ثانیه‌ صفر!

انفجار نخستین جهان، نزدیک‌ترین زمانی است که از شروع جهان ما می‌توانیم بر روی آن تحقیق و مطالعه کنیم. این تئوری از زمانی شروع می‌شود که ما به علت دمای فوق‌العاده زیاد آن زمان، نمی‌توانستیم وجود داشته باشیم.
تئوری بیگ بنگ پذیرفته شده‌ترین نظریه‌ی درباره‌ی شروع و تکامل جهان می‌باشد. در این تئوری گفته می‌شود که در حدود ۱۴ میلیارد سال پیش، جهان از یک ماده‌ی بسیار چگال که تنها حدود چند ملیمتر بوده است تشکیل شده بود.
در حدود ۱۰۰ سال پیش در سال‌های آغازین قرن بیستم، دانشمندان بسیاری در پی یافتن جوابی برای راز پیدایش جهان بودند. و یا اینکه جهان هیچ‌گاه متولد نشده است و همیشه جهان وجود داشته است. اولین پاسخ‌ها به این سوال در سال‌هایی حدود ۱۹۱۹ میلادی داده شد. زمانی که آلبرت انیشتین نظریه‌ی نسبیت عام خود را شرح داد. صدها سال بود که دانشمندان فکر می‌کردند که جهان ثابت و بدون تغییر است. اما انیشتین این معادلات را با معرفی ثابت کیهان شناختی اصلاح کرد. ثابت کیهان شناختی چیزی که است که جهان را منظم کرد و آن را به حالت تعادل در آورد. یکی از کسانی که به تئوری نسبیت عام انیشتین توجه کرد و آن را در مطالعات کیهان‌شناسی خود به کار برد کیهان‌شناس بلژیکی Georges Lemaître بود. او بر روی این معادله کار کرد و برای زمان نقطه‌ی آغازی قائل شد و آن را بیگ بنگ نام نهاد. او فرض کرد که جهان از چیزی به وجود آمده است که او آن را اتم اولیه‌ی نامید. این اتم اولیه‌ی منفجر می‌شود و به قطعات دیگر تبدیل می‌شود. و آن ذرات یک بار دیگر به ذرات دیگر تفکیک می‌شوند تا اینکه اتم‌های تشکیل دهنده‌ی این جهان به وجود می‌آیند. تئوری Lemaître بلافاصله همه‌گیر نشد. این تئوری هنوز ابهامات بسیاری داشت. تا زمانی که ادوین هابل کهشان‌هایی که به سرعت در حال دور شدن از زمین بودند را مشاهده کرد، و با این مشاهدات خود تأییدی بر نظریه‌ی Lemaître بود. به هر حال فرضیه‌ی Lemaître درباره‌ی آغاز جهان با آن چیزی که امروز درباره‌ی آغاز جهان می‌دانیم متفاوت است.
Lemaître معتقد بود که نقطه‌ی آغازین جهان دارای ساختار مرکب بوده که بعداً به اجزای سازنده‌ی جهان تفکیک شود، اما امروزه دانشمندان معتقدند که جهان در ابتدا بسیار ساده بوده و بعداً رشد پیدا کرده و پیچیده شده و توسعه یافته است.
ایده‌ی بیگ بنگ ابتدا به وسیله‌ی دانشمندی روسی که در آمریکا متولد شده بود به نام George Gamow داده شده بود. در سال ۱۹۴۰ میلادی این دانشمند به همراه شاگرد خود Ralph Alpher فرض کردند که جهان از یک انفجار بزرگ و به طور فوق‌العاده گرمی به نام بیگ بنگ آغاز شده است. سپس جهان از این ماده‌ی سوپ مانند که بعد از انفجار به جای مانده بود و مخلوطی از پروتون، نوترون، الکترون و اشعه‌های مختلف بود رشد پیدا کرد و رفته رفته سرد شد. عنصری که در ابتدا به وجود آمد هیدروژن و هلیوم بود و طبق گفته‌ی این دانشمند در نیم ساعت پس از انفجار بزرگ تمام عناصر موجود در عالم به دنبال هیدروژن و هلیوم خلق شدند.
تئوری بیگ بنگ خوشایند بعضی از دانشمندان نبود. آنها می‌گفتند که جهان را خالقی آفریده است و خلقت او بی‌عیب و نقص بوده. بعضی دیگر از دانشمندان عقیده داشتند که جهان همیشه بوده و برای آن نمی‌توان آغازی متصور بود. این نظرات باعث شده بود که بعضی از دانشمندان دنبال کشف تاریخ جهان بگردند و تئوری ارائه دهند که در آن بیگ بنگ را نفی کنند. البته ذکر این نکته ضروری است که خلقت جهان توسط یک خالق با نظریه‌ی بیگ بنگ تناقضی ندارد، همان طور که خدا انسان را به وسیله‌ی جنین آفرید، خدا جهان را آفریده اما طبق یک قانون و روش که این روش و قانون می‌تواند تئوری بیگ بنگ باشد.
دانشمندانی استرالیایی به نام Thomas Gold و Hermann Bondi و دانشمندی انگلیسی به نام Fred Hoyle در رقابت با این نظریه در سال ۱۹۴۸ نظریه‌ای ارائه دادند که در آن گفته می‌شد که جهان همیشه بوده است، و همیشه به این حالت که اکنون هست وجود داشته. و نظریه‌ی خود را تئوری حالت پایدار نامیدند.
مشاهدات دانشمندان، نشان می‌داد که جهان در حال توسعه یافتن و منبسط شدن است. آنها دیدند که کهکشان‌ها در حال دور شدن از یکدیگر می‌باشند و چگالی جهان در حال کم شدن است و برعکس حجم آن در حال افزایش می‌باشد. با گذشت زمان و دو برابر شدن فاصله‌ی بین کهکشان‌ها و جمع شدن مواد لازم، کهکشان جدیدی به وجود می‌آمد. برای به وجود آمدن کهکشانی جدید اگر در هر مایل مکعب دو اتم به یکدیگر وصل شوند در هر سال، یک هزارم اونس (مقیاس‌ وزنی‌ برابر ۳۱/۱۰۳۵ گرم‌) ماده تشکیل می‌شود. که برای به وجود آمدن یک کهکشان باید زمان بسیار بسیار طولانی طی شود.
دانشمندان بر سر این موضوع بحث می‌کردند که دلیل این اتفاقات (انبساط جهان) چیست؟
نظریه‌ی بیگ بنگ در مورد مواد تشکیل دهنده‌ی ستاره‌ها خیلی خوب توضیح می‌داد. این نظریه پیش بینی می‌کرد که انرژی مورد نیاز ستارگان از انفجار هیدروژن به دست می‌آید. و انرژی تولید شده از حاصل این انفجار به صورت نور به بیرون منتشر می‌شود. درنتیجه ستاره‌ها به‌وسیله‌ی سوختی از هیدروژن انرژی مورد نیاز خود را تأمین می‌کنند. و این فعل و انفعالات در ستاره‌ها باعث به وجود آمدن اکسیژن، کربن و دیگر عناصر مورد نیاز برای زندگی می‌شود. نظر و ایده‌ی دانشمندان امروزی نیز همین هست که بسیاری از عناصر می‌توانند در ستاره‌ها به وجود بیایند.
کشمکش میان عقل و دل کیهان شناسان تا دهه‌ی ۱۹۶۰ ادامه داشت، اما در این دهه نیز مشاهدات دانشمندان نظریه‌ی بیگ بنگ را تأیید می‌کرد. و سرانجام پروفسور استفان هاوکینگ نظریه‌ی بیگ بنگ را گسترش بخشید. او شرح داد که جهان از یک جسم بسیار بسیار چگال آغاز شده و شروع به گسترش و انبساط کرده است، البته پروفسور هاوکینگ برای گفته‌های خود از تئوری نسبیت عمومی استفاده کرد. این نکته فراموش نشود که پروفسور هاوکینگ نه پایه‌گذار این تئوری است نه پایان دهنده‌ی آن، بلکه ایشان فقط تغییراتی در این تئوری به وجود آوردند. برای آشنایی بیشتر با نظریات پروفسور هاوکینگ در این باره می‌توانید به کتاب تاریخچه زمان ایشان که به فارسی هم ترجمه شده است مراجعه کنید. با تمام این صحبت‌ها بنیان گذار تئوری بیگ بنگ را باید George Gamow دانست.
حال بعد از پرداختن به تاریخچه‌ای مختصر از این تئوری خوب است که درباره‌ی خود نظریه‌ی بیگ بنگ هم صحبتی به میان بیاوریم. در انیمیشن زیر می‌توانید شبیه‌سازی این انفجار بزرگ را مشاهده کنید.
اگر شما فیلم پیدایش جهان از ابتدا تا کنون را به صورت برعکس ببینید، خواهد دید که جهان در حال کوچک شدن و به هم نزدیک شدن است، تا جایی که اجرام آسمانی با یکدیگر برخورد می‌کنند و یک کره‌ی کوچک با چگالی زیاد را می‌سازند. در ثانیه‌ی صفرم، قبل از انفجار بزرگ، کیهان خیلی داغ و غلیظ است. قوانین فیزیک هنوز قابل کاربرد نیستند. در لحظه‌ی انفجار حداقل ۱۰ بعد برای شکل دادن به کیهان به وجود می‌آیند. از این ابعاد تنها ۴ بعد به وجود خود ادامه می‌دهند که ما آنها را می‌شناسیم. ۳ تا از ابعاد فضا و یک بعد زمان.
در ثانیه‌های ابتدایی تشکیل جهان، زمانی که فوتون‌ها با یکدیگر برخورد کردند و انرژی آنها به جرم تبدیل شد، پروتون، نوترون و الکترون تشکیل شدند. و چهار نیرو هویت مستقل یافتند، که آن نیروها نیروی گرانشی، الکتریکی و هسته‌ای قوی و هسته‌ای ضعیف می‌باشند. که به این نیروها، نیروهای بنیادی می‌گویند. در این زمان جهان همچنان مشغول سرد شدن بود. از ۱۰۲۳ درجه به ۱۰ میلیارد درجه.
تقریباً ۳ دقیقه بعد از بیگ بنگ، زمانی که دمای جهان به حدود ۱ میلیارد درجه رسیده بود، پروتون و نوترون با یکدیگر ترکیب شدند و هسته‌ی هلیوم و لیتیوم را که سبک‌ترین عناصر هستند را به وجود آوردند.
مرحله‌ی عمده‌ی بعدی که رخ داده است، تقریباً ۳۰۰۰۰۰ سال بعد از بیگ بنگ بوده است، زمانی که دمای جهان چیزی در حدود ۳۰۰۰ درجه بوده است، که هنوز این دما هم دمای مطلوب برای حیات نبوده است. در این دما الکترون قادر به ماندن در مدار هسته‌ی اتم می‌شود و اتم‌های خنثی به وجود بیاورد. (اتم‌ها قبل از ترکیب با الکترون به دلیل وجود بار مثبت درون هسته‌ی اتم دارای بار مثبت بودند و بعد از ترکیب شدن با الکترون با بار منفی این بار مثبت خنثی شده و اتمی خنثی تشکیل شده است.) اتم‌های هیدروژن و هلیوم، سر انجام سوخت ستارگان را به وجود می‌آورند. تا حالا کیهان کدر و مات بوده است و قابل رویت نبوده است و این به دلیل فزونی الکترون‌های رها شده است. هنگامی که بیشتر الکترون‌ها در مدار هسته قرار می‌گیرند کیهان شفاف‌تر شده و دیدن آن سوی کیهان ممکن می‌شود.
۱ میلیارد سال بعد از بیگ بنگ، ستاره‌ها و کهکشان‌ها متولد می‌شوند، و از آن زمان تا به امروز جهان شروع به بزرگ شدن و منبسط شدن و همچنین سرد شدن کرده است، و شرایط برای زندگی ما در این جهان مهیا شده است.
دو دلیل عالی برای اعتقاد ما به نظریه‌ی بیگ بنگ وجود دارد. اولین و واضح‌ترین آنها این است که جهان در حال منبسط شدن و توسعه یافتن است. دوم اینکه این تئوری پیش‌گویی می‌کند که ۲۵ درصد از جرم این جهان باید از هلیوم باشد، (هلیوم در همان دقایق اول بیگ بنگ به وجود آمد.) و این فرض با مشاهدات ما از جهان تا کنون همخوانی داشته است. فردوسی نیز در شعری آفرینش جهان را به نظم در آورده است.
ز آغاز باید که دانی درست سر مایه گوهران از نخست
که یزدان ز ناچیز چیز آفرید بدان تا توانایی آمد پدید
وزو مایه‌ی گوهر آمد چهار بر آورد بی‌رنج و بی‌روزگار
یکی آتشی بر شده تابناک میان باد و آب از بر تیره خاک
نخستین که آتش ز جنبش دمید ز گرمیش پس خشکی آمد پدید
وزان پس ز آرام سردی نمود زسردی همان باز تری فزود
چو این چار گوهر بجای آمدند ز بهر سپنجی سرای آمدند
پدید آمد این گنبد تیز رو شگفتی نماینده‌ی نو به نو
ابر ده دو هفت شد کدخدای گرفتند هریک سزاوار جای
فلک‌ها یک اندر دگر بسته شد بجنبید چون کار پیوسته شد
چو دریا و چون کوه و چون دشت و راغ زمین شد بکردار روشن چراغ
ببالید کوه آب‌‌ها بر دمید سر رستنی سوی بالا کشید
زمین را بلندی نبد جایگاه یکی مرکزی تیره بود و سیاه
همی بر شد آتش فرودآمد آب همی گشت گرد زمین آفتاب
گیا رست با چند گونه درخت بزیر اندر آمد سرانشان زبخت
ببالد ندارد جز این نیرویی نپوید چو پویندگان هر سویی
وزان پس چو جنبنده آمد پدید همه رستنی زیر خویش آورید
چو زین بگذری مردم آمد پدید شد این بندها را سراسر کلید
سرش راست بر شد چو سرو بلند بگفتار خوب و خرد کار بند
پذیرنده‌ی هوش و رای و خرد مر او را دد و دام فرمان برد

علیرضا سرمدی

منبع : مدرسه اینترنتی تبیان