بیگ بنگ: به گفته ی دانشمندان تابش پس زمینه‌ی مایکروویو کیهانی(CMB)، باقیمانده ای از اثرات بیگ بنگ در زمانی که جهان متولد شده، می‌باشد. براساس فرضیه‌ی مطرح شده، جهان در زمانیکه متولد شد، تحت یک انبساط و تورم بسیار سریع قرار گرفت. (این انبساط امروزه نیز ادامه دارد و به دلایل نامعلومی این انبساط شتاب گرفته است.) این تابش در واقع نشان دهنده‌ی گرمای باقیمانده از بیگ بنگ و انبساط سریع جهان میباشد.

امواج پس زمینه مایکروویو با چشمان غیرمسلح قابل مشاهده نیستند اما در سرتاسر جهان وجود دارند. دلیل غیرقابل مشاهده بودن این امواج برای چشم انسان، دمای بسیار پایین آن‌ها می‌باشد. دمای این امواج فقط 2.725 درجه از صفر مطلق (صفر کلوین) بالاتر است؛ یعنی دمایی معادل منفی 273.15 سلسیوس. و این بدان معناست که این امواج فقط برای بخش مایکروویو طیف سنج‌های الکترومغناطیس قابل مشاهده هستند.

ریشه‌ها و کشفیات

جهان 13.8 میلیارد سال پیش متولد شده است و تاریخ تابش پس زمینه ی کیهانی به حدود 400 هزار سال پس از رویداد بیگ بنگ باز می‌گردد. طبق گفته‌ی ناسا، این امر به این دلیل است که در نخستین سال‌های کیهان، زمانی که ابعاد جهان فقط یک صدهزار میلیونیوم امروز بوده، دمای آن ناگهان افزایش پیدا کرده و به 273 میلیون درجه بالای صفر مطلق می‌رسد. تمامی اتم‌های موجود در آن زمان، بر اثر این افزایش بسیار زیاد دما شکسته شده و به ذرات ریزتر یعنی پروتون‌ها و الکترون‌ها تقسیم شدند. فوتون‌های مربوط به تابش پس زمینه ی کیهانی توسط الکترون‌ها متفرق شده و در جهان اولیه سرگردان شدند. بنابراین طبق نوشته‌های ناسا این نورهای سرگردان یک مه غلیظ را در جهان اولیه شکل دادند. (فوتون بسته‌های کوانتومی نور، انرژی و تشعشات می‌باشد.)

در حدود 380 هزار سال پس از پدیده بیگ بنگ، جهان به اندازه‌ی کافی سرد شد که هیدروژن بتواند شکل بگیرد. از آنجائیکه ضربات وارده به فوتون‌های تابش پس زمینه ی کیهانی از طرف مولکول‌های هیدروژن آنقدر قوی نبود که بتواند این فوتون‌ها را تحت تاثیر قرار دهد، این فوتون‌ها در یک مسیر مستقیم حرکت می‌کردند. کیهان شناسان با اشاره به سطح آخرین تفرق ایجاد شده زمانیکه فوتون‌های تابش پس زمینه ی کیهانی به مواد دیگر ضربه وارد کردند، بیان می‌کنند که از آن زمان به بعد و در اثر این ضربات، جهان ما بسیار بزرگ شد. بنابراین، وقتی ما نقشه‌ی این تابش کیهانی را بررسی می‌کنیم در واقع برمی‌گردیم به 380 هزار سال پس از رویداد بیگ بنگ و زمانیکه جهان آنقدر مات بود که بتواند از خود اشعه صادر کند.

براساس شواهد و گفته‌های ناسا، تابش پس زمینه ی کیهانی برای نخستین بار توسط کیهان شناس آمریکایی به نام رالف آفر و در سال 1948 پیش‌بینی شد. در آن زمان این دانشمند در حال کار با گروه تحقیقاتی با رابرت هرمان و جورج گاموف بود. این تیم تحقیقاتی در حال پژوهش بر روی سنتز هسته‌ای بیگ بنگ یا تولید عناصر جهان همزمان با سبک‌ترین ایزوتوب هیدروژن بودند. سبک‌ترین ایزوتوب هیدروژن، یکی از اولین گونه‌های تشکیل شده در تاریخ جهان می‌باشد.

اما، این تشعشات برای اولین بار به صورت کاملا تصادفی مشاهده شد. در سال 1965، دو محقق از آزمایشگاه بل در نیوجرسی به نام‌های آرنو پنزیاس و رابرت ویلسون، در حال تولید کردن یک دریافت‌کننده‌ی رادیویی و در حالیکه از نویزهای ایجاد شده بسیار متحیر بودند، امواج مایکروویو پس زمینه را کشف کردند. آنها خیلی زود تشخیص دادند که این نویزها به صورت منظم و از تمام آسمان ایجاد می‌شود. در همان زمان یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه پرینستون به رهبری رابرت دیک در حال تلاش برای یافتن این تشعشات بود. تیم دیک اطلاعات مربوط به آزمایش بل را دریافت کردند و تابش پس زمینه ی کیهانی را در نتایج آن آزمایش تشخیص دادند. هر دو تیم سریعا مقالات خود را در سال 1965 در نشریه ی Astrophysical منتشر کردند. در این مقالات پنزیاس و ویلسون در خصوص آنچه مشاهده کرده بودند صحبت کردند و تیم دیک توضیح دادند که در بطن جهان چه می‌گذرد. (بعدها پنزیاس و ویلسون در سال 1987 جایزه نوبل فیزیک را با هم دریافت کردند)

مطالعه با جزئیات بیشتر

تابش پس زمینه ی کیهانی برای دانشمندان مفید است زیرا به ما می‌آموزد که جهان اولیه چگونه شکل گرفته است. دمای کل جهان یکنواخت می‌باشد ولی نوسانات کوچکی دارد که فقط با دقیق‌ترین تلسکوپ‌ها قابل تشخیص می‌باشد. ناسا در این خصوص نوشته است: با مطالعه‌ی این نوسانات، کیهان شناسان می‌توانند در خصوص ریشه‌ی کهکشان‌ها و ابرساختارهای کهکشانی اطلاعات بیشتری کسب کنند و پارامترهای اصلی بیگ بنگ را اندازه‌گیری نمایند.

با اینکه نقشه‌ی بخش‌هایی از تابش پس زمینه ی کیهانی در دهه‌های پس از کشف آن ترسیم شد؛ اولین نقشه‌ی کامل آسمان از ماموریت کاوشگر پس زمینه‌ی کیهانی ناسا- کوبه(COBE) بدست آمد. این کاوشگر در سال 1989 به فضا پرتاب شد و ماموریت علمی آن در سال 1993 به اتمام رسید. این “بچه عکس‌ها”، همانگونه که ناسا آنها را نامگذاری کرده، پیش‌بینی‌های مربوط به بیگ بنگ را ثابت می‌کنند و همچنین نشانه‌هایی از ساختارهای کیهانی که قبلا دیده نمی‌شدند را آشکار می‌نماید.

در سال 2006، جایزه نوبل فیزیک به دانشمندان کوبه، “جان متر” از مرکز هوایی فضایی گودار ناسا و “جورج اسموت” از دانشگاه برکلی کالیفرنیا، اهدا شد. نقشه‌ای با جزئیات بیشتر برای اولین بار در سال 2003 توسط کاوشگر ناهمسانگرد مایکرویوی با نام ویلکینسون(WMAP)، بدست آمد. این کاوشگر در سال 2001 به فضا پرتاب شد و در سال 2010 به ماموریت خود پایان داد. اولین عکس این کاوشگر ثابت کرد که جهان عمری برابر با 13.8 میلیارد سال دارد.

دانشمندان این نتایج را با مطالعه‌ی مراحل اولیه‌ی تورم و انبساط جهان(در یک تریلیونیوم ثانیه پس از شکل‌گیری) و با اندازه‌گیری پارامترهای دقیق‌تر از دانسیته اتم‌ها، توده‌های جهان و دیگر خصوصیات جهان مدت اندکی پس از شکل‌گیری، دنبال کردند. آنها همچنین یک عدم تقارن عجیب را در میانگین دمای دو نیمکره آسمان و یک لکه‌ی سرد که بزرگتر از ابعادی بود که انتظار داشتند، مشاهده کردند. در سال 2013، نتایج بدست آمده از تلسکوپ فضایی آژانس فضایی اروپایی پلانک، عکس‌هایی از تابش پس زمینه ی کیهانی را با دقت بیشتر نشان دادند. دانشمندان با استفاده از این اطلاعات از یک راز دیگر در مورد هستی پرده برداشتند: نوسانات تابش پس زمینه ی کیهانی در مقیاس زوایای بزرگ با آنچه پیش‌بینی شده بود، مطابقت ندارند.

پلانک همچنین آنچه را ماهواره WMAP در مورد عدم تقارن و لکه‌ی سرد مشاهده کرده بود، به اثبات رسانید. تحقیقات و تلاش‌های دیگری نیز قصد دارند تا جنبه‌های مختلف این تابش باستانی را جستجو کنند و بیابند. یکی از این تلاش‌ها، اندازه‌گیری نوعی چرخش‌ درون قطبی نور تحت عنوان حالت E (که توسط یک تداخل سنج زاویه‌ای مستقر در پایگاها قطب جنوب در سال 2002 کشف شد) و حالت B، بود. حالت B می‌تواند از همگرایی گرانشی حالت E (این همگرایی نخستین مرتبه توسط تلسکوپ قطب جنوب در سال 2013 مشاهده شد) و از امواج گرانشی ناشی از بیگ بنگ که پیش‌بینی شده اما هنوز مشاهده نشده‌ ایجاد شود. در سال 2014، دستگاه دانشمندان بایسپ۲ (BICEP2) مستقر در پایگاه قطب جنوب، مدعی شدند که یک موج گرانشی حالت B را مشاهده کرده اما بررسی های بعدی (شامل کار و تحقیقات پروژه پلانک) نشان داد که این نتایج به خاطر گرد و غبار کیهانی میباشد و به امواج گرانشی بیگ بنگ ارتباطی ندارد.

مترجم: ندا حائری/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: space.com