نگاهی جدید به تابش زمینه ی کیهانی و شتاب جهان

مقدمه

 

این نگرش نو به امواج الکترومغناطیسی موانع متعددی را از پیش پای علم فیزیک برداشت ودانشمندان را برای مطالعه ی پدیده های ناشناخته ی جهان که سالیان سال با آن دست به گریبان بودند یاری کرد. بنابر نسبیت و مکانیک کوانتوم، فوتون که در حقیقت ذره ی حامل انرژی است دارای

 

جرم و انرژی  سکون  صفر  سرعت c

 

که در آن    

است  . همچنین فوتون ها در گسیل و جذب تابش  تولید یا نابود می شوند و با ذراتی مانند الکترون برخورد ذره گونه انجام می دهند.

با ابداع  نظریه ی کوانتومی تابش  و نسبیت خاص در اوایل قرن بیستم،  زمینه برای توصیف عالم به خوبی فراهم گردید. دانشمندان با مطالعه طیف های جذبی ستارگان و کهکشان های دوردست به این موضوع پی بردند که در این خطوط با توجه به کم نور شدن منبع تابش (ستاره یا کهکشان) یک جابه جایی به سوی قرمز طیف ملاحظه می شود آنان این پدیده (قرمز گرایی ) را مربوط به فرار کهکشان ها تلقی نمودند و به دنبال آن مشخص شد که این گرایش به قرمز با افزایش فاصله ی کهکشان ها نسبت به زمین بیشتر می شود.

ادوین هابل با ارایه رابطه ای نشان داد که کهکشان های دورتر باید سرعت گریزشان از ما بیشتر از کهکشان های نزدیک تر باشد تا این قرمز گرایی طیف  توجیه گردد و به این صورت جهان می بایست  در حال منبسط شدن باشد این گونه بود که بزرگترین کشف قرن بیستم (انبساط جهان )  رقم خورد. اما سئوالی که اینک مطرح می شود اینست که انرژی لازم برای گریز کهکشان ها از کجا تامین می شود تا کهکشانها بتوانند با سرعتی غیر قابل تصور و با شتابی روز افزون از ما دور شوند؟ جواب این سئوال مشخص است انرژی تاریک مسئول این کار است انرژی که تنها دانشمندان موفق شدند برای آن نامی کشف کنند نه چیزی بیشتر.

 

مشکل کجاست؟

 

در نسبیت فوتون دارای جرم حالت سکون صفر است و تنها در شرایط سرعت نور تولید می شود. اما نسبیت هیچ توضیحی در این مورد ندارد که فوتون چگونه تولید می شود و اجزای تشکیل دهنده ی فوتون چیست که موجب می شود فوتون با سرعت نور حرکت کند؟ همچنین مکانیک کوانتوم نیز در این مورد توضیحی ندارد. افزون بر آن طبق نظر دیراک فوتون یک نقطه ی مادی است که نمی توان ساختمان آن را مورد بررسی قرار دارد. اما شواهد تجربی بسیاری وجود دارد که با فرض دیراک در مورد فوتون ناسازگار است. بهمین دلیل نظریه ریسمانها مطرح شد. نظریه ی ریسمانها نیز به ساختمان فوتون بی توجه است، در حالیکه نظریه سی. پی. اچ. برای اولین بار ساختمان فوتون را مورد بررسی قرار داد. به همین دلیل در ادامه با توجه به نظریه سی. پی. اچ. و ساختمان فوتون، بحث را ادامه می دهم.

 

 

 

نظریه سی. پی. اچ و انتقال به قرمز

 

با در نظر گرفتن اینکه طبق نظریه سی. پی. اچ. انرژی فوتون ها تابع ذرات زیر کوانتومی به نام سی. پی. اچ است که در این صورت خواهیم داشت

 

 

 

مقدار

بستگی به انرژی تابش دارد، چنانچه تابش  پر انرژی باشد فوتون های آن از تعداد سی. پی. اچ های بیشتری برخوردار است. بنابراین تراکم سی. پی. اچ ها در یک تابش مشخص کننده ی انرژی آن تابش است. این ذرات بنا بر نظریه ی سی. پی. اچ هیچگاه نسبت به هیچ دستگاهی به حالت سکون در نمی آیند و دارای دو دو حرکت انتقالی و دروانی ( اسپین)  هستند  و همراه فوتون با سرعت نور حرکت می کند، همچنین اسپین این ذرات  ثابت نبوده و تحت شرایط محیطی تغیر می کند.

سی پی اچ ها در یک فوتون بر اثر تداخل اسپینی (برخورد یا تماس با یکدیگر)، یکدیگر را می رانند و بصورت یک تابع احتمالی از ساختمان فوتون خارج می شوند و در تابش ایجاد افت انرژی می کنند. روند خروج سی پی اچ ها از تابش  با کم شدن چگالی  انها  در فوتون کاهش می یابد و نهایتا در طول موج مشخصی احتمال این خروج به سمت صفر میل می کند . بعضی از عوامل مانند گرانش باعث تشدید خروج یا ورود  سی. پی. اچ ها به ساختمان فوتون می شود. خروج سی. پی. اچ. ها هنگام انقال به سرخ (هنگامیکه فوتون در حال فرار از میدان گرانشی است) و ورود آنها هنگام انتقال به آبی صورت می گیرد

 

با فرض اینکه یک فوتون از تعدادی سی. پی. اچ تشکیل شده که این سی. پی. اچ ها دارای اسپین  هستند و بر اثر تماس یکدیگر را می رانند، آنگاه می توان پذیرفت که با افزایش چگالی سی. پی. اچ. در ساختمان فوتون، احتمال برخورد آنها نیز افزایش می یابد و علاوه بر آن طی شدن مسافت طولانی توسط فوتون (یا گذشت زمان بیشتر) نیزاحتمال خروج سی. پی . اچ را افزایش می دهد .

فرض کنیم یک فوتون گاما از تعداد

n

سی. پی. اچ. تشکیل شده  که با طی کردن مسیر

d1

در فضا یک عدد سی. پی. اچ. از آن خارج می شود.  بنابراین برای فوتون دلخواه که از تعداد

n1

سی. پی. اچ. تشکیل شده است، احتمال خروج

P(exit) , cph

سی. پی. اچ. از فوتون در فاصله ی

d1

برابر خواهد شد با

و الزاما

n1

 

انگاه برای مسیر دلخواه

d

خواهیم داشت

دریک تابش  پر انرژی  مانند  پرتو گاما به علت بالا بودن چگالی سی پی اچ های موجود درفوتون های  آن نسبت به یک تابش با انرژی کمتر مانند تابش ماکروویو خروج سی پی اچ ها از شدت بیشتری برخوردار است زیرا تراکم سی پی اچ ها موجب افزایش تداخل اسپینی (برخورد) سی پی اچ ها شده و به دنبال آن احتمال خروج افزایش می یابد. بر اساس این دیدگاه یکی از دلایل قرمز گرایی خطوط طیفی ستار گان و کهکشان های دور دست ناشی از تحلیل انرژی  نور ارسالی از آنها می باشد که با افزایش فاصله  این تحلیل انرژی نیز افزایش می یابد و به دنبال آن طول موج تابش دریافت شده نسبت به طول موج اولیه بیشتر خواهد شد..بنابراین هرچه چشمه ی گسیل دهنده ی  تابش در فاصله ی دورتری از ما قرار داشته باشد احتمال خروج  سی پی. اچ. های بیشتری وجود خواهد داشت.

 

 

با این  نگاه جدید به انتقال به قرمز طیف ستارگان و کهکشانها  از دید سی. پی .اچ وجود مقوله ییچیده ی انرژی تاریک که هنوز توضیح قابل قبولی برای آن داده نشده، دیگر غیر ضروری به نظر می آید و انتقال به قرمز را نمی توان تنها ناشی از انبساط جهان دانست. انبساطی که  به موجب آن  کهکشان ها با حجم عظیمی  از ماده  با سرعتی بسیار بالا در حال فرار هستند

با توجه به فرض خروج سی پی اچ  است که تابش زمینه به عنوان حالتی خاص از افزایش طول موج تابش های کیهانی مورد توجه قرار می گیرد نه بازمانده ای از انفجار بزرگ.

قاسم رضایی راد

 

 

توضیح سی. پی. اچ

 

نگرش جالب و تحسین برانگیز دوست عزیز جناب آقای قاسم رضایی راد موجب خوشحالی است که ایشان درک عمیقی از نظریه سی. پی. اچ. پیدا کرده اند. ضمن تایید این دیدگاه لازم می دانم متذکر شوم که با هر انفجاری در جهان اسپین سی. پی. اچ. ها به حرکت انتقالی تبدیل می شود و این خود نیز می تواند موجب دور شدن کهکشانها گردد. اما انتقال به قرمز را نمی توان تنها ناشی از انبساط جهان دانست. هرچند دلایل زیادی در مورد انتقال به قرمز نور متساعد شده از کهکشانها ارائه شده است، اما نگرش آقای رضایی راد با توجه به ساختمان فوتون و نظریه سی. پی. اچ. نخستین تحلیل در این زمینه محسوب می شود

پیشرفت روز افزون ایشان را آرزومندم

حسین جوادی