| ||
| [ بستن ] |
عبور نور از میان جهان در حال انبساط ، انبساط را توجیه می کند. طول موج های نور ، از کهکشانهای دور دست با سرچشمه گرفتن از منابعشان ، با اندازه تمام جهان به طور متناسب کشیده میشود. نور آبی کم رنگ ، پس از مدتی معادل بیست درصد توسعه جهان ، زرد می شود. مدتی بعد ، به اندازه بیست درصد دیگر توسعه ، قرمز می شود و پس از مدت بسیار طولانی ، هزار مرتبه بیشتر منبسط می شود و تبدیل به ریز موج (Micro Wave) می گردد و پس از یک دوره یکصد ساله ، توسط عامل دیگری به موج رادیویی تبدیل می گردد. اثر انبساط برروی اصل نور ، شبیه به سرد کردن تدریجی اشیاء با گذشت زمان می باشد. جهان خیلی داغ ، شروع شده است و پر از انرژی با طول موج های کوتاه رادیویی بوده که هم اینک سرد شده اند و به پرتو های ریز موج با سطح انرژی پایین تری تبدیل گردیده اند. انرژی که کهکشان ها نیز برروی نور بر جای می گذارند ، حائز اهمیت است: نور از کهکشان های بسیار دور که در گذشته از آن جدا شده ، بیشترین کشیدگی (انتقال به سرخ) را تحمل می کند که نشان دهنده جهان در گذشته است که کوچکتر بوده و تمام کهکشان هابه یکدیگر نزدیکتر بوده اند. طول موج های نور انتشار یافته ، در یک جهان انبساط یافته ، متناسب با اندازه آن افزایش می یابند. اندازه جهان را وقتی که نور از جسم جدا میشود ، می توان از طریق شناسایی میزان کشیدگی تعیین کنیم. طول موج های خاصی از نور که به عنوان نور خالص شکل می گیرد ، متعلق به طول موج اتم های ستارگان و گازهای کهکشانی هستند که از آنان جدا گردیده اند ، یک رنگ خالص سرخ و آشنا مثل رنگ لیزر در CD های رایانه ای یا تابلوهای سوپر مارکتها می باشند. واقعا ً این رنگ همیشه به همان صورت است زیرا پرتو لیزر از همان ماده تولید میشود ؛ لذا اگر رنگ دیگری را ببینید متوجه می شوید که انتقال به سرخی روی داده است. سابقا ً یک رنگ را در یک کهکشان دوردست شناسایی و طول موج آن نور را با طول موج های شناخته شده ای مقایسه می کردند و از این سنجش ، به میزان انبساط جهان در مدتی که نور در حال سیر بوده پی می بردند. بنابراین دورترین اجسام ، بیشترین سرخ گرایی را داشتند و نورشان بیشترین کشیدگی را داراست.
بنابراین اجرامی که خیلی ساده در سرخ گرایی بالا مورد مطالعه قرار می گیرند ، نورانی ترین اجرامی هستند که سرچشمه های انرژی زایی موسوم به اختروش (Quasar) می باشند و در مراکز کهکشان ها مستقر شده اند. یعنی در بیشترین فاصله ای که تاکنون مشاهده گردیده است. طول موج نوری که امروزه شاهد آن هستیم ، به اندازه ای تقریبا ً شش برابر با مقدار اولیه اش افزایش پیدا کرده است. این نور زمانی اختروش را ترک کرده که جهان به اندازه یک ششم امروز وسعت داشته است. نور در زمانهای پیشتر ، بیش از این کشیدگی پیدا کرده است. خود نورِ حاصل از انفجار بزرگ خیلی زودتر سرچشمه گرفته است. حتی پیش از واپاشی ضعیف ؛ هنگامیکه جهان کمتر از یک بیلیونیم امروز وسعت داشته و بیشتر از ده بیلیون برابر داغتر بوده است.
منبع : انفجار بزرگ ؛ نگاهی به چگونگی شکل گیری کیهان ــ تالیف «کریگ هوگان»
طبق فرضیه تازه ای مهم ترین معماهای فیزیک در دهه گذشته ، یعنی جرم نوترینوها و آهنگ فزاینده انبساط جهان به ذرات بنیادی به نام اکسلرون مربوط می شود. شاید بتوان دو دستاورد بزرگ فیزیک در دهه گذشته را مربوط به کیهان شناختی دانست ، یکی اینکه نوترینو ها (ذرات زیر اتمی بسیار کوچک) جرم ناچیزی دارند که البته هنوز اندازه گیری نشده است و دیگری اینکه سرعت انبساط عالم در حال حاضر در حال افزایش است. سه فیزیکدان در دانشگاه واشنگتن معتقدند که این دو کشف هر دو بگونه ای به ناشناخته ترین پدیده ی کنونی در عالم ، یعنی انرژی تاریک مرتبط است ـ ما هنوز به درستی آنرا نمی شناسیم ، تنها می دانیم عاملی است که بر ضد گرانش ، سبب سرعت بخشیدن به انبساط عالم می شود ـ آنها معتقدند همه چیز زیر سر ذره زیر اتمی دیگری است که تاکنون مورد توجه قرار نگرفته است و آنرا «اکسلرون» به معنای شتابگر نامیده اند.
انرژی تاریک در عالم اولیه چندان قابل توجه نبوده است اما در حال حاضر 70 درصد عالم را اشغال کرده است. شناخت انرژی تاریک به ما کمک می کند تا بدانیم چرا در زمان دوری در آینده ؛ عالم آن چنان وسعت پیدا می کند که دیگر هیچ کهکشانی در آسمان شب دیده نمی شود و آیا این انبساط تا ابد و بینهایت ادامه خواهد داشت؟
در نظریه جدید مطرح شدن نوترینوها تحت تاثیر نیروی جدیدی که از برهم کنش آنها با اکسلرون ها ناشی می شود قرار می گیرد این نیرو سبب می شود که نوتیرنو ها از هم فاصله بگیرند. درست مثل اینکه یک تکه کش را از دو طرف بکشیم ، هر چقدر بیشتر کشیده شود ، انرژی بیشتری را در خود ذخیره می کند. در هر ثانیه تریلیونها نوترینو در کوره هستهای ستارگان از جمله خورشید ما ساخته میشود. آنها در همه جای عالم جریان پیدا می کنند و میلیارد ها نوترینو از هر نوع ماده ای ، حتی بدن شما بدون هیچ برهمکنشی عبور می کنند. نوترینو ها بار الکتریکی ندارند و جرم آنها هم آنقدر ناچیز است که هنوز اندازه گیری نشده است. «آن نیلسون» یکی از ارائه دهندگان نظریه جدید معتقد است برهمکنش میان اکسلرونها و ذرات دیگر از این هم ضعیفتر است ، برای همین این ذرات تاکنون آشکار نشده اند. البته نیرویی که این ذرات بر نوترینو ها وارد می کنند ، آنها را تحت تاثیر قرار می دهد و به این ترتیب باید بتوان وجود چنین نیرویی را در آشکارسازهای نوترینوی فعلی که در نقاط مختلف کره زمین وجود دارد نشان داد.
مدلهای مختلفی برای انرژی تاریک ارائه شده ، اما آزمودن آنها محدود به اندازه گیریهای دقیق در تغییر سرعت انبساط عالم است. این امر تنها با رصد اجرام بسیار دور دست امکان پذیر است ، اما اندازه گیریهای دقیق در چنین فاصله هایی بسیار مشکل است. به گفته نیلسون این تنها روشی است که ما می توانیم با بکارگیری آشکارسازهای فعلی در کره زمین به نیرویی که سبب افزایش انرژی تاریک در عالم می شود پی ببریم.
محققان معتقدند جرم نوترینو در عبور از محیطهای مختلف ، تغییر می کند ؛ همانطور که عبور نور از هوا ، آب یا یک منشور متفاوت است. در نتیجه آشکارسازهای مختلف بسته به اینکه در چه مکانی نصب شده اند ، نتایج متفاوتی به دست خواهند آورد. اما اگر بپذیریم که نوترینو ها نیز بخشی از انرژی تاریک هستند ، وجود نیروی جدیدی می تواند این افت و خیزها را توضیح دهد. به عقیده نیلسون این برهمکنش میان نوترینو ها و اکسلرونها می تواند تا ابد انرژی لازم برای انبساط عالم را تامین کند.
تا پیش از این اخترشناسان به دنبال اطلاعاتی بودند که سرانجام تعیین کنند آیا عالم ما تا ابد منبسط خواهد شد ، یا زمانی دوباره در یک «رمبش بزرگ» منقبض شده و روی خودش بسته میشود. اما حالا باید به دنبال این باشیم که آیا سرعت انبساط عالم همچنان افزایش خواهد یافت یا در جایی ثابت خواهد ماند. بر اساس نظریه جدید ، هنگامیکه فاصله نوترینو ها بسیار زیاد شود ، جرم آنها نیز آنقدر افزایش پیدا می کند که دیگر انرژی تاریک بر آنها هیچ اثری نخواهد داشت ، در نتیجه شتاب انبساط عالم کم کم از بین می رود ؛ و از این پس عالم همچنان به انبساط خود ادامه خواهد داد ، اما با سرعتی که دائما ً در حال کاهش است.
بـرگرفتـه از کتاب : فیزیـک از آغـاز تا امـروز
اگر بتوانیم علت انبساط جهان را توضیح دهیم ، می توانیم واقعیتهای دیگری را نیز درک کنیم. بعنوان مثال ، چرا جهان بزرگتر از آن چیزی است که ما اتم می نامیم ؟ این یک پرسش ابلهانه نیست. چرا که بنظر می رسد قوانین فیزیک ، به جهان اجازه می دهند که هر اندازه ای داشته باشد. این پرسش بسیار حائز اهمیت است. چرا که یک واقعیت واضح است که جهان بسیار بزرگتر از اتم باشد تا خیلی چیزها را در درون خود انجام دهد و زمان زیادی را صرف کند. و میدانیم که اندازه مقیاس کیهانی نامحدود و بیکران نیست. چه چیزی اندازه آنرا تعیین می کند؟
مهمترین نیروی طبیعت که در مقیاس بزرگ ، حرکتها را تحت کنترل خود دارد ، گرانش است. در دنیای امروزی ، گرانش را تنها به صورت یک نیروی جاذبه می بینیم که منظومه شمسی را مثل کهکشانی به هم نگه داشته است. ولی حالتهای دیگری نیز وجود دارند که گرانش می تواند به شکل درونی ظاهر می شود. مثل نیرویی که قطبهای شمال دو آهنربا را از هم دفع می کند. یکی از اثرات شگفت انگیز این گرانش دافعه ای ، این است که می تواند جهان را وادار به از هم پاشیدگی کند و باعث آغاز انفجار بزرگ [گردیده است]. این تاثیر ، کانون تفکر الگویی است موسوم به « جهان تورمی».
امکان وجود گرانش دافعه ای ، در نظریه نسبیت اینشتین ظاهر شد. اینشتین نشان داد که کلیه اشکال انرژی هم ارزند و همه آنها با گرانش جفت گردیده اند. تنها ماده نیست که در خلقت گرانش دخیل است ؛ بلکه نیرو نیز در آن سهیم است. حتی نیروهایی که در مقابل گرانش مقاومت می کنند ، مثل فشاری که یک جسم اعمال می کند تا زمین را از فروپاشیدن حفظ کند نیز سهم بسزایی در نیروی گرانش جاذبه ای دارد. زیرا گرانش در ذرات نزدیک به هم ، قویتر می گردد و در چگالترین مواد به صورت قویترین حالت ظاهر می شوند. حالتی وجود دارد که نیروهای فشار در کنار مقاومتی که در برابر از هم پاشیدن می کنند ، خود سهم بسیار زیادی در انرژی فراوانی دارند که خودشان نمی توانند کسب کنند. این نیروهای فشار بر خودشان چیرگی و تسلط دارند ؛ هر چه شدیدتر به بیرون فشار وارد می کنند ، گرانش خودشان بیشتر به داخل فشار می آورد.
توجه کنید که این تناقض به کجا هدایت میشود ؛ هر چه فشار بیشتر در برابر گرانش مقاومت کند ، گرانش نیز بیشتر از خود مقاومت نشان می دهد. این واکنش دوسویه ، مسئول انحراف بردار گرانش در شکل گیری سیاهچاله ها است ، جایی که تمام جرم توسط نیروی گرانش در یک نقطه منفرد متمرکز گردیده است و هسته اولیه و نخستین توده آن بوسیله میدان گرانشی خودش نابود میشود.
در تورم کیهانی هم همین وضعیت ولی در راستای مخالف روی می دهد. کاهش انحراف به راستای امتداد می یابد که هر جسمی را وادار به از هم پاشیدگی سریع بنماید. این اتفاق به این علت رخ می دهد که فشار می تواند به جای مثبت بودن ، منفی باشد.
فشار منفی خیلی غیر عادی نیست. فشار منفی ، فقط یک تنش و کشیدگی است. مثل یک نوار لاستیکی ، یک پل کابلی موقت و یا یک طناب ژیمناستیک که در همه اینها ، یک نیرو بجای از هم پاشیدن آنها را به هم متصل و مقید نگه می دارد. آنچیزی که غیر عادی است ، این است که به گرانش منفی ، یک تنش افزوده می گردد. در همه این مثالها ، تنش مقدار کمی از گرانش دافعه ای را تولید می کند. معمولا ً تنش در مقایسه با چگالی آن قدر ناچیز است که هیچگونه اثری از خود نشان نمی دهد. ولی با همان تناقض که فشار مثبت را باعث می گرد ، از هم پاشیدن اجسام ، می تواند سبب ایجاد گرانش جاذبه ای (فشردن اجسام به یکدیگر) بشود و با فشار منفی (به هم فشردن اجسام به هم) می توان گرانش دافعه ای از هم پاشیدن اجسام را بوجود آورد. و این گونه تفسیر می گردد که چنانچه فشار و کشش افزایش یابند و زیاد شوند ، ناپایداری پیشرفت می کند ؛ هر چه جهان بزرگتر می شود ، بیشتر تمایل به گسترش دارد. نخستین وضعیت پس از پایان یافتن تعادل گرانش جاذبه ای ، هدایت به سوی یک سیاهچاله و دومین حالت ، هدایت به سوی « جهان در حال انبساط» است.
نوع پایداری یا عدم پایداری توسط نوع ماده حاضر مشخص می گردد. حالتهایی که یک فشار منفی سبب ایجاد گرانش مثبت می گردد که نیاز به تنش مقداری ماده که بیشتر از C^2 برابر ثلث چگالی است پیدا می کند. این عدد بسیار بزرگی است و به طور طبیعی اتفاق نمی افتد ولی می تواند در فضای خالی میان کهکشانها روی دهد. اینشتین به این امکان پی برد و آنرا «ثابت کیهان شناختی» نام گذاری کرد.
در مراحل نوین ، اینگونه بیان می کنیم که ممکن است در خلا فیزیکی ـ جایی که هیچ گونه ذره واقعی وجود ندارد ـ انرژی گرانشی صفر نباشد. ممکن است فضای خالی که تمامی صورتهای ماده تهی شده ، به طور کلی خالی نباشد. وقتی که آنقدر خالی باشد که شما بتوانید آنرا درست کنید ، ممکن است هنوز در آنجا انرژی باشد. پس با توجه به این نقص ظاهری ، می توانیم آنرا «خلا مادی» بنامیم. اگر فضای خالی دارای انرژی باشد ، به فشار منفی مربوط است که میل شتاب دادن به انبساط جهان دارد.
بهرحال ، یک تورمی در ابتدا که باید پیش از «سنتز هسته ای» روی داده و خیلی کمتر از یک ثانیه به طول انجامیده باشد ، احتیاج به فشار منفی زیاد و در پی آن به یک چگالی خلا خیلی بیشتر نسبت به مقدار کنونی داشته باشد. پس انرژی خلا باید از یک مقدار زیاد به مقدار کم تغییر کرده باشد. این احتمال به صورت یک امکان فیزیکی معقول و باورکردنی در نظر گرفته نمی شود. ولی پیشرفتهای حاصل شده در زمینه دانسته های ما در مورد زیر بنای نیروهای فیزیکی این گونه آشکار می سازد که نیروها با این عملکرد میدانها باید وجود داشته باشند. بی تردید آنها تقارن موجود در میان واکنشهای نیروی هسته ای ضعیف و الکترومغناطیسی را تکذیب می کنند و توضیح می دهند که چرا ذرات می توانند جرمهای خاص خود را دارا باشند. خلا مورد تقاضای نظریه است که انرژی خود را از مقدار خیلی زیاد و دمای بالا به انرژی بسیار کم و دمای پایین تغییر دهد. ـ حالت نخست ، خلا مصنوعی و حالت دوم ، خلا واقعی نام دارد. همچنین بعید نیست که مجسم کنیم که در بدو پیدایش جهان ، فقط خلا غیر طبیعی حاضر نبوده است بلکه در واقع بر چگالی فشار مثبت مادی ، همچون ماده و پرتو نیز حاکم بوده است.
اگر این اتفاق رخ دهد ، پس نیروی دافعه گرانشی حتی در یک ناحیه کوچک از فضا خیلی زیاد است. دو بخش تقریبا ً مستقل انرژی ، از دفع می شوند نیروی پیوسته و مستمر گرانشی ، آنها را با سرعت بیشتری از هم می راند. یک حجم کوچک از فضا در طی یک سریع ، رشد می کند و به اندازه بسیار بزرگی مبدل می شود. این پایان ناپایدار ، نخستین خصوصیت شگفت انگیز تورم است. به همین علت است که جهان خیلی بزرگتر از یک اتم می باشد. به طور کنجکاوانه ؛ این نیز دومین ویژگی جالب توجه انبساط است. چگالی مواد در طول این انبساط وسیع ، کاهش نمی یابد. البته مواد عادی در صورت گسترش و انبساط یافتن ، رقیق می شود ولی انبساط مواد درون خلا این گونه نیست. چنین به نظر می رسد که اثر این قانون انرژی را مطابق با آن ، انرژی تولید و نابود نمی گردد و فقط از یک صورت به صورت دیگر تبدیل می گردد زیر پا می گذارد. در این جا شما از یک حجم بسیار کوچک ماده ، سخن می گویید و آنرا آغاز می کنید و با یک جهان کامل به پایان می رسانید.
دوباره ، وضعیت مثل آیینه ای عمل می کند که فروپاشی یک سیاهچاله را مجسم می سازد. «نهار آزاد» که متعلق به تورم است ، خیلی با انرژی که اختروشها در نتیجه سقوط ماده به سیاهچاله ها دریافت می کنند فرق نمی کند. در آنجا ، ماده به نقطه مرکزی سقوط می کند و نابود می شود ، در حالیکه انرژی آن به انرژی «گرانشی ضعیف» تغییر شکل می دهد ؛ یک سیاهچاله ، از فضای خالی تشکیل شده که جرم و انرژی در انحنای فضا و در میدان گرانشی است. در واقع ممکن است ماده ای به یک سیاهچاله افزوده گردد در حالیکه جرم آن به چاله اضافه نمی شود و جرم ذره توسط گرانش از هم پاشیده می گردد. در طی عمل گسترش فرآیند معکوس روی می دهد ؛ حجم فوق العاده زیادی از ماده حاصل انرژی (حجمی که نهایت می تواند به نور واقعی و ماده تبدیل گردد) توسط فرآیند گرانش (دافعه) بوجود می آید. اگر چه این رخدادها مثل هیچ جلوه می کنند ، ولی مقدار هنگفتی انرژی در نتیجه صرف مقدار زیادی انرژی گرانشی منفی خلق می شود. بنابراین ، مقدار نهایی انرژی دنیا هنوز خیلی نزدیک به صفر است. ولی آن تاکنون به صورتهای گوناگون از مقدار صفر انرژی و از نقطه بسیار ظریف و کوچک انرژی متحول گردیده و تغییر کرده است. این جهان بزرگی است که با گرانش خود ماده و خلا را به هم نگه می دارد و خود از هر دو آنها درست شده است.
