۱- جهان هستى در چند بعد خلاصه مى شود ؟

 2- جهان چگونه شكل گرفت ؟

 3 _ دليل انباشتگى ماده در عالم چيست؟

 ۴ _ نحوه شكل گيرى كهكشان ها چگونه بوده است؟

۵_ ماده تاريك سرد چيست؟

۶ _ آيا تمامى باريون ها در درون كهكشان ها شكل گرفته اند؟

  ۷- انرژى تاريك چيست ؟

۸- چگالى عالم چقدر است؟

 

 

1- جهان هستى در چند بعد خلاصه مى شود ؟

 فيزيكدان ها به طور سنتى عالم هستى را با بهره گيرى از چهار بعد ترسيم و تفسير مى كنند: سه بعد فضايى  آشنا و ديگرى بعد زمان. اكنون آنها به اين مطلب مى انديشند كه احتمالاً بايد چند بعد فضايى ديگر را به سيستم كنونى بيفزايند. آنان نمى دانند كه چرا نيروى جاذبه گرانشى به شدت از سه نيروى بنيادين ديگر يعنى الكترومغناطيس، نيروى قوى و نيروى ضعيف، ضعيف تر است. دو فيزيكدان به نام هاى ليزا راندال و  رامان ساندرام از تفسيرى ارائه كرده اند كه بر طبق آن بعد ديگرى به ابعاد كنونى اضافه مى شود.در مدلى كه آن دو ارائه دادند ما در دنياى پنج بعدى زندگى مى كنيم و ذرات گراويتون كه حامل نيروى گرانشى هستند، در بعدى ديگر واقع اند.اختلافى كوچك در بعد پنجم، ميان اين دو جهان، موجب كاهش چشمگير نيروى گرانشى مى شود. نظريه پردازان تئورى ريسمان حتى از اين هم فراتر مى روند. آنها چهار نيروى بنيادين فيزيك را در يك مدل يازده بعدى يكپارچه مى سازند، كه در آن، حلقه هاى بسيار كوچك و قطعات ريسمانى، بنيادى ترين ذرات هستند.

اما حتى خوش بين ترين نظريه پردازان تئورى ريسمان نيز ترديد دارند كه در آينده نزديك بتوانند اين ريسمان ها را مشاهده كنند.نظريه مذكور پيش بينى مى كند كه اين ريسمان ها ۱۰۰ ميليون ميليارد برابر كوچكتر از ريزترين ذرات زيراتمى هستند. (منظور ذراتى است كه توسط نيرومندترين شتاب دهنده هاى ذرات ايجاد شده اند.)اما در اين بين شواهد دال بر بعد پنجم مى تواند بسيار زودتر به دست ما برسد. راندال و ساندرام پيش بينى مى كنند كه شتابدهنده بزرگ هادرون، واقع در جنوا كه قرار است در سال ۲۰۰۷ شروع به كار كند مى تواند انرژى كافى را براى نفوذ يك گراويتون به دنياى ما فراهم سازد.

 

2- جهان چگونه شكل گرفت ؟

ميان كيهان شناسان بر سر زمان شكل گيرى عالم قابل رويت، اين اجماع وجود دارد كه جهانى كه ما مى توانيم ببينيم، زائيده رويدادى است كه بين ۱۳ تا ۱۴ ميليارد سال پيش اتفاق افتاده است.در مدت يك ميكرو ثانيه پس از واقعه مذكور، عالم آشامه اى (سوپى) بى اندازه داغ بوده كه حاوى كوارك ها و ديگر ذرات عجيب بوده است.

در همان اثنا كه اين سوپ داغ در حال خنك تر شدن بود، كوارك ها متراكم شدند و موجبات تشكيل پروتون ها و نوترون ها و همين طور ذراتى از اين دست منجمله هادرون ها و مزون ها را فراهم كردند.هنگامى كه جهان هستى در زمانى معادل يك ثانيه به بلوغى خاص رسيده بود، ديگر به جز نوترون ها، پروتون ها، فوتون ها، الكترون ها و نوترينوها چيز ديگرى وجود نداشت.مجموعه اى از واكنش هاى هسته اى در دويست ثانيه بعدى، موجبات تشكيل هسته سه عنصر اوليه را كه كوچكترين عناصر هستند فراهم ساخت.

امواج صوتى حاصل از پژواك مهبانگ كه در شرف محو شدن بود در درون سيال بى اندازه داغ و چگال جهان، كه هنوز در نخستين دوره رشد خود بود، مانند موج درون يك درياچه انتشار مى يافت.يك گروه متراكم از الكترون هاى آزاد با بار منفى كه توسط پروتون ها (كه بار مثبت دارند) كشيده مى شدند، با جزر و مد اين سيال همراه مى شدند، در اين مسير فوتون ها در برخورد با ذرات باردار مذكور، جمع آورى و محصور مى شوند.در آن هنگام كه جهان سيصد و هشتاد هزار سالگى خويش را پشت سر گذاشته بود به اندازه كافى سرد شده بود كه اتم ها براى شكل گيرى مجال پيدا كنند.اين اتفاق موجب شد كه فوتون هاى محصور، آزاد شوند و آنگاه روشنايى جهانى هستى را فرا گرفت.فوتون هاى رها شده حامل اطلاعات در رابطه با نوسانات چگالى و دما در عالم نوپا در قالب الگويى از تغييرات درخشندگى بودند.

ستاره شناسان به اين تابش باستانى كه از دوران هاى نخستين  حيات عالم بر جاى مانده است (كه البته نخستين بار توسط پنزياس و ويلسون مشاهده گرديد)، عبارت ريزموج پس زمينه اى كيهانى اطلاق مى كنند.

 آلن گات (۱۹۲۵ م) در حالى كه در اواخر دهه ۷۰ ميلادى به درك حيرت انگيزى نائل شد كه چنين بود: چه مى شد اگر جهانى كه امروز براى ما رويت پذير است به شكل حباب بسيار كوچك و در عين حال فوق العاده يكنواختى پديدار شده باشد و به ناگاه با چنان سرعتى منبسط شده كه فرصتى براى تغيير و دگرگونى نيافته است.
نظريه تورم گات نه تنها يكنواختى موجود در تابش زمينه كيهانى به ميزان يك واحد از صد هزار را توضيح مى دهد بلكه اين فرض را مطرح مى كند كه وضعيت توده اى مورد نظر خود برخاسته از نوسانات كوانتومى واقع شده در طول مدت تورم است. نوسانات بسيار كوچك در عالم نوپا به وسيله نيروى گرانشى تقويت شده است تا توده هاى بزرگى را كه امروزه مشاهده مى كنيم تشكيل بدهد.

هيچكس بر اين امر وقوف كامل ندارد كه چه چيزى موجبات پيشروى اين تورم را فراهم كرده است.فيزيكدان ها ليست طويلى از مدل ها را براى عالم در حال انبساط پيشنهاد كرده اند ولى اغلب اين راه حل ها پايه و اساس كاملاً فيزيكى ندارند و براى سهولت كار از يك سرى ملاحظات و حذفيات رياضى نيز در آنها استفاده شده است. هنوز نظريه اى كامل در اين مورد در اختيار نداريم.

 

 3 _ دليل انباشتگى ماده در عالم چيست؟

اگر جهان كاملاً متقارن مى بود هيچ سياره، ذره و يا بشرى وجود نمى داشت، زيرا در چنين حالتى،  عالم هستى دقيقاً به يك ميزان توسط ذره ها و پادذره ها آكنده مى گشت و آن گاه ذره ها و پادذره ها به سرعت منهدم مى شدند و حاصل آن انتشار پرتو گاما مى بود. چنين جهانى مملو از تشعشعات و فاقد هرگونه اتم مى بود.

در هر حال، هيچ پادماده اى واقعاً در جهان حضور ندارد كه البته توضيح چنين مطلبى براى نظريه پردازان مشكل است.
انبساط و تورمى كه مدنظر گات است  مى بايست تامين كننده مقادير يكسانى از ماده و پادماده باشد.

 اكنون اين سئوال پيش مى آيد كه ماده چگونه توانسته از انهدام، جان سالم به در برد؟ اين احتمال وجود دارد كه پاد ماده هنوز در جهان باقى باشد لكن مقيم نقطه اى از عالم است كه آنقدر از ما دور است كه نمى توان آن را مشاهده كرد.

احتمال ديگر اين است كه  فرض كنيم عالم كاملاً متقارن است اما همين جهان متقارن پس از روى دادن انفجار بزرگ (مهبانگ) از اتفاقى به نام «فاجعه انهدام» احتراز كرده باشد و مى توان براى استدلال چنين بيان كرد كه علت اين امر تمايل (اندك) قوانين فيزيك به سمت ماده است.  همين اندك رجحان موجود، موجب خلق مقدار اندكى ماده اضافى شده است و جهانى كه امروز مى بينيم توسط همان بقايا ايجاد شده است.

 

۴ _ نحوه شكل گيرى كهكشان ها چگونه بوده است؟

وايت مى گويد: «ما توصيفى مصور و تصويرگونه از نحوه شكل گيرى كهكشان  ها در دست داريم كه وضعيتى كلى را براى ما نمايان مى سازد لكن اين مورد از استحكام لازم برخوردار نيست.»

توده هاى ماده در عالم نوپا از كجا آمده و چگونه اين توده  ها در دوران هاى بعدى به وسيله نيروى گرانشى تقويت شده و به كهكشان  ها تبديل شده اند ؟ كيهان شناسان قادر به پاسخگويى به اين قبيل پرسش ها نيستند اما بر سر اين مطلب توافق دارند كه توده هاى ماده اى كه در سرتاسر عالم نوپا پراكنده شده بودند در اثر گرانش حاصل از وجود خود، فرو ريخته اند و در همين حين پروتون ها و نوترون ها (كه مجموعاً باريون ناميده مى شوند) را در پى خود مى كشند و موجب بالا رفتن دماى آنها مى شوند.

باريون هاى پرسرعت با يكديگر برخورد كرده و انرژى از دست دادند. آن گاه (مانند سنگى در چشمه) در چشمه هاى گرانشى ته نشين گشتند.

با توجه به موارد فوق، اگرچه مدل هاى سه بعدى كهكشانى، مدل حبابى عالم را به طريقى كلى مورد تاييد قرار مى دهد لكن جزئيات مربوط به آن بسيار دشوار است و درك آن به آسانى قابل درك نيست.

اكنون سئوالى پيش روى ما قرار دارد مبنى بر اينكه آيا برخورد كهكشان هاى مارپيچى موجب ايجاد كهكشان هاى بيضوى مى شود؟

اگر پاسخ ما به اين پرسش مثبت باشد، مسئله ديگرى كه وجود دارد اين است كه چرا اين دو نوع كهكشان رد پاى متفاوتى از خود بر جاى مى گذارند؟

 

 ۵_ ماده تاريك سرد چيست؟

مى دانيم كه مجموع ستارگان و كهكشان ها جرمى كمتر از ۵/۰ درصد از كل جرم موجود در عالم را تشكيل مى دهند و حتى اگر ابرهاى نامرئى تشكيل شده از اتم ها را (كه برخى عقيده دارند در نقاط دوردست عالم شناور هستند) به اين مقدار بيفزاييم، ميزان فوق از ۴۰ درصد تجاوز نمى كند.

مابقى آن متشكل از ماده تاريك سرد و انرژى تاريك است.اگرچه ستاره شناسان قادر به مشاهده مستقيم ماده تاريك نيستند، لكن بر اين عقيده اند كه ميزان آن به حدود ۲۳ درصد ماده موجود در عالم مى رسد. استدلال آنها در اين مورد بر پايه بررسى هايى است كه بر روى نحوه كشيده شدن ستارگان به وسيله ماده تاريك و همين طور پديده خمش نور است. ماده تاريك سرد در طول خلاء موجود در كيهان، به صورت يك رشته مجتمع شده اند كه طولى در حدود چند صد ميليارد سال نورى را در برمى گيرد.

چنين تصويرى به اين مورد اشاره مى كند كه ماده تاريك، حركتى كند دارد و به همين دليل از دماى پايينى برخوردار است.
اگر ماده تاريك، گرم و پرسرعت مى بود، در زمان   هاى بسيار دور موجب محو شدن جرم جهان مى شد و همين امر از شكل گيرى كهكشان ها جلوگيرى مى كرد. در ضمن واكنش ذرات ماده تاريك سرد با مواد معمول، مى بايست بسيار ضعيف باشد (البته اگر نخواهيم وقوع اين امر را به طور كامل نفى كنيم). در غير اين صورت هاله  هاى كروى شكل ماده تاريك كه راه شيرى و ساير كهكشان ها را احاطه كرده اند مسطح مى شدند و به شكل صفحات كهكشان مانندى در مى آمدند. اين واكنش ها به قدرى ضعيف هستند كه آشكار كردن آنها براى ما امكان ندارد.علاوه بر اين، براى بيشتر اين ذرات زمانى طولانى تر از عمر عالم هستى لازم است تا اولين برخورد خويش را تجربه كنند.

فيزيكدان ها در حال بررسى دو راهكار هستند تا به ماهيت اين ذرات ناشناخته پى ببرند.يكى از اين راهكارها، بررسى اين مورد در مقياس وسيع است و چنين بيان مى شود كه انهدام ذرات ماده تاريك و پادذره هاى آنها در مركز كهكشان راه شيرى و يا در هسته خورشيد لزوماً،  مى بايست موجب تشكيل نوترينو بشود. در چنين وضعيتى كه نوترينوها به طور ضعيفى با مواد وارد واكنش مى شوند، مى بايست گاه و بيگاه يكى از اين ذرات بنيادى با يك مولكول آب برخورد كند و تشعشعى از نور را آزاد كند.
فيزيكدان ها به اين اميد كه يكى از اين پرتوها را آشكار نمايند، در حال تبديل درياى مديترانه، درياى آدرياتيك (اين دريا بخشى از درياى مديترانه است كه توسط كشورهاى ايتاليا، كرواسى، اسلونى، بوسنى و مونته نگرو احاطه شده است) و كانون يخى قطب جنوب به يك رصدخانه عظيم و پهناور براى آشكارسازى نوترينوها هستند و اين كار را با قرار دادن رشته هاى طويلى در زير آب و يخ (البته رشته هاى حساس به نور) انجام مى دهند.

 

۶ _ آيا تمامى باريون ها در درون كهكشان ها شكل گرفته اند؟

تنها ده درصد از ماده نرمال و معمول موجود در عالم (منظور مواد باريونيك است كه از پروتون ها، نوترون ها و الكترون ها تشكيل شده اند) در داخل ستارگان قرار دارند.

ستاره شناسان درصدد هستند تا باريون هاى بيشترى را در كوازارها بيابند، كوازارها اجرام درخشانى هستند كه در فواصل دوردستى از زمين قرار دارند و نيرو محركه شان توسط سياهچاله ها تامين مى شود.

اگر نور كوازار در راه خود به سوى زمين از ميان باريون هاى گازى عبور كند، اتم هاى موجود در گاز، اثر خود را در قالب خطوط جذبى بر طيف كوازار باقى خواهند گذاشت.

لكن مسئله اينجاست كه ستاره شناسان تنها كسر كوچكى از آنچه كه انتظارش را مى داشتند، يافتند و اكنون اين سئوال مطرح مى شود كه باريون ها كجا رفته اند؟ بيشتر اخترفيزيكدان ها بر اين عقيده اند كه باريون هاى مذكور جايى نرفته اند و هنوز در فضا غوطه ور هستند، لكن از ميلياردها سال قبل كه ابرهاى گازى شكل گرفته  اند، باريون ها با يكديگر برخورد كرده و انرژى آزاد كرده اند و به واسطه اين انرژى دماى گازها را تا حدود يك ميليون درجه سانتى گراد افزايش داده اند.

 

۷- انرژى تاريك چيست؟

براى تامين نيرو محركه لازم براى حفظ شتاب كنونى عالم، مى بايست تا ۷۳ درصد از كل چگالى عالم توسط انرژى تاريك اشتغال شده باشد.

بزرگ ترين مشكل كه بر سر راه اين ايده وجود دارد اين است كه هيچكس نظرى درباره ماهيت انرژى تاريك ندارد.
 اين انرژى مى تواند بى ارتباط با جهان باشد (به طور مثال خود خلأ) و يا تاثيرات ابعاد فضايى پنهان داشته باشد. انرژى مذكور مانند انرژى پادگرانى حالت دافعه دارد اما اينطور نيست كه با ويژگى ذاتى ذرات بى ارتباط باشد و به طور مستقيم در فضا عمل مى كند.

 فيزيكدان ها در تلاشند تا با بهره گيرى از نظريه هاى فيزيكى مورد قبول دانشمندان چگالى انرژى تاريك را محاسبه كنند. اما نتايجى كه به دست آورده اند با واقعيت سازگارى ندارد. تاكنون مقدار محاسبه شده در حدود ۱۰۶۰ برابر بزرگتر از ميزان مشاهده شده است.

كيهان شناسان همواره با اعداد و ارقام بزرگ سروكار داشته اند اما حتى آنها نيز از چنين اختلافى دچار نگرانى شده اند و اين مطلب بيانگر آنست كه هنوز در فرضيه هاى ما يك مطلب اساسى از قلم افتاده است.

 

۸- چگالى عالم چقدر است؟

علت وجود شتاب در جهان در مسير انبساط، وجود انرژى تاريك است و اگر چگالى انرژى تاريك، ثابتى جهانى باشد و يا حداقل در سرتاسر عالم ميزانى مثبت را اختيار كند آن گاه پيروزى از آن انرژى تاريك خواهد بود.

با توجه به موارد فوق جهان هستى با سرعتى كه به صورت يكنواخت افزايش مى يابد به انبساط خود ادامه خواهد داد ؛ بنابراين تا صد ميليارد سال آينده ما با تلسكوپ هاى امروزى تنها مى توانيم تعداد انگشت شمارى از كهكشان ها را مشاهده كنيم. اما انرژى تاريك (ثابت كيهانى مشهور اينشتين) مى تواند در واقع متغير باشد. حتى اين مقدار مى تواند منفى هم بشود كه البته در اين صورت جهان به سوى سقوط پيش خواهد رفت.

 امروزه هيچ تلكسوپى آنقدر برد ندارد كه براى ما روشن سازد كه كدام نظر صحيح است.

دورترين ابرنواخترهايى كه تاكنون براى تحقيق در رابطه با چگالى انرژى تاريك مورد بررسى قرار گرفته اند، در اصطلاح كيهان شناسى، همسايه هاى ديوار به ديوار ما بوده اند.اما محققان بر روى ماهواره تحقيقاتى SNAP حساب ويژه اى باز كرده اند تا شرايط را مساعدتر سازند. تلسكوپ كه به شكار ابرنواخترها اختصاص يافته است به اين دليل كه مدارى بسيار بالاتر از جو تيره و تار زمين را اختيار مى كند اين اميد را در دل دانشمندان زنده مى كند كه به اين سئوال پاسخ دهند.

  اگر بخت يار دانشمندان باشد مى توان اميدوار بود كه پاسخ اين پرسش ها تا سال ۲۰۱۰ معين شود. اما كيهان شناسان يك چيز را به خوبى مى دانند، اينكه هر پاسخى، خود، خالق سئوالاتى تازه است

 

منبع: آرمان و اندیشه