بیگ بنگ – انفجار بزرگ

پیدایش کائنات براى انسان یک نادانسته بود و بشر مى خواست بداند که این پیدایش از کجا شروع شد.آیا به صورت یکنواخت بوده و همین گونه نیز ادامه دارد یا نه؟ چنان که برخى اعتقاد داشته اند که کائنات همین ساختار را داشته و بدون تغییر باقى مى ماند. خب نتیجه اینکه نظریه هاى مختلفى در این رابطه وجود داشت و نظریه پردازیهاى زیادى مى شد. یکى از این نظریه ها که حدود سى و هفت یا سى و هشت سال قبل ارائه شد بیگ بنگ یاهمان انفجار بزرگ نام داشت که توانست به خیلى از ابهامات پاسخ بدهد. این نظریه، آغاز کائنات را از یک هسته اتم در فضا و زمان صفر مى داند زیرا آن هنگام هنوز فضا وزمان آغاز نشده بود. تصور بکنید که تمام کائنات در یک هسته اتم یاحتى کوچکتر از آن جاى داشت و در یک لحظه این فضا و زمان آغاز مى شود یعنى اینکه یک انفجار بزرگ که حاصل گرانش شدید ناشى از فشردگى بوده، شروع شد

این واقعه بین سیزده تا پانزده میلیارد سال پیش رخ داده است، درحقیقت این حادثه از آن نقطه صفر شروع مى شود. قابل ذکر است که باوجودچنین فشردگى اى طبیعتاً دماى بسیار زیادى در لحظه کمى قبل از انفجار بزرگ حاکم بوده است. هنگامى که فضا وزمان شروع به بزرگ و باز شدن کرد، دما مدام رو به کاهش بوده به طورى که تخمین زده مى شود وقتى فقط یک ثانیه ازتشکیل کائنات مى گذشته است ده میلیارد کلوین نزول دما داشته ایم

انبساط جهان به قدرى شدید رخ داده است که از اندازه کوچکتر از یک هسته اتم در یک لحظه به اندازه کره زمین بزرگ مى شده، یعنى انبساط و تورم بعد از بیگ بنگ شروع شده بود اما هنوز کهکشانها به وجودنیامده بودند. نور آغاز کائنات بود سپس بعداز نور، ماده ایجاد شد و شاید بعد از دو میلیارد سال از انفجار بزرگ کهکشانها شکل گرفتند و خورشید ما یکى از ذرات کوچک آنهاست

کهکشانها چگونه و چه زمانى شکل گرفتند؟

کهکشانى که ما در آن هستیم (کهکشان راه شیرى) حدود ده میلیارد سال پیش به وجود آمده است البته اگر قبول کنیم که بیک بنگ سیزده میلیاردسال پیش رخ داده است

اما کهکشانها انواع مختلفى دارند که عبارت است از: نامنظم، بیضوى و مارپیچى. ازمواد اطراف کهکشانها که باقى مانده بودند بازوهاى کهکشانى شکل گرفتند اما چون فشردگى مواد را در آن قسمت فضا داشتیم ونیز کهکشانهاى شکل گرفته بسیار نزدیک به هم بودند طبیعتاً برخوردها هم زیاد بوده است یعنى دوکهکشان با هم ادغام شده و یک کهکشان بزرگتر تشکیل مى دادند یا سبب ساز بازوهاى کهکشانى بزرگتر مى شدند. این اثرات در بحث انتقال به سمت قرمز یا رد شیفت مى گنجند

این انفجار چقدر طول کشید؟

براى لحظه انفجار بزرگ عدد ده به توان منفى چهل و سه را در نظر مى گیرند و بعد از آن لحظه، حادثه شروع مى شود که حتى هنوز به هزارم ثانیه نرسیده، تغییرات در حال رخ دادن بوده است

عالم در ابتدا چگونه به نظر می آمد؟

آشکار است برای آگاهی از چگونگی اولین ثانیه ها و یا بهتر بگوییم اولین اجزای ثانیه های پس از انفجار اولیه نباید از ستاره شناسان پرسید بلکه در این مورد باید به فیزیکدان های متخصص در امر فیزیک ذره ای مراجعه کرد که در مورد تشعشعات و ماده در شرایط کاملا سخت و غیر عادی تحقیق می کنند و تجربه می کنند. تاریخ کیهان معمولا به ۸ مقطع کاملا متفاوت و غیر مساوی تقسیم می شود

مرحله اول – صفر تا ۴۳- ۱۰ ثانیه

این مساله هنوز برایمان کاملا روشن نیست که در این اولین اجزای ثانیه ها چه چیزی تبدیل به گلوله آتشینی شد که کیهان باید بعدا از آن ایجاد گردد . هیچ معادله و یا فرمول های اندازه گیری برای درجه حرارت بسیار بالا و غیر قابل تصوری که در این زمان حاکم بود در دست نمی باشد

مرحله دوم- ۴۳- ۱۰ تا ۳۲- ۱۰ ثانیه

اولین سنگ بناهای ماده مثلا کوارک ها و الکترون ها و پاد ذره های آنها از برخورد پرتوها با یکدیگر به وجود می آیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یکدیگر برخورد می کنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ذرات فوق سنگین – نیز می توانسته اند به وجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند که هنگام فروپاشی ماده بیشتری نسبت به ضد ماده و مثلا کوارک های بیشتری نسبت به آنتی کوارک ها ایجاد می کنند. ذرات که فقط در همان اولین اجزای بسیار کوچک ثانیه ها وجود داشتند برای ما میراث مهمی به جا گذاردند که عبارت بود از : افزونی ماده در برابر ضد ماده

مرحله سوم- از ۳۲- ۱۰ ثانیه تا ۶- ۱۰ ثانیه

کیهان از مخلوطی از کوارک ها – لپتون ها – فوتون ها و سایر ذرات دیگر تشکیل شده که متقابلا به ایجاد و انهدام یکدیگر مشغول بوده و ضمنا خیلی سریع در حال از دست دادن حرارت هستند

مرحله چهارم- از ۶- ۱۰ ثانیه تا ۳- ۱۰ثانیه

تقریبا تمام کوارک ها و ضد کوارک ها به صورت پرتو ذره ها به انرژی تبدیل می شوند. کوارک های جدید دیگر نمی توانند در درجه حرارت های رو به کاهش به وجود آیند ولی از آن جایی که کوارک های بیشتری نسبت به ضد کوارک ها وجود دارند برخی از کوارک ها برای خود جفتی پیدا نکرده و به صورت اضافه باقی می مانند. هر ۳ کوارک با یکدیگر یک پروتون با یک نوترون می سازند. سنگ بناهای هسته اتم های آینده اکنون ایجاد شده اند

مرحله پنجم – از ۳- ۱۰ ثانیه تا ۱۰۰ ثانیه

الکترون ها و ضد الکترون ها در برخورد با یکدیگر به اشعه تبدیل می شوند. تعدادی الکترون باقی می ماند زیرا که ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود دارد. این الکترون ها بعدا مدارهای اتمی را می سازند

مرحله ششم – از ۱۰۰ ثانیه تا ۳۰ دقیقه

در درجه حرارت هایی که امروزه می توان در مرکز ستارگان یافت اولین هسته های اتم های سبک و به ویژه هسته های بسیار پایدار هلیم در اثر همجوشی هسته ای ساخته می شوند. هسته اتم های سنگین از قبیل اتم آهن یا کربن در این مرحله هنوز ایجاد نمی شوند. در آغاز خلقت عملا فقط دو عنصر بنیادی که از همه سبکتر بودند وجود داشتند : هلیم و هیدروژن

مرحله هفتم – از ۳۰ دقیقه تا ۱ میلیون سال پس از خلقت

پس از گذشت حدود ۳۰۰۰۰۰ سال گوی آتشین آنقدر حرارت از دست داده که هسته اتم ها و الکترون ها می توانند در درجه حرارتی در حدود ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد به یکدیگر بپیوندند و بدون اینکه دوباره فورا از هم بپاشند اتم ها را تشکیل دهند . در نتیجه آن مخلوط ذره ای که قبلا نامرئی بود اکنون قابل دیدن می شود

مرحله هشتم – از یک میلیون سال پس از خلقت تا امروز

از ابرهای هیدروژنی دستگاههای راه شیری ستارگان و سیارات به وجود می ایند. در داخل ستارگان هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و آهن تولید می شوند. که بعد ها در انفجارات ستاره ای آزاد می گردند و برای ساخت ستارگان و سیارات و حیات جدید به کار می ایند.

عناصر اصلی حیات زمینی چه زمانی پدیدار شد؟

برای زمین با توجه به گوناگونی حیات که در آن وجود دارد ۳ چیز از اهمیت خاصی برخوردار بوده است

از همان ابتدای خلقت همیشه ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراین همواره ماده برای ما باقی می ماند

در مرحله ششم هیدروژن به وجود آمد این ماده که سبک ترین عنصر شیمیایی می باشد سنگ بنای اصلی کهکشانه ها و سیارات می باشد. هیدروژن همچنین سنگ بنای اصلی موجودات زنده ای است که بعدا روی زمین به وجود آمدند و احتمالا روی میلیاردها سیاره دیگر نیز وجود دارند. در مرکز ستارگان اولیه هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و یا کربن یعنی سنگ بناهای اصلی لازم و ضروری برای زندگی و حیات بوجود آمدند

آیا عالم همواره در حال انبساط خواهد بود؟

جنبش انبساطی یا به عبارت دیگر از همدیگر دور شدن کهکشانه ها به هر حال رو به کند شدن است. زیرا جزایر جهانی متعدد در واقع به سمت یکدیگر جذب می شوند و در نتیجه حرکت انبساطی آن ها کند تر می شود. اکنون پرسش فقط این است که آیا زمانی تمام این حرکت ها متوقف خواهد گردید و این عالم در هم فرو خواهد پاشید؟ این مساله بستگی به تراکم ماده در جهان هستی دارد. هر چه این تراکم بیشتر باشد نیرو های جاذبه بین کهکشانه ها و سایر اجزای گیتی بیشتر بوده و به همان نسبت حرکت آن ها با شدت بیشتری متوقف خواهد شد. در حال حاضر چنین به نظر می رسد که تراکم جرم بسیار کمتر از آن است که زمانی عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر حال این امکان وجود دارد که هنوز جرم های بسیار بزرگ ناشناخته ای از قبیل ( سیاهچاله های اسرار آمیز) یا ( ابرهای گازی شکل تاریک) وجود داشته باشند و نوترینو ها که بدون جرم محسوب می شوند جرمی هرچند کوچک داشته باشند. اگر این طور باشد در این صورت حرکت کیهانی زمانی شاید ۳۰ میلیارد سال دیگر متوقف خواهد شد. در آن زمان کهکشان ها با شتابی زیاد حرکت به سوی یکدیگر را اغاز خواهند کرد تا در نهایت به شکل یک گوی آتشین عظیم با یکدیگر متحد شوند. آن زمان شاید می باید روی یک انفجار اولیه جدید دیگر و تولد یک عالم جدید حساب کنیم. با توجه به سطح کنونی دانش بشر و میزان پژوهش های انجام شده باید اینطور فرض کرد که عالم تا ابدیت انبساط خواهد یافت

با توجه به بزرگى وعظمت کائنات، پیدایش حیات غیرزمینى چقدر احتمال دارد؟ با یک حساب سرانگشتى متوجه مى شویم که باوجود این تعداد ستاره احتمال حیات بسیار زیاد است. حتى بعضى از ستاره ها داراى سیاره نیستند و یا این سیاره بسیار دور از ستاره یا بسیار نزدیک به آن هستند و برخى هم گازى مى باشند اگر تمام این موارد را از کل ستاره ها کم کنیم تقریباً بیست وپنج درصد آنها امکان وجود حیات را دارند

آیا میدانستید ?؟

– فقط حدود ۴ درصد عالم از ماده ، به شکلی که ما می شناسیم تشکیل شده است ، یعنی ماده معمولی که ما می شناسیم و در آزمایشگاه وجود دارد، فقط ۴درصد کل عالم را می سازد. ۲۳درصد عالم را ماده تاریک سرد تشکیل داده که دانشمندان اطلاعات خیلی کمی درباره اش دارند و ۷۳درصد باقی مانده را انرژی تاریک عجیب تشکیل می دهد که تقریبا تنها چیزی که در موردش می دانیم ، این است که وجود دارد!

۹-۱۵

نظریه جهان تورمى

در مدل انفجار بزرگ داغ، در جهان آغازین زمان کافى وجود نداشت تا گرما از منطقه اى به منطقه دیگر جارى شود. با این همه مشاهده مى کنیم که دماى تابش پس زمینه ریز موج، بدون توجه به جهت نگاه ما، یکسان است. این نکته بیانگر آن است که دماى حالت آغازین جهان در همه جا مى بایست دقیقاً یکسان باشد. طى تلاش هاى انجام شده براى یافتن مدلى که در آن صورت بندى هاى آغازین متفاوت به چیزى شبیه جهان فعلى منجر شود، طرحى پیشنهاد شده که بیان مى دارد شاید جهان دوره اى از انبساط سریع را پشت سرگذاشته باشد؛ به این نوع انبساط، تورمى گفته مى شود، به این معنى که انبساط با سرعت فزاینده اى انجام مى شود، برخلاف انبساط با سرعت کاهنده اى که امروزه شاهد آن هستیم.چنین مرحله تورمى مى تواند تفسیرى بر این مسئله ارائه دهد که چرا جهان در همه جهت یکسان به نظر مى رسد. زیرا مى بایست زمان کافى در اختیار نور باشد تا از منطقه اى به منطقه دیگر در جهان آغازین سیر کند.تاریخ متناظر در زمان موهومى جهانى که به انبساط تورمى خود براى همیشه ادامه مى دهد، کره اى کاملاً مدور است. اما در جهان ما، سرعت انبساط تورمى پس از گذشت کسرى از ثانیه کاهش یافت و کهکشان ها شکل گرفتند. این نکته به این معنا است که تاریخ جهان ما در زمان موهومى کره اى است که قطب جنوب آن کمى مسطح است

۱۰-۱۵

نقشه کل جهان

ساده ترین تاریخ جهان در زمان موهومى به شکل کره اى مدور همانند سطح زمین است که البته دو بعد بیشتر دارد. این تاریخ تعیین کننده تاریخ جهان در زمان واقعى است که آن را تجربه مى کنیم که در آن همه نقاط فضا در جهان یکسان است و با گذشت زمان گسترش مى یابد. از این لحاظ شبیه جهانى است که در آن به سر مى بریم، اما سرعت انبساط آن بسیار زیاد است و دائماً بیشتر مى شود. چنین انبساط شتاب دارى تورم نامیده مى شود زیرا این فرآیند افزایش قیمت ها با سرعت فزاینده شباهت دارد

معمولاً تورم در قیمت ها چیز بدى است، اما در مورد جهان باید گفت که تورم بسیار سودمند است. مقدار زیاد انبساط ناهمگونى ها و ناهموارى هایى را که احتمالاً در ابتداى جهان وجود داشت، برطرف کرده است. جهان همزمان با انبساط از میدان گرانشى انرژى کسب کرده و مقدار بیشترى ماده تولید مى کند. انرژى مثبت ماده با انرژى منفى گرانشى کاملاً برابر بوده و در نتیجه انرژى کل برابر صفر مى شود. وقتى که اندازه جهان دو برابر مى شود، هم انرژى ماده و هم انرژى گرانشى دو برابر مى شود، در نتیجه دو برابر صفر باز هم صفر مى شود. اى کاش دنیاى بانکدارى هم همین قدر ساده بود

اگر تاریخ جهان در زمان موهومى کره اى کاملاً مدور بود، تاریخ متناظر با آن در جهان واقعى جهانى مى شد که به انبساط تورمى خود تا همیشه ادامه مى داد. هنگامى که جهان در حال تورم است، ماده نمى توانست گردهم آمده و کهکشان ها، ستارگان و حیات نمى توانست شکل بگیرد، چه رسد به آنکه موجودات هوشمندى همانند ما به وجود آیند. بنابراین اگر چه تاریخ هاى چندگانه تاریخ جهان در زمان موهومى را به شکل کره هایى کاملاً مدور مجاز مى داند اما این تاریخ ها چندان مناسب نیستند. با این همه تاریخ هایى از زمان موهومى که قطب جنوب کره ها تا حدودى مسطح است، مناسب تر به نظر مى رسد

در این مورد تاریخ متناظر در زمان واقعى در ابتدا به حالت شتاب دار و تورمى منبسط مى شود اما پس از آن انبساط کندتر شده و کهکشان ها شکل مى گیرند. براى ایجاد حیات هوشمند، باید میزان مسطح بودن در قطب جنوب بسیار جزیى باشد. این نکته به معناى آن است که انبساط اولیه جهان بسیار عظیم بوده است. رکورد تورم پولى بین دو جنگ جهانى در آلمان روى داد که طى آن قیمت ها میلیارد ها برابر شد. اما میزان تورمى که مى بایست در جهان رخ داده باشد، حداقل میلیارد میلیارد میلیارد برابر آن است

به دلیل اصل عدم قطعیت، اینگونه نیست که فقط یک تاریخ جهان داراى حیات هوشمند باشند. بلکه تاریخ ها در زمان موهومى دسته کاملى از کره هایى با تغییر شکل هاى جزیى را در بر مى گیرد که هر کدام از آنها متناظر با تاریخى در زمان واقعى است که در هر کدام از آنها جهان براى مدتى طولانى (ولى نه نامحدود) متورم مى شود. اکنون مى توان پرسید کدام یک از این تاریخ هاى مجاز از همه محتمل تر است. معلوم شده است که محتمل ترین تاریخ ها کاملاً صاف و یکدست نیستند، بلکه برجستگى ها و فرورفتگى هاى کوچکى دارند. برجستگى ها و فرورفتگى هاى محتمل ترین تاریخ ها واقعاً کوچک است. میزان انحراف از صاف و یکدست بودن در حدود یک در صدهزار است با این همه به رغم اینکه این ناهموارى ها بسیار کوچکند، توانستیم آنها را به صورت تغییرات کوچک در ریز موج هایى

(Microwave)

که از جهت هاى گوناگون فضا به سوى ما مى آیند، مشاهده کنیم. ماهواره اکتشافى پس زمینه کیهانى

(COBE)

در سال ۱۹۸۹ به فضا پرتاب شد و نقشه ریزموج آسمان را تهیه کرد. رنگ هاى مختلف نشان دهنده دما هاى متفاوت است، اما کل گستره تغییر دما از قرمز تا آبى فقط حدود ده هزارم درجه است. با این حال همین تغییرات در مناطق مختلف جهان آغازین با جاذبه شدید گرانشى در مناطق چگال تر کافى بود تا در نهایت مانع انبساط بیشتر آنها شده و تحت اثر گرانشى خود رمبیده شده و کهکشکان ها و ستارگان را به وجود آورند. بنابراین نقشه کوبه، حداقل اصولاً، طرحى از تمام ساختار هاى جهان است