آغاز جهان

كشف تشعشع مایكروویو كیهانی در سال ۱۹۴۶ به وسیله آرنوپنزیاس و رابرت ویلسون مسیر كیهان شناسی را تغییر داد . این پدیده برداشتی كلی به كیهان شناسی ارائه كرد. وقتی كه جهان ۴۰۰ هزار ساله بود. این تابش باقی مانده از انفجار بزرگ ثابت می كند كه جهان، آغازی داغ داشته است.
۴ درصد جهان هستی از «ماده معمولی» (Ordinary Matter) ساخته شده است. ۲۱ درصد دیگر آن از ماده ای كه اصطلاحاً «ماده تاریك» (Dark Matter) نامیده می شود ساخته شده است كه مقدار آن با توجه به تأثیرات گرایشی آن روی ماده تخمیناً برآورد می شود. ۷۵ درصد باقی مانده نیز شامل «انرژی تاریك» است كه كه رفتاری شبیه گرانش در جهت عكس را از خود بروز می دهد.
بر پایه مشاهدات «انرژی تاریك» دارای مقداری ثابت و بدون تغییر است و بیشتر شبیه «ثابت كیهان شناختی» (Cosmological Constant) در تئوری های اینشتین درباره تكامل تدریجی جهان رفتار می كند. اساساًً این بدان معناست كه «مقدار انرژی بر واحد حجم فضا» ثابت باقی می ماند. در اینصورت می توان مدعی شد كه جهان (Universe) با نرخ فزاینده ای به رشد و گسترش خویش ادامه خواهد داد. طی مدت زمانی در حدود ۲۰ میلیارد سال فقط حدود ۱۰۰ كهكشان را می توان از زمین رویت نمود به گونه ای كه می توان آن را «غربت بزرگ» نامگذاری كرد. در دهه ۱۹۹۰ با به كارگیری تركیبی از تكنولوژی (دوربین های CCD ۱۰۰مگا پیكسلی) و یك شاخص دقیق در فاصله ای دور (ابرنواخترهای نوع Ia) بالاخره شتاب منفی جهان اندازه گیری شد. ظاهراً جهان در حال سرعت گرفتن است. تا وقتی كه انرژی تاریك كاملاً شناخته شود، پایان كار جهان ما بلاتكلیف خواهد ماند. گرچه اگر گسترش جهان تا ۳۰ میلیارد سال دیگر به سریع تر شدن خود ادامه دهد، آسمان از كهكشان خالی خواهدشد( بجز چند كهكشان در خوشه كهكشانی سنبله). درحالی كه گرانش جاذبه ای ماده عمدتاً سیاه جهان، گسترش آن را كندتر می كند، گرانش دفعی (شتاب منفی) كه در اثر انرژی سیاه به وجود آمده سعی در سرعت بخشیدن به آن را دارد. بنابراین اندازه گیری مقادیر انرژی و ماده تاریك به ما اجازه می دهد فیلم كیهانی را تا زمان به وجود آمدن آن عقب ببریم و زمان شروع آن را دریابیم .
منجمان براین باورند كه ماده عادی غیرقابل رؤیت كه حدود سه چهارم محتوای كل ماده باریونی (پروتون و نوترون ) را تشكیل می دهد، به وفور و به صورت گاز گرم درمیان كهكشان ها قرار دارد. در كل مقدار ماده _ باریونی و غیرباریونی كه بیشتر آن نیز تاریك است _ هشت برابر بیشتر از ماده باریونی است. منجمان همچنین توانسته اند مقادیر چشمگیری از ماده غیرقابل رؤیت را با اندازه گرفتن سرعت های ستارگان درمیان كهكشان ها و سرعت كهكشان ها درمیان خوشه های كهكشانی، شناسایی كنند. بدون وجود ماده تاریك غیرقابل رؤیت، این اجرام پرسرعت باید مدت ها پیش متفرق می شدند.
بیشتر كیهان شناسان عمر جهان را ۱۳.۷ میلیارد سال می دانند و عقیده دارند كه جهان تخت است (یعنی از هندسه اقلیدسی تبعیت می كند، با خطوط موازی كه دربی نهایت هم موازی می مانند و زوایای داخلی مثلث كه مجموعاً ۱۸۰ درجه هستند).
مقدار ۷۲ كیلومتر در ثانیه، در مگاپارسك - با خطایی حدود ۱۰ درصد _ برای ثابت هابل به دست آمد. در حالی كه پارامتر اندازه گرفته شده توسط خود هابل ۵۵۰ كیلومتر در ثانیه در مگاپارسك بود. از آنجا كه اندازه جهان قابل رصد و سن آن، هر دو با ثابت هابل رابطه عكس دارند. رشدی كه این مقدار اصلاح شده برای جهان قابل رؤیت نشان می دهد هشت برابر گسترشی است كه قبلاً برای جهان اندازه گرفته شده بود.
در سال ۱۹۸۰ فیزیكدانی به نام آلن اچ - گروت نظریه ای به نام تورم را ارائه كرد. بعدها دیگران نیز توضیحاتی به این نظریه افزودند. این تئوری كه نشات گرفته از فیزیك كاربردی ذرات است، مهمترین ویژگی های جهان امروز را توضیح می دهد. در تئوری تورم قسمت های كوچك كیهان اولیه به طور تصاعدی گسترش پیدا كردند و قسمتی از فضا را كه ما امروزه می بینیم، صاف تر كردند. مانند وقتی كه بیشتر بادكردن یك بادكنك باعث می شود قسمت كوچكی روی سطح آن صاف تر به نظر برسد.
گفته می شود دلیل اصلی جریان یافتن این گسترش انرژی پتانسیلی وابسته به انرژی فرضی به نام inflaton است، این انرژی پتانسیل inflatin است كه حرارت چشمگیر انفجار بزرگ را فراهم كرده در حین پدیده inflaton نوسانات كوانتومی در مقیاس های زیراتمی به وسیله گسترشی مهیب به اندازه های نجومی می رسند. این بزرگ تر شدن ها در سالیان دراز بعدی به همراه گرانش رشد كردند و در نهایت به پیدایش كهكشان ها و خوشه های كهكشانی كنونی انجامیدند.
▪ از نظریه تورم می توان سه نتیجه گیری كرد:
۱) فضا باید در لبه مریی آن صاف به نظر برسد.
۲) توزیع ماده در مقیاس های نجومی باید منشاء كوانتومی داشته باشد.
۳) فضا را باید پس زمینه ای از امواج گرانشی فرا گرفته باشد، كه به وسیله نوسانات كوانتومی بعد از ۱۰به توان ۳۲ - ثانیه از شروع جهان به وجود آمده اند. دو پیش بینی نخست اكنون با اندازه گیری ها دیده شده اند و سومی نیز احتمالاً در آینده ای نه چندان دور با اندازه گیری ها به اثبات خواهد رسید.
پروژه كه فضاپیمای پژوهشی مایكروویو WMAP نام دارد، با به پایان رساندن اولین سال ماموریت چهارساله اش نقشه ای تماشایی از جهان نوزاد تهیه كرده، شگفتی ای كه WMAP برای كیهان شناسان به ارمغان آورد این بود كه هیچ چیز شگفت آور نبود! وبا محاسبات قبلی تطابق خوبی داشت، هرچند معلوم شد پیدایش ستارگان زودتر از آنچه پیش بینی شده بود شروع شده _ تنها ۲۰۰ میلیون سال بعد از انفجار بزرگ. WMAPموقعیت جهانی كه قبلاً پیش بینی شده بود را تحكیم كرد - جهانی ۱۳.۵ میلیارد ساله شامل یك سوم تا یك دوم ماده و انرژی تاریك و ۴ درصد ماده معمولی (باریونی). این پروژه همچنین مقدار به دست آمده برای ثابت هابل را تایید می كند. نتایج WMAP با ایده كلی تورم سازگاری دارند ولی تورم نظریه ای با گونه های متعدد است .
با توجه به متن نسبیت عام، پاسخ ساده است: انفجار بزرگ تنها آفریننده ماده، فضا و زمان است، بدون توضیح بیشتر. این جواب البته قانع كننده نیست و دلایلی وجود دارند كه بپذیریم پاسخ عمیق تری برای این سئوال هست. نسبیت عام شرحی ناقص از گرانش است چون شامل مكانیك های كوانتومی نمی شود و گرانش را با دیگر نیروهای بنیادی تلفیق نمی كند. در حال حاضر نظریه ریسمان (كه بهM-Theory نیز معروف است) با وجود ناقص بودن و مورد آزمایش قرار نگرفتن بهترین تفكر را در مورد پیوند گرانش، دیگر نیروهای بنیادی و مكانیك های كوانتومی ارائه می دهد. با اینكه نظریه تورم ریشه ای در نظریه ریسمان ندارد، اما امكان دارد در آخر توضیح خود را در این نظریه بیابد و هر چند تورم نظریه ای محكم است اما به آزمایشات عملی بیشتری نیازدارد. نظریه ریسمان تاكنون توضیحی فیزیكی برای انرژی تاریك فراهم نكرده و این یك اشكال عمده است.
كشفیات جدید با بالا بردن سطح آگاهی باعث پدید آمدن چند سری سوال جدید شده اند:
ماده تاریك چیست؟ ماهیت انرژی تاریك اسرار آمیز و گرانش دفعی آن چیست؟ چرا طرز كار جهان ما تا این حد پیچیده است؟ و دنیا چطور آغاز شد؟ اینكه انرژی تاریك چگونه با اكتشافات فیزیكدانان درباره نیروهای موجود در طبیعت و ذرات درون اتمی مرتبط با آنها تعامل برقرار می كند معمایی است كه همچنان بی پاسخ باقی مانده است. یك اخترشناس می گوید: «به یاد داشته باشید كه ما این پدیده را انرژی تاریك می نامیم اما این نامگذاری ممكن است این باور غلط را در ذهن مخاطبان ایجاد كند كه ما حقیقتاً می دانیم كه آن پدیده چیست. اما باید اذعان داشت كه ما واقعاً چیز زیادی در این باره نمی دانیم.»
چه زمانی اولین ستاره ها شكل گرفتند؟ كهكشان های منفرد چگونه تشكیل شدند و چطور تكامل می یابند؟ كی و كجا عناصر شیمیایی ای كه بعد از عناصر موجود در انفجار بزرگ بودند (عناصر سنگین تری كه برای حیات ما مفید هستند)پدید آمدند؟ قسمت عمده ماده معمولی جهان كجاست و آیا فقط شامل گاز داغ است؟ پاسخ به این سئوالات نیازمند رصدها و وسایل جدید و همچنین مدل های جدید و پیچیده تری است كه ما در میانه دوران بزرگی از اكتشافات كیهان شناختی هستیم. اگر موفق شویم نظریه هایمان را با هر كشف جدیدی تطبیق دهیم، می توانیم به جهشی بزرگ در دركمان از جهان برسیم.

منبع :aarmaan۲.persianblog.com

منبع : شبکه فیزیکی هوپا