علم کیهان شناسی در یک قرن گذشته پیشرفت چشم گیری داشته است ..در حقیقت علم کیهان شناسی پس از انکه البرت اینشتین نسبیت عام خود را ارائه نمود اغاز شد . نظریه نسبیت عام دیدگاه ما را نسبت به فضا زمان و کیهان تغیر داد .
نظریه گرانش نیوتون قادر بود حداکثر حرکت سیارات را در منظومه شمسی پیش بینی کند . و یا حتی حرکت ستارگان در پهنه کهکشان راه شیری ما. 
نظریه نیوتون در مورد جواب به پرسش هایی همچون کیهان حرفی برای گفتن نداشت مثلا مانند اینکه کیهان چه زمانی و چگونه اغاز شد ؟ چه شد به اینجا رسیدیم ؟ 
شکل کیهان چگونه است ؟ ایا کیهان پویا است یا ایستا ؟ اینده کیهان چه خواهد بود و از این دست پرسشهای بنیادین 
به ادامه ی مطلب بروید.

نسبیت عام انیشتین  توصیف کننده هندسه فضا زمان هست و اساسا انیشتین دیدگاه نیرو را بر ای گرانش کنار گذاشت و گرانش را بعنوان چیزی که هندسه فضا زمان را تغیر میدهد و تعین میکند نهاد . 
یک سال بعد اینکه مقاله نسبیت عام خود را ارائه داد سال 1917 وی تصمیم گرفت در مورد خود کل کیهان نیز تحقیق کند . او مقاله ای تحت عنوان " مطالعه مبدا تاریخ و شکل جهان هستی " ارائه داد و بیش از هر چیزی کیهان شناسی نوین را پایه ریزی کرد .
معادلات وی کیهان قابل گسترش را پیش بینی و توضیح میداد ..یعنی نشان میداد کیهان در حال انبساط است . که چندین سال بعد در دهه بیست و سی توسط هابل فهمیدیم که کیهان واقعا در حال منبسط شدن است و دیگران کهکشانها در حال دور شدن از ما هستند . 
در سال 1922 الکساندر فریدمان بر اساس نظریه نسبیت عام معادلاتی را معرفی کرد که حاکم بر تحول کل کیهان بود . بر این فرض قرار داشت که کل کیهان در مقیاس بسیار بزرگ همگن و همسانگرد هست . اجازه دهید بگیم همگن بودن یعنی چه ؟!
وقتی کهکشانها و خوشه های کهکشانی را رصد میکنیم مشاهده میکنیم که کهکشانها مثلا در ابعادی همچون 100 مگا پارسک و بیشتر یکنواخت هستند {هر پارسک تقریبا 3.6 سال نوری است }
یعنی توزیع کهکشانها در این ابعاد تقریبا همسان و همگن هست . این همگنی در مقیاس بزرگ را اصل کیهان شناسی میگویند و امروزه شواهد متعددی از ان دفاع میکند . 
مثلا همسانگردی از تابش ریزموج کیهانی (تابش به جا مانده از انفجار اولیه یا همان  بیگ بنگ )
بر طبق اصل کیهان شناسی هیچ نقطه خاصی و هیچ جهت فضایی ویژه ای در جهان وجود ندارد . اصل کیهان شناسی در مقیاس کوچک صادق نیست . کیهان در ابعاد کوچک به شدت ناهمگن هست . 
مدل فریدمان در کیهانشناسی به مدل استاندارد کیهانشناسی مشهور است . بر اساس این مدل کیهان حدودا 13.8 میلیارد سال پیش از یک نقطه چگال و داغ به وجود امد (یک شروع کوانتومی )
اینکه در لحظات ابتدایی در حد زمانهای کوچک دقیقا چه اتففاقی افتاد و لحظه انفجار چی شد این مسائل با قوانین و دانسته های فیزیک قابل توضیح نیست . 
همین قدر میدانیم که کل انرژی و ماده کیهان از این انفجار شکل گرفت . یک سوپ پلاسمای داغ کیهانی که شامل ذره و پادذره بود اما از لحظه 10 بتوان منفی 43 به بعد را میتوانیم پیش بینی کنیم . در زمان گفته شده هر سه نیروی بنیادین مغناطیس و هسته ای قوی و ضعیف باهم متحد بودند . نیروی مغناطیس نیرویی است بین بارهای الکتریکی و نیروهای اهنربایی مغناطیسی ....نیروی هسته ای ضعیف در واپاشی ها نقش دارد . و نیروی قوی نیز اجزای درون هسته اتم مانند پروتون ها را در کنار هم نگه میدارد . 
در زمان 10بتوان منفی 43 تعادل ماده و ضد ماده بنفع ماده بهم خورد و ماده شروع به رشد کرده است ...دمای پلاسمای کیهانی در این لحظه چیزی حدودا برابر 10بتوان 31 درجه کلوین میرسد . 
در زمان 1 بتوان منفی 25 ثنیه بعد انفجار نیروی قوی از دو نیروی دیگر جدا شد و پلاسمای کیهانی شامل کوراکها و ضد کوارکها و الکترونها و برخی ذرات دیگر بوده اند . در زمان 10 بتوان منفی 10 بعد از انفجار کوارکها باهم ترکیب شده و پروتونها و نورتونها را ساختند . 
یک ثانیه بعد انفجار بزرگ کیهان سوپ داغی لز پروتونها و نوترون و پوزیترون و فوتون و نوتریونو شد  بعد از سه دقیقه از انفجار بزرگ پروتون ها و نوترونها با هم ترکیب و هسته عناصرسبکی چون دوتریوم و هلیوم را ساختند ...هسته دوتریوم از یک پروتون و نوترون ساخته شده و از بهم پیوستن دو دوتریوم هسته هلیوم ساخته شده است  
چه مقدار هلیوم در کیهان اولیه بوده ؟ 
در ابتدای کیهان تعداد نوترون و پروتون باهم در سوپ کیهانی برابر بود . 
ولی با گذر زمان تعداد نوترون ها طی فرایند واپاشی به پروتون و الکترون تبدیل شد  . این فرایند تا زمان سرد شدن کیهان و تشکیل هسته هلیوم ادادمه داشت . 
پس چگالی عددی پروتون در مقایسه با نوترون ها زیاد تر شد به گونه ای که به ازای 88 پروتون تنهعا 12 پروتون وجود داشت . 
این دوازده تا با دوازده تای پروتون تشکیل شده و هسته هلیوم را تشکیل دادند . 76 پروتون باقی مانده هسته هیدروژن های باقی مانده  را تشکیل
دادند.
پس 24 درصد جرم بصورت هسته های هلیوم و 76 درصد هیدروژن خواهد بود . 
این فراوانی درصد هلیوم نسبت به هیدروژن خیلی جالبه بدونی از پیش بینی های مهم و خوب اصل استاندارد کیهان شناسی بود . 
خب سوال .... عناصر سنگین تر چگونه بوجود امد ؟ در عمل ...انبساط اجازه نمیده  پروتونها و نوترونها به تعداد کافی در کنار هم قرار بگیرند . پس این همه عنصر سنگینی که امروز همه جا هست از کجا امده ؟ 
طی میلیون ها سال در هسته مرکزی ستارگان تولید شدند . 
با گذشت زمان و منبسط شدن کیهان به سرد شدن خود ادامه داد و وقتی سن کیهان به 300 هزار سالگی رسید دمای کیهان حدود 3000 درجه کلوین شد در این مرحله الکترونها و هسته های یونیذه شده با هم ترکیب شده و اتمهای خنثی هیدروژن  و هلیوم را تشکیل دادند . 
همین که سیستمهای خنثی شکل گرفتند فوتونها از بر همکنش با ماده اجتناب کرده و بصورت یک گاز فوتونی همراه با انبساط کیهان سرد شدند . 
در این لحظه کیهان شفاف شد . ...بر طبق پیش بینی مدل استاندارد وقتی کیهان له اندازه هزار بار بزرگتر شد دمای این گاز به سه درجه کلوین رسید . اینگاز امروزه به صورت یک تابش بسیار سرد همسانگرد با دمای 2.735 درجه کلوین در کیهان دیده میشود و به ان اصطلاحا "تابش ریز موج زمینه کیهانی " گویند 
چون این تابش در همه جهات اسمان دیده میشود .این تابش اولین بار در سال 1963 توسط پنزیاس و ویلسون در امریکا کشف شد ...این تابش توسط مدل استاندارد کیهان شناسی پیش بینی شده بود و بی شک دستاورد مهمی بود . 
در حدود یک میلیون سال بعد از انفجار بزرگ ساختارهایی همچون ستارگان و کهکشانها شروع به شکل گیری کردند دمای کیهان در این هنگام حدود 30 درجه کلوین بود . 15 میلیون سال بعد از بیگ بنگ کهکشانهای جدید با منظومه های خورشیدی و سیارات شروع به شکل گیری کردند . 
انبساط کیهان باعث شده همه کهکشانها با سرعتی ثابت در حال دور شدن باشند . هر ناظری در هر کهکشانی باشد همین قضاوت را خواهد داشت  . هیچ مرکزی برای کیهان وجود ندارد و همه ناظرها هم ارز هستند . 
طبق مدل استاندارد که پیش بینی کیکند اهنگ انبساط عالم باید کند شونده باشد ...با وجود پیش بینی های دقیق و. بسیار خوب این مدل ولی در اینجا مشکلی وجود دارد که اخیرا در  دهه 90 کشف شده و ان این است که انبساط عالم کند شونده نیست بلکه تند شونده میباشد و پس ظاهرا یک انرژی مرموزی باعث شتاب دار بودن این انبساط است ما انرا انرژی تاریک نام نهادیم . 
شاید باورتان نشود کیهان تخت است ...بهتره بگوییم تخت سه بعدی .
چگونه انقدر مطمئنیم ؟ 
طبق پیش بینی مدل استاندارد که برپایه کیهانشناسی استوار است هندسه قسمت فضایی کیهان میتواند دارای انحنای صف (تخت) یا انحنای مثبت یا انحنای منفی باشد ... نوع این هندسه را چگالی ماده کیهانی تعین میکند .... در حال حاظر چگالی ماده موجود در کیهان (با در نظر گرفتن کل ماده تاریک و روشن ) حدودا 10 بتوان منفی 30 گرم بر سانتی متر مکعب است  . از طریفی یک چگالی بحرانی وجود دارد که از روی معادلات فریدمن بدست میاید . 
چگالی بحرانی همان چگالی محاسبه شده برای یک کیهان تخت است  . اگر چگالی کیهان بزرگتر از این چگالی بحرانی باشد کیهان بسته است . 
اگر چگالی کیهان کمتر از این مقدار بحرانی باشد یعنی کیهان باز است  . 
در کیهانشناسی نسبت چگالی ماده موجود در کیهان در زمان کنونی نسبت به چگالی بحرانی را با علامتی به نام امگا نشان میدهند پس اگر این مقدار امگا برابر یک باشد یعنی کیهان تخت داریم . 
مشاهدات تجربی نشان میدهد کیهان ما تخت است و فضا انحنایی در مقیاس عظیم ندارد ...اما خود مدل استاندارد توضیح نمیدهد چرا کیهان در مقیاس های عظیم تخت است . ؟ 
مشکل دوم مدل استاندارد کیهان شناسی بحث همسانگردی تابش ریز موج کیهانی است . قبلا گفتیم این تابش دمایی حدود 2.735 درجه کلوین دارد ...تابش ریزموج از دو جهتی که دریافت شدند از دو ناحیه مجزا در کیهان اولیه سرچشمه میگیرد . این نقاط هیچ گا با یکدیگر برهمکنشی نداشتند پس بعبارتی حتی اگر امواج فیزیکی با سرعت نور پیش بروند زمان کافی برای سفر از یک ناحیه  به ناحیه دیگر را ندارند . . سوال اینه :
چرا نواحی از کیهان که بر هم کنش نداشتند ویژگی های بسیار یکسانی دارند ؟ 
مشکل سوم مدل کیهانشناسی مشکل تک قطبی بودن مغناطیسی 
بر طبق نظریه الکترومغناطیس بار مغناطیسی منفرد در طبیعت موجود نیست . در حالی که بار الکتریکی منفرد  به وفور یافت میشود . از طریفی بسیاری از نظریه های وحدت نیروها .. تولید تعداد زیادی بارهای مغناطیسی منفرد را در انرژی های بالا و لحظات اولیه کیهان بعد انفجار پیش بینی میکنند  . 
در نتیجه انتظار میرود تعداد زیادی تک قطبی های مغناطیسی در جهان اولیه شکل گرفته باشد ..
برای حل مشکل سوم آلن گوث در سال 1981 ایده جهان تورمی را ارائه داد  .  این ایده میگوید کیهان در زمان حدود 10 بتوان منفی 35 بعد از انفجار دچار یک انبساط فزاینده بسیار سریع شده به گونه ای که حجم ان در زمان بسیار کوتاهی میلیون میلیون برابر شده . 
هر چند عامل چنین انبساطی اصلا مشخص نیست . ولی نظریه جهان تورمی قادر است مشکلات مدل استاندارد را که پیش تر ذکر شد حل کند . 
هر گونه چین خوردگی در صفحه فضا زمان با وجود چنین تورمی تخت میشود . 
تهیه کننده : آرش بوالحسنی – وبلاگ هوش فرازمینی 
(با نام نویسنده و وبلاگ به اشتراک بگذارید )


تاريخ : ۱۳٩٤/۱٠/۱۱ | ٩:٠۱ ‎ق.ظ | نویسنده : arash | نظرات ()
  • ویندوز سون | آنکولوژی