۱۰ معمای بزرگ عالم ( قسمت اول )

چه می دانیم؟

نظریه بیگ بنگ ( انفجار بزرگ ) نظریه ای محکم، جا افتاده است که تحول عالم را از ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش که کل عالم به اندازه اتمی بیش نبوده شرح می دهد. اما این نظریه درباره اینکه عالم چرا و چگونه آغاز شد، یا پیش از آن چه چیزی وجود داشت، حرفی نمی زند. ممکن است فضا و زمان آنگونه که ما آنها را می شناسیم در حین بیگ بنگ خلق شده باشند. اما این موضوع وجود چیزی پیش از بیگ بنگ را رد نمی کند. فیلسوف یونان باستان، پارمندیس می گفت: « از هیچ، هیچ چیز پدید می آید.» همین اندیشه در علم هم بکار گرفته می شود و نمی توان توضیح داد چطور ممکن است عالمی از هیچ پدید آمده باشد. در نتیجه به مرور کیهان شناسان بیشتری به این فکر افتاده اند که شاید چیزی بوده که موجب رخ دادن بیگ بنگ شده است، نظریه های چندی برای یافتن پاسخ این پرسش ارائه شده اند.

یکی از نظریه ها تورم ازلی- ابدی نام دارد که فرض می کند عالم های در حال انبساط بطور پیوسته در خلا پدید می آیند و هر کدام مانند حبابی منبسط می شوند. این نظریه می گوید عالم ما فقط در یکی از حباب ها وجود دارد، در حالی که عالم های دیگری هم در حباب های مجزای دیگری وجود دارند، اما همه این عالم های دیگر آنقدر در فضا و زمان از یکدیگر دورند که بر قرار شدن ارتباط میان آنها ممکن نیست. خلا هم با سرعت فوق العاده بالایی منبسط می شود و موجب بیشتر شدن فاصله میان عالم ها می شود. دیگر نظریه ها حول این مفهوم شکل گرفته اند که عالم های متوالی وجود دارند که مدام متولد و نابود و باز متولد می شوند. چنین نظریه هایی اگر اثبات شوند توضیحی درباره آنچه پیش از بیگ بنگ بوده ارائه می دهند ولی معمای بنیادی تر مطرح در اینجا را حل نمی کنند. اصلا چرا به جای هیچ، چیزی وجود دارد؟

آیا ممکن است به پاسخ برسیم؟

می توانیم به کمک تابش زمینه کیهانی- انرژی ضعیف و همه جا حاضر و نسبتا ثابتی که احتمالا از بیگ بنگ باقی مانده است ، به دنبال رد پایی از عالم های دیگر در عالم خودمان بگردیم. البته این جست و جو پیش تر انجام شده و نا موفق بوده و احتمالا اینکه به این زودی ها نتیجه اش تغییری بکند بسیار کم است.

 

۲)چرا عالم به محض شکل گیری ناپدید نشد؟

نظریه بیگ بنگ می گوید که وقتی زمان آغاز شد، ماده و پاد ماده در مقادیر برابر به وجود آمدند. اگر چنین بود باید بر اثر برخورد آنها عالم به انرژی خالص تبدیل و با تابشی شدید نابود می شد. ولی عالم اکنون وجود دارد و به ندرت پاد ماده ای در آن پیدا می شود.

چه می دانیم؟

بخش های بزرگی از عالم براساس تقارن در قوانین طبیعت است. اما وقتی عالم شکل گرفت، به ازای هر یک میلیارد ذره پاد ماده، یک میلیارد به اضافه یک ذره ماده تولید شد. به همین علت عالم ما وجود دارد.

این عدم تعادل موجب نقض اصل تقارن مزدوج بار می شود که می گوید هر ذره پاد ذره ای معادل خودش دارد که از همه نظر جز بار الکتریکی مشابه آن است. دانشمندان باید شرح دهند که نقض تقارن مزدوج بار ( یا پاریته CP ) به چه صورتی ممکن است رخ بدهد که با مدل استاندارد فعلی – که همه ذرات عالم را از نظر ریاضی شرح می دهد – همخوانی داشته باشد. همچنین باید بتوان این پدیده را در آزمایش ها اثبات و وجودش را تایید کرد تا شاید دانشمندان فرصتی برای یافتن علت پیدا کنند. در آزمایش های فیزیکی هم ماده و هم پاد ماده تولید شده اند. اما دو حالتی که در آنها نقض CP مشاهده شده آنقدر کم اهمیتند که نمی توان به کمک آنها ناهمخوانی موجود در عالم را شرح داد. هر چند دانشمندان در آزمایشگاه فرمی وابسته به وزارت انرژی ایالات متحده در آزمایشی در سال ۲۰۱۰ حدود یک درصد میون ( یک ذره بنیادی الکترون ولی با جرم بیشتر و با عمر کوتاه تر ) بیشتری نسبت به پاد میون تولید کرده اند. این انحرافی مشخص بود، ولی هنوط نمی دانیم چرا اتفاق افتاده است.

آیا ممکن است به پاسخ برسیم؟

پس از سال ها انجام آزمایش هایی که فقط منجر به نقض بسیار کوچک اصل تقارن مزدوج بار می شدند، حالا نقضی دیده ایم که بزرگ تر از مقداری است که بتوانیم براساس مدل استاندارد آن را توضیح دهیم. آزمایش های بیشتری مشابه این، ما را به پاسخ نزدیکتر می کند.

۳) ماده چطور انباشته و به کهکشان ها تبدیل شد؟

درست پس از بیگ بنگ، عالم با توده گرم و درخشانی از گاز انباشته شده بود. پس از فقط چند صد میلیون سال، بخشی از این گازها کنار هم انباشته و به نخستین کهکشان ها تبدیل شد. اما این شکل گیری کهکشان ها چطور آغاز شد؟

چه می دانیم؟

امروز میتوانیم کهکشان هایی را رصد کنیم که کمتر از ۵۰۰ میلیون سال پس از بیگ بنگ شکل گرفته اند. برای اینکه نور آنها به ما برسد، زمانی چنان طولانی گذشته است که وقتی برای دیدنشان به اعماق فضا نگاه می کینم حتما در حال نگاه کردن به گذشته عالم هستیم و این به ما امکان می دهد که اجرام آسمانی گذشته را در زمانی درست پس از تولد عالم ببینیم.
به لطف این رصد ها ، اخترشناسان اکنون درباره ی چگونگی آغاز شکل گیری کهکشان ها نظریاتی دارند. آنها اکنون بطور کلی می دانند که کهکشان های کوچک چطور با یکدیگر برخورد می کنند و به تدریج به کهکشان های بزرگ تری که امروز می شناسم، تبدیل می شوند. آنچه به درستی روشن نیست، این است که چرا باید گازهایی که در عالم انباشته بودد در وهله نخست بر هم انباشته شوند و کهکشان ها را بسازند. اخترشناسان اغلب بر دو عامل مهم تمرکز می کنند، نخست افت و خیزهای چگالی این گاز در نتیجه بیگ بنگ است. این افت و خیزها نشان می دهند که گاز بی شک همگن نبوده، یعنی چگالی گاز در بخش هایی از آن بیشتر از بخش های دیگر بوده است . دانشمندان بر این باورند که گاز در نواحی چگال تر با سرعت بیشتری شروع به منقبض شدن کرده است و در مرحله ای دیگر کهکشان ها از همان جا شکل گرفته اند. هر چند محاسبات نشان می دهند که این چگالی برای شکل گیری کهکشان ها کافی نبوده است. در نتیجه عامل دوم یعنی ماده تاریک وارد صحنه می شود.

رفتار ماده تاریک ( یعنی ماده ای فرضی که فقط از روی گرانش با ماده معمولی بر هم کنش دارد. ) با ماده معمولی متفاوت است. شبیه سازی ها نشان می دهند که ماده تاریک به سرعت انباشته و به رشته های بلندی تبدیل می شود که مانند تار عنکبوت عالم را آکنده است. شاید همین رشته ها گرانش اضافی لازم برای شکل گیری کهکشان ها را فراهم کرده باشند، به ویژه جاهایی که با یکدیگر تقاطعی دارند.
رصدهای جدید تلسکوپ هابل نشان می دهد که توزیع کهکشان هایی که امروز می بینیم تقریبا همان توزیع رشته های ماده تاریک است که براساس شبیه سازی ها به آن می رسیم و این نشانه ای از نقش ماده تاریک در شکل گیری کهکشان هاست. تصویر بالا بخشی از این شبیه سازی را نشان می دهد. هر چند پرسش بزرگتر این است که این ماده تاریک چیست همچنین نقش دیگر واسطه ها مانند سیاه چاله ها هم اینجا ناشناخته است.

آیا ممکن است به پاسخ برسیم؟

تلسکوپ های پیشرفته در فضا و روی زمین باید به زودی به ما امکان بدهند که تا زمان پیدایش نخستین کهکشان ها به عقب بازگردیم. این امکان به همراه دانش جدید درباره ماده تاریک ممکن است این معما را حل کند.

۴) عالم از چه چیزی ساخته شده است؟

آشکار است که عالم پر از ستاره ، سیاره و سحابی های گازی است. هر چند بسیاری از محاسبات نشان از وجود چیز دیگری دارند که نمی توانیم آن را ببینیم. این ماده ناشناخته چیست؟

چه می دانیم؟

کهکشان ها در اندازه های مختلف ( در نتیجه با گرانش های متفاوت ) با سرعت های مشخصی به دور خود بچرخند تا از هم نپاشند اما تعداد ستاره های آنها با توجه به نوری که از آنها تابش می شود بسیار کمتر از آن است که سرعتشان ( و بنابراین گرانششان ) را توجیه کند. گرانش اجرام آسمانی پر جرم، نور کهکشان های دور دست را که از کنارشان می گذرد خمیده می کند، اما این نور اغلب پیش از انتظار ما خمیده می شود که نشان می دهد جرمی بزرگتر و نامرئی بر آن اثر می گذارد. اخترشناسان بر این باورند که ماده تاریک نامرئی مسئول این نیروی گرانش گمشده است. افزون بر این، عالم با سرعتی فزاینده در حال انبساط است که شاید عامل آن هم نیروی دافعه ای باشد که با نام انرژی تاریک از آن یاد می شود.
می توانیم به کمک فرمول مشهور اینشتین ( E= mc2 ) این انرژی را که باید در عالم حاضر باشد به جرم تفسیر کنیم. این تفسیر به ما نشان می دهد چه بخشی از عالم را ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل داده است. اما همچنان دانش ما درباره این اجزا کم است. نوترینوها و ویمپ ها ذرات سنگین با بر همکنش ضعیف از نامزدهای ماده تاریک هستند، انرژی تاریک خیلی راز آمیز تر است.

آیا ممکن است به پاسخ برسیم؟

دانشمندان آشکارسازهایی را در اعماق زمین می سازند تا بتوانند ویمپ ها و دیگر ذرات نامزد ماده تاریک را که شاید سازنده گرانش اضافی حاضر در عالم باشند، شکار کنند. علت اینکه آشکارسازها را در اعماق زمین می سازند این است که تداخل دیگر ذرات آمده از فضا جلوگیری کنند.
موضوع انرژی تاریک پیچیده تر است، هیچ نظریه قابل اعتنایی درباره ی ترکیب این انرژی وجود ندارد. جست و جو به دنبال آن هم بسیار سخت است. زیرا سنجش چگونگی شتاب گرفتن انبساط عالم سخت است.

ادامه دارد »»»

دانستنی ها – شماره ۸۱

لینک قسمت دوم

لینک قسمت سوم

/ 0 نظر / 42 بازدید