مقدمه

ما اکنون در میان انقلابى از دانسته‌هایمان پیرامون سر منشأ تکامل جهان هستیم. انقلابى که هم از نظریه‌هاى جدید و هم از تکنولوژى پیشرفته تغذیه مى‌کند. تلسکوپهاى فضایى که از آنسوى طیف الکترومغناطیسى جهان را زیر نظر دارند، تلسکوپهاى عظیم زمینى ، ابر رایانه‌ها و شتاب دهنده‌هاى ذرات اتمى و حتى تلسکوپهاى زیر زمینى ، همگى نقش مهمى را در این زمینه ایفا مى‌کنند. به مدد نظریه نسبیت عام انیشتین و فیزیک نوین ذرات مى‌توان با اطمینان بیشترى تاریخ کیهان را از زمان ترکیب ذرات بنیادى ، که در یک میکرو ثانیه بعد از پیدایش جهان بوجود آمدند، بررسى کرد.







بعد از چند دهه تلاش و کوشش ما نتوانسته‌ایم ویژگى اساسى جهان خودمان را شناسایى کنیم. در توافق نظر جدید ، که در یک دهه قبل به سختى قابل تصور بود، بیشتر کیهان شناسان عمر جهان را 13.7 میلیارد سال مى‌دانند و عقیده دارند که جهان تخت است (یعنى از هندسه اقلیدسى تبعیت مى‌کند، با خطوط موازى که در بى‌نهایت هم موازى مى‌مانند و زوایاى داخلى مثلث که مجموعاً ۱۸۰ درجه هستند). نظریه‌هاى جدید کیهان شناسى ، تعدادى از مشکلاتى را که به مدت چند دهه مطرح بوده‌اند حل مى‌کنند. معروفترین این معضلات این بود که جهان ، جوانتر از ستاره‌هایى که در آن قرار دارند به نظر مى‌آمد.

برابرى اندازه گیریهاى مستقل با مقادیر کلیدى مانند ثابت هابل نیز از موضوعات مهم کیهان شناسى هستند. بیشتر ماده کهکشان هیچ نورى از خود منتشر نمى‌کند و برخلاف ماده که براى ما آشناتر و ملموس‌تر است از نوترون و پروتون تشکیل نشده. به نظر مى‌آید این ماده سیاه عجیب که ۳۰ درصد از کل جرم _ انرژى جهان را تشکیل مى‌دهد، از نوعى ذره بنیادى تشکیل شده که کمى بعد از انفجار بزرگ بوجود آمده است. حتى شگفت آورتر از این ، دو سوم از جرم - انرژى کیهان است که از انرژى تاریک اسرار آمیز تشکیل شده ، که باعث سرعت یافتن گسترش جهان مى‌شود.

ساختار انفجار بزرگ

اساس دریافت ذهنى ما از تکامل جهان ، مدل انفجار بزرگ است که بر پایه نظریه نسبیت عام انیشتین و رصدهاى ادوین هابل در مورد گسترش جهان مطرح شد. اثر متقابل تئورى و رصد در اینجا اهمیت خاصى دارد. در ساختار نسبیت عام فضا و زمان مى‌توانند بپیچند، خم شوند و کشیده شوند. بوسیله رصد نیز گسترش جهان بخوبى رؤیت شده البته این گسترش بصورت به جلو برده شدن ماده است و نه پرتاب شدن آن در خلأ. علاوه بر این ، میل به قرمز (redshif) نور ساطع شده از کهکشانهاى دور دست ، با اثر دوپلر ، که در اثر حرکت در میان فضا بوجود مى‌آید توجیه نشده ، بلکه به عنوان نتیجه گسترش فضا که باعث کشیدگى طول موج فوتونها راهى زمین مى‌شود، توضیح داده شده است.

انتقال به سرخ

پدیده انتقال به سرخ در اثر کشیده شدن فوتونهاى رسیده به زمین از یک کهکشان دور دست ظاهر مى‌شود که باعث شکافته شدن خطوط جذبى در طیف کهکشان و تمایل آن به طیفهاى قرمزتر نور مرئى در مقایسه با ستارگان کهکشان راه شیرى مى‌شود. میل به قرمز یک کهکشان دور دست مستقیما نشان مى‌دهد جهان از زمانى که نور آن کهکشان را ترک کرده است چقدر بزرگتر شده. تفاوت اندازه برابر میل به قرمز (Z+۱) است. بطور مثال دورترین کوازار شناخته شده میل به قرمز z برابر 6.4 دارد. یعنى حجمى از فضا که در زمان ترک نور از کوازار یک میلیون سال نورى پهنا داشته ، اکنون 7.4 میلیون سال نورى است!

نظام انفجار بزرگ بسیارى از ویژگیهاى اصلى جهان امروز را در خود جاى مى‌دهد (البته همه آنها را توضیح نمى‌دهد)، از جمله: تخت بودن فضا ، امواج پس زمینه کیهانى و برآمدگىهاى موجود در ماده آغازین که ساختارهاى بزرگ آشکار امروزى را پدید آورده‌اند. در سال ۱۹۸۰ فیزیکدانى به نام آلن اچ - گروت نظریه‌اى ارائه کرد به نام تورم. بعدها دیگران نیز توضیحاتى به این نظریه افزودند. این تئورى که نشأت گرفته از فیزیک کاربردى ذرات است، مهمترین ویژگیهاى جهان امروز را توضیح مى‌دهد. در تئورى تورم قسمتهاى کوچک کیهان اولیه بطور تصاعدى گسترش پیدا کردند و قسمتى از فضا را که ما امروزه مى‌بینیم، صافتر کردند. مانند وقتى که بیشتر باد کردن یک بادکنک باعث مى‌شود قسمت کوچکى روى سطح آن صافتر به نظر برسد.







گفته مى شود دلیل اصلى جریان یافتن این گسترش انرژى پتانسیلى وابسته به انرژى فرضى به نام inflaton است، این انرژى پتانسیل inflatin است که حرارت چشمگیر انفجار بزرگ را فراهم کرده در حین پدیده inflaton نوسانات کوانتومى در مقیاسهاى زیر اتمى بوسیله گسترشى مهیب به اندازه‌هاى نجومى مى‌رسند. این بزرگتر شدنها در سالیان دراز بعدى به همراه گرانش رشد کردند و در نهایت به پیدایش کهکشانها و خوشه‌هاى کهکشانى کنونى انجامیدند. از نظریه تورم مى‌توان سه نتیجه گیرى کرد:

1. فضا باید در لبه مرئى آن صاف به نظر برسد.
2. توزیع ماده در مقیاسهاى نجومى باید منشأ کوانتومى داشته باشد.
3. فضا را باید پس زمینه‌اى از امواج گرانشى فرا گرفته باشد، که بوسیله نوسانات کوانتومى بعد از ^32-10 ثانیه از شروع جهان بوجود آمده‌اند.
   
   

دو پیش بینى نخست اکنون با اندازه گیریهایى که روى CMBR انجام مى‌شود دیده شده‌اند (و سومى نیز احتمالاً در آینده‌اى نه چندان دور با اندازه گیریها به اثبات خواهد رسید).

مباحث مرتبط با عنوان

• انرژی تاریک
• کیهان شناسی
• انتقال به سرخ
• انبساط جهان
• تاریخ کائنات
• میران وجود ماده تاریک
• نسبیت عام
• پدیده دوپلر
• فیزیک نوین
• کاوش فضایی
• فناوری تلسکوپها