ابهامات در مورد جهان

۱- جهان هستی در چند بعد خلاصه می شود ؟
۲- جهان چگونه شكل گرفت ؟
۳ _ دلیل انباشتگی ماده در عالم چیست
۴ _ نحوه شكل گیری كهكشان ها چگونه بوده است؟
۵_ ماده تاریك سرد چیست؟
۶ _ آیا تمامی باریون ها در درون كهكشان ها شكل گرفته اند؟
۷- انرژی تاریك چیست ؟
۸- چگالی عالم چقدر است؟
جهان هستی در چند بعد خلاصه می شود ؟
فیزیكدان ها به طور سنتی عالم هستی را با بهره گیری از چهار بعد ترسیم و تفسیر می كنند: سه بعد فضایی آشنا و دیگری بعد زمان. اكنون آنها به این مطلب می اندیشند كه احتمالاً باید چند بعد فضایی دیگر را به سیستم كنونی بیفزایند. آنان نمی دانند كه چرا نیروی جاذبه گرانشی به شدت از سه نیروی بنیادین دیگر یعنی الكترومغناطیس، نیروی قوی و نیروی ضعیف، ضعیف تر است. دو فیزیكدان به نام های لیزا راندال و رامان ساندرام از تفسیری ارائه كرده اند كه بر طبق آن بعد دیگری به ابعاد كنونی اضافه می شود.در مدلی كه آن دو ارائه دادند ما در دنیای پنج بعدی زندگی می كنیم و ذرات گراویتون كه حامل نیروی گرانشی هستند، در بعدی دیگر واقع اند.اختلافی كوچك در بعد پنجم، میان این دو جهان، موجب كاهش چشمگیر نیروی گرانشی می شود. نظریه پردازان تئوری ریسمان حتی از این هم فراتر می روند. آنها چهار نیروی بنیادین فیزیك را در یك مدل یازده بعدی یكپارچه می سازند، كه در آن، حلقه های بسیار كوچك و قطعات ریسمانی، بنیادی ترین ذرات هستند.اما حتی خوش بین ترین نظریه پردازان تئوری ریسمان نیز تردید دارند كه در آینده نزدیك بتوانند این ریسمان ها را مشاهده كنند.نظریه مذكور پیش بینی می كند كه این ریسمان ها ۱۰۰ میلیون میلیارد برابر كوچكتر از ریزترین ذرات زیراتمی هستند. (منظور ذراتی است كه توسط نیرومندترین شتاب دهنده های ذرات ایجاد شده اند.)اما در این بین شواهد دال بر بعد پنجم می تواند بسیار زودتر به دست ما برسد. راندال و ساندرام پیش بینی می كنند كه شتابدهنده بزرگ هادرون، واقع در جنوا كه قرار است در سال ۲۰۰۷ شروع به كار كند می تواند انرژی كافی را برای نفوذ یك گراویتون به دنیای ما فراهم سازد
۲- جهان چگونه شكل گرفت ؟
میان كیهان شناسان بر سر زمان شكل گیری عالم قابل رویت، این اجماع وجود دارد كه جهانی كه ما می توانیم ببینیم، زائیده رویدادی است كه بین ۱۳ تا ۱۴ میلیارد سال پیش اتفاق افتاده است.در مدت یك میكرو ثانیه پس از واقعه مذكور، عالم آشامه ای (سوپی) بی اندازه داغ بوده كه حاوی كوارك ها و دیگر ذرات عجیب بوده است.در همان اثنا كه این سوپ داغ در حال خنك تر شدن بود، كوارك ها متراكم شدند و موجبات تشكیل پروتون ها و نوترون ها و همین طور ذراتی از این دست منجمله هادرون ها و مزون ها را فراهم كردند.هنگامی كه جهان هستی در زمانی معادل یك ثانیه به بلوغی خاص رسیده بود، دیگر به جز نوترون ها، پروتون ها، فوتون ها، الكترون ها و نوترینوها چیز دیگری وجود نداشت.مجموعه ای از واكنش های هسته ای در دویست ثانیه بعدی، موجبات تشكیل هسته سه عنصر اولیه را كه كوچكترین عناصر هستند فراهم ساخت.امواج صوتی حاصل از پژواك مهبانگ كه در شرف محو شدن بود در درون سیال بی اندازه داغ و چگال جهان، كه هنوز در نخستین دوره رشد خود بود، مانند موج درون یك دریاچه انتشار می یافت.یك گروه متراكم از الكترون های آزاد با بار منفی كه توسط پروتون ها (كه بار مثبت دارند) كشیده می شدند، با جزر و مد این سیال همراه می شدند، در این مسیر فوتون ها در برخورد با ذرات باردار مذكور، جمع آوری و محصور می شوند.در آن هنگام كه جهان سیصد و هشتاد هزار سالگی خویش را پشت سر گذاشته بود به اندازه كافی سرد شده بود كه اتم ها برای شكل گیری مجال پیدا كنند.این اتفاق موجب شد كه فوتون های محصور، آزاد شوند و آنگاه روشنایی جهانی هستی را فرا گرفت.فوتون های رها شده حامل اطلاعات در رابطه با نوسانات چگالی و دما در عالم نوپا در قالب الگویی از تغییرات درخشندگی بودند.ستاره شناسان به این تابش باستانی كه از دوران های نخستین حیات عالم بر جای مانده است (كه البته نخستین بار توسط پنزیاس و ویلسون مشاهده گردید)، عبارت ریزموج پس زمینه ای كیهانی اطلاق می كنند.آلن گات (۱۹۲۵ م) در حالی كه در اواخر دهه ۷۰ میلادی به درك حیرت انگیزی نائل شد كه چنین بود: چه می شد اگر جهانی كه امروز برای ما رویت پذیر است به شكل حباب بسیار كوچك و در عین حال فوق العاده یكنواختی پدیدار شده باشد و به ناگاه با چنان سرعتی منبسط شده كه فرصتی برای تغییر و دگرگونی نیافته است.
نظریه تورم گات نه تنها یكنواختی موجود در تابش زمینه كیهانی به میزان یك واحد از صد هزار را توضیح می دهد بلكه این فرض را مطرح می كند كه وضعیت توده ای مورد نظر خود برخاسته از نوسانات كوانتومی واقع شده در طول مدت تورم است. نوسانات بسیار كوچك در عالم نوپا به وسیله نیروی گرانشی تقویت شده است تا توده های بزرگی را كه امروزه مشاهده می كنیم تشكیل بدهد.هیچكس بر این امر وقوف كامل ندارد كه چه چیزی موجبات پیشروی این تورم را فراهم كرده است.فیزیكدان ها لیست طویلی از مدل ها را برای عالم در حال انبساط پیشنهاد كرده اند ولی اغلب این راه حل ها پایه و اساس كاملاً فیزیكی ندارند و برای سهولت كار از یك سری ملاحظات و حذفیات ریاضی نیز در آنها استفاده شده است. هنوز نظریه ای كامل در این مورد در اختیار نداریم.
۳ _ دلیل انباشتگی ماده در عالم چیست؟
اگر جهان كاملاً متقارن می بود هیچ سیاره، ذره و یا بشری وجود نمی داشت، زیرا در چنین حالتی، عالم هستی دقیقاً به یك میزان توسط ذره ها و پادذره ها آكنده می گشت و آن گاه ذره ها و پادذره ها به سرعت منهدم می شدند و حاصل آن انتشار پرتو گاما می بود. چنین جهانی مملو از تشعشعات و فاقد هرگونه اتم می بود.در هر حال، هیچ پادماده ای واقعاً در جهان حضور ندارد كه البته توضیح چنین مطلبی برای نظریه پردازان مشكل است.انبساط و تورمی كه مدنظر گات است می بایست تامین كننده مقادیر یكسانی از ماده و پادماده باشد.اكنون این سئوال پیش می آید كه ماده چگونه توانسته از انهدام، جان سالم به در برد؟ این احتمال وجود دارد كه پاد ماده هنوز در جهان باقی باشد لكن مقیم نقطه ای از عالم است كه آنقدر از ما دور است كه نمی توان آن را مشاهده كرد.احتمال دیگر این است كه فرض كنیم عالم كاملاً متقارن است اما همین جهان متقارن پس از روی دادن انفجار بزرگ (مهبانگ) از اتفاقی به نام «فاجعه انهدام» احتراز كرده باشد و می توان برای استدلال چنین بیان كرد كه علت این امر تمایل (اندك) قوانین فیزیك به سمت ماده است. همین اندك رجحان موجود، موجب خلق مقدار اندكی ماده اضافی شده است و جهانی كه امروز می بینیم توسط همان بقایا ایجاد شده است.۴ _ نحوه شكل گیری كهكشان ها چگونه بوده است؟
وایت می گوید: «ما توصیفی مصور و تصویرگونه از نحوه شكل گیری كهكشان ها در دست داریم كه وضعیتی كلی را برای ما نمایان می سازد لكن این مورد از استحكام لازم برخوردار نیست.»
توده های ماده در عالم نوپا از كجا آمده و چگونه این توده ها در دوران های بعدی به وسیله نیروی گرانشی تقویت شده و به كهكشان ها تبدیل شده اند ؟ كیهان شناسان قادر به پاسخگویی به این قبیل پرسش ها نیستند اما بر سر این مطلب توافق دارند كه توده های ماده ای كه در سرتاسر عالم نوپا پراكنده شده بودند در اثر گرانش حاصل از وجود خود، فرو ریخته اند و در همین حین پروتون ها و نوترون ها (كه مجموعاً باریون نامیده می شوند) را در پی خود می كشند و موجب بالا رفتن دمای آنها می شوند.
باریون های پرسرعت با یكدیگر برخورد كرده و انرژی از دست دادند. آن گاه (مانند سنگی در چشمه) در چشمه های گرانشی ته نشین گشتند.با توجه به موارد فوق، اگرچه مدل های سه بعدی كهكشانی، مدل حبابی عالم را به طریقی كلی مورد تایید قرار می دهد لكن جزئیات مربوط به آن بسیار دشوار است و درك آن به آسانی قابل درك نیست.اكنون سئوالی پیش روی ما قرار دارد مبنی بر اینكه آیا برخورد كهكشان های مارپیچی موجب ایجاد كهكشان های بیضوی می شود؟
اگر پاسخ ما به این پرسش مثبت باشد، مسئله دیگری كه وجود دارد این است كه چرا این دو نوع كهكشان رد پای متفاوتی از خود بر جای می گذارند؟
۵_ ماده تاریك سرد چیست؟
می دانیم كه مجموع ستارگان و كهكشان ها جرمی كمتر از ۵/۰ درصد از كل جرم موجود در عالم را تشكیل می دهند و حتی اگر ابرهای نامرئی تشكیل شده از اتم ها را (كه برخی عقیده دارند در نقاط دوردست عالم شناور هستند) به این مقدار بیفزاییم، میزان فوق از ۴۰ درصد تجاوز نمی كند.
مابقی آن متشكل از ماده تاریك سرد و انرژی تاریك است.اگرچه ستاره شناسان قادر به مشاهده مستقیم ماده تاریك نیستند، لكن بر این عقیده اند كه میزان آن به حدود ۲۳ درصد ماده موجود در عالم می رسد.استدلال آنها در این مورد بر پایه بررسی هایی است كه بر روی نحوه كشیده شدن ستارگان به وسیله ماده تاریك و همین طور پدیده خمش نور است. ماده تاریك سرد در طول خلاء موجود در كیهان، به صورت یك رشته مجتمع شده اند كه طولی در حدود چند صد میلیارد سال نوری را در برمی گیرد.چنین تصویری به این مورد اشاره می كند كه ماده تاریك، حركتی كند دارد و به همین دلیل از دمای پایینی برخوردار است.اگر ماده تاریك، گرم و پرسرعت می بود، در زمان های بسیار دور موجب محو شدن جرم جهان می شد و همین امر از شكل گیری كهكشان ها جلوگیری می كرد. در ضمن واكنش ذرات ماده تاریك سرد با مواد معمول، می بایست بسیار ضعیف باشد (البته اگر نخواهیم وقوع این امر را به طور كامل نفی كنیم). در غیر این صورت هاله های كروی شكل ماده تاریك كه راه شیری و سایر كهكشان ها را احاطه كرده اند مسطح می شدند و به شكل صفحات كهكشان مانندی در می آمدند. این واكنش ها به قدری ضعیف هستند كه آشكار كردن آنها برای ما امكان ندارد.علاوه بر این، برای بیشتر این ذرات زمانی طولانی تر از عمر عالم هستی لازم است تا اولین برخورد خویش را تجربه كنند.فیزیكدان ها در حال بررسی دو راهكار هستند تا به ماهیت این ذرات ناشناخته پی ببرند.یكی از این راهكارها، بررسی این مورد در مقیاس وسیع است و چنین بیان می شود كه انهدام ذرات ماده تاریك و پادذره های آنها در مركز كهكشان راه شیری و یا در هسته خورشید لزوماً، می بایست موجب تشكیل نوترینو بشود. در چنین وضعیتی كه نوترینوها به طور ضعیفی با مواد وارد واكنش می شوند، می بایست گاه و بیگاه یكی از این ذرات بنیادی با یك مولكول آب برخورد كند و تشعشعی از نور را آزاد كند.فیزیكدان ها به این امید كه یكی از این پرتوها را آشكار نمایند، در حال تبدیل دریای مدیترانه، دریای آدریاتیك (این دریا بخشی از دریای مدیترانه است كه توسط كشورهای ایتالیا، كرواسی، اسلونی، بوسنی و مونته نگرو احاطه شده است) و كانون یخی قطب جنوب به یك رصدخانه عظیم و پهناور برای آشكارسازی نوترینوها هستند و این كار را با قرار دادن رشته های طویلی در زیر آب و یخ (البته رشته های حساس به نور) انجام می دهند.
۶ _ آیا تمامی باریون ها در درون كهكشان ها شكل گرفته اند؟
تنها ده درصد از ماده نرمال و معمول موجود در عالم (منظور مواد باریونیك است كه از پروتون ها، نوترون ها و الكترون ها تشكیل شده اند) در داخل ستارگان قرار دارند.ستاره شناسان درصدد هستند تا باریون های بیشتری را در كوازارها بیابند، كوازارها اجرام درخشانی هستند كه در فواصل دوردستی از زمین قرار دارند و نیرو محركه شان توسط سیاهچاله ها تامین می شود.اگر نور كوازار در راه خود به سوی زمین از میان باریون های گازی عبور كند، اتم های موجود در گاز، اثر خود را در قالب خطوط جذبی بر طیف كوازار باقی خواهند گذاشت.لكن مسئله اینجاست كه ستاره شناسان تنها كسر كوچكی از آنچه كه انتظارش را می داشتند، یافتند و اكنون این سئوال مطرح می شود كه باریون ها كجا رفته اند؟ بیشتر اخترفیزیكدان ها بر این عقیده اند كه باریون های مذكور جایی نرفته اند و هنوز در فضا غوطه ور هستند، لكن از میلیاردها سال قبل كه ابرهای گازی شكل گرفته اند، باریون ها با یكدیگر برخورد كرده و انرژی آزاد كرده اند و به واسطه این انرژی دمای گازها را تا حدود یك میلیون درجه سانتی گراد افزایش داده اند.
۷- انرژی تاریك چیست؟
برای تامین نیرو محركه لازم برای حفظ شتاب كنونی عالم، می بایست تا ۷۳ درصد از كل چگالی عالم توسط انرژی تاریك اشتغال شده باشد.بزرگ ترین مشكل كه بر سر راه این ایده وجود دارد این است كه هیچكس نظری درباره ماهیت انرژی تاریك ندارد.این انرژی می تواند بی ارتباط با جهان باشد (به طور مثال خود خلأ) و یا تاثیرات ابعاد فضایی پنهان داشته باشد. انرژی مذكور مانند انرژی پادگرانی حالت دافعه دارد اما اینطور نیست كه با ویژگی ذاتی ذرات بی ارتباط باشد و به طور مستقیم در فضا عمل می كند.فیزیكدان ها در تلاشند تا با بهره گیری از نظریه های فیزیكی مورد قبول دانشمندان چگالی انرژی تاریك را محاسبه كنند. اما نتایجی كه به دست آورده اند با واقعیت سازگاری ندارد. تاكنون مقدار محاسبه شده در حدود ۱۰۶۰ برابر بزرگتر از میزان مشاهده شده است.كیهان شناسان همواره با اعداد و ارقام بزرگ سروكار داشته اند اما حتی آنها نیز از چنین اختلافی دچار نگرانی شده اند و این مطلب بیانگر آنست كه هنوز در فرضیه های ما یك مطلب اساسی از قلم افتاده است.
۸- چگالی عالم چقدر است؟
علت وجود شتاب در جهان در مسیر انبساط، وجود انرژی تاریك است و اگر چگالی انرژی تاریك، ثابتی جهانی باشد و یا حداقل در سرتاسر عالم میزانی مثبت را اختیار كند آن گاه پیروزی از آن انرژی تاریك خواهد بود.با توجه به موارد فوق جهان هستی با سرعتی كه به صورت یكنواخت افزایش می یابد به انبساط خود ادامه خواهد داد ؛ بنابراین تا صد میلیارد سال آینده ما با تلسكوپ های امروزی تنها می توانیم تعداد انگشت شماری از كهكشان ها را مشاهده كنیم. اما انرژی تاریك (ثابت كیهانی مشهور اینشتین) می تواند در واقع متغیر باشد. حتی این مقدار می تواند منفی هم بشود كه البته در این صورت جهان به سوی سقوط پیش خواهد رفت.امروزه هیچ تلكسوپی آنقدر برد ندارد كه برای ما روشن سازد كه كدام نظر صحیح است.دورترین ابرنواخترهایی كه تاكنون برای تحقیق در رابطه با چگالی انرژی تاریك مورد بررسی قرار گرفته اند، در اصطلاح كیهان شناسی، همسایه های دیوار به دیوار ما بوده اند.اما محققان بر روی ماهواره تحقیقاتی SNAP حساب ویژه ای باز كرده اند تا شرایط را مساعدتر سازند. تلسكوپ كه به شكار ابرنواخترها اختصاص یافته است به این دلیل كه مداری بسیار بالاتر از جو تیره و تار زمین را اختیار می كند این امید را در دل دانشمندان زنده می كند كه به این سئوال پاسخ دهند.اگر بخت یار دانشمندان باشد می توان امیدوار بود كه پاسخ این پرسش ها تا سال ۲۰۱۰ معین شود. اما كیهان شناسان یك چیز را به خوبی می دانند، اینكه هر پاسخی، خود، خالق سئوالاتی تازه است.

منبع: آرمان و اندیشه