معلوم شده است که جرم این ذره از ده هزارم جرم در حال سکون الکترون کمتر است. سالها تحقیق سرانجام به آنجا رسید که در 1956 از راه آزمایش واکنشی هسته ای را کشف کردند که در آن نوترینویی

(ν)

 توسط پروتون جذب و سپس این پروتون به نوترون و پوزیترون تبدیل شد

P+ν→n+e 

در این آزمایشها چشمه نوترینوها راکتور هسته ای نیرومندی بود که در آن نوترینو در ضمن واپاشی ذره بتا از پاره های شکافت اورانیوم تشکیل می شد.

 

2-13

 

اطلاعات اولیه

فیزیک و اختر شناسی جدید بستگی نزدیکی با یکدیگر دارند. در حالی که فضا برای علم فیزیک که نمی‌تواند بسیاری از فرآیندها را در شرایط زمینی مطالعه نماید. در حکم آزمایشگاهی می‌باشد. کشفیات این علم در این آزمایشگاه پیشرفت اخترشناسی را آسان می‌سازد. بنابراین ما شاهد نفوذ این دو علم در یکدیگر هستیم که یک مرحله طبیعی در روند ادراک می‌باشد

نوترینو در میان دویست ذره بنیادی شناخت شده برای فیزیکدانان عجیب‌ترین ذره می‌باشد. طبق نظریه‌ای که از مدتها پیش وجود داشته ، نوترینو جرم سکون ندارد و همیشه دقیقا با سرعت نور حرکت می‌نماید از سوی دیگر ، هیچ قانونی وجود ندارد فرض اینکه نوترینو دارای جرم باشد را منع کند
 

نوترینو بدون جرم

طبق نظریه‌ای که از مدتها پیش وجود داشته نوترینو دارای جرم سکون نیست و همیشه دقیقا با سرعت نور حرکت می‌نماید. و اینکه نوترینو دارای جرم باشد، گروهی از متخصصین در موسسه فیزیک نظری و تجربی فرهنگستان علوم شوروی سابق تشویق نمود تا برای یافتن جرم نوترینو (اگر چنین جرمی وجود داشته باشد) به تجربیاتی دست بزنند. با آنکه هنوز این تجربه در مرحله مقدماتی است، نتایج آن بسیار هیجان‌انگیز می‌باشد. جرم نوترینو صفر نیست، بلکه بین 14 تا 16 الکترون ولت است. نوترینو جرم بزرگی ندارد، جرم آن بین سی هزارم و ده هزارم جرم الکترون است، ولی واقعیت وجود داشتن چنین جرمی ، اگر تصدیق شود باید موجب تغییرات عمده‌ای در عقاید و آرا متداول ما درباره جهان گردد
 

3-13

نوترینو در فضا

از میان مسائل قابل توجهی که امروزه اخترشناسان با آن روبرو هستند مسئله انرژی خورشیدی و ستاره‌ای است. تا همین اواخر اعتقاد بر این بود که منبع این انرژی واکنش گرما - هسته‌ای تبدیل هیدروژن به هلیوم است. این عقیده به قدری قوت داشت که تقریبا جزو بدیهیات به شمار می‌آمد، ولی بعد تردید بر آن سایه افکند

اگر خورشید حقیقتا محل واکنش‌های گرما - هسته‌ای باشد. در این صورت باید نوترینو در آنجا ایجاد شود. به علت قدرت نفوذ بسیار زیاد نوترینوها و برهمکنش ضعیف آنها با ماده، این ذرات باید به فضای خورشید فرار کنند و برخی از آنها باید به زمین برسند. همان طور که می‌دانید وسیله خاصی برای ثبت نوترینوها وجود دارد. بلی مشخص شده تعدادی از این ذرات که به زمین می‌رسند، چند برابر کوچک‌تر از تعدادی است که به وسیله فرضیه پیش بینی شده است
 

اگر نوترینو دارای جرم باشد؟

اگر ثابت شود که نوترینو دارای جرم است امکانات جدیدی را پدید می‌آید. تا نتایج تجربیات نوترینو را که رضایت بخش نیستند، توضیح دهیم. نظریه پردازان بر این عقیده هستند که سه نوع نوترینو در طبیعت وجود دارد و تصور می‌کنند نوترنیوئی نوترینوهای خورشید که به وسیله آشکارسازهای ویژه‌ای ثبت می‌شود. ممکن است در مسیر حرکت خود به سوی زمین به نوترینوهای دیگر تبدیل شوند که آنها به وسیله آشکارسازها قابل ثبت نیستند. اگر تصدیق شود که نوترینو دارای جرم است، باید درباره بسیاری از عقاید کیهان شناسی تجدید نظر به عمل آوریم
 

سهم نوترینو در فضا

هندسه فضا به چگالی ماده مربوط می‌شود. اگر چگالی از مقدار بحرانی معین 10^-29 گرم در سانتی متر مکعب بزرگ باشد. فضای جهان بسته و هدر می‌گردد. تاکنون اختر فیزیکدانان براین عقیده بوده‌اند که چگالی متوسط واقعی در جهان از مقدار بحرانی تعیین شده کمتر است. ممکن است که نوترینو به طور قابل توجهی این نظریه را تغییر دهد. طبق اطلاعات موجود در مقابل هر پروتون در جهان حدود یک بیلیون نوترینو وجود دارد. (مبنای محاسبات پروتون می‌باشد. زیرا هسته هیدروژن است و هیدروژن فراوانترین عنصر شیمیایی در طبیعت است). اگر نوترینو واقعا دارای جرم باشد و اگر این جرم دهها میلیون بار کوچک‌تر از جرم پروتون باشد، جرم کل نوترینو در جهان 30 برابر بزرگتر از جرم ماده استاندارد می‌گردد

ممکن است تمام ستارگان ، سیارات ، کهکشان‌ها و سحابی‌ها فقط سهم کوچکی را در زمینه نوترینوئی داشته باشند. مفهوم چنین مطلبی آنست که چگالی متوسط ماده بسیار بزرگتر از مقدار بحرانی می‌باشد. در نتیجه جهان بسته و محدود است و زمانی در آینده جایگزین انبساط آن می‌شود
 

کهکشان‌ها و خوشه بندی آنها

در اولین مرحله انبساط جهان ، ناپایداری‌های کوچک اتفاقی از گاز نوترینویی که جهان را پر نموده بود، ناشی می‌شدند. ولی در آن مرحله نوترینوها فوق‌العاده پرانرژی بودند و میدانهای گرانشی توده‌های کوچک ماده برای آنکه نوترینوها را به خود متصل سازند کافی نبودند. و این نوترینوها به تدریج نابود و پراکنده شدند. در ضمن ادامه انبساط نوترینوها سرعت خود را از دست دادند. و طبق محاسبات حدود سیصد سال پس از انبساط ، آنها را در توده‌های ماده که بزرگتر شده و قابلیت جذب نوترینو را پیدا کرده بودند قرار گرفتند. جرم این توده‌ها 10¹⁵ برابر جرم خورشید بود. آنها به تدریج سنگین‌تر شدند و شدت میدان گرانشی آنها افزایش یافت و تعداد بیشتری نوترینو جذب گردید. حدود یک میلیون سال پس از آغاز انبساط توسط توده‌های ماده نیز قادر بودند که ماده استاندارد - گاز خنثی- را جذب نمایند. محاسبات نشان می دهد که مقدار این ماده فقط چند دهم جرم کل تجمع های نوترینوئی می باشد.
 

جرم پنهان (Hidden Mass)

برای روشن ساختن جرم پنهان که چندسالی است فیزیکدانان برای حل آن تلاش می‌نمایند، بایستی ماهیت نوترینوها از لحاظ جرم‌دار بودن مشخص شود


برای تعیین جرم خوشه‌های کهکشانی دو راه وجود دارد، که عبارتند از


نخستین طریق به وسیله تابش خوشه می‌باشد. هر چه جرم خوشه بزرگتر باشد، تابش آن بیشتر است

طریقه دوم بر مبنای قانون گرانش نیوتون و حرکت کهکشان‌ها در داخل خوشه‌ها نسبت به یکدیگر که به وسیله این قانون مشخص می‌گردد، می‌باشد

اطلاعاتی که بوسیله این دو روش به دست آمده با یکدیگر تفاوت فاحشی دارند. جرمی که بر مبنای قانون گرانش حاصل می‌شود چندین برابر مقداری است که از شدت تابش نتیجه می‌گردد. توضیحی که در این مورد می‌توان بیان داشت، بدین گونه می‌باشد که خوشه‌ها حاوی اجسام غیر درخشان هستند که در تراکم ماده سهیم می‌باشند ولی اثری در تابش ندارد. اینگونه جرمهای پنهان شده باعث افزایش سرعت کهکشانهای داخل خوشه ها می‌شود
 

ماهیت فیزیکی جرم‌های پنهان شده

تعدادی فرضیه در مورد ماهیت فیزیکی جرم‌های پنهان شده مطرح شده است و آنها پیشنهاد می‌نمایند که این جرم‌ها گاز ، گرد و غبار ، ستارگانی با تابش اندک یا سیاهچاله می‌باشند. ولی هیچ یک از این فرضیه‌ها نمی‌توانند چگونگی مسائل را به نحو رضایت بخشی توضیح دهند. در نتیجه این مسئله هنوز بدون پاسخ می‌باشد. ممکن است نوترینوها این مسئله را روشن کنند. اگر آنها دارای جرم باشند. در آن صورت سهم آنها در جرم کل کهکشان‌های موجود در خوشه‌ها ، برای بیان علت اختلافی که در تعیین جرم به وسیله دو روش پدید می‌آید کافی باشد
 

4-13

 نوترينوها و انرژي تاريك

 

طبق فرضيه تازه اي مهم ترين معماهاي فيزيك در دهه گذشته، يعني جرم نوترينوها و آهنگ فزاينده انبساط جهان به ذرات زير اتمي اي به نام اكسلرون مربوط مي شود. شايد بتوان دو دستاورد بزرگ فيزيك در دهه ي گذشته را مربوط به كيهان شناسي دانست، يكي اينكه نوترينوها (ذرات زيراتمي بسيار كوچك) جرم ناچيزي دارند كه البته هنوز اندازه گيري نشده است و ديگري اينكه سرعت انبساط عالم در حال حاضر در حال افزايش است. سه فيزيكدان در دانشگاه واشنگتن معتقدند كه اين دو كشف هر دو به گونه اي به ناشناخته ترين پديده ي كنوني در عالم، يعني انرژي تاريك مرتبط است - ما هنوز به درستي آن را نمي شناسيم، تنها مي دانيم عاملي است كه بر ضد گرانش، سبب سرعت بخشيدن به انبساط عالم مي شود- آنها معتقدند همه چيز زير سر ذره زيراتمي ديگري است كه تاكنون مورد توجه قرار نگرفته است و آن را " اكسلرون (Acceleron) به معنی شتابگر ناميده اند

شتاب جهان، انرژی تاريك و سی. پی. اچ

 

يكی از مباحث جالب و در عین حال جنجالی در سالهای اخیر شتاب جهان می باشد. كه هنوز فيزيكدانان نتوانسته اند علت و نحوه ی آن را توضيح دهند، در حاليكه نظريه ی سی. پی. اچ. بخوبی می تواند آن را توضيح و علت آن را بيان كند

قبل از هر چيز اجازه دهيد  انبساط و شتاب جهان را توضيح دهم. هنگامی كه نيوتن قانون گرانش عمومی را كشف كرد، اين سئوال پيش آمد  كه اگر همه ی اجسام يكديگر را جذب می كنند، پس چرا جهان در هم فرو نمی ريزد؟ به عبارت ديگر همه ی اجسام باید يكديگر را جذب كرده و تمام جهان يكپارچه باشد، در حاليكه چنين نيست. زيرا گرانش يك نيروی جاذبه است و هيگاه به حالت دافعه ديده نمی شود تا بتواند مانع از فرو ريختن جهان شود. از آن زمان تاكنون نيروهای دافعه مورد بحث بوده و هست كه آن را به انگليسی

 

Repulsive Force

 

می نامند. پاسخ نيوتن به اين سئوال اين بود كه اگر جهان نامحدود باشد و از هر طرف امتداد داشته باشد، آنگاه حهان دارای مركز نيست كه درهم فرو بريزد. اما اين پاسخ نيز با يك اشكال اساسی مواجه شد. اگر جهان نامحدود باشد در اين صورت چون همه ی اجسام به يكديگر نيرو وارد می كنند، بنابراين نيروی وارد به هر حسمی بايد بينهايت باشد كه با مشاهدات سازگار نيست. از آن زمان بحث در مورد اينكه جهان نامحدود است يا محدود همواره يكی از سئوالات مورد توجه بوده و هست

بعد از آنكه اينشتين نظريه نسبيت را مطرح كرد، باز بحث محدود يا نامحدود بودن جهان بطور جدی مطرح شد. اينشتين تلاش كرد ساختمان جهان را از نقطه نظر نسبيت عام توضيح دهد. بر اين اساس ديدگاه جهان شناختی نسبيت عام را بر مبنای دو اصل زیر مطرح كرد

 

ماده دارای چگالی متوسطی در فضاست كه در همه جا يكی است و صفر هم نيست

بزرگی شعاع فضا به زمان بستگی ندارد  

 

اين دو فرضيه مطابق نظريه نسبيت عام ، تنها در صورتی با هم سازگار بودند كه جمله ای فرضی به معادلات ميدان افزوده می شد، جمله ای كه خود نظريه آن را ايجاب نمی كرد و از ديدگاه نظری هم طبيعی نبود كه آنرا جمله ی " كیهان شناختی معادلات ميدان" می نامند

اينشتين در آن زمان تصور می كرد كه جمله ی دوم احتناب ناپذير است، زيرا اگر از آن صرف نظر كند گرفتار نظريه پردازيهای بی نتيجه ای خواهد شد

در همان زمان فريدمان رياضيدان روسی متوجه شد كه اگر از فرضيه دوم صرف نظر شود می توان فرضيه اول را حفظ كرد بی آنكه در معادلات ميدان به جمله ی كيهان شناختی نيازی باشد. به اين معنی كه معادلات اوليه ی ميدان دارای جوابی هستند كه در آن شعاع جهان به زمان بستگی دارد، يعنی فضا در حال انبساط است

اينشتين طی مقاله ای نظر فريدمان را به شدت رد كرد. اما يك هفته بعد متوجه اشتباه خود شد و نظر فريدمان را پذيرفت

چند سال بعد، هابل با پژوهش های كهيشانی نشان داد كه خطوط طيفی گسيل شده به سمت سرخ از خود نشان می دهند، يعنی اين كهكشانها در حال دور شدن از يكديگر هستند. مانند بادكنكی كه روی آن نقاط رنگی وجود داشته باشد و آن را باد كنيد، اين نقاط در حال دور شدن از يكديگر خواهند بود، به اين ترتيب پذيرفته شد كه جهان در حال انبساط است

 

پژوهش های انجام شده در سالهای اخير نشان می دهد كه جهان علاوه بر آنكه در حال انبساط است، اين انبساط دارای شتاب نيز می باشد. يعنی ضمن آنكه كهكشانها در حال دور شدن از يكديگر هستند، علاوه بر سرعت دارای شتاب نيز می باشد

 هنگاميكه بحث انبساط جهان مطرح شد، برای توجيه آن بايد يك نظريه منطقی و جديد ارائه می شد تا بتواند انبساط جهان را توجيه كند.

اين نظريه بايد توضيح مي داد كه انبساط جهان از كجا و چه زمانی آغاز شده است؟

برای توجيه انبساط جهان نظريه بيگ بنگ مطرح شد كه طبق آن جهان از انفجار يك توده ی فوق العاده متراكم و با حجم ناچيز آغاز شده است

پس از آنكه شتاب جهان مطرح شد، بايد يك دليل منطقی برای توجيه آن ارائه می شد. همچنانكه می دانيد طبق قوانين فيزيك شتاب ناشی از اعمال نيرو يا انتقال انرژی صورت می گيرد. بنابراين بايد نيرويی به جهان اعمال شود يا انرژی وجود داشته باشد تا بتواند شتاب جهان را توجيه كند. براين اساس بحث انرژی تاريك يا

 

Dark Energy

 

مطرح شد كه هنوز منشا و علت آن ناشناخته است. البته در اين زمينه نظريه های گوناگونی مطرح شده است، اما هيچ كدام نتوانسته پاسخ قانع كننده به آن بدهد

 

CPH Theory and Dark Energy

نظريه ی سی. پی. اچ. و انرژی تاريك

 

طبق نظريه سی. پی. اچ. همه ی ذرات موجود در جهان از سی. پی. اچ. تشكيل شده اند و سی. پی. اچ. همواره با مقدار سرعت ثابت حركت می كنند و هنگاميكه يكديگر را جذب می كنند مقداری از اين سرعت ثابت به حركت دورانی تبديل می شود كه آن را اسپين می نامند به طوريكه

 

gradVc=0 and summation velocity and Spin is constant

 

طبق نظريه سی. پی. اچ. پس از بيگ بنگ سی. پی. اج. ها به همه ی اطراف جهان پراكنده شدند كه با سرعت ثابت

 

Vc, Vc>c

 

به حركت خود ادامه می دادند. بتدريج سی. پی. اچ. ها يكديگر را جدب كردند و به انرژِی تبديل شدند و انرژی نيز به ماده و پاد ماده تبديل شد. بتدريج غبارهای آسمانی تشكيل گرديد و ستارگان و كهكشانها پديد آمدند. از آنجاييكه همه ی اجسام و ذرات موجود در جهان از سی. پی. اچ. تشكيل شده اند و اين سی. پی. اچ. ها در ساختمان ماده دارای حركت دورانی يا اسپين هستند، لذا هر انفجاری كه در جهان صورت گيرد (انتروپی افزایش یابد)، مقداری از حركت دورانی يا اسپين سی. پی. اچ. ها به حركت انتقالی تبديل می شود

چون بيشتر ماده ی موجود در جهان در ستارگان در حال انفجار است، لذا بطور مداوم حركت دورانی سی. پی. اچ. ها به حركت انتقالی تبديل می شود و اين امر موجب انبساط و در عين حال شتاب جهان می شود 

 

 

با تشكر

حسين جوادی