دکتر ریموند رخشانی *
مقاله و فایل صوتی سی وششم:
نظریه ی “بیگ بنگ ” یا مهبانگ
تقاضایی بزرگ از شما دوست عزیز و اندیشمند محترم (خارج از ایران)
اگر سلسله فایل های صوتی و مقالات علمی “سرشت علم” برای شما سودمند بوده اند و هستند، خواهشمندم با شنیدن هر فایل صوتی با ارسال هر مبلغی که برای شما مقدور است) شاید بعنوان شهریه نام نویسی برای کلاس های دروسی علمی، (به حساب بانکی زیر، مرا یاری دهید.
PayPal نام موسسه مالی
www.paypal.me/rrakhshani شناسه حساب در موسسه مالی
با پشتیبانی شما، می توانم این کار سنگین و پروژه علمی – پژوهشی را، هرچه دقیق تر و جامع تر، با دغدغه کاری، و نگرانی مالی کمتری ادامه دهم.
پیشاپیش از یاری و یاوری شما برای پیشبرد پروژه “سرشت علم” صمیمانه سپاسگزارم. مسلما پیشبرد این پروژه بدون حمایت مالی شما عزیزان برای من میسر نخواهد بود. همچنین در اینجا مراتب سپاس خود را از یاری آقایان دکتر بهرخ خوشنویس، دکتر منصور رحیمی، دکتر همایون مهمنش و آقای سعید مجیدی ابراز می دارم.
با احترام، ر. رخشانی
کشفِ هابل در مُورد فاصله ی کهکشان ها از زمین و رابطه ی مُستقیم فاصله ی هریک از آنها با سرعَتِ دورشدن آن ستاره از ما فورا مَسایل پژوهشی علمی مدرن و جدیدی را مطرح کرد.[۱]
پیش از مشاهدات و کشفِ هابل هرگونه بحث پیرامونِ منشأ هستی و گیتی تنها به برآورد‌های فلسفی خلاصه شده بود[۲]. با کشفِ او، علم با بکارگیریِ روش هایِ علمی و ابزار‌هایِ فنی، قادر شد تا مشاهداتی تجدیدپذیر یا قابل تجدیدتولید، ساده و آزمون پذیر پیرامونِ سناریویِ چگونگی شکل گیری گیتی داشته باشد[۳].
- قبل از پرداختن به شواهدِ نظریه ی “بیگ بنگ” یا مهبانگ در موردِ آغاز یا آفرینش گیتی[۴]، شناختِ ابعاد بسیار ضروری هستند و در پیشگفتار کتاب تاحدودی به آن مساله پرداخته شد[۵]. کشفِ هابل پیرامون اینکه کهکشان های دوردست به نحوی مستمر از ما دور می شوند و دیگر اینکه هرچه کهکشانی دورتر باشد سرعتِ حرکت آن هم بیشتر است، نکته ی بسیار مهمی بود.
- اگر برای مثال مانندِ نوارِ یک فیلم، ما قادر بودیم که حرکتِ ستارگان را به عقب برگردانیم و معکوس کنیم همه ی کهکشان ها به نظر می رسند که به یک نقطه ی مشترک باز‌‌گشت دارند[۶]. بنابراین به نظر می رسد که زمانی در گذشته های دور همه ی گیتی گویی که از یک نقطه ی مشترک آغاز شده است.
- نظریه ای که مطرح می سازد که همه ی گیتی در یک لحظه ی زمانی آغاز یا آفریده شده و سپس به نحوی مستمر در بسط و گسترش است “بیگ بنگ” یا مهبانگ نامیده می شود[۷].
اما “بیگ بَنگ” یا مهبانگ چگونه بوده است؟
- مهبانگ مطابق با نظریه ی علمی یک انفجار[۸] نبود که برای نمونه ماده به فضایی موجود منبسط شود یا گسترش[۹] یابد. بلکه “بیگ بنگ” یا مهبانگ انبساط و گسترش خودِ فضا همراه با ماده و انرژی بود.[۱۰]
- برای داشتنِ تمثیلی تصویرگونه، خمیر کیکِ کشمشی ای را در فِرِ گازی در نظر بگیرید. با پختن و بزرگ تر شدن کیک، از دید هر کشمشی دیگر کشمش ها در حال دورشدن از آن کشمش هستند. هچیک از آنها جایگاه ویژه ای ندارند. در نظریه ی “بیگ بنگ” یا مهبانگ هم، زمین یا هیچ کره ی دیگری جایگاهِ ویژه ای ندارد. همگی در حالِ دورشدن و انبساط و گسترش اند.
در حال حاضر نظریه ی مهبانگ بیش از همه مورد قبول اختر شناسان است . قراینی که این نظریه را تایید می کند متعدد است که مهم ترین آنها بسط و گسترش گیتی، تابش پس زمینه ی میکروموجی کیهانی و فراوانی عناصر سبک است.
از منظرِ مشاهداتِ علمی سه گواه برای حمایت از نظریه ی مهبانگ یا “بیگ بنگ” موجود است.
- نخست اینکه بنابر مشاهداتِ علمی و محاسباتِ هابل همه ی کهکشان ها در حالِ گسترش و انبساط[۱۱] هستند اما این انبساط برای اثباتِ نظریه ی “بیگ بنگ” یا مهبانگ به تنهایی کافی نیست.
- دوم وجودِ تابش ها یا اشعه های میکروموجی پس زمینه ی کیهان [۱۲] است که در همه ی گیتی ردیابی شده اند و می شوند. در لحظهی “بیگ بنگ یا مهبانگ “تابش های بسیار پرانرژی الکترومغناطیسی ای به هرسوی گیتی گسیل شد. پس از ” مهبانگ یا بیگ بنگ” دما یا درجه ی حرارت گیتی با گسترش و انبساطِ آن، رو به کاهش گروید و طول موج های آن اشعه ها به سطوحِ پایین تری گرایش پیدا کردند . اشعه های میکروموجی که در همه ی گیتی مشهود هستند باقیمانده های همان اشعه هایِ نخستین و ازلی هستند.
- پژوهشگران آمریکایی آرنو پنزیاس، رابرت ویلسون و پیتر پیبلز در تحقیقاتِ خود این پدیده را توضیح داده اند[۱۳].
- سوم آنکه اگرچه نخستین اتم هایِ شکل گرفته اتم های هیدروژن بودند اما مقدار بسیار کمی از اتم های هلیوم و لیتیوم هم ظاهر شده بودند. اندازه گیری مقدار‌های نسبی[۱۴] این عناصرِ سبک، گواهها و شواهدی برای نظریه ی “بیگ بنگ” یا مهبانگ فراهم کرده اند.
با استفاده از ابزار‌های علمیِ مدرن مساله ی عمرسنجی یا تخمین قدمتِ گیتی و کهکشان ها هم به اثبات نظریه ی “بیگ بنگ” یا مهبانگ یاری داده است.
- اگر به تمثیلِ “برگرداندنِ نوار فیلم” اشاره داشته باشیم و اینکه گیتی به نظر می‌رسد که تنها از یک نقطه آغاز شده است و معادله ی هابل و عددِ ثابت او را نیز در نظر داشته باشیم (V=H x d) کهکشان های با سرعتِ بیشتر کهکشان های دورتر و کهن تری هستند و برعکس آنها که سرعتِ کمتری دارند نزدیک تر و جوان تر اند.[۱۵]
- البته علیرغم ابزار‌های پیچیده وجودِ گردوغبارهای بین ستارگان[۱۶] اندازه گیری نسبی نور را برای تخمین زدن تا حدودی سخت می کند.
- گرد و غبارها باعث می شوند تا کهکشان ها دورتر از آنچه هستند به نظر بیآیند[۱۷] اما تأثیری بر “گذارِ سرخِ” یا سرخ گرایی ستارگان ندارند و نتیجتاً سرعتِ کهکشان ها قابل محاسبه هستند.
عده ای از دانشمندان مساله ی قدمتِ گیتی را با بکارگیری ابزار‌ها و متد‌های مدرن و علمی مورد ارزیابی قرار داده اند[۱۸].
- اگر فرض بر فقدانِ گردوغبارها در محاسبات گذاشته شده باشد قدمتِ گیتی ۲۰ میلیارد سال عمرسنجی یا تخمین زده می شود.
- با فرض و محاسبه ی مقدار معینی از گرد و غبارها عمرسنجی یا تخمین ها در حدود ۱۰ تا ۱۱ میلیارد سال است.
- تازه ترین تخمین ها گیتی را پیرتر از ۱۳ و جوانتر از ۱۴ میلیارد سال می دانند و در جدید‌ترین محاسباتِ موردِ اتفاق نظر، قدمتِ گیتی۷ ,۱۳ میلیارد سال عمرسنجی یا تخمین زده شده است[۱۹].
با پژوهش و مطالعه ی “گذارِ سرخِ” کهکشان ها گواه ها و شواهد شگفت انگیزتری هم کشف شده است[۲۰].
- کهکشان ها گروه هایی از ستارگان هستند که گویی بر صفحه، قرص یا لوحی مدور که برآمدگی ای مرکزی [۲۱] دارد با نیروی گرانش یا جاذبه به یکدیگر مرتبط اند و بدورِ آن برآمدگی عظیم مرکزی آن لوح در گردش اند. با مشاهدهی آن لوح از لبه ی کناری آن، به نظر می رسد که ستارگان گاهی بسوی ما و گاهی بسوی مخالف در گردش اند[۲۲].
- ستاره شناس موسسه یا انستیتوی کارنگی خانم پرفسور ورا روبین[۲۳] ثابت کرده است که سرعتِ گردش کهکشان ها حتی در لبه ها نیز ثابت است.
با بکارگیری قوانینِ نیوتن مسایل حرکتِ ستارگان در کهکشان ها بسادگی قابل محاسبه است[۲۴]. تنها دانستنی های لازم، جرمِ ستارگان و توزیعِ فواصل آنها در کهکشان هاست.
- جرمِ ظاهریِ کهکشان ها از تعدادِ ستارگانِ در آن ها قابل محاسبه است و فواصل هم برای برخی کهکشان ها با ” معیار یا استانداردِ شمعی[۲۵]” اندازه گرفته شده اند.
- اما مشاهدات روبین نشان داده است که کهکشان ها بظاهر ۲ تا ۳ برابر سریع تر از آنچه در محاسبه با میزانِ جرم شان مرتبط است در گردش اند.
- این مشاهده هنگامی پیچیده تر شد که دانشمندان با بکارگیری تلسکوپ های رادیویی[۲۶] به نقشه برداری و مشاهده ی هاله ای[۲۷] از اتم های هیدروژن پرداختند که بدور کهکشان هاست. دانشمندان متوجه شدند که آن هاله بمراتب فراتر از محدوده ی قابل رویت تلسکوپ ها می رود و به مناطقی فضایی که شاید ده (۱۰) برابر حجم و فراتر از ستارگانِ قابل رویت است گسترش دارد. دیگر آنکه آن هاله بسیار سریع تر از مقادیر محاسبه شده در چرخش است[۲۸].
- تنها نتیجه ی علمیِ ممکن آن بود که کهکشان ها جرمی بسیار بیشتر دارند[۲۹] – شاید ۱۰ تا ۱۰۰ برابر – بیشتر از آنچه اندازه گیری های جرمی ستارگانِ قابل رویت بوده اند. این کشف و بحث در حوزه ی علم به مبحثِ “جرم گمشده” و یا “ماده ی تاریک یا تیره[۳۰]” معروف است.
اما “ماده ی تاریک یا تیره ” چیست[۳۱]؟
آیا گیتی الی الابد انبساط خواهد یافت یا در آینده این انبساط، کند و سرانجام متوقف خواهد شد و آنگاه گیتی به انقباض روی خواهد آورد؟ پاسخ به این پرسش موضوع پژوهش دانشمندان علم با استفاده از ابزار‌های مدرن است[۳۲].
در چند سال اخیر فیزیکدان ها برای نخستین بار توانسته اند تصویر جامع تری از گیتی [۳۳] به دست دهند. پاسخ امروزی آنها این است که تنها ۵% گیتی تشکیل شده از موادی معمولی است و ۲۵ درصد گیتی متشکل از ماده ی غیرقابل رویتی ست که ماده ی تاریک یا تیره خوانده شده[۳۴] و ۷۰ درصد بقیه ی گیتی از انرژی تاریکی است[۳۵] که به نحوی یکسان در سرتاسر گیتی توزیع شده است. اینکه گیتی از چه ساخته شده است هزاران سال مورد پرسش بوده است.[۳۶]
برای نمونه از زمان های کهن فیلسوف ها و منجمان هر آنچه در هستی است ساخته شده از آب و باد و خاک و آتش می پنداشتند. اغلب پرسش های مدرن در فیزیک ذره ای مطرح شده اند.
موادی معمولی که ما هر روز با آنها سروکار داریم ساخته شده از اتم اند. البته برداشت های علمی امروز ما از آنچه مردم کهن اتم می نامیدند کاملا متفاوت است. ما امروز اجزای درونی اتم و بار‌های آنها را نیز می شناسیم، از پروتون و نوترون و الکترون گرفته تا کوآرک های رو به پایین و رو به بالا و غیره.
هر آنچه در گیتی موجود است (با توجه به ابزار‌های امروزی ما) لزوما قابل رویت نیست[۳۷] اما بدلیل آنکه همه چیز در گیتی میدان یا حوزه ی گرانشی یا جاذبه ای[۳۸] دارد وجود آنها قابل اندازه گیری و استنباط است. وجود ماده ی تاریک یا تیره و انرژی تاریک یا تیره هم دقیقا بدلیل میدان یا حوزه های جاذبه شان استنباط شده اند. شواهد و گواه های علمی بسیارند اما ردیابی مستقیم آنها کماکان موضوع پژوهش است.
به نظر نمی‌‌رسَد که ماده ی تاریک یا تیره گاز و یا گردوغبار بین ستاره ای باشد چرا که چنین میزان بالایی از آنها جلوی عبور نورِ کهکشان ها را[۳۹] می گرفت.
یکی از آشکار‌ترین و بهترین دلایل گروهی از اجسامِ فضایی، از قبیلِ کوتوله های قهوه ای، دنباله دارها[۴۰] و سنگ هایی آسمانی یا سیارک ها [۴۱] هستند که “اجسامِ هاله ایِ فشرده گران جرم[۴۲]” خوانده شده اند[۴۳].
اما این اجسام می باید از خود حرارتی گسیل کنند ولی ماهواره هایِ فروسرخ یا مادون قرمزِ[۴۴] علمیِ امروزی چنین پدیده ای را برای اجسامی که حداقل ۹۰% وزنِ کهکشان ها را تشکیل داده اند ردیابی نمی کنند.
دلیل دیگر در موردِ “جرمِ گمشده” به نوترینو‌ها اشاره می کند و مطرح می سازد که اگر آنها جرم داشته باشند به وزنِ ماده ی تاریک می‌‌افزایند.
برخی دانشمندانِ دیگر مبحثِ “ذرّاتِ گران جرمِ با درهم کنشِ ضعیف[۴۵]” را یعنی همان مبحثِ “سیاه چاله”ها را مطرح کرده اند[۴۶].
این مباحث از هیجان انگیز‌ترین پژوهش های علمی در نجومِ مدرن هستند.
دانشمندان حوزه ی ستاره شناسی با بکارگیری ابزار‌های مدرن نشان داده اند که گیتی در سطح کلان عمدتاً همگون و یکنواخت است. ولیکن گیتی در سطح خُرد (یعنی در ابعاد کهکشانی) بهیچوجه همگون و یکنواخت نیست. شواهد محکمی پیرامون یکنواختی گیتی ازلی با مشاهده ی پس زمینه ی میکروموجی کیهانی یا کهکشانی (CMB) بدست آمده است[۴۷].
- بدلیل آنکه گیتی اولیه یا ازلی بسیار چگال، متراکم و داغ بود، تابش بالایی داشت و امروزه آن تابش یا ساطع شدگی با “گذاری سرخ” در طیف الکترومغناطیسی مشاهده می شود و پس زمینه ی میکروموجی کهکشانی[۴۸] خوانده می شود.
- در واقع این پس زمینه، تک تصویری از گیتی اولیه است که بی نهایت همگون و یکنواخت بوده است و درجه ی حرارت آن حدودا ۳ درجه ی کلوین اندازه گیری شده که نوسانات حرارتی کوچکی نیز دارد. تفاوت های حرارتی در هرجای این پس زمینه کهکشانی از ۱ در ۱۰۰۰۰۰ هم کمتر است.
- دیگر اینکه اندازه گیری ها همه نشان می دهند که نسبت چگالشی یا تراکمی در گیتی نشان از آن دارد که برای توضیح چگالش یا تراکم گیتی به ماده ی تاریک نیاز داریم[۴۹]. میزان کل ماده ی موجود برای چنین پدیده ای ثابت می‌‌کند که چیزی ۶ برابر ماده ی معمولی است (یعنی ۱ نسبت اندازه گیریشده ی ماده ی معمولی و ۵ نسبت آنچه ماده ی تاریک نامیده شده که دانشمندان در جستجوی راه های ردیابی آن اند.) چنین محاسباتی با آنچه پیشتر بدان اشاره شد همخوانی دارد یعنی آنکه اندازه گیری های پس زمینه ی میکروموجی کهکشانی نشان می دهند که تنها ۵% گیتی تشکیل شده از ماده ی معمولی است و ۲۵ درصد گیتی متشکل از ماده ی غیرقابل رویتیست که ماده ی تاریک یا تیره خوانده شده و ۷۰ درصد بقیه ی گیتی از انرژی تاریک یا تیره است[۵۰].
با بسط و گسترش گیتی اولیه، اگر مناطقی در فضا میزان بیشتری از ذرات و گردوغبار می داشت نیروی گرانش یا جاذبه می باید آنها را به یکدیگر بیشتر سوق می داد. همان تفاوت های کوچک در چگال یا تراکم ذرات باعث آن شد تا در اثر نیروی جاذبه، ستارگان، کهکشان ها و مجموعه ها یا خوشه های کهکشانی[۵۱] بوجود بیایند. کهکشان ها که واحد‌های بنیادین سازمان یابی ماده در ابعاد بزرگ هستند در اندازه گیری های علمی نشان از ماده ای غیرقابل رویت یا ماده ی تاریک یا تیره دارند.[۵۲]
میان نوری که از هر ستاره گسیل می شود و جرم آن ستاره رابطه ای وجود دارد. بنابراین می توان مقدار ماده ی موجود در یک کهکشان را با اندازه گیری نوری که از آن گسیل می شود، سنجید. حرکت کهکشان ها در خوشه یا مجموعه های کهکشانی با مقدار ماده ای که از این طریق به دست می آید همخوانی ندارد. این حرکت ها حاکی از آن است که کهکشان ها در خوشه یا مجموعه های کهکشانی، تحت سیطره ی نیروی گرانشی ای بسیار قوی قرار دارند. پس در خوشه یا مجموعه های کهکشانی جرمی پنهانی وجود دارد که ربطی به نور و تابه ها یا پرتو‌های گسیل شده از کهکشان های خوشه یا مجموعه ندارد.
- آشکار‌ترین مجموعه ی ماده در گیتی کهکشان ها هستند. کهکشان ها، ستارگان و گاز‌ها و گردوغبارها را در مدار‌های گرانشی یا جاذبه ای خود بدور هم کشیده اند. دانشمندان امروزی قادرند با استفاده از ابزار‌های مدرن تعداد ستارگان در کهکشان ها را اندازه گیری کنند.
- حتی جرم کهکشان ها از طریق نیروی میدان یا حوزه ی گرانشی یا جاذبه ای آنها و با محاسبه ی سرعت چرخش مداری گاز‌ها بدور کهکشان ها اندازه گیری می‌‌شود. هرچه سرعت چرخش کمتر، نیروی گرانش ضعیف تر است.
- اما تمام اندازه گیری های علمی حاکی از آن اند که سرعت چرخشی گاز‌ها و گردوغبارها بدور کهکشان ها نیاز به گرانشی یا نیروی جاذبه ای حدودا شش برابر ماده ی شناخته شده در آنها دارد. از آن گذشته سرعت چرخشی گاز‌ها و گردوغبارها تقریبا ثابت است که هر دو نشان از ماده ای غیرقابل رویت یعنی ماده ی تاریک یا تیره دارند.
خوشه یا مجموعه های کهکشانی گواهی دیگر برای ماده ی تاریک یا تیره هستند[۵۳]. هنگامیکه با تلسکوپ های اشعه ی ایکسی به این خوشه ها یا مجموعه ها می نگریم، گاز‌های بسیاری را مابین آنها می یابیم[۵۴]. این خوشه یا مجموعه ها برخلاف خود کهکشان ها شکلی بیضوی دارند و مانند کهکشان ها سازمانیافته بصورت لوح نیستند. با اینهمه دانشمندان ستاره شناس با بکارگیری ابزار‌های مدرن کًل گرانش یا جاذبه ی آنها و در نتیجه کًل ماده در آن خوشه یا مجموعه ها را اندازه می گیرند . روش نخست از طریق مشاهده ی گاز‌های اشعه ی ایکسی در میدان گرانشی یا جاذبه ای خوشه یا مجموعه های کهکشانی است که به خود حرارت جذب می کنند. روش دوم از طریق اندازه گیری میانگین سرعت کهکشان ها در آن خوشه هاست.[۵۵]
- در هر دو روش نتایج شگفتآورند: میزان گرانش یا جاذبه ی موجود در خوشه های کهکشانی بمراتب بیشتر از میزانی است که مواد “معمولی” پاسخگو باشند. در دهه ی ۱۹۳۰ میلادی دانشمند انستیتوی فنآوری کالیفرنیا، فریتز زوویکی[۵۶] با استفاده از هر دو روش و محاسبه های علمی دقیق به نیاز برای ماده ی تاریک یا تیره اشاره کرد.
سند دیگر وجود ماده ی تاریک یا تیره در اندازه گیری کًل جرم ماده در کهکشان ها از طریق روش عدسی گرانشی یا عدسی گرایی گرانشی یا جاذبه ای[۵۷] انجام می پذیرد. همه چیز در هستی یکسان به گرانش یا جاذبه واکنش می دهد و این حتی شامل نور هم می شود. وقتی فوتونی از میدان گرانشی عبور می کند دچار انحراف، ورتابیدگی یا خمیدگی[۵۸] می شود و دانشمندان این پدیده را عدسی گرایی گرانشی یا جاذبه ای می نامند[۵۹].
- امروزه دانشمندان از این پدیده برای اندازه گیری جرم اجسام آسمانی استفاده می کنند.
- هرچه جرم جسمی بیشتر، نیروی گرانش بیشتری داشته و در نتیجه نور را بیشتر خمیده (دچار کج شدگی) می کند.
- با استفاده از چنین روشی دانشمندان توانسته اند هم وجود و هم توزیع ماده ی تاریک یا تیره را در خوشه های کهکشانی بصورت سه بعدی و کامپیوتری به تصویر درآورند. مدل های مجازی حتی موقعیت[۶۰] ماده ی تاریک را در خوشه یا مجموعه ها نمایان می سازند که کاملا از موقعیت گاز‌ها و گردوغبارها مجزا هستند.
ذرات گران جرم با درهم کنش ضعیف (WIMPs) در حال حاضر نامزد ایده آلی برای ماده ی تاریک یا تیره هستند. اندازه گیری چگالش یا تراکم باریون‌ها[۶۱] و همچنین اندازه گیری پس زمینه ی میکروموجی کیهانی (CMB) دانشمندان را متقاعد کرده است که ماده ی تاریک نوعی ذره[۶۲] است.
- نوترینو‌ها ابتدا بساکن نخستین نامزد برای ماده ی تاریک یا تیره بودند زیرا هم تاریک (یعنی خنثی[۶۳]) بودند (یعنی با فوتون ها درهم کنشی نداشتند) و هم جرم آنها اندازه گیری میشد. ولی اندازه گیری های دقیق تر ثابت کرد که جرم آنها کوچک تر از آن بود که پاسخگوی میزان نیروی گرانشی یا جاذبه ی اندازه گیری شده ی ماده ی تاریک باشد[۶۴].
- بنابراین دانشمندان بر آن شدند تا نامزد بهینه تر یا ایده آل تری را مطرح کنند که هم گران جرم (یعنی سرد) باشد و هم خنثی (یعنی تاریک) و هم اینکه به اندازه ی کافی پایدار یا باثبات بوده باشد که در طول قدمت گیتی باقی مانده باشد[۶۵].
- چنین ذره ای تنها از طریق نیروی هسته ای ضعیف[۶۶] می باید درهم کنش داشته باشد. در نتیجه دانشمندان ایده ی ذرات گران جرم با درهم کنش ضعیف (WIMPs) را مطرح کردند و در سال های اخیر، هم از لحاظ تجربی و هم از لحاظ نظری، در جستجوی آن اند.
- هر دو فرضیه ی علمی ابرتقارن[۶۷] (که در جستجوی سرچشمه ی ذرّات گران جرم با درهم کنش ضعیف است) و هم نظریه ی ریسمان یا زنجیره (که به فرضیه ی ابعاد دیگری در گیتی می پردازد) برای پاسخگویی به معمای ماده ی تاریک مطرح شده اند[۶۸].
فرضیه های بسیار محکم و اثبات شده ای پیرامونِ آغاز و یا آفرینشِ گیتی داشته ایم[۶۹]. آیا حدس های علمیِ ما در موردِ پایان آن هم درست خواهد بود[۷۰]؟
- پیشبینی آینده ی گیتی بمفهوم آن است که نوارِ فیلم خود را سریع تر بجلو ببریم. سرنوشتِ نهایی بستگی به تعادلی[۷۱] بین آهنگِ انبساط یا گسترشِ گیتی از یک سو و از سوی دیگر به نیروی گرانشی یا جاذبه ای دارد که آهنگِ آن انبساط را آهسته می کند[۷۲]. سه سناریوی متفاوت و ممکن[۷۳] برای آتیه ی گیتی داریم:
- اگر گیتی جرمی کافی[۷۴] ندارد نتیجتاً تا ابد بیشتر و بیشتر گسترش می یابد و بتدریج سردتر و سردتر می شود. این سناریوی همیشه گسترشیِ گیتی را دانشمندان ” گیتیِ باز[۷۵]” می خوانند.
- انبساط یا گسترشِ گیتی بمرور آهسته می شود اما کاملا قطع نمی شود. نتیجتاً کلِّ جرمِ گیتی دقیقا با آهنگِ گسترش آن برابر شده و ما با استمرار یکنواخت و وضعیتی ایستا روبرو خواهیم بود.
- اما اگر گیتی جرمی بیشتر از میزانی اساسی برای نگهداری تعادلِ گیتی دارد، انبساط و یا گسترشِ گیتی بتدریج آهسته تر و آهسته تر شده و در جایی می ایستد و روندی معکوس خواهد داشت. این سناریو نهایتاً به درون پاشیِ گیتی و خردشدن بزرگ[۷۶] می انجامد.
ریاضیدان روسی، آلکساندر فریدمان[۷۷] ثابت کرده است که در گیتی رو به بسط و گسترش ما، در هر لحظه ای انحنای فضا‌زمان با دو عامل قابل اندازه گیری است[۷۸]، یکی گسترش فضا در طول زمان[۷۹] و دیگری انحنای فضا[۸۰] .
معادله ی معروف فریدمان امروزه برای پیش بینی آهنگ گسترش گیتی در هر لحظه ای مورد استفاده است.
(۸π G/3)ρ = H۲ + K
که در این معادله Gفاکتورِ ثابتِ نیروی گرانشی یا جاذبه است و امروزه اندازه ی ریاضی عددِ دقیقِ فاکتورِ G معادل با ۶.۶۷۴ x 10-۱۱ m۳/kg sec۲می باشد ، H پارامتر یا عدد ثابت هابل ، K انحنای فضا و ρ تراکم انرژی در هر بخشی از گیتی است (یعنی میزان ارگ (erg)در هر سانتیمتر مکعب در هر بخشی از گیتی.)
در واقع این معادله نشانگر آن است که تراکم انرژی گیتی ρ بر انحنای فضا Kتاثیر داشته و آن را تعیین می کند.
معادله ی فریدمان نه تنها متکی بر نظریه ی عام نسبیت اینشتین بناشده[۸۱] و این سه عامل یا فاکتور ( تراکم انرژی گیتی و انحنای فضا و آهنگ گسترش گیتی) را در هر لحظه ای به هم مرتبط می کند بلکه تغییر هریک از آنها در طول زمان را نیز اندازه می گیرد.
شاید نهایتاً شناختِ ما در موردِ آینده ی گیتی و ماده ی تاریک و انرژی تاریک در ابعادی باورنکردنی به شناختِ ما از کارکردِ ذراتِ کوچک تر یا زیراتمی در ارتباط باشد.[۸۲]
نظریه ی “بیگبنگ” یا مهبانگ
Zeilik, M. Astronomy: The Evolving Universe, Sixth Edition. New York: Wiley, 1991.
Dufay, Jean. Introduction to Astrophysics: The Stars. Dover Publications, 2012.
برای دریافت نیاز‌های ابزاری و شناخت ابعاد و مقیاس هایی که در این کتاب بدان ها پرداخته شده، نگاه کنید به:
http://htwins.net
Gould, Roy, R. Universe in Creation: A New Understanding of the Big Bang and the Emergence of Life. Harvard University Press, 2018.
Hawking, Stephen. Brief Answers to the Big Questions. Bantam, 2018.
Rakhshani, Raymond. Origins of Modernity. Even Development in the Evolution of Science and Technology. South Carolina: CreateSpace, A Division of Amazon Publishing, 2011.
Edwards, Owen, and Levay, Zoltan. Expanding Universe: Photographs from the Hubble Space Telescope. Taschen, 2015.
explosion
expand
Singer, M.F. and Hazen, R.M. Why Aren’t Black Holes Black: The Unanswered Questions at the Frontiers of Science. New York: Anchor, 1997.
expansion
Universal Background of Microwave Radiation
Arno Penzias and Robert Wilson and P.J.E. Peebles
relative amounts
Christianson, G. Edwin Hubble: Mariner of the Nebulae. New York: Farrar, Strauss, and Giroux, 1995.
interstellar dust
Krugel, Endrik. An Introduction into the Physics of Interstellar Dust (Series in Astronomy and Astrophysics.) CRC Press, 2007.
DeDuve, C. Vital Dust: Life as Cosmic Imperative. New York: Basic Books, 1995.
Rovelli, Carlo. The Order of Time. Riverhead Books, 2018.
Thomas, Andrew. Hidden in Plain Sight 2: The Equation of the Universe. Amazon Digital Services LLC, 2013.
central bulge
Lewis, Geraint, F., and Barnes, Luke, A., and Schmidt, Brian. A Fortunate Universe: Life in a Finely Tuned Cosmos. Cambridge University Press, 2016.
Professor Vera Rubin of Carnegie Institution
MacDonald, James. Structure and Evolution of Single Stars: An Introduction. Morgan & Claypool Publishers, 2015.
candle standard
radio telescopes
halo
Dickinson, Terence. Hubble’s Universe: Greatest Discoveries and Latest Images. Firefly Books, 2017.
Loeb, Abraham, and Furlanetto, Steven, R. The First Galaxies in the Universe (Princeton Series in Astrophysics Books.) Princeton University Press, 2013.
Missing mass or dark matter
Anderson, James. Questions on Space, Time, and Beyond: Question and Answer Guide to Astronomy. Createspace Independent Publishing Platform, 2015.
Calderback, Valerie. Cruising the Cosmos: From the Big Bang to Dark Matter, Riding the Gravitational Waves. Calderbank Books, 2018.
Green, B. The Fabric of the Cosmos. New York: Knopf, 2004.
Poettgen, Ruth. Search for Dark Matter with ATLAS. Springer, 2016.
Nocholson, I. The Dark Side of the Universe: Dark Matter, Dark energy, and the Fate of the Cosmos. Baltimore, MD: Johns Hopkins University Press, 2007.
Hogan, C. The Little Book of the Big Bang. New York: Copernicus, 1998.
DeGrasse Tyson, Neil. Astrophysics for People in a Hurry. W. W. Norton & Company, 2017.
gravitational field
block
Comets
Asteroids
MACHOs – MAssive Compact Halo Objects
Morris, R. Cosmic Questions: Galactic Halos, Cold Dark Matter, and the End of Time. New York: Wiley, 1993.
infrared satellites
WIMPs – Weakly Interacting Massive Particles
Poettgen, Ruth. Search for Dark Matter with ATLAS: Using Events with a Highly Energetic Jets and Missing Transverse Momentum. Springer, 2016.
Cameron, A.G. W. and Kyle, David Miles. Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis. Dover Publication, 2013.
Cosmic Microwave Background – CMB
Mazure, Alain, and Le Brun, Vincent. Matter, Dark Matter, and Anti-Matter: In Search of the Hidden Universe. Springer, 2012.
Stoner, Paul. Dark Energy: The Biggest Mystery in the Universe. Amazon Digital Services LLC, 2014.
clusters of galaxies
Goldsmith, D. The Runaway Universe. Cambridge, MA: Perseus, 1998.
Stoner, Paul. Dark Energy: The Biggest Mystery in the Universe. Amazon Digital Services LLC, 2014.
Edwards, Owen, and Levay, Zoltan. Expanding Universe: Photographs from the Hubble Space Telescope. Taschen, 2015.
Freeman, K. and McNamara, G. In Search of Dark Matter. New York: Springer Praxis Books, 2006.
CalTech (California Institute of Technology) Scientist, Fritz Zwicky
gravitational lensing
deflection
Dodleson, Scott. Gravitational Lensing. Cambridge University Press, 2017.
position
baryon density
particle
neutral
Lewis, Geraint, F., and Barnes, Luke, A., and Schmidt, Brian. A Fortunate Universe: Life in a Finely Tuned Cosmos. Cambridge University Press, 2016.
Stable to last throughout the age of the Universe
weak nuclear force
Pran, Nath. Supersymmetry, Supergravity and Unification. Cambridge University Press, 2016.
Both the Supersymmetry Theory and the String Theory
Lincoln, Don. The Theory of Everything. The Great Courses audio Book, 2018.
Hawking, Stephen. W. The Theory of Everything. Jaico Publishing House, 2006.
Balance between the rate of expansion and the force of gravity
Cameron, A.G. W. and Kyle, David Miles. Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis. Dover Publication, 2013.
Hawking, Stephen. Brief Answers to the Big Questions. Bantam, 2018.
insufficient mass
ever-expanding or open universe
big crunch
Alexander Friedmann
Randall, L. Warped Passages: Unraveling the Mysteries of the Universe’s Hidden Dimensions. New York: Ecco, 2005.
the expansion of space as a function of time
curvature of space
Bambi, Cosimo. Introduction to General Relativity: A Course for Undergraduate Students of Physics. Springer, 2018.
Ferris, T. The Whole Shebang. New York: Simon and Schuster, 1997.
————————
—————–
*مقاله و فایل صوتی سی و ششم
با سلام، من ریموند رخشانی هستم و حوزه کارشناسی من مهندسی سیستم هاست، و تخصص من در بکارگیری اندیشه سیستمی برای انتقال فن آوری و اجرا و پیاده سازی تولید فراورده های نوین می باشد.
در این سلسله از مقالات و فایل های صوتی، کوشش می کنم که علم مدرن را (به زبان فارسی) از پایه به دوستانی که علاقمند هستند، در حد توان، ارائه کنم. از اساتید، پژوهشگران و اندیشمندان عزیز، خواهشمندم که لینک ها را به دوستان و بویژه به جوانان دانش پژوه ما (که اغلب دسترسی نظام مند برای آشنایی با علم مدرن – به زبان فارسی – ندارند) ارسال فرمایند. با احترام، ر. رخشانی
دوستانی هم که در شبکه‌های اجتماعی حضور دارند، می توانند این مجموعه فایل‌های صوتی و مقالات “سرشت علم” را از ابتدا از طریق لینک تلگرام زیر با دوستان دیگر شریک شوند