تاريخ علمي جهان – بخش دوم

0
771

بیگ بنگ: باور اينشتين به يك جهان ايستا اگر چه با مشاهدات آن زمان تطابق كامل داشت، اما با معادلات نسبيت عام خود وي در تضاد بود، چرا كه در چنين حالتي اجرام مي بايست جذب همديگر مي شدند، كه نتيجه آن فروپاشي جهان بود.

در حدود سال 1917 اینشتین براي رسيدن به يك جهان پايدار، ثابتي را وارد معادلات خود كرد. اين ثابت كيهاني كه نمايي از چگالي انرژي خلا بود، همچون نيرويي مساوي در مقابل جاذبه اقدام كرده و سبب ايستايي جهان مي شد. اقدام بعدي اين دانشمند تلاشي بيهوده براي يافتن اين ثابت در دل معادلات نسبيت عام بود! البته نسبيت عام چهره ديگري از جهان را نيز پيش بيني مي كرد : انبساط جهان، معادلاتي كه با فرضهاي همگن و همسان بودن فضا به اين نتيجه منجر مي شدند، اولين بار توسط الكساندر فريدمن روسيو ويليام دستر (Willem de Sitter) هلندي بنيان گذاشته شدند.

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

ظاهرا روح كپرنيك در همكارش حلول كرد، اين بار نوبت يك كشيش ديگر بود كه پايه گذار يك نظريه جنجالي در كيهان شود. در حدود سال 1920كشيش جرج لوميتر(Georges Lemaître) بلژيكي و داراي درجه دكتراي فيزيك، به معادلات انبساط جهان گرايش پيدا كرد، اما وي مفهوم عميقي را از دل آنها بيرون كشيد. اگر جهان در حال انبساط است، پس در گذشته متراكم تر و كوچكتر بوده است. با سفر به گذشته بسيار دور،اين تراكم و كوچكي تا بي نهايت ادامه خواهد يافت و سپس با يك انفجار، جهان متولد شده است. لحظه اي براي تولد جهان توسط يك كشيش. اينشتين ايده وي را ساده لوحانه مي خواند ، تا اينكه حدود سال 1925 ادوين هابل آمريكايي با پيشرفته ترين تلسكوپ زمان خود، همچون گاليله به نقاط دورتري از جهان چشم دوخت.

تا آن زمان دنيا محدود به كهكشان راه شيري بود. محاسبه فاصله ستاره هاي دور امكان پذير نبود، چون نور يك ستاره تابع دو متغير است كه يكي فاصله است و ديگري اندازه خود ستاره. معلوم نيست كه نور كم يك ستاره به خاطر دوري آن است يا كوچكي خود ستاره. اما هابل براي رفع اين مشكل چاره اي اندشيد : شمع استاندارد، يعني ستاره هاي نادري كه اندازه و ميزان تابندگي آنها مشخص است. ايده شمع استاندارد ابتدا در سال 1912 توسط خانم هنريتا سوان لويت و براي ستاره هاي قيفاووسي مطرح شد كه متاسفانه متناسب با اهميت كارش مشهور نشد. امروزه از شمع هاي استاندارد دقيق تري به نام ابر نواخترها استفاده مي شود. ابر نو اخترها در اثر انفجار ستاره هاي بزرگي تشكيل مي شوند كه به پايان عمر خود رسيده اند و در اين لحظات ، درخشندگي آنها با حدود 10 ميليارد ستاره برابري مي كند.

بدين ترتيب هابل ستاره هايي را كشف كرد كه فراتر از كهكشان راه شيري با قطر 100 هزار سال نوري قرار داشتند. او كهكشانهاي جديد را يافته بود که نشان می داد جهان بسي بزرگتر از آن چيزي بود كه پنداشته مي شد. هيجان اين كشف بزرگ براي هابل كافي نبود، او به بررسي رفتار كهكشانهاي جديد مشغول شد و متوجه شد كه تمامي كهكشانها از همديگر دور مي شوند. به عبارتي جهان در حال انبساط است. پديده داپلر كه سبب زير و گوشخراش شدن صداي يك موتور سيكلت هنگام نزديك شدن به ما و آسودگي هنگام دور شدنش مي شود، براي نور نيز رخ مي دهد. همانطور كه نزديكي منبع صوت باعث كوتاه شدن طول موج آن و برعكس ميشود، نزديك شدن يك ستاره نيز، طول موج نور مريي آن را به سمت آبي مي كشاند و برعكس. هابل كشف كرد كه طول موج ستاره هاي تمامي كهكشانها به سمت قرمز كشيده شده است و نتيجه آن … : دور شدن كهكشانها و انبساط جهان!

با كشف هابل، اينشتين استفاده از ثابت كيهاني را بزرگترين اشتباه علمي خود خواند، دقيقا شبيه اعتراف هاوكينگ به اشتباهي كه در مورد نابودي اطلاعات در سياهچاله ها مرتكب شد! (نكته عجيب اين است كه سالها بعد در 1998 دوباره دانشمندان براي توجيه انبساط فزاينده جهان پاي ثابت كيهاني جديدي را به معادلات گشودند كه نمايانگر انرژي تاريك است) با اين حال نظريه لوميتر به جايي نرسيد، چون اندازه گيريهاي نه چندان دقيق هابل به ويژه در مورد سرعت انبساط جهان با فرمول صحيح وي براي تعيين سن كيهان به رقمي حدود 2 ميليارد سال مي رسيد، درحاليكه قبلا عمر زمين بيشتر از اين اندازه گيري شده بود. بدين ترتيب نظريه رقيب “حالت پايا” پا به ميدان گذاشت كه فرد هويل، ستاره شناس مشهور انگليسي خالق آن بود. در اين نظريه جهان بدون آغاز و پايان با چگالي جرم يكسان به كار خود ادامه مي داد. وي براي مشكل رقيق شدن كيهان توسط انبساط، پيشنهاد خلق ماده جديد را داد كه البته با استقبال ديگر فيزيكدانان مواجه نشد.

در ميان اين بحث ها فيزيكدان ديگري نيز حضور داشت : جرج گاموف روسي! اين دانشمند به صورت حرفه اي تري راه لوميتر را ادامه داد. گاموف همچون مايكل فارادي ، نظريه پرداز قابلي بود، اما رياضيدان برجسته اي نبود و براي پيشبرد بخش رياضي نظريه اش از دانشجوي ممتازش، رالف آلفر آمريكايي كمك گرفت. نوعي همكاري علمي كه در جامعه ما بسيار كمياب است. گاموف معتقد بود كه اتمهاي هيدروژن و هليوم كه بيشتر ماده جهان را تشكيل مي دادند، در اثر انفجار همان ابر اتم لوميتر به وجود آمده اند. او و دانشجويش به اين نتيجه رسيدند كه هيدروژن بايد 10 برابر هليوم باشد. اولين نتيجه مهم اين نظريه كه مشاهدات آن را تاييد مي كردند. همكاري آلفر با رابرت هرمان آمريكايي، پيش بيني لوميتر در مورد گرماي فسيل باقيمانده از لحظه انفجار را كامل كرد.

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 380 هزار سال پس از تولد جهان نشان می دهد.

چون انفجار با دماي فوق العاده زيادي آغاز شده بود، مي بايست هنوز پسمانده هاي گرماي آن در كيهان موجود باشد و هر گرمايي داراي امواج الكترومغناطيس با طول موج ويژه خود است. البته اين لفظ گرما در سطح كيهان يا جسم سياه ، معناي فيزيكي دارد، درحاليكه براي ما به معناي كشنده ترين سرماي ممكن است، چون دماي آن حدود 2.7 كلوين معادل 270 درجه زير صفرمي باشد. طبق محاسبات، اين گرماي فسيل شده با تابش زمينه ماكروويو (Cosmic microwave background radiation) پيوند خورده و به عنوان پيرترين تابش كيهان، از حدود 380 هزار سال پس از تولد جهان تا كنون وجود دارد. اين زماني پس از انفجار بزرگ است كه اولين اتمهاي هيدروژن ساخته شده و فوتونها توانستند از اسارت ماده در آمده و آزادانه در كيهان سير كنند. بر اساس پيش بيني رالف و آلفر، اين نوردر تمامي كيهان به صورت تقريبا يكنواخت جا خوش كرده ومي توانست توسط يك تلسكوپ راديويي حساس كشف شود.

اگر چه محاسبات هابل به تدريج اصلاح شد و چالش اوليه نظريه تولد جهان رفع شده بود، اما بزرگترين پيروزي براي اين نظريه در حدود 15 سال بعد يعني در 1965 به دست آمد، در حاليكه گروهي از محققين دانشگاه پرينستون به دنبال كشف قديمي ترين امواج الكترومغناطيس كيهان بودند، پنزياس و ويلسون آمريكايي كه بر روي مخابره هاي ماهواره اي كار مي كردند، با پارازيت ديوانه كننده اي روبرو شده بودند كه از هر جهتي آنتن آنها را هدف قرار داده بود. كشف اين پارازيت براي ايشان جايزه يك ميليون دلاري نوبل را به همراه آورد. اين پارازيت در واقع همان تابش زمينه كيهاني بود. امواجي كه توسط ضبط و ثبت آنها مي توان يك عكس فوري از لحظات اوليه تولد جهان را چاپ و مشاهده نمود. لوميتر در واپسين لحظات عمر خود، و نيز گاموف و گروهش از شنيدن اين خبر شاد شدند. اين مهمترين مدرك تجربي براي نظريه بیگ بنگ (انفجار بزرگ)  و تولد جهاني است كه با آن ارتباط داريم.

ادامه دارد »»»

نويسنده : احمد مصدر

منابع:

جهاني از عدم ، لاورنس كراوس ، ترجمه سيامك عطاريان، نشر الكترونيك توسط سايت بيگ 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



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.