بيگ بنگ ،انفجار بزرگ ،مهبانگ
نويسنده:فاطمه عظيم لو
آيا تاکنون نظريه اي به طور قطع درباره ي آغاز و پيدايش عالم ما به اثبات رسيده؟ پاسخ منفي است !اما از ميان مدل هاي ارائه شده در مورد ابتداي عالم مدل مهبانگ بيش از ديگران مورد پذيرش قرار گرفته است. اعتبار يک نظريه به سه عامل بستگي دارد:
اول اينکه با شواهد موجود در عالم قابل توجيه باشد، دوم اينکه از اعتبار علمي برخوردار باشد ،يعني با قوانين پذيرفته شده ي فيزيک منطبق و با محاسبات صحيح فيزيکي و رياضي اثبات شده باشد، و سوم اينکه بتواند در مورد پديده هاي مرتبط پيش بيني ارائه کند. ادوين هابل در سال 1308/1329کشف کرد که بيشتر کهکشان ها در حال دور شدن از ما هستند و هر چه دورتر باشند، با سرعت بيشتري از ما مي گريزند.
ژرژلومتر مطرح کرده بود که پديده ي دوپلر (که در آن زمان شناخته شده بود )موجب انتقال به سرخ نور کهکشان هاي دور شونده مي شود و اين نشان مي دهد که عالم در حال انبساط است.
بادکنکي را فرض کنيد که روي آن تعدادي مورچه قرار گرفته اند ،هرچه بادکنک را بيشتر باد کنيد مورچه ها ناخودآگاه از هم دور مي شوند. درعالم هم در واقع کهکشان ها از انبساط عالم سواري مي گيرند و از هم دور مي شوند . يکي از نتايج اين کشف اين است که عالم در گذشته کوچک تر بوده و در گذشته ي بسيار دور، در ابتداي تشکيل عالم، مقدار زيادي ماده و انرژي در فضاي محدودي محبوس بوده است.
در سال 1948/1327رالف آلفر و ژرژ گاموف، بر اساس رصدهاي هابل و نظريات لومتر، مدل مهبانگ را ارائه کردند. در اين مدل ،عالم در ابتدا توده ي بسيار کوچک فشرده اي با جرم بسيار زياد (جرم کل عالم )بوده است ؛به چنين توده اي تکينگي گفته مي شود .سياهچاله ها مثال خوبي از تکينگي اند . اگر جسمي به جرم زمين را در يک نخود فشرده کنيم محصول، جسمي بسيار فشرده است که قوانين معمول فيزيک براي آن صدق نمي کند.
حال تصور کنيد که کل جرم عالم در فضاي کوچکي محبوس باشد. در اين فضا ماده نمي تواند به صورتي که ما مي شناسيم وجود داشته باشد. در لحظات نخست ،تنها ميدان وانرژي در منطقه ي تکينگي وجود داشته است .در چنين شرايطي دما بي نهايت بوده است و نيروهاي گرانش و هسته اي و الکتريکي و مغناطيسي هنوز تفکيک نشده بودند. پس از مهبانگ، با افزايش شعاع و کاهش دما، انرژي به ماده تبديل مي شود. در يک هزارم ثانيه پس از مهبانگ، کوچک ترين ذرات بنيادي کوارک ها، نوترون ها و پروتون ها را مي سازند و سه دقيقه طول مي کشد تا نخستين هسته هاي عناصر سبک، يعني هيدروژن و هليوم،تشکيل شوند.
يکي ديگر از شواهدي که مدل مهبانگ را تأييد مي کند، نسبت مقدار هليوم به جرم کل ماده ي شناخته شده ي موجود در عالم است. حدود 25درصد جرم عالم هليوم است . اگر فرايند امروزي براي توليد هليوم در اجرام آسماني، به ويژه ستارگان، را در نظر بگيريم ،با توجه به سن حدود چهارده ميليارد ساله ي عالم، مقدار هليوم بايد بسيار کمتر از اين باشد.
در واقع ستارگان از ابتداي عالم تاکنون آن قدر فرصت نداشته اند که اين همه هليوم بسازند . بهترين توجيه براي اين موضوع اين است که در گذشته عالم بسيار فشرده و داغ بوده است و در آن شرايط آهنگ رخ دادن واکنش هاي هسته اي بيشتر بوده و هليوم بسياري در آن زمان توليد شده است. گاموف پي برد که اگر در گذشته مهبانگ داغ وجود داشته است بايد در آن دوران، تابش شديدي توليد شده باشد.همکاران او آلفر و هرمن، پيش بيني کردند که، با توجه به انبساط عالم و کاهش برهم کنش تابش و ماده، اين تابش بايد تا امروز هم دوام آورده و در سراسر عالم پراکنده باشد.
در سال هاي 1964/1343و 1965/1344،آرنو پنزياس و رابرت ويلسون، که با تلسکوپ راديويي در بازه ي طول موج ريزموج رصد مي کردند، توانستند چنين تابشي را آشکار کنند. اين تابش ،تابش زمينه ي کيهاني نام گرفت. ارسال ماهواره ي کوبي به فراز جو و بالن تحقيقاتي بومرنگ به لايه هاي بالاي جو، علاوه بر تاييد تابش زمينه کيهاني، نشان داد در اثر انبساط عالم دماي تابش زمينه ي کيهاني اکنون حدود 3کلوين (270-درجه ي سانتي گراد )است.
کشف تابش زمينه ي کيهاني تاييد ديگري بر مدل مهبانگ بود اما هنوز هم درباره ي اين مدل پرسش هاي بسياري مطرح است . اين مدل نمي تواند فيزيک عالم را قبل از 10ثانيه ي آغاز عالم (زمان پلانک )توجيه کند. در نظر داشته باشيد که اين عدد چقدر کوچک است اما همين زمان ناچيز در مدل هاي کيهان شناسي اهميت بسياري دارد.
جالب اينجاست که اگر شعاع امروزي عالم را، که با در نظر گرفتن آهنگ انبساط عالم به دست آورده ايم، تا زمان (45-)10ثانيه به عقب برگردانيم (يعني با داشتن روند انبساط عالم شعاع عالم را در زمان پلانک محاسبه کنيم )نتيجه ي عجيبي به دست مي آيد. اگر فرض کنيم عالم از زمان صفر با سرعت نور منبسط شده باشد، شعاع به دست آمده براي عالم در(45-) 10ثانيه،(50) 10برابر کوچک تر از شعاعي است که اگر روند انبساط عالم را به عقب برگردانيم، به دست مي آيد! يعني در زمان پلانک اجزاي تشکيل دهنده ي عالم(50) 10برابر دورتر بوده اند. بنابراين اجزاي عالم نمي توانستند در آن زمان با هم ارتباطي داشته باشند يا برروي هم تاثير بگذارند، و پس از انبساط هم اجزا هر کدام بايد شکل و شمايل متفاوتي داشته باشند. اما مشاهده مي کنيم که ماده در عالم به صورت يکنواخت توزيع شده است. چگونه در اجزايي که با هم ارتباطي نداشته اند ماده توانسته است کاملا يکسان توزيع شود؟ دانشمندان براي تصحيح اين مشکل، مدل تورمي را به مدل مهبانگ افزودند. در مدل تورمي از(45-)10تا(35-)10ثانيه ي آغازعالم، انبساط با سرعتي بيش از سرعت نور صورت گرفته است.
هرچند مدل تورمي برخي از مشکلات مدل مهبانگ را رفع مي کند، بسياري پرسش هاي جديد هم مطرح مي کند. اينکه شواهد متعددي مهبانگ را تاييد مي کنند يا اينکه هنوز مسائل حل نشده ي بسياري در مورد مهبانگ وجود دارد، دليل بر تاييد يا رد صد درصد آن نيست. دانشمندان تلاش مي کنند با ساختن مدل هاي رياضي و فيزيکي، که با شواهد امروزي منطبق باشند، مدل مهبانگ را تصحيح و تکميل کنند.
منبع:نجوم،شماره 186.
اول اينکه با شواهد موجود در عالم قابل توجيه باشد، دوم اينکه از اعتبار علمي برخوردار باشد ،يعني با قوانين پذيرفته شده ي فيزيک منطبق و با محاسبات صحيح فيزيکي و رياضي اثبات شده باشد، و سوم اينکه بتواند در مورد پديده هاي مرتبط پيش بيني ارائه کند. ادوين هابل در سال 1308/1329کشف کرد که بيشتر کهکشان ها در حال دور شدن از ما هستند و هر چه دورتر باشند، با سرعت بيشتري از ما مي گريزند.
ژرژلومتر مطرح کرده بود که پديده ي دوپلر (که در آن زمان شناخته شده بود )موجب انتقال به سرخ نور کهکشان هاي دور شونده مي شود و اين نشان مي دهد که عالم در حال انبساط است.
بادکنکي را فرض کنيد که روي آن تعدادي مورچه قرار گرفته اند ،هرچه بادکنک را بيشتر باد کنيد مورچه ها ناخودآگاه از هم دور مي شوند. درعالم هم در واقع کهکشان ها از انبساط عالم سواري مي گيرند و از هم دور مي شوند . يکي از نتايج اين کشف اين است که عالم در گذشته کوچک تر بوده و در گذشته ي بسيار دور، در ابتداي تشکيل عالم، مقدار زيادي ماده و انرژي در فضاي محدودي محبوس بوده است.
در سال 1948/1327رالف آلفر و ژرژ گاموف، بر اساس رصدهاي هابل و نظريات لومتر، مدل مهبانگ را ارائه کردند. در اين مدل ،عالم در ابتدا توده ي بسيار کوچک فشرده اي با جرم بسيار زياد (جرم کل عالم )بوده است ؛به چنين توده اي تکينگي گفته مي شود .سياهچاله ها مثال خوبي از تکينگي اند . اگر جسمي به جرم زمين را در يک نخود فشرده کنيم محصول، جسمي بسيار فشرده است که قوانين معمول فيزيک براي آن صدق نمي کند.
حال تصور کنيد که کل جرم عالم در فضاي کوچکي محبوس باشد. در اين فضا ماده نمي تواند به صورتي که ما مي شناسيم وجود داشته باشد. در لحظات نخست ،تنها ميدان وانرژي در منطقه ي تکينگي وجود داشته است .در چنين شرايطي دما بي نهايت بوده است و نيروهاي گرانش و هسته اي و الکتريکي و مغناطيسي هنوز تفکيک نشده بودند. پس از مهبانگ، با افزايش شعاع و کاهش دما، انرژي به ماده تبديل مي شود. در يک هزارم ثانيه پس از مهبانگ، کوچک ترين ذرات بنيادي کوارک ها، نوترون ها و پروتون ها را مي سازند و سه دقيقه طول مي کشد تا نخستين هسته هاي عناصر سبک، يعني هيدروژن و هليوم،تشکيل شوند.
يکي ديگر از شواهدي که مدل مهبانگ را تأييد مي کند، نسبت مقدار هليوم به جرم کل ماده ي شناخته شده ي موجود در عالم است. حدود 25درصد جرم عالم هليوم است . اگر فرايند امروزي براي توليد هليوم در اجرام آسماني، به ويژه ستارگان، را در نظر بگيريم ،با توجه به سن حدود چهارده ميليارد ساله ي عالم، مقدار هليوم بايد بسيار کمتر از اين باشد.
در واقع ستارگان از ابتداي عالم تاکنون آن قدر فرصت نداشته اند که اين همه هليوم بسازند . بهترين توجيه براي اين موضوع اين است که در گذشته عالم بسيار فشرده و داغ بوده است و در آن شرايط آهنگ رخ دادن واکنش هاي هسته اي بيشتر بوده و هليوم بسياري در آن زمان توليد شده است. گاموف پي برد که اگر در گذشته مهبانگ داغ وجود داشته است بايد در آن دوران، تابش شديدي توليد شده باشد.همکاران او آلفر و هرمن، پيش بيني کردند که، با توجه به انبساط عالم و کاهش برهم کنش تابش و ماده، اين تابش بايد تا امروز هم دوام آورده و در سراسر عالم پراکنده باشد.
در سال هاي 1964/1343و 1965/1344،آرنو پنزياس و رابرت ويلسون، که با تلسکوپ راديويي در بازه ي طول موج ريزموج رصد مي کردند، توانستند چنين تابشي را آشکار کنند. اين تابش ،تابش زمينه ي کيهاني نام گرفت. ارسال ماهواره ي کوبي به فراز جو و بالن تحقيقاتي بومرنگ به لايه هاي بالاي جو، علاوه بر تاييد تابش زمينه کيهاني، نشان داد در اثر انبساط عالم دماي تابش زمينه ي کيهاني اکنون حدود 3کلوين (270-درجه ي سانتي گراد )است.
کشف تابش زمينه ي کيهاني تاييد ديگري بر مدل مهبانگ بود اما هنوز هم درباره ي اين مدل پرسش هاي بسياري مطرح است . اين مدل نمي تواند فيزيک عالم را قبل از 10ثانيه ي آغاز عالم (زمان پلانک )توجيه کند. در نظر داشته باشيد که اين عدد چقدر کوچک است اما همين زمان ناچيز در مدل هاي کيهان شناسي اهميت بسياري دارد.
جالب اينجاست که اگر شعاع امروزي عالم را، که با در نظر گرفتن آهنگ انبساط عالم به دست آورده ايم، تا زمان (45-)10ثانيه به عقب برگردانيم (يعني با داشتن روند انبساط عالم شعاع عالم را در زمان پلانک محاسبه کنيم )نتيجه ي عجيبي به دست مي آيد. اگر فرض کنيم عالم از زمان صفر با سرعت نور منبسط شده باشد، شعاع به دست آمده براي عالم در(45-) 10ثانيه،(50) 10برابر کوچک تر از شعاعي است که اگر روند انبساط عالم را به عقب برگردانيم، به دست مي آيد! يعني در زمان پلانک اجزاي تشکيل دهنده ي عالم(50) 10برابر دورتر بوده اند. بنابراين اجزاي عالم نمي توانستند در آن زمان با هم ارتباطي داشته باشند يا برروي هم تاثير بگذارند، و پس از انبساط هم اجزا هر کدام بايد شکل و شمايل متفاوتي داشته باشند. اما مشاهده مي کنيم که ماده در عالم به صورت يکنواخت توزيع شده است. چگونه در اجزايي که با هم ارتباطي نداشته اند ماده توانسته است کاملا يکسان توزيع شود؟ دانشمندان براي تصحيح اين مشکل، مدل تورمي را به مدل مهبانگ افزودند. در مدل تورمي از(45-)10تا(35-)10ثانيه ي آغازعالم، انبساط با سرعتي بيش از سرعت نور صورت گرفته است.
هرچند مدل تورمي برخي از مشکلات مدل مهبانگ را رفع مي کند، بسياري پرسش هاي جديد هم مطرح مي کند. اينکه شواهد متعددي مهبانگ را تاييد مي کنند يا اينکه هنوز مسائل حل نشده ي بسياري در مورد مهبانگ وجود دارد، دليل بر تاييد يا رد صد درصد آن نيست. دانشمندان تلاش مي کنند با ساختن مدل هاي رياضي و فيزيکي، که با شواهد امروزي منطبق باشند، مدل مهبانگ را تصحيح و تکميل کنند.
منبع:نجوم،شماره 186.
