فيزيك انفجار بزرگ و ابديت

چرا ستارگان مي درخشند؟

با چشم غير مسلح در يك شب تاريك و بدون ماه و در هواي صاف مي توان حدود 2500 ستاره را در آسمان شناسايي كرد. با دوربين يا تلسكوپ مي شود ميليون ها ستاره را تشخيص داد. از سياره هاي منظومه شمسي خودمان نظير (زهره) و (زحل) كه چشم پوشي كنيم تمامي اين ستارگان دوردست خورشيدها يا به عبارت ديگر گلوله هاي گازي پر حرارتي هستند كه در سطح خود مي توانند تا هزاران درجه و در درون خود تا ميليون ها درجه حرارت داشته باشند. در حقيقت بعضي از آنها با شدتي ده هزار برابر خورشيد ما مي درخشند و برخي از آن ها هم خيلي كم نورتراز ستاره مركزي منظومه ما هستند. ولي تمام ستارگان در يك مورد مشتركند: آن ها در ژرفاي درون خود از طريق تبديل هيدروژن به هليم انرژي هسته اي توليد مي كنند اين چشمه جوشان و پايان ناپذير انرژي- به ستارگان كمك مي كند كه عمري بسيار طولاني داشته باشند. مثلا خورشيد با مواد سوختني كه دارد 10 ميليارد سال عمر خواهد كرد. انرژي ايجاد شده در مركز ستاره به خارج منتقل مي شود و از سطح ستاره به شكل پرتوهاي ماوراي بنفش - رونتگن - ذره اي - نوري - گرمايي و امواج راديويي انتشار مي يابد. برخي از ستارگان در پايان عمر خود از طريق انفجارهاي بسيار عظيم از بين مي روند. آنگاه از آن ها فقط گوي هاي مادي كوچك و كاملا در هم فشرده اي باقي مي ماند كه در علم ستاره شناسي ( كوتوله هاي سفيد ) ( ستاره نوتروني) و يا (سياهچاله) ناميده مي شوند. خورشيد هم روزي تبديل به يك كوتوله سفيد خواهد شد.

كهكشانه ها چيستند؟

ستارگان بطور يكنواخت در كيهان پراكنده نيسند. آن ها خانواده هاي عظيمي را در فضا تشكيل مي دهند كه ( كهكشانه) ناميده مي شوند. مثلا خورشيد ما تنها يكي از 200 ميليارد ستاره كهكشانه ما يعني (كهكشان راه شيري) است. كهكشان راه شيري به وجود اين كه ابعاد عظيمي دارد يك كهكشان متوسط و عادي محسوب مي شود. ما كهكشانه هايي را مي شناسيم كه چندين هزار ميليارد خورشيد دارند. برخي كهكشانه هاي ديگر نيز فقط چند ميليارد ستاره دارند. كهكشانه ها در شكل هاي گوناگوني ديده مي شوند كه مهمترين اشكال آنها مدل هاي مارپيچي - مارپيچي ميله اي و بيضوي هستند. كهكشانه ها گروههاي بزرگ و كوچكي را مي سازند كه ( مجموعه كهكشاني ) ناميده مي شود. مثلا كهكشان راه شيري به گروه محلي خود تعلق دارد كه داراي 30 عضو است و بزرگترين دستگاه آن كهكشان سحابي آندرومدا (Andero Medanebulo) يا امراه المسلسله كه حدود 2 ميليون سال نوري با ما فاصله دارد. با حدود 400 ميليارد ستاره است. تا آنجا كه تلسكوپ هاي بزرگ مي توانند ژرفاي عالم را رصد كنند كهكشانه ها ديده مي شوند. بسياري از آن ها ميلياردها سال نوري با ما فاصله دارند.

آيا ( انفجار بزرگ) يا ( انفجار اوليه) واقعا وجود داشته است؟

دانشمندان در اين زمينه هر چه بيشتر درباره گذشته و آينده پژوهش مي كنند نظرياتشان نامطمئن تر و ناپايدارتر مي شود. مثلا در حاليكه فاصله ماه از زمين و يا تاريخ اوليه كره زمين را به خوبي مي شناسيم به توجه به اين كه فقط 400 سال از عمر تاريخ پژوهش هاي جديد گذشته است بسيار مشكل مي توان به تاريخ ميلياردها ساله آغاز خلقت نظر انداخت. فرضيه انبساط عالم به خودي خود كافي نيست كه ما با اطمينان نتيجه بگيريم كه انفجار اوليه وجود داشته است. ولي در اينجا يك نكته جالب توجه ديگر نيز به آن افزوده مي شود: هرچه ما بيشتر به عمق كيهان نظاره مي كنيم در واقع بيشتر به عمق زمان گذشته مي نگريم. يك ستاره را كه در فاصله 10 سال نوري قرار دارد به همان صورتي مي بينيم كه 10 سال قبل بوده است. دورترين اجرامي را كه انسان مي تواند با تلسكوپ هاي بزرگ نجومي نظاره كند كوازارها هستند. ( Quasar مخفف عبارت نجومي Quasistallar object و عبارت است از عضوي از گروههاي گوناگون ستاره مانند كه داراي پرتوهاي قرمز استثنايي مي باشند و غالبا از خود فركانسهاي راديويي و نيز امواج نوري قابل ديدن منتشر مي كنند.) آنها در واقع كهكشانه هاي كاملا جواني هستند كه در مراحل اوليه شكل گيري به سر مي برند. حال اگر انسان نگاهش را در سمت دلخواهي به دورتر و بازهم دورتر متوجه كند بايد به مرزي برسد كه در آنجا آغاز خلقت را مشاهده كند و به عبارت ديگر آن گاز داغ اوليه را ببيند كه تمام كهكشانه ها - ستارگان - سيارات و موجودات از آن ايجاد شده اند. بنابراين مي بايست پيرامون ما را پيوسته پوسته كاملا درخشاني در دوردست احاطه مي كرد و آسمان هم مي بايست شب ها همچون روز روشن مي شد اما اين ديوار آتشين با سرعت زيادي از ما دور مي شود زيرا كه عالم لحظه به لحظه انبساط مي يابد سرعت دورشدن به قدري زياد است كه نور اين پوسته داراي طول موج بلندتري مي شود كه ما آن را فقط به صورت تشعشعات و امواج راديويي دريافت مي كنيم.دقيقا همين امواج هستند كه اكنون كشف شده. امواج مفروضي كه از همه جهات به طور يكنواخت بر ما مي تابند و به نام تشعشعات پيشينه - 3 k نامگذاري شده اند. وجود اين پرتو ها را مي توان با راديو تلسكوپ ها به سادگي اثبات كرد اين تشعشعات تكيه گاهي مهم براي اثبات فرضيه انفجار اوليه مي باشد.

عالم در ابتدا چگونه به نظر مي آمد؟

آشكار است براي آگاهي از چگونگي اولين ثانيه ها و يا بهتر بگوييم اولين اجزاي ثانيه هاي پس از انفجار اوليه نبايد از ستاره شناسان پرسيد بلكه در اين مورد بايد به فيزيكدان هاي متخصص در امر فيزيك ذره اي مراجعه كرد كه در مورد تشعشعات و ماده در شرايط كاملا سخت و غير عادي تحقيق مي كنند و تجربه مي كنند. تاريخ كيهان معمولا به 8 مقطع كاملا متفاوت و غير مساوي تقسيم مي شود:

مرحله اول : ( صفر تا ^43- 10 ثانيه ) : اين مساله هنوز برايمان كاملا روشن نيست كه در اين اولين اجزاي ثانيه ها چه چيزي تبديل به گلوله آتشيني شد كه بعدا كيهان بايد بعدا از آن ايجاد گردد . هيچ معادله و يا فرمول هاي اندازه گيري براي درجه حرارت بسيار بالا و غير قابل تصوري كه در اين زمان حاكم بود در دست نمي باشد.

مرحله دوم : ( ^43- 10 تا ^32- 10 ثانيه) : اولين سنگ بناهاب ماده مثلا كوارك ها و الكترون ها و پاد ذره هاي آنها از برخورد پرتوها با يكديگر به وجود مي آيند. قسمتي از اين سنگ بناها دوباره با يكديگر برخورد مي كنند و به صورت تشعشع فرو مي پاشند. در لحظه هاي بسيار بسيار اوليه ذرات فوق سنگين - x نيز مي توانسته اند به وجود آمده باشند. اين ذرات داراي اين ويژگي هستند كه هنگام فروپاشي ماده بيشتري نسبت به ضد ماده و مثلا كوارك هاي بيشتري نسبت به آنتي كوارك ها ايجاد مي كنند. ذرات x كه فقط در همان اولين اجزاي بسيار كوچك ثانيه ها وجود داشتند براي ما ميراث مهمي به جا گذاردند كه عبارت بود از : ( افزوني ماده در برابر ضد ماده )

مرحله سوم : ( از ^32- 10 ثانيه تا ^6- 10 ثانيه ) : كيهان از مخلوطي از كوارك ها - لپتون ها - فوتون ها و ساير ذرات ديگر تشكيل شده كه متقابلا به ايجاد و انهدام يكديگر مشغول بوده و ضمنا خيلي سريع در حال از دست دادن حرارت هستند.

مرحله چهارم : ( از ^6- 10 ثانيه تا ^3- 10ثانيه ) : تقريبا تمام كوارك ها و ضد كوارك ها به صورت پرتو ذره ها به انرژي تبديل مي شوند. كوارك هاي جديد ديگر نمي توانند در درجه حرارت هاي رو به كاهش به وجود آيند ولي از آن جايي كه كوارك هاي بيشتري نسبت به ضد كوارك ها وجود دارند برخي از كوارك ها براي خود جفتي پيدا نكرده و به صورت اضافه باقي مي مانند. هر 3 كوارك با يكديگر يك پروتون با يك نوترون مي سازند. سنگ بناهاي هسته اتم هاي آينده اكنون ايجاد شده اند.

مرحله پنجم : ( از ^3- 10 ثانيه تا 100 ثانيه ) : الكترون ها و ضد الكترون ها در برخورد با يكديگر به اشعه تبديل مي شوند. تعدادي الكترون باقي مي ماند زيرا كه ماده بيشتري نسبت به ضد ماده وجود دارد. اين الكترون ها بعدا مدارهاي اتمي را مي سازند.

مرحله ششم : ( از 100 ثانيه تا 30 دقيقه ) : در درجه حرارت هايي كه امروزه مي توان در مركز ستارگان يافت اولين هسته هاي اتم هاي سبك و به ويژه هسته هاي بسيار پايدار هليم در اثر همجوشي هسته اي ساخته مي شوند. هسته اتم هاي سنگين از قبيل اتم آهن يا كربن در اين مرحله هنوز ايجاد نمي شوند. در آغاز خلقت عملا فقط دو عنصر بنيادي كه از همه سبكتر بودند وجود داشتند : هليم و هيدروژن

مرحله هفتم : ( از 30 دقيقه تا 1 ميليون سال پس از خلقت ) : پس از گذشت حدود 300000 سال گوي آتشين آنقدر حرارت از دست داده كه هسته اتم ها و الكترون ها مي توانند در درجه حرارتي در حدود 3000 درجه سانتي گراد به يكديگر بپيوندند و بدون اينكه دوباره فورا از هم بپاشند اتم ها را تشكيل دهند . در نتيجه آن مخلوط ذره اي كه قبلا نامرئي بود اكنون قابل ديدن مي شود.

مرحله هشتم : ( از يك ميليون سال پس از خلقت تا امروز ) : از ابرهاي هيدروژني دستگاههاي راه شيري ستارگان و سيارات به وجود مي ايند. در داخل ستارگان هسته اتم هاي سنگين از قبيل اكسيژن و آهن توليد مي شوند. كه بعد ها در انفجارات ستاره اي آزاد مي گردند و براي ساخت ستارگان و سيارات و حيات جديد به كار مي ايند.

عناصر اصلي حيات زميني چه زماني پديدار شد؟

براي زمين با توجه به گوناگوني حيات كه در آن وجود دارد 3 چيز از اهميت خاصي برخوردار بوده است:

1 - از همان ابتداي خلقت هميشه ماده بيشتري نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراين همواره ماده براي ما باقي مي ماند.

2 - در مرحله ششم هيدروژن به وجود آمد اين ماده كه سبك ترين عنصر شيميايي مي باشد سنگ بناي اصلي كهكشانه ها و سيارات مي باشد. هيدروژن همچنين سنگ بناي اصلي موجودات زنده اي است كه بعدا روي زمين به وجود آمدند و احتمالا روي ميلياردها سياره ديگر نيز وجود دارند.

3 - در مركز ستارگان اوليه هسته اتم هاي سنگين از قبيل اكسيژن و يا كربن يعني سنگ بناهاي اصلي لازم و ضروري براي زندگي و حيات بوجود آمدند.

آيا عالم همواره در حال انبساط خواهد بود؟

جنبش انبساطي يا به عبارت ديگر از همديگر دور شدن كهكشانه ها به هر حال رو به كند شدن است. زيرا جزاير جهاني متعدد در واقع به سمت يكديگر جذب مي شوند و در نتيجه حركت انبساطي آن ها كند تر مي شود. اكنون پرسش فقط اين است كه آيا زماني تمام اين حركت ها متوقف خواهد گرديد و اين عالم در هم فرو خواهد پاشيد؟ اين مساله بستگي به تراكم ماده در جهان هستي دارد. هر چه اين تراكم بيشتر باشد نيرو هاي جاذبه بين كهكشانه ها و ساير اجزاي گيتي بيشتر بوده و به همان نسبت حركت آن ها با شدت بيشتري متوقف خواهد شد. در حال حاضر چنين به نظر مي رسد كه تراكم جرم بسيار كمتر از آن است كه زماني عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر حال اين امكان وجود دارد كه هنوز جرم هاي بسيار بزرگ ناشناخته اي از قبيل ( سياهچاله هاي اسرار آميز) يا ( ابرهاي گازي شكل تاريك) وجود داشته باشند و نوترينو ها كه بدون جرم محسوب مي شوند جرمي هرچند كوچك داشته باشند. اگر اين طور باشد در اين صورت حركت كيهاني زماني شايد 30 ميليارد سال ديگر متوقف خواهد شد. در آن زمان كهكشان ها با شتابي زياد حركت به سوي يكديگر را اغاز خواهند كرد تا در نهايت به شكل يك گوي آتشين عظيم با يكديگر متحد شوند. آن زمان شايد مي بايد روي يك انفجار اوليه جديد ديگر و تولد يك عالم جديد حساب كنيم. با توجه به سطح كنوني دانش بشر و ميزان پژوهش هاي انجام شده بايد اينطور فرض كرد كه عالم تا ابديت انبساط خواهد يافت.