انبساط جهان

فرضیه انیشتین (مدل فضا – زمان) معایبی هم داشت. او هم مانند فرضیات علمی قرن نوزدهم، ابتدا معتقد بود که جهان در شرایطی ثابت، ازلی و غیرقابل تغییر قرار دارد. البته پیش از او ارسطو نیز معتقد بود که عالم از لحاظ مکانی محدود است اما از لحاظ زمانی آغاز و انجامی ندارد.
 
در مقابل و به رغم همهی مخالفت ها، چیزی نگذشت که نحوه ی نگرشی پویا از عالم هستی تثبیت شد. جالب اینکه مبدع این نظریه الهی دانی بود که اغلب او را از قلم می انداختند (شاید به دلیل اینکه مشکوک بود). اختر فیزیکدان دانشگاه لوین، جورج لمیتر (۱۹۷۶-۱۸۹۴)، شاگرد و همکار ادینگتون و انیشتین، کسی که در سال ۱۹۲۷ در چهارچوب نظریه نسبیت عام، مدل جهان در حال انبساط را توسعه داد و نخستین کسی بود که فرضیهی «نخستین اتم» یا «انفجار بزرگ» را (که ابتدا یک نام مستعار بود) ارائه کرد.
 
ادوین هابل (۱۹۵۳-۱۸۸۹) فیزیکدان آمریکایی که چند دهه بعد تلسکوپ معروف هابل را به نامش کردند، سال ۱۹۲۳ و اوایل ۱۹۲۴ در پاسادنا توانست فاصله ی کهکشان آندرومدا از زمین را به وسیله ی ستاره های قابل دسته بندی حاشیه ی فضا محاسبه کند و برای اولین بار وجود اجرام آسمانی خارج از کهکشان راه شیری را به اثبات برساند. بدین ترتیب او بنیانگذار ستاره شناسی برون کهکشانی شد. وی در ۱۹۲۹، از طریق انتقال سرخ در خط طیف های کهکشان راه شیری (اثر هابل) به این نتیجه رسید که جهان هنوز در حال گسترش است. این بدین معناست که نظام های بزرگ کهکشانی به طرز پیچیده ای در فضا معلق اند، در حالی که به نحو تصاعدی در تمامی جهات با سرعت فوق العاده زیادی در حال گسترش هستند (درست مانند بادکنکی که در شیشه ای پر از هلیوم قرار داشته باشد).
 
به این ترتیب، در جهانی که سراسر تاریکی است، ستارگان در اعماق ظاهر بی کران فضا به نحو برابر توزیع نشده اند. آنها دائما تغییر و توسعه پیدا می کنند. کهکشانهایی که بیرون از کهکشان راه شیری قرار دارند با سرعتی متناسب با فاصله ای که از ما دارند، در حال دور شدن هستند. این اتفاق از چه زمانی تاکنون در حال وقوع است؟ این اتفاق نمی تواند محدوده ی بی نهایتی از زمان را به خود اختصاص دهد (ازلی باشد). «انفجار بزرگ» نقطه ی آغازی است که برای این فرآیند در نظر گرفته می شود و به نظر می رسد که این نظریه امروزه توسط فیزیک و ریاضیات به اثبات رسیده است. وقتی که هابل و انیشتین در مونت ویلسون با یکدیگر دیدار کردند، انیشتین کیهان شناسی ایستای خود را رها کرد و مدل جهان در حال گسترش را پذیرفت. اما انیشتین نظریهی کوانتوم را که در آن زمان در حال انتشار بود، قبول نکرد. ماده فشرده در سیاره ها که هم اکنون علاوه بر آن شامل کربن، اکسیژن، نیتروژن و سایر عناصر سنگین است کاملا برای زندگی در زمین لازمند. این دومین نسل ستاره ها و سیاره ها بود که در واقع مبنای گسترش حیات و آگاهی قرار گرفت.در حالی که آن نظریه بارها و بارها به صورت تجربی به اثبات رسیده بود. بنابراین به رغم شهرت جهان گیرش، روز به روز به یک پژوهشگر منزوی تبدیل شد.
 

انفجار بزرگ و پیامدهای آن

بر اساس این اکتشافات و محاسبات مبنایی که به صورت مختصر شرح دادم، امروزه اختر فیزیکدانان می توانند شرحی دقیق از چگونگی آغاز جهان از منظر علم ارائه دهند. دستاوردهای دانشمندان علوم طبیعی در این زمینه بیشتر از آن است که بتوان از مدل استانداردی سخن گفت که در مقابل مدل های رقیب پیروز شده باشد. اینجا مختصری از آنها را بیان می کنیم.
 
در آغاز تمام انرژی و ماده در یک ذرهی بنیادین بی نهایت کوچک و گوی شکل آتشین و داغ فشرده شده بود به نحوی که در کوچکترین ابعاد و بیشترین میزان چگالی و دما قرار داشت. این گوی آتشین، آمیزه ای از تشعشعات رادیواکتیو و مادهی متراکم و پرحرارت بود که هیچ کهکشان و ستاره ای نمی توانست درون آن جا داشته باشد. از زمان انفجار نخستین بمب اتم، به آسانی می توان فهمید که چگونه 13.7 میلیارد سال پیش این چیزی است که آخرین محاسبات اختر فیزیکدانان نشان میدهد) آفرینش عالم با یک انفجار بزرگ کیهانی، یک «مهبانگ» آغاز شد. پدیده ی حاصل از این انفجار به سرعت منبسط و سردتر شد، اما پس از صدمین ثانیه هنوز دمای صد میلیارد  درجه و چگالی حدود ۴ میلیارد بار  نسبت به چگالی آب داشت. این امر باعث شد که انبساط در تمامی جهات به همان طریق (به نحو تکروندی: isotropically) ادامه یابد.
 
احتمالا در همان ثانیه های نخست ذرات بنیادین مانند پروتونها و نوترونها و ضد ذراتشان به علاوهی ذرات بنیادین نور مانند الکترونها و پوزیترونها از فتونهای سرشار از انرژی شکل گرفته اند. بعد از دو دقیقه هسته هلیوم در یک فرآیند ذوب از پروتونها و نوترونها شکل گرفت و صدها هزار سال بعد اتم های خنثای هیدروژن و هلیوم با پیوستگی الکترونها شکل گرفتند. بعد از حدود ۲۰ میلیون سال با کاهش فشار انرژی کوانتوم های تابش و سردتر شدن - گاز توانست با متراکم شدن از طریق نیروی جاذبه به تودهای ماده و سرانجام به کهکشان ها تبدیل شود. احتمالا ۱۰۰ میلیارد کهکشان که در هر کهکشان معمولا بیش از ۱۰ میلیارد ستاره وجود دارد.
 
هنوز تعریف دقیقی از چگونگی تمرکز مواد و تبدیل شدنشان به کهکشان وجود ندارد. اگر بخواهیم بهترین تعریفی را که تاکنون بیان شده است به سادگی شرح دهیم باید بگوییم: زمانی که ابرهای گاز در اثر تحمل وزن خود متلاشی شدند، جاذبه ابرهایی همچگال با ستارگان تشکیل داد. بدین ترتیب واکنش های هسته ای رخ داد که در آن واکنش ها به علاوه هیدروژن و هلیوم، عناصر سنگینی مثل کربن، اکسیژن، و نیتروژن تولید شد. تعدادی از این ستارگان که از نظر زمانی ناپایدار بودند از هم پاشیدند و به نحو غیرقابل تصوری به توده هایی از مواد خام تبدیل شدند. این مواد به فضای خالی میان ستارگان پرتاب شدند. جایی که آنها دوباره ابرهای گازی حجیمی را تشکیل دادند هرچند آن زمان با ستارگان هم چگال بودند.
 
با این نسل دوم ستارگان که اکنون شامل عناصر سنگینی مانند هیدروژن و هلیوم شده بود، خورشید به قطر صد هزار سال نوری (یک میلیارد متر) در یکی از شاخه های بیرونی کهکشان راه شیری به وجود آمد. این فرآیند پس از ۹ میلیارد سال انجام گرفت.
 
این ماده فشرده در سیاره ها که هم اکنون علاوه بر آن شامل کربن، اکسیژن، نیتروژن و سایر عناصر سنگین است کاملا برای زندگی در زمین لازمند. این دومین نسل ستاره ها و سیاره ها بود که در واقع مبنای گسترش حیات و آگاهی قرار گرفت.

طی میلیاردها سال، پرتوها سردتر شدند به نحوی که امروزه به یک «تابش زمینه کیهانی» ضعیف تبدیل شده اند و دمای آن نزدیک به صفر مطلق (273.15 - درجه سانتی گراد) است. در ۱۹۶۴ مهندس آمریکایی آرنو پنزیاس و ربرت ویلسون (برنده جایزه نوبل فیزیک در ۱۹۷۸) از طریق اندازه گیری سطح نویز به وسیله ی رادیو تلسکوپ، متوجه شدند که تابش زمینه ی کیهانی که در واحدهای دسیمتر و سانتی متر و در تمام جهات آشکارسازی کرده اند، باقیمانده ای از تشعشعات بسیار داغ ناشی از انفجار بزرگ است که انبساط کیهان باعث شد روز به روز از دمای تابش زمینه کاسته شود. اکتشاف و اندازه گیری این محدوده از تشعشعات موجب شد انفجار بزرگ به عنوان یک مدل استاندارد شناخته شود.
 
پس از گذشت ۱۳٫۷ میلیارد سال انسان پا به صحنه ی وجود گذاشت و مهم ترین مواد تشکیل دهنده اش کربن و اکسیژن بود. ابتدایی ترین مواد خام لازم برای حیات که در اولین دوره ی ایجاد ستارگان تکوین یافته بودند. همان گونه که نوالیس شاعر در یکی از اشعارش به آن اشاره کرده است: «ما غبار ستارگان دوردست هستیم.»
 
منبع: علم و دین، هانس کوک، ترجمه رضا یعقوبی، چاپ اول، نشر تمدن علمی، تهران 1395