مشاهدهٔ شماره ۹۷
مقدمه
مهِ‌بانگ یا انفجار بزرگ (Big Bang)، فرضیه‌ای برای آغاز پیدایش جهان پیرامون ماست. براساس این فرضیه، جهان از انفجار یک نقطه‌ي رياضياتي و يک تکينگي فيزيکي بوجود آمده است (در فيزيک همراه به اين مسئله اشاره مي‌کنيم که ميزان و نه کميت فاصله در رياضايت با فيزيک تفاوت دارد. به اين معنا که آن نقطه‌اي که اشاره شده لزوماً يک نقطه نيست، ولي در معادلات شما با يک تکينگي رياضياتي هم مواجه مي‌شويد. به عبارت دقيق‌تر مثال درست بينهايت رياضيات با بينهايت فيزيک متفاون است. براي ابعاد نانومتر يک کيلومتر و حتي متر به نوعي يک بينهايت يا همان مقدار بسيار بزرگ محسوب مي‌شود. کاربرد اين نکته را زماني متوجه مي‌شويد که در فيزيک از عبارتهايي به دليل نزديک به صفر بودن صرف نظر مي‌کنيد). این تئوری اولین بار توسط ستاره شناس آمریکایی، ادوین هابل مطرح شد. هابل زمانی که به بررسی نور دریافتی از ستارگان دور دست می‌پرداخت، متوجه شد که طول موج‌های این نورها، بلندتر از میزان مورد انتظار اوست. و از این طریق اثبات کرد که کهکشان‌ها با سرعت زیادی در حال دور شدن از زمین هستند. او این پدیده را قرمز گرایی یا red-shift (جابه‌جایی به سمت طول موج‌های قرمز نور) نامید.
مه‌بانگ
براساس این فرضیه، جهان که در وضعیتی بسیار داغ و چگال (جرم بالا، حجم کم) قرار داشت، شروع به انبساط با سرعت بسیار زیاد کرد و مواد بی‌نهایت چگال را در کسری از ثانیه در جهات مختلف به اطراف پاشید و باعث تریلیون‌ها درجه حرارت شد. در همان لحظه بود که هسته‌های اتم‌های ساده مانند هسته‌ی هیدروژون به‌وجود آمدند و از پیوند هسته‌ی اتم‌های هیدروژن، هلیوم به‌وجود آمد. البته ظهور نخستین اتم‌های خنثای بدون بار الکتریکی به هزاران سال دیگر زمان نیاز داشت. پس از این انبساط اولیه، ذرات شروع به سرد شدن کردند و اجازه تبدیل انرژی به ذرات زیراتمی گوناگون مانند پروتون و الکترون و نوترون را دادند. سال‌های زیادی بعد از این انفجار عظیم (حدود300 هزار سال) طول موج امواج، بیشتر و انرژی آن کمتر شد، و دما تا حد زیادی کاهش یافت، در این زمان بود که اتم‌های لیتیوم شروع به تشکیل کردند و الکترون‌هایی که با هسته‌ی هیدروژن و هلیوم پیوند داشتند، نمونه‌های اتمی پایدارتری را تشکیل دادند. پس از آن (حدود 300 میلیون سال) ابرهای غول‌پیکری از گردهم‌آیی این اتم‌های نخستین بر اثر نیروی گرانش بوجود آمد که باعث شکل‌گیری ستاره‌ها شد. اتم‌های سنگین‌تر نیز درون ستاره‌ها و در ابرنواخترها پدیدآمدند. در اثر پایان یافتن عمر ستاره‌ها ( و به وجود آمدن نواخترها)، ستاره‌ها شروع به انفجار کردند و ستاره‌های جدیدی متولد شدند که تعداد زیادی از آن‌ها، کهکشان‌ها را باعث شدند.
مشاهدات تلسکوپ‌های فضایی حاکی از آن است که، فرکانس نور دریافتی از اجرام آسمانی، به نسبت فاصله‌شان از زمین تغییر می‌کند، که با توجه به رابطه‌ی داپلر، نشان دهنده‌ی وجود سرعت نسبی بین منبع تولید نور و منبع دریافت آن است. قانون دوپلر بیان می‌کند که اگر جسمی با سرعت به طرف ما در حال حركت باشد، صداي آن به علت حركت، يك تغيير بسامد در موج ارسالي ايجاد مي‌کند، به نحوي كه هر چه به ما نزديك‌تر شود، صداي آن زيرتر (بسامد بيشتر و طول موج كوتاه‌تر) مي‌شود و زماني كه ماشين از كنار ما مي‌گذرد و دور مي‌شود صداي آژيري كه به گوش ما مي‌رسد بم‌تر (بسامد كمتر و طول موج بلندتر) مي‌شود.
به خاطر اینکه این پدیده در جهت‌های مختلف یکسان است، پس نتیجه می‌گیریم که کل جهان در حال انبساط است و تمام اجرام در حال دور شدن از یکدیگر هستند. و در عین حال نیروهای موجود همه از نوع گرانشی‌اند و با این دور شدن مخالفت می‌کنند، پس انتظار داریم که روند دورشدن در آینده کمتر خواهد بود و در گذشته بیشتر بوده است. تنها چیزی که می‌تواند این را روشن کند، این است که انفجاری وجود داشته که جهان به این شکل به وجود آمده است و سپس با نیروی ناشی از آن انفجار ذرات پراکنده شده‌اند و انبساط کنونی نیز باقیمانده‌ی حرکت ناشی از آن انفجار است.
ويراستار: شايد براي علاقه‌مندان به اين موضوع جالب باشد که کُند شدني در کار نيست. تقريباً يک دهه است که مي‌دانيم جهان در حال انبساط با شتاب برافزايشي ست و نه کاهشي!؟ اين مسئله باعث شده مدل‌هاي نظري با داده‌هايي که گواه بر اين واقعيت بودند، شروع به سازگار کردن خود با نظريه کنند. و در حال حاضر همجنان حوزه‌ي بسيار فعالي‌ست که فيزيکدانان ذرات و بين رشته‌اي‌هاي کيهاشناسي و ذرات مشغول به پژوهش هستند. ماده‌ي تاريک، مدل‌هاي بدون ماده‌ي تاريک، مدل‌هاي نيوتني معروف به گرانش تعميم يافته، و انرژي تاريک که همگي به نوبه خود سهمي در دانشي با آزمون خطاهاي بسيار همانند گذشته دارند. در اين باره از مطالب بخش فيزيک نيز مي‌توانيد کمک بگيريد.
عاطفه قویدست
دانشجوی دکتری شیمی آلی
دانشگاه گیلان
|
مه‌بانگ به‌نقل از ویکی‌پدیا
مهِ‌بانگ یا انفجار بزرگ (Big Bang)، مدل کیهان‌شناسی پذیرفته شده برای توصیف مراحل نخستین شکل‌گیری جهان می‌باشد. براساس این تئوری جهان از انفجار یک نقطه بوجود آمده است. این تئوری اولین بار براساس مشاهدات ادوین هابل و همکارانش مبنی بر دور شدن همه کهکشان‌های آسمان از کهکشان راه شیری به‌جز کهکشان‌های محلی مطرح شد.
طبق این نظریه جهان تقریباً 037/0 ± 789/13 میلیارد سال قبل در نتیجه انفجاری بسیار بزرگ به نام مه‌بانگ پدیدآمده‌است و از این رو این عدد سن جهان را نشان‌می‌دهد. دراین لحظه جهان در وضعیتی بسیار داغ و چگال قرار داشت و شروع به انبساط با سرعت بسیار زیاد کرد. پس از این انبساط نخستین جهان داغ اولیه رو به سرد شدن گذاشت. پس از این انبساط اولیه، دمای جهان به اندازه‌ای کاهش یافت که اجازه تبدیل انرژی به ذرات زیراتمی گوناگون مانند پروتون و الکترون و نوترون را می‌داد. اگرچه در همان سه دقیقه نخست پس از مه‌بانگ هسته‌های اتم‌های ساده به‌وجود آمده بودند، اما تا پیدایش نخستین اتم‌های خنثای بدون بار الکتریکی هزاران سال سپری شد. بیشتر اتم‌های به‌وجودآمده در اثر مه‌بانگ اتم‌های هیدروژن بودند و مقادیر کمتری از هلیم و لیتیم نیز به وجود آمده بودند. پس از آن ابرهای غول پیکری از گردهم‌آیی این اتم‌های نخستین بر اثر نیروی گرانش بوجود آمد که باعث شکل گیری ستاره‌ها و کهکشان‌ها شدند. اتم‌های سنگین‌تر نیز درون ستاره‌ها و در ابرنواخترها پدیدآمدند.
مه‌بانگ یک نظریه علمی آزموده شده است که بیشترین همخوانی را با مشاهدات وضعیت گذشته و حال جهان داشته و به گستردگی مورد پذیرش جامعه علمی قرارگرفته است. این نظریه توضیح جامعی در مورد طیف گسترده‌ای از پدیده‌های فیزیکی مشاهده شده ارائه می‌دهد. از جمله این پدیده‌ها می‌توان به فراوانی عناصر سبک، تابش زمینه کیهانی، ساختار بزرگ مقیاس و نمودار هابل برای ابرنواخترهای نوع Ia اشاره کرد. ایده‌های اساسی مه‌بانگ همچون انبساط، تشکیل هلیم و شکل‌گیری کهکشان‌ها از این مشاهدات و مشاهدات دیگری برگرفته شده‌اند. از آن‌جا که فاصله‌ی میان خوشه‌های کهکشانی در حال افزایش است می‌توان نتیجه گرفت که در گذشته همه چیز به هم نزدیک‌تر بوده است. شرایط چگالی‌ها و دماهای بسیار بالا در گذشته به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفته و شتاب دهنده‌های ذره‌ای بزرگی برای انجام آزمایش‌هایی تحت این شرایط ساخته شده‌اند که به گسترش بیشتر مدل مه‌بانگ کمک کرده‌اند. از سوی دیگر این شتاب دهنده‌ها توانایی‌های محدودی برای آزمایش تحت چنین شرایط پر انرژی دارند. دانش و شواهد بسیار اندکی در مورد اولین لحظه انبساط در دست است و از این رو نظریه مه‌بانگ توضیحی برای آن شرایط اولیه ارائه نمی‌کند بلکه تکامل عمومی جهان از آن نقطه به بعد را توصیف می‌کند.
ژرژ لومتر برای نخستین بار فرضیه‌ای را با عنوان «فرضیه نخستین اتم» پیشنهاد نمود که بعدها سایر دانشمندان با گسترش آن شکل کنونی نظریه مه‌بانگ را ارائه دادند. چارچوب نظریه مه‌بانگ بر نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین و فرض همگنی و همسانگردی فضا استوار است. معادلات حاکم برآن نخستین بار توسط الکساندر فریدمان با حل معادلات میدان اینشتین فرمول‌بندی شد و پاسخ‌های دیگری برای این معادلات نیز توسط ویلم دو سیتر ارائه شد. در سال ۱۹۲۹ ادوین هابل کشف کرد که فاصله کهکشان‌های دور از ما با انتقال به سرخ (به انگلیسی: red shift) آن‌ها متناسب است-ایده‌ای که نخستین بار توسط ژرژ لومتر در سال ۱۹۲۷ مطرح شد-. مشاهدات ادوین هابل بیانگر این بودند که کهکشان‌ها و خوشه‌های بسیار دور، در حال دور شدن از ما هستند، و هرچقدر دورتر باشند سرعت دور شدن‌شان نیز بیشتر است (آن چیزی‌که قانون هابل نامیده شده است). با توجه به اینکه ما در مرکز انفجار قرار نگرفته‌ایم تنها توضیح ممکن این است که نواحی قابل مشاهده جهان در حال فاصله‌گرفتن از یکدیگر هستند. اگرچه زمانی جامعه علمی به طرفداران نظریه مه‌بانگ و طرفداران نظریه حالت پایدار تقسیم شده بود، اما پس از تاییدات مشاهدات تجربی و کشف تابش زمینه کیهانی در سال ۱۹۶۴ بیشتر دانشمندان قانع شدند که نسخه‌ای از نظریه مه‌بانگ همخوانی بهتری با مشاهدات دارد، به‌ویژه هنگامی که دریافتند که طیف تابش آن با طیف تابش گرمایی یک جسم سیاه مطابقت دارد. از آن زمان تاکنون اخترفیزیک‌دانان تئوری و مشاهدات بسیاری به این مدل افزودند و با پارامتری کردن آن از طریق مدل لامبدا-سی دی ام (به انگلیسی: Lambda-CDM) چارچوب تحقیقات کنونی در کیهان شناسی نظری را پایه‌ریزی کردند.
|