نام کاربری :   
کلمه عبور :   
[فراموشی رمز توسط ایمیل]
صفحه اصلی > دانش و فناوری > علوم پایه 


  چاپ        ارسال به دوست

اول و آخر این کهنه کتاب افتاده است

کیهان شناسی علمی است که جهان را در کلیت آن بررسی می کند و به موضوع هایی مثل تولد، رشد، شکل، اندازه و سرنوشت نهایی آن می پردازد. در دهه ۱۹۲۰ که «ادوین هابل» نشان داد «سحابی های مارپیچ» نیز در حقیقت کهکشان های دیگری مثل کهکشان خود ما هستند و میلیاردها سال نوری از ما دورند، ابعاد واقعی جهان ما مشخص شد.

«هابل» دریافت بیشتر کهکشان ها «جابه جایی» قرمز دارند، یعنی طیف نور آنها به سمت طول موج های بزرگ تر و قرمزتر می رود. این پدیده را می توان به عنوان جابه جایی داپلر در نظر گرفت که نشان می دهد کهکشان ها از ما دور می شوند. جالب تر آنکه هر چه کهکشانی از ما دورتر باشد، جابه جایی قرمزش بیشتر است، یعنی با سرعت بیشتری از ما دور می شود. رابطه بین فاصله و سرعت دور شدن را ثابت هابل مشخص می کند.

کشف این نکته که کل جهان در حال انبساط است، به ارائه نظریه «انفجار بزرگ» منجر شد. طبق این نظریه اگر همه اجزای جهان در حال دور شدن از یکدیگر هستند، احتمالاً روزگاری به یکدیگر بسیار نزدیک بودند و در وضعیتی بسیار داغ و چگال قرار داشتند. نظریه دیگری نیز در مقابل نظریه «انفجار بزرگ» مطرح بود که نظریه «حالت ایستا» نام داشت.

طبق این نظریه پیوسته ماده جدیدی تولید می شود تا فاصله ها و خلئی را که در اثر انبساط پدید می آید، پر کند اما در سال ۱۹۶۵، «آرنو پنزیاس» و «رابرت ویلسون»، «تابش پس زمینه ریزموج کیهانی» را کشف کردند و به این ترتیب نظریه انفجار بزرگ قاطعانه پیروز شد. تابش پس زمینه ریزموج کیهانی باقی مانده تابش حرارتی است که در اولین دوران های جهان، یعنی ۳۸۰ هزار سال پس از انفجار بزرگ از ماده داغ گسیل شده است.

 

 

● انحنای فضا زمان

با استفاده از نظریه نسبیت عام «آلبرت اینشتین» می توان فرآیند رشد جهان را مدل سازی کرد. نظریه نسبیت عام چگونگی انحنای فضا زمان در اثر ماده و انرژی را توصیف می کند. ما این انحنا را به صورت نیروی گرانش احساس می کنیم. نسبیت عام با در نظر گرفتن اصل کیهان شناختی (که می گوید جهان در بزرگ ترین مقیاس ها، یکنواخت است) معادله های نسبتاً ساده ای ارائه می کند که مدل های فریدمن نام دارد. این مدل ها نشان می دهد فضا چگونه خمیده و منبسط می شود.

طبق این مدل ها، شکل جهان ممکن است شبیه سطح یک کره باشد یا همانند سطح یک زین اسب خمیده باشد. اما در حقیقت مشاهده ها بیانگر آن است که شکل جهان در وضعیتی بین این دو یعنی تقریباً تخت است. یکی از تفسیرهایی که ارائه می شود، نظریه «تورم» است. این نظریه بیان می کند طی اولین لحظه های پدید آمدن (در کسری از یک ثانیه) فضا با سرعتی بسیار زیاد منبسط شده است و در نتیجه همه انحناهای اولیه تخت شدند. در نتیجه جهان قابل مشاهده کنونی از یک گلوله آتشین بسیار کوچک اولیه تشکیل شده است. این موضوع می تواند «مساله افق» را نیز تشریح کند. در مساله افق این موضوع مطرح می شود که چرا چگالی و دمای یک طرف جهان برابر طرف دیگر آن است.

با این همه جهان کاملاً هموار و یکنواخت نیست. ماهواره «کوبی» در سال ۱۹۹۰ موج هایی را در تابش پس زمینه ریزموج کیهانی آشکار ساخت. این موج ها نشانه ای از افت و خیز در چگالی در جهان اولیه است. این موج های کوچک در جهان اولیه شاید در اثر نوسان های (افت و خیزهای) اتفاقی کوانتومی در میدان انرژی پدیدآورنده تورم، به وجود آمده باشد. نقص های توپولوژیک فضا نیز ممکن است این نوسان ها را پدید آورده باشد، اما این موضوع با طرح های موجود همخوانی ندارد.

این نوسان های (افت و خیزهای) چگالی، هسته های کهکشان ها و خوشه های کهکشانی را پدید آورده است که در سراسر جهان پراکنده شده اند و در مقیاس های حدود یک میلیارد سال نوری، ساختار بزرگ مقیاس اسفنجی دارند. همه این ساختارها به این دلیل پدید آمده اند که گرانش، نوسان های اولیه را تشدید کرده است و بخش های چگال تر ماده را به سمت یکدیگر کشیده است.

 

 

● ماده تاریک

با این همه در شبیه سازی های انجام شده، ماده مرئی نمی تواند مقدار گرانش کافی را برای ایجاد ساختارهای مشاهده شده پدید آورد. به بیان دیگر چنین کاری باید با دخالت برخی از انواع «ماده تاریک» صورت گرفته باشد. دلیل دیگر بر وجود ماده تاریک آن است که برخی کهکشان ها آنچنان سریع می چرخند که اگر جاذبه گرانشی اضافه تری در کار نباشد، اجزای آن در کنار هم باقی نمی مانند.

ماده تاریک شبیه ماده معمولی نیست، چرا که در این صورت باید طی انفجار بزرگ، در فرآیند «nucleosynthesis» مقدار بسیار بیشتری دوتریم پدید آید. زمانی که عمر جهان کمتر از سه دقیقه بود، برخی پروتون ها و نوترون ها طی فرآیند همجوشی عنصرهای سبک را پدید آوردند. کیهان شناسان محاسبه کردند که اگر مقدار ماده معمولی از آنچه مشاهده می کنیم، بیشتر می بود، آن وقت طی فرآیند همجوشی، دوتریم بسیار بیشتری نسبت به آنچه امروزه می بینیم پدید می آمد.

در عوض به نظر می رسد ماده تاریک باید از چیز دیگری ساخته شده باشد. شاید در لحظه های اولیه انفجار بزرگ که بسیار داغ بود، پدید آمده باشد. برخی حدس می زنند ماده تاریک از ذراتی مثل WIMP (ذرات پرجرم با برهمکنش ضعیف) یا اکسیون های سبک تر یا به احتمال کمتر از سیاهچاله های اولیه پدید آمده باشد. یک احتمال دیگر برای توجیه منشاء ماده تاریک MOND یا دینامیک نیوتنی اصلاح شده است. این نظریه می گوید گرانش در فاصله های طولانی تر، قوی تر است.

 

 

● انرژی تاریک

راز و موضوع مبهم دیگر در دهه ۱۹۹۰ سر برآورد. اخترشناسان در آن هنگام دریافتند «ابرنواختر»های دوردست به طرزی بسیار شگفت آور ضعیف هستند. به همین دلیل اخترشناسان حدس زدند شتاب انبساط جهان، آن گونه که تا آن موقع فکر می کردند، کاهنده نیست بلکه با شتاب فزاینده صورت می گیرد. به نظر می رسد نوعی نیروی دافعه یا ضدگرانش در جهان وجود دارد که امروزه آن را «انرژی تاریک» می نامند. ماهیت این انرژی ممکن است «ثابت کیهان شناسی» یا انرژی خلأ باشد یا یک نوع میدان انرژی متغیر مانند «quintessence» باشد. ممکن است این نوع از انرژی، از خواص عجیب و ناشناخته نوترینوها پدید آمده باشد یا ممکن است حالت تغییریافته ای از گرانش باشد.

ماهواره WMAP با اندازه گیری دقیق طیف نوسان های تابش ریزموج پس زمینه پایه های تصویر استاندارد و کیهان شناسی را مستحکم تر کرد و نشان داد جهان ۷/۱۳ میلیارد سال عمر دارد و حاوی ۴۰ درصد ماده معمولی، ۲۲ درصد ماده تاریک و ۷۴ درصد انرژی تاریک است. تصویری که WMAP ارائه کرد، «نظریه تورم» را نیز تایید می کند. اما برای آزمون دقیق تر و کامل تر تورم باید منتظر آشکارسازی «امواج گرانشی کیهانی» بمانیم. امواج گرانشی، امواجی هستند که گمان می رود در اثر رشد سریع تورم پدید آمده باشد و نشانه های کوچکی از آنها در تابش ریزموج پس زمینه باقی مانده باشد.

چگالی انرژی تاریک از آنچه نظریه کوانتوم برای انرژی خلأ پیش بینی می کند، بسیار کمتر است. برخی ها این موضوع را به عنوان یک مثال خوب از «تنظیم دقیق» کیهان شناسی در نظر می گیرند. طبق این اصل، اگر مقدار چگالی کمی بیشتر بود، ابرهای گازی از یکدیگر دور می شدند و در نتیجه هیچ ستاره ای تشکیل نمی شد. همین موضوع برخی کیهان شناسان را به این نتیجه رسانده است که اصلی به نام «اصل آنتروپیک» یا «اصل انسان محوری» را بپذیرند. این اصل می گوید ویژگی های جهان ما به گونه ای تنظیم شده است که برای تشکیل حیات مناسب باشد، در غیر این صورت ما وجود نداشتیم و نمی توانستیم جهان را مشاهده کنیم.

 

 

● پرسش های بی پاسخ

با این همه هنوز مهم ترین پرسش های ما بی پاسخ مانده است. ما هنوز اندازه واقعی جهان را نمی دانیم، حتی نمی دانیم جهان محدود است یا نامحدود. ما از توپولوژی جهان بی خبریم. آیا جهان به دور خودش می پیچد یا تخت است. نمی دانیم چه عاملی باعث پدید آمدن تورم شده است یا آن طور که بسیاری از نظریه های تورم می گویند، این پدیده باعث شده است که تعداد زیادی جهان موازی در اطراف ما پدید آید.

هنوز مشخص نیست که چرا جهان، ماده را به ضدماده ترجیح می دهد. در لحظه های اولیه پدید آمدن جهان پس از انفجار بزرگ که ذره ها پدید آمدند، کفه ترازو به سمت تولید ماده بوده است. مدل استاندارد فیزیک ذرات هنوز نمی تواند دلیلی برای این رویداد ارائه کند. اگر مقدار ماده و ضدماده به اندازه هم تولید می شد، آنها همدیگر را نابود می کردند و هیچ چیزی به غیر از انرژی و تابش باقی نمی ماند.

سرنوشت نهایی جهان نیز به ماهیت ناشناخته انرژی تاریک و چگونگی رفتار آن در آینده بستگی دارد. ممکن است کهکشان ها در اثر شتاب گرفتن از همدیگر دور شوند یا آنکه همه مواد جهان در اثر «big rip» نابود شود یا آنکه در اثر «big crunch» رمبش کند یا آنکه دوباره منبسط شود و جهانی چرخه ای پدید آورد. حتی ممکن است یک کرمچاله بسیار بزرگ جهان را ببلعد.

در مورد آغاز جهان نیز باید گفت اگر جهان آغاز یگانه و منحصر به فردی داشته است، تاکنون ناشناخته مانده، زیرا در تکینگی اولیه، تمام نظریه های فیزیکی شناخته شده نقض می شود. برای درک منشاء جهان، احتمالاً به نسخه ای از نظریه «گرانش کوانتومی» نیاز داریم.


برگرفته شده از سایت روزنامه شرق


١٤:٢٧ - 1390/12/29    /    شماره : ٩٤٢    /    تعداد نمایش : ٥٨٤



خروج





   مطالب مرتبط
بازدیدها
امروز :768
کل بازديدها :17194519
بازديدکنندگان آنلاين :13
بازديدازاین صفحه :223565