اولین لحظات تولد جهان هستی چگونه گذشته است؟
مداربسته: جهان ما حدود 13.7 میلیارد سال پیش با یک انبساط عظیم موسوم به مه بانگ(Big Bang) متولد شد که فضا را مانند یک بالن غول پیکر منفجر کرد. موضوعی که در این مقاله به آن می پردازیم و از چند و چون نظریات در مورد لحظات آغازین گیتی و مراحل بعدی آن باخبر می شویم.
به گزارش مداربسته به نقل از ایسنا، در مورد نحوه تولد جهان هستی فرضیه هایی وجود دارد که میان آنها این نظریه مه بانگ است که تقریبا همه کیهان شناسان و فیزیکدانان نظری روی آن صحه می گذارند. شواهد حمایت کننده از این نظریه، گسترده و قانع کننده است. بعنوان مثال ما می دانیم که جهان حتی هم اکنون نیز با سرعتی فزاینده درحال انبساط است.
دانشمندان همین طور یک اثر حرارتی پیشبینی شده از این انفجار بزرگ معروف به تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی را کشف کرده اند و همین طور ما هیچ جرمی با قدمت بیش از ۱۳.۷ میلیارد سال در جهان نمی بینیم که نشان داده است جهان ما در همین محدوده زمانی تخمین زده شده به وجود آمده است.
الکس فیلیپنکو(Alex Filippenko) اخترفیزیکدان از دانشگاه کالیفرنیا برکلی می گوید: همه این دلیلهای، مه بانگ را بر پایه ای بسیار استوار قرار می دهد. مه بانگ یک نظریه بسیار موفق است.
اما این نظریه به ما چه می آموزد؟ واقعاً در بدو تولد جهان ما چه اتفاقی افتاده و چگونه شکلی را که امروزه مشاهده می نماییم به خود گرفته است؟
آغاز
نظریه مه بانگ سنتی اعتقاد دارد که جهان ما با یک تکینگی شروع شده است که به نقطه ای با چگالی و دمای بی نهایت گفته می شود که درک ماهیت آن برای ذهن ما دشوار است. با این وجود، پژوهشگران می گویند امکان دارد این بطور دقیق واقعیت را منعکس نکند، برای اینکه ایده تکینگی برمبنای نظریه نسبیت عام اینشتین بنا شده است.
شان کارول(Sean Carroll) فیزیکدان نظری در موسسه فناوری کالیفرنیا(Caltech) می گوید: مشکل این است که هیچ دلیلی برای باور تنها به نسبیت عام وجود ندارد. این اشتباه خواهد بود، برای اینکه این نظریه مکانیک کوانتومی را در نظر نمی گیرد و مکانیک کوانتومی مطمئناً در این مورد و زمانی که در مورد آن نقطه از تاریخ کیهان حرف می زنید، مهم خواهد بود.
ازاین رو نقطه شروع جهان تاریک و مبهم باقی مانده است. دانشمندان فکر می کنند که می توانند داستان را از حدود ۱۰ به توان منفی ۳۶ ثانیه - یک تریلیونم تریلیونم تریلیونم ثانیه - بعد از مه بانگ ببینند.دانشمندان اعتقاد دارند که در آن نقطه، جهان یک دوره تورم کیهانی بسیار کوتاه و چشم گیر را پشت سر گذاشته که با سرعت بیشتر از سرعت نور منبسط شده است.
آنها اعتقاد دارند که در آن نقطه، جهان یک دوره تورم کیهانی بسیار کوتاه و چشم گیر را پشت سر گذاشته که با سرعت بیشتر از سرعت نور منبسط شده است. اندازه آن شاید ۱۰۰ برابر یا بیشتر شده و همه اینها در عرض کسری از ثانیه رخ داده است.
در کیهان شناسی فیزیکی، تورم کیهانی یا تورم، به انبساط جهان اولیه با سرعتی خیلی بیشتر از سرعت نور اشاره دارد. دوره تورمی جهان از ۱۰ به توان منفی ۳۶ ثانیه بعد از مه بانگ تا ۱۰ به توان منفی ۳۳ یا ۱۰ به توان منفی ۳۲ ثانیه بعد از آن به طول انجامید و بعد از پایان این دوره تورمی نیز جهان به انبساط خود با سرعتی کمتر ادامه داد.
فرضیه تورمی توسط فیزیکدان آمریکایی به نام الن گوث در سال ۱۹۸۰ پیشنهاد شد. در هفدهم مارس ۲۰۱۴ اخترفیزیکدانان اعلام نمودند که موفق به آشکارسازی امواج گرانشی تورمی شده اند که این به منزله تأیید محکمی بر نظریه گوث بود.
تورم، ساختار بزرگ مقیاس جهان را توضیح می دهد. اغتشاشات کوانتومی در منطقه میکروسکوپیِ تورمی به اندازه کیهان بزرگ شده و به دانه هایی برای شکل گیری ساختار در جهان تبدیل شدند. همین طور خیلی از فیزیکدانان بر این باور هستند که نظریه تورمی می تواند توضیح دهد که چرا جهان از همه جهات یکسان به نظر می آید و چرا تابش زمینه کیهانی توزیع یکنواختی در همه جا دارد، چرا جهان تخت است و همین طور چرا تا حالا هیچ تک قطبی مغناطیسی مشاهده نشده است.
هرچند هنوز سازوکار تورم از دیدگاه فیزیک ذرات شناخته شده نیست، اما بر طبق تصویر ساده ای که در دست است، پیشبینی هایی انجام شده که توسط آزمایش ها نیز تأیید شده اند. الان تورم جزئی از مدل استاندارد مه بانگ در کیهان شناسی است.
به نظر می آید این انبساط و تورم، نظریه نسبیت خاص اینشتین را نقض می کند، اما دانشمندان می گویند اینطور نیست، چونکه نسبیت خاص اعتقاد دارد که هیچ اطلاعات یا ماده ای را نمی توان بین دو نقطه در فضا با سرعتی بیشتر از سرعت نور حمل کرد، اما تورم و انبساط در مه بانگ، گسترشِ خودِ فضا بوده است.
فیلیپنکو می گوید: تورم در واقع همان بانگ در مه بانگ بوده است. پیش از تورم، چیزهای کمی وجود داشته که احتمالا کمی منبسط می شده و به چیزی مانند تورم نیاز بوده تا جهان را گسترده کند.
این نظریه می گوید که این جهانِ به سرعت درحال انبساط تقریبا خالی از ماده بوده، اما مقادیر عظیمی از انرژی تاریک را در خود جای داده بوده است. انرژی تاریک نیروی اسرارآمیزی است که دانشمندان فکر می کنند شتاب فعلیِ انبساط جهان را هدایت می کند.
در طول تورم، انرژی تاریک جهان را گسترد و شتاب داد، اما مدت زیادی پابرجا نماند.
کارول می گوید: این انرژی تاریک موقتی بوده است. جهان از راه فرآیندی به نام گرم شدن مجدد(reheating) به ماده معمولی و تشعشع تبدیل شد. در واقع، جهان زمانی که تمام انرژی تاریک از بین رفت، از سردی در زمان تورم به گرمای مجدد رسید.
دانشمندان نمی دانند چه چیزی امکان دارد تورم را تحریک کند. فیلیپنکو می گوید این یکی از سوالات کلیدی در کیهان شناسی و در مورد مه بانگ است.
جهش بزرگ
اغلب کیهان شناسان تورم را بعنوان نظریه ای پیشرو برای توضیح خاصیت های کیهان می دانند. خصوصاً اینکه چرا نسبتاً مسطح و همگن است و تقریبا مواد به یک اندازه در همه جهات بطور مساوی پخش شده است.
اندی آلبرشت(Andy Albrecht) فیزیکدان نظری از دانشگاه کالیفرنیا دیویس می گوید که شواهد مختلف نشان داده است تورم یک واقعیت است.
آلبرشت یکی از معماران نظریه تورم است. وی می گوید: همه اینها به خوبی با تصویر تورم همراه هستند. نظریه تورم فوق العاده خوب عمل کرده است.
با این وجود، تورم کیهانی تنها ایده ای نیست که می کوشد ساختار جهان را توضیح دهد. نظریه پردازان مدل دیگری به نام مدل چرخه ای(cyclic model) ارائه کرده اند که مبتنی بر یک مفهوم قدیمی به نام جهان اکپیروتیک(ekpyrotic universe) است.
این نظریه اعتقاد دارد که جهان ما از یک نقطه یا چیزی شبیه به آن پدید نیامده است، بلکه در عوض، از یک جهانِ از پیش موجود که درحال انقباض بوده به انبساط - با سرعتی بسیار آرام تر از آنچه که نظریه تورم پیشبینی می کند - جهش کرده است.جهان ما از یک نقطه یا چیزی شبیه به آن پدید نیامده است، بلکه در عوض، از یک جهانِ از پیش موجود که درحال انقباض بوده به انبساط - با سرعتی بسیار آرام تر از آنچه که نظریه تورم پیشبینی می کند - جهش کرده است.
در توضیحی تخصصی تر، جهان اکپیروتیک یک مدل کیهان شناسی از سرآغاز و شکل جهان است که نام آن برگرفته از واژه «رواقی»(ekpyrosis) به یونانی باستان به مدلول «آتش سوزی بزرگ» یا «تبدیل به آتش» است. مدل اکپیروتیک بعنوان مدل جایگزینی برای مدل استاندارد تورم کیهانی در ارتباط با اولین لحظات جهان به حساب می آید. این مدل بعنوان پیش درآمد و قسمتی از برخی مدلهای چرخه ای استفاده شده است.
مدل اکپیروتیک حاصل کار نیل توروک و پل اشتینهارت است و چنین فرض می کند که جهان از نقطه تکینگی به وجود نیامده، بلکه بر اثر برخورد دو غشاء پدید آمده است. با پذیرفتن فرضیه برخورد غشاها می توانیم از تکینگی آغازین اجتناب نماییم و در عین حال نوسانات چگالی تقریبا مستقل از مقیاس، جهان و دیگر خاصیت های جهان مشاهده شده را حفظ می نماید.
مشاهداتی که مدل اکپیروتیک را از مدل تورمی متمایز می کند، شامل قطبش تابش زمینه کیهانی و توزیع بسامد طیف موج گرانشی است.
اگر این نظریه درست باشد، جهان ما احتمالا متحمل یک توالی بی انتها انفجار و فشرده شدن است.
مدل چرخه ای فرض می کند که جهان ما از ۱۱ بُعد تشکیل شده است که ما فقط چهار بُعد از آنرا می توانیم مشاهده کنیم(۳ بعد فضا و یک بعد زمان) و بخش چهار بُعدی ما از جهان، بِرِین(brane)- مخفف غشاء - نامیده می شود.
این نظریه ادامه می دهد که امکان دارد غشاهای دیگری در فضای ۱۱ بعدی پنهان باشند. برخورد بین دو غشا امکان دارد جهان را از انقباض به انبساط تکان دهد و انفجار بزرگی(مه بانگ) را که شواهد آنرا می بینیم، تحریک کند.
شکل گیری کیهانی که ما می شناسیم
جهان ما چگونه از هیچ پدید آمد؟ کیهان شناسان گمان می کنند که چهار نیروی حاکم بر جهان شامل گرانش، الکترومغناطیس و نیروهای هسته ای ضعیف و قوی در زمان تولد کیهان در یک نیروی واحد متحد شده اند که به علت دماها و چگالی های شدید درگیر با هم خمیر شده اند.
اما همه چیز با گسترش و سرد شدن جهان تغییر نمود. در حوالی زمان تورم، نیروی هسته ای قوی احتمالا از بقیه جدا شده و در حدود ۱۰ تریلیونم ثانیه بعد از انفجار بزرگ، نیروهای الکترومغناطیسی و هسته ای ضعیف نیز جدا شده اند.
درست بعد از تورم، جهان احتمالا با پلاسمای داغ و متراکم پر شده است، اما پژوهشگران فکر می کنند که جهان حدود یک میکروثانیه(۱۰ به توان منفی ۶ ثانیه) یا بیشتر به اندازه کافی سرد شده تا نخستین پروتون ها و نوترون ها تشکیل شوند.
در سه دقیقه اول بعد از مه بانگ، این پروتون ها و نوترون ها آغاز به همجوشی با یکدیگر کردند و دوتریوم که بعنوان هیدروژن سنگین نیز شناخته می شود را تشکیل دادند. سپس اتم های دوتریوم به یکدیگر پیوستند و هلیوم-۴ را تشکیل دادند.
بازترکیب: جهان شفاف می شود
این اتم های تازه بوجود آمده همگی دارای بار مثبت بودند، برای اینکه جهان هنوز آنقدر داغ بود که نمی توانست الکترون ها را جذب نماید. اما این وضعیت حدود ۳۸۰ هزار سال بعد از مه بانگ تغییر نمود.
در عصری که بعنوان نوترکیبی یا بازترکیبی شناخته می شود، یون های هیدروژن و هلیوم آغاز به گیر انداختن الکترون ها کردند و اتم های خنثی الکتریکی را تشکیل دادند.
نور بطور قابل توجهی از الکترون ها و پروتون های آزاد پراکنده می شود، اما از اتم های خنثی بسیار کمتر پراکنده می شود. ازاین رو فوتون ها حالا برای عبور در جهان آزادتر بودند.
عصر نوترکیب به طرز قابل ملاحظه ای ظاهر جهان را تغییر داد. جهان قبل از آن به شکل یک مِه مات بود و حالا شفاف شده بود. تشعشعات پس زمینه مایکروویو کیهانی که امروزه مشاهده می نماییم در ارتباط با این دوران است.جهان برای مدتی طولانی بعد از نوترکیب، بسیار تاریک بود و در زمانی که نخستین ستاره ها حدود ۳۰۰ میلیون سال بعد از مه بانگ آغاز به درخشش کردند، واقعاً روشن شد.
اما با این وجود، جهان برای مدتی طولانی بعد از نوترکیب، بسیار تاریک بود و در زمانی که نخستین ستاره ها حدود ۳۰۰ میلیون سال بعد از مه بانگ آغاز به درخشش کردند، واقعاً روشن شد. ستارگان به خنثی سازی خیلی از کارهایی که عصر نوترکیبی انجام داده بود، کمک کردند.
این ستارگان اولیه و شاید برخی منابع اسرارآمیز دیگر به اندازه کافی تابش ایجاد کردند تا بیشتر هیدروژن کیهان را باردیگر به پروتون ها و الکترون های سازنده خود تجزیه کند.
به نظر می رسد این پروسه که به نام «باز یونیزه شدن» شناخته می شود، حدود یک میلیارد سال بعد از مه بانگ سیر خودرا طی کرده است. جهانِ امروز مانند پیش از عصر نوترکیبی مات نیست، برای اینکه بسیار منبسط شده است. دانشمندان می گویند که ماده ی جهان بسیار رقیق است و ازاین رو فعل و انفعالات پراکندگی فوتون نسبتاً نادر است.
با گذشت زمان، ستارگان به سمت هم کشیده و جذب شدند و کهکشان هایی را تشکیل دادند که منجر به ساختارهای بزرگتر و بیشتر در جهان شد.
سپس سیاره ها در اطراف تعدادی از ستارگان تازه شکل گرفته همچون خورشید خودمان تشکیل شدند و ۳.۸ میلیارد سال پیش بود که حیات روی زمین ریشه دوانید.
قبل از مه بانگ چه خبر بود؟
در حالیکه خیلی از وقایع در مورد لحظات اولیه جهان در حد حدس و گمان باقی مانده است، این سوال که چه چیزی پیش از مه بانگ یا همان انفجار بزرگ رخ داده است، پرسشی مرموزتر و پاسخ به آن دشوارتر است.
ابتدا باید اظهار داشت که خودِ این سوال امکان دارد بی مدلول باشد. همانطور که تعدادی از نظریه پردازان معتقدند، اگر جهان از هیچ به وجود آمده باشد، مه بانگ لحظه ای را نشان داده است که خودِ زمان شروع شده است و در آن صورت چیزی به نام «قبل» وجود نخواهد داشت.
اما برخی تصورات از تولد کیهان می توانند پاسخ های احتمالی را عرضه کنند. بعنوان مثال، مدل چرخه ای نشان داده است که یک جهان درحال انقباض پیش از جهان درحال انبساط ما بوده است.
شان کارول(Sean Carroll) فیزیکدان نظری در موسسه فناوری کالیفرنیا(Caltech) می گوید: می تواند فقط فضای خالی باشد که پیش از وقوع انفجار بزرگ ما وجود داشته است، سپس برخی نوسانات کوانتومی سبب به وجود آمدن جهانی مانند جهان ما شده است. می توانید تصور کنید که حباب کوچکی از فضا در اثر بی ثباتی از بین می رود و فقط با کمی انرژی کوچک پر می شود که سپس می تواند به کیهانی تبدیل گردد که ما از راه تورم می بینیم.
الکس فیلیپنکو(Alex Filippenko) اخترفیزیکدان از دانشگاه کالیفرنیا برکلی نیز می گوید: فکر می کنم زمان در جهان ما با مه بانگ شروع شده، اما فکر می کنم که ما نوساناتی نسبت به یک دوره پیشین، یعنی یک جهان مادر هستیم.
آیا ما هیچ گاه خواهیم فهمید داستان از چه قرار است؟
ماموریت پلانک(Planck) متعلق به آژانس فضایی اروپا(ESA) که از سال ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۳ به دور زمین می چرخید، به کیهان شناسان کمک کرد تا ایده های خودرا در مورد ماهیت جهان هستی و منشاء آن تنظیم کنند.
دیو کلمنتز(Dave Clements) اخترفیزیکدان امپریال کالج لندن می گوید: نقشه دقیق پس زمینه مایکروویو کیهانی که این فضاپیما ایجاد کرد، نشان داد که جهان ما حتی اگر امکان دارد از یک وجود پیشین نشات گرفته باشد، در آینده باردیگر منقبض نخواهد شد.
وی ادامه داد: پلانک نمی تواند مفهوم پرش جهان را بطور کلی رد کند، اما با عنایت به مقادیر فعلی پارامترهای کیهانی، جهان ما باردیگر فرونمی پاشد. مؤلفه انرژی تاریک که هم اکنون انبساط کیهان را تسریع می کند، باید برای معکوس کردن این انبساط و ایجاد یک بحران بزرگ تغییر کند.
دانشمندان با استفاده از داده های پلانک توانستند تخمین های خودرا از سن کیهان و همین طور میزان ماده مرئی، ماده تاریک و انرژی تاریک موجود در آن تعدیل کنند. کلمنتز می گوید این ماموریت هیچ چیز غافلگیر کننده ای نداشت و بیشتر، نظریه های موجود را تایید نمود.ثابت هابل که سرعت انبساط کیهان را توصیف می کند، در مقایسه با مقداری که توسط تلسکوپ فضایی هابل برمبنای اندازه گیری های جهان نزدیک انجام شده است، با اندازه گیری پلانک در جهان دور کمی متفاوت می باشد.
با این وجود چند سوال جدید از نتایج داده های جمع آوری شده توسط پلانک پدیدار شد. برای مثال، ثابت هابل که سرعت انبساط کیهان را توصیف می کند، در مقایسه با مقداری که توسط تلسکوپ فضایی هابل برمبنای اندازه گیری های جهان نزدیک انجام شده است، با اندازه گیری پلانک در جهان دور کمی متفاوت می باشد.
همه این اطلاعات به کیهان شناسان کمک می نماید تا تکامل جهان را بهتر مدل سازی کنند و به پرسش های بزرگ درباره ی منشأ همه چیز نزدیک تر شوند.
بعنوان مثال ماموریت آتی آژانس فضایی اروپا به نام «اُقلیدس»(Euclid) که برای پرتاب در سال ۲۰۲۳ برنامه ریزی شده است، انتظار می رود قدمهای بیشتری در این خصوص بردارد.
از آینده چه خبر؟
ماموریت «اُقلیدس» به چگونگی پراکندگی خوشه های کهکشانی و کهکشان ها در جهان در مقیاس بزرگ می پردازد تا به اخترشناسان کمک نماید تا اثرات انرژی تاریک را بهتر درک کنند.
همین طور آنچه را که اخترشناسان همگرایی گرانشی یا عدسی گرانشی ضعیف می نامند، یعنی خمش نور ناشی از کشش گرانشی اجرام بسیار بزرگ مطالعه خواهد نمود. از آنجاییکه بیش از ۸۰ درصد ماده در کیهان نامرئی است، قدرت همگرایی گرانشی می تواند به ستاره شناسان نکاتی در مورد توزیع ماده تاریک بدهد.
همگرایی گرانشی هنگامی روی می دهد که نور یک چشمه درخشان بسیار دور(مانند یک اختروش) در مسیرش تا رصدگر از کنار جسم پرجرم دیگری(مانند یک خوشهٔ کهکشانی) بگذرد و مسیرش خمیده شود. جسم میانی همگرایی یا عدسی گرانشی نامیده می شود. این پدیده یکی از پیشبینی های نظریه نسبیت عام اینشتین است.
براساس نسبیت عام، جرم می تواند فضا-زمان را خمیده کند و در نتیجه یک میدان گرانشی بسازد که می تواند نور را منحرف کند. این پدیده را اولین بار آرتور ادینگتون در سال ۱۹۱۹ در جریان یک خورشیدگرفتگی آزمود که در آن نور ستاره ای که از نزدیک خورشید می گذشت کمی خم شد و در نتیجه مکان ظاهری ستاره کمی جابه جا شد.
کلمنتز می گوید: آنچه اقلیدس قادر به انجام آن خواهد بود، این است که این را در مقیاس های بسیار بسیار بزرگ تر، شاید نزدیک به نیمی از آسمان فرا کهکشانی یا بیشتر اندازه گیری نماید.
تکه های بیشتری از این پازل کیهانی امکان دارد از مطالعه امواج گرانشی که امواجی در فضا-زمان ناشی از برخورد اجرام پرجرم مانند سیاه چاله ها و ستاره های نوترونی هستند، کامل شود.
بگفته کلمنتز، امواج گرانشی باید در طول تورم، یعنی دوره انبساط سریع در نخستین لحظات ایجاد جهان ساخته شده باشند. ازاین رو شناسایی آن امواج گرانشی اولیه و رمزگشایی خاصیت های آنها امکان دارد بینش های بی سابقه ای در مورد تولد کیهان عرضه نماید.
کلمنتز می گوید: این به ما چیزی در مورد فیزیک که منجر به انبساط اولیه و بسیار سریع جهان شد، می گوید. ما واقعاً درحال بازگشت به لحظات اولیه جهان هستیم و اگر تورم کیهانی را بیشتر بشناسیم، امیدواریم بتوانیم بهتر درک نماییم که آیا مه بانگ یک رویداد منحصر به فرد بوده است یا این که نظریه جهش جهان می تواند درست باشد.
منبع: newcctv.ir
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب