آغاز جهان

آغاز جهان

http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00073.jpg كشف تشعشع مايكروويو كيهانى در سال 1946 به وسيله آرنوپنزياس و رابرت ويلسون مسير كيهان شناسى را تغيير داد . اين پديده برداشتى كلى به كيهان شناسى ارائه كرد. وقتى كه جهان 400 هزار ساله بود. اين تابش باقى مانده از انفجار بزرگ ثابت مى كند كه جهان، آغازى داغ داشته است.

4 درصد جهان هستى از «ماده معمولى» (Ordinary Matter) ساخته شده است. 21 درصد ديگر آن از ماده اى كه اصطلاحاً «ماده تاريك» (Dark Matter) ناميده مى شود ساخته شده است كه مقدار آن با توجه به تأثيرات گرايشى آن روى ماده تخميناً برآورد مى شود. 75 درصد باقى مانده نيز شامل «انرژى تاريك» است كه كه رفتارى شبيه گرانش در جهت عكس را از خود بروز مى دهد.

بر پايه مشاهدات «انرژى تاريك» داراى مقدارى ثابت و بدون تغيير است و بيشتر شبيه «ثابت كيهان شناختى» (Cosmological Constant) در تئورى هاى اينشتين درباره تكامل تدريجى جهان رفتار مى كند. اساساًً اين بدان معناست كه «مقدار انرژى بر واحد حجم فضا» ثابت باقى مى ماند. در اينصورت مى توان مدعى شد كه جهان (Universe) با نرخ فزاينده اى به رشد و گسترش خويش ادامه خواهد داد. طى مدت زمانى در حدود 20 ميليارد سال فقط حدود 100 كهكشان را مى توان از زمين رويت نمود به گونه اى كه مى توان آن را «غربت بزرگ» نامگذارى كرد. در دهه 1990 با به كارگيرى تركيبى از تكنولوژى (دوربين هاى CCD 100مگا پيكسلى) و يك شاخص دقيق در فاصله اى دور (ابرنواخترهاى نوع Ia) بالاخره شتاب منفى جهان اندازه گيرى شد. ظاهراً جهان در حال سرعت گرفتن است. تا وقتى كه انرژى تاريك كاملاً شناخته شود، پايان كار جهان ما بلاتكليف خواهد ماند. گرچه اگر گسترش جهان تا 30 ميليارد سال ديگر به سريع تر شدن خود ادامه دهد، آسمان از كهكشان خالى خواهدشد( بجز چند كهكشان در خوشه كهكشانى سنبله). درحالى كه گرانش جاذبه اى ماده عمدتاً سياه جهان، گسترش آن را كندتر مى كند، گرانش دفعى (شتاب منفى) كه در اثر انرژى سياه به وجود آمده سعى در سرعت بخشيدن به آن را دارد. بنابراين اندازه گيرى مقادير انرژى و ماده تاريك به ما اجازه مى دهد فيلم كيهانى را تا زمان به وجود آمدن آن عقب ببريم و زمان شروع آن را دريابيم .

منجمان براين باورند كه ماده عادى غيرقابل رؤيت كه حدود سه چهارم محتواى كل ماده باريونى (پروتون و نوترون ) را تشكيل مى دهد، به وفور و به صورت گاز گرم درميان كهكشان ها قرار دارد. در كل مقدار ماده _ باريونى و غيرباريونى كه بيشتر آن نيز تاريك است _ هشت برابر بيشتر از ماده باريونى است. منجمان همچنين توانسته اند مقادير چشمگيرى از ماده غيرقابل رؤيت را با اندازه گرفتن سرعت هاى ستارگان درميان كهكشان ها و سرعت كهكشان ها درميان خوشه هاى كهكشانى، شناسايى كنند. بدون وجود ماده تاريك غيرقابل رؤيت، اين اجرام پرسرعت بايد مدت ها پيش متفرق مى شدند.

بيشتر كيهان شناسان عمر جهان را 13.7 ميليارد سال مى دانند و عقيده دارند كه جهان تخت است (يعنى از هندسه اقليدسى تبعيت مى كند، با خطوط موازى كه دربى نهايت هم موازى مى مانند و زواياى داخلى مثلث كه مجموعاً 180 درجه هستند).

مقدار 72 كيلومتر در ثانيه، در مگاپارسك - با خطايى حدود 10 درصد _ براى ثابت هابل به دست آمد. در حالى كه پارامتر اندازه گرفته شده توسط خود هابل 550 كيلومتر در ثانيه در مگاپارسك بود. از آنجا كه اندازه جهان قابل رصد و سن آن، هر دو با ثابت هابل رابطه عكس دارند. رشدى كه اين مقدار اصلاح شده براى جهان قابل رؤيت نشان مى دهد هشت برابر گسترشى است كه قبلاً براى جهان اندازه گرفته شده بود.

در سال 1980 فيزيكدانى به نام آلن اچ - گروت نظريه اى به نام تورم را ارائه كرد. بعدها ديگران نيز توضيحاتى به اين نظريه افزودند. اين تئورى كه نشات گرفته از فيزيك كاربردى ذرات است، مهمترين ويژگى هاى جهان امروز را توضيح مى دهد. در تئورى تورم قسمت هاى كوچك كيهان اوليه به طور تصاعدى گسترش پيدا كردند و قسمتى از فضا را كه ما امروزه مى بينيم، صاف تر كردند. مانند وقتى كه بيشتر بادكردن يك بادكنك باعث مى شود قسمت كوچكى روى سطح آن صاف تر به نظر برسد.

گفته مى شود دليل اصلى جريان يافتن اين گسترش انرژى پتانسيلى وابسته به انرژى فرضى به نام inflaton است، اين انرژى پتانسيل inflatin است كه حرارت چشمگير انفجار بزرگ را فراهم كرده در حين پديده inflaton نوسانات كوانتومى در مقياس هاى زيراتمى به وسيله گسترشى مهيب به اندازه هاى نجومى مى رسند. اين بزرگ تر شدن ها در ساليان دراز بعدى به همراه گرانش رشد كردند و در نهايت به پيدايش كهكشان ها و خوشه هاى كهكشانى كنونى انجاميدند. از نظريه تورم مى توان سه نتيجه گيرى كرد:

1- فضا بايد در لبه مريى آن صاف به نظر برسد. 2- توزيع ماده در مقياس هاى نجومى بايد منشاء كوانتومى داشته باشد. 3- فضا را بايد پس زمينه اى از امواج گرانشى فرا گرفته باشد، كه به وسيله نوسانات كوانتومى بعد از 10به توان 32 - ثانيه از شروع جهان به وجود آمده اند. دو پيش بينى نخست اكنون با اندازه گيرى ها ديده شده اند و سومى نيز احتمالاً در آينده اى نه چندان دور با اندازه گيرى ها به اثبات خواهد رسيد.

پروژه كه فضاپيماى پژوهشى مايكروويو WMAP نام دارد، با به پايان رساندن اولين سال ماموريت چهارساله اش نقشه اى تماشايى از جهان نوزاد تهيه كرده، شگفتى اى كه WMAP براى كيهان شناسان به ارمغان آورد اين بود كه هيچ چيز شگفت آور نبود! وبا محاسبات قبلى تطابق خوبى داشت، هرچند معلوم شد پيدايش ستارگان زودتر از آنچه پيش بينى شده بود شروع شده _ تنها 200 ميليون سال بعد از انفجار بزرگ. WMAPموقعيت جهانى كه قبلاً پيش بينى شده بود را تحكيم كرد - جهانى 13.5 ميليارد ساله شامل يك سوم تا يك دوم ماده و انرژى تاريك و 4 درصد ماده معمولى (باريونى). اين پروژه همچنين مقدار به دست آمده براى ثابت هابل را تاييد مى كند. نتايج WMAP با ايده كلى تورم سازگارى دارند ولى تورم نظريه اى با گونه هاى متعدد است .

با توجه به متن نسبيت عام، پاسخ ساده است: انفجار بزرگ تنها آفريننده ماده، فضا و زمان است، بدون توضيح بيشتر. اين جواب البته قانع كننده نيست و دلايلى وجود دارند كه بپذيريم پاسخ عميق ترى براى اين سئوال هست. نسبيت عام شرحى ناقص از گرانش است چون شامل مكانيك هاى كوانتومى نمى شود و گرانش را با ديگر نيروهاى بنيادى تلفيق نمى كند. در حال حاضر نظريه ريسمان (كه بهM-Theory نيز معروف است) با وجود ناقص بودن و مورد آزمايش قرار نگرفتن بهترين تفكر را در مورد پيوند گرانش، ديگر نيروهاى بنيادى و مكانيك هاى كوانتومى ارائه مى دهد. با اينكه نظريه تورم ريشه اى در نظريه ريسمان ندارد، اما امكان دارد در آخر توضيح خود را در اين نظريه بيابد و هر چند تورم نظريه اى محكم است اما به آزمايشات عملى بيشترى نيازدارد. نظريه ريسمان تاكنون توضيحى فيزيكى براى انرژى تاريك فراهم نكرده و اين يك اشكال عمده است.

كشفيات جديد با بالا بردن سطح آگاهى باعث پديد آمدن چند سرى سوال جديد شده اند:

ماده تاريك چيست؟ ماهيت انرژى تاريك اسرار آميز و گرانش دفعى آن چيست؟ چرا طرز كار جهان ما تا اين حد پيچيده است؟ و دنيا چطور آغاز شد؟ اينكه انرژى تاريك چگونه با اكتشافات فيزيكدانان درباره نيروهاى موجود در طبيعت و ذرات درون اتمى مرتبط با آنها تعامل برقرار مى كند معمايى است كه همچنان بى پاسخ باقى مانده است. يك اخترشناس مى گويد: «به ياد داشته باشيد كه ما اين پديده را انرژى تاريك مى ناميم اما اين نامگذارى ممكن است اين باور غلط را در ذهن مخاطبان ايجاد كند كه ما حقيقتاً مى دانيم كه آن پديده چيست. اما بايد اذعان داشت كه ما واقعاً چيز زيادى در اين باره نمى دانيم.»

چه زمانى اولين ستاره ها شكل گرفتند؟ كهكشان هاى منفرد چگونه تشكيل شدند و چطور تكامل مى يابند؟ كى و كجا عناصر شيميايى اى كه بعد از عناصر موجود در انفجار بزرگ بودند (عناصر سنگين ترى كه براى حيات ما مفيد هستند)پديد آمدند؟ قسمت عمده ماده معمولى جهان كجاست و آيا فقط شامل گاز داغ است؟ پاسخ به اين سئوالات نيازمند رصدها و وسايل جديد و همچنين مدل هاى جديد و پيچيده ترى است كه ما در ميانه دوران بزرگى از اكتشافات كيهان شناختى هستيم. اگر موفق شويم نظريه هايمان را با هر كشف جديدى تطبيق دهيم، مى توانيم به جهشى بزرگ در دركمان از جهان برسيم.