خانه

نظریه های جهانی

علوم پایه

نظریه مهبانگ (بیگ بنگ)

براساس این تئوری جهان از انفجار یک نقطه بوجود آمده است. این تئوری اولین بار براساس مشاهدات ادوین هابل وهمکارانش مبنی بر دور شدن همه کهکشانهای آسمان از کهکشان راه شیری بجز کهکشانهای محلی مطرح شد.

این نظریه، آغاز كائنات را از یك هسته اتم در فضا و زمان صفر مى داند زیرا آن هنگام هنوز فضا وزمان آغاز نشده بود. تصور بكنید كه تمام كائنات در یك هسته اتم یاحتى كوچكتر از آن جاى داشت و در یك لحظه این فضا و زمان آغاز مى شود یعنى اینكه یك انفجار بزرگ كه حاصل گرانش شدید ناشى از فشردگى بوده، شروع شد.
این واقعه بین سیزده تا پانزده میلیارد سال پیش رخ داده است، درحقیقت این حادثه از آن نقطه صفر شروع مى شود. قابل ذكر است كه باوجودچنین فشردگى اى طبیعتاً دماى بسیار زیادى در لحظه كمى قبل از انفجار بزرگ حاكم بوده است. هنگامى كه فضا وزمان شروع به بزرگ و باز شدن كرد، دما مدام رو به كاهش بوده به طورى كه تخمین زده مى شود وقتى فقط یك ثانیه ازتشكیل كائنات مى گذشته است ده میلیارد كلوین نزول دما داشته ایم.
انبساط جهان به قدرى شدید رخ داده است كه از اندازه كوچكتر از یك هسته اتم در یك لحظه به اندازه كره زمین بزرگ مى‌شده، یعنى انبساط و تورم بعد از بیگ بنگ شروع شده بود اما هنوز كهكشانها به وجودنیامده بودند. نور آغاز كائنات بود سپس بعداز نور، ماده ایجاد شد و شاید بعد از دو میلیارد سال از انفجار بزرگ كهكشانها شكل گرفتند و خورشید ما یكى از ذرات كوچك آنهاست.
دور شدن کهکشانها با تعیین انتقال به قرمز خطوط طیفی آنها نتیجه گیری شده است. مشاهدات نشان می دادند که هر چه کهکشانهای دورتر باشند سرعت دور شدن آنها هم بیشتر است.منطقی است که نتیجه گیری کنیم که اگر در زمان به عقب برگردیم در زمانی همه کهکشانها حرکت خود را از یک نقطه شروع کرده باشند.این نقطه یگانه (نقطه تکینگی کیهانی ) نه تنها کهکشانها بلکه ستاره ها٬ گازها وغبارها وحتی تابش الکترومغناطیسی را شامل می شده است.با توجه به این موارد وبا در نظر گرفتن نظریه نسبیت عام ٬دو مدل برای کیهان مطرح شده است.یکی نظریه کیهان ثابت یا پایدار ودیگری تئوری بیگ بنگ.
براساس مدل اول٬ در حالیکه کیهان منبسط می شود مواد٬ بین کهکشانها و در فضای خالی ایجاد شده و در مجموع چگالی کیهان و تمام خواص آن ثابت می ماند.این کیهان نه آغاز دارد و نه پایان بطور پیوسته منبسط شده و مواد جدید خلق می‌شود. براساس مدل دوم جهان از انفجار یک نقطه بوجود آمده است.این مدل بهمراه نظریه نسبیت عام٬ با این واقعیت که هرچه کهکشانها از هم دورتر باشند با سرعت بیشتری از هم دور می شوند(آن چیزی که قانون هابل نامیده شده )مطابقت دارند.این مدل پیش بینی می کند که دمای اولیه در زمان انفجار در حد یک میلیارد درجه بوده است .از لحظه آغاز فرآیند آفرینش تا زمانی که به زمان پلانک مشهور است(ده بتوان منفی 43) هیچ رابطه یا فرمول فیزیکی شناخته شده ای وجود ندارد وفقط از این زمان به بعد است که روابط فیزیکی وجود دارند.بعد از عبور از چند مرحله ویژه وکاهش تدریجی دما در زمان ده بتوان منفی 12 چهار نیروی بنیادی شکل گرفته ودر زمان ده بتوان منفی شش هم دما آنقدر پایین آمده تا شرایط برای شکل گیری هسته اتمها فراهم شود.دراین زمان عناصر طبیعی بویژه هلیوم وهیدروژن شکل گرفته اند.بعد از گذشت سیصدهزار سال از لحظه آفرینش کیهان برای فوتونها شفاف شده وتابش از ماده جداشده است.با انبساط کیهان ماده ٬از تابش زمینه جداشده و اتمها تشکیل شده اند.گرانش موجب تغییر چگالی های موضعی شده و ستاره ها شکل گرفته اند. براساس این مدل٬ تابش زمینه باید دمای خاصی داشته باشد وبا گذشت زمان کاهش یافته ودر حال حاضر نیز دمای آن 5 درجه کلوین باشد.کشف تابش زمینه توسط پنزیاس و روبرت ویلسون وعکسبرداری های ماهواره COBE از نقاط قوت این مدل است.گفتنی است در کنار این موارد تایید کننده ایراداتی نیز بر آن وارد است. نقطه مقابل بیگ بنگ بیگ کرانچ یا مهرمبش نام دارد.
براى لحظه انفجار بزرگ عدد ده به توان منفى چهل و سه را در نظر مى گیرند و بعد از آن لحظه، حادثه شروع مى شود كه حتى هنوز به هزارم ثانیه نرسیده، تغییرات در حال رخ دادن بوده است. آشكار است برای آگاهی از چگونگی اولین ثانیه ها و یا بهتر بگوییم اولین اجزای ثانیه های پس از انفجار اولیه نباید از ستاره شناسان پرسید بلكه در این مورد باید به فیزیكدان های متخصص در امر فیزیك ذره ای مراجعه كرد كه در مورد تشعشعات و ماده در شرایط كاملا سخت و غیر عادی تحقیق می‌كنند و تجربه می كنند. تاریخ كیهان معمولا به 8 مقطع كاملا متفاوت و غیر مساوی تقسیم می‌شود:
• مرحله اول - صفر تا 43- 10 ثانیه: این مساله هنوز برایمان كاملا روشن نیست كه در این اولین اجزای ثانیه ها چه چیزی تبدیل به گلوله آتشینی شد كه كیهان باید بعدا از آن ایجاد گردد . هیچ معادله و یا فرمول های اندازه گیری برای درجه حرارت بسیار بالا و غیر قابل تصوری كه در این زمان حاكم بود در دست نمی باشد.
• مرحله دوم- 43- 10 تا 32- 10 ثانیه: اولین سنگ بناهای ماده مثلا كوارك ها و الكترون ها و پاد ذره های آنها از برخورد پرتوها با یكدیگر به وجود می آیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یكدیگر برخورد می كنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ذرات فوق سنگین - نیز می توانسته اند به وجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند كه هنگام فروپاشی ماده بیشتری نسبت به ضد ماده و مثلا كوارك های بیشتری نسبت به آنتی كوارك ها ایجاد می كنند. ذرات كه فقط در همان اولین اجزای بسیار كوچك ثانیه ها وجود داشتند برای ما میراث مهمی به جا گذاردند كه عبارت بود از : افزونی ماده در برابر ضد ماده
• مرحله سوم- از 32- 10 ثانیه تا 6- 10 ثانیه: كیهان از مخلوطی از كوارك ها - لپتون ها - فوتون ها و سایر ذرات دیگر تشكیل شده كه متقابلا به ایجاد و انهدام یكدیگر مشغول بوده و ضمنا خیلی سریع در حال از دست دادن حرارت هستند
• مرحله چهارم- از 6- 10 ثانیه تا 3- 10ثانیه: تقریبا تمام كوارك ها و ضد كوارك ها به صورت پرتو ذره ها به انرژی تبدیل می شوند. كوارك های جدید دیگر نمی توانند در درجه حرارت های رو به كاهش به وجود آیند ولی از آن جایی كه كوارك های بیشتری نسبت به ضد كوارك ها وجود دارند برخی از كوارك ها برای خود جفتی پیدا نكرده و به صورت اضافه باقی می مانند. هر 3 كوارك با یكدیگر یك پروتون با یك نوترون می سازند. سنگ بناهای هسته اتم های آینده اكنون ایجاد شده اند.
• مرحله پنجم - از 3- 10 ثانیه تا 100 ثانیه: الكترون ها و ضد الكترون ها در برخورد با یكدیگر به اشعه تبدیل می شوند. تعدادی الكترون باقی می ماند زیرا كه ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود دارد. این الكترون ها بعدا مدارهای اتمی را می سازند
• مرحله ششم - از 100 ثانیه تا 30 دقیقه: در درجه حرارت هایی كه امروزه می توان در مركز ستارگان یافت اولین هسته های اتم های سبك و به ویژه هسته های بسیار پایدار هلیم در اثر همجوشی هسته ای ساخته می شوند. هسته اتم های سنگین از قبیل اتم آهن یا كربن در این مرحله هنوز ایجاد نمی شوند. در آغاز خلقت عملا فقط دو عنصر بنیادی كه از همه سبكتر بودند وجود داشتند : هلیم و هیدروژن. هیدروژن كه سبك ترین عنصر شیمیایی می باشد سنگ بنای اصلی كهكشانه ها و سیارات می باشد. هیدروژن همچنین سنگ بنای اصلی موجودات زنده ای است كه بعدا روی زمین به وجود آمدند و احتمالا روی میلیاردها سیاره دیگر نیز وجود دارند. در مركز ستارگان اولیه هسته اتم های سنگین از قبیل اكسیژن و یا كربن یعنی سنگ بناهای اصلی لازم و ضروری برای زندگی و حیات بوجود آمدند.
• مرحله هفتم - از 30 دقیقه تا 1 میلیون سال پس از خلقت: پس از گذشت حدود 300000 سال گوی آتشین آنقدر حرارت از دست داده كه هسته اتم ها و الكترون ها می توانند در درجه حرارتی در حدود 3000 درجه سانتی گراد به یكدیگر بپیوندند و بدون اینكه دوباره فورا از هم بپاشند اتم ها را تشكیل دهند . در نتیجه آن مخلوط ذره ای كه قبلا نامرئی بود اكنون قابل دیدن می شود.
• مرحله هشتم - از یك میلیون سال پس از خلقت تا امروز: از ابرهای هیدروژنی دستگاههای راه شیری ستارگان و سیارات به وجود می ایند. در داخل ستارگان هسته اتم های سنگین از قبیل اكسیژن و آهن تولید می شوند. كه بعد ها در انفجارات ستاره ای آزاد می گردند و برای ساخت ستارگان و سیارات و حیات جدید به كار می ایند.

جنبش انبساطی یا به عبارت دیگر از همدیگر دور شدن كهكشانه ها به هر حال رو به كند شدن است. زیرا جزایر جهانی متعدد در واقع به سمت یكدیگر جذب می شوند و در نتیجه حركت انبساطی آن ها كند تر می شود. اكنون پرسش فقط این است كه آیا زمانی تمام این حركت ها متوقف خواهد گردید و این عالم در هم فرو خواهد پاشید؟ این مساله بستگی به تراكم ماده در جهان هستی دارد. هر چه این تراكم بیشتر باشد نیرو های جاذبه بین كهكشانه ها و سایر اجزای گیتی بیشتر بوده و به همان نسبت حركت آن ها با شدت بیشتری متوقف خواهد شد. در حال حاضر چنین به نظر می رسد كه تراكم جرم بسیار كمتر از آن است كه زمانی عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر حال این امكان وجود دارد كه هنوز جرم های بسیار بزرگ ناشناخته ای از قبیل ( سیاهچاله های اسرار آمیز) یا ( ابرهای گازی شكل تاریك) وجود داشته باشند و نوترینو ها كه بدون جرم محسوب می شوند جرمی هرچند كوچك داشته باشند. اگر این طور باشد در این صورت حركت كیهانی زمانی شاید 30 میلیارد سال دیگر متوقف خواهد شد. در آن زمان كهكشان ها با شتابی زیاد حركت به سوی یكدیگر را اغاز خواهند كرد تا در نهایت به شكل یك گوی آتشین عظیم با یكدیگر متحد شوند. آن زمان شاید می باید روی یك انفجار اولیه جدید دیگر و تولد یك عالم جدید حساب كنیم. با توجه به سطح كنونی دانش بشر و میزان پژوهش های انجام شده باید اینطور فرض كرد كه عالم تا ابدیت انبساط خواهد یافت.