مقاله درباره اعداد و ارقام، عالم ماده

دانلود پایان نامه ارشد

سالها ماده توانست تجمع يابد و به صورت كهكشان ها در آيد ؛ اما اين فرايند به وقت زيادي نياز دارد . نكته مهم اين است كه فرايند تجمع در جهاني كه به سرعت در حال انبساط باشدچگونه صورت مي‌گيرد !؟
اگر تجمع ماده به سرعت به اندازه بحراني رسد، انبساط جهاني قبل از جمع شدن جرم كافي و تبديل شدن آن به يك كهكشان بقيه ماده را با خود مي‌برد؛ اخترشناسان دريافته‌اند كه زمان لازم براي اينكه حركات تصادفي اتمها بتواند تجمعات كهكشاني بوجود آورد ، بسيار طولاني است؛ پس اگر اين تنها طريق رخ دادن فرايند مذكور باشد ، هيچ كهكشاني در جهان نبايد وجود داشته باشد. اما مسئله اصلي آن است كه حركت از مرحله چند اتمي به سمت تمركز قابل ملاحظه ذرات بسيار كُند انجام مي‌شود؛ پس جهان نمي‌تواند با توزيع يكنواخت ماده وارد مرحله اتمي شده باشد.
( اين مسئله يعني مسئله به وجود آمدن كهكشان ها براي مدتي به صورت مبهم در كيهان‌شناسي باقي ماند.)
براي حل اين مسئله دو احتمال وجود دارد:
1)يا جهان از آغاز با ماده متمركز شده خلق شده است و اين توده‌ها نهايتاً به شكل كهكشان در آمده‌اند.
2) یا فرايند ناشناخته‌اي وجود دارد كه پيش از تشكيل اتمها چنين تمركزاتي را بوجود آورده است ؛ احتمال اول موجب نقض قواعد است ؛ احتمال دوم نسبتاً خوب است اما مي‌دانيم كه هيچ فرايندي به جز اغتشاش و تراكم وجود ندارد كه در همين يكي از دو عصر ذرات يا هسته‌اي بتواند تجمع لازم را حاصل كند؛ براي حل اين مسئله بايد به لحظات پيش از یک هزارم ثانيه نظر بيفكنيم. 120

2-6-4 . مسئلهي افق
از ديگر مسائل مطرح در مدل انفجار بزرگ مسئلهي افق است ؛ مسئلهي افق از اين قرار است كه يكي از نواحي جهان يا كيهان كه در ارتباط فيزيكي ( به دليل فاصله آنچنان زيادي كه نياز به ارتباط غير علـّي فيزيكي است ) با هم نبوده اند ، داراي دما ، چگالي و خواص فيزيكي يكساني هستند .
مسئلهي افق به يكنواختي فوق العاده تابش زمينه اي كيهاني برميگردد ؛ دماي تابش در همه جهات ثابت و اندازه فعلي عالم همان گونه كه قبلا گفته شده درجه كلوين ميباشد ؛ فرض نماييد دو ناحيه دوردست را كه قبلا در ارتباط علّي بوده اند ، مطالعه ميكنيم ، با توجه به اطلاعات فعلي كه از تابش زمينه اي كيهاني داريم ، ميدانيم كه اين دو ناحيه در گذشته خيلي دور (كيهان اوليه ) چگالي و دماي يكسان دارند؛ پرسش اين است كه دليل اين شباهت و يكساني فوق العاده چيست ؟ به عنوان مثال فرض كنيد گوشه اتاق يك شعله آتش روشن باشد ، بديهي است كه پس از گذشت زمان ، دما به طور يكنواخت در اتاق پخش ميشود؛ اما در مورد مسئلهي افق اطلاعات فعلي ما از كاوش زمينه اي كيهاني حاكي از آن است كه در كيهان اوليه يك همگني و يكساني فوق العاده اي وجود داشته است كه در واقع دو ناحيه اي كه اكنون ميليونها پارسك121 از هم فاصله دارند و اصلا از نظر فيزيكي نميتوانند تبادل اطلاعات كنند ؛ چگونه است كه اين همه به يكديگر شبيه اند ؟ در اصطلاح كيهان شناسي اين نواحي خارج از افق يكديگر قرار دارند ( لازمه ارتباط بين اين دو ناحيه داشتن سرعت بالاتر از نور است ) تنها فرضي كه ميتوان كرد اين است كه در گذشته خيلي دور و لحظات اوليه شكل گيري كيهان ) اين نواحي كاملا يكسان بوده اند122 . این از جمله پرسشهای مطرح در مدل انفجار بزرگ است که البته در اين مورد نيزجهان تورمي ميتواند به نحوي موضوع را توضيح دهد .

2-6-5 . مسئلهي همواري
از جمله ابهامات ديگر در مدل انفجار بزرگ مسئلهي همواري است . طبق نظر كيهان شناسان جهان تقريبا هموار123 است ؛ مسئله اينجاست كه چرا جرم جهان تا به اين حد به جرم بحراني نزديك است ؟ چرا جهان تقريبا هموار است ؟ پاسخ به اين مسئله از جمله مسائلي است كه كه كيهان شناسان در حال حاضر قادر به پاسخگويي نيستند ؛ البته بايد در نظر داشت كه عدم پاسخ به اين سؤال موجب نميشود كه مدل انفجار بزرگ را به طور كلي منتفي كنيم124 ؛ هرچند اين مسئله از ابهامات بزرگ انفجار بزرگ است .
مسئله همواري يك مسئله از نوع تنظيم دقيق در مدل انفجار بزرگ است بدين معنا كه بعضي از شرايط اوليه داراي مقدار آنچنان دقيق و ظريفي هستند كه كوچكترين تخطي و انحراف ازاين مقادير اثرات فوق العاده اي در وضعيت فعلي كيهان ميگذارد در مورد مسئله همواري پارامتر تنظيم شده چگالي ماده انرژي در عالم است ؛ چگالي فعلي عالم بر اساس اطلاعات رصدي بسيار نزديك به چگالي بحراني125 است ؛ چگالي كيهان اوليه نيز با دقت 1062/1 و حتي كمتر ميبايست به چگالي بحراني نزديك باشد ؛ اين مطلب كيهان شناسان را به سمت اين پرسش سوق داده است كه چگونه با اين دقت و ظرافت بالا ، چگالي عالم اوليه به چگالي بحراني نزديك ، بلكه برابر بوده است ؛ زيرا جهان در حالت اوليه ( لحظات آغازين عالم ) داراي چگالي فوق العاده نزديك به چگالي بحراني است ( چگالي نسبي آن فوق العاده بايد به يك نزديك باشد ) در واقع اگر چگالي عالم از مرتبه 1/1000000 بزرگتر يا كوچكتر ميبود، نميتوانست به كيهان فعلي كه چگالي آن نزديك به چگالي بحراني است ، برسد ؛ از نظر هندسي چگالي فوق العاده نزديك به چگالي بحراني ( چگالي نسبي فوق العاده نزديك به يك ) نمايانگر يك جهان تخت وهموار است ؛ اما پرسش اين است كه چگونه ميتوان هموار بودن فوق العاده عالم را توضيح داد ؟ در اين موارد به فرمول بندي فيزيكي و توسل به اعداد و ارقام نيازمنديم كه از پرداختن به آن صرف نظر نموده ايم . در اين مسئله نیز مدل جهان تورمي به نحوي موضوع را حل میكند .
اگرچه اشكالات و ابهاماتي در مدل انفجار بزرگ وجود دارد ؛ اما به هر حال آنچه كه امروزه بيشتر از هر نظريه‌اي در بين اخترشناسان مطـرح است نظريه انفجار بزرگ است 126.

2-7. جهان تورمي ، موفقيت ها و مشكلات
نظر غالب كيهان‌شناسان اين است كه كيهان ، بعد از زمان پلانك يك دوران تورم را پشت سر گذاشته است. تورم يعني اينكه عالم يكباره به شدت منبسط شده است . اگر چه مدلهاي بديل تورم هم پيشنهاد شده است؛ اما هنوز مقبوليت نيافته‌اند . طبق مدل‌هاي تورمي بعضي از اشكالات اساسي مدل مهبانگ مرتفع مي‌شود127.
سنا ريوي عالم تورمي نگاه كاملاً جديدي به جهان دارد. )عالم در اين نگاه تورمي است( براي درك اساسي عالم تورمي ابتدا بايد برخي از ويژگي‌هاي عالم در حال انبساط را بررسي ‌كنيم.
در يك عالم در حال انبساط، فرايندهاي فيزيكي نمي‌تواند به همان اندازه كه در عالم ايستا تأثیردارد، مؤثر باشند؛ مخزني را كه داراي دو قسمت است، در نظر بگيريدكه در هر قسمت آن گازي با دماي مشخص داريم ، تيغه اي را در وسط اين مخزن قرار داده تا اين دو گاز با دماي مشخص را جدا سازد ؛ مدتي بعد اين تيغه جدا كننده را برداريم تا گازهاي سرد و گرم مخلوط شوند ؛ در زمان بسيار كمي گازها به دماي يكساني مي‌رسند؛ اگر هنگام تركيب گازها ديوارهاي مخزن نيز منبسط شوند؛ در اين صورت گازها به دماي مشترك نمي‌رسند. قسمت هاي مرکزي مخزن بعد از مدتي هم دما مي‌شوند ، اما دماي كل گازها براي رسيدن به دماي مساوي به دو عامل بستگي دارد:
آهنگ بر هم كنش و مبادله انرژي توسط ملكول‌ها 2) آهنگ انبساط مخزن .
اگر آهنگ انبساط مخزن بيشتر از آهنگ برهم كنش باشد دما به تعادل نمي‌رسد؛ گاز در نواحي مختلف داراي دماي مختلف است ؛ در عالم تحت غلبهي تابش، ثابت شده است كه آهنگ انبساط به گونه‌اي است كه تركيب محسوسي نمي‌تواند رخ دهد و هرگز به تعادل و دماي يكسان نمي‌رسد؛ اين مشاهـدات نشان مي‌دهد كه دماي تابش ريز موج در همه جهـان يكسان است و بدين‌سان ، دما در همه جا يكسان بوده است ؛ اين مطلب طبق مدل‌هاي رايج كيهان‌شناسي كمي عجيب است .
راه حل اولي كه به نظر ميرسد آن است كه آهنگ انبساط عالم در مراحل اوليه به نحو قابل ملاحظه‌اي كاهش يابد ، تا فرايند تركيب بتواند رخ دهد؛ كه اين غير ممكن است؛ زيرا مي‌توانيم آهنگ انبساط عالم را در گذشته با مقايسه انبساط فعلي بدست آوريم ؛ اين آهنگ آنقدر كُند نيست كه راه‌حل اول را مناسب ببينيم . راه دوم آن است كه عالم براي مدت كوتاهي بعد از فرايند تركيب با سرعت زياد منبسط شود ؛ در اين مدل ناحيه كوچكي از عالم را كه دماي ثابتي دارد در نظر مي‌گيريم ؛ سپس اين ناحيه را آنقدر منبسط مي‌كنيم كه بخش قابل ملاحظه‌اي در عالم فعلي را تشكيل مي‌دهد. اين مدل نيز بسيار غير ممكن است ؛ ناحيه‌اي كه امروز ما مي‌بينيم همگن و يكنواخت است . اين مدل كه در آن عالم سريع‌تر از مدل‌هاي ديگر منبسط مي‌شود، مدل تورمی است . علت ورود عالم به چنين انبساطي چگالي انرژي تابشي است كه باعث انبساط آغازين عالم مي‌شود، همچنان كه عالم منبسط مي‌شود ، چگالي انرژي كم مي‌شود و در نتيجه آهنگ انبساط كم مي‌شود ، با اين حال طي مرحلهي تورمي با اين كه حجم افزايش مي‌يابد چگالي ثابت مي‌ماند ؛ در نتيجه آهنگ انبساط نيز ثابت مي‌ماند ، براي اين منظور بايد مرحله تورمي عالم شامل ماده با فشار منفي باشد . فشـار در سيستم‌هاي معمول مثبت است ؛ اگر مثلاً بالني منبسط شود ، فشار انرژي داخلي آن كاهش مي‌يابد ؛ اما براي سيستمي با فشار منفي ، اگر سيستم منبسط شود ، انرژي داخلي ثابت باقي مي‌ماند يا حتي افزايش مي‌يابد. بنابراين براي آنكه مدل تورمي به كار آيد ، بايد نوعي ماده با فشار منفي داشته باشيم كه البته مادهي معمولي چنين ويژگي‌اي را ندارد.
طبق نظريهي كوانتوم مدل‌هاي خاصي از ذرات از ميدان هاي كوانتومي وجود دارند كه مي‌توانند داراي فشار منفي باشند . آنچه مدل‌هاي تورمي انجام مي‌دهند آن است كه مواد طوري عمل كنند كه ميدان هاي كوانتومي براي مدت كوتاهي در عالم آغازين بر انبساط عالم حكمفرما باشند.
در عالم تورمي، عالم حاوي ساختارهاي ناهمگني نظير كهكشان ها، خوشه‌ها و غيره است. گفته‌اند كه اين ساختارها به دنبال رشد ناهمگني‌هاي كوچك در عالم آغازين شكل گرفته‌اند. وقتي آهنگ انبساط عالم تحت غلبه تابش منجر به توليد ناهمگني‌هايي از نوع مورد نظر نمي‌شود، تورم عالم مي‌تواند از اين جنبه كارساز باشد. اين يكي ديگر از موفقيت هاي مدل تورمي است .
ميدان هاي كوانتومي كه تورم ايجاد كردند، نيز به طور طبيعي شامل اُفت و خيزهاي كوچكي در چگالي انرژي خواهند بود، اين اُفت و خيزها مي‌توانند رشد كنند و بذر ساختارهايي نظير كهكشان ها را شكل ‌دهند. با داشتن مدل فيزيك ذرات كه بتواند تورم را ايجاد كند ، مي‌توان اين اُفت و خيزها را تبيين كرد، كه در شناخت نحوه شكل‌گيري عالم مفيد است . اما درستي اين مدل ها را چگونه مي‌توان تعيين كرد؟ آيا عالم چنين مرحله‌اي را پشت سر گذاشته است؟
در زماني حدود ثانيه بعد از انفجار بزرگ امكان بررسي اين مدل‌ها با مشاهدات مستقيم وجود ندارد. انرژي ذرات عالم هنگام تورم بسيار بيشتر از انرژي‌هايي است كه در آزمايشگاه ميتوان دست يافت ؛ بنابراين امكان تحقيق آزمايشگاهي نيست.
از جمله پيش بيني هاي مدل‌تورمي آن است كه چگالي عالم برابر با چگالي بحراني است ؛ بنابراين اگر مشاهدات به طور قطع نشان‌دهند كه چگالي عالم كمتر از چگالي بحراني است ؛ اين مطلب امكان مرحله تورمي عالم را منتفي مي‌كند. هرچند نمي‌توان به اندازه كافي و دقيق چگالي كل عالم ماده را تعيين كرد ؛ اما از مقايسه مشاهدات ريزموج مي‌توان درستي يا نادرستي پيش‌بيني‌هاي مدل تورمي را تعيين كرد ؛ البته اطلاعات رصدي از تابش ريزموج هم آنقدر كيفيت ندارند كه بتوان در ارزيابي از آن ها استفاده كرد. مدل‌ تورمي، وجود تابش زمينه يكنواخت گرانشي را نيز پيش‌بيني مي‌كند كه شدت اين امواج گرانشي آنقدر كم است كه قابل آشكارسازي نيست.
بنابراين فعلاً مدركي بر مرحله تورمي عالم در دست نيست‎‎‎‎‎ . هر چند مدل تورمي برخي از مشكلات مدل مهبانگ را رفع مي‌كند ؛ اما پرسشهاي جديدي هم مطرح مي‌كند هرچند هنوز عده‌اي معتقدند كه تورم نظريه خوبي است كه بايد بيشتر بررسي شود128.
در اينجا بايد اين نكته را در نظر داشت كه شواهدي كه بر احتمال يك مدل ارائه مي‌شود

پایان نامه
Previous Entries مقاله درباره کیهان شناسی، عدم تقارن Next Entries مقاله درباره كوانتومي، الكترون، مكان، توصيف