Miss.aysoo
کاربر نگاه دانلود
امروزه بیشتر فیزیکدانان و کیهان‌شناسان بر این باورند که جهان ما با انفجاری بزرگ که به مهبانگ (بیگ‌بنگ) موسوم است حدود 14 میلیارد سال پیش به وجود آمده و حتی بیش از این میتوانند به ما بگویند که پس از زمان پلانک، یعنی زمانی حدود 44 ـ 10 ثانیه پس از انفجار، لحظه‌به‌لحظه چه اتفاقاتی در جهان رخ داده است.
به گزارش جام جم، پرسش اساسی اینجاست که کیهان شناسان چطور می توانند دریابند که چه اتفاقاتی در میلیاردها سال پیش رخ داده است؟ یعنی صحبت از اتفاقاتی کنند که حتی در آن زمان زمین خودمان هم هنوز شکل نگرفته بود. اگر جهان واقعا با انفجاری مهیب آغاز شده، آیا هنوز بقایا و آثاری از وقوع چنان انفجاری باقی مانده است؟ آیا شواهدی وجود دارد که ما را به وقوع این انفجار مهیب اولیه رهنمون سازد؟ به نظر می رسد طبیعت سرنخ هایی را در اختیار ما قرار داده است.
تنها ابزار ما برای شناخت فیزیکی این جهان نور است و هر اطلاع و شواهدی که از کیهان در دست داریم از طریق مشاهده نوری که از اجرام دوردست در طول موج های مختلف امواج الکترومغناطیس به ما رسیده، به دست آورده ایم. خوشبختانه نور در مقیاس کیهانی آن قدرها هم سریع نیست! نور اجرام بسیار دور میلیون ها سال و گاهی میلیاردها سال طول می کشد که به ما برسد. این یعنی وقتی به جرمی که چند میلیارد سال نوری با ما فاصله دارد نگاه می کنیم، در واقع در حال تماشای نمایی از کیهان در چند میلیارد سال پیش هستیم. این قضیه از آن سو نیز صادق است: تصور کنید تمدن هوشمندی واقع در 65 میلیون سال نوری از ما در حال مشاهده زمین است. در این حالت آنها نمایی از زمین را می بینند که 65 میلیون سال پیش داشت. آنها به جای ما دایناسورها را می بینند که روی زمین پرسه می زنند! مشاهده دوردست ها در فضا معادل است با مشاهده تاریخ های گذشته در زمان و این یکی از مهم ترین سرنخ هایی است که طبیعت در اختیارمان قرار داده است. آیا چنین سرنخی می تواند به ما از لحظات اولیه عالم یعنی درست پس از مهبانگ چیزی بگوید؟ مشاهده چگونگی حرکت کهکشان ها می تواند اطلاعاتی از علت حرکت آنها در اختیارمان قرار دهد؟ تصور کنید مجموعه ای از چند تیله در حال دور شدن از یکدیگر هستند و شما لحظه ضربه به تیله ها را ندیده اید. آیا از جهت دور شدن تیله ها از یکدیگر می توان حدس زد که ضربه در کدام نقطه و در چه جهتی به تیله ها وارد شده است؟
آیا همه چیز محصول مشاهدات است؟
در کیهان شناسی همه چیز محصول مشاهدات صرف نیست. مشاهدات در واقع مواد خامی است که با کمک تفسیرمان از آنها و ریاضیات، مدلسازی کرده و نظریاتمان را بنا می نهیم. در بسیاری از مواقع مشاهدات حتی نقش ثانویه دارند. یعنی ما ابتدا فرض هایی را در نظر می گیریم و مدل هایی صرفا ریاضیاتی برای تبیین کیهان می سازیم و بعد با مدل هایمان پیش بینی های مشاهداتی انجام می دهیم؛ سپس اگر پیش بینی هایمان درست بود و از محک تجربه سربلند بیرون آمد، می پذیریم که فرض های اولیه مان نیز درست بوده است.
از کجا آمده ایم؟!
این شاید قدیمی ترین پرسش بشر باشد که هنوز هم جواب قطعی برای آن نیافته ایم. شاید کمتر پرسشی در تاریخ اندیشه بشری اینچنین وسیع فکر همه - از فلاسفه و شعرا تا فیزیکدانان و کیهان شناسان - را به خود مشغول کرده است. از سال 1964به این سو که تابش زمینه کیهانی کشف شد، پاسخ بیشتر فیزیکدانان به این پرسش، آغاز جهان با انفجاری بزرگ بوده است. از سرعت کهکشان ها تا ابرهای گازی کهن برجای مانده از عالم اولیه همه حکایت روشنی از وقوع انفجاری بزرگ دارند.
یک کشف بزرگ، اما اتفاقی!
در سال 1964 رابرت ویلسون و آرنو پنزیاس به طور اتفاقی کشفی بزرگ و سرنوشت ساز در تاریخ کیهان شناسی انجام دادند. این دو، فیزیکدان و ستاره شناسی بودند که آسمان را در بخش امواج رادیویی و ریزموج ها مطالعه می کردند. آنها وقتی مشغول بررسی و ارزیابی ابزارهایشان بودند متوجه سیگنال ثابتی شدند که در همه جهت ها با شدت یکسانی قابل دریافت بود. آنها در حالی که می کوشیدند تا سیگنال های مزاحم پس زمینه را از سیگنال های دریافتی آنتن رادیویی خود حذف کنند، متوجه شدند که قادر به حذف این نویز نیستند و دریافتند که این نویز در تمام جهات به صورت یکسان دریافت می شود. این به آن معنی بود که این سیگنال می بایستی از ورای کهکشان آمده باشد، در غیر این صورت نمی توانست در تمام جهات آسمان به صورت یکسان دریافت شود. همگرایی شدید این سیگنال نیز نشان می داد که منبع این سیگنال در فاصله دوری از ما قرار دارد و در نتیجه این سیگنال در اوایل عمر جهان ایجاد شده است و چنان منبع قدرتمندی دارد که ما امروزه قادر به دریافت این سیگنال هستیم. چنین سیگنالی را چه منبعی می تواند تولید کند؟ اگر مثلا از سمت کهکشان خودمان تولید شود، باید در جهتی خاص با شدت قوی تری دریافت شود. اگر مربوط به اجرامی خارج از کهکشان ما بود نیز باید شدتش در جهات مختلف متفاوت می بود. زیرا می دانیم کیهان از هزاران خوشه های کهکشانی تشکیل شده است که فضاهای خالی بسیار وسیعی در بین این خوشه ها وجود دارد. بر این مبنا اگر ما جهت آنتن دریافت کننده را در سمت های مختلف بگیریم باید شدت دریافتمان تغییر کند. علی الاصول باید در راستاهایی که خوشه های کهکشانی وجود دارد شدت دریافت امواج بیشتر از جهت هایی باشد که فضاهایی تهی و خالی از ماده در کیهان است. اما در کمال تعجب پنزیاس و ویلسون موجی را یافته بودند که شدتش در همه جهات و در همه زمان ها یکسان بود. آنها دریافتند که چنین سیگنالی از زمانی در جهان می آید که توزیع ماده در سراسر کیهان یکسان بود. این یافته نشان می داد که جهان در زمان های دور ظاهری به کلی متفاوت از حالا داشت و این اولین شاهد قدرتمند برای آغاز جهان با انفجاری بزرگ بود.
این کشف تائیدکننده پیش بینی های عمومی نظریاتی بود که وجود چنین تابشی را پیش بینی می کرد. این موضوع موازنه شواهد تجربی را به نفع نظریه مهبانگ تغییر داد و در سال ۱۹۷۸ برای این کشف به پنزیاس و ویلسون جایزه نوبل اهدا شد. اما باز هم این همه داستان نبود. کیهان شناسان برای مطالعه بیشتر و دقیق تر تابش ریزموج زمینه کیهانی کاوشگرهایی را به خارج از جو زمین فرستادند. در سال 1992 کاوشگر زمینه کیهانی (Cosmic Background Explorer) نشان داد که این تابش آن قدرها هم که پنزیاس و ویلسون تصور می کردند یکنواخت نیست. اطلاعات این کاوشگر نشان داد که عالم اولیه کاملا یکدست نبوده است. این یکنواخت نبودن و نوسانات در امواج زمینه کیهانی می تواند توضیحی برای ترکیب ذرات بنیادی با یکدیگر، شکل گیری عناصر سنگین تر در زمان های پس از مهبانگ و در نهایت شکل گیری ستاره ها و کهکشان ها باشد. در سال 2009 تلسکوپ فضایی پلانک برای بررسی بازهم دقیق تر امواج زمینه کیهانی به فضا پرتاب شد و سال 2013 دقیق ترین نقشه ای را که از کیهان تاکنون داشته ایم به ما ارائه داد (تصویر کادر بالا). این نقشه نبود تقارن و ناهمسانگردی عجیبی را در تابش زمینه کیهانی آشکار کرد. یکی از اصول اولیه در مدل استانداردکیهان شناسی همسانگرد بودن جهان در مقیاس های وسیع است. همسانگردی یعنی جهت مُرَجَّعی در فضا وجود ندارد و ساختار جهان در همه جهات فضایی یکسان است. کیهان شناسان هنوز به طور دقیق علت ناهمسانگردی مشاهده شده در نقشه مذکور را نمی دانند. هرچند که این ناهمسانگردی ها در تابش زمینه کیهانی چالشی بزرگ برای نظریه مهبانگ محسوب نمی شود اما به ما گوشزد می کند که هنوز راه درازی تا توضیح کامل شکل گیری جهان در پیش داریم.
به گزارش جام جم، پرسش اساسی اینجاست که کیهان شناسان چطور می توانند دریابند که چه اتفاقاتی در میلیاردها سال پیش رخ داده است؟ یعنی صحبت از اتفاقاتی کنند که حتی در آن زمان زمین خودمان هم هنوز شکل نگرفته بود. اگر جهان واقعا با انفجاری مهیب آغاز شده، آیا هنوز بقایا و آثاری از وقوع چنان انفجاری باقی مانده است؟ آیا شواهدی وجود دارد که ما را به وقوع این انفجار مهیب اولیه رهنمون سازد؟ به نظر می رسد طبیعت سرنخ هایی را در اختیار ما قرار داده است.
تنها ابزار ما برای شناخت فیزیکی این جهان نور است و هر اطلاع و شواهدی که از کیهان در دست داریم از طریق مشاهده نوری که از اجرام دوردست در طول موج های مختلف امواج الکترومغناطیس به ما رسیده، به دست آورده ایم. خوشبختانه نور در مقیاس کیهانی آن قدرها هم سریع نیست! نور اجرام بسیار دور میلیون ها سال و گاهی میلیاردها سال طول می کشد که به ما برسد. این یعنی وقتی به جرمی که چند میلیارد سال نوری با ما فاصله دارد نگاه می کنیم، در واقع در حال تماشای نمایی از کیهان در چند میلیارد سال پیش هستیم. این قضیه از آن سو نیز صادق است: تصور کنید تمدن هوشمندی واقع در 65 میلیون سال نوری از ما در حال مشاهده زمین است. در این حالت آنها نمایی از زمین را می بینند که 65 میلیون سال پیش داشت. آنها به جای ما دایناسورها را می بینند که روی زمین پرسه می زنند! مشاهده دوردست ها در فضا معادل است با مشاهده تاریخ های گذشته در زمان و این یکی از مهم ترین سرنخ هایی است که طبیعت در اختیارمان قرار داده است. آیا چنین سرنخی می تواند به ما از لحظات اولیه عالم یعنی درست پس از مهبانگ چیزی بگوید؟ مشاهده چگونگی حرکت کهکشان ها می تواند اطلاعاتی از علت حرکت آنها در اختیارمان قرار دهد؟ تصور کنید مجموعه ای از چند تیله در حال دور شدن از یکدیگر هستند و شما لحظه ضربه به تیله ها را ندیده اید. آیا از جهت دور شدن تیله ها از یکدیگر می توان حدس زد که ضربه در کدام نقطه و در چه جهتی به تیله ها وارد شده است؟
آیا همه چیز محصول مشاهدات است؟
در کیهان شناسی همه چیز محصول مشاهدات صرف نیست. مشاهدات در واقع مواد خامی است که با کمک تفسیرمان از آنها و ریاضیات، مدلسازی کرده و نظریاتمان را بنا می نهیم. در بسیاری از مواقع مشاهدات حتی نقش ثانویه دارند. یعنی ما ابتدا فرض هایی را در نظر می گیریم و مدل هایی صرفا ریاضیاتی برای تبیین کیهان می سازیم و بعد با مدل هایمان پیش بینی های مشاهداتی انجام می دهیم؛ سپس اگر پیش بینی هایمان درست بود و از محک تجربه سربلند بیرون آمد، می پذیریم که فرض های اولیه مان نیز درست بوده است.
از کجا آمده ایم؟!
این شاید قدیمی ترین پرسش بشر باشد که هنوز هم جواب قطعی برای آن نیافته ایم. شاید کمتر پرسشی در تاریخ اندیشه بشری اینچنین وسیع فکر همه - از فلاسفه و شعرا تا فیزیکدانان و کیهان شناسان - را به خود مشغول کرده است. از سال 1964به این سو که تابش زمینه کیهانی کشف شد، پاسخ بیشتر فیزیکدانان به این پرسش، آغاز جهان با انفجاری بزرگ بوده است. از سرعت کهکشان ها تا ابرهای گازی کهن برجای مانده از عالم اولیه همه حکایت روشنی از وقوع انفجاری بزرگ دارند.
یک کشف بزرگ، اما اتفاقی!
در سال 1964 رابرت ویلسون و آرنو پنزیاس به طور اتفاقی کشفی بزرگ و سرنوشت ساز در تاریخ کیهان شناسی انجام دادند. این دو، فیزیکدان و ستاره شناسی بودند که آسمان را در بخش امواج رادیویی و ریزموج ها مطالعه می کردند. آنها وقتی مشغول بررسی و ارزیابی ابزارهایشان بودند متوجه سیگنال ثابتی شدند که در همه جهت ها با شدت یکسانی قابل دریافت بود. آنها در حالی که می کوشیدند تا سیگنال های مزاحم پس زمینه را از سیگنال های دریافتی آنتن رادیویی خود حذف کنند، متوجه شدند که قادر به حذف این نویز نیستند و دریافتند که این نویز در تمام جهات به صورت یکسان دریافت می شود. این به آن معنی بود که این سیگنال می بایستی از ورای کهکشان آمده باشد، در غیر این صورت نمی توانست در تمام جهات آسمان به صورت یکسان دریافت شود. همگرایی شدید این سیگنال نیز نشان می داد که منبع این سیگنال در فاصله دوری از ما قرار دارد و در نتیجه این سیگنال در اوایل عمر جهان ایجاد شده است و چنان منبع قدرتمندی دارد که ما امروزه قادر به دریافت این سیگنال هستیم. چنین سیگنالی را چه منبعی می تواند تولید کند؟ اگر مثلا از سمت کهکشان خودمان تولید شود، باید در جهتی خاص با شدت قوی تری دریافت شود. اگر مربوط به اجرامی خارج از کهکشان ما بود نیز باید شدتش در جهات مختلف متفاوت می بود. زیرا می دانیم کیهان از هزاران خوشه های کهکشانی تشکیل شده است که فضاهای خالی بسیار وسیعی در بین این خوشه ها وجود دارد. بر این مبنا اگر ما جهت آنتن دریافت کننده را در سمت های مختلف بگیریم باید شدت دریافتمان تغییر کند. علی الاصول باید در راستاهایی که خوشه های کهکشانی وجود دارد شدت دریافت امواج بیشتر از جهت هایی باشد که فضاهایی تهی و خالی از ماده در کیهان است. اما در کمال تعجب پنزیاس و ویلسون موجی را یافته بودند که شدتش در همه جهات و در همه زمان ها یکسان بود. آنها دریافتند که چنین سیگنالی از زمانی در جهان می آید که توزیع ماده در سراسر کیهان یکسان بود. این یافته نشان می داد که جهان در زمان های دور ظاهری به کلی متفاوت از حالا داشت و این اولین شاهد قدرتمند برای آغاز جهان با انفجاری بزرگ بود.
این کشف تائیدکننده پیش بینی های عمومی نظریاتی بود که وجود چنین تابشی را پیش بینی می کرد. این موضوع موازنه شواهد تجربی را به نفع نظریه مهبانگ تغییر داد و در سال ۱۹۷۸ برای این کشف به پنزیاس و ویلسون جایزه نوبل اهدا شد. اما باز هم این همه داستان نبود. کیهان شناسان برای مطالعه بیشتر و دقیق تر تابش ریزموج زمینه کیهانی کاوشگرهایی را به خارج از جو زمین فرستادند. در سال 1992 کاوشگر زمینه کیهانی (Cosmic Background Explorer) نشان داد که این تابش آن قدرها هم که پنزیاس و ویلسون تصور می کردند یکنواخت نیست. اطلاعات این کاوشگر نشان داد که عالم اولیه کاملا یکدست نبوده است. این یکنواخت نبودن و نوسانات در امواج زمینه کیهانی می تواند توضیحی برای ترکیب ذرات بنیادی با یکدیگر، شکل گیری عناصر سنگین تر در زمان های پس از مهبانگ و در نهایت شکل گیری ستاره ها و کهکشان ها باشد. در سال 2009 تلسکوپ فضایی پلانک برای بررسی بازهم دقیق تر امواج زمینه کیهانی به فضا پرتاب شد و سال 2013 دقیق ترین نقشه ای را که از کیهان تاکنون داشته ایم به ما ارائه داد (تصویر کادر بالا). این نقشه نبود تقارن و ناهمسانگردی عجیبی را در تابش زمینه کیهانی آشکار کرد. یکی از اصول اولیه در مدل استانداردکیهان شناسی همسانگرد بودن جهان در مقیاس های وسیع است. همسانگردی یعنی جهت مُرَجَّعی در فضا وجود ندارد و ساختار جهان در همه جهات فضایی یکسان است. کیهان شناسان هنوز به طور دقیق علت ناهمسانگردی مشاهده شده در نقشه مذکور را نمی دانند. هرچند که این ناهمسانگردی ها در تابش زمینه کیهانی چالشی بزرگ برای نظریه مهبانگ محسوب نمی شود اما به ما گوشزد می کند که هنوز راه درازی تا توضیح کامل شکل گیری جهان در پیش داریم.
