تاریخ علمی جهان – بخش دوم

بیگ بنگ: باور اینشتین به یک جهان ایستا اگر چه با مشاهدات آن زمان تطابق کامل داشت، اما با معادلات نسبیت عام خود وی در تضاد بود، چرا که در چنین حالتی اجرام می بایست جذب همدیگر می شدند، که نتیجه آن فروپاشی جهان بود.

در حدود سال ۱۹۱۷ اینشتین برای رسیدن به یک جهان پایدار، ثابتی را وارد معادلات خود کرد. این ثابت کیهانی که نمایی از چگالی انرژی خلا بود، همچون نیرویی مساوی در مقابل جاذبه اقدام کرده و سبب ایستایی جهان می شد. اقدام بعدی این دانشمند تلاشی بیهوده برای یافتن این ثابت در دل معادلات نسبیت عام بود! البته نسبیت عام چهره دیگری از جهان را نیز پیش بینی می کرد : انبساط جهان، معادلاتی که با فرضهای همگن و همسان بودن فضا به این نتیجه منجر می شدند، اولین بار توسط الکساندر فریدمن روسیو ویلیام دستر (Willem de Sitter) هلندی بنیان گذاشته شدند.

از راست به چپ: آلبرت اینشتین، جرج لومیتر، ادوین هابل

از راست به چپ: آلبرت اینشتین، جرج لومیتر، ادوین هابل

ظاهرا روح کپرنیک در همکارش حلول کرد، این بار نوبت یک کشیش دیگر بود که پایه گذار یک نظریه جنجالی در کیهان شود. در حدود سال ۱۹۲۰کشیش جرج لومیتر(Georges Lemaître) بلژیکی و دارای درجه دکترای فیزیک، به معادلات انبساط جهان گرایش پیدا کرد، اما وی مفهوم عمیقی را از دل آنها بیرون کشید. اگر جهان در حال انبساط است، پس در گذشته متراکم تر و کوچکتر بوده است. با سفر به گذشته بسیار دور،این تراکم و کوچکی تا بی نهایت ادامه خواهد یافت و سپس با یک انفجار، جهان متولد شده است. لحظه ای برای تولد جهان توسط یک کشیش. اینشتین ایده وی را ساده لوحانه می خواند ، تا اینکه حدود سال ۱۹۲۵ ادوین هابل آمریکایی با پیشرفته ترین تلسکوپ زمان خود، همچون گالیله به نقاط دورتری از جهان چشم دوخت.

تا آن زمان دنیا محدود به کهکشان راه شیری بود. محاسبه فاصله ستاره های دور امکان پذیر نبود، چون نور یک ستاره تابع دو متغیر است که یکی فاصله است و دیگری اندازه خود ستاره. معلوم نیست که نور کم یک ستاره به خاطر دوری آن است یا کوچکی خود ستاره. اما هابل برای رفع این مشکل چاره ای اندشید : شمع استاندارد، یعنی ستاره های نادری که اندازه و میزان تابندگی آنها مشخص است. ایده شمع استاندارد ابتدا در سال ۱۹۱۲ توسط خانم هنریتا سوان لویت و برای ستاره های قیفاووسی مطرح شد که متاسفانه متناسب با اهمیت کارش مشهور نشد. امروزه از شمع های استاندارد دقیق تری به نام ابر نواخترها استفاده می شود. ابر نو اخترها در اثر انفجار ستاره های بزرگی تشکیل می شوند که به پایان عمر خود رسیده اند و در این لحظات ، درخشندگی آنها با حدود ۱۰ میلیارد ستاره برابری می کند.

بدین ترتیب هابل ستاره هایی را کشف کرد که فراتر از کهکشان راه شیری با قطر ۱۰۰ هزار سال نوری قرار داشتند. او کهکشانهای جدید را یافته بود که نشان می داد جهان بسی بزرگتر از آن چیزی بود که پنداشته می شد. هیجان این کشف بزرگ برای هابل کافی نبود، او به بررسی رفتار کهکشانهای جدید مشغول شد و متوجه شد که تمامی کهکشانها از همدیگر دور می شوند. به عبارتی جهان در حال انبساط است. پدیده داپلر که سبب زیر و گوشخراش شدن صدای یک موتور سیکلت هنگام نزدیک شدن به ما و آسودگی هنگام دور شدنش می شود، برای نور نیز رخ می دهد. همانطور که نزدیکی منبع صوت باعث کوتاه شدن طول موج آن و برعکس میشود، نزدیک شدن یک ستاره نیز، طول موج نور مریی آن را به سمت آبی می کشاند و برعکس. هابل کشف کرد که طول موج ستاره های تمامی کهکشانها به سمت قرمز کشیده شده است و نتیجه آن … : دور شدن کهکشانها و انبساط جهان!

با کشف هابل، اینشتین استفاده از ثابت کیهانی را بزرگترین اشتباه علمی خود خواند، دقیقا شبیه اعتراف هاوکینگ به اشتباهی که در مورد نابودی اطلاعات در سیاهچاله ها مرتکب شد! (نکته عجیب این است که سالها بعد در ۱۹۹۸ دوباره دانشمندان برای توجیه انبساط فزاینده جهان پای ثابت کیهانی جدیدی را به معادلات گشودند که نمایانگر انرژی تاریک است) با این حال نظریه لومیتر به جایی نرسید، چون اندازه گیریهای نه چندان دقیق هابل به ویژه در مورد سرعت انبساط جهان با فرمول صحیح وی برای تعیین سن کیهان به رقمی حدود ۲ میلیارد سال می رسید، درحالیکه قبلا عمر زمین بیشتر از این اندازه گیری شده بود. بدین ترتیب نظریه رقیب “حالت پایا” پا به میدان گذاشت که فرد هویل، ستاره شناس مشهور انگلیسی خالق آن بود. در این نظریه جهان بدون آغاز و پایان با چگالی جرم یکسان به کار خود ادامه می داد. وی برای مشکل رقیق شدن کیهان توسط انبساط، پیشنهاد خلق ماده جدید را داد که البته با استقبال دیگر فیزیکدانان مواجه نشد.

در میان این بحث ها فیزیکدان دیگری نیز حضور داشت : جرج گاموف روسی! این دانشمند به صورت حرفه ای تری راه لومیتر را ادامه داد. گاموف همچون مایکل فارادی ، نظریه پرداز قابلی بود، اما ریاضیدان برجسته ای نبود و برای پیشبرد بخش ریاضی نظریه اش از دانشجوی ممتازش، رالف آلفر آمریکایی کمک گرفت. نوعی همکاری علمی که در جامعه ما بسیار کمیاب است. گاموف معتقد بود که اتمهای هیدروژن و هلیوم که بیشتر ماده جهان را تشکیل می دادند، در اثر انفجار همان ابر اتم لومیتر به وجود آمده اند. او و دانشجویش به این نتیجه رسیدند که هیدروژن باید ۱۰ برابر هلیوم باشد. اولین نتیجه مهم این نظریه که مشاهدات آن را تایید می کردند. همکاری آلفر با رابرت هرمان آمریکایی، پیش بینی لومیتر در مورد گرمای فسیل باقیمانده از لحظه انفجار را کامل کرد.

تصویری از تابش پس زمینه کیهانی که کودکی کیهان را درست در 380 هزار سال پس از تولد جهان نشان می دهد.

تصویری از تابش پس زمینه کیهانی که کودکی کیهان را درست در ۳۸۰ هزار سال پس از تولد جهان نشان می دهد.

چون انفجار با دمای فوق العاده زیادی آغاز شده بود، می بایست هنوز پسمانده های گرمای آن در کیهان موجود باشد و هر گرمایی دارای امواج الکترومغناطیس با طول موج ویژه خود است. البته این لفظ گرما در سطح کیهان یا جسم سیاه ، معنای فیزیکی دارد، درحالیکه برای ما به معنای کشنده ترین سرمای ممکن است، چون دمای آن حدود ۲٫۷ کلوین معادل ۲۷۰ درجه زیر صفرمی باشد. طبق محاسبات، این گرمای فسیل شده با تابش زمینه ماکروویو (Cosmic microwave background radiation) پیوند خورده و به عنوان پیرترین تابش کیهان، از حدود ۳۸۰ هزار سال پس از تولد جهان تا کنون وجود دارد. این زمانی پس از انفجار بزرگ است که اولین اتمهای هیدروژن ساخته شده و فوتونها توانستند از اسارت ماده در آمده و آزادانه در کیهان سیر کنند. بر اساس پیش بینی رالف و آلفر، این نوردر تمامی کیهان به صورت تقریبا یکنواخت جا خوش کرده ومی توانست توسط یک تلسکوپ رادیویی حساس کشف شود.

اگر چه محاسبات هابل به تدریج اصلاح شد و چالش اولیه نظریه تولد جهان رفع شده بود، اما بزرگترین پیروزی برای این نظریه در حدود ۱۵ سال بعد یعنی در ۱۹۶۵ به دست آمد، در حالیکه گروهی از محققین دانشگاه پرینستون به دنبال کشف قدیمی ترین امواج الکترومغناطیس کیهان بودند، پنزیاس و ویلسون آمریکایی که بر روی مخابره های ماهواره ای کار می کردند، با پارازیت دیوانه کننده ای روبرو شده بودند که از هر جهتی آنتن آنها را هدف قرار داده بود. کشف این پارازیت برای ایشان جایزه یک میلیون دلاری نوبل را به همراه آورد. این پارازیت در واقع همان تابش زمینه کیهانی بود. امواجی که توسط ضبط و ثبت آنها می توان یک عکس فوری از لحظات اولیه تولد جهان را چاپ و مشاهده نمود. لومیتر در واپسین لحظات عمر خود، و نیز گاموف و گروهش از شنیدن این خبر شاد شدند. این مهمترین مدرک تجربی برای نظریه بیگ بنگ (انفجار بزرگ)  و تولد جهانی است که با آن ارتباط داریم.

ادامه دارد »»»

نویسنده : احمد مصدر

منابع:

جهانی از عدم ، لاورنس کراوس ، ترجمه سیامک عطاریان، نشر الکترونیک توسط سایت بیگ بنگ
سه دقیقه اول ، استیون واینبرگ ، ترجمه خواجه پور
جهان رمبنده ، ایزاک آسیموف ، ترجمه مجتبی جعفر پور
در جهان علم ، ایزاک آسیموف ، ترجمه هوشنگ شریف زاده

Cosmological constant , Big Bang , Cosmological constan

image_pdfimage_print
(15 نفر , میانگین : 4٫67 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=17806
احمد مصدر

احمد مصدر

نویسنده این مطلب : احمد مصدر ، فوق ليسانس شيمي. علاقمند به علوم مختلف از جمله فيزيك و فلسفه علم می باشد و به عنوان نویسنده در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

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