کیهان بسته

جوابی در معادلات اینشتین در نسبیت عام که در آن چگالی جرم کیهان از چگالی بحرانی بیشتر است.این چگالی بحرانی در ارتباط با ثابت هابل است واندازه آن احتمالا” ۹.۲ ضربدر ده بتوان منفی ۲۷ در واحد کیلوگرم بر متر مکعب می باشد.اگر چگالی کیهان از چگالی بحرانی کمتر باشد کیهان باز خواهد بود.معادلات نشان می دهد که کیهان بسته طی یک حادثه با نام BIG CRUNCH به عقب بر می گردد .

در کیهان بسته ،فضا-زمان دارای انحناءمثبت است.برروی یک کره ودر فضای- زمان با انحنای مثبت ، قوانین هندسه مسطحه دیگر کاربرد ندارند.برای مثال جمع زوایای درونی یک مثلث از ۱۸۰ درجه بیشتر است ومساحت یک دایره فرضی از مجذور شعاع ضرب در عدد پی کمتر است..کره دارای سطح متناهی(Finite ) است.به طریق مشابه ، فضا –زمان با انحنای مثبت نیز دارای حجم متناهی است.یک عالم بسته حجم متناهی دارد اما کرانه دار نیست ومرکز هم ندارد.از آنجاییکه یک روز در آینده این کیهان باز رمبش(Recollapse )خواهد داشت در این محاسبات زمان هم متناهی است.

از آنجاییکه بدلیل وجود ماده تاریک، مقدار واقعی چگالی و جرم کیهان را نمی دانیم مشخص کردن اینکه کیهان بسته است یا باز کار آسانی نیست.

آینده کیهان بر اساس معادلات کیهان بسته

برای آنکه واقعی باشد،کیهانی را در نظر بگیرید که در آن چگالی دوبرابر چگالی بحرانی است(این بالاترین حد موجه برای چگالی کیهان ماست)

۵۰ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ:

انبساط گیتی به نهایت خود می رسد.فاصله بین خوشه های کهکشانی دو برابر مقدار فعلی آن است.دمای زمینه میکرموجی نصف مقدار کنونی ،یا ۴/۱ درجه کلوین است.گیتی پس از رسیدن به حداکثر انبساط دوباره شروع به رمبش می کند.

۸۵ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ:

حالا کیهان دارد منقبض می شود.فواصل بین خوشه های کهکشانی کوتاه شده وبه مقدار کنونی خود برگشته است.دمای زمینه میکروموجی به مقدار کنونی خود یعنی ۷/۲ درجه کلوین افزایش یافته است.ستاره شناسان این عهد آینده ،برای کهکشانهای دور دستی که سرعت نزدیک شدنشان با فاصله متناسب است،انتقال آبی را اندازه گیری می کنند.گیتی همچون اکنون که منبسط می شود به طور پیوسته،منقبض می شود.

انقباض یا انبساط کیهان برای حدود ۷۰ میلیارد سال آینده فقط مورد توجه ستاره شناسانی خواهد بود که تلسکوپهای بزرگی برای سنجش انتقال آبی یا انتقال قرمز ویا رادیو تلسکوپهایی برای سنجش دمای میکروموجی کیهانی داشته باشند.اما وقتی که انقباض گیتی در انتهای راه خود قرار گیرد نیروهای گرانشی فزونی گرفته در گیتی متراکم،رمبش آنرا شتاب می دهد.چگالی ودماها با شتابی فزاینده رو به تزاید خواهد رفت.هنگامی که دما به ۵۰ درجه کلوین افزتیش بیابد فاصله بین کهکشانها از ابعاد یک کهکشان بیشتر نخواهد بود.در این موقع کهکشانها در هم می آمیزند تا ابر کهکشانی را به بار آورند که تمامی ستارگان گیتی را در خود جای داده است.

هنگامی که دما به ۳۰۰۰ درجه کلوین برسد،گازمیان ستاره ای در اثر فوتونهای زمینه کیهانی یونیده می شوند.محیط میان ستاره ای کدر خواهد گشت ودمایی به میزان دمای سطحی غول سرخ پیدا می کند.تمامی گیتی آکنده از مه سرخ فام وسنگینی می شود.اما ستاره ها:

ستارگان می درخشند چون از محیط اطرافشان داغ ترند.انرژی به شکل فوتونها از نواحی داغ تر به نواحی سرد تر جاری می شود.به مجرد آنکه محیط بین ستاره ای داغ تر ازسطح یک ستاره باشد،دیگر ستاره نمی تواند به فضای میان ستاره ای انرژی بپراکند.چون انرژی تولید شده در اثر همجوشی در اندرون ستاره نمی تواند به فضا فرار کند به درون باز می گردد وموجب افزایش فشار داخلی ستاره می شود.فشار درونی ستاره تا آنجا بالا می رود که تعادل هیدرواستاتیکی پایدار نماند.فشار افزوده ستاره را از هم می گسلد.

گیتی با انقباضش به طرز پیش رونده ای کم تکه می شود.ابتدا تکه هایی که آنها را کهکشان می نامیمدر هم می آمیزند.سپس تکه های موسوم به ستاره ها خود پاشی می کنند وگاز همگن توزیع شده ی همگن تری را به وجود می آورند.

با انقباض بیشتر کیهان ، وبا افزایش انرژی فوتونها،مهبانگ در جهت عکس صورت می گیرد.پایان یک گیتی بسته به مهچپیدگی یا بیگ کرانج(Big Crunch) موسوم است.هنگامی که دما به یک میلیارد درجه کلوین می رسد،میانگین انرژی فوتونها آنقدر زیاد هست که هسته اتمها را از هم بپاشد.تمامی اتمهای ساخته شده در مهبانگ وهمه ی هسته های اتمی تولید شده در ستارگان گیتی از هم می پاشند.وقتی دما به ۶ میلیارد درجه کلوین رسید،میانگین انرژی فوتونها آنقدر بالا خواهد رفت که زوج الکترون-پوزیترون را طی فرایند تشکیل زوج ایجاد نماید.الکترونها وپوزیترونهای کوتاه عمر به طور پیوسته تولید واز بین می روند.

وقتی که دما به ۱۰ هزار میلیارد درجه کلوین رسید،پروتونها وپاد پروتونها(ونوترونها وپاد نوترونها)تولید واز بین می روند.

۱۰۰ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ:

۱۰۰ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ و۰۰۰۱/۰ ثانیه پیش از مهچپیدگی(بیگ کرانچ)گیتی داغ وچگال است.درست به همان صورت که ۰۰۰۱/۰ ثانیه پس از مهبانگ بود.کیهان بسته کیهانی است که پایانش آتش است.سرانجام یک کیهان بسته غیر قطعی است.شاید انقباض آنقدر ادامه یابد که کل گیتی در یک سیاهچال کلان فرو غلتد.از سوی دیگر احتمال دارد که گیتی واجهد(همچون هسته ی واجهیده ی یک ابرنواختر)ودر پی مهبانگ دیگری انبساط را از سر گیرد.قوانین فیزیک در چگالی ودماهای آنچنانی ناشناخته است.