نوري از نخستين روز عالم
نوري از نخستين روز عالم
نوري از نخستين روز عالم
نويسنده:رضا منصوري
از پديده هاي بسيار مهم کيهان شناسي، و مهم ترين بازمانده ي مهبانگ، که اطلاعات فراواني درباره ي تاريخچه ي کيهان به ما مي دهد، تابش زمينه ي کيهاني است:مجموعه ي فوتون هاي بازمانده از انفجار مهبانگ که به طور همگن و همسانگرد، تمام عالم را پُر کرده است.
براي روشن کردن اين پديده با يک سوال شروع مي کنم.هنگامي که در روز از بيرون به داخل اتاقي نگاه مي کنيد، به ويژه از فاصله، تاريک به نظر مي رسد، در صورتي که اگر در اتاق باشيد روشنايي کافي داريد و بيرون را هم مي بينيد.چرا؟ علت اين است که نور خورشيد که به داخل مي تابد قبل از خروج از اتاق، به دفعات منعکس مي شود و هرچه پنجره ها کوچک تر، دفعات بازتاب بيشتر و در نتيجه احتمال خروج نور از اتاق کمتر است.اين است که نور کمي از اتاق خارج مي شود و ناظر بيروني به سختي مي تواند داخل اتاق را ببيند.اين را پديده ي جسم سياه مي نامند.درحالت ايده آل، اتاق را کروي و پنجره را روزنه اي کوچک روي کُره در نظر بگيريد.نوري که روزنه به داخل تابيده مي شود به دفعات زياد در داخل کره بازتابيده مي شود و احتمال خروج آن نزديک به صفر است.پس داخل کره از بيرون ديده نمي شود، يعني تاريک است، در صورتي که در داخل نور هست و ناظر داخلي آن را روشن مي بيند.مفهوم جسم سياه در فيزيک از همين جا مي آيد.در فيزيک اين وجه تسميه تعميم داده شده است و هر نوع تابشي، مانند تابش يک تکه آهن داغ يا يک ستاره، که از قانوني تبعيت کند شبيه به تابش داخل کره ي تاريک که بالا مثال زدم، به آن تابش جسم سياه مي گويند.
تابش جسم سياه مشخصه اي دارد که به آن مي توان دمايي نسبت داد.اين مشخصه ي تابش جسم سياه ناشي از رابطه اي است که ميان شدت تابش آن با طول موج آن وجود دارد و باعث مي شود که بتوان به اين رابطه دمايي نسبت داد، که به آن دماي جسم سياه مي گويند.اشياي دوروبر ما نيز تابشي دارند که به تقريب شبيه به تابش جسم سياه است.مثلاً در اتاقي که دماي 21 درجه دارد ديوارها تابش جسم سياه معادل 21 درجه از خود نشان مي دهند.سطح خورشيد تابش جسم سياه 6000 درجه دارد.آهني که در کوه قرار مي گيرد، در فرايند گرم شدن ابتدا قرمز مي شود سپس قهوه اي و سفيد.يعني که با افزايش دما طول موج تابش آن کم مي شود، يا بسامد طيف الکترومغناطيسي گسيل شده از آن تکه آهن افزايش مي يابد.بدن انسان دماي حدود 33 درجه سانتي گراد دارد که اگر دماي محيط مثلاً 20 درجه باشد آنگاه لباس دماي بدن انسان را حدود 28 درجه نگاه مي دارد.اين يعني که تابش بدن انسان طول موجي حدود 9500 نانومتر دارد، يعني بدن انسان در ناحيه ي فروسرخ تابش مي کند!
نخستين اختلال ها در توضيع همگن ماده را در تابش زمينه ي کيهاني مي بينيم.اين اختلال ها هسته ي جوانه زني ساختارهايي مانند خوشه ها، کهکشان ها، و ستاره ها هستند.مدل هاي نظري به ما نشان مي دهند چگونه اين اختلال ها، اين افت و خيزها در چگالي ماده که در تابش زمينه ي کيهاني ديده مي شود، رشد کرده اند و ساختار ها از آن به وجود آمده اند.تابش زمينه ي کيهاني، اين بازمانده ي انفجار اوليه که حدوداً سيصد هزار سال پس از مهبانگ، پس از آفرينش عالم، به وجود آمده، اطلاعات ارزشمندي از اوايل عالم به ما مي دهد.کيهان شناسان منتظرند داده هاي ماهواره ي پلانک برسد تا اين که فسيل کيهاني را بهتر و بهتر بشناسند و از طريق آن عالم و ديناميک تحولات آن را بهتر بشناسند.
انبساط عالم که يادتان هست!زماني که عالم بسيار فشرده بود و ماده و فوتون ها (تابش)در حال برهم کنش دائم بودند، و دماي عالم دماي مشترک ماده و فوتون ها بود.در نتيجه ي انبساط، زماني فرا رسيد که ديگر بر هم کنش ماده با فوتون ها، به علت سرد شدن عالم ناشي از انبساط، قطع شد.از آن پس فوتون و ماده سرنوشت جداگانه اي داشته اند.ماده سرد و کلوخه اي شد و کهکشان ها و ستارگان وسيارات از آن به وجود آمد.فوتون ها به صورت يک گاز فوتوني، که دماي آن بر اثر انبساط کم مي شود، باقي ماند و به صورت همگن و همسانگرد در تمام عالم باقي ماند.دماي رو به کاهش اين فوتون هاست که دماي عالم را تعيين مي کند.گويي انبساط عالم باعث کشيده شدن فوتون ها، يعني افزايش طول موج و کاهش بسامد آن ها، مي شود، همان گونه که رفتار معکوس آن را به هنگام گذاشتن آهن درکوره ديديم؛ افزايش دما همراه با کاهش طول موج و افزايش بسامد.
گاموف، فيزيک دان روس، که زماني از شوروي از طريق ايران به آمريکا فرار کرد، در سال 1327 با همکارانش به اين نکته توجه کردند.آن ها از طريق محاسبات ذرّه زايي در عالم اوليه حساب کردند که امروزه بايد دماي تابش زمينه حدود 25 درجه ي کلوين، يعني 25 درجه ي بالاي صفر مطلق باشد.در ان زمان کسي اين کار نظري را خيلي جدّ ي نگرفت، و کسي هم به فکر کشف اين تابش نيفتاد.در سال 1343، ديکي، فيزيک دان مشهور از دانشگاه پرينستون، با همکارانش اين مسئله را دوباره بررسي کردند و به دمايي کمتر از دمايي که گاموف محاسبه کرده بود رسيدند.در همان سال در آزمايشگاه بِل، که از پرينستون دور نيست، دو نفر به نام پنزياس و ويلسون با يک آنتن بزرگ شيپوري شکل مشغول تحقيق روي امواجي بودند که از ماهواره ها دريافت مي شد که ناگهان امواجي کشف کردند که مانند وزوز يا همهمه اي مزاحم امواج ماهواره بود، اين نوع همهمه را به اصطلاح نوفه مي گويند.اين امواج از جهت خاصي نمي آمد بلکه همسانگرد بود، يعني آنتن را به هر جهت مي چرخاندند حذف نمي شد.اندازه گيري هاي دقيق نشان داد که با امواجي که روي طول موج 7 سانتي متر سرو کار دارند.بسيار شگفت زده شدند و به سراغ ديکي رفتند که علت آن را جويا شوند.ديکي و همکارانش بلافاصله متوجه شدند که اين بايد همان تابشي باشد که آن ها محاسبه کرده اند، يعني تابش زمينه ي کيهاني، به طول موج آن را پنزياس و ويلسون 7 سانتي متر به دست آورده بودند که هم ارز است با 3/5 درجه ي کلوين.
تابش زمينه ي کيهاني، پس از کشف پنزياس و ويلسون، براي تاييد کامل به دفعات اندازه گيري شده است.ماهواره ي کوبي در اواسط دهه ي هفتاد و سپس ماهواره ي WMAP يا کاوشگر همسان گرد ريزموج ويلکينسون (Wilkinson Microwave Anistropy probe)، که آن هم مأموريتي از سوي سازمان فضايي ناساست، تاکنون اطلاعات ذي قيمتي از تابش زمينه ي کيهاني و ساختار مادي عالم به دست ما داده اند.ماهواره ي WMAP هم اکنون هم داده ارسال مي کند و همگان منتظر دريافت و تحليل داده هاي ماهواره ي پلانک هستند که نسل بعدي اين گونه تجهيزات در فضا براي شناخت عالم از طريق تابش زمينه ي کيهاني است (درباره ي پلانگ، نجوم شماره ي 187، صفحه ي 14 را بخوانيد).اطلاعات کوبي هر گونه شک را از وجود تابش زمينه ي کيهاني و نيز نظريه ي مهبانگ، که همان پذيرش انفجاربزرگ اوليه است، برطرف کرد.کاوشکر WMAP نخستين نقشه ي تابش زمينه ي کيهاني با دقت تفکيک 0/2 درجه ي قوس از تمام تابش ريزموج عالم را به دست داد.در نتيجه ي آن مي دانيم که سن عالم 13/73 ميليارد سال است، عالم با دقت زياد تخت است و نيز اين که ماده ي باريوني (معمولي)فقط 4/6 درصد از ماده ي موجود در عالم را تشکيل مي دهد و 23/3 درصد بقيه ماده ي تاريک و 72/1 درصد آن انرژي تاريک است.
منبع:نجوم شماره202
براي روشن کردن اين پديده با يک سوال شروع مي کنم.هنگامي که در روز از بيرون به داخل اتاقي نگاه مي کنيد، به ويژه از فاصله، تاريک به نظر مي رسد، در صورتي که اگر در اتاق باشيد روشنايي کافي داريد و بيرون را هم مي بينيد.چرا؟ علت اين است که نور خورشيد که به داخل مي تابد قبل از خروج از اتاق، به دفعات منعکس مي شود و هرچه پنجره ها کوچک تر، دفعات بازتاب بيشتر و در نتيجه احتمال خروج نور از اتاق کمتر است.اين است که نور کمي از اتاق خارج مي شود و ناظر بيروني به سختي مي تواند داخل اتاق را ببيند.اين را پديده ي جسم سياه مي نامند.درحالت ايده آل، اتاق را کروي و پنجره را روزنه اي کوچک روي کُره در نظر بگيريد.نوري که روزنه به داخل تابيده مي شود به دفعات زياد در داخل کره بازتابيده مي شود و احتمال خروج آن نزديک به صفر است.پس داخل کره از بيرون ديده نمي شود، يعني تاريک است، در صورتي که در داخل نور هست و ناظر داخلي آن را روشن مي بيند.مفهوم جسم سياه در فيزيک از همين جا مي آيد.در فيزيک اين وجه تسميه تعميم داده شده است و هر نوع تابشي، مانند تابش يک تکه آهن داغ يا يک ستاره، که از قانوني تبعيت کند شبيه به تابش داخل کره ي تاريک که بالا مثال زدم، به آن تابش جسم سياه مي گويند.
تابش جسم سياه مشخصه اي دارد که به آن مي توان دمايي نسبت داد.اين مشخصه ي تابش جسم سياه ناشي از رابطه اي است که ميان شدت تابش آن با طول موج آن وجود دارد و باعث مي شود که بتوان به اين رابطه دمايي نسبت داد، که به آن دماي جسم سياه مي گويند.اشياي دوروبر ما نيز تابشي دارند که به تقريب شبيه به تابش جسم سياه است.مثلاً در اتاقي که دماي 21 درجه دارد ديوارها تابش جسم سياه معادل 21 درجه از خود نشان مي دهند.سطح خورشيد تابش جسم سياه 6000 درجه دارد.آهني که در کوه قرار مي گيرد، در فرايند گرم شدن ابتدا قرمز مي شود سپس قهوه اي و سفيد.يعني که با افزايش دما طول موج تابش آن کم مي شود، يا بسامد طيف الکترومغناطيسي گسيل شده از آن تکه آهن افزايش مي يابد.بدن انسان دماي حدود 33 درجه سانتي گراد دارد که اگر دماي محيط مثلاً 20 درجه باشد آنگاه لباس دماي بدن انسان را حدود 28 درجه نگاه مي دارد.اين يعني که تابش بدن انسان طول موجي حدود 9500 نانومتر دارد، يعني بدن انسان در ناحيه ي فروسرخ تابش مي کند!
نخستين اختلال ها در توضيع همگن ماده را در تابش زمينه ي کيهاني مي بينيم.اين اختلال ها هسته ي جوانه زني ساختارهايي مانند خوشه ها، کهکشان ها، و ستاره ها هستند.مدل هاي نظري به ما نشان مي دهند چگونه اين اختلال ها، اين افت و خيزها در چگالي ماده که در تابش زمينه ي کيهاني ديده مي شود، رشد کرده اند و ساختار ها از آن به وجود آمده اند.تابش زمينه ي کيهاني، اين بازمانده ي انفجار اوليه که حدوداً سيصد هزار سال پس از مهبانگ، پس از آفرينش عالم، به وجود آمده، اطلاعات ارزشمندي از اوايل عالم به ما مي دهد.کيهان شناسان منتظرند داده هاي ماهواره ي پلانک برسد تا اين که فسيل کيهاني را بهتر و بهتر بشناسند و از طريق آن عالم و ديناميک تحولات آن را بهتر بشناسند.
انبساط عالم که يادتان هست!زماني که عالم بسيار فشرده بود و ماده و فوتون ها (تابش)در حال برهم کنش دائم بودند، و دماي عالم دماي مشترک ماده و فوتون ها بود.در نتيجه ي انبساط، زماني فرا رسيد که ديگر بر هم کنش ماده با فوتون ها، به علت سرد شدن عالم ناشي از انبساط، قطع شد.از آن پس فوتون و ماده سرنوشت جداگانه اي داشته اند.ماده سرد و کلوخه اي شد و کهکشان ها و ستارگان وسيارات از آن به وجود آمد.فوتون ها به صورت يک گاز فوتوني، که دماي آن بر اثر انبساط کم مي شود، باقي ماند و به صورت همگن و همسانگرد در تمام عالم باقي ماند.دماي رو به کاهش اين فوتون هاست که دماي عالم را تعيين مي کند.گويي انبساط عالم باعث کشيده شدن فوتون ها، يعني افزايش طول موج و کاهش بسامد آن ها، مي شود، همان گونه که رفتار معکوس آن را به هنگام گذاشتن آهن درکوره ديديم؛ افزايش دما همراه با کاهش طول موج و افزايش بسامد.
گاموف، فيزيک دان روس، که زماني از شوروي از طريق ايران به آمريکا فرار کرد، در سال 1327 با همکارانش به اين نکته توجه کردند.آن ها از طريق محاسبات ذرّه زايي در عالم اوليه حساب کردند که امروزه بايد دماي تابش زمينه حدود 25 درجه ي کلوين، يعني 25 درجه ي بالاي صفر مطلق باشد.در ان زمان کسي اين کار نظري را خيلي جدّ ي نگرفت، و کسي هم به فکر کشف اين تابش نيفتاد.در سال 1343، ديکي، فيزيک دان مشهور از دانشگاه پرينستون، با همکارانش اين مسئله را دوباره بررسي کردند و به دمايي کمتر از دمايي که گاموف محاسبه کرده بود رسيدند.در همان سال در آزمايشگاه بِل، که از پرينستون دور نيست، دو نفر به نام پنزياس و ويلسون با يک آنتن بزرگ شيپوري شکل مشغول تحقيق روي امواجي بودند که از ماهواره ها دريافت مي شد که ناگهان امواجي کشف کردند که مانند وزوز يا همهمه اي مزاحم امواج ماهواره بود، اين نوع همهمه را به اصطلاح نوفه مي گويند.اين امواج از جهت خاصي نمي آمد بلکه همسانگرد بود، يعني آنتن را به هر جهت مي چرخاندند حذف نمي شد.اندازه گيري هاي دقيق نشان داد که با امواجي که روي طول موج 7 سانتي متر سرو کار دارند.بسيار شگفت زده شدند و به سراغ ديکي رفتند که علت آن را جويا شوند.ديکي و همکارانش بلافاصله متوجه شدند که اين بايد همان تابشي باشد که آن ها محاسبه کرده اند، يعني تابش زمينه ي کيهاني، به طول موج آن را پنزياس و ويلسون 7 سانتي متر به دست آورده بودند که هم ارز است با 3/5 درجه ي کلوين.
تابش زمينه ي کيهاني، پس از کشف پنزياس و ويلسون، براي تاييد کامل به دفعات اندازه گيري شده است.ماهواره ي کوبي در اواسط دهه ي هفتاد و سپس ماهواره ي WMAP يا کاوشگر همسان گرد ريزموج ويلکينسون (Wilkinson Microwave Anistropy probe)، که آن هم مأموريتي از سوي سازمان فضايي ناساست، تاکنون اطلاعات ذي قيمتي از تابش زمينه ي کيهاني و ساختار مادي عالم به دست ما داده اند.ماهواره ي WMAP هم اکنون هم داده ارسال مي کند و همگان منتظر دريافت و تحليل داده هاي ماهواره ي پلانک هستند که نسل بعدي اين گونه تجهيزات در فضا براي شناخت عالم از طريق تابش زمينه ي کيهاني است (درباره ي پلانگ، نجوم شماره ي 187، صفحه ي 14 را بخوانيد).اطلاعات کوبي هر گونه شک را از وجود تابش زمينه ي کيهاني و نيز نظريه ي مهبانگ، که همان پذيرش انفجاربزرگ اوليه است، برطرف کرد.کاوشکر WMAP نخستين نقشه ي تابش زمينه ي کيهاني با دقت تفکيک 0/2 درجه ي قوس از تمام تابش ريزموج عالم را به دست داد.در نتيجه ي آن مي دانيم که سن عالم 13/73 ميليارد سال است، عالم با دقت زياد تخت است و نيز اين که ماده ي باريوني (معمولي)فقط 4/6 درصد از ماده ي موجود در عالم را تشکيل مي دهد و 23/3 درصد بقيه ماده ي تاريک و 72/1 درصد آن انرژي تاريک است.
منبع:نجوم شماره202
مقالات مرتبط
تازه های مقالات
ارسال نظر
در ارسال نظر شما خطایی رخ داده است
کاربر گرامی، ضمن تشکر از شما نظر شما با موفقیت ثبت گردید. و پس از تائید در فهرست نظرات نمایش داده می شود
نام :
ایمیل :
نظرات کاربران
{{Fullname}} {{Creationdate}}
{{Body}}