جهان در حال انبساط

وقتی ستاره ای در عرض میلیون ها سال سوخت خود را مصرف می كند وزن ستاره درحجم كوچكی متراكم شده و سپس منفجر می شود در اثر این انفجار گاز های هلیم و هیدروژن باقیمانده از ستاره قبلی در مركز جمع می شود و در مدار قرار گرفتن خاكسترهای باقیمانده از انفجار, به دور آن منظومه ای مشابه منظومه شمسی ما پدید می آید

زمین در جنب این نه طاق مینا

چوخشخاشی بود بر روی دریا

تو خود بنگر از این خشخاش چندی

سزد گر بر بروت خود بخندی

ایمانوئل كانت:«دوچیز است كه روح را به شگفت می اندازد هرچه بیشتر بیندیشی شگفتی تو از آن دو چیز بیشتر می شود یكی آسمان پرستاره ای كه بالای سر ماست و دیگری قانون اخلاقی كه در دل ماست»

قرن ما، قرن تحقیق و تجسس و قرن تحولات سریع و برق آساست، روزی نیست كه به مدد شكوفایی علم و دانش، رازی از رازهای آفرینش گشوده نشود. سال هاست كه دانشمندان باتسخیر آسمان ها و ایجاد پایگاه های فضایی، اخبار تازه و دست اول از اعماق آسمان و از دل پر حرارت ستارگان برای ما به ارمغان می آورند كه در مجله های علمی در شمارگان وسیع چاپ و در دسترس همگان گذاشته می شود.

اطلاعاتی كه تا سال۱۹۱۷ از كائنات و ستارگان داشتیم بسیار كم بود. اعتقاد عامه این بود كه تنها یك كهكشان وجود دارد و تعدادی زیاد ستاره در درون آن، جهان با مجموعه ستارگان خود ایستا و ساكن بود. تمام اطلاعات جدید ما از كیهان تنها به یك قرن اخیر بر می گردد كه حاصل تلاش علمی دانشمندانی چون انیشتین، هابل، استفان هاوكینگ، پنزیاس، ویلسون، جوزج گاموف و فریدمان و ... است. در این مقاله كوتاه سعی شده است تا اطلاعات مختصری در اختیار خوانندگان و رهپویان علم و دانش قرار گیرد.

اطلاعات جدید و تصویر نوین ما از جهان بزرگ به سال ۱۹۲۴ میلادی بر می گردد یعنی وقتی كه هابل نشان داد كهكشان ما تنها كهكشان عالم نیست و كهكشان های زیاد دیگری با فضای خالی میان آنها وجود دارد. وی برای اثبات ادعای خود نیاز داشت كه فاصله تا كهكشان های دیگر را محاسبه كند. بنابراین برای اندازه گیری این فاصله ها روش های غیر مستقیم را برگزید.

اكنون برای روشن شدن این موضوع یادآور می شویم كه روشنایی ظاهری هر ستاره به ۲ عامل شدت نور و فاصله ستاره از ما بستگی دارد. ما می توانیم روشنایی ظاهری و فاصله ستارگان نزدیك را از اندازه گیری و در نتیجه شدت نور آنها را محاسبه كنیم.

بر عكس اگر شدت نور و روشنایی ظاهری یك ستاره را داشته باشیم، می توانیم فاصله آن ستاره را تعیین كنیم. هابل مشاهده كرد كه شدت نور پاره ای از ستارگان نزدیك به ما یكسان است. وی استدلال كرد اگر چنین ستارگانی را در سایر كهكشان ها بیابیم، می توانیم فرض كنیم كه همین شدت نور را دارند.

بنابراین با داشتن روشنایی ظاهری و شدت نور می توانیم فاصله ستاره را مشخص كنیم. وی با این روش توانست فاصله ۹ كهكشان را با دقت خوبی محاسبه كند.

به مدد اكتشافات هابل و سایر دانشمندان هم اكنون می دانیم كه بیش از ۱۰۰ میلیارد كهكشان در سرتاسر عالم وجود دارد كه در درون هر كدام از این كهكشان ها نیز بیش از ۱۰۰ میلیارد ستاره كوچك و بزرگ وجود دارد. بدین ترتیب تعداد ستارگان عالم هستی بیش از ۱۰۰ میلیارد در ۱۰۰ میلیارد ۱۰۲۲ ستاره است.طول كهكشانی كه ما در آن زندگی می كنیم در حدود ۱۰۰ هزار سال نوری است. این كهكشان به آهستگی در حال دوران و چرخش است.

ستارگانی كه در بازوی چنبره ای آن قرار دارند در هرچند صد میلیون سال یكبار (مثلاً خورشید ما هر ۲۰۰ میلیون سال یكبار) در حول مركز آن گردش می كند.

كهكشان های بزرگتر، قطری معادل ۳۰۰ هزار سال نوری دارند و متوسط فاصله میان كهكشان ها حدود یك میلیون سال نوری است. در حالی كه قطر بزرگترین ستاره فقط ۲۰ دقیقه نوری است و این نشان دهنده بزرگی و غول آسا بودن كهكشان ها است. از طرفی كهكشان ها موجوداتی اجتماعی هستند. كهكشان ما به همراه چند كهكشان دیگر در كنار هم زندگی می كنند كه به آن خوشه محلی می گویند.

در مركز خوشه محلی ما كهكشان غول آسایی وجود دارد كه در اثر جاذبه فوق العاده زیاد خود كهكشان های اطراف خود را مجبور به چرخش و دوران در حول خود می كند و این چرخش بر خلاف مدار سیارات حول ستارگان، ثابت نیست بنابراین رفته رفته كهكشان ها به دام كهكشان خواری كشیده شده و در نهایت در آن ذوب می شوند.

ستارگان آنقدر از ما دور هستند كه همانند یك نقطه كوچك و نورانی دیده می شوند. ما نمی توانیم شكل و ابعاد آنها را ببینیم ولی برای مطالعه آنها می توانیم از نورشان استفاده كنیم. سال ها قبل اسحاق نیوتن متوجه شد وقتی نور خورشید به یك منشور شیشه ای سه وجهی بتابد نور به ۷ رنگ تجزیه می شود. این رنگها از قرمز با طول موج بلند شروع و به رنگ آبی و بنفش با طول موج كوتاه ختم می شود. این محدوده نور كه با چشم دیده می شود طیف نام دارد. از روی طیف ستارگان می توان به اطلاعات مهمی از جمله درجه حرارت و تركیب عناصر تشكیل دهنده آن دست یافت.

● كشفیات «هابل» بر خلاف انتظار عامه

در دهه ۱۹۲۰ هنگامی كه ستاره شناسان، مطالعه طیف ستاره ها را در سایر كهكشان ها آغاز كردند، متوجه مسأله بسیار شگفت انگیزی شدند و آن مسأله این بود كه طیف این ستاره ها در دیگر كهكشان ها همانند طیف ستاره ها در كهكشان خودمان بودند با این تفاوت كه همگی آنها به سمت بخش انتهایی سرخ (قرمز) طیف منتقل شده بودند برای فهم این مطلب ابتدا باید اثر دوپلر را به طور ضمنی توضیح دهیم.

فرض كنید در كنار یك بزرگراه ایستاده اید و یك ماشین در حالی كه بوق می زند، به شما نزدیك می شود و سپس دور می شود، در این صورت وقتی كه ماشین نزدیك می شود، صدا زیر (فركانس زیاد و طول موج كم) وقتی كه دور می شود صدا بم (فركانس كم و طول موج زیاد) می شود. همین پدیده در باره نور هم اتفاق می افتد. یعنی وقتی یك ستاره به ما نزدیك می شود طیف نوری كه از آن ستاره به ما می رسد به انتهای آبی (فركانس زیاد و طول موج كم) نقل مكان می كند كه متناظر با صدای زیر است و برعكس وقتی كه یك ستاره از ما دور می شود طیف نوری كه از آن به ما می رسد به انتهای قرمز (فركانس كم و طول موج زیاد) نقل مكان می كند كه متناظر با صدای بم با فركانس كم است و این تجربه هر روزه زندگی ماست.

هابل، بعد از اثبات وجود كهكشانی دیگر، وقتش را صرف مشاهده طیف كهكشان های دیگر كرد. در آن زمان مردم فكر می كردند كهكشان ها بدون نظم و ترتیب خاصی در فضا می چرخند و در واقع شبیه الكترون های آزاد، در درون فلزات حركت كتره ای ( بی هدف) و كاملاً بی نظمی دارند. لذا اعتقاد عمومی بر این بود كه تعداد كهكشان های سرخ گرا و آبی گرا تقریباً یكسان است. بنابراین هنگامی كه هابل اعلام كرد بیشتر كهكشان ها سرخ گرا هستند، یعنی در واقع اكثر آنها از ما در حال دور شدن هستند، مردم كاملاً شگفت زده شدند.

نتیجه عجیب تری كه هابل اعلام كرد، این بود كه این سرخ گرایی كهكشان ها تابع نظم و قاعده خاصی است، به طوری كه هر چه فاصله كهكشان ها از ما بیشتر باشد، انتقال به سرخی در طیف آنها بیشتر می شود و این حكایت از این مطلب دارد كه «هرچه فاصله كهكشان ها از ما بیشتر باشد، سرعت گریز و فرار آنها از ما بیشتر می شود.» خداوند متعال در آیه ۴۷ سوره الذاریات به این مطلب اشاره می كند و می فرماید: «و ما آسمان را با قدرت بنا كردیم و همواره آن را وسعت می دهیم»

امروزه مشخص شده است بعضی از كهكشان ها با سرعت ۶۰۰ هزار كیلومتر در ثانیه ( سرعتی معادل ۲۰ درصد سرعت نور) و بعضی دیگر تا ۳۰ درصد سرعت نور یعنی برابر ۹۰ هزار كیلومتر در ثانیه از ما دور می شوند. كوازارها (اخترنماها) با سرعتی تا معادل ۹۹ درصدسرعت نور از ما دور می شوند و این سرعتی خیالی و فوق العاده زیاد است. بطوری كه نور این اجرام كه با این سرعت از ما دور می شود آنقدر انرژی خود را از دست می دهد كه دیگر نمی توان اطلاعاتی از آن به دست آورد. بنابراین در ورای فاصله ای، انسان دیگر نمی بیند. حتی با ساختن تلسكوپ های بسیار قوی، وضع عوض نمی شود. زیرا پای مسأله طبیعی در میان است نه نقص وسایل و ابزار فنی. پس می توان از افق و كرانه صحبت كرد.

افق كیهانی یا كیهان شناختی. چنین افقی امروزه در فاصله ۱۵ میلیارد سال نوری قرار دارد. این كرانه و مرزی است كه بشر دور تر از آن دیگر چیزی نمی بیند و این حالت، شبیه رابینسون كروزوئه قهرمان كتابی به همین نام، اثر دانیل دیفو، نویسنده انگلیسی است. او در اثر توفانی، حافظه اش را از دست داده و به جزیره ای می رود و هرچه به اطرافش نگاه می كند تا دامن افق فقط آب می بیند، اما انحنای زمین مانع از دیدن دور دست هاست. او در آن جزیره می نشیند و از خود می پرسد دامنه این اقیانوس تاكجاست و فراسوی آن چیست؟

این كشفیات هابل، بر خلاف انتظار عامه مردم بود ولی به هر حال یافته های هابل حاكی از وجود كهكشان های بسیار زیادی به غیر از كهكشان راه شیری بود كه اكثر آنها با سرعت بسیار زیاد در حال دور شدن از ما بود و این نشان دهنده انبساط جهان است اما سؤال اساسی این است كه این انبساط از چه زمانی و چگونه شروع شده است.

یافته های دانشمندان از جمله استفان هاوكینگ راجرپن روز و فریدمان و ... نشان می دهد كه انبساط جهان، تقریباً از ۱۵ میلیارد سال پیش در اثر انفجار بزرگ یا بیگ بانگ (مهبانگ) شروع شده و هنوز هم ادامه دارد. آیه ای از قرآن كریم ناظر بر این واقعیت است: «آیا كافران ندیدند كه آسمان ها و زمین به هم پیوسته بودند و ما آنها را از یكدیگر باز كردیم و هر چیز زنده ای را از آب قرار دادیم. آیا ایمان نمی آورید؟»

حال اگر در مطالعات كیهان، جهت زمان را برعكس كنیم و به ۱۵ میلیارد سال نوری پیش برگردیم، خواهیم دید كه تمام كهكشان ها و جهان در یك نقطه فیزیكی جمع شده و این نقطه دما و چگالی فوق العاده زیادی دارد كه در آغاز زمان منفجر شده و براساس رابطه معروف انیشتین، انرژی به ماده تبدیل شده و كهكشان ها و ستارگان به وجود آمده اند.

براساس محاسبات انجام شده، دمای اولیه جهان ۱۰۳۲ درجه كلوین بوده اما بعد از انفجار دمای آن با سرعت حیرت انگیزی كاهش یافته بطوری كه تنها در ۳ ثانیه بعد از انفجار دمای جهان به ۱۰۶ درجه كلوین كاهش پیدا كرده و در همین زمان بسیار كم تمام ذرات بنیادی از جمله الكترون، پروتون، نوترون، ضد الكترون (پوزیترون)، كوارك هاو پادكوارك ها تشكیل شده و جهان مرحله سنتز هسته ای را پشت سر گذاشته و از هسته هایی چون هیدروژن و هلیم تشكیل شده، آنگاه با اضافه شدن الكترون به هسته، مجموعه های پایداری به صورت اتم های اولیه یعنی هیدروژن و هلیم ساخته شده اند.

در این لحظه ۷۵ درصد جرم جهان هیدورژن و ۲۵ درصد آن را هلیم تشكیل می دهد. در كمتر از نیم ساعت از عمر جهان دما به ۳ هزار درجه مطلق كاهش پیدا كرده و هم اكنون بعد از ۱۵ میلیاردسال، دمای كل كائنات ۲‎/۷ درجه مطلق یا ۲۷۰‎/۸- درجه سانتیگراد است و حدود ۹۹ درصد جرم جهان را هیدروژن و هلیم تشكیل می دهد و بقیه عناصر تنها ۱ درصد از جرم جهان راتشكیل می دهند. در بین این دوره از عمر جهان حداقل ۱۰۰ میلیارد كهكشان تشكیل یافته و در درون هر یك از آنها ۱۰۰ تا ۴۰۰ میلیارد ستاره تشكیل شده است.

مادامی كه حجم توده گاز در درون ستاره ای از حجم بحرانی بالاتر باشد درجه حرارت درونی آن در اثر تراكم اتم ها بر روی یكدیگر به چند صد میلیون درجه می رسد. در این حال واكنش های پیوست اتم ها در درون ستاره شكل می گیرد و جهان تاریك و سرد به جهانی زیبا با ستارگان و كهكشان های درخشان مبدل می شود و با درخشش زیبای خود نوید زندگی، تنوع و تحول را می دهد. كهكشان هایی كه قطر آنها از یكصد تا ۳۰۰ هزار سال نوری است، در فضایی به شعاع میلیاردها سال نوری گسترده شده اند و در داخل آنها و در قلب ستارگان سنتز عناصر شروع می شود و ابتدا عناصر سبكی چون كربن، اكسیژن، نیتروژن و بعد عناصر سنگین مثل آهن، سیلیس و منیزیم و سپس عناصر سنگین تر چون اورانیوم ساخته می شود.

حسین وزینی احمد

---