بیگ بنگ: کیهان‌شناسی مدرن از نظریه نسبیت عام اینشتین برخاسته است و پیش‎بینی انبساط کیهان از بزرگترین و عجیب‌ترین دستاوردهای این نظریه می باشد.

به گزارش بیگ بنگ، جهان شناسی(کیهان شناسی) که زمانی مربوط به فلسفه و دیگر مباحث غیر علمی تلقی می شد با ظهور علم فیزیک توسط نیوتن وارد قلمروی علمی محض شد و بیشک از جذاب‌ترین و بزرگترین دستاورهای فیزیک نیز می باشد. کیهان‌شناسی، علم مطالعه تاریخ کیهان بصورت یک کل، در هر دو بخش ساختار و تحولش است. کیهان‌شناسی مدرن با کشف نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین که بزرگترین دستاورد تاریخ  نبوغ بشریت می باشد آغاز شد. یکی از مهمترین پیش‌بینی‌های این نظریه در کیهان‌شناسی، انبساط عالم می باشد که توسط فریدمن در سال 1922 کشف شد. تایید تجربی این رویداد حیرت‌انگیز توسط هابل در سال 1929 انجام شد. کیهان تقریبا 13.8 میلیارد سال قبل به وجود آمده است.

اشتباه اینشتین!

اینشتین با بررسی معادلات که خودش کشف کرده بود دریافت که کیهان نباید ایستا باشد، ولی باور شخصی او این بود که کیهان ساکن است یعنی در ظرف زمان بدون تغییر باقی می ماند. برای غلبه بر این مشکل او شرطی را در معادلات خود وارد کرد و این شرط را ثابت کیهانی نامید. این ثابت نماینده یک پاد گرانش بود که با افزایش فاصله بیشتر می شد. پس گرانش و این پاد گرانش، امکان ایجاد جهانی ساکن را داد. بعدا با کشف تجربی انبساط کیهان، اینشتین این ثابت را بزرگترین اشتباه زندگی خود نامید. در واقع نبوغ اینشتین، اینشتین را شکست داد!

فریدمن وارد می شود

یک دانشمند گمنام بنام فریدمان در سال 1922، معادلات اینشتین را حل کرد و مجموعه‌ای از مدل‌هایی که کیهان مطابق آنها از یک نقطه یا از تکینگی گسترش یافته است را کشف کرد. در واقع او، انبساط اینشتینی کیهان را کشف کرده بود. فرد هویل به دلایلی نام بیگ بنگ(BIG BANG) را به این مدل نهاد.

تکینگی بیگ بنگ

اگر انبساط کائنات را در جهت عکس دنبال کنید به حالتی خیره‌کننده و باورنکردنی از جهان می رسید. حالتی  نقطه‌ای-بدون اندازه و بعد با چگالی بینهایت. در واقع این آغاز حیرت‌انگیز جهان می باشد که شامل یک تکینگی است.

قانون هابل

ادوین هابل در سال 1929 با استفاده از تلسکوپ 100 اینچی هوکر در مونت ویلسون، بصورت تجربی رابطه‌ای را بین فاصله کهکشان‌های گوناگون و سرعت شعاعی‌شان را بدست آورد. او این موضوع را از روی جابجایی دوپلری در خطوط جذبی طیف کهکشان‌ها فهمید. مشخص شد که خطوط طیفی همه کهکشان‌ها انتقال به سرخ دارند، همه کهکشان‌ها در حال دور شدن از ما هستند. به بیان دقیق‌تر، آنها در حال دور شدن هستند. میزان انتقال به سرخ در خطوط جذبی، به فاصله کهکشان بستگی دارد. این رابطه که به عنوان قانون هابل شناخته می شود، بصورت زیر است:

V=HD

که V سرعت دور شدن شعاعی، D فاصله و H ثابت هابل می باشد.

تابش مایکروویو پس زمینه کیهانی(CMBR)

جورج گاموف تابشی که باقی مانده بیگ بنگ بود و در سرتاسر کیهان وجود دارد را پیش‌بینی نمود. این یک طیف کامل جسم سیاه در 2.74 کلوین است. این تابش با دقت بسیار بالایی در هر سوی آسمان یکسان(همگرا) است. انحراف(ناهمگرایی) این تابش بسیار کم می باشد. وجود این تابش پس زمینه نشان میدهد که زمانی کیهان دمای یکسانی داشته است. این تابش در سال 1965 توسط پنزیاس و ویلسون بطور تجربی کشف شد تا تاییدی تجربی دیگری بر نظریه بیگ بنگ و انبساط کیهان باشد زیرا که با گسترش عالم دمای جهان کاهش می یابد و اکنون این دما 2.74 درجه کلوین، شده است.

در مورد اینشتین، اشتباه هم نبوغ‌آمیز است!

در سال 1998 یکی از غیر منتظره‌ترین کشفیات تجربی تاریخ رخ داد. جهان نه تنها انبساط می یابد بلکه این رویداد شتابان نیز است! در واقع چیزی اعجاب‌انگیز جهان را رو به جلو حل میدهد، یک نیروی جدید و ناشناخته کیهانی(انرژی تاریک). جهانی که با بیگ بنگ متولد شده بود، همچنان در حال انبساط یافتن بود، اکنون چیزی دیگری نیز این انبساط را شدیدتر می کند، یک نیروی پاد گرانش که بجای جذب کردن همه چیز به هم، داشت کهکشان‌های جهان را از هم دور می کرد، بله درست حدس زده‌اید، ایده پاد گرانش اینشتین که به عمد آن را در معادلات خود وارد کرده بود تا اعتقاد شخصی خود را وارد معادلات ناب خود کند، در نهایت درست از آب در آمد! در واقع دانشمندان این نیروی پاد گرانش را دوباره و بعد از تقریبا 70 سال مجددا وارد فیزیک محض کردند.

ساختار قابل تصور برای جهان

جهان بسته: اگر چگالی ماده موجود در جهان از مقدار بحرانی  فراتر رود، انبساط کیهان متوقف می شود و در این صورت جهان در یک خرد شدن بزرگ-برعکس بیگ بنگ-از هم فرو می پاشد- BIG CRUNCH. در این مدل انحنای جهان مثبت می باشد، بنابراین  یک عالم کروی خواهیم داشت.

جهان باز: اگر چگالی ماده-انرژی در کائنات کمتر از مقدار بحرانی باشد، کیهان برای همیشه بسمت گسترش یافتن خیز بر می دارد. در این  مدل، هندسه عالم هذلولوی (انحنای منفی) می باشد.

جهان مسطح: در این حالت  که مرز میان کیهان باز و بسته می باشد، این مدلی بحرانی می باشد چون در آن توازنی بین انبساط کیهان و چگال ماده جهان وجود دارد. در این مدل، انحنای جهان، صفر است پس عالمی اقلیدسی خواهیم داشت.

چند نکته دیگر:

1-اندازه جهان قابل مشاهده، 93 میلیارد سال نوری می باشد.

2-هیچ مرکزی در جهان وجود نداد، کیهان در حال دور شدن از هیچ جایی نیست.

3-زمان در بیگ بنگ آغاز شد. پس صحبت از قبل از بیگ بنگ معنایی ندارد.

4-جهان بسوی هیچ چیزی هم منبسط نمی شود.

نبوغ غایی اینشتین

علاقمندم کمی درباره این موضوع صحبت کنم. نبوغ باورنکردنی انسان که می تواند جهان به این پیچیدگی را فرمول‎بندی کند و پیشگویی‌هایی قبل از تجربیات را انجام دهد. نوابغ و فوق نوابغ بی‌همتایی را جهان به خود دیده است  و غایت این نبوغ را میتوان در آلبرت اینشتین دید. آلبرت اینشتین با نبوغ غایی و متعالی خود، نسبیت را کشف کرد که بیگ بنگ و انبساط کیهان و بسیاری از چیزهایی باورنکردنی دیگر را از درون این نظریه غول‌آسا به جهانیان نشان داد.

در ضمن این تنها بخشی از نتایج نبوغ غایی اینشتین در نسبیت است که می شد در این مقاله به آن اشاره کرد. تمام دستاوردهای دانشمندان در زمینه کیهان‌شناسی طبق این نظریه می باشد و به واقع، جهان با معادلات نظریه نسبیت اینشتین کار می کند. ما باید از اینکه گونه‌ای از نوع اینشتین می باشیم به خود ببالیم. «بله ما در کیهان اینشتین زندگی می کنیم.»

نویسنده: میلاد اسکندردوست/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع برای مطالعه بیشتر:

ستاره شناسی- استیسی پلن

اشنایی با نجوم و کیهان شناسی- ایان موریسون