علم امروزی بشر تا به دان جا رسیده كه قادر باشد در مورد جهان هستی توضیحاتی را ارائه كند . جهان هستی بیكران و غیر قابل تصور

علم امروزی بشر تا به دان جا رسیده كه قادر باشد در مورد جهان هستی توضیحاتی را ارائه كند . جهان هستی بیكران و غیر قابل تصور. ستاره های بیشماری را كه در آسمان شب می بینید تنها سه هزار ستاره از سیصد میلیارد ستاره در كهكشان راه شیریند . در جهان چیزی حدود صد میلیارد كهكشان وجود دارد .بشریت همواره با این سئوال مواجه بوده است كه : آیا این جهان از ابتدا بدین صورت بوده یا این كه همه چیز از جایی و به طور ناگهانی به وجود آمده است ؟ كشف این مطلب كه جهان در حال انبساط است موجب شگفتی بسیار در اوایل قرن گذشته شد. بر اساس این یافته فیزیكدان ها حدس زدند كه جهان می باستی در گذشته و از اندازه بسیار كوچك متولد شده باشد . این مطلب كه جهان آغازی دارد همچنین هیبت ابعاد و خلق آن ، انسان را با این سئوال روبرو ساخت كه جهان چگونه آغاز شده است . اكنون بس از رصد ها و تفكرهای بسیار به پاسخی رسیده ایم كه بیگ بنگ نام گرفته است .

بیگ بنگ چیست ؟

بر اساس نظریه بیگ بنگ جهان از انفجار حجم بسیار کوچک - ابعادی کوچکتر از حفره های روی پوست - ، با دما و چگالی بسیار زیاد آغاز شده است .بر اساس این نظریه شکل گیری  فضا همانند کش آوردن سطح   یک بادکنک است – مواد، دردرون و سطح بیرونی فضای در حال انبساط می یاشند، همانند ذرات غبار روی  شطح یک بادکنک-  این انفجار همانند انفجار ماده در یک فضای خالی نیست بلکه خود  فضا به همراه این انفجار متولد شده است و ماده را همچنان که منبسط میشود به همراه خود حمل می کند . فیزیکدان ها حتی بر این عقیده هستند که زمان نیز با بیگ بنگ آغاز شده است . امروزه ، اکثر دانشمند ها نظریه یگ بنگ را قبول دارند . شواهد موجود به قدر کافی محکم بودند که در سال 1951 دفتر کلیسای کاتولیک اعلام کرد نظریه بیگ بنگ با کتب مقدس مطابقت دارد .

تا اوایل قرن 19 مردم می پنداشتند که جهان پایدار و ثابت است . در سال 1915 با نظریه نسبیت عام اینشتین که به ماهیت فضا ، زمان و جاذبه  می پردازد حالت های  محتمل دیگری نیز ارائه شد . با ارائه نظریه نسبیت ساحتار فضا قادر بود که منبسط یا منقبض شود . در سال 1917 ستاره شناسی به نام ویلم دسیتر با به کار گیری نسبیت در مورد جهان نشان داد که جهان قادر است منبسط شود . (Willem de Sitter)

در سال 1922 ریاضیدانی به اسم الکساندر فریدمن (Aleksandr  Friedmann) با استفاده از روش های ساده تر به همین نتیجه رسید .  نتیجه بدست آمده توسط  جرج لمایتر (Georges Lemaitre) کیهان شناس در سال 1927 نیز همین بود . این گام ، تحولی بزرگ در مورد دیدگاه پذیرفته شده جهان-ثابت بود . جرج لمایتر بر این عقیده بود  که با سفر به کذشته كیهان ، ماده جهان می بایستی در ابعادی کوچک جمع شود و در آنجا انفجاری  رخ داده باشد . اگرچه این احتمال حالت شگفت آور جدیدی برای جهان در نظر می گرفت ولی مبتنی بر رصد های وقت نبود .

چرا بر این تفکریم که  بیگ بنگ  اتفاق افتاده است ؟

نتایج 3 رصد مهم طی قرن گذشته به ستاره شناسان کمک کرد تا اطمینان حاصل کنند که جهان با بیگ بنگ آغاز شده است . اولین آنها این است که جهان در حال انبساط است – بدین معنی که فضای میان کهکشان ها در حال بزرگ و بزرگتر شدن است -  این مشاهده منجر به این حدس شد که قبل ازانبساط همه چیز در جایی کنار هم قرار داشته است . دوم اینکه این نظریه به خوبی قادر به توضیح فراوانی هلیم و دتریم ( ایزوتوب هیدروژن ) در جهان است . دما و چگالی و محیط منبسط شونده جهان اولیه شرایط  خوبی برای تولید این هسته ها با فراوانی که امروز شاهد آن هستیم می باشد . دلیل سوم اینکه ستاره شان موفق به رصد تابش پس زمینه کیهانی  – نابش بس از انفجار اولیه - از هر سمت کیهان  شده اند .  تابش پس زمینه کیهانی دلیل قاطعی بر تایید آغازی این چنین – با یك انفجار-  برای جهان است . آفای استفان هاوكینگ در این مورد می گوید : این اکتشاف بی نظیر ، اکتشاف قرن است .  

انبساط جهان

همزمان با این ایده كه جهان در حال انبساط است ، ستاره  شناسی یه اسم  وستو سلیفر (Vesto Slipher) متذكر شد كه تعداد كهكشان هایی كه از ما دور می شوند بیشتر از آنهایی هستند كه به ما نزدیك می شوند .ستاره شناسان با استفاده از نور دریافتی از یك كهكشان قادرند دریابند كه یك كهكشان به ما نزدیك یا از ما دور می شود . اگر طیف نوری كهكشان به سمت طول موج كوتاه تر اتقال یابد - انتقال به آبی – كهكشان در حال نزدیك شدن به ماست ، مثال معروف این مطلب تغییر طول موج صدای یك آمبولانس در حال نزدیك شدن به ما است . اگر طیف نوری كهكشان به سمت طول موج بلند تر انتقال یابد - انتقال به سرخ – كهكشان در حال دور شدن از ماست ، همان طور كه طول موج صدای یك آمبولانس كه در حال دور شدن از ما است افزایش می یابد . میزان اتقال به سرخ یا آبی بستگی به سرعت دور شدن یا نزدیك شدن كهكشان دارد . بنابراین وستو سلیفر مشاهده كرد كه بیشتر كهكشان ها دارای انتقال به سرخ هستند تا اتقال به آبی .

درسال 1929 ، ادوین هابل (Edwin Hubble) كشف كرد كهكشان هایی كه در فاصله ی بیشتری از ما قرار دارند با سرعت بیشتری از ما دور می شوند ، این سرعت متناسب با فاصله است . به عبارت دیگر كهكشان هایی كه در فاصله دورتری نسبت به ما هستند دارای اتقال به سرخ بیشتری نیز می باشند . كهكشان های دور دست فاصله ای در ابعاد میلیون و میلیارد سال نوری با ما دارند و این به این معناست كه ما به گذشته ای در ابعاد میلیون یا میلیارد سال نوری نگاه می كنیم . در حین سفر نور كهكشان ها به سمت ما طیف نور ازطول موج های كوتا هتر به سمت طول موج های بلند تر - انتقال به سرخ – اتقال می یابد . این انتقال به سرخ در اثر انبساط ساختار فضا است. اگر طول موج دو برابر شود ، جهان می باید با ضریب 2 منبسط شود. بنابراین كشف هابل این بود كه عامل انبساط به نحوی با مسیر طی شده توسط نور در ارتباط است ، معادل با اینكه شما به چه میزان به گذشته نگاه می كنید . این مطلب بیان گر این است كه هر چه در زمان به  عقب و عقب تر برگردیم جهان كوچك و كوچكتر است . با سفر به گذشته ی یك جهان منبسط شونده خواهیم دید كه فاصله ی میان كهكشان ها در حال كاهش و چگالی جهان در حال افزایش است .

این روند تا جایی ادامه  پیدا می كند كه تمامی ماده جهان در حجمی بسیار كوچك متراكم می شود ، كه نتیجه این روند چگالی باور نكردنی جهان اولیه - لحظه بیگ بنگ – است . با تقسیم فاصله ی كهكشان بر سرعت ذاتی آن قادر به تخمین طول عمر جهان خواهیم بود . با این روش می توانیم  تخمین بزنیم كه در چه زمانی فاصله ی ما تا دیگر كهكشان ها صفر بوده است . محاسبات نشان می دهند كه بیگ بنگ در حدود 10 تا 15 میلیون سال قبل - 3 برابر عمر زمین – اتفاق افتاده است .

یكی از راه های تست كردن این تخمین این است كه به ذنبال كهن ترین جسم در كیهان باشیم این جسم می باید سنی در حدود 10 تا 15 میلیارد سال داشته باشد نه بیشتر . روش دیگر بررسی فعالیت های رادیو اكتیوی ایزوتپ های اورانیوم است . می دانیم كه كهن ترین ایزوتوپ های تشكیل شده توسط فعالیت های هسته ای ابر –نو اخترها 10 میلیارد سال سن دارند . با استفاده از مدل های امروزی تحول ستاره ای می دانیم كه كهن ترین ستارهای موجود در كهكشان را شیری در حدود 10 میلیارد سال سن دارند . سنین به دست آمده با تخمین -های ما مطابقت دارند

فراوانی هلیم و دتریم در كیهان

با توجه به این كه در ابتدای كیهان دما بسیار زیاد بوده است می تواند دلیل خوبی برتائید  این مطلب باشد كه هلیم و دتریم پیش از تشكیل هر ستاره ای در جهان بوجود آمده اند  .  این عناصر در همجوشی های هسته ای تولید می شوند. همجوشی یك پروتون با یك نترون منجر به تولید دتریم - هیدروژن سنگین - می شود . این فرایند تنها در دماهای بسیاربالا مثل دمای هسته ی ستاره ها امكان پذیر است . در سال 1946 ، جورج گاموو

 (George Gamow) یكی ازدانشجویان فریدمن  پیشنهاد داد كه همجوشی هسته ای می بایست در كیهان اولیه زمانی كه دما بسیار بالا بود اتفاق افتاده باشد . این فرآیند سنتز هسته ای نام دارد ، كه منجر به تولید هلیم و دتریم (همچنن مقداری لیتیم و بریلیوم) از دریای انبوه پروتون ها و نترون های پر انرژی كیهان اولیه  شده است .در اوایل دهه ی 1960 طیف سنجی ستاره های محلی نشان داد كه هلیم 20 تا 30 در صد از جرم ستاره ها را تشكیل می دهد . و بقیه جرم ستاره را غالبا ازهیدروژن تشكیل شده است . تنها دو منبع در جهان حاضر فادر به تولید هلیم هستند كه یكی ستاره های آسمانند و دیگری بمب های اتمی . هر دو این ها با استفاده از همجوشی هسته ای و در آمیختن هسته های هیدروژن ، هلیم تولید می كنند كه انرژی فراوانی نیز از این فرایند تولید می شود .ستاره شناسان بر این اعتقادنند كه اگر تمامی هلیم موجود در جهان توسط ستاره ها تولید شده است درنتیجه روشنایی آسمان باید بیشتر از حال حاضر باشد . بنابراین هلیوم موجود می باید قبل از ستاره ها تولید شده باشد .

برپایه تئوری سنتز هسته ای مدل بیگ بنگ فیزیكدان ها در اواسط دهه ی 1960 تخمین زدند كه در حدود یك چهام جرم كیهان در ابتدا به هلیم تبدیل شده است ، در حالی كه باقیمانده جرم به هیدروژن تبدیل شده. این مقدار با اندازه  گیری های اولیه 20 تا 30 درصد فراوانی هلیم ، كه امروزه مشاهده می كنیم - كه توسط بیگ بنگ ، قبل از اینكه در ستاره ای تولید شود، تولید شده است -  سازگار است . در اوایل دهه ی 1970 با مطالعه طیف دیگر كهكشان ها مشخص شد كه اكثریت هلیم مشاهده شده  قبل از شكل گیری ستاره ای در كیهان وجود داشته است .

 مقدار اكسیژن موجود در ستاره میزان سنتز هسته ای ستاره را نشان می دهد زیرا این ستاره ها هستند كه توسط همجوشی هسته ای هیدروژن عناصر سنگین تری مثل : اكسیژن ، نیتروژن ، كربن و هلیوم را تولید می كنند . اگر همانند اكسیژن تمامی هلیوم موجود در كیهان توسط ستاره ها تولید شده باشد انتظار نمی رود در كهكشان هایی كه اكسیژن ندارند هلیوم یافت شود زیرا كهكشان ها قبل از شكل گیری عناصرسنگین در ستاره ها شكل گرفته اند . برای شكل گیری یك كهكشان مقدار اولیه هلیوم  مورد نیاز در حدود 24 درصد است و این مطلب تاییدی بر وجود تئوری سنتز هسته ای بیگ بنگ است . به این معنا كه باید در جهان اولیه هلیوم تولید شده باشد . نتایج رصدی از این تئوری - كه در جهان اولیه یك چهارم جرم كیهان توسط سنتز هسته ای به هلیوم تبدیل شده است - دفاع می كنند .

 شاهد دیگری برای تایید سنتز هسته ای در كیهان اولیه دتریوم می باشد . دتریم بر خلاف هلیوم هرگز در مركز ستاره ها تولید نمی شود .دتریم تولید شده در ستاره ها در دمای بالا و فشار زیاد بلا فاصله یا تجزیه

می شود- در دمایی بالاتر از یك میلیون درجه كلوین دتریم به یك پروتون و یك نترون تجزیه می شود- و یا اینكه به هلیوم تبدیل می شود  . ستاره شناسان در اوایل دهه 1970 پی بردنند كه عاملی نا مشخص در كیهان حاضر منجر به تولید دتریم می شود . مطالعات انجام گرفته در سال 1973 بر روی طیف جذبی ستاره های نزدیك  شان داد كه ماده ی میان ستاره ای حاوی مقدار كمی دتریوم می باشد . و از آنجا كه ستاره ها قادر به تولید دتریوم نمی باشد ، در نتیجه دتریوم موجود می بایستی درابتدای شكل گیری كهكشان ها یا حتی قبل از آن تولید شده باشد . با وجود  اینكه در كیهان اولیه دما به شدت بالا بوده است ولی به دلیل انبساط عالم چگالی و فشار به سرعت كاهش یافته طی این مدت دتریوم تولید شده فرصتی برای تجزیه پیدا نكرده است . بر این اساس فراوانی هلیوم و دتریوم موجود در جهان شاهد دیگری است بر آغازی با دمای بالا، برای كیهان كه این انفجار نیرومند با مدل بیگ بنگ سازگاری دارد .

تابش پس زمینه ی كیهانی  

دلیل سوم و نهایی برای مدل بیگ بنگ تابش پس زمینه ی كیهانی است . در سال 1948 آقای گاموو

 پیش بینی كرد كه  تابش حاصل از سنتز هسته ای كیهان اولیه هنوز فابل آشكار سازی است . او دمای لازم برای تشكیل هلیوم در كیهان اولیه را محاسبه كرد و بر اساس آن دمای تابش های به جا مانده از آن فرآیند را  در جهان امروز حدود 5 درجه ی كلوین تخمین زد . اغلب فیزیكدان های تئوری و حتی خود او بر این باور بودند كه این دما برای ردیابی بسیار ضعیف است.

به هر حال در سال 1964 دو ستاره شناس رادیویی به نام های آرنو پنزیاس (Arno Penzias) و رابرت ویلسون (Robert Wilson) می كوشیدند تا سیگنال های مزاحم  پس زمینه را از سیگنال های دریافتی آنتن رادیویی خود حذف كنند . آنها بر این باور بودند كه عامل این نویز مزاحم  پس زمینه فضله ی كبوترانی است كه در آنتن رادیویی آنها لانه كرده اند و با پاك كردن این فضله ها می توانند این نویز مزاحم را حذف كنند اما پس از یك سال آنها همچنان این نویز مزاحم را دریافت می كردنند ، و قادر به حذف آن نبودند . آن دو متوجه شدن كه این نویز در تمام جهات به صورت یكسان دریافت می شود - چه آنتن رادیویی آن ها به سمت خورشید هدفگیری شده باشد یا به سمت مركز كهكشان و یا حتی محدوده های خالی آسمان-  این بدان معنا بود كه این سیگنال می بایستی از ورای كهكشان منشاء داشته باشد ، در غیر این صورت نمی توانست در تمام جهات آسمان به صورت یكسان دریافت شود . همگرایی شدید این سیگنال نشان می داد كه منبع این سیگنال در فاصله ی دوری از ما قرار دارد به عبارت دیگر در اوایل عمر كیهان اتفاق افتاده است .همچنین منبع این سیگنال می بایستی  پر قدرت باشد كه در حال حاضر ما قادر به آشكار سازی آن هستیم . سرانجام فیزیكدان ها پی بردند كه این تابش ها از انفجار اولیه كیهان منشاء  گرفته اند - همان طور كه  آقای گاموو پیش بینی كرده بود - . اما آن ها چگونه می توانستند مطمئن شوند كه كشف پنزیاس و ویلسون همان تابش پس زمینه ی كیهانی است ؟

اگر این تابش حاصل بیگ بنگ باشد باید از طیف جسم متعارفی كه جسم سیاه نامیده می شود  پیروی كند. جسم سیاه جسمی است كه تمام تابش دریافتی را جذب می كند . بر اساس مدل بیگ بنگ كیهان اولیه تجمعی فشرده شده از ذره و نور بوده است ، و دمایی بسیار بالا داشته است . در یك چنین محیطی ذره دائما با نور در برخورد بوده است ، آن را جذب می كرده و دوباره آن را تابش می كرده است . نور در یك چنین شرایطی دارای طیف جسم سیاه می باشد ، و این مشخصه نور در طول سفرش در فضای منبسط شونده ثابت می ماند . در طیف جسم سیاه هر طول موج دارای شدت خاصی است . و این شدت در طول موج های مختلف تنها تابع دمای جسم است . بنابراین ستاره شناسان با اندازه گیری شدت تابش در طول موج های مختلف میتوانند نتیجه یگیرند كه این تابش با تابش جسم سیاه مطابقت دارد یا خیر.

در دهه ی 1970 گروه های مختلفی شدت تابش را در امواج ماكرو ویو و فروسرخ اندازه گیری كردند . تمامی این مشاهدات تایید كرد كه تابش پس زمینه ی كیهانی یك تابش جسم سیاه می باشد و دمای آن در حدود 3 درجه ی كلوین است . در سال 1991 رصد خانه فضایی COBE  اندازه گیری دقیقی از تابش پس زمینه ی كیهانی انجام داد و نتیجه بسیار شگفت آور بود . در 43 مورد اطلاعات اندازه گیری شده همخوانی كاملی با طیف جسم سیاه داشتند .  این اطلاعات چنان با طیف جسم سیاه هم خوانی داشتند كه نمودار طیف جسم سیاه به طور كامل در پس آن ها مهو می شد . این مورد ، آخرین نمونه از یكسان بودن فیزیك تئوری و مشاهدات انجام  گرفته شده توسط نجوم بود . 

بر اساس اندازه گیری های ماهواره COBE  دمای تابش  پس زمینه ی كیهانی می بایستی  0.010±2.726باشد . این مقدار اندازه گیری شده به اندازه قابل توجهی از مقدار اصلی تابش كمتر است ودلیل این امر انبساط عالم می باشد -عالم منیسط شونده  منجر به افزایش  طول موج تابش شده  و انرژی موج را كاهش می دهد - این موج به اندازه سن عالم در راه بوده تا به ما برسد . امروزه ستاره شناسان می دانند كه عالم منبسط شونده طول موج تابش پس زمینه ی كیهانی را با ضریب 1000 افزایش می دهد . درخش پس از بیگ بنگ در زمانی اتفاق افتاده است كه عالم تنها 000/500 هزار سال عمر داشته است در نتیجه تابش پس زمینه ی كیهانی قدیمی ترین سوژه رصد شده تا كنون است .در حقیقت ما اتفاقات حاصل از بیگ بنگ را نظاره می كنیم .

نتیجه

در قرن بیستم ما نظاره گر جهش بزرگی در درك و شناخت كیهان بودیم . از زمانی كه معتقد به جهانی پایدار بودیم چندی نمی گذرد . كهكشان های دوردست كه از ما دور می شوند ما را متوجه ساختند  كه جهان در حال انبساط است .  با سفری به گذشته این جهان منبسط شونده ما به كیهان اولیه ای چگال و داغ می رسیم .  در میانه های قرن بیستم به این مطلب پی بردیم كه واكنش های هسته ای در كیهان اولیه رخ داده اند دلیلی بر فراوانی نسبی هلیوم و دتریوم می باشند .  با حركت به جلو توانستیم درخش پس از بیگ بنگ را كه میلیارد ها سال پیش اتفاق افتاده است ،  آشكار سازی كنیم . در نهایت كشف این كه جهان با بیگ بنگ آغاز شده است ممكن است مانند سایر اكتشافات انسان ثابت و پا بر جا باقی بماند .

اگر چه بیگ بنگ به عنوان تنها تصور جهانی از جهان است . اما امروزه فیزیكدان های ذره ای در حال تدارك تئوری در مورد تاریخ جهان در چند ترلیونیوم ثانیه پس از بیگ بنگ هستند . آنها قادرند كه نظری های خود را با استفاده از شتاب دهنده های ذرات امتحان كنند و وقایع را ( حتی با انرژی های بالا ) همانند جهان اولیه شبیه سازی كنند .  برای درك اینكه جهان چگونه آغاز شده است تئوری باید تدوین شود كه شامل نظریه نسبیت عام (به دلیل جاذبه باور نكردنی جهان اولیه) و مكانیك كوانتومی (به دلیل چگال  و فشرده بودن جهان اولیه) باشد . هدف فیزیك امروزه ارتقا بخشیدن نظریه كوانتومی جاذبه است تا جایی كه روزی ما به این حقیقت پی ببریم كه چه چیزی در لحظه ی تولد جهان اتفاق افتاده است .

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: