها دو عنصر بنیادی كه از همه سبكتر بودند وجود داشتند : هلیم و هیدروژن
مرحله هفتم ( از 30 دقیقه تا 1 میلیون سال پس از آفرینش )
پس از گذشت حدود 300000 سال گوی آتشین آنقدر دما از دست داده كه هسته اتم ها و الكترون ها می توانند در دمایی در حدود 3000 درجه سانتی گراد به یكدیگر بپیوندند و بدون اینكه دوباره بی درنگ از هم بپاشند اتم ها را تشكیل دهند . در نتیجه آن مخلوط ذره ای كه قبلا نا مرئی بود اكنون قابل دیدن می شود.
مرحله هشتم ( از یك میلیون سال پس از آفرینش تا امروز )
از ابرهای هیدروژنی دستگاههای راه شیری، ستارگان و سیاره ها به وجود می آیند. در درون ستارگان هسته اتم های سنگین از قبیل اكسیژن و آهن تولید می شوند. كه بعد ها در انفجارهای ستاره ای آزاد می گردند و برای ساخت ستارگان و سیاره ها و زندگی جدید به كار می آیند.
عناصر اصلی زندگی زمینی چه موقع پدیدار شد؟
برای زمین با توجه به گوناگونی زندگی كه در آن وجود دارد 3 چیز از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده است:
1. از همان ابتدای خلقت همیشه ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراین همواره ماده برای ما باقی می ماند.
2. در مرحله ششم هیدروژن به وجود آمد این ماده كه سبك ترین عنصر شیمیایی می باشد سنگ بنای اصلی كهكشان ها و سیاره ها می باشد. هیدروژن همچنین سنگ بنای اصلی موجودات زنده ای است كه بعدا روی زمین به وجود آمدند و احتمالا روی میلیاردها سیاره دیگر نیز وجود دارند.
3. در مركز ستارگان نخستین هسته اتم های سنگین از قبیل اكسیژن و یا كربن یعنی سنگ بناهای اصلی مورد نیاز برای زندگی به وجود آمدند.
آیا جهان همواره در حال انبساط خواهد بود؟
جنبش انبساطی یا به عبارت دیگر از همدیگر دور شدن كهكشان ها به هر حال رو به كند شدن است. زیرا جزایر جهانی متعدد در واقع به سمت یكدیگر جذب می شوند و در نتیجه حركت انبساطی آن ها كند تر می شود. اكنون پرسش این است كه آیا زمانی همه ی این حركت ها متوقف خواهد گردید و این عالم در هم فرو خواهد پاشید؟ این مساله بستگی به تراكم ماده در جهان هستی دارد. هر چه این تراكم بیشتر باشد نیرو های گرانش میان كهكشان ها و دیگر اجزای گیتی بیشتر بوده و به همان نسبت حركت آن ها با شدت بیشتری متوقف خواهد شد. هم اکنون چنین به نظر می رسد كه تراكم جرم بسیار كمتر از آن است كه زمانی عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر روی این امكان وجود دارد كه هنوز جرم های بسیار بزرگ ناشناخته ای از قبیل ( سیاه چاله های اسرار آمیز) یا ( ابرهای گازی شكل تاریك) وجود داشته باشند و یا نوترینو ها كه بدون جرم به شمار می آیند جرمی هرچند كوچك داشته باشند. اگر این طور باشد در این صورت حركت كیهانی زمانی شاید 30 میلیارد سال دیگر متوقف خواهد شد. در آن زمان كهكشان ها با شتابی زیاد حركت به سوی یكدیگر را آغاز خواهند كرد تا در پایان به شكل یك گوی آتشین بزرگ یكپارچه شوند. آن زمان شاید می باید روی یك انفجار اولیه جدید دیگر و زاده شدن یك کیهان دیگر حساب كنیم. با توجه به سطح كنونی دانش آدمی و میزان پژوهش های انجام شده باید اینطور فرض كرد كه کیهان تا ابدیت انبساط خواهد یافت.
and other places ستارگان کویر یزد
+ نوشته شده در سه شنبه بیست و هشتم آذر ۱۳۸۵ ساعت 22:1 توسط سلمان حسین نژاد
|
