نگاه اجمالی
بدون اغراق می‌توان گفت فرضیه انبساط جهان یا
ابر کهکشان یکی از عجایب انگیزترین فرضیه‌های پیشنهاد شده در این قرن می‌باشد. این فرضیه برمبنای چنین تصوری قرار دارد که ابر کهکشان حدود 15 تا 20 بیلیون سال پیش در نتیجه انفجار مهیب توده‌ای از ماده فوق العاده چگال ظاهر گردیده است. حال اگر به چگونگی پیدایش این فرضیه بپردازیم. تهیه مدل‌ها یا طرح‌های ساده نظری برای جهان یکی از موثرترین روش‌های مطالعه آن است. برای مدت زمان طویلی
کیهان شناسی به مدلهای ایزوتروپیک همگن محدود می‌شد. این مدل‌ها چه هستند؟
تقسیم بندی جهان
- مدل جهان ایستا :
فرض کنید جهان به بخش‌های متعدد «اولیه» که هر یک حاوی تعداد زیادی کهکشان است تقسیم گردد. در این صورت همگنی و ایزوتوپی بدین مفهوم است که خواص و رفتار جهان در هر عصر ، در تمام بخش‌ها و در تمام جهان یکسان می‌باشد. اینیشتین اولین مدل همگن و ایزوتروپیک جهان را ارائه داد. مدل او عبارت بود از فرضیه یک جهان ایستا که مشخصات کلی آن با گذشت زمان تغییر نمی‌کند. و به هیچ وجه تغییرات مهمی در آن پدیدار نمی‌شود. و آن جهانی است که از قوانین یکسان طبیعت که بصورت معادلات ریاضی قابل بیان است تبعیت می‌کند.
- مدل جهان انقباضی:
در سال 1922، ا.فریدمن (A.Fridman) – یکی از دانشمندان برجسته لیننگراد – اظهار داشت که به وسیله معادلات اینیشتین مدلهای بسیاری که ایستا نیستند – یعنی مدلهای انقباضی – انبساط که همگن و ایزوتروپیک می‌باشند ، مجاز می‌گردد. بعدا مشخص شد که مدل ایستای اینیشتین نیز می‌بایستی به یک مدل غیر ایستا تبدیل شود. این بدان معنی است که جهان همگن و ایزوتروپیک می‌بایست یا در حال انبساط باشد یا در حال انقباض.
پس از روشن شدن انبساط ابر کهکشان‌ها ،
اسلیفر (Slipher) – اخترشناس آمریکایی – تعییر مکان ..... را در خطوط طیف کهکشانی مشاهده نموده بود. این پدیده که در فیزیک موسوم به اثر دوپلر می باشد ، هنگامی که فاصله بین منبع نور ناظر در حال افزایش است ، مشاهده می گردد. در نتیجه باید فرض نمود که کهکشان‌های دور یا
منبع‌های نور که از
زمین مشاهده می‌گردند، از سیاره ما دور می‌شوند. به دنبال کار
فریدمن (Fridman) یکی دیگر از
اخترشناسان آمریکایی –
ادوین هابل (Edwin Habble) – ثابت نمود که هر چه فاصله یک کهکشان دورتر باشد، تغییر مکان با فاصله نسبت مستقیم دارد. این مطلب از دیدگاه
اثر دوپلر چنین مفهومی را در بر دارد. که فاصله کهکشان‌های دور از یکدیگر و فاصله آنها از زمین در حال افزایش است و هرچه فاصله کهکشان زیادتر باشد، سرعت دور شدن آن بیشتر می‌گردد. برمبنای چنین طرحی که حرکت کهکشان‌ها را به وسیله اثر دوپلر توضیح می‌دهد.
عوامل تردید در فرضیه انبساط ابر کهکشان
در زمانهای مختلف سعی شد که تغییر مکان سرخ را به وسیله علل دیگری جز دور شدن کهکشان‌ها از یکدیگر توضیح دهند، ولی هیچ یک از تعابیر رضایت بخش نبود. در حال حاضر نیز کوششهای مشابهی در این زمینه به عمل می‌آید. حال سعی می‌کنیم در صورت امکان ، دلیل دیگری جز اثر دوپلر را برای تغییر مکان سرخ طیف کهکشانی پیدا کنیم. و ببینیم آیا علل مهمی برای تردید در فرضیه انبساط در کهکشان وجود دارد؟
یکی از دلایل که در مورد آن بحث زیادی انجام گرفته ، با «گذشت زمان در مورد
فوتونها» نابودی تدریجی و کاهش انرژی آنها (افزایش
طول موج) – به هنگام طی فواصل در فضا- ارتباط پیدا می‌کند.
مباحثه و تردیدی که بین اثردوپلر با اثر نابودی فوتون وجود دارد ، کاملا با روش مطالعات نجومی قابل حل و فصل است. همان گونه که محاسبات نشان می‌دهد، باید با گذشت زمان تغییر
فرکانس ΔV – تغییر مکان خطوط طیفی – برای تمام قسمتهای طیف یکسان باشد. به بیان دیگر ، میزان تغییر مکان به فرکانس بستگی ندارد. در صورتی که در اثردوپلر تغییرات فرکانس متناسب با فرکانس است. در اینجا میزان تغییر ΔV مقدار ثابت را تشکیل نمی‌دهد. بلکه نسبت آن به فرکانس مربوطه (یعنی ΔV/V-) ثابت است. به بیان دیگر ، میزان تغییر مکان در این حالت برای خطوط مختلف طیف یکسان نیست. در عین حال مشاهدات نشان می‌دهند
تغییر مکان سرخ در
طیف کهکشانی به گونه‌ای است که برای خطوط مختلف یک طیف تغییر فرکانس مقدار ثابت نمی‌باشد، بلکه به طور دقیق نسبت این تغییرات به فرکانس ثابت است. به نظر می‌آید چنین توضیحی به عنوان استدلال مستحکمی در تایید اثر دوپلر می‌باشد.
حال به نابودی فوتون ها در ابر کهکشان برمیگردیم:
اگر تغییر مکان خطوط طیف به فرکانس بستگی نداشته باشد، در آن صورت این تغییر مکان باید در فرکانس نسبتا پایین‌تر (نظیر امواج رادیوی) مشخص‌تر باشد.
به موجب فرضیه انبساط ابر کهکشان ، دوره انبساط 10 تا 20 بیلیون سال به درازا کشیده است. در دورانی واقعا به نظر می‌رسید که طول مدت برآورده شده برای انبساط با عمر اجرام سماوی مطابقت نمی‌کند ولی عقیده پذیرفته شده کنونی این است که عمر کلیه اجرام سماوی شناخته شده در حدود 10 بیلیون سال است. با این وجود برآوردهایی حاکی از این که دوره انبساط حدود 20 بیلیون سال به درازا کشیده بر اساس فرضیه جهان همگن ایزوتروپیک پی‌ریزی شده است. اگر این مطلب از دیدگاه نظریه عمومی‌تری بررسی شود. این زمان می‌تواند به طور محسوسی افزایش یابد.
موانع انبساط ابر کهکشان
باید توجه داشت جهان همگن ، ایزوتروپیک تغییراتی را مجاز می‌دارد که به وسیله آن مدت انبساط می‌تواند افزایش یابد. اکثر تعبیرهایی که از این فرضیه به عمل آمده گویای آن است که در مراحل اولیه انبساط ،
نیروی گرانشی متقابل توده‌ها وارد عمل می‌شوند و به عنوان مانعی برای جریان انبساط می‌باشد. ولی با ادامه انبساط جاذبه گرانشی کم می‌شود، در حالی که نیروی دافعه ( که در شرایط خاصی به وسیله معادلات نظر به عام نسبیت مجاز می‌باشد) دست به کار می‌شود. کاملا امکان دارد در نقطه‌ای نیروی جاذبه و دافعه با هم برابر شوند، بعد نیروی دافعه غالب می‌گردد و سرانجام انبساط کند شده شتاب پیدا می‌کند.
حال فرض کنیم، چنین حالتی در ابر کهکشان وجود داشته باشد و ما در مرحله انبساط شتاب‌دار به سر ببریم. در آن صورت می‌توان فرض نمود که در گذشته سرعت این عمل کمتر بوده و به همین جهت آن برای دوره طولانی‌تر از زمانی که تحت اثر ترمزی مداوم می‌توانست باشد به طول انجامیده است. از سوی دیگر جهان را نیز می‌توان جوان‌تر فرض نمود.
فرضیه جهان داغ و در حال انبساط
به موجب فرضیه جهان داغ و در حال انبساط به دنبال شروع انبساط مرحله‌ای ظاهر شده که تمام ماده به صورت
پلاسمای حاوی
الکترون ،
پروتون و
هسته عناصر سبک موجود بودند. در این مرحله تعادلی بین مواد و تشعشات وجود داشته و گسیل
فوتون از این ذرات (بالاخص الکترونها) تقریبا به میزان جذب آن بوده است و بعد درجه حرارت به اندازه‌ای کاهش یافت که الکترونها به تدریج با
یون‌ها ترکیب شدند و
اتم ئیدروژن ،
هلیوم و عناصر دیگر را تولید نمودند. فضا برای تابش ها شفاف گردید و عمل جذب و تابش فوتون متوقف شد. در نتیجه حرارت تابش به تدریج کم شد. و به همان گونه که محاسبات فرضیه جهان داغ در حال انبساط نشان می‌دهد، در دوره ما ، فضا دارای تابشی با دمای 3 یا 4
درجه کلوین می‌باشد.
در سال 1965 ، این تابش باقیمانده واقعا اندازه گیری و ثبت شد و به «تابش زمینه 3 درجه» موسوم گردید. این مسئله چنین نکته‌ای را تایید نمود که انبساط جهان برای بیلیونها سال ادامه داشته و از هنگامی که آغاز گردیده که چگالی حدود بیلیونها بار بزرگتر از چگالی کنونی جهان بوده است. ولی در سالهای بعد این نتیجه گیری مورد تردید قرار گرفت.
همچنین بخوانید
