آیا بیگ‌ بنگ واقعا رخ داده است؟

بیگ بنگ: امروزه بیشتر فیزیکدانان و کیهان‌شناسان بر این باورند که جهان ما با انفجاری بزرگ که به بیگ‌بنگ(big bang) موسوم است حدود ۱۳٫۸۲ میلیارد سال پیش به وجود آمده و حتی بیش از این می‌توانند به ما بگویند که پس از زمان پلانک، یعنی زمانی حدود ۱۰ به توان ۴۴ – ثانیه پس از انفجار، لحظه‌ به‌ لحظه چه اتفاقاتی در کیهان رخ داده است.

The_big_bang_Theoryپرسش 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 ۶۵ میلیون سال نوری از ما در حال مشاهده زمین است. در این حالت آنها نمایی از زمین را می بینند که ۶۵ 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 بیگ بنگ 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 ۱۹۶۴ به 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.

تصویری از “رابرت ویلسون و آرنو پنزیاس” که با تلسکوپ رادیویی اولین بار تابش پس زمینه میکروموج کیهانی بیگ بنگ را کشف کردند.

یک کشف بزرگ، اما اتفاقی!

در سال ۱۹۶۴ 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 تائید کننده پیش بینی های عمومی نظریاتی بود که وجود چنین تابشی را پیش بینی می کرد. این موضوع موازنه شواهد تجربی را به نفع نظریه ی بیگ بنگ 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 ۱۹۹۲ 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 بیگ بنگ و در نهایت شکل گیری ستاره ها و کهکشان ها باشد.

11

در سال ۲۰۰۹ تلسکوپ فضایی پلانک برای بررسی بازهم دقیق تر امواج زمینه کیهانی به فضا پرتاب شد و سال ۲۰۱۳ 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 استاندارد کیهان 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 ی بیگ بنگ محسوب نمی شود اما به ما گوشزد می کند که هنوز راه درازی تا توضیح کامل شکل گیری کیهان در پیش داریم.

گذشته های دور و کهن ابرهای عظیم کیهانی

تلسکوپ های مدرنی که امروز در اختیار داریم، این توان را در اختیارمان قرار داده است که به دوردست ترین بخش های عالم نگاه کنیم؛ مناطقی با فاصله ای در حدود ۱۳ میلیارد سال نوری و این یعنی زمان هایی نزدیک (در مقیاس های کیهانی) به بیگ بنگ. اگر بیگ بنگ واقعا رخ داده باشد، انتظار داریم در چنین فاصله هایی ابرهای عظیمی از گاز را مشاهده کنیم که هنوز فرصت کافی برای تبدیل شدن به ستاره ها و کهکشان ها را نیافته اند. ستاره شناسان بتازگی چنین ابرهای گازی را در فواصل ۱۲ تا ۱۳ میلیارد سال نوری یافته اند. هر چند این ابرهای عظیم در فواصل بسیار دوری از ما قرار گرفته است، اما با دریافت نور عبوری از آنها و استفاده از روش طیف سنجی، می توانیم بدانیم که این ابرها از چه عناصری تشکیل شده است.

همان طور که نظریه ی بیگ بنگ پیش بینی می کند عناصر سازنده این ابرهای کهن کیهانی بسیار متفاوت از عناصر سازنده کیهانی که امروز ما را در برگرفته است. اغلب عناصر شیمیایی موجود در جهان اطراف ما از عناصر آلی تشکیل دهنده بدن خودمان تا عناصر سازنده کره زمین، عناصری است که زمانی در دل ستاره ها به وجود آمده است. از آنجا که ابرهای کهن کیهانی را ما در زمانی مشاهده می کنیم (۱۳ میلیارد سال پیش) که هنوز ستاره ای در کیهان شکل نگرفته است، انتظار می رود ابرهای مزبور خالی از عناصر سنگینی باشد که ستاره ها آنها را به وجود آورده است. در واقع این ابرها فقط باید شامل عناصر سبکی باشد که در لحظات اولیه عالم شکل گرفته است. حالا جالب است بدانید مشاهدات مطابق همین پیش بینی هاست! این ابرها فقط شامل عناصر سبکی مانند هیدروژن و هلیوم است، یعنی عناصری که پیش از شکل گیری ستاره ها در کیهان گسترش یافته بود.

اما سوال اساسی همچنان پابرجاست…

همه این حرف ها درباره پس از بیگ بنگ بود، اما چه چیزی به خود بیگ بنگ منجر شده است؟ عاملی که به انفجار بزرگ اولیه منجر شد هنوز یکی از بزرگ ترین معماهایی است که برترین ذهن های بشر را مشغول خود ساخته است. انفجاری در دل یک سیاهچاله عظیم، چرخه ای مداوم و ابدی از مرگ و حیات برای جهان، حبابی در یکی از جهان های چندگانه یا به قول استیون هاوکینگ هیچ علتی و فقط یک میدان کوانتومی اولیه! پاسخ هر چه باشد از طریق دانش امروزی مان قابل وصول نیست. زیرا روش شناسی علوم تجربی بر مبنای مشاهدات بنا شده است و ما تا امروز هیچ طریقی برای مشاهده یا کسب اطلاعاتی از لحظه وقوع خود بیگ بنگ نیافته ایم. در چنین اوضاعی هر پاسخی که برای این پرسش مهیا کنیم، بیش از آن که پاسخی علمی باشد به سمت گیری فلسفی ما وابسته است.

تصویر، فرا ژرف هابل ورژن ۲۰۱۴ نمونه‌ ای از قدیمی‌ترین کهکشان‌هایی است که بشر تاکنون دیده است؛ کهکشانهایی که کمی پس از دوران تاریک وجود داشتند، زمانی که تنها چند صد میلیون سال از بیگ بنگ گذشته بود.

جهان در حال انبساط است

وقتی با چشمان غیرمسلح به آسمان شب نگاه می کنیم، تقریبا تمام آنچه می بینیم ستاره های کهکشان خودمان، یعنی ستاره های کهکشان راه شیری است؛ اما اگر با تلسکوپ به آسمان نگاه کنیم ـ حتی با تلسکوپی کوچک ـ علاوه بر ستاره ها توده های ابری شکل دیگری در آسمان می بینیم. بعضی از اینها، کهکشان های دیگری هستند شبیه به کهکشان خودمان که بسیار دورتر از ستاره های کهکشان راه شیری از ما قرار گرفته اند و هر یک خود میلیاردها ستاره دارند. هرچقدر ابزار رصدی مان قدرتمند تر باشد تعداد بیشتری از این کهکشان ها می بینیم. در عکس بالا که تصویر فراژرف هابل نام دارد و فقط از ناحیه بسیار محدودی از آسمان تهیه شده، ده هزار کهکشان قابل شناسایی است! اغلب این کهکشان ها با سرعتی معادل صدها و گاهی هزاران کیلومتر در هر ثانیه در حال دور شدن از ما هستند. دور شدن کهکشان ها از ما یعنی جهان در حال انبساط است و جهان در حال انبساط یعنی ابعاد هستی در گذشته کوچک تر از حالا بوده است.

اگر در جهت گذشته به قدر کافی بر پیکان زمان پیش برویم به لحظه ای می رسیم که تمام مواد موجود در جهان در یک نقطه فشرده شده و از آن نقطه به سمت بیرون در حال گسترش است. آن لحظه، لحظه بیگ بنگ است. با محاسبه سرعت دور شدن کهکشان ها از ما حتی می توانیم تاریخ انفجار را که حدود ۱۳٫۸۲ میلیارد سال پیش است محاسبه کنیم؛ اما از کجا می دانیم کهکشان ها در حال دور شدن از ما هستند؟ سرنخی که ما را به این موضوع رهنمون می سازد رنگ کهکشان هاست؛ کهکشان ها قرمزتر از آنچه باید باشند به نظر می رسند!

indexتابش زمینه کیهانی، بقایای یک انفجار مهیب

چشمانمان قادر به دیدن این تابش نیست، اما ابزارها و تلسکوپ هایی داریم که می توانند آنها را ثبت کنند. می دانید که چشم ما فقط قادر به شناسایی بخش کوچکی از نورهای موجود در جهان است. در حقیقت ما فقط می توانیم بخش مرئی طیف نور را ببینیم که طول موجی بین ۴۰۰ نانومتر (رنگ بنفش) تا ۷۰۰ نانومتر (رنگ قرمز) دارد. در حالی که محدوده وسیعی از نور گسیل شده در کیهان مانند امواج گاما، ایکس، فرابنفش، فروسرخ، ریزموج ها و امواج رادیویی برای چشم های ما بدون ابزار قابل مشاهده نیست. در واقع آنها طول موجی کوتاه تر یا بلندتر از محدوده امواجی دارند که چشم انسان توانایی تشخیص آنها را دارد.

پس از واقعه ی بیگ بنگ، درخشندگی شدیدی سراسر کیهان را مملو از تابش خود کرد و همین طور که جهان در حال گسترشِ ناشی از انفجار اولیه بود، طول موج بیشینه تابش در محدوده ریزموج ها (محدوده یک میلی متر تا یک متر) قرار گرفت. تلسکوپ هایی که در محدوده ریز موج به بررسی کیهان می پردازند می توانند چنین تابش کهنی را که مربوط به لحظات اولیه عالم است، رصد کنند. این تابش در همه جا و در هر جهتی از آسمان، در شب و روز قابل رویت است و به همین جهت به آن «تابش زمینه کیهانی» می گویند.

در عکس بالا کمربند کهکشان راه شیری را برفراز رصدخانه جنوبی اروپا مشاهده می کنید که آسمان را دربر گرفته است. توده نورانی که در مرکز تصویر مشاهده می شود، مرکز کهکشان خودمان است. ما در واقع منظره ای از کمان ستاره ای کهکشان خودمان در ۲۷ هزار سال پیش را نگاه می کنیم، زیرا ۲۷ هزار سال نوری از مرکز کهکشان راه شیری فاصله داریم. حال اگر ما به جاهای دورتری از عالم نگاه کنیم، آن قدر دور که به لحظات اولیه جهان نزدیک شویم، می توانیم از اوضاع جهان در لحظات اولیه آگاه شویم؟

چرا کهکشان ها قرمزتر از آنچه که باید باشند به نظر می رسند؟

تقریبا همگی ما با اثر داپلر در امواج صوتی آشناییم: آمبولانسی که آژیرکشان از ما دور می شود صدای آژیرش بم تر از حالتی که حرکتی ندارد به گوشمان می رسد. علت این رویداد کش آمدن امواج هنگامی است که منبع صوتی از شنونده دور می شود. به زبان فیزیکی منبع صوتی که از شنونده دور شود، صوتش با بسامد کمتر و طول موج بلندتر به گوش شنونده رسیده و در نتیجه شنونده صدا را بم تر از حالت عادی می شنود. داستان برای کهکشان ها نیز به همین صورت است.
22تفاوت کهکشان ها با صدای آژیر آمبولانس این است که نور دریافتی از کهکشان ها در حقیقت نوعی از امواج الکترومغناطیسی است. در امواج صوتی طول موج بلندتر یعنی صدای بم تر؛ اما در امواج الکترومغناطیس طول موج بلندتر یعنی رنگ قرمزتر. همان طور که از بم تر شدن صدای آژیر به این نتیجه می رسیم که آمبولانس در حال دور شدن از ماست، از قرمزتر شدن رنگ یک کهکشان نیز به این نتیجه می رسیم که آن کهکشان در حال دور شدن از ماست. به این پدیده در فیزیک انتقال به سرخ یا قرمزگرایی می گوییم. هرچقدر سرعت دور شدن از ما بیشتر باشد مقدار انتقال به سرخ نیز بیشتر است.

سایت علمی بیگ بنگ / نویسنده: امیرحسن موسوی / جام‌جم
منابع:
[۱] Andrew Liddle (2003). An Introduction to Modern Cosmology
[۲] George F R Ellis (2006). Issues in the Philosophy of Cosmology
[۳] BBC
[۴]esa.int
[۵] NASA , Big Bang

image_pdfimage_print
(23 نفر , میانگین : 4٫87 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=29546
تحریریه‌ی بیگ بنگ

تحریریه‌ی بیگ بنگ

وب سایت بیگ بنگ یک سایت علمی، تحقیقاتی میباشد که توسط تعدادی از علاقمندان به علم و دانش اداره می شود. این سایت از اواخر سال 1390 تاکنون به فعالیت خود در این حوزه ادامه داده است.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۸ پاسخ‌ها

  1. محمد گفت:

    عالی بودددددددددددد

  2. علیرضا گفت:

    تشکر میکنم از سایت بی نظیرتون
    به همه دست اندرکاران سایت فوق العاده تون خسته نباشید میگم

  3. مهرناز گفت:

    خیلـــــــــی ممنون. عاالی بود 🙂

  4. محبت گفت:

    بی نظیر بود
    تشکر از سایت فوق العادتون

  5. ;dhkh گفت:

    دست مریزاد خسته نباشید بسیار عالی بود خیلی مفاهیم رو که در مقاله های لاتین نمی فهمیدم اینجا درک کردم بازم ممنون

  6. ANVAR گفت:

    عالییی دست شما درد نکنه بهترین سایت نجومی هستید ک من سرمیزنم و از مطالبش استفاده می کنم و لذت میبرم دست شما درد نکنه خسته نباشید

  7. علی گفت:

    خیلی ممنون عالی بود

  8. حسین گفت:

    با درود فراوان
    طول موج بیگ بنگ در چه فرکانسی قرار دارد ؟؟؟

پاسخ دادن به حسین لغو پاسخ

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *