فیزیكدانان در پاسخ به این پرسش كه جهان چگونه آغاز شده است، نظریه انفجار بزرگ را مطرح می كنند. طبق این نظریه جهان ۷۱ میلیارد سال پیش از حالتی بسیار چگال و داغ سربر آورده است. این نظریه بر انبساط مشاهده شده فضا و بررسی قرمزگرایی مبتنی است. دانشمندان بر پایه این مشاهده ها نتیجه گرفتند كه جهان از وضعیتی كه ماده و انرژی آن در حالتی بسیار چگال و دمای زیاد قرار داشت، آغاز شده است. در عین حال دانشمندان در این مورد كه پیش از آن جهان در چه وضعیتی بود، اتفاق نظر ندارند.نظریه انفجار بزرگ كه مبتنی بر ملاحظات نظری است، تایید مشاهده های تجربی را نیز به همراه دارد. به لحاظ مشاهده ای اخترشناسان دریافته بودند كه سحابی های مارپیچ در حال دور شدن از زمین هستند، هر چند این رصدگران نه متوجه معنی كیهان شناختی این پدیده بودند و نه اصولا می دانستند كه این سحابی ها، كهكشان های دیگری غیر از كهكشان راه شیری ما است. در سال ۱۹۲۷ یك كشیش كاتولیك به نام جورج لوماتره با استفاده از رابطه های نسبیت عام اینشتین و مشاهده پس رفت سحابی های مارپیچ نتیجه گرفت كه جهان ما با انفجار «اتم اولیه» آغاز شده است. این نظریه بعدها انفجار بزرگ نام گرفت.ادویل هابل در سال ۱۹۲۹ توانست شاهدی رصدی برای نظریه لوماتره فراهم آورد. وی كشف كرد كه نور دیگر كهكشان ها قرمزگرایی دارد كه مقدار آن متناسب با فاصله آن كهكشان از زمین است. امروزه این قانون را به نام قانون هابل می شناسند.

طبق اصل كیهان شناسی اگر مقیاس های بسیار بزرگ را در نظر آوریم، در جهان هیچ جهت یا مكانی بر دیگری ترجیح ندارد. هابل با توجه به این اصل گفت كه جهان در حال انبساط است. این دیدگاه با دیدگاه اینشتین در مورد جهان كه آن را بی پایان و ایستا می دانست در تعارض بود.در آن زمان دو احتمال مختلف برای وضعیت جهان مطرح شد. یكی نظر انفجار بزرگ لوماتره بود كه جورج گاموف طرفدار آن بود و به گسترش آن بسیار كمك كرد و دیگر مدل حالت ایستای فرد هویل بود. طبق این مدل تمام نقاط جهان با گذشت زمان هیچ تغییری نمی كرد. در حقیقت هم همین فرد هویل بود كه اصطلاح انفجار بزرگ یا Big Bang را سر زبان ها انداخت. وی در یك سخنرانی در سال ۱۹۴۹ بارها از نظریه لوماتره با عنوان Big Bang نام برد و آن را به تمسخر گرفت. وی سال های بعد هم در دیگر سخنرانی هایش به تمسخر اندیشه های لوماتره پرداخت، اما در نهایت Big Bang به عنوان نام رسمی نظریه لوماتره شناخته شد. این دو نظریه سال های متمادی به موازات یكدیگر گسترش یافتند و هركدام طرفداران بسیاری یافتند اما با توسعه اخترشناسی شواهد رصدی از ایده انفجار بزرگ حمایت كردند و معلوم شد كه جهان از حالتی بسیار داغ و چگال آغاز شده است.

از سال ۱۹۶۵ نیز كه تابش های ریزموج پس زمینه كیهانی كشف شد، نظریه انفجار بزرگ بهترین نظریه پردازی توجیه سرآغاز و چگونگی تكامل جهان محسوب می شود. در حقیقت تمام كارهای نظری در كیهان شناسی بر مبنای نظریه انفجار بزرگ یا نسخه تغییر یافته و اصلاح شده آن است. پژوهش های كنونی در كیهان شناسی نیز به بررسی و درك چگونگی تشكیل كهكشان ها با استفاده از نظریه انفجار بزرگ و درك رویدادها در لحظه انفجار بزرگ مربوط می شود.طبق این نظریه همزمان با انبساط تده اولیه چگال و داغ، دما نیز به تدریج كاهش یافت.بعد از گذشت حدود ۳۵ ۱۰ ثانیه انتقال فازی صورت گرفت كه باعث شد جهان به طور نمایی رشد كند. این دوره را با عنوان تورم كیهانی می شناسند.پس از آنكه تورم كیهانی متوقف شد، مواد تشكیل دهنده به صورت پلاسمای كوآرك گلوئون بودند. در این حالت ذرات تشكیل دهنده پلاسما با سرعت های نسبیتی در حال حركت بودند. با گسترش و انبساط جهان دما نیز به تدریج كاهش یافت و با تركیب اجرای پلاسما با هم، پروتون ها و نوترون ها شكل گرفتند. بعدها بعضی از پروتون ها و نوترون ها با یكدیگر تركیب شدند و طی فرآیندی با نام هسته زایی، هسته های لوتریم و هلیم را به وجود آوردند. پس از گذشت حدود ۳۰۰ هزار سال از انفجار بزرگ الكترون ها نیز به اتم ها ملحق شدند و اتم ها را كه به طور عمده هیدروژن بود، به وجود آوردند. در این زمان تابش از ماده جدا شد و در نتیجه در كل جهان مانعی در برابر نور وجود نداشت. به چنین تابش هایی، تابش ریزموج پس زمینه می گویند.

با گذشت زمان منطقه های چگال تر مواد اطراف خود را جذب كردند و بزرگتر و متراكم شدند و به این ترتیب ابرهای گاز، ستارگان، كهكشان ها و دیگر ساختارهای اخترشناسی كه امروزه قابل مشاهده است را به وجود آوردند.جزئیات مربوط به این فرآیند به مقدار و نوع ماده مورد نظر بستگی دارد.البته باید در نظر داشت هنگامی كه جهان را با استفاده از این نظریه شرح می دهیم، نباید انفجار بزرگ را به صورت انفجاری از ماده در نظر گرفت كه به سرعت از یكدیگر دور می شوند تا فضایی از پیش تهی را پر كنند، بلكه در انفجار بزرگ چیزی كه منبسط می شود، خود فضا است. همین انبساط است كه باعث می شود فاصله بین هر دو نقطه دلخواهی در جهان افزایش یابد. با این همه انبساط جهان در مقیاس موضعی فعلی چنان كوچك است كه هر گونه ارتباطی بین قوانین فیزیك با انبساط با استفاده از تكنیك های فعلی غیرقابل اندازه گیری است.

تابش پس زمینه كیهانی

نظریه انفجار بزرگ وجود تابش های ریزموج پس زمینه كیهانی را پیش بینی كرد. این تابش ها در حقیقت از فوتون هایی تشكیل شده اند كه در مراحل اولیه تشكیل جهان گسیل شده اند. در مراحل اولیه آغاز جهان و پیش از تشكیل اتم ها، این تابش ها به طور مداوم جذب می شوند و در نتیجه جهان مات بود. اما پس از انبساط و سرد شدن جهان تا حدود سه هزار درجه كلوین، وضعیت به گونه ای شد كه الكترون ها و هسته ها توانستند با یكدیگر تركیب شوند و اتم ها را به وجود بیاورند. در این حالت پلاسمای اولیه به گازی خنثی تبدیل شد. این گاز خنثی برخلاف پلاسما، عبور نور را ممكن می سازد. این تابش ها در تمام جهت های فضا جاری است و امروزه ما می توانیم آن را مشاهده كنیم. این تابش ها نیز به دلیل انبساط هابل، قرمزگرایی دارند. در هر كجای جهان كه باشیم این تابش ها را مشاهده می كنیم كه از همه جهت ها می آیند.

آرنو پنزیاس و روبرت ویلسون در سال ۱۹۶۴ از یك گیرنده ریزموج آزمایشگاه بل استفاده كردند تا به رصد تابش ها بپردازند. آنها با استفاده از این ابزار تابش ریزموج پس زمینه كیهانی را كشف كردند. با این كشف كه نشان دهنده طیف جسم سیاه در دمای سه درجه كلوین بود، كفه ترازو به نفع نظریه انفجار بزرگ سنگین تر شد. پنزیاس و ویلسون به خاطر این كشفشان جایزه نوبل را از آن خود ساختند.ناسا در سال ۱۹۸۹ ماهواره كاشف پس زمینه كیهانی را كه به اختصار كوبه یا COBE خوانده می شود پرتاب كرد. اولین اطلاعات این ماهواره كه در سال ۱۹۹۰ ارائه شد، با پیش بینی های تابش های ریزموج پس كیهانی نظریه انفجار بزرگ سازگاری داشت. در سال ۲۰۰۳ نیز كاوشگر ریز موج ناهمسانگرد ویلكینسون WMAP پرتاب شد و اطلاعاتی از بعضی پارامترهای كیهان شناسی به دست آورد كه دقیق ترین اطلاعات به دست آمده تا آن زمان محسوب می شد. دستاوردهای این ماهواره نیز در كل با مبانی نظریه تورم هماهنگی داشت.

تكوین و شكل گیری كهكشان ها

مشاهده های دقیق در مورد شكل و توزیع كهكشان ها و اختروش ها شواهد قاطعی در مورد انفجار بزرگ فراهم آورده است. دانشمندان با استفاده از تلفیق مشاهده و نظریه حدس می زنند كه اولین اختروش ها و كهكشان ها حدود یك میلیارد سال بعد از انفجار بزرگ به وجود آمدند و پس از آن نیز ساختار بزرگ همانند خوشه ها و ابرخوشه های كهكشانی شكل گرفتند. ستارگان و كهكشان ها با گذشت زمان تكامل می یابند، بنابراین كهكشان های دور دست كه آنها را به شكلی كه در آغاز جهان بودند، مشاهده می كنیم با كهكشان های نزدیك كه شكل فعلی آنها را می بینیم بسیار متفاوتند. با این همه كهكشان هایی كه به تازگی تشكیل شدند نسبت به كهكشان هایی كه در همین فاصله اما مدت كوتاهی پس از انفجار بزرگ شكل گرفتند، تفاوت دارند. این مشاهده ها به شدت مدل حالت ایستا را رد می كند. بررسی مربوط به تشكیل ستارگان و توزیع كهكشان ها و اختروش ها و ساختارهای بزرگتر با شبیه سازی های نظریه انفجار بزرگ در مورد تشكیل ساختار در جهان هماهنگ است و در عین حال كمك موثری برای كامل كردن جزئیات مربوط به این نظریه محسوب می شود.
 

ماده تاریك

طی دهه ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ مشاهده های گوناگون نشان داد كه برای توجیه شدت ظاهری نیروی گرانشی درون كهكشانی و بین كهكشانی مقدار ماده مرئی كافی وجود ندارد. این مشاهده ها منجر به شكل گیری این ایده شد كه بیش از نود درصد ماده موجود در جهان ماده معمولی نیست، بلكه از نوع ماده تاریك است. علاوه بر این، فرض اینكه جهان به طور عمده از ماده معمولی تشكیل شده است، به پیش بینی هایی منجر می شود كه به شدت با نتیجه حاصل از مشاهده ها ناهمخوانی دارد. زمانی كه ایده ماده تاریك مطرح شد، بحث های بسیاری به دنبال داشت، اما امروزه به دلیل مشاهده های مربوط به سرعت انتشار كهكشان ها، توزیع ساختارهای بزرگ مقیاس، پدیده های مربوط به عدسی گرانشی و اندازه گیری های پرتو ایكس خوشه های كهكشانی، بسیاری آن را به عنوان بخشی از مدل استاندارد كیهان شناسی پذیرفته اند. در آگوست سال ۲۰۰۶ توانستند وجود ماده تاریك را با استفاده از اندازه گیری برخورد كهكشان ها، نشان دهند. این مورد اندازه گیری و دیگر روش های اندازه گیری ماده تاریك فقط نسبت به اثرهای گرانشی حساس است. تاكنون هیچ ذره ماده تاریكی در آزمایشگاه مشاهده نشده است. با این همه در فیزیك ذرات، نامزد هایی برای ماده تاریك وجود دارد و طرح های گوناگون برای آشكارسازی مستقیم آنها در دست اجرا است.
 

انرژی تاریك

اندازه گیری مشخصه های بعضی انواع ابر نواخترها نشان می دهد كه شتاب جهان مقداری غیر خطی است. نظریه نسبیت عام برای توجیه این شتاب غیر خطی نیازمند وجود نوعی انرژی با فشار منفی در جهان است. اكنون به نظر می رسد كه این انرژی تاریك تشكیل دهنده هفتاد درصد انرژی جهان است. ماهیت این انرژی یكی از رازهای مهم انفجار بزرگ است. نامزدهای احتمالی برای این انرژی وجود دارد كه ثابت كیهان شناختی ازجمله آنها است. هم اكنون رصد هایی انجام می شود تا ماهیت این انرژی روشن شود. با استفاده از اطلاعاتی كه ماهواره WMAP در سال۲۰۰۶ ارائه كرده است، نشان می دهد كه جهان از ۷۴ درصد انرژی تاریك، ۲۲ درصد ماده تاریك و ۴ درصد ماده معمولی تشكیل شده است.

پیشرفت نجوم و كیهان شناسی در چند دهه اخیر توجه دانشمندان بسیاری را به خود جلب كرده است، زیرا با استفاده از تجهیزات جدید دید ما نسبت به جهان به طور وصف ناپذیری دگرگون شده است. كشف ستاره های نوترونی با استفاده از مشاهده های مربوط به طول موج های بلند رادیویی، به دست آوردن اطلاعات از جهان هنگامی كه فقط چند دقیقه عمر داشت با استفاده از آثار دوتریم موجود و كشف چگونگی تشكیل ستارگان هنگام بررسی سردترین مناطق جهان، موضوع هایی است كه می تواند توجه همه را به خود جلب كند.این كتاب كه در پنج فصل تنظیم شده است از تولد و مرگ ستارگان شروع شده و با بررسی منشاء كهكشان ها و منشاء جهان به پایان رسیده است. با خواندن این كتاب می توان سوار بر ماشین زمان، به گذشته رفت و به بررسی ساختارهایی چون ستارگان، اختروش ها و سیاهچاله ها و دیگر پدیده های كیهانی پرداخت. هدف اصلی این كتاب به ادعای مترجم، آن بوده است كه با بیان ساده، موضوع های دشوار نجومی را به حرفه ای ها و غیر حرفه ای ها بیاموزد.
 

تحولات جهان ما

ملكولم لونگایر

ترجمه:  
حبیب الله عصاره، محمدحسین عصاره
انتشارات دانشگاه شهیدچمران ۱۳۸۴
 

نقل از شرق

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40