نگاهي به بيگ بنگ

مقدمه

حتما ما مي دانيم كه جهان آغازي داشته است ، هرچند كه اين علم از جستجوي بشر براي بهتر فهميدنش چندان راضي نيست . كنجكاوي هاي ما باعث مي شود كه اين سؤال در ذهن ما ايجاد شود كه جايگاه ما در جهان چيست و يا اينكه جايگاه خود جهان كجا است . در سراسر زمان ما اين سؤالات را از خومان داشته ايم كه جهان چطور آغاز شد ؟ و يا اينكه سن جهان چند سال است ؟ ديگر سؤال مطرح اين است كه ماده چگونه پديد آمد . اين سؤالات آسان نيستند و ما در طول عمرمان در تاريخ اين سياره در تلاش هستيم كه سرنخ هايي را به دست آوريم . اما هنوز با صرف اين همه انرژي « چرا » هاي بسياري باقي است كه ما فقط مي توانيم در آنها تأمل كنيم .

ما راه هاي بسياري را براي كشف چگونگي آغاز كيهان و خواستگاه جهان هستي پيموده ايم كه بسيار طولاني نيز بوده اند . از ميان درك هاي علمي نوين ما اين امكان را داريم كه تعدادي تئوري را براي پاسخ به اين سؤالات آماده كنيم كه آنها را فرضيه مي خوانيم . طبيعت صحيح علم بدين گونه است كه اكثريت اين پاسخ ها فقط در حد يك تئوري هستند كه در آن سؤالات پيچيده اي نيز وجود دارد . شايد اين امري ذاتي باشد كه خداوند در ما قرار داده است كه به دنبال علت سؤالات مي رويم تا اينكه به بتوانيم به هستي ادامه دهيم .

اگر چه در اين مقاله ي كوتاه قادر نخواهيم بود كه به تمام اين سؤالات درباره ي آفرينش هرچيز پاسخ دهيم ، در صورتي كه واقعيت ها هستند ولي سعي مي كنيم كه پاسخي معين و قابل قبول براي اين سؤالات ارائه كنيم . اين موضوع مهم است كه اين اطلاعات در ذهن به خاطر بسپاريم . اين سؤالات به فهم دوباره ي جهان به طور شفاف كمك خواهند كرد . در ميان اين موضوعات در مورد بيگ بنگ ، سن جهان و اولين اتمها بحث خواهيم كرد . باور ما اين است كه قادريم به چند سؤال كليدي پاسخ دهيم .

بيگ بنگ

يكي از سؤالات هميشه پايدار در طول زندگي انسان ها اين بوده است كه :

جهان چگونه آفريده شده است ؟

عده اي بر اين عقيده اند كه جهان آغازي نداشته است و پايان آن نيز بي نهايت خواهد بود . در ميان اين نظريه ها ، تئوري بيگ بنگ داراي اعتباري بيشتري است . حدود 15 ميليارد سال قبل در انفجاري فوق العاده عظيم انبساط جهان آغاز شد . اين انفجار اصطلاحا" به بيگ بنگ Big Bang معروف است كه در زبان فارسي معادلي به نام مهبانگ براي آن وجود دارد . در نقطه اي كه اين رويداد انجام پذيرفت تمام ماده و انرژي جهان متمركز بود ؛ چه چيز قبل از اين رويداد وجود داشت آيا ماده اي خالص بود ، هنوز ما كاملا" نمي دانيم و در فكريم . اين رخداد يك انفجار مرسوم نبود . فضا پس از اين رويداد پر از ذرات شد . بيگ بنگ كاملا" به انفجار فضا در خودش بستگي داشت و اين انفجار برخلاف انفجار يك بمب است كه به طرف خارج تكه هايي را پرتاب مي كند . در آن زمان كهكشان ها و يا خوشه ها وجود نداشتند . ولي در كل بيگ بنگ بنياد جهان را پايه گذاري كرد .

منشأ تئوري بيگ بنگ را مي توان ادوين هابل دانست . هابل به اين موضوع پي برد كه جهان پيوسته در حال گسترش است . همچنين او به اين موضوع پي برد كه سرعت كهكشان ها با فاصله يشان متناسب است . يعني مثلا" كهكشان هايي كه دو برابر از ما دورترند دوبرابر سريع تر حركت مي كنند . ديگر نتيجه اين بود كه جهان در همه جهت در حال گسترش است . اين بدان معنا است كه هر كهكشان با مقدار حركت يكسان از زمان براي حركت از موقعيتي يكسان و مشترك مي آيند . با توجه به مشاهدات ادوين هابل تنها تئوري بيگ بنگ مي تواند اين موضوعات را شرح دهد .

بعد از بيگ بنگ جهان پيوسته در حال انبساط بوده است و بدين سان رفته رفته فاصله ي خوشه هاي كهكشاني بيشتر و بيشتر شد . اين پديده خارق العاده كه كهكشان هاي همواره از هم فاصله مي گيرند را انتقال به قرمز مي گويند . يعني نور كهكشان هاي دور وقتي به زمين يا هر كهكشان ديگر نزديك مي شود طول موج آن كشيده مي شود ، در واقع افزايش مي يابد .

اين سرعت كهكشان ها به فهم اين موضوع كمك مي كند كه همه از يك نقطه نشأت گرفته اند . مدركي ديگر نيز براي بيگ بنگ وجود دارد ؛ در سال 1964 دو ستاره شناس به نامهاي آرنو پزيانس و رابرت ويلسون در يك كوشش مشترك امواج ميكروموج را از فضاي بيروني جو كشف كردند . آنها به طور اتفاقي منشأ جار و جنجال هاي بيرون را كشف كردند . اين سر و صداها به نظر نمي آمد كه از يك نقطه نشاأت گرفته باشند در عوض از همه ي جهات به يك اندازه مي آمد . آنها از دورترين نقطه ي جهان مي آمدند كه بعد بيگ بنگ آنها محل واقعه را ترك كرده بودند . اين كشف و كه نتيجه نخستين انفجار و پرتوافشاني بوده است اعتماد به بيگ بنگ را افزايش ميدهد .

اخيرا" ماهواره ي COBE ناسا ميكروموج هايي را كشف كرد كه از بيرون جهان منشأت گرفته بودند . هرچند كه اين ماهواره كشف كرد كه جهان در سردي آغاز شده كه هنوز در حال انبساط يافتن بود نوسانات كم به علت تفاوت دمايي وجود را آغاز كرد . اين نوسانات محاسبات نخستين از امكان سرما و پيشرفت جهان در كسري از ثانيه بعد از بيگ بنگ را ثابت مي كند . اين نوسانات در جهان براي توصيف و شرح لحظه اي بعد از بيگ بنگ آماده شده است . همچنين به شكل گيري كهكشان هايي كه در فصل هاي آينده در مورد آن بحث مي كنيم كمك خواهند كرد .

در تئوري بيگ بنگ براي هريك از سؤالات مهم راه حلي قابل قبول ارائه شده است . اين موضوع در فهم آن مهم است كه در اين تئوري ثابت شده تجديد نظر شده است . چون مشاهدات كامل تر شده اند و پژوهش ها نيز افزايش يافته است ، تئوري بيگ بنگ تكامل يافته است و اطلاعات ما از منشأ جهان اساسي تر شده است .

نخستين اتم ها

حال كه در تلاش هاي بسيار دانشمندان توانسته چگونگي ساخته شدن جهان را مورد بررسي قرار دهند سؤال منطقي ديگر اينجا است كه پس از آن چه رخ داد ؟ در كسر بسيار كوچكي از نخستين ثانيه آفرينش بود كه خلاء كامل آغاز شد جايي كه امروزه مي دانيم كه جهان در آن رشد كرده است . در اين لحظه بسيار كوتاه جهان آشامه اي از پلاسما بود . ما از اين لحظه ي كوتاه چه مي دانيم ؟ علم تدابيري براي اين لحظات دارد كه پايه اي بر آنچه است كه امروز مي دانيم .

بي درنگ پس از بيگ بنگ ، چنانكه هر كس مي تواند تصور كند جهات به طور عجيبي گرم بود چنانكه به به سرعت ماده و ضد ماده در جهات مختلف انتشار يافتند . همچنين آن سرما در زماني در حدود 43- ^ 10 ثانيه بعد از آفرينش به مقداري ماده و ضد ماده تبديل شد كه هنوز كيهان شناسي با اين مقدار نامتقارن است . همچنين اين دو نوع با يكديگر آفريده شدند ؛ آنها با يكديگر برخورد مي كردند و نابود مي شدند و در عوض انرژي خالص پديد مي آمد . خوشبختانه براي ما يك عدم تقارن ، توجه ماده وجود داشت . همچنين نتيجه صحيح از فزوني كه حدودا" يك قسمت در ميليون است . جهان مي تواند در راهي مساعد براي ايستادگي ماده رشد كند . از اين گذشته جهان از آغاز با منبسط شدن همراه بود ، اين تفاوت باعث رشد وسيع آن شد . ذراتي كه در جهان به وجود آمده بودند به ترتيب آفريده مي شدند و دوباره به همراه ضد ذرات نابود مي شدند .

براي ذراتي كه در جهان به وجود آمدند نامگذاري خاصي داريم اين ذره ها هر كدام به تنهايي نامي دارند از جمله نوترينو ها ، باريون ها ، الكترون ها و كوارك ها كه هر كدام از اينها سازنده ي كالبد ماده ي زندگي است كه امروزه ما آنها را مي شناسيم . هنگام آغاز دوره ي باريون ها ذرات سنگين قابل شناخت وجود نداشت زيرا هنوز بسيار داغ بود . در اين لحظه فقط آشامه ي كوارك وجود داشت چون جهان به سردي آغاز شد و انبساط يافت ، ما فهم اين مطلب را دقيقا" واضح آغاز مي كنيم .

بهد دماي جهان در خدود 300ميليارد درجه كلوين رو به نزول گذاشت . اگر بخواهيم تشبيه نسبتا" خوبي به كار ببريم مي توانيم بگوئيم همانند آبي كه تبديل به يخ شده باشد . حال جهان تركيبي از نوترون ها و فوتون ها است كه آنها را هادرون مي خوانيم . هنوز ماده ي پيچيده اي در اين دما وجو ندارد . اگر چه ذرات بار دار يا همان لپتون ها نيز وجود داشتند ولي از واكنش دادن با هادرون ها منع مي شدند كه البته ماده ي پيچيده تري نيز هستند . به زودي لپتون ها كه شامل الكترون ها نيز هستند مي توانند به هادرون ها متصل شوند و اتصال و اتحادي را بين خود به وجود آورند كه در واقع همان ماده ي مشترك است .

در حدود يك تا سه دقيقه پس از آفرينش جهان نوترون ها و پروتون ها با هم واكنش نشان دادند و هسته ي دوتريوم كه ايزوتوپي از هيدروژن است را مي افريند به زودي دوترويوم نوترون ديگري را نيز جذب مي كند و هسته ي تريتيوم را نيز مي سازد تريتيوم نيز يكي ديگر از ايزوتوپ ها هيدروژن است . به سرعت به پيروي از اين واكنش پروتون ها و نوترون هاي ديگري نيز افزوده مي شود كه پس از تريتيوم با اضافه شدن پروتون هسته ي هليوم ساخته مي شود . دانشمندان بر اين عقيده اند كه در نخستين سه دقيقه آفرينش براي هر هسته ي هليوم ده پروتون وجود داشت . بعد از افزايش سرما اين پروتون ها مي توانستند الكترون ها براي آفريده شدن هيدروژن معمولي اسير كنند . نتيجه آن جهان امروز كه به اعضاي هر هليوم يازده اتم هيدروژن موجود مي باشد .

مي دانيم كه بيشتر اين اطلاعات صحيح از حدس انسان سرچشمه مي گيرند . با تحقيقاتي كه امروزه در جهان صورت گرفته است مي توانيم درباره گذشته آن توضيحي دهيم . تلاش هاي بسياري فهم شكل گيري باريون ها و تعداد آنها صورت گرفته است . از ميان پاسخ به سوالات مدرن امروزي نقش هاي بيگ بنگ و گذشته آن قابل قبول است . متعاقب مطالعات در زمينه ي چگونگي شكل كردن اتمهاي ساده در آزمايشگاه مي توانيم چند حدس جالب ديگر بزنيم همانند چگونه اين منشأ جهان شكل داده شد . هرچند كه تلاش هاي بسياري براي چگونگي شكل كردن نخستين اتم ها و همچنين آفريده جهان صورت گرفته است با اين حال ما هنوز از اينها كاملا" مطمئن نيستيم .

سن جهان

حالا ما دو پاسخ مهم براي دو تا از سؤالات خود داريم كه در رابطه با جهان هستند . هرچند كه هنوز يك سؤال عمده باقي مانده است ؛ اگر جهان به راستي متناهي است چند سال وجود دارد ؟ دوباره علم از روي شواهد و قرائن موجود مي تواند سن جهان را از بيگ بنگ تا كنون حدس بزند . با به كار بستن معادله هاي مشترك و معمولي فيزيك از فاصله و سرعت برابر با زمان كه دوباره از مشاهدات هابل استفاده مي شود ، نسبيتا" مي توان سن آن را به طور صحيح تخمين زد .

دو اندازه گيري به فاصله حركت كهكشان ها از ما و انتقال به قرمز كهكشان نيازمند بودند . شكست نخستين كوشش ها باعث جستجوي مسافت از ميان مثلثات شد . دانشمندان اين امكان را داشتند تا ضخامت مدار زمين را به دور خورشيد محاسبه كنند كه حركات خورشيد را در كهكشان خودمان تقويت مي كرد . متأسفانه اين محاسبات به تنهايي قادر نبودند تا فاصله هنگفت بين كهكشان ما و آن جسم را تعيين كنند تا سن جهان تخمين زده شود و اين هم خطايي معني دار و مهم بود .

گام بعد فهم ارتعاش ستاره ها بود . آن مشاهدات در زمينه ي ستارگاني بوده است كه داراي درخشش يكسان هستند و سوسو زدن آنها نيز يكسان بوده است . دانشمندان فرض مي كنند كه ستاره هايي كه در كهكشان خودمان هستند و چشمك زدن يكساني نيز دارند همچون اجرامي هستند در مقدار فاصله يكساني در فاصله هاي كهكشاني بايد باشند كه شدت يكساني دارند . استفاده از روش مثلثات محاسبه ي فاصله ي ستاره از كهكشان ما را امكان پذير مي سازد . از اين رو فاصله ي كهكشان هاي دور با مطالعات مختلفي قابل محاسبه است البته سختي اين كارها همانند تعيين فاصله ي دو اتومبيل در شب ظلماني است . فرض كنيد چراغ جلوي دو اتومبيل شدت تابش يكساني دارد . از ديد ناظر نور اتومبيلي واضح تر به نظر مي رسد كه از او فاصله ي كمتري داشته باشد و آن اتومبيلي كه از او دورتر است كم فروغ تر به نظر مي رسد . باز هم اين راه حل نمي تواند مسافت هاي بسيار زياد كهكشان ها را به تنهايي مورد محاسبه قرار دهد . در فاصله ها خاص غير ممكن است كه فاصله ي كهكشان را از يك ستاره مشخص سازيم . زيرا انتقال به قرمز زياد اين كهشكان ها بايد يك روش داشته باشد تا فاصله تمام خوشه ها كهكشاني از يك ستاره به تنهايي اندازه گيري كند .

با مطالعه ي خوشه هاي كهكشاني كه به ما نزديك هستند مي توانند از عقيده جود اندازه ي ديگر خوشه ها بهره مند شوند . نتيجه ي آن مي تواند پيشگويي فاصله راه شيري از آنها باشد . بنابراين محاسبات براي بدست آوردن فاصله ي خوشه و انتقال به قرمز آن ، نظري پاياني است كه تعيين مي كند كهكشان چند سال از ما در حال حركت بوده است . تك تك اين اعداد مي توانند به صورت تك تك محاسبه شوند و زماني كه اين دو كهكشان در يك مكان و يك زمان بودند را بازگرداند كه در واقع همان لحظه ي بيگ بنگ است . معادله ي عمومي كه براي محاسبه سن جهان استفاده مي شود به صورت زير است :

(distance of a particular galaxy) / (that galaxys velocity) = (time)


or


4.6 x 10^26 cm / 1 x 10^9 cm/sec = 4.6 x 10^17 sec


حاصل اين معادله برابر 17 ^ 10 × 6.4 ثانيه است كه با اندكي محاسبات بسيار ساده رياضي مي توانيم آن را به عددي كه تقريبا" برابر پانزده ميليارد سال است تبديل نمود . اين محاسبه تقريبا" براي هر كهكشاني كه قابل مطالعه است صدق مي كند . هرچند كه اندازه گيري اين مقدارها كه در معادلات به دست آمده اند كه تخميني از سن جهان مي باشند مي توانند صحيح باشند . در صورتيكه برآورد سن جهان فرايندي پيچيده است . اين دستاورد در اين علم گامي بحراني است .

و حالا چه ؟

خلاصه ما نخستين موضوعات را كه دانشمندان در زمينه ي جهان كشف كرده اند را شرح داديم . درك ما از بيگ بنگ و چگونگي آن ، نخستين اتمها و سن جهان به طور معيوب آشكار است ؛ در واقع در اين زمينه مباحث زيادي براي بحث وجود دارد . در زمينه زمان نيز سؤالات بي انتهايي وجود دارد كه هنوز براي پاسخ به آنها بايد كمي صبوري كنيم . هنوز بسيار از مفاهيم پايه اي جهان پيچيده هستند و جاي تفكر در آنها باقي است .



بعد از درك اين موضوع تئوري بيگ بنگ به پايداري افراد را به مبارزه و رقابت مي طلبد . اين تئوري رقيب هاي خود را به سويي راهنمايي مي كند كه جستجوي بيشتر باعث مي شود كه ثابت شود اين تئوري صحيح است در واقع به آن ها مداركي قابل ارائه مي كند . در سر فصل هايي از اين مقاله مداركي را مورد بررسي قرار داديم كه آزموده شده بودند و از جهات مختلفي جستجو شده بودند ، در هر صورت باعث مي شوند كه تصوير نسبتا" كاملي از جهان در ذهن داشته باشيم .

اخيرا" ناسا موضوعاتي را كشف نموده است كه انسان را متحير و انگشت به دهان مي كند . در واقع دلايلي بر وجود بيگ بنگ هستند . بيشتر ستاره شناسان و فيزيكدانان از رصدخانه ي استرو 2 استفاده مي كردند اين رصدخانه مي توانست يكي از نيازمندي هاي پايه اي جهان را در بيگ بنگ تأييد كند . در ژوئن 1995 دانشمندان تونستند نخستين هليم را كشف كنند ، همچون دتريوم در فاصله هاي دور جهان . اين كشف با يكي از نمود هاي مهم بيگ بنگ هماهنگ است كه در آغاز خلقت هليوم و هيدروژن با يكديگر تركيب شدند .

بعد در مشاهدات تلسكوپ فضايي هابل اين سرنخي معين براي عناصر باقيمانده اي است كه ما امروزه مي شناسيم . دانشمندان با استفاده از تلسكوپ فضايي هابل دريافته كه در ستاره هاي كهن عنصر بور زيادي موجود بوده است . آنها فرض كردند كه وجودش مي تواند عامل هركدام از اين دوتا باشد . مي تواند باقيمانده رويداد نيرومند تولد كهكشان يا اينكه نشان دهنده ي اين است كه حتي بور تاريخ آن به قبل از بيگ بنگ برمي گردد . اگر دومي صحيح باشد ، دانشمنداني بايد دوباره سعي كنند تا تئوري جديدي براي تولد جهان ارائه كنند همچنين براي رويداد هاي پس از آن . بر طبق تئوري هاي كنوني در آن زمان امكان وجود اتم هاي سنگين و پيچيده وجود نداشته است .

در اين روش آنچه را كه مي بينيم هرگز درست نيست . اشتياق ما براي دريافتن اين علم هرگز فرونشانده نمي شود . با اين حال پاسخ سؤال حالا چه ؟ در حال حاضر غير ممكن است . در اين دوره ما نمي توانيم پاسخ اين سؤالات را به كار ببنديم .

افكار عميق

اين گمان بسيار مشكل است كه اين موضوع را از افكار روزانه جدا كنيم . هر كس در هر نقطه از زمان به سختي مي تواند با اين موضوع ستيز كند كه چرا ما اينجا هستيم ؟ برخي در فلسفه ي طبيعي محض به دنبال پناهگاهي براي اين سؤال هستند ، در صورتيكه اكثريت براي پاسخ اين سؤال به دلايل علمي نزديك مي شوند . اين افراد خاص در سطح هاي بالاتر به دنبال پاسخ اين سؤال هستند و فقط در وجود انساني تمركز نمي كنند بلكه هر چيز را كه واقعي مي دانند مد نظر قرار مي دهند .

اگر شما در مكاني بنشينيد و سعي كنيد تمام جهان را تصور كنيد متحير خواهيد شد . هرچند كه حالا علم مي تواند در رابطه با جهان به بحث بپردازد ؛ درباره ي چگونگي آغاز آن و آينده ي صحبت كند و ... . اين موضوع آسان به نظر مي رسد تا در مقياس هاي بزرگ در رابطه با سالها ( ميليارد ) بحث كنيم . ما از ميان زندگي خود به اينجا سفر مي كنيم و دوباره از همان ميان به آسمان ها بازميگرديم .

در اين مقاله سعي كرديم كه تا حدودي كمي جهان را به تقد و بررسي بگذاريم . اين موضوع نيز جالب است كه ما هنوز به طور كامل نمي دانيم كه چه طور به وجود آمده ايم و تمام اين حرفهايي را كه گفتيم در حد يك نظريه است كه امكان دارد درست باشد و يا اينكه غلط نمايان گر شود . خداوند اين توانايي را در هر انسان سالمي قرار داده است كه تفكر كند و بهترين حدس را بزند . از ميان اين گمان ها ما مي توانيم درست ترين آنها را مشخص كنيم و مبنا قرار دهيم.