دکتر حسن بلوری،
برلین، ۲۰۲۳٫۱۲٫۱۲
Why do cosmic bodies rotate?۱ Does the universe rotate too?
چرخیدن اجرام کیهانی پدیده‌ایست جهانشمول و اجتناب‌ناپذیر و چه خوب که چنین است. چرا که در غیر این صورت نه امکان شکل‌گیری کهکشان‌ها، ستاره‌ها، سیاره‌ها و نه حیات وجود داشت. اما علت این پدیدهٔ جهانشمول چیست؟
توضیح: به خاطر گستردگی موضوعِ مورد نظر محتوای آن در دو مقالهٔ مرتبط باهم ارائه می‌شود. در مقالهٔ نخستِ حاضر می‌خواهیم پس از معرفی کوتاه موضوع و مفهوم‌های اساسی ضروری برای فهم آن به این پرسش پاسخ دهیم که آیا کیهان دور خود می‌چرخد؟
و در مقالهٔ دوم (ماه ژانویه سال ۲۰۲۴) به بررسی و توضیح مطالب زیر می‌پردازیم:
۱. علت شکل‌گیری و چرخیدن اجرام کیهانی ۲. شکل‌گیری، فرم و چرخیدن کهکشان‌ها ۳. شکل‌گیری، فرم و چرایی نچرخیدن برخی از کهکشان‌ها ۴. شکل‌گیری و چرخیدن سیاه‌چاله‌ها ۵. شکل‌گیری و چرخیدن ستاره‌ها ۶. شکل‌گیری و چرخیدن سیاره‌ها ۷. شکل‌گیری و چرخیدن کرات (مانند کره ماه) ۸. چرا همهٔ سیاره‌ها روی یک صفحه قرار دارند؟
فشرده
هراکلیت یا هراکلیتوس (Heraclides) فیلسوف یونانی پیشاسقراطی (۴۸۰ـ۵۴۰ ق. م.) به پایداری و ثبات عناصر جهان باور نداشت و معتقد بود، ’همه چیز جریان دارد‘ (Panta rhei). تنها چیزی که برای او باثبات می‌نمود و واقعیت داشت “قانون حاکم بر جهان” بود.
’همه چیز جریان دارد‘، چراکه همه چیز در کیهان پیرو دینامیکی است برآمده از ستیز و کشاکش میان اجزاء آن. کنش و واکنش‌هایی که تمامن تابع قوانینی به نام’قوانین طبیعی‘ هستند. در واقع قوانین طبیعی در کلیت خود همان چیزی است که هراکلیت از آن به‌عنوان “قانون حاکم بر جهان” یاد می‌کند.
انسان پس از قرن‌ها تلاش دریافته است که سیاره‌ها دور خود و دور ستاره‌‌ای که باهم سامانه‌ای (منظومه‌ای) را تشکیل می‌دهند می‌چرخند. و ستاره‌ها در کهکشان‌های مارپیچی (صفحه‌ای ـ میله‌ای‌شکل) در حین چرخش دور خود، همراه با سیاره‌ها دور مرکز کهکشان می‌چرخند، کهکشان‌هایی که خود نیز می‌چرخند. در اینجا این پرسش مطرح است که آیا همه‌ی اجرام کیهانی دور خود و یا دور ابژکتی می‌چرخند؟ اگر چنین نباشد، آن اجرام کدامین هستند و علت نچرخیدنشان چیست؟ اصولن، چرخیدن و نچرخیدن اجرامِ کیهانی چه تاثیری بر خود این اجرام و دیگر اجرام آسمانی دارد؟ و سرانجام این پرسش که آیا کیهان نیز دور خود می‌چرخد؟
جهانشمول‌ترین و تعیین کننده‌ترین سازه برای چرخیدن اجرامِ کیهانی کمیتی است بُرداری به نام تکانهٔ زاویهای یا تکانهٔ دورانی. این کمیت برآیند نیروهایی است حاصل از عدم تقارن کامل در سیستم‌های فیزیکی (مانند گازها). این اصلی‌ترین دلیلِ چرخشِ اجرام کیهانی است. بی‌گمان بدون یک چنین سازه‌ای سرگذشت کیهان به‌شکل دیگری رقم می‌خورد و کوچکترین شباهتی با کیهان کنونی نداشت. به بیان دیگر، چنانچه کیهان از تقارن کامل برخوردار بود، شکل‌گیری کهکشان‌ها، ستاره‌ها، سیاره‌ها، حیات، از جمله ما انسان‌ها ناممکن بود.
در دو مقاله‌ی مورد بحث و مرتبطِ باهم می‌خواهیم چرایی پدیده‌ی چرخیدن و نچرخیدن اجرام کیهانی، تاثیر آن بر توپولوژی کیهان و ساختارها در آن را با یاری داده‌های تجربیِ متکی بر مشاهدات اخترفیزیکی، قوانین پایستگی۳ (قوانین بقاء)، بویژه در رابطه با مطلب بسیار مهم، تقارن در ساختارهای کلان، را بررسی، توصیف و مستدل نمائیم. پاسخِ کوتا ما در اینجا به این مطالب عبارت است از: ۱. در کیهان، کلان‌سیستمی که دارای حالت تقارن کامل (fully symmetry state) باشد وجود ندارد. ۲. وجود اصول و قوانین طبیعی از جمله قوانین پایستگی (conservation laws)، بویژه اصلِ بقاءِ ’تکانهٔ زاویهای‘ یا ’تکانهٔ دورانی‘ (angular momentum)، یعنی کمیتی که باعث چرخیدن اجرام (ساختارها) می‌شود.
پیشگفتار
نیروهای اساسیِ تاکنون شناخته شده در کیهان که کنش و واکنش‌های میان اجرام را سبب می‌شوند عبارتند از نیروی هسته‌ای قوی، نیروی هسته‌ای ضعیف، نیروی الکترومغناطیسی و نیروی گرانش. در اینباره در مقاله‌ی۲ تحت عنوان ’آیا قوانین طبیعی تغییر می‌کنند؟‘ در بخش ’اندازه‌ی ثابت‌های طبیعی‘ می‌خوانیم.:
“چنانچه ما اندازه‌ی ثابت طبیعی نیروی هسته‌ای قوی را که نقش کنارهم نگهداشتن کوارک‌ها و ذرات تشکیل شده از آنها در هسته اتم‌ها را دارد برابر با ۱ بدانیم، در این‌صورت اندازه‌ی ثابت نیروی الکترومغناطیس، نیروئی که از جمله الکترون‌ها و پروتون‌های داخل اتم‌ها را کنارهم نگه می‌دارد ۲–۱۰ بار ضعیف‌تر از نیروی هسته‌ای قوی است. در مقایسه با نیروی هسته‌ای قوی اندازه‌ی ثابت نیروی هسته‌ای ضغیف مسئول واپاشی هسته‌ی عناصر رادیوآکتیو ۱۳–۱۰ بار ضعیف‌تر است. اما ضعیف‌ترین ثابت طبیعی از چهار نیروی بنیادی در طبیعت ثابت نیروی گرانش است که به‌مراتب از سه نیروی دیگر ضعیف‌تر و در مقایسه با نیروی هسته‌ای قوی ۳۹–۱۰ بار (!) کوچکتر است. به‌همین دلیل نیز در نظریه کوانتوم از تاثیر این نیرو بر سیستم‌های میکروسکوپی چشم‌پوشی می‌شود. ولیکن همین نیرو در مقیاس ماکروسکوپی تعیین کننده‌ترین نیرو می‌باشد.”۲
تمام اجرام کیهانی تحت تاثیر نیروی گرانش هستند. هرچه جرم جسمی بیشتر باشد به‌همان میزان نیز نیروی گرانش آن بیشتر است. بر اثر نیروی گرانش، دو جسم بسوی هم کشیده می‌شوند، حرکت می‌کنند. در صورتی که حرکت دو جسم در حین نزدیک شدن بهم حالت دورانی داشته باشد، طبیعی است که این نوع حرکت نشان از وجود یک کمیت بُرداری به نام ’حرکت زاویهای‘ یا ’تکانهٔ زاویهای‘، ’تکانهٔ دورانی‘، ’گشتاور دورانی‘ و یا ’گشتاور زاویهای‘ دارد. به این مفهوم در زیز می‌پردازیم.
البته حرکت دایرهوار تنها محدود به حیطه نیروی گرانش نمی‌شود. در واقع هر کجا که کمیتِ ’تکانهٔ زاویهای‘ وجود دارد، حرکت ساختارهای مادی را تحت تاثیر خود قرار می‌دهد. برای مثال تکانهٔ زاویهای در حرکت دایرهوار الکترون‌ها دور هسته‌ی اتم بر اثر کنش و واکنش‌های الکترومغناطیسی میان این دو عضو اتم شکل می‌گیرد. مطلبی که در ’نظریه‌ی کوانتوم الکترودینامیک‘ توصیف و مستدل می‌شود. مشاهدات نشان می‌دهند که حرکت دورانیِ سیستم‌های مادی در کیهان، چه ماکروسکوپی و چه میکروسکوپی، به دلیل حضور کمیتِ فناناپذیرِ (پایدارِ) ’تکانهٔ زاویهای‘ است. شناخت از این کمیت و چگونه شکل‌گیری آن برای فهم چرایی چرخیدن اجرام کیهانی بسیار بااهمیت است، بویژه چگونه شکل‌گیری اولین ’تکانهٔ زاوایه‌ای‘ (اولین تلنگر) در کیهان. تلنگری که در پی آن پروسه‌ی چرخیدن اجرام کیهانی در بخش‌های مختلف کیهان به اشکال گوناگون آغاز گشته است. (توضیحات بیشتر در باره‌ی تقارنِ کیهان و شکست آن در مقاله۳: ’تقارن ـ کلید شناخت کیهان‘، در مقاله۴: کیهان کوانتومی ـ منشاء هستی و در مقاله۵: خلاء و ساختار آن ـ بحثی در بارهٔ “هیچ”).
******
برای مطالعه متن کامل نوشته با فرمت پی دی اف لطفا اینجا کلیک کنید
******
به کانال تلگرام سایت ملیون ایران بپیوندید