شناخت کیهان- قسمت اول

آخرين خبر/ هر کس که به آسمان شبانه نگريسته باشد، شکوه، عظمت ستارگان و خُردي و ناچيزيِ خويشتن را در برابر پيچيدگيِ آن دريافته است. بشر هنوز درک کاملي نسبت به جهان و نوع شروعش ندارد، هنوز از ابتداي ايجاد حيات در جهان بي‌اطلاع است، با وجود پيشرفت علم ما هم‌چنان نمي‌دانيم زمان به معني واقعي کلمه‌اش يعني چه؟ اينها سؤالاتيه که تو ذهن بشر تکرار مي‌شه و هنوز نتونسته به جواب جامعي برسه! برخلاف آنچه به ما گفتهاند نبايد فرض کرد که ما در مرکز جهان هستي (اين فرضيه زماني اصل کيهانشناختي بوده که بعدها با تصاويري که از کيهان به دست آوردند اين نظريه رد شد) هستيم، بشر اواخر سال 1920 متوجه شد که کهکشان ما فقط يکي از چندين کهکشان در جهان پهناور است، سپس تشخيص داد که کهکشان‌هاي ديگر در تمام جهان با سرعتي بيش از پيش در حال دورشدن از ما هستند (همون انبساط عالم)، پس درک ما از جهان در دهه‌هاي اخير در حال رشد است. ما بيشتر سعي داريم ساختار بزرگ‌مقياس جهان را مورد بررسي قرار دهيم که اگر بتوانيم به درک خوبي نسبت به عالم برسيم، مي‌توانيم نگرش خود را نسبت به جهان تغيير دهيم. دانشمندان با دقت و نگاه عميق به تاريخ جهان و نحوۀ شکل‌گيري اولين ستاره‌ها و کهکشان‌ها نگريستند و دريافتند که جهان ما 7/13 ميليارد سال، سن دارد. طبق نظريۀ مورد قبول بيگ‌بنگ براي سرآغاز جهان و تغيير شکل آن، جهان حدود 7/13 ميليارد سال پيش در يک نقطه‌ي چگال سيال داغ، متراکم و در يک انبساط حجيم در فضايي شبيه بالون شکل گرفت. اما اين‌که چطور کيهان ما نجات پيدا کرد، سال‌هاي تاريکي از جهان ما هستند، مانند اين‌که اولين ستاره‌ها چه‌طور تشکيل شدند، بيشتر شبيه يک راز باقي مانده است! يه تاريخچه‌ي کوتاهي در رابطه با آغاز عالم در اختيار داريم: در زمانهاي اوليه، جهان بسيار داغ و چگال بود، اندرکنش بين ذرات با انرژي بسيار زياد مکرراً انجام مي‌شد و ماده به شکل الکترونهاي آزاد و ذرات آزاد ديگر بود. وقتي سوپ داغ کيهاني در اوليۀ عالم کهن، سرد شد؛ عناصر سبکي مانند هيدروژن، هليم و ليتيم شکل گرفتند. در همان زمان انرژي کافي براي اتمهاي پايدار اوليه به وجود آمد و فوتونها آزادانه شروع کردند به جريان يافتن! اگر جزئي‌تر به اين سناريو نگاه کنيم خواهيم ديد که: ابتداي عالم ذراتي بودند که در عالم آغازين از همه بيشتر موجود بودند، ولي جهان کنوني ما شامل اتم‌ها و مولکول‌ها است! قبلاً ذره‌اي موجود بود، بسيار پرانرژي، با همان جرم الکترون، ولي با بار مثبت به نام پوزيترون و حال در جهان ما که به سردي گراييده، اين ذره را فقط مي‌توان در سطح آزمايشگاه ذرات پرانرژي توليد کرد. در عالم اوليه همان‌قدر که الکترون بود، پوزيترون هم بود (اين يعني تعادل اوليه). ذره‌ي ديگري هم به نام نوترينو در آن عالم آغازين موجود بود که بي‌جرم (تقريباً بي‌جرم که بعدها کشف شد که مقدار کمي جرم دارد و باعث تغيير نگرش ما به نوترينوهاي اوليه شد و خاصيت مهمي در کيهان‌شناسي را ايجاد کرد) و بدون بار بود؛ البته مي‌دانيم که عالم نخستين پر از نور هم بود که اين به خوديِ خود يعني فوتون. نمي‌خواهيم وارد بحث بسيار پيچيده‌ي فيزيکي درباره‌ي فوتون و خواص آن شويم، اما در عالم آغازين، الکترون، پوزيترون، نوترينو و فوتون‌ها وجود داشتند که بعد از مدتي نابود شده و دوباره خلق شدند که در طي آن ذرات سنگين مثل پروتون و نوترون، جهاني از هسته‌هاي اتمي را تشکيل دادند (به اين مدلي که داريم بهش مي‌پردازيم، مدل متعارف در کيهان‌شناسي مي‌گن!). همان‌طور که انفجار ادامه مي‌يافت و دما کم و کمتر مي‌شد، قدري که الکترون‌ها و پوزيترون‌ها خيلي‌خيلي سريع‌تر از خلق فوتون و نوترينو نابود شدند و از نابودي آنها، آن‌چنان انرژي‌اي عالم را فراگرفت که اين انرژي باعث شد که سرد شدن عالم کُند و کُندتر شود، تا اينکه باز هم دما کاهش يافت و اينجا بود که پروتون‌ها و نوترون‌ها هسته‌هاي اتمي توليد کردند (که اولينشون هيدروژن، هليم و دوتريم بود؛ به اينا مي‌گن هسته‌هاي سبک). تمام اين سناريويي که گفتيم، تنها شرحي از سه دقيقه‌ي نخست عالم بود. کسي از لحظه‌ي آغاز عالم يا قبل از ابتداي يک صدم ثانيه‌ي آغاز عالم چيزي نمي‌داند، در حالي که پس از آن قابل اندازه‌گيري و مشخص است. در پايان اين سه دقيقه، کيهان شامل چه چيزي است؟ نور، نوترينو و پادنوترينو! بعد از چند صد هزار سال که عالم سردتر شد، الکترون‌ها دور هم جمع شدند و اتم هيدروژن و هليم به صورت پايداري شکل گرفتند و پس از آن باعث ايجاد گازهاي در سطح کيهان شدند و در پي آن، طي چندين ميليون سال بعد (تقريباً) کهکشان‌ها، سيارات و ستاره‌ها شکل گرفتند. تمام اين مواردي که گفتيم، درکي از مدل متعارف بود، ولي نظريه‌اي کاملاً رضايت‌بخش نيست! پس يک نظريه‌ي ديگري هم وجود دارد تحت عنوان حالت پايدار که از نظر فلاسفه بسيار جذاب است. در دهه‌ي 1940 بود که جمعي به صورت متفاوت از هم، پيشنهاد دادند که عالم با انبساط خودش، ماده‌اي تازه را به صورت پيوسته خلق مي‌کند تا حفره‌اي خالي ميان کهکشان‌ها را پر کند! آنها بيان داشتند که عالم به همين صورت که هست تنها مي‌تواند پايدار باشد و گفتند که عالم آغازين وجود ندارد!! چي شد؟ مگه مي‌شه؟ مگه داريم؟ اما کيهان‌شناسان يک سري شواهد رصدي نجومي به دست آوردند که باعث شد به مدل متعارف بازگردند. چرا؟ 1. کشف دور شدن کهکشان‌هاي دوردست (همون قانون انبساط عالم که هر چي کهکشان دورتر باشه، با سرعت بيشتري از ما دور مي‌شه و به عکس!) 2. کشف امواج راديويي ساکن و ضعيف که تمام عالم را فراگرفته اما چطور مي‌توانيم به مدل متعارف تکيه کنيم؟ نتايجي که از مدل متعارف به دست مي‌آيد، بسيار قانع‌کننده است و پايه‌اي براي توجيه رصدهاي نجومي است؛ پس تا الان اين نظريه مورد قبول بوده است تا زماني که دوباره شواهد رصدي نجومي با نظريه مطابقت نکند. امروزه، ميلياردها سال بعد، اين پستابهاي بيگ‌بنگ را به عنوان تابش ميکروموج (CMB)مشاهده ميکنيم. اين تابش تقريباً به طور کامل و منحصربهفرد با دماي حدود 7/2 کلوين در تمام جهات يافت شده است (که در مقاله‌ي بعدي مفصل راجع بهش بحث مي‌کنيم). دو ديدگاه از کيهان‌شناسي امروزي وجود دارد که آن را بيشتر از قبل جذاب مي‌کند. اول، مقدار بسيار زيادي داده وجود دارد که فقط مثالي براي افزايش سرعت اطلاعات ما از ساختار جهان است که تمام اين داده‌ها روي نقشۀ آسمان در حال توسعه هستند، بنابراين بحث بررسي اين داده‌ها موضوعي مهم است که مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است. در سال 1985 برآوردي هنري از مرکز اخترفيزيک انجام شد که شامل موقعيت‌هاي 1100 کهکشان بود. امروزه (SDSS) Sloan Digital Sky Survey موقعيت 3بعدي نيمي از ميليون‌ها کهکشان را براي ما فراهم مي‌کند. ديدگاه ديگر از کيهان‌شناسي مدرن براي فهم جهان قابل تشخيص است، اين‌گونه که ما يک چارچوب تئوري استواري ارائه مي‌دهيم که با مقدار داده‌هاي ما هم‌خواني داشته باشد، حال ما نظريه‌اي داريم که پيش‌بيني مي‌کند و اين پيش‌بيني‌ها مي‌تواند به وسيلۀ مشاهدات، تست و آزمايش شوند. مدل استاندارد و فراتر از آن، توصيف مي‌کند که کشف نسبيت عام اينشتين در قرن اخير، ما را قادر ساخته است که براي اولين بار در تاريخ نظريۀ جهان را آزمايش کنيم (منظورم همون فضازمان خميده است که در خورشيد‌گرفتگي، تونستن نشون بدن که ستاره‌هايي که از کنار خورشيد با جرم زياد مي‌گذرن، حرکت اون ستاره‌ها هم تحت تأثير جرم زياد خورشيد که موجب خميده کردن فضا مي‌شه، خميده مي‌شه!). درک اين‌که جهان در حال انبساط است و زماني بسيار داغ و چگال بود، به ما اجازه مي‌دهد که سؤالات کهنه‌ي خود را «چرا ما اين‌جا هستيم؟ چه‌طور ما به اين‌جا آمديم؟» عميق‌تر بررسي کنيم، اما ورژن‌هاي به‌روزشده‌ي اين سؤال‌ها اين‌ها هستند: «عناصر چگونه شکل گرفتند؟» «چرا جهان بسيار هموار است؟» و «کهکشان‌ها چطور از اين نقطه‌ي شروع هموار شکل گرفتند؟». اين سؤالات جواب‌هاي متعددي دارند که مي‌توانند با اطلاعات ما از فيزيک ذرات ترکيب شوند. اين جواب‌ها مانند نمايش انبساط نمودار هابل، فراواني عناصر نوري در توافق با هسته‌زايي بيگ‌بنگ، تابش جسم سياه که از اولين چند صد هزار سال مي‌آيد، يعني زمينه‌ي ميکروموج کيهاني، مي‌توانند با مشاهدات نجومي آزمايش شوند. ما درک خوبي داريم که جهان در حال انبساط است، به اين معني که ابتدا در جهان، فاصله‌ي بين ما و کهکشان‌هاي دور، نزديک‌تر از آن بود که امروزه مدل استاندارد و فراتر از آن دارد. خوب است که اين اثر را با فاکتور مقياسي معرفي کنيم که مقدار انبساط کنوني آن را توصيف مي‌کند، چرا که در زمان‌هاي اوليه، اين مقياس کوچک‌تر از امروز بود. مي‌توان از فضا تصاويري جمع کرد و با تحليل آن‌ها مشاهده کرد که جهان به صورت شبکه‌اي، منبسط مي‌شود (با زمان تغيير مي‌کنه). نقاط روي شبکه، مختصات دو نقطه را نشان مي‌دهد و فاصله را برحسب آن مي‌سنجند؛ اما فاصله‌ي فيزيکي متناسب با يک فاکتور، قياس خواهد شد که نشان مي‌دهد فاصله‌ي فيزيکي به خوبي با زمان تغيير مي‌کند و زياد مي‌شود (جريان همون بادکنکه که هرچي باد مي‌شه، فاصله‌ي دو نقطه بيشتر مي‌شه!) در کيهان‌شناسي مهم‌ترين بحثي که پيش رو است، اين است که بداند جهان به کجا مي‌رود؟ از کجا آمده و اگر قرار باشد منبسط شود تا به کِي منبسط مي‌شود؟ آيا منقبض هم مي‌شود يا تحت انفجار دوباره نابود مي‌شود؟ آيا کهکشان‌ها در هم مي‌شکنند و به صورت اجزاي اوليه‌ي کيهان درمي‌آيند؟ پله‌پله به پاسخ تمامي اين سؤالات خواهيم رسيد. با ما همراه باشيد ... نگارش: طناز محمدي اکبري ساوُش شماره يکم همراهان عزيز، آخرين خبر را بر روي بسترهاي زير دنبال کنيد: آخرين خبر در سروش http://sapp.ir/akharinkhabar آخرين خبر در ايتا https://eitaa.com/joinchat/88211456C878f9966e5 آخرين خبر در بله https://bale.ai/invite/#/join/MTIwZmMyZT آخرين خبر در گپ https://gap.im/akharinkhabar