بحران در اختر فیزیک



مقدمه

در دهه ی هفتاد چنین تصور می شد که وحدت نیروها تنها مشکل فیزیک مدرن است. اما مشاهده ی رفتار عدسی گونه ی گرانش در اواخر دهه ی هفتاد، این سئوال اساسی را مطرح کرد که آیا جهان همان گونه است که ما می بینیم؟ هرچند رفتار عدسی گونه ی گرانش با نسبیت عام قابل توجیه است، اما زمینه ی احتیاط را در پذیرش آنچه که ما از کیهان مشاهده می کنیم فراهم کرد. هنوز این ابهام به پاسخ قابل پذیرشی نرسیده بود که در اواخر قرن بیستم مسئله ی شتاب انبساط جهان و انرژی تاریک مطرح شد. ظاهراً بایستی به پارادیم کوهن و نظریه ی انقلابهای علمی وی باور آورد. آیا جهان علم در آستانه ی یک انقلاب است؟



1-16

رفتار عدسی گونه ی گرانش

حال بياييد فرآيندهاي مختلف اثر گرانش را بر امواج الكتروكغناطيسي كه از كنار آن عبور مي كنند بررسي كنيم. تجربه نشان داد كه مسير نور هنگام عبور از كنار يك جسم آسماني مانند ستاره يا كهشان خط مستقيم نيست، بلكه منحني است. هنگامیکه شما به مشاهده ی ستاره ای می پردازید که ئر پشت ستاره ی دیگری قرار دارد، نور دریافی تنها از یک طرف ستاره ی میانی به شما نمی رسد، بلکه از دو طرف آن عبور کرده و هر دو پرتو توسط ستاره ی میانی خم می شود








اين رفتار تنها شامل نور نيست، بلكه شامل تمام امواج الكترومغناطيسي مي شود. حال اين اثر گرانش را با عدسي مقايسه كنيد. عدسي نيز مسير نور را منحرف مي كند









حال ستاره اي را در نظر بگيريد كه بين زمين و يك جسم سماوي ديگر مانند ستاره قرار گرفته باشد و نور آن براي رسيدن به زمين از كنار آن ستاره مي گذرد. اگر تنها به يك پرتو نوري توجه شود, تنها انحراف آن مشاهده خواهد شد ولي اگر به دو پرتو نوري كه از آن متصاعد شدوه و از دو طرف ستاره عبور مي كنند, توجه كنيد, آنگاه اين دو پرتو توسط ستاره ي مياني نخست واگرا مي شوند و دوباره همگرا مي گردند و ستاره ي مياني مانند يك عدسي رفتار مي كند شكل 3







اثر عدسي گونه ي گرانش را به سه قسمت مي توان تقسيم كرد. عدسي گونه ي قوي، عدسي گونه ي ضعيف و ميكروعدسي گونه ي. اين آثار به موقعيت جسم و ناظر و جسمي كه مانند عدسي رفتار مي كند بستگی دارد



عدسي گونه ي قوي

اين در حالتي است كه عدسي (جسم عدسي گونه ) بسيار پر جرم است و منبع به اندازه ي كافي به آن نزديك است شكل 3 و 4 كه در اين حالت بيشتر از يك تصوير مشاهده خواهد شد. تصاوير چندگانه نخستين بار در سال 1979 مشاهده شد كه منبع كوسار و عدسي يك كهكشان بود











عدسي گونه ي ضعيف

در اين حالت عدسي چنان پر جرم نيست كه بتواند از جسم تصاوير مختلفي ارائه دهد. اما مي تواند چنان تصويري از منبع ارائه دهد كه آنرا از شكل طبيعي خود خارج كند. در برخی حالات عدسی از جسم تصویری روشنتر و گاهی بزرگتر از منبع می دهد





2-16

سفر در زمان چطور انجام ميشود؟



يكي از جالبترين افكار بشر، ايده جابجايي در بعد زمان است







البته اگر از يك بعد ديگر به قضيه نگاه كنيم همه ما مسافر زمان هستيم. همين الان كه شما اين را ميخوانيد، زمان در حول و حوش و به پيش ميرود و آينده به حال و حال به گذشته تبديل ميشود. نشانه اش هم رشد موجودات است. ما بزرگ ميشويم و ميميريم. پس زمان در جريان است



آلبرت اينشتين با ارائه نظريه نسبيت خاص نشان داد كه اين كار از نظر تئوري شدني است. بر طبق اين نظريه اگه شيئي به سرعت نور نزديك شود گذشت زمان برايش آهسته تر صورت ميگيرد. بنابراين اگر بشود با سرعت بيش از سرعت نور حركت كرد، زمان به عقب برگردد. مانع اصلي اين است كه اگر جسمي به سرعت نور نزديك بشود جرم نسبي ان به بينهايت ميل ميكند لذا نميشود شتابي بيش از سرعت نور پيدا كرد. اما شايد يه روز اين مشكل هم حل شود. بر خلاف نويسنده ها و خيالپردازها كه فكر ميكنند سفر در زمان بايد با يك ماشين انجام شور، دانشمندان بر اين عقيده هستند كه اينكار به كمك يك پديده طبيعي صورت ميگيرد. در اين خصوص سه پديده مد نظر است: سياهچاله هاي دوار، كرم چاله ها و ريسمانهاي كيهاني



سياهچاله ها: اگر يه ستاره چند برابر خورشيد باشد و همه سوختش را بسوزاند، از انجا كه يك نيروي جاذبه قوي دارد لذا جرم خودش در خودش فشرده ميشود و يك حفره سياه رنگ مثل يه قيف درست ميكند كه نيروي جاذبه فوق العاده زيادي دارد طوري كه حتي نور هم نميتواند از ان فرار كند







اما اين حفره ها بر دو نوع هستد. يه نوعشان نمي چرخند لذا انتهاي قيف يك نقطه است. در انجا هر جسمي كه به حفره مكش شده باشه نابود ميشود. اما يه نوع ديگر سياهچاله نوعي است كه در حال دوران است و برا همين ته قيف يه قاعده داره كه به شكل حلقه اس. مثل يك قيف واقعي است كه تهش باز است. همين نوع سياهچاله است كه ميتواند سكوي پرتاب به آينده يا گذشته باشد. انتهاي قيف به يك قيف ديگر به اسم سفيدچاله ميرسد كه درست عكس ان عمل ميكند. يعني هر جسمي را به شدت به بيرون پرتاب ميكند. از همين جاست كه ميتوانيم پا به زمانها و جهان هاي ديگر بگذاريم







كرم چاله : يك سكوي ديگر گذر از زمان است كه ميتواند در عرض چند ساعت ما را چندين سال نوري جابجا كند. فرض كنيد دو نفر دو طرف يك ملافه رو گرفته اند و ميكشند. اگر يك توپ تنيس بر روي ملافه قرار دهيم يك انحنا در سطح ملافه به سمت توپ ايجاد ميشود

اگر يك تيله به روي اين ملافه قرار دهيم به سمت چاله اي كه ان توپ ايجاد كرده است ميرود. اين نظر اينشتين است كه كرات آسماني در فضا و زمان انحنا ايجاد ميكنند؛ درست مثل همان توپ روي ملافه. حالا اگه فرض كنيم فضا به صورت يك لايه دوبعدي روي يه محور تا شده باشد و بين نيمه بالا و پايين ان خالي باشد و دو جرم هم اندازه در قسمت بالا و پايين مقابل هم قرار گيرد، آن وقت حفره اي كه هر دو ايجاد ميكنند ميتواند به همديگر رسيده و ايجاد يك تونل كند. مثل اين كه يك ميانبر در زمان و مكان ايجاد شده باشد. به اين تونل ميگويند كرم چاله

اين اميد است كه يك كهكشاني كه ظاهرا ميليونها سال نوري دور از ماست، از راه يك همچين تونلي بيش از چند هزار كيلومتر دور از ما نباشئ. در اصل ميشود گفت كرم چاله تونل ارتباطي بين يك سياهچاله و يه سفيدچاله است و ميتواند بين جهان هاي موازي ارتباط برقرار كند و در نتيجه به همان ترتيب ميتواند ما را در زمان جابجا كند. آخرين راه سفر در زمان ريسمانهاي كيهاني است. طبق اين نظريه يك سري رشته هايي به ضخامت يه اتم در فضا وجود دارند كه كل جهان را پوشش ميدهند و تحت فشار خيلي زيادي هستند. اينها هم يه نيروي جاذبه خيلي قوي دارند كه هر جسمي را سرعت ميدهند و چون مرزهاي فضا زمان را مغشوش ميكند لذا ميشود از انها براي گذر از زمان استفاده كرد







تونل زمان : واقعيت يا خيال ؟

حالا اينها رو گفتيم ولي چند اشكال در اين كار است. اول اينكه اصلا نفس تئوري سفر در زمان يك پارادوكس است. پارادوكس يا محال نما يعني چيزي كه نقض كننده(نقيض) خودش در درونش است. يك مثال :اگه خدا ميتواند هر كاري را انجام دهد پس آيا ميتواند سنگي درست كند كه خودش هم نتواند تكانش دهد؟ اين يك پارادكس است چون اگر بگوييم آري پس انوقت با اينكه خدا هركاري را ميتواند انجام دهد متناقض است و اگر بگوييم نه باز هم همان ميشود يعني خدا هر كاري را نميتواند انجام دهد. يك مثال ديگر اين است كه اگر من در زمان به عقب برگردم , به تاريخي كه هنوز بدنيا نيامده بودم پس چطور ميتوانم انجا باشم. يا مثلا اگر برگردم و پدربزرگ خودم را بكشم پس من چطور بوجود اومده ام؟ يك راه حلي كه براي اين مشكل پيدا شده است، نظريه جهانهاي موازي است. طبق اين نظريه امكان دارد چندين جهان وجود داشته باشد كه مشابه جهان ماست اما ترتيب وقايع در انها فرق ميكند. پس وقتي به عقب برميگرديم در يك جهان ديگر وجود داريم نه در جهاني كه در ان هستيم. طبق اين نظريه بينهايت جهان موازي وجود دارد و ما هر دستكاري كه در گذشته انجام بدهيم يك جهان جديد پديد مي ايد.



3-16

هاوکينگ : تا کنون اشتباه مي انديشيدم

هاوکينگ با سخنراني در نشست گرانش و نسبيت عام دوبلين به تصحيح ايده های خود پرداخت



بعد از قريب به ۳۰ سال، استفان ويليام هاوکينگ،رياضيدان و کيهانشناس برجسته معاصر بريتانيايي معاصر، با اعتراف به نقص ديدگاه خود درباره سياهچاله ها نظرات جديد خود را تشريح کرد. براساس ديدگاه موجود سياهچاله ها به عنوان نقاط تکيني و حفره هاي بي انتهايي در فضا زمان شناخته مي شدند که همچون جاروبرقي بزرگي تمامي ماده و انرژي اطراف خود را به درونشان مي مکند.
هاوکينگ در سال ۱۹۷۵ با ارايه معادلات مربوط به سياهچاله ها اعلام کرده بود سياهچاله ها به حدي قدرتمندند که هر جرم يا انرژي که وارد مرزهاي آن (افق رويداد) شود هيچگاه نمي تواند از دام ان فرار کند و سرانجام به درون آن سقوط خواهد کرد.
اما وي روز چهارشنبه در سخنراني ۱ ساعته اي که در هفدهمين کنفرانس بين المللي نسبيت عام و گرانش

(GR 17)

که در دوبلين ايرلند برگزار مي شود به تشريح اصلاحات خود بر نظريه پيشينش پرداخت. براساس محاسبات جديد وي سطح يک سياهچاله داراي نوساناتي است که باعث مي شود داده ها و اطلاعاتي از از اين اجرام فرار کرده و به بيرون از افق رويداد حرکت کنند. و بدين ترتيب ديدگاه قبلي خود را که رد آن از سياهچاله به عنوان مسيري يک طرفه ياد مي شد را نقض کرد.


نکته مهم در نظريه قبلي هاوکينگ به اين مهم بر مي گشت که براساس مدل وي سياهچاله نوعي تابش که به نام تابش هاوکينگ معروف شده است را از خود بروز مي دهد اما تمامي اطلاعاتي که اين تابش ممکن است به همراه خود از درون سياهچاله به بيرون بياورد رد اثر خواص بنيادي سياهچاله ها نابود مي شود. اين مسله با اصول مکانيک کوانتومي در تناقض آشکار بود. وي اينک و پس از ۳۰ سال بيان مي کند که بر اسا سيافته هاي جديد او سياهچاله تمامي اطلاعات را نابود نمي کند و بنابراين بخشي از داده ها مي توانند ازدرون افق رويداد به بيرون فرار کنند.
اين مساله باعث مي شود تا امکان پيش بيني و اظهار نظر درباره موادي که به داخل سياهچاله سقوط مي کنند و همينطور ساختار سياهچاله ممکن شود.نکته جالب دراين باره به شرط بندي هاوکينگ با يکي از اساتيد دانشگاه کالتک ، کيپ تورن باز مي گردد. اکنون پس از ۳۰ سال وي با ارايه مدل جديد خود باعث باختن شرط بندي کهنه به تورن شده است .

استاد استفان ويليام هاوکينگ که سالهاست به دليل ابتلا به بيماري فج اعصاب محرک عضلاني تواناييها اساسي خود را از دست داده است اين سخنراني را با کمک يک کامپيوتر ارايه کرد وي صاحب کرسي لوکسيان پرفسور دانشگاه کمبريج است . اين کرسي عالي رياضيات زماني متعلق به اسحاق نيوتون بود و پس از او تنها دايراک توانسته بود آن را تصاحب کند.
براي آشنايي بيشتر با زندگي و آثار هاوکينگ مي توانيد به سايت شخصي وي به نشاني مراجعه کنيد



4-16

تابش هاوکینگ

تابش هاوکینک یک پدیده ی نظری است که توسط استیون هاوکینگ بیان شده است

تابش هاوکینگ چیست؟


با توجه به اصل عدم قطعیت مکانیک کوانتوم، احتمال هر رویدای همیشه بزرگتر از صفر است. یکی از نتیج منطقی آن این است که ما بپذیریم خلاء "فضای تهی" واقعاً تهی نیست. و فضای تهی از ذرات مجازی انباشته شده است، از ذرات ماده و انرژی و نه کاملاً حقیقی. ذرات مجازی با این که حقیقی نستند، قوانین نشان می دهند که جهان در مقیاس کوانتومی چگونه رفتار می کند. برای
مثال آنها برای توضیح کنش فوتون و الکترون لازم هستند. اگر ما فضا را خلا فرض كنيم، راه درستي نرفته‌ايم. در اينجا مي‌خواهيم علت آن را بيابيم. اصل عدم قطعيت به اين معني است كه ما هيچ‌گاه نمي‌توانيم با دقت كامل، به طور همزمان، مكان و سرعت يك ذره را بداينم. معناي آن از اين هم بيشتر است: ما هرگز نمي‌توانيم كميت يك ميدان (به عنوان مثال: ميدان گرانشي يا ميدان الكترومغناطيسي) و آهنگ تغييرات آنرا همزمان، با دقت كامل تعيين كنيم. هر قدر كميت ميدان را با دقت بيشتر بدانيم
دقت ما در دانستن آهنگ تغييرات آن كاهش خواهد يافت و بالعكس، همچون الاكلنگ. در نتيجه، شدت يك ميدان هيچ وقت به صفر نمي‌رسد. صفر هم از نظر كميت و هم از نظر آهنگ تغييرات ميدان، اندازه‌گيري بسيار دقيقي خواهد بود كه اصل عدم قطعيت، آن را مجاز نمي‌داند. نمي‌توان فضاي خالي داشت، مگر اينكه تمام ميدانها دقيقاً صفر باشند: اگر صفر نباشند، فضاي خالي وجود ندارد

به جاي فضاي خالي يا خلأ كامل كه اغلب ما تصور مي‌كنيم در فضا هست، مقدار حداقلي از عدم قطعيت، اندكي ابهام يا نامعلومي به صورتي داريم كه نمي‌دانيم مقدار ميدان در «فضاي خالي» چيست. اين افت و خيز در مقدار ميدان، اين لرزش اندك به سوي جوانب مثبت و منفي صفر را كه هرگز صفر نمي‌شود، مي‌توان به طريق زير تصور كرد

زوجهايي از ذرات ـ زوجهاي فوتونها يا گراويتونها ـ مدام ظاهر مي‌شوند. دو ذره به صورت يك جفت در مي‌آيند و سپس از هم جدا مي‌شوند. پس از فاصله زماني بسيار كوتاه غيرقابل تصوري، آن دو ذره بار ديگر به هم مي‌رسند، و يكديگر را منهدم مي‌كنند حياتي كوتاه ولي پر ماجرا دارند. مكانيك كوانتومي به ما مي‌گويد كه اين واقعه هميشه و همه جا در فضاي «خلأ» روي
مي‌دهد

ممكن است كه اينها ذرات «واقعي» كه بتوانيم وجود آنها را با يك آشكارساز ذرات، تشخيص دهيم نباشند، ولي نبايد تصور كرد كه آنها ذرات خيالي هستند. حتي اگر آنها فقط ذراتي «مجازي» باشند، مي‌دانيم آثار آنها را روي ذرات ديگر تشخيص دهيم. بعضي از اين زوجها، زوجهاي ذرات ماده يا فرميونها هستند. در اين حالت، يكي از ذرات زوج، پاد‌ذره ديگري است. «پاد ماده» را كه در بازيهاي خيالي و داستانهاي علمي تخيلي با آن آشنا هستيم، صرفاً تخيلي نيست. مي‌دانيم كه مقدار كل انرژي در جهان، هميشه ثابت و بدون تغيير است. انرژي نمي‌تواند از جايي به طور ناگهاني به جهان وارد شود. چگونه ما مي‌توانيم مسأله اين زوج تازه به وجود آمده را با اين اصل سازگار كنيم؟ اين زوجها، با «وام گرفتن» انرژي، به طور بسيار موقتي به وجود آمده‌اند. آنها به هيچ‌وجه دايمي نيستند. يكي از ذرات اين زوج انرژي مثبت و ديگري انرژي منفي دارد. تراز انرژي آنها برابر است. به مقدار انرژي كه در جهان وجود دارد، چيزي اضافه نشده است

زوج ذره‌هاي بسياري به طور غير منتظره، در افق رويداد يك سياهچاله به وجود مي‌ايند و از بين مي‌روند. بنابر تصور او، ابتدا يك زوج از ذرات مجازي ظاهر مي‌شود. قبل از آنكه اين زوج به يكديگر برسند و يكديگر را منهدم كنند، ذره‌اي كه انرژي منفي دارد از افق رويداد عبور كرده، وارد سياهچاله مي‌شود. آيا اين بدان معني است كه ذره با انرژي مثبت بايد همتاي بدبخت خود را، با هدف برخورد و منهدم كردن دنبال كند؟ نه. ميدان جاذبه در افق رويداد يك سياهچاله به قدر كافي قوي است كه با ذرات مجازي، حتي با ذرات بدبخت با انرژي منفي كار شگفت‌انگيزي مي‌كند: ميدان جاذبه مي‌تواند آنها را از« مجازي» به « واقعي» تبديل كند. اين تبديل، تغيير قابل ملاحظه‌اي در زوج به وجود مي‌آورد. آنها ديگر مجبور نيستند با يكديگر برخورد كرده و يكديگر را منهدم كنند. آنها مي‌توانند هر دو مدت بسيار طولانيتري، جدا از هم وجود داشته باشند. البته ذره با انرژي مثبت نيز مي‌تواند در سياهچاله بيفتد، ولي مجبور به چنين كاري نيست. او از مشاركت آزاد است، مي‌تواند بگريزد. براي يك مشاهده كننده از دور، به نظر مي‌آيد كه از سياهچاله بيرون آمده است. در حقيقت اين ذره، نه از بيرون،‌بلكه از نزديك سياهچاله مي‌آيد. در اين ضمن همتاي او انرژي منفي به سياهچاله وارد كرده است. تابشي كه به اين ترتيب از سياهچاله گسيل مي‌شود، تابش هاوكينگ ناميده مي‌شود. با تابش هاوكينگ، كه دومين كشف مشهور او در زمينه سياهچاله‌ها بود، استيون هاوكينگ نشان داد كه اولين كشف مشهور او، قانون دوم ديناميك سياهچاله (كه مساحت افق رويداد هيچ‌گاه نمي‌تواند كاهش يابد)، هميشه استوار نيست. تابش هاوكينگ اين معني را مي‌دهد كه يك سياهچاله مي‌تواند كوچك شده و در نهايت كاملاً از بين برود، چيزي كه يك مفهومواقعاً اساسي است

چگونه تابش هاوكينگ يك سياهچاله را كوچكتر مي‌كند؟
سياهچاله، به تدريج كه ذره‌هاي مجازي را به واقعي تبديل مي‌كند انرژي از دست مي‌دهد. اگر هيچ چيز نمي‌تواند از افق رويداد بگريزد، چه‌طور ممكن است چنين چيزي روي بدهد؟ چه‌طور سياهچاله مي‌تواند چيزي از دست بدهد؟ به اين سؤال مي‌توان پاسخ زيركانه‌اي داد: زماني كه ذره‌اي با انرژي منفي اين انرژي منفي را با خود به سياهچاله مي‌برد، انرژي سياهچاله را كمتر مي‌كند. يعني منفي « منها» است كه مترادف كمتر است بدينسان، تابش هاوكينگ از سياهچاله انرژي مي‌ربايد. انرژي كمتر،كاهش جرم را به دنبال دارد. معادله اينشتين
E = mc2
را به خاطر
بياوريم. در اين رابطه،
E
انرژي
m
جرم و
c
سرعت نور است
. هنگامي كه انرژي (در يك سوي اين رابطه) كاهش مي‌يابد (كه در مورد سياهچاله‌ها اين‌طور است)، يكي از كميتهاي طرف ديگر بايد كمتر شود. چون سرعت نور ثابت است، جرم بايد كاهش پيدا كند. بنابر اين موقعي كه ما مي‌گوييم انرژي از سياهچاله ربوده شده است، مثل اين است كه جرم از آن ربوده شده است. به‌خاطر داشته باشيم و بهياد آوريم كه نيوتن درباره گراني چه چيزي به ما آموخت: هر تغيير در جرم جسم، مقدار كشش گرانشي آن را كه بر جسم ديگر اعمال مي‌كند، تغيير مي‌دهد. اگر جرم زمين كمتر شود (جرمش كمتر شود نه آنكه كوچكتر شود) كشش گرانش آن در مدار حركت ماه كاهش مي‌يابد. اگر سياهچاله جرم از دست بدهد، كشش گرانشي آن در جايي كه افق رويداد (شعاع بدون بازگشت) وجود دارد، كاهش مي‌يابد. سرعت گريز در اين شعاع كمتر از سرعت نور مي‌شود. در اين حال شعاع افق رويداد كوچكتر از شعاعي مي‌شود كه در آن سرعت گريز برابر با سرعت نور بوده است. در نتيجه افق رويداد منقبض شده است. اين، تنها راه
توجيه كوچكتر شدن سياهچاله است. اگر تابش هاوكينگ از يك سياهچاله بزرگ را كه در نتيجه رُمبش يك ستاره به وجود آمده است اندازه‌گيري كنيم، نااميد خواهيم شد . دماي سطح سياهچاله‌اي به اين بزرگي، كمتر از يك ميليونيم درجه بالاتر از صفر مطلق خواهد بود. هر قدر سياهچاله بزرگتر باشد، دماي آن كمتر است. استيون هاوكينگ مي‌گويد، «سياهچاله‌اي با جرم ده برابر خورشيد، ممكن است چند هزار فوتون در ثانيه گسيل دارد، ولي اين فوتونها طول موجي به اندازه سياهچاله خوهاند داشت و انرژي آنها آنقدر كم خواهد بود كه آشكارسازي آنها ممكن نيست». مطلب را مي‌توان اين‌طور بيان كرد: هرقدر جرم زيادتر باشد، سطح افق رويداد بزرگتر، هرچه سطح افق رويداد بزرگتر باشد، آنتروپي بيشتر است. هرچه آنتروپي بيشتر باشد دماي سطح و آهنگ گسيل كمتر است

با اين حال، هاوكينگ، خيلي زود، در سال 1971 نظر داد كه نوع ديگري از سياهچاله وجود دارد: سياهچاله‌هاي خيلي ريز كه جالبترين آنها به انداز هسته اتم است. اين سياهچاله‌ها به‌طور قطع منفجر مي‌شوند و تابش مي‌كنند. به ياد داشته باشيم كه هر قدر سياهچاله كوچكتر باشد، دماي سطح آن بيشتر است. هاوكينگ در مورد اين سياهچاله‌هاي بسيار ريز مي‌گويد: « اين سياهچاله‌ها را به زحمت مي‌توان سياه ناميد: آنها در حقيقت داغ و سفيدند



6-16

شش عدد حاکم بر جهان



متن زير خلاصه مقاله پروفسور« سر مارتين ريس » يكي از پيشگامان كيهان شناسي در جهان است. وي استاد تحقيقات انجمن سلطنتي در دانشگاه كمبريج و داراي عنوان اخترشناس سلطنتي است. در عين حال وي عضو انجمن سلطنتي، آكادمي ملي علوم ايالات متحده و آكادمي علوم روسيه است. وي ضمن مشاركت با چندين همكار بين المللي ايده هاي بسيار مهمي در مورد سياهچاله ها، تشكيل كهكشان ها و اخترفيزيك انرژي بالا داشته است

شش عدد بر كل جهان حاكم است كه از زمان انفجار بزرگ شكل گرفته اند. اگر هر كدام از اين اعداد با مقدار فعلي آن كمي فرق داشت، هيچ ستاره، سياره يا انساني در جهان وجود نداشت. قوانين رياضي عامل تحكيم ساختار جهان است. اين قاعده فقط شامل اتم ها نمي شود، بلكه كهكشان ها، ستاره ها و انسان ها را نيز در برمي گيرد. خواص اتم ها ـ از جمله اندازه و جرمشان، انواع مختلفي كه از آنها وجود دارد و نيروهايي كه آنها را به يكديگر متصل مي كند ـ عامل تعيين كننده ماهيت شيميايي جهاني است كه در آن به سر مي بريم. تعداد بسيار اتم ها به نيروها و ذرات داخل آنها بستگي دارد. اجرامي را كه اخترشناسان مورد بررسي قرار مي دهند ـ سيارات، ستارگان و كهكشان ها ـ توسط نيروي گرانش كنترل مي شوند. و همه اين موارد در جهان در حال گسترشي روي مي دهد كه خواصش در لحظه انفجار بزرگ اوليه در آن تثبيت شده است. علم با تشخيص نظم و الگوهاي موجود در طبيعت پيشرفت مي كند، بنابراين پديده هاي هر چه بيشتري را مي توان در دسته ها و قوانين عام گنجاند. نظريه پردازان در تلاشند اساس قوانين فيزيكي را در مجموعه هاي منظمي از روابط و چند عدد خلاصه كنند. هنوز هم تا پايان كار راه زيادي باقيمانده است، اما پيشرفت هاي به دست آمده نيز چشمگيرند.

در آغاز قرن بيست و يكم، شش عدد معرفي شدند كه به نظر مي رسد از اهميت فوق العاده اي برخوردارند. دو تا از اين اعداد به نيروهاي اساسي مربوط مي شوند؛ دو تاي ديگر اندازه و «ساختار» نهايي جهان ما را تثبيت مي كند و بيانگر آن هستند كه آيا جهان براي هميشه امتداد مي يابد يا خير؛ و دو عدد باقيمانده بيانگر خواص خود فضا هستند.
اين شش عدد با يكديگر« نسخه»اي را براي جهان تشكيل مي دهند. گذشته از اين جهان نسبت به مقدار اين شش عدد بسيار حساس است: اگر يكي از اين اعداد تنظيم نشده باشد، آن وقت نه ستاره اي در جهان وجود مي داشت و نه حياتي.


آيا تنظيم اين اعداد از يك حقيقت فاقد قدرت تعقل يا يك تصادف ناشي شده است يا بيانگر مشيت خالقي مهربان است؟ به نظر من هيچ كدام از آنها. ممكن است بي نهايت جهان ديگر وجود داشته باشد كه اعدادشان متفاوت باشند. بسياري از اين جهان ها ممكن است عقيم يا مرده زاد باشند. ما فقط در جهاني مي توانيم به وجود آييم كه تركيب «صحيحي» از اجزا باشد (و به همين دليل است كه اكنون خود را در اين جهان مي يابيم) درك اين حقيقت چشم انداز نو و بنياديني را در مورد جهان ما، جايگاه ما در اين جهان و ماهيت قوانين فيزيكي پيش روي ما مي گشايد.
اين نكته بسيار حيرت انگيز است كه در جهان در حال گسترشي كه نقطه آغازينش آن چنان «ساده» است كه فقط به وسيله چند عدد مشخص مي شود، مي تواند (اگر اين اعداد به طور دقيق تنظيم شده باشند) به جهاني با ساختار بسيار دقيق و پيچيده، همچون جهان ما بدل شود. شايد ارتباطي بين اين اعداد وجود داشته باشد. اما با اين همه ما امروزه نمي توانيم مقدار ساير اعداد را با دانستن فقط يكي از آنها تعيين كنيم. فعلاً هيچ كدام از ما نمي دانيم كه آيا روزي تئوري اي با نام «تئوري نهايي» (Theory of everything) به وجود مي آيد كه بتواند رابطه اي ارائه دهد كه تمام اين اعداد را به هم مربوط كند، يا آنها را به نوعي با هم گرد آورد. من روي اين شش عدد تاكيد كرده ام، به خاطر اينكه هر كدام از اين اعداد به تنهايي، نقش بسيار مهم و حياتي را در جهان ما ايفا مي كند، و با همديگر تعيين كننده نحوه تكامل جهان و استعدادهاي ذاتي آن است. از اين گذشته، سه تا از اين اعداد (كه به جهان در مقياس بزرگ وابسته است) به تازگي با دقت زياد اندازه گيري شده است.


سر برآوردن حيات انسان در سياره زمين حدود ۵/۴ 5.6 ميليارد سال به درازا كشيده است. حتي پيش از آنكه خورشيد ما و سيارات گرداگرد آن تشكيل شوند، ستاره هاي قديمي تر، هيدروژن را به كربن، اكسيژن و ديگر اتم هاي جدول تناوبي تبديل مي كردند. اين فرآيند حدود ده ميليارد سال به درازا كشيده است. اندازه جهان قابل مشاهده تقريباً برابر فاصله اي است كه نور بعد از انفجار بزرگ پيموده است بنابراين اين جهان قابل مشاهده كنوني بايد بيش از ۱۰ ميليارد سال نوري وسعت داشته باشد.

بسياري از مناقاشات پردامنه و طولاني مباحث كيهان شناختي امروزه ديگر پايان يافته، و در مورد بسياري از مواردي كه پيش از اين موضوع بحث بودند، ديگر مناظره اي صورت نمي گيرد. بسياري از ما در اغلب موارد طرز فكرمان را تغيير داده ايم، يا حداقل خودم اين كار را كرده ام. امروزه ديگر ايده هاي كيهان شناسي از تئوري هاي مربوط به زمين خودمان آسيب پذيرتر و ناپايدارتر نيستند.


زمين شناسان به اين نتيجه رسيده اند كه قاره هاي اين سياره در حال حركت تدريجي هستند كه سرعت حركتشان تقريباً برابر سرعت رشد ناخن هاست، ديگر آنكه اروپا و آمريكاي شمالي در ۲۰۰ ميليون سال قبل به يكديگر متصل بودند. ايده شان را مي پذيريم، هر چند كه درك چنين گستره زماني وسيعي بسيار مشكل است. در عين حال، حداقل خطوط كلي نحوه شكل گيري و تكامل زيست كره و بر آمدن انسان ها را باور داريم.
امروزه بسياري از دستاوردهاي كيهان شناختي به وسيله داده هاي معتبري تاييد و تثبيت شده است. پذيرش بسياري از دلايل تجربي مويد انفجار بزرگ كه ده تا پانزده ميليارد سال پيش به وقوع پيوسته، آن چنان اجتناب ناپذير است كه شواهد ارائه شده توسط زمين شناسان براي پذيرش تاريخچه سياره مان، زمين، اين تغيير موضع بسيار حيرت انگيز است:


اينشتين در يكي از مشهورترين كلمات قصار خود مي گويد: «غيرقابل درك ترين چيز در مورد جهان، قابل درك بودن آن است. » وي در اين عبارت بر شگفتي خود در مورد قوانين فيزيك كه ذهن ما نسبتاً با آنها خو گرفته و تا حدودي با آنها آشناست تاكيد مي كند، قوانيني كه نه فقط در روي زمين بلكه در دوردست ترين كهكشان ها هم مصداق دارد. نيوتن به ما آموخت همان نيرويي كه سيب را به سمت زمين مي كشد، ماه و سيارات را در مدار خود به گردش در مي آورد. هم اكنون مي دانيم همين نيروست كه عامل تشكيل كهكشان ها است و همين نيروست كه باعث مي شود ستاره ها به سياهچاله تبديل شوند. شايد هم روزي همين نيرو است باعث رمبش (Collapse) كهكشان آندرومداي بالاي سر ما شود.
اتم هاي موجود در دوردست ترين كهكشان ها با اتم هايي كه ما در آزمايشگاه ها با آنها مواجه مي شويم يكسان است. به نظر مي رسد تمام اجزاي جهان به شيوه يكساني تكامل مي يابند، همان طور كه در آغاز هم منشا مشتركي داشتند. اگر اين وحدت رويه وجود نداشت كيهان شناسي هيچ دستاوردي براي ما نداشت يا شايد هم هيچ گاه به وجود نمي آمد. پيشرفت هايي كه اخيراً صورت گرفته است هر چه بيشتر توجه ما را به اسرار نوظهوري در مورد جهان، قوانين حاكم بر آن و حتي سرنوشت نهايي آن جلب مي كند. اين پرسش ها به كسر بسيار كوچكي از اولين ثانيه پس از انفجار بزرگ اشاره دارد، زماني كه شرايط آنچنان حادي حاكم بود كه دانش فعلي فيزيك ما از درك جزئيات آن ناتوان است و درست در همين لحظه است كه ماهيت زمان، تعداد ابعاد و منشاء ماده باعث سرگشتگي ما مي شود.
در لحظه آغازين تشكيل جهان همه چيز چنان فشرده و شديداً چگال است كه مسائل مربوط به كيهان و دنياي خرد يكي مي شوند. فضا را نمي توان به طور مشخص و دقيقي تقسيم كرد. جزئيات مربوط به اين مسئله هنوز هم مثل معمايي براي ما بي جواب مانده است، اما بعضي از فيزيكدانان گمان مي برند، اجزاي ريزي به عنوان واحدهاي فضا وجود دارند كه اندازه آنها در مقياس ده بتوان 33- سانتي متر است.
اين عدد ده به توان بيست مرتبه كوچك تر از هسته اتم است: اين عدد چنان كوچك است كه تصور آن هم مشكل است، براي آشنايي بيشتربا ذهن مي توان گفت اگر هسته اتم آنچنان بزرگ شود كه وسعتي برابر يك شهر بزرگ را داشته باشد آن وقت واحد فضا برابر هسته يك اتم خواهد بود. در اين صورت با مسئله جديدي مواجه مي شويم، حتي اگر چنين ساختارهاي ريزي وجود داشته باشد، ماهيت آنها بايد وراي درك ما از فضا و زمان باشد.

آيا مناطقي وجود دارد كه نور آنها پس از گذشت ده ميليون سال يا از زمان انفجار بزرگ هنوز هم فرصت كافي نداشته است كه به ما برسد؟ متأسفانه در مورد اين مسئله جواب روشن و قاطعي وجود ندارد. با اين همه از لحاظ نظري هيچ محدوديتي در مورد گستره جهان ما (در فضا و نسبت به زمان هاي آينده) و در مورد اينكه چه چيزي ممكن است در آينده هاي دور به چشم ما برسد، وجود ندارد. در حقيقت جهان را مي توان بسيار گسترش داد. ميزان گسترش آن به چند ميليون سال دورتر از حوزه قابل رويت توسط ما محدود نمي شود بلكه مي توان آن را به ميزان ده به توان چند ميليون سال هم گسترش داد.
اما اين هم تمامي ماجرا نيست. ممكن است، جهان ما حتي اگر گسترش يافته و دورتر از افق ديد فعلي ما قرار گيرد، خود عضوي از يك مجموعه بزرگ تر و نامحدود باشد. مفهوم «multivers» در مقابل «universe» ، نتيجه توسعه طبيعي تئوري هاي كيهان شناسي موجود است. اين تئوري ها داراي اعتبارند، زيرا مي توانند پديده هايي را كه مشاهده مي كنيم تفسير كنند. قوانين فيزيكي و هندسه ممكن است در جهان هاي ديگر متفاوت باشد. چيزي كه جهان ما را از ساير جهان ها متمايز مي كند ممكن است همين شش عدد باشد.

1- عدد كيهاني امگا نشان دهنده مقدار ماده ـ كهكشان ها، گازهاي پراكنده و «ماده تاريك» ـ در جهان ماست. امگا اهميت نسبي گرانش و انرژي انبساط در جهان را به ما ارائه مي دهد جهاني كه امگاي آن بسيار بزرگ است، بايستي مدت ها پيش از اين درهم فرورفته باشد، و در جهاني كه امگاي آن بسيار كوچك است، هيچ كهكشاني تشكيل نمي شود. تئوري تورم انفجار بزرگ مي گويد، امگا بايد يك باشد؛ هر چند اخترشناسان درصددند مقدار دقيق آن را اندازه بگيرند.
2- اپسيلون بيانگر آن است كه هسته هاي اتمي با چه شدتي به يكديگر متصل شده اند و چگونه تمامي اتم هاي موجود در زمين شكل گرفته اند. مقدار اپسيلون انرژي ساطع شده از خورشيد را كنترل مي كند و از آن حساس تر اينكه، چگونه ستارگان، هيدروژن را به تمامي اتم هاي جدول تناوبي تبديل مي كنند، به دليل فرآيندهايي كه در ستارگان روي مي دهد، كربن و اكسيژن عناصر مهمي محسوب مي شوند ولي طلا و اورانيوم كمياب هستند. اگر مقدار اپسيلون 006/ يا 008/ بود ما وجود نداشتيم. عدد كيهاني e توليد عناصري را كه باعث ايجاد حيات مي شوند ـ كربن، اكسيژن، آهن و... يا ساير انواع كه باعث ايجاد جهاني عقيم مي شود را كنترل مي كند.
3- اولين عدد مهم تعداد ابعاد فضا است. ما در جهاني سه بعدي زندگي مي كنيم. اگر D برابر دو يا چهار بود امكان تشكيل حيات وجود نداشت. البته زمان را مي توان بعد چهارم فرض كرد، اما بايد در نظر داشت بعد چهارم از لحاظ ماهيت با ساير ابعاد تفاوت اساسي دارد چرا كه اين بعد همانند تيري رو به جلو است، ما فقط مي توانيم به سوي آينده حركت كنيم.
4- چرا جهان پيرامون اين چنين وسيع است كه در طبيعت عدد مهم و بسيار بزرگي وجود دارد. N نشان دهنده نسبت ميان نيروي الكتريكي است كه اتم ها را كنار يكديگر نگاه مي دارد و نيروي گرانشي ميان آنهاست. اگر اين عدد فقط چند صفر كمتر مي داشت، فقط جهان هاي مينياتوري كوچك و با طول عمر كم مي توانست به وجود آيد. هيچ موجود بزرگ تر از حشره نمي توانست به وجود آيد و زمان كافي براي آنكه حيات هوشمند به تكامل برسد در اختيار نبود.
5- هسته اوليه تمام ساختارهاي كيهاني ـ ستاره ها، كهكشان ها و خوشه هاي كهكشاني ـ در انفجار بزرگ اوليه تثبيت شده است. ساختار يا ماهيت جهان به عدد Q كه نسبت دو انرژي بنيادين است، بستگي دارد. اگر Q كمي كوچك تر از اين عدد بود جهان بدون ساختار بود و اگر Q كمي بزرگ تر بود، جهان جايي بسيار عجيب و غريب به نظر مي رسيد، چرا كه تحت سيطره سياهچاله ها قرار داشت.
6- اندازه گيري عدد لاندا در بين اين شش عدد، مهم ترين خبر علمي سال ۱۹۹۸ بود، اگرچه مقدار دقيق آن هنوز هم در پرده ابهام قرار دارد. يك نيروي جديد نامشخص ـ نيروي «ضدگرانش» كيهاني ـ ميزان انبساط جهان را كنترل مي كند.
خوشبختانه عدد لاندا بسيار كوچك است. در غير اين صورت در اثر اين نيرو از تشكيل ستارگان و كهكشان ها ممانعت به عمل مي آمد و تكامل كيهاني حتي پيش از آنكه بتواند آغاز شود، سركوب مي شد.



7-16

ضد جاذبه

زماني بود كه وقتي از پايان جهان صحبت به ميان مي آمد، همان طور كه «رابرت فراست» هم مي گويد، ميان دو گزينه آتش و يخ مجبور به انتخاب يكي بوديد، يا دنيا آتش مي گيرد و پايان مي يابد يا يخ مي زند و به انتها مي رسد. اما ارزيابي هاي تعجب آور جديد از ستارگان دوردست كه توسط تلسكوپ فضايي هابل صورت گرفته است نشان مي دهد، يك انرژي تاريك ناشناخته رفته رفته و با قدرت زياد در حال متلاشي كردن گيتي است. انيشتين اين انرژي را كه منشأ آن هنوز ناشناخته است پيش بيني كرده بود. با اين حال بعدها او آن را بزرگترين اشتباه خود خواند. انيشتين گفته بود يك نوع نيروي جاذبه در حال فروپاشاندن گيتي است. قدرت اين نيرو چنان زياد است كه طي ميلياردها سال عمر دنيا تغييري نكرده است

نظريه پردازاني كه در تلاش براي توضيح اين نيروي مرموز هستند، مي گويند اين نيرو در طول زمان مي تواند نيرومندترين يا ضعيفتر شود. اين نيرو يا سرانجام دنيا را در يك لحظه و از هم مي پاشاند يا در آينده دور رفته رفته آن را خاموش مي كند؛ اين آينده دور ده ها ميليارد سال با زمان حال فاصله دارد. اگر اين نيرو خود به خود از ميان برود، جاذبه بار ديگر بر گيتي مستولي مي شود و جهان خود به خود فرو مي پاشد

چندي پيش دكتر «آدام ريس» از مؤسسه علوم تلسكوپ فضايي در بالتيمور(آمريكا) نخستين تصاوير قابل مشاهده و گستردهاي را نشان داد كه قدرت اين نيروي ضد جاذبه را در طول زمان تحليل مي كرد. او گفت: داده هاي موجود نشان مي دهد كه كيهان رفته رفته توسعه مي يابد، سرد و تاريك مي شود و رفته رفته از بين مي رود نه اين كه در يك لحظه و در يك واقعه ناگهاني نابود شود.دكتر «ريس» و تيم او كه شامل چند استاد دانشگاه كاليفرنيا هستند از هابل براي جستجو و مطالعه ستارگان و ابرنواختران استفاده مي كند. آنها 42 ابرنواختر جديد كشف كرده اند كه شش يا هفت عدد از آنها از دورترين ابرنواختران شناخته شده اند.يافته هاي پژوهش هاي چند ساله آنها نشان مي دهد، از ميان نظريه هايي كه درباره پايان دنيا وجود دارد نظريه انيشتين از همه بيشتر با اطلاعات موجود همخواني دارد. دكتر «ريس» مي گويد: آنچه ما يافته ايم نشان مي دهد اين نيرو يك انرژي تاريك نيمه دائم است و به نظر مي رسد كه مدت هاست با ماست و اگر تغييري مي كند، اين تغيير بسيار كند و آرام است. در گذشته كه اين اطلاعات را نداشتيم با نظريه انيشتين احساس نزديكي نمي كرديم. اما اكنون فرق مي كند

دكتر «مايكل ترنر» كيهان شناس دانشگاه شيكاگو مي گويد: «اين بزرگترين راز همه تاريخ علم است، چه اين انرژي تاريك در طول زمان تغيير بكند و چه نكند در ماهيت اين راز تغييري ايجاد نمي شود. اطلاعاتي كه به تازگي به دست آمده پيشرفت بزرگي است. اين نخستين اطلاعات از اين نوع است.اگرچه اين نتايج جديد، پيش بيني يك قرن پيش انيشتين را تأييد ميكند اما دكتر «ترنر» مي گويد: «نمي توان با استناد به اين نتايج جديد نظريه هاي ديگر را رد كرد. اطلاعات مزبور همچنان اين احتمال را كه نيروي ضد جاذبه ناگهان قدرت بگيرد و سيارات، ستارگان و حتي اتمها را متلاشي كند، تقويت مي كند

ارزيابي هاي آينده ممكن است در گشودن راز اين انرژي تاريك مؤثر باشند. اما دكتر «ريس» مي گويد: نتايج تحقيقات و اطلاعات كنوني نشان مي دهد، هر گونه تحول تسريع كننده كه به قدرتمند شدن اين انرژي تاريك منجر شود تا 30 ميليارد سال ديگر روي نخواهد داد. بسياري از فيزيكدانان مي گويند، اين تخمين ها چندان مطمئن نيستند اما يافته هاي جديد ممكن است به ارزيابي دوباره مدل هايي منجر شود كه حجم و تحولات اين انرژي در فضا را پيش بيني مي كنند. اين مدل ها فعلاً چندان خوب نيستند. دانشمندان مؤسسه علوم فضايي هابل اخيراً در يك كنفرانس خبري آخرين نتايج يافته هاي خود را درباره موجود سياه يا انرژي تاريك در دنيا اعلام كرده اند

نخستين بار شش سال پيش دو گروه از منجمان از وجود يك نيروي مرموز به نام انرژي تاريك خبر دادند و اعلام كردند كه اين نيرو در حال متلاشي كردن دنياست

كيهان شناسان يك قرن است كه فكر مي كردند اين نيرو در اثر جاذبه كيهاني كند و آرام شده است اما اين دو گروه دريافتند كه از 5 ميليارد سال پيش كهكشان ها در اثر اين نيرو سرعت گرفته اند.در آن زمان وجود انرژي تاريك و حرف زدن درباره آن چندان جدي نبود، اما در سال هاي بعد يافته هاي جديد اين موضوع را تقويت كرد و اكنون همه باور دارند كه در جايي دور در آسمان ها، اتفاقاتي در حال روي دادن است. هيچ كس به راستي نمي داند اين انرژي تاريك چيست

اكنون صدها و هزاران ستاره شناس براي يافتن پرسشي براي اين سؤال بزرگ شب ها با مجهزترين تلسكوپ ها و تجهيزات رو به آسمان قرار مي گيرند. بعضي از آنها در پيروي از كار دو گروهي كه شش سال پيش نخستين نشانه ها را دريافت كردند، در جستجوي نوعي ستاره در حال انفجار هستند به نام «ابرنواختر نوع اول

اين ستارگان در فضا كاملاً مشخص هستند و دانشمندان را قادر مي سازند تا درباره اندازه دنيا و ميزان و چگونگي رشد آن در طول زمان اطلاعات مفيدي به دست آورند. گروه هاي ديگر تحقيقات خود را بر روي چگونگي تأثير نيروي ضد جاذبه اين انرژي تاريك بر رشد كهكشان ها متمركز كرده اند. بعضي ديگر از ستاره شناسان و به ويژه گروهي از دانشگاه شيكاگو در حال ساخت مجموعه اي از راديو تلسكوپ ها در قطب جنوب هستند تا به وسيله آن تحولات كهكشان ها را مطالعه كنند.يافته هاي جديد و ماجراي جذاب انرژي تاريك، تصميم سازمان ناسا براي از بين بردن تلسكوپ فضايي هابل در فضا را زير سؤال برده است.ناسا طراحي را در دست دارد كه در آن مرگ تدريجي هابل در فضا پيش بيني شده است. كارشناسان ناسا مي گويند بعد از حادثه پيش آمده براي فضاپيماي كلمبيا، اعزام يك هيأت جديد با يك فضاپيماي جديد به فضا بسيار خطرناك است

دكتر «ريس» مي گويد كه با اين تصميم مخالف است و توقف كار هابل به معناي توقف تحقيقات بسيار مهم در سال هاي آينده است.همكاران اين دانشمندان نيز كه سال هاست در جستجوي يافته هاي جديد درباره ماجراي انرژي تاريك هستند. با نظر او موافقند. آنها از اين كه ناسا در حال بررسي چنين تصميمي است حيرت زده شده اند و تأكيد مي كنند كه هابل بايد به عمر خود ادامه دهد.اخيراً پيشنهاد ارسال ماهواره اي به فضا مطرح شده كه نام اختصاري آن

SNAP

است و براي مشاهده و مطالعه هزاران ستاره در حال انفجار از درون فضا طراحي مي شود

فيزيكدانان دانشگاه بركلي مسئول طراحي و ساخت اين ماهواره هستند. انيشتين در سال 1917 در جستجو براي يافتن پاسخي به اين سؤال كه چرا گيتي به خودي خود متلاشي نشده است، نظريه انرژي تاريك را مطرح كرد. در سال 1929 «ادوين هابل» ستاره شناسي كه تلسكوپ هابل به نام او نامگذاري شده است كشف كرد كه دنيا و كيهان در حال توسعه است. در اين تحليل چنين تصور شده كه نيروي جاذبه، اين گسترش و توسعه را كند مي كند و شايد روند آن را در طول زمان عكس كند. اما همان طور كه گفته شد شش سال پيش دو گروه ستاره شناس دريافتند كه اين روند گسترش به جاي تسريع در حال كند شدن است.جديدترين يافته ها نشان مي دهد كه چيزي شبيه انرژي تاريك انيشتين در فضا در حال فعاليت است. در نظريه انيشتين توضيح داده نشده كه چرا اين انرژي از ابتدا به وجود آمده است. انرژي تاريك هيچگاه مستقيماً ديده نشده است. اين موضوع شبيه يك داستان علمي تخيلي به نظر مي رسد اما همه دانشمندان از گذشته تا به حال به وجود چنين نيروي ناشناخته اي معترف بوده اند

برخي محاسبات دانشمندان درباره قدرت اين انرژي به يك عدد واحد رسيده است كه نام آن را «>W گذاشته اند. اين عدد در حقيقت نسبت ميان فشار و تراكم اين انرژي تاريك است. شناختن اين عدد و چگونگي تغيير آن در طول زمان ممكن است به شناسايي ماهيت اين انرژي كمك كند.هدف دانشمندان از تحقيقات آينده ارزيابي عدد « >W با دقت 5 درصد است. اما حتي اين ارزيابي ها هم مي تواند به پايان كابوس انرژي تاريك منجر شود.با از بين رفتن تلسكوپ هابل كار صيادان انرژي تاريك پيچيده تر مي شود. اما آنها از فعاليت باز نمي ايستند. با ادامه كار دانشمندان شايد زماني در آينده نزديك هيجان انگيزترين راز علم حل شود



8-16

اطلاعات در مورد مهبانگ و درون سیاه چاله ها


Information about Big Bang and Inside of Black Hole


با توجه به نظریه بیگ بنگ، جهان در 14 بیلیون سال پیش از یک توده فوق العاده داغ و چگال آغاز شده است. پس از آن جهان به طور مداوم شروع به گسترش کرده و در حال سرد شدن است. و تمام جهان سرشار از نورهای ساطع شده از مهبانگ است. نوری که اکنون به ما می رسد، حدود 14 بیلیون سال در راه بوده است. بنابراین به ما این امکان را می دهد که ازدل زمان عبور کرده و نگاهی به گذشته بیندازیم و دوران ابتدایی عالم را ببینیم


نگاهی به اطلاعات و ارقام می تواند کمک کند تا پرده از برخی اسرار جهان بر داریم


عمر جهان
Age of universe
Universe is 13.7 billion years old
T=13.7x10^12 years =4.3x10^20 s

شعاع جهان
Radius of universe
R=1.6x10^26 m

حجم جهان
Volume of universe
V=4/3 pi R^3
V=17.1x10^78m^3



چگالی چهان

Density of universe
D=10^-18 kg/m^3


جرم جهان

Mass of universe
M=(density)x(volume), so;
M=DV=10^-18x17.1x10^78=17.1x10^60 kg


و هنگامیه جهان در هم فرو خواهد ریخت


And when universe collapses


برای یک لحظه شتاب جهان و انبساط جهان را فراموش کنید. حالا فرض کنید جهان در حال فرو ریختن در خود است. چه اتفاقی خواهد افتاد؟

در این حالت تمام شواهد نشان می دهد ه جهان در حال انقباض است
نخست نور ستارگان به طرف آبی جابجا می شوند
فاصله بین اجسام در حال اهش است
بنابراین فاصله بین زمین و ماه کاهش می یابد، ماه به زمین وصل می شود. زمین و سایر سیارات در خورشید سقوط می کنند. فشار گرانش افزایش می یابد. خورشید وستاره ی آلفا قنطورس (نزدیکترین ستاره به خورسید) یکدیگر را جذب می کنند. فاصله ها به سرعت کاهش می یابد. حجم جهان کاهش می یابد و شدت گرانش و فشار آن افزایش می یابد

چه اتفاقی برای اتمها می افتد؟
شعاع مدار اتمها کاهش می یابد. الکترونها در هسته سقوط می کنند. بنابراین تنها هسته ها باقی می مانند. همچنین ممکن است حجم هسته ها نیز کاهش یابد. اما ما هیچگونه شاهدی بر این امر نداریم. لذا اجازه بدهید با توجه به چگالی هسته بحث را ادامه دهیم.



چگالی هسته



Density of nuclear is.

2x10^17 kg/m^3


فرض کنیم جهان کاملاً درهم فرو ریزد. بنابراین با توجه به چگالی هسته حجم جهان را حساب می کنیم

حجم جهان

Vo=M/D=17.1x10^60 kg/2x10^17 kg/m^3=8.5x10^43 m^3




آنگاه شعاع جهان برابر خواهد شد با

Ro=2.7x10^14 m


و این یک سیاه چاله ی مطلق است.


سیاه چاله مطلق

Absolute Black holes

با توجه به نظریه سی. پی. اچ. همه چیز از سی. پی. اچ. ساخته شده است. همچنین هسته ها نیز از سی. پی. اچ. ساخته شده اند. سی. پی. اچ. ها در هسته اتم اسپین دارند و در کنار یکدیگر حرکت می کنند. سی. پی. اچ. دارای اسپین و حرکت انتقالی است. بطوریکه



gradVc=0, in all inertial frames and any space


فرض کنیم یک سی. پی. اچ. دارای سرعت انتقالی و اسپین

speed of v and spin of s

هنگامیکه سرعت انتقالی آن به سمت صفر میل می کند، اسپین آن به ماکزیمم می رسد. هنگامیکه فشار گرانش خیلی افزایش یابد، فاصله بین سی. پی. اچ. ها کاهش می یابد. هیچ جسم یا ذره ای حتی نور و سایر امواج الکترمغناطیسی نمی تواند از میدان گرانش آن بگریزد.



در این حالت سرعت انتقالی سی. پی. اچ. نزدیک به صفر است. مهبانگ (بیگ بنگ ) از سیاه چاله ای نظیر آن بوجود آمده است
با توجه به معادله ی بیگ بنگ می توانیم درک خوبی از مهبانگ داشته باشیم



فرض کنیم شدت گرانش به قدری باشد که سی. پی. اچ. ها در سطح یک سیاه چاله تنها دارای اسپین باشند. چنین سیاه چاله ای یک سیاه چاله ی مطلق است. در این حالت سی. پی اچ. از نیروی خارجی تبعیت نمی کند و سیاه چاله ی مطلق منفجر می شود

در لحظات اولیه سی. پی. اچ. ها با سرعت Vc می گریزند و اثر گرانش در همه جا گسترش می یابد. با توجه به اینکه شعاع جهان در این حالت از رابطه زیر به دست می آید

Ro<<2.7x10^14 m

و با توجه به سرعت سی. پی. اچ. جهان در چند ثانیه شدیداً منبسط می شود. اما در آنجا ماده و انرژی وجود ندارد. در این وضعیت تنها سی. پی. اچ. است که با سرعت انتقالی Vc در فضا منتشر می شود. اما سی. پی . اچ. ها با یکدیگر دارای کنش متقابل هستند و یکدیگر را جذب می کنند. سی. پی. اچ. ها اسپین می گیرند و کوانتوم های کوچک انرژی شکل می گیرند. آنگاه امواج الکترومغناطیسی ظاهر می شوند. این مرحله در یک مدت زمان بسیار طولانی اتفاق می افتد. بتدریج انرژی در مدت های کوتاه تری تولید می شود. و مقدار زیادی کوانتوم های بزرگ انرژی ظاهر می شود. به مرکز انفجار توجه فرمایید. مرکز سیاه چاله مطلق نظیر مرز سایر اجسام بزرگ است و فشار گرانش در آنجا تقریباً صفر است. بنابراین هنگامیکه جهان (سیاه چاله مطلق) منفجر می شود، مرکز آن تحت فشار شدید از همه ی اطراف قرار می گیرد.
در ثانیه اول انفجار کنش و واکنش ها در مرکز جهان بسیار شدید است. مقادیر متنابهی انرژی تشکیل می شود و به ماده و پاد ماده تبدیل می شوند.
بتدریج گرد وعبار و اجسام ظاهر می شوند. با انبساط جهان اندازه اتمها نیزافزایش می یابد


و آین تاریخ واقعی جهان ما است.

با تشکر

حسین جوادی