نظریه‌ی انفجار بزرگ
نظریه‌ی انفجار بزرگ چیست؟
نظریه بیگ بنگ
Big Bang Theory
براساس این تئوری جهان از انفجار یک تکینگی به وجود آمده است. این تئوری اولین بار براساس مشاهدات ادوین هابل و همکارانش مبنی بردور شدن همه‌ی کهکشان‌های آسمان از کهکشان راه شیری به جز کهکشان‌های محلی مطرح شد.
دور شدن کهکشان‌ها با تعیین انتقال به قرمز خطوط طیفی آنها نتیجه گیری شده است. مشاهدات نشان می‌دادند که هر چه کهکشان‌های دورتر باشند سرعت دور شدن آنها هم بیشتر است. منطقی است که نتیجه گیری کنیم که اگر در زمان به عقب برگردیم در زمانی همه‌ی کهکشان‌ها حرکت خود را از یک نقطه شروع کرده باشند. این نقطه‌ی یگانه نه تنها کهکشان‌ها بلکه ستاره‌ها، گازها و غبارها و حتی تابش الکترومغناطیسی را شامل می‌شده است. با توجه به این موارد و با در نظر گرفتن نظریه‌ی نسبیت عام، دو مدل برای کیهان مطرح شده است. یکی نظریه‌ی کیهان ثابت یا پایدار و دیگری تئوری بیگ بنگ.
بر اساس مدل اول، در حالی که کیهان منبسط می‌شود مواد، بین کهکشان‌ها و در فضای خالی ایجاد شده و در مجموع چگالی کیهان وتمام خواص آن ثابت می‌ماند. این کیهان نه آغاز دارد ونه پایان به طور پیوسته منبسط شده و مواد جدید خلق می‌شود. براساس مدل دوم جهان از انفجار یک نقطه به وجود آمده است. این مدل به همراه نظریه‌ی نسبیت عام، با این واقعیت که هرچه کهکشان‌ها از هم دورتر باشند با سرعت بیشتری از هم دور می‌شوند (که قانون هابل نامیده شده) مطابقت دارند. این مدل پیش بینی می‌کند که دمای اولیه در زمان انفجار در حد یک میلیارد درجه بوده است. از لحظه‌ی آغاز فرآیند آفرینش تا زمانی که به زمان پلانک مشهور است (ده به توان منفی 43) هیچ رابطه یا فرمول فیزیکی شناخته شده‌ای وجود ندارد و فقط از این زمان به بعد است که روابط فیزیکی وجود دارند. بعد از عبور از چند مرحله‌ی ویژه و کاهش تدریجی دما در زمان ده به توان منفی 12 چهار نیروی بنیادی شکل گرفته و در زمان ده به توان منفی شش هم دما آن قدر پایین آمده تا شرایط برای شکل‌گیری هسته‌ی اتم‌ها فراهم شود. در این زمان عناصر طبیعی به ویژه هلیوم و هیدروژن شکل گرفته‌اند. بعد از گذشت سیصدهزار سال از لحظه‌ی آفرینش کیهان برای فوتون‌ها شفاف شده و تابش از ماده جدا شده است. با انبساط کیهان ماده، از تابش زمینه جداشده و اتم‌ها تشکیل شده‌اند. گرانش موجب تغییر چگالی‌های موضعی شده و ستاره‌ها شکل گرفته‌اند. براساس این مدل، تابش زمینه باید دمای خاصی داشته باشد و با گذشت زمان کاهش یافته و در حال حاضر نیز دمای آن پنج درجه‌ی کلوین باشد. کشف تابش زمینه توسط پنزیاس و روبرت ویلسون و عکسبرداری‌های ماهواره‌ی COBE از نقاط قوت این مدل است. گفتنی است در کنار این موارد تأیید کننده ایراداتی نیز بر آن وارد است.
نظریه بیگ بنگ اولین توضیح در مورد چگونگی شروع جهان است. در ساده ترین حالت، نظریه بیگ بنگ می گوید جهان همانطور که می دانیم با یک تکینگی (عنصر اولیه پر انرژی) کوچک آغاز شده است، سپس در طی 13.8 میلیارد سال آینده به کیهانی که امروز می شناسیم گسترش می یابد.
از آنجاییکه ابزارهای کنونی به ستاره شناسان اجازه نمی دهدکه تولد جهان را نظاره کنند و بسیاری از مطالبی که ما در مورد نظریه بیگ بنگ می دانیم از فرمول ها و مدل های ریاضی بدست آمده است. اما با این حال، ستاره شناسان می توانند “پژواک” انبساط را از طریق پدیده ای موسوم به نام پس زمینه مایکروویو کیهانی مشاهده کنند.
در حالی که اکثر جامعه نجومی این نظریه را می پذیرند، برخی از نظریه پردازان هستند که علاوه بر انفجار بزرگ ، توضیحات جایگزینی برای پیدایش کیهان و دگرگونی آن دارند – مانند گسترش ابدی یا جهان نوسانی.
عبارت نظریه بیگ بنگ” برای دهه ها در بین اخترفیزیک دانان محبوب بوده است ، اما در سال 2007 هنگامی که یک نمایش کمدی با همین نام پخش شد، جریان اصلی را به خود اختصاص داد و بسیاری هنگامی که در جستجوی نظریه بینگ بنگ هستند با این کمدی مواجه می شوند.
ثانیه اول و تولد نور
به گفته ناسا، در ثانیه اول پس از شروع جهان، دمای اطراف آن حدود 10 میلیارد درجه فارنهایت (5.5 میلیارد درجه سانتیگراد) بود. کیهان شامل مجموعه ای گسترده از ذرات بنیادی مانند نوترون ها، الکترون ها و پروتون ها است. با سردتر شدن جهان، اینها یا تجزیه می شوند یا ترکیب.
دیدن این سوپ به هم ریخته اولیه غیرممکن بود، زیرا نور نمی توانست از درون آن راه به جایی ببرد. ناسا اظهار داشت: “الکترون های آزاد باعث می شد نور (فوتون ها) به روش پخش نور خورشید از قطرات آب در ابرها پراکنده شود.” با این حال، با گذشت زمان، الکترونهای آزاد با هسته ها ملاقات کردند و اتمهای خنثی ایجاد کردند. این باعث شد تا نور حدود 380،000 سال پس از انفجار بزرگ بتابد.
این نور اولیه – که بعضا پس از انفجار که انفجار بزرگ نامیده می شود – به درستی بیشتر به عنوان زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) شناخته می شود و اولین بار توسط رالف آلفر و سایر دانشمندان در سال 1948 پیش بینی شد، اما تقریباً 20 سال بعد فقط به طور تصادفی پیدا شد. [تصاویر آن را می توانید در بازگشت به انفجار بزرگ و اوایل جهان مشاهده نمایید.]
به گفته ناسا ، آرنو پنزیاس و رابرت ویلسون، در سال 1965، هر دو در آزمایشگاه های تلفن بل در نیوجرسی در حال ساخت گیرنده رادیویی بودند و دمای بالاتر از حد انتظار را می گرفتند. در ابتدا ، آنها فکر کردند که این ناهنجاری به دلیل کبوترها و کودهای آنها است، اما حتی پس از پاکسازی خرابکاری کبوتران در داخل آنتن، این ناهنجاری همچنان پابرجا بود.
همزمان ، یک تیم دانشگاه پرینستون (به سرپرستی رابرت دیکه) در تلاش برای یافتن شواهدی از CMB( زمینه ماکروویو کیهانی) بودند، و فهمیدند که پنزیاس و ویلسون با آن برخورد کرده اند. تیم ها هر یک در سال 1965 مقالاتی را در مجله مجلات نجومی منتشر کردند.
تعیین سن جهان
زمینه مایکروویو کیهانی در بسیاری از ماموریت ها مشاهده شده است. یکی از آن مشهورترین مأموریت ها، مأموریت های فضایی ماهواره ناسا بود که در دهه 1990 آسمان را ترسیم می کرد. به دنبال این ماموریت، چندین مأموریت دیگر نیز در این زمینه انجام دنبال شده اند، مانند آزمایش بومرنگ که مشاهدات بالون از اشعه خارج کهکشانی و ژئوفیزیک با دقت میلتی متربود، کاوشگر ناهمسانگردی مایکروویو ویلکینسون ناسا و ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا.
مشاهدات پلانک ، که برای اولین بار در سال 2013 منتشر شد، با جزئیات بی سابقه ای زمینه ماکروویو کیهانی را ترسیم کرد و نشان داد که جهان نسبت به آنچه تصور می شد قدیمی تر بود: 13.82 میلیارد سال عمر، به جای 13.7 میلیارد سال. (مأموریت تحقیق رصدخانه ادامه دارد و نقشه های جدید CMB به صورت دوره ای منتشر می شود.) [مرتبط: جهان چند ساله است؟]
این نقشه ها اسرار جدیدی را بوجود می آورند، از جمله اینکه چرا نیمکره جنوبی نسبت به نیمکره شمالی کمی قرمزتر (گرمتر) به نظر می رسد. نظریه بیگ بنگ می گوید مهم نیست که از کجا نگاه کنید، CBM همه جا یکی است.
بررسی CMB همچنین به منجمان سرنخی در مورد ترکیب جهان می دهد. محققان تصور می كنند كه بیشتر كیهان از ماده و انرژی تشكیل شده است كه نمی توان آنها را با ابزارهای متعارف حس كرد و منجر به نام ماده تاریك و انرژی تاریك می شود. از این نظر می توان دریافت که فقط 5 درصد از جهان از مواد مانند سیارات، ستارگان و کهکشان ها تشکیل شده است.
مباحث امواج گرانشی
در حالی که ستاره شناسان می توانستند آغاز جهان را ببینند، به دنبال اثبات تورم سریع آن نیز بوده اند. نظریه بیگ بنگ می گوید در ثانیه اول پس از تولد جهان، کیهان ما سریعتر از سرعت نور باد کرده است. اتفاقاً ، این محدودیت سرعت آلبرت انیشتین را نقض نمی کند زیرا او گفت که نور حداکثر چیزی است که می تواند در جهان حرکت کند. این مربوط به تورم جهان نیست.
در سال 2014 ، ستاره شناسان گفتند که آنها شواهدی را در CMB در مورد حالت های B پیدا کرده اند ، نوعی قطب بندی که با بزرگتر شدن جهان و ایجاد امواج گرانشی ایجاد می شود. این تیم شواهد این موضوع را با استفاده از تلسکوپ قطب جنوب به نام “تصویربرداری پس زمینه از قطبش خارج کاهشی کیهانی” یا BICEP2 مشاهده کردند.
جان کواچ ، محقق ارشد مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان ، در مارس 2014 گفت: “ما بسیار مطمئن هستیم که سیگنالی که می بینیم واقعی است و روی آسمان است.”
اما در ماه ژوئن ، همان تیم گفت که یافته های آنها ممکن است توسط گرد و غبار کهکشانی که مانع از دیدگاه آنها می شود، تغییر کند.
کوواچ در یک کنفرانس مطبوعاتی گزارش شده توسط نیویورک تایمز گفت: “تحول اساسی تغییر نکرده است ؛ ما به نتایج خود اطمینان زیادی داریم.” وی افزود: “اطلاعات جدید از پلانك به نظر می رسد كه پیش بینی گرد و غبار قبل از پلانكی ها بسیار كم بوده است.”
نتایج حاصل از پلانک در ماه سپتامبر به صورت پیش انتشار منتشر شد. نیویورک تایمز در مقاله دیگری گفت ، تا ژانویه 2015 ، محققان هر دو تیم با هم “تأیید کردند که بیشتر نه البته همه سیگنال Bicep ، از stardust باشد.”
به طور جداگانه ، هنگام صحبت در مورد حرکات و برخورد سیاهچاله ها که چند ده جرم بزرگتر از خورشید ما هستند ، امواج گرانشی تأیید شده اند. این امواج از سال 2016 تاکنون چندین بار توسط تداخل سنج لیزری رصدخانه موج گرانشی (LIGO) شناسایی شده است. آنجاییکهLIGO بسیار حساس اس ، پیش بینی شده است که کشف امواج گرانشی مرتبط با سیاهچاله یک رویداد نسبتاً درست باشد.
تورم سریعتر ،
جهان نه تنها در حال گسترش است ، بلکه با تورم سریعتر پیش می رود. این بدان معناست که با گذشت زمان ، هیچ کس قادر نخواهد بود کهکشان های دیگر را از زمین یا هر نقطه نمای دیگری در کهکشان ما مشاهده کند.
آوی لوب ستاره شناس دانشگاه هاروارد در مقاله مارس 2014 گفت: “ما كهكشانهایی که در حال دور شدن از ما هستند را خواهیم دید ، اما سرعت آنها با گذشت زمان افزایش می یابد.”
“بنابراین ، اگر به اندازه کافی طولانی منتظر بمانید ، سرانجام ، یک کهکشان دور به سرعت نور می رسد. معنای آن این است که حتی نور نیز نمی تواند شکافی را که بین آن کهکشان و ما باز شده پر کند. راهی برای موجودات فرازمینی در آن کهکشان برای برقراری ارتباط با ما و ارسال سیگنالهایی که به ما برسند در هنگامی که کهکشان نسبت به ما سریعتر از نور حرکت کند. وجود ندارد.
برخی از فیزیکدانان همچنین اظهار می دارند که جهانی که ما تجربه میکنیم فقط یکی از جهان ها است. در مدل “چند جهانی” ، جهان های مختلف مانند حباب هایی کنار هم قرار می گیرند. این تئوری نشان می دهد که در اولین فشار بزرگ تورم ، بخشهای مختلف فضا-زمان با اندازه های مختلف رشد کردند. این می تواند بخشهای مختلف – جهانهای مختلف – با قوانین فیزیکی بالقوه متفاوت را کنده کاری کند.
آلن گوت ، فیزیکدان نظری در موسسه فناوری ماساچوست ، طی یک کنفرانس خبری در مارس 2014 در مورد کشف امواج گرانشی گفت: ” سخت است که مدل هایی از تورم بسازیم که منجر به چند جهانی نشوند ساخت .” ( باید یادآوری شود که گوت وابسته به آن مطالعه نیست.)
“این غیرممکن نیست ، بنابراین من فکر می کنم که هنوز هم مطمئناً تحقیقاتی وجود دارد که باید انجام شود. اما بیشتر مدلهای تورم منجر به چند جهانی می شوند ، و شواهد مربوط به تورم ما را به سمت جدی گرفتن [ایده یک] چند جهانی سوق می دهد ”
در حالی که می توانیم درک کنیم جهانی که میبینیم چگونه بوجود آمده است ، ممکن است انفجار بزرگ اولین دوره تورمی جهان نباشد. برخی از دانشمندان معتقدند که ما در کیهانی زندگی می کنیم که دوره های منظم تورم و فروکش را طی می کند و اتفاقاً در یکی از این مراحل زندگی می کنیم.
به رصدگران بپیوندید تا در جریان آخرین مباحث ، آسمان شب و موارد دیگر فضای صحبت را ادامه دهید
دیدگاهتان را بنویسید