جهان چگونه آغاز شد؟ چگونه به حالت کنونی خود رسید ؟ و سرنوشت نهایی آن چیست ؟ این پرسشها و کوششهایی که برای پاسخ گفتن به آنها انجام می شود جوهر علم کیهانشناسی را تشکیل می دهد . در طول تاریخ “جهان بینی ” های مختلف هر کدام برای مدتی متداول بوده است .
این جهان بینی ، جهان بینی انفجار بزرگ است که خوانندگان باید دستکم با نام آن آشنا باشند . کیهانشناسان مدعی نیستند که دقیقا می دانند جهان چگونه از حالتنی با حجم صفر و چگالی بینهایت یعنی از یک گسیختگی فضا – زمانی – با انفجاری قدم به عرصه هستی نهاد . اما آنان کم و بیش مدعیند که می توانند به تفصیل بسیار شرح دهند که چگونه آتشگوی سوزانی از ماده و اشعه، از زمان یک صدهزارم ثانیه پس از آفرینش تا 20000 میلیون سال بعد، به پهنه ای تاریک و سرد از فضای تهی تحول یافت که در گوشه کنار آن کهکشانهایی که را می توان سراغ کرد. کهکشانهایی که از ستاره ها، گازها، غبارها، و سیاراتی تشکیل شده اند که در حول و حوش خود می بینیم.
اساسی ترین رصد نجومی اینست که شب به دنبال روز می اید. این رصد به تنهایی کافی است که ما را از انبساط جهان آگاه سازد و این نکته را متذکر شود که جهان باید از حالتی متراکم تر، انبساط یافته باشد: انفجار بزرگ. یک جهان تاریکی، تنها در صورتی می تواند پر از کهکشانهای پر نور باشد که انبساط پیدا کند.
لب مطلب این است که گرانش موجب شد تجمع هایی در گازهای ئیدروژن و هلیومی که جهان را می انباشت صورت پذیرد. سپس این تجمع ها انقباض یافتند و ابرهای متراکمی از گاز را بوجود آوردند. در این ابرها نیز قسمتهای کوچکتری منقبض شدند و ستارگان را پدید آوردند. اینکه آیا فروریزش و انقباض اولیه در مقیاس کهکشانی بود یا مجموعه های کهکشانی و یا حتی ابرمجموعه هایی از آنها، هنوز روشن نیست. در حقیقت یک مکتب فکری بر آنست که نخست توده های کوچکتر منقبض شدند و ستاره ها را پدید آوردند و سپس با توده های کوچک دیگر یکی شدند و اجتماعات بزرگتر ماده (کهکشانها) را تشکیل دادند.
برای بررسی مکانیک جهان، روش معقول آنست که کهکشانها را جرمهایی مجزا و در حال کنش متقابل با یکدیگر شمرد. می توان هر یک از آنها را چنان تصور کرد که گویی انحنای کوچکی در فضای نزدیک خود بوجود می آورد، همانطور که خورشید در منظومه شمسی چنین می کند. سپس باید آثار آنها را با هم ترکیب کرد. ولی دشواریهای ریاضی این روش، سهمگین است.
در عوض مدلی که کیهانشناسان بکار می برند،مدلی ئیدرودینامیکی است که در آن جرم کهکشانها بطور یکنواخت در سراسر فضا پراکنده شده و شاره ای با کنش متقابل گرانشی و بدون چسبندگی را بوجود آورده است. عقیده عمومی بر اینست که این تقریب، اگرچه آشکارا جز نقطه شروع کار نیست، فیزیکی اساسی مسأله را متضمن است.
در این شیوه بررسی، جهان در حال انبساط با دو معادله توصیف می شود. در این معادلات پنج کمیت دخالت می کند که مقادیر آها بطور قطع و یقین معلوم نیست. سه کمیت، چگالی متوسط ماده و انرژی، فشار و عامل مقیاس (متناسب با «شعاع» جهان) با زمان تغییر می کند و دو کمیت دیگر را ثابت انحنا، که نوع فضایی را که در آن زندگی می کنیم مشخص می کند، و ثابت کیهانشناختی که در زیر توضیح خواهیم داد.
جوابهای معادلات مذکور برای جهانی در حال تکامل، نشان می دهند که عامل مقیاس چگونه با زمان تغییر می کند. دو دسته جواب وجود دارد: آنهایی که با انفجاری بزرگ در گذشته ای دور (عامل مقیاس برابر با صفر) شروع می شوند و جوابهایی که در ان جهان از اندازه ای متناهی آغاز می کند. گروه دوم معمولاً از حیث فیزیکی کمتر جالب توجه شمرده می شود، زیرا ظاهرا لازم می آید که فرضهای بیشتری درباره شرایط اولیه پذیرفته شود تا مثلاً بتوان زمینه میکروموجی، تکوین کهکشانها و توزیع اخترنماها را توضیح داد. بنابراین خرد متداول، بیشتر به کیهانشناسی افنجار بزرگ متمایل است. کیهانشناسی انفجار بزگر می تواند یکی از سه صورت زیرین را داشته باشد. جهانی در حال نوسان که در زمان صفر با سرعت زیاد انبساط را آغاز می کند ولی بتدریج انبساط کند می شود، توقف می کند و سرانجام معکوس می شود و جهان به حالتی باز می گردد که بدواً آغاز کرده بود. یکی از علل کند شدن، جاذبه گرانشی متقابل ماده در جهان است. هر گاه ثابت کیهانشناختی برابر با صفر باشد، این نیرو تنها علت است. اما اگر این ثابت منفی باشد نیروی اضافی دیگری انبساط را ترمز می کند. اگر مثبت، ولی کمتر از مقداری بحرانی، باشد دافعه ای را علیه کند شدن گرانشی موجب می گردد. مقدار بحرانی این ثابت که نخست بوسیله آینشتاین پیشنهاد شد، مقداری است که به ازای آن، اگر کهکشانها در فواصلی که از هم دارند به حال سکون در آیند، توازن با جاذبه گرانشی برقرار می شود.
اگر ثابت کیهانشناختی صفر باشد و جاذبه گرانشی پیوسته از آهنگ انبساط بکاهد ولی چندان قوی نباشد که انبساط را باژ گونه کند، جهان الی الابد، ولی سرانجام با آهنگی ثابت، انبساط خواهد یافت.
اگر ثابت کیهانشناختی مثبت و بزرگتر از مقدار بحرانی باشد، انبساط شتاب خواهد گرفت و جهان نیز برای همیشه منبسط خواهد شد.
سرانجام چه بر سر جهان خواهد آمد ؟ سرنوشت نهایی زمین و بشر چیست؟ این پرسشها از دیر باز به صورتهای گوناگون ، به ذهنهای خیال پرداز خطور کرده است . ولی تنها در چند دهه اخیر است که کیهانشناسی ( مطالعه جهان در کلیت آن ) به قدر کافی پیشرفت کرده است که دستکم بتواند پاسخهای معقولی به آنها بدهد . آنچه در زیر خواهد آمد ، سناریویی تقریبی است از آنچه می توان بر اساس دانش کنونی ما برای آینده جهان انتظار داشت ، مشروط بر آنکه جهان برای همیشه باقی بماند ( احتمال آن زیاد است). این تصویر ممکن است با کفشهای تازه تغییر یابد .
در مقیاس بزرگ اجزای تشکیل دهنده جهان، کهکشانها هستند. کهکشان اجتماعی از تقریباً 100 میلیون ستاره است که جاذبه گرانشی متقابلشان آنها را به هم می پیوندد. کهکشانها معمولاً در جمعی متشکل از چند تا چند هزار کهکشان جای دارند. رصدها از آن حکایت می کنند که این مجموعه ها، در هر زمان معین، به طرزی یکنواخت در سراسر جهان پخش شده اند ولی این گفته در واقع برونیابی داده ها به فواصل دور است. نوری که از کهشکانهای دوردست بچشم ما می رسد میلیونها سال پیش گسیل شده است و وضع کنونی آن کهکشانها را نشان نمی دهد.
موقعیت کنونی ما
در دهه 1920 ادوین هابل و منجمان دیگر به این کشف برجسته دست یافتند که جهان گویی در حال انبساط است. همه کهکشانها (جز احتمالا آنهایی که در یک مجموعه کهکشانی قرار دارند) با سرعتهایی متناسب با فاصله شان از یکدیگر دور می شوند هرچه کهکشانی از ما دورتر باشد گویی که تندتر از ما می گریزد.
بادکنک کرویی را تصور کنید که لکه هایی سطحش را پوشانده باشد چون بادکنک متسع شود، لکه ها با سرعتهایی از یکدیگر دور می شوند که متناسب با فاصله بین آنها بر روی سطح است. مثال بادکنک نشان می دهد که چگونه کهکشانها می توانند از یکدیگر دور شوند و با اینحال آرایش کلی خود را حفظ کنند. با آنکه همه لکه ها از یکدیگر دور می شوند، هیچیک دارای موقعیت مرکزی بخصوصی نیست و یا آنکه هر لکه ای را می توان مرکز انبساط شمرد. در حالیکه بادکنک فقط سطحی دو بعدی است، کهکشانها در فضایی سه بعدی پراکنده اند که می تواند متناهی یا نامتناهی باشد ولی این را نمی دانیم.
آهنگ دور شدن کهکشانها از یکدیگر حکایت از آن می کند که در حدود ده بیلیون سال پیش همه ماده جهان سخت در هم فشرده بود. عموماً تصور می شود که جهان با انفجاری آتشین، انفجار بزرگ، آغاز گردید که به دنبال آن ماده و انرژی با قهر تمام به بیرون پرتاب شد. بعدها این ماده به صورت توده های مجتمعی در آمد که سرانجام کهکشانها را بوجود آوردند. این کهکشانها هنوز همچنان به نیروی محرک انفجار آغازین از هم دور می شوند.
آیا جهان برای همیشه انبساط خواهد یافت یا سرانجام متوقف خواهد شد و انقباض پیدا خواهد کرد؟ این سئوال یکی از مهمترین سئوالهای پاسخ نیافته کیهانشناسی است. سرنوشت نهایی حیات و ماده در جهان به این پاسخ بستگی دارد. می توان با اندازه گرفتن سرعتها از روی تغییر مکانهای سرخ و فواصل اجسام بسیار دوردست، و در نتیجه بسیار قدیمی مانند اخترنماها، کوشید که آهنگ کندشدن انبساط را محاسبه کرد. راه دیگر بر چگای متوسط ماده در جهان مبتنی است که نیرویی گرانشی علیه انبساط وارد می آورد. اگر چگالی بیش از مقداری بحرانی باشد، این نیروی گرانشی سرانجام فرار کهکشانها از یکدیگر را متوقف خواهد ساخت و آنها را بار دیر به سوی هم خواهد کشاند. بالاخره سن جهان را می توان از روی سن بعضی عناصر رادیواکتیو، یا از روی ستارگان خوشه های کروی برآورد کرد، و سپس آن را با زمانی مقایسه کرد که طول کشیده است تا جهان به اندازه کنونی خود برسد، مشروط بر اینکه همواره با آهنگ امروزی خود منبسط شده باشد.
بنابراین وظیفه کیهانشناسان جدید، معین کردن چهارمقدار است: آهنگ انبساط کنونی (ثابت هابل)، تغییر آهنگ انبساط (پارامتر کند شدن)، چگالی جرم در حال حاضر و سن جهان. بعضی از این مقادیر بهم مربوطند. مثلاً در یک مدل ساده پارامتر کند شدن دقیقاً نصف چگالی است وقتی هر دو بر حسب واحدهای مناسبی بیان شوند. در حال حاضر مقادیر این چهار کمیت جملگی کاملاً غیر قطعیند. ولی در سال 1974، ج.ر. گوت و سه منجم دیگر قراین موجود را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که ظاهراً چگالی جهان فقط یک دهم مقدار بحرانی استم. این مطالعه همراه با پژوهش دیگری بوسیله آلن سندیج و ج. آ. تمان حاکی از این است که جهان برای همیشه انبساط خواهد یافت با وجود این تکلیف مساله به هیچ روی روشن نیست
سناریوی بالا در صورتی بر جهان قابل اطلاق است که جهان، چنانکه بیشتر قراین حکایت می کنند، الی الابد انبساط یابد. بد نیست پیامدهای کاملاً متفاوتی را نیز به اختصار ذکر کرد که اگر جهان برای همیشه منبسط نشود، صورت می پذیرد. در این حالت که به جهان بسته موسوم است (جهان تا ابد انبساط یابنده، جهان باز نامیده می شود)، گرانش انبساط را متوقف خواهد ساخت و زمانی فراخواهد رسید که گریز کهکشانها از یکدیگر متوقف شود و این زمان را چگالی کنونی جرم جهان تعیین می کند. آنگاه کهکشانها به آرامی حرکت قهقرایی را آغاز خواهند کرد و بسوی یکدیگر خواهند شتافت.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 11 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله نظریه انفجار بزرگ