نظريات آغاز و پايان - كائنات باز

نظريات آغاز و پايان - كائنات باز

نظريه هاي مختلفي درباره پيدايش جهان ارائه شده است ولي مقبول ترين نظريه ، نظريه انفجار بزرگ است كه مي گويد، جهان حدود 15 ميليارد سال پيش بر اثر انفجاري عظيم بوجود آمد. جهان در آغاز بسيار كوچك ، درخشان ، داغ و متراكم بود، اما از آن زمان تا كنون در حال انبساط و گسترش بوده است. در مورد پايان جهان هم نظريه هاي مختلفي وجود دارد:

برخي معتقدند جهان براي هميشه در حال گسترش و انبساط خواهد بود. كائناتي را كه هميشه در حال انبساط باشد، كائنات باز مي نامند.

به عقيده برخي ديگر ، هنگامي كه جهان به اندازه معين رسيد ، انبساط آن متوقف شده و در همان حال ثابت مي ماند.

گروه ديگر مي گويند جهان سرانجام از انبساط باز مي ايستد و انقباض و فروپاشي دروني آن آغاز مي گردد. طبق اين نظريه فروپاشي بزرگ همان مراحل انفجار بزرگ را در جهت عكس طي خواهد كرد تا به يك نقطه واحد تبديل شود. جهاني با اين خصوصيات را كائنات بسته مي گويند.

تقابل دو نيرو

كائنات در حال انبساط و گسترش است ولي نيرويي وجود دارد كه در مقابل اين انبساط قرار مي گيرد، آن نيرو ، گرانش است. بدليل وجود نيروي گرانشي است كه ماده ، ماده را جذب مي كند. پس مواد تشكيل دهنده كائنات مي خواهند همديگر را جذب كنند، لذا گرايش كل كائنات بر آن است كه روي خود فرو افتد و منقبض شود. آيا در اين صورت نظر گروه سوم تاييد مي شود و كائنات فرو مي پاشد؟

پاسخ اين سوال بطور دقيق مشخص نيست. در اينجا با تقابل دو نيرو مواجهيم. يكي نيروي گرانشي و ديگري نيروي حاصل از انفجار بزرگ. هر كدام قويتر باشد، سرنوشت كائنات را رقم مي زند. اگر نيروي گرانشي به اندازه كافي نيرومند باشد ، جريان دور شدن كهكشانها از يكديگر روزي متوقف خواهد شد. آنها جهت خود را معكوس خواهند كرد و در يك حركت انقباضي رو به سوي يكديگر خواهند گذاشت. درجه حرارت و چگالي افزايش خواهد يافت و كائنات با طي روندي معكوس مراحل عظيم انفجار بزرگ را تجربه خواهد كرد و كائنات بسته خواهد بود.

اگر دو نيرو با هم برابر باشند ، نظريه گروه دوم حاكم خواهد بود و جهان ثابت خواهد ماند ولي اگر نيروي حاصل از انفجار بزرگ قويتر از نيروي گرانشي باشد ، جهان همچنان به انبساط خود ادامه خواهد داد، كهكشانها از يكديگر دورتر خواهند شد و كائنات ما كائناتي باز خواهد بود.

چگالي جهان

با وجود خلا فضاي بين ستاره‌اي بنظر مي رسد جرم جهان ما كمتر از آن باشد كه بتواند در آينده منقبض شود. آينده ما چگونه است؟ يك حريق بزرگ تازه يا شايد پيشروي به سمت سرماي بيشتر و فضاي خالي بيشتر؟ براي پاسخگويي به اين سوال ، بايد نيروي گرانشي كائنات يا معادل آن چگالي ماده موجود در كائنات را حساب كنيم.

جهان در حال انبساط است و نيروهاي جاذبه بين مواد باعث كند شدن اين انبساط مي شوند. هرچه جرم جهان متراكم تر باشد ، به همان اندازه چگالي زياد شده و انبساط آن كندتر مي شود. جهاني كه چگالي بالايي دارد ، ممكن است بالاخره به خاطر قدرت نيروهاي جاذبه بين قسمتهاي تشكيل دهنده اش ، منقبض شود و جهان بسته بماند (كائنات بسته).

اگر جهان به اندازه كافي چگالي نداشته باشد، براي هميشه در حال انبساط و بصورت جهان باز خواهد بود.(كائنات باز)

چگالي بحراني

اندازه كافي كه براي چگالي گفته مي شود، چقدر است؟ اين اندازه برابر 5x10-27Kg/m3 است كه چگالي بحراني مي باشد. چگالي بحراني معياري است براي تعيين باز يا بسته بودن جهان.

اگر چگالي جهان از چگالي بحراني بيشتر باشد، جهان ، جهان بسته خواهد بود.

اگر چگالي جهان از چگالي بحراني كمتر باشد، جهان ، جهان باز خواهد بود.

اندازه گيري چگالي جهان

حال ببينيم چگالي جهان را چگونه اندازه بگيريم؟ چگالي كميت يك ماده در واحد حجم معين است. حجم مورد نظر در مورد كائنات بايد بسيار بزرگ باشد. حجمي شايد به اندازه يك ابرخوشه. براي محاسبه ماده موجود در اين حجم ، جرم كهكشانها را با هم جمع مي كنيم. اين كار در مورد مواد مرئي كه به سمت ما نور مي فرستند، ميسر است ولي در مورد ماده اي كه نمي بينيم ، نمي توانيم جرم آن را حدس بزنيم. موادي مثل ستارگان و سياره هاي مرده ، سياره هايي كه دور از هر منشا نوري قرار دارند ، صورتهاي احتمالي ماده كه هنوز نمي شناسيم ، ماده سياه و ...

اسحاق نيوتن مي گويد: ماده ، چه نوراني چه تاريك ، شناخته شده يا ناشناخته ، از طريق نيروي گرانشي خود را به ما نشان مي دهد. فرض كنيم خورشيد نور افشاني نمي كرد در اين صورت نمي توانستيم آن را ببينيم ولي حركت سياره ها به دور خورشيد همچنان ادامه داشت و اختر شناسان مي توانستند بدون آنكه قادر به ديدن خورشيد باشند، به وجود آن پي ببرند و با دنبال كردن حركات زمين نسبت به ستارگان ، جرم آن را اندازه بگيرند.

اخترشناسان با بهره گيري از روشهاي مشابه مي‌توانند چگالي كل كائنات را اندازه بگيرند. نتيجه اندازه گيري آنها در كل فضاي قابل مشاهده بطور ميانگين حدود يك سوم اتم در حجم يك متر مكعب فضا است. به لحاظ نظري براي اينكه حركت كهكشانها در آينده متوقف يا معكوس شود ، اين چگالي بايد بيش از ده اتم در هر متر مكعب باشد. با توجه به واقعيات مشهود چنين امري بعيد به نظر مي رسد، ولي چون ابزار دقيق اندازه گيري نداريم، نمي توانيم اين امكان را كاملا منتفي بشماريم، ولي اگر چنين باشد ، كائنات باز خواهد بود.

نسبت فراواني هيدروژن سنگين (دوتريوم) به هيدروژن سبك از فرضيه كائنات باز حمايت مي كند. پس سبك بودن كائنات و فراواني دوتريوم نشان مي دهد كه كائنات تا ابد منبسط خواهد شد.

روي ديگر سكه

در بحث فوق ما فرض كرديم مي توانيم چگالي همه حفره هاي سياه را كه بصورت ستاره هاي تاريك يا هاله هاي تيره هستند، محاسبه كنيم. ضمنا ما براي نوترينوها جرم در نظر نگرفتيم . ممكن است اين ذرات جرمي هرچند بسيار بسيار اندك داشته باشند ولي به دليل تعداد بيشمار آنها اين جرم مي تواند نتيجه محاسبات ما را معكوس كند.