نگاهي جديد به تابش زمينه ي كيهاني و شتاب جهان
نوشته: قاسم رضايي راد
مقدمه
پلانك در سال 1900 ميلادي براي تشريح تابش جسم سياه و اينشتين پنج سال بعد براي توجيه اثر فوتو الكتريك، ذره اي بودن تابش هاي الكترومغناطيسي را پيشنهاد كردند. اين نگرش نو به امواج الكترومغناطيسي موانع متعددي را از پيش پاي علم فيزيك برداشت ودانشمندان را براي مطالعه ي پديده هاي ناشناخته ي جهان كه ساليان سال با آن دست به گريبان بودند ياري كرد. بنابر نسبيت و مكانيك كوانتوم، فوتون كه در حقيقت ذره ي حامل انرژي است داراي جرم و انرژي سكون صفر سرعت c
كه در آن
است . همچنين فوتون ها در گسيل و جذب تابش توليد يا نابود مي شوند و با ذراتي مانند الكترون برخورد ذره گونه انجام مي دهند.
با ابداع نظريه ي كوانتومي تابش و نسبيت خاص در اوايل قرن بيستم، زمينه براي توصيف عالم به خوبي فراهم گرديد. دانشمندان با مطالعه طيف هاي جذبي ستارگان و كهكشان هاي دوردست به اين موضوع پي بردند كه در اين خطوط با توجه به كم نور شدن منبع تابش (ستاره يا كهكشان) يك جابه جايي به سوي قرمز طيف ملاحظه مي شود آنان اين پديده (قرمز گرايي ) را مربوط به فرار كهكشان ها تلقي نمودند و به دنبال آن مشخص شد كه اين گرايش به قرمز با افزايش فاصله ي كهكشان ها نسبت به زمين بيشتر مي شود.
ادوين هابل با ارايه رابطه اي نشان داد كه كهكشان هاي دورتر بايد سرعت گريزشان از ما بيشتر از كهكشان هاي نزديك تر باشد تا اين قرمز گرايي طيف توجيه گردد و به اين صورت جهان مي بايست در حال منبسط شدن باشد اين گونه بود كه بزرگترين كشف قرن بيستم (انبساط جهان ) رقم خورد. اما سئوالي كه اينك مطرح مي شود اينست كه انرژي لازم براي گريز كهكشان ها از كجا تامين مي شود تا كهكشانها بتوانند با سرعتي غير قابل تصور و با شتابي روز افزون از ما دور شوند؟ جواب اين سئوال مشخص است انرژي تاريك مسئول اين كار است انرژي كه تنها دانشمندان موفق شدند براي آن نامي كشف كنند نه چيزي بيشتر.
مشكل كجاست؟
در نسبيت فوتون داراي جرم حالت سكون صفر است و تنها در شرايط سرعت نور توليد مي شود. اما نسبيت هيچ توضيحي در اين مورد ندارد كه فوتون چگونه توليد مي شود و اجزاي تشكيل دهنده ي فوتون چيست كه موجب مي شود فوتون با سرعت نور حركت كند؟ همچنين مكانيك كوانتوم نيز در اين مورد توضيحي ندارد. افزون بر آن طبق نظر ديراك فوتون يك نقطه ي مادي است كه نمي توان ساختمان آن را مورد بررسي قرار دارد. اما شواهد تجربي بسياري وجود دارد كه با فرض ديراك در مورد فوتون ناسازگار است. بهمين دليل نظريه ريسمانها مطرح شد. نظريه ي ريسمانها نيز به ساختمان فوتون بي توجه است، در حاليكه نظريه سي. پي. اچ. براي اولين بار ساختمان فوتون را مورد بررسي قرار داد. به همين دليل در ادامه با توجه به نظريه سي. پي. اچ. و ساختمان فوتون، بحث را ادامه مي دهم.
نظريه سي. پي. اچ و انتقال به قرمز
با در نظر گرفتن اينكه طبق نظريه سي. پي. اچ. انرژي فوتون ها تابع ذرات زير كوانتومي به نام سي. پي. اچ است كه در اين صورت خواهيم داشت :
مقدار n بستگي به انرژي تابش دارد، چنانچه تابش پر انرژي باشد فوتون هاي آن از تعداد سي. پي. اچ هاي بيشتري برخوردار است. بنابراين تراكم سي. پي. اچ ها در يك تابش مشخص كننده ي انرژي آن تابش است. اين ذرات بنا بر نظريه ي سي. پي. اچ هيچگاه نسبت به هيچ دستگاهي به حالت سكون در نمي آيند و داراي دو دو حركت انتقالي و درواني ( اسپين) هستند و همراه فوتون با سرعت نور حركت مي كند، همچنين اسپين اين ذرات ثابت نبوده و تحت شرايط محيطي تغير مي كند.
سي پي اچ ها در يك فوتون بر اثر تداخل اسپيني (برخورد يا تماس با يكديگر)، يكديگر را مي رانند و بصورت يك تابع احتمالي از ساختمان فوتون خارج مي شوند و در تابش ايجاد افت انرژي مي كنند. روند خروج سي پي اچ ها از تابش با كم شدن چگالي انها در فوتون كاهش مي يابد و نهايتا در طول موج مشخصي احتمال اين خروج به سمت صفر ميل مي كند . بعضي از عوامل مانند گرانش باعث تشديد خروج يا ورود سي. پي. اچ ها به ساختمان فوتون مي شود. خروج سي. پي. اچ. ها هنگام انقال به سرخ (هنگاميكه فوتون در حال فرار از ميدان گرانشي است) و ورود آنها هنگام انتقال به آبي صورت مي گيرد.
با فرض اينكه يك فوتون از تعدادي سي. پي. اچ تشكيل شده كه اين سي. پي. اچ ها داراي اسپين هستند و بر اثر تماس يكديگر را مي رانند، آنگاه مي توان پذيرفت كه با افزايش چگالي سي. پي. اچ. در ساختمان فوتون، احتمال برخورد آنها نيز افزايش مي يابد و علاوه بر آن طي شدن مسافت طولاني توسط فوتون (يا گذشت زمان بيشتر) نيزاحتمال خروج سي. پي . اچ را افزايش مي دهد .
فرض كنيم يك فوتون گاما از تعداد n سي. پي. اچ. تشكيل شده كه با طي كردن مسير d1 در فضا يك عدد سي. پي. اچ. از آن خارج مي شود. بنابراين براي فوتون دلخواه كه از تعداد n1 سي. پي. اچ. تشكيل شده است، احتمال خروج P(exit) , cph سي. پي. اچ. از فوتون در فاصله ي d1 برابر خواهد شد با :
و الزاما n1 < n
آنگاه براي مسير دلخواه d خواهيم داشت :
دريك تابش پر انرژي مانند پرتو گاما به علت بالا بودن چگالي سي پي اچ هاي موجود درفوتون هاي آن نسبت به يك تابش با انرژي كمتر مانند تابش ماكروويو خروج سي پي اچ ها از شدت بيشتري برخوردار است زيرا تراكم سي پي اچ ها موجب افزايش تداخل اسپيني (برخورد) سي پي اچ ها شده و به دنبال آن احتمال خروج افزايش مي يابد. بر اساس اين ديدگاه يكي از دلايل قرمز گرايي خطوط طيفي ستار گان و كهكشان هاي دور دست ناشي از تحليل انرژي نور ارسالي از آنها مي باشد كه با افزايش فاصله اين تحليل انرژي نيز افزايش مي يابد و به دنبال آن طول موج تابش دريافت شده نسبت به طول موج اوليه بيشتر خواهد شد..بنابراين هرچه چشمه ي گسيل دهنده ي تابش در فاصله ي دورتري از ما قرار داشته باشد احتمال خروج سي پي. اچ. هاي بيشتري وجود خواهد داشت.
با اين نگاه جديد به انتقال به قرمز طيف ستارگان و كهكشانها از ديد سي. پي .اچ وجود مقوله ييچيده ي انرژي تاريك كه هنوز توضيح قابل قبولي براي آن داده نشده، ديگر غير ضروري به نظر مي آيد و انتقال به قرمز را نمي توان تنها ناشي از انبساط جهان دانست. انبساطي كه به موجب آن كهكشان ها با حجم عظيمي از ماده با سرعتي بسيار بالا در حال فرار هستند.
با توجه به فرض خروج سي پي اچ است كه تابش زمينه به عنوان حالتي خاص از افزايش طول موج تابش هاي كيهاني مورد توجه قرار مي گيرد نه بازمانده اي از انفجار بزرگ.
توضيح سي. پي. اچ
نگرش جالب و تحسين برانگيز دوست عزيز جناب آقاي قاسم رضايي راد موجب خوشحالي است كه ايشان درك عميقي از نظريه سي. پي. اچ. پيدا كرده اند. ضمن تاييد اين ديدگاه لازم مي دانم متذكر شوم كه با هر انفجاري در جهان اسپين سي. پي. اچ. ها به حركت انتقالي تبديل مي شود و اين خود نيز مي تواند موجب دور شدن كهكشانها گردد. اما انتقال به قرمز را نمي توان تنها ناشي از انبساط جهان دانست. هرچند دلايل زيادي در مورد انتقال به قرمز نور متساعد شده از كهكشانها ارائه شده است، اما نگرش آقاي رضايي راد با توجه به ساختمان فوتون و نظريه سي. پي. اچ. نخستين تحليل در اين زمينه محسوب مي شود
پيشرفت روز افزون ايشان را آرزومندم
پاسخ با نقل قول
علاقه مندی ها (بوک مارک ها)