مقاله درباره چگالي، انرژي، نوترون، كهكشان

دانلود پایان نامه ارشد

‌كشمش‌ها بزرگتر نمي‌شود؛ بلكه ‌تنها حركت ‌بين ‌آن ها صورت‌ مي‌گيرد.76 اهميت ‌اين‌نكته ‌اينجاست‌كه ‌عدم‌ درك‌ صحيح ‌از اين ‌واقعيت ‌ما را با پرسشهاي‌گيج‌كننده‌اي‌ مواجه مي‌كند از جمله ‌اينكه ‌اگر كل ‌عالم ‌در حال ‌انبساط ‌است‌، آیا این انبساط یک چیز خارجی است؟ انبساط نسبت به چه چیزی رخ داده است ؟ با درك ‌درستي ‌از مفهوم انبساط‌ عالم ‌چنين ‌سؤالي ‌بي‌ربط‌خواهد بود؛ چراکه ما دینامیک کل عالم را توصیف میکنیم و لذا خارج معنا ندارد .
طبق ‌مشاهدات‌، كهكشان ها باسرعت ‌متناسب ‌با فواصلشان ‌در حال ‌دور شدن ‌از ما هستند و به‌طور حتم ‌در يك‌ عالم ‌نامتناهي ‌يك ‌چنين ‌حركتي میتواند بدون ‌هيچ ‌تناقضي ‌رخ ‌دهد؛ لذا منظور ما از انبساط ‌عالم‌، دورشدن‌کهکشان از يكديگر و از ماست‌.
بايد اين نكته را نيز در نظر داشته باشيم: ‌وقتي ميگوييم جهان ‌در حال ‌انبساط ‌است ‌به‌ معناي‌آن ‌نيست‌كه ‌همه ‌چيز در حال ‌انبساط ‌است‌ ؛ بلكه مراد ‌فقط ‌زیاد شدن فواصل‌كهكشان ها به ‌عنوان ‌اجرام‌كيهاني ‌است‌.
اين‌حقيقت‌كه‌كهكشان ها در يك ‌حركت ‌بزرگ ‌هستند ؛ مبناي‌كيهان‌شناسي ‌جديد‌ است‌ و نتيجه ‌مهمي ‌دارد ، اين ‌موضوع‌ به ‌وضوح ‌نشان‌ مي‌دهد كه‌ عالم‌ به ‌طور پيوسته ‌در حال ‌تحول ‌است‌؛ البته ‌اين ‌تحولات ‌در بازه‌ زماني‌ چند ميليارد سال اتفاق‌ افتاده‌ و هيچ ‌تأثيري ‌روي ‌زندگي ‌ما ندارد؛ ولي ‌بيانگر پويايي ‌جهان‌ است ‌و به‌‌ علت‌ همين پويايي‌، شرايط‌كنوني‌اش‌ بسيار متفاوت‌ با شرايط‌گذشته‌اش‌ بوده ‌است‌.
جنبه‌ی ديگري ‌از انبساط‌ عالم ‌وجود دارد كه‌ در آن‌ توزيع‌ ماده ‌در عالم‌ با نظر اینشتین متفاوت ‌است ‌و به باطلنمای اولبر77مشهور است؛ ‌اگر فرض‌كنيم‌كه ‌عالم ‌در حال ‌انبساط ‌نباشد و اجرام‌ درخشان ‌نظير كهكشان ها يكنواخت‌ توزيع ‌شده‌ باشند؛ در نظر اول ‌ممكن‌است‌ چنين‌عالم ‌نامتناهي ‌با توزيع‌ يكنواخت ‌اجرام‌ درخشان ‌در سراسر عالم ‌با تجربه ‌سازگار باشد ، اما في‌الواقع‌چنين‌نيست ؛ ‌چرا كه ‌در اين‌ صورت ‌هر نقطهي‌آسمان ‌بايد به ‌درخشاني ‌خود جسم‌ درخشان‌باشد. با توزيع ‌يكنواخت‌ اجرام ‌درخشان ‌در عالم ‌نامتناهي ،‌آسمان‌شب ‌به ‌درخشاني‌سطح ‌خورشيد مي‌شود و اين ‌واضحاً غلط ‌است‌. لذا ساده‌ترين ‌مدلي‌كه ‌ممكن ‌است برای عالم تصور کنیم غیر واقع بینانه است ؛ اما این باطلنما راه حلهایی دارد: 1. اگر سن عالم محدود باشد ؛آنگاه ستاره‌ها فقط ‌براي‌دوره‌زماني ‌محدودي ‌مي‌توانند بدرخشند و آن‌قدر وقت ‌نيست‌ تا نور يك‌ستاره ‌مسافتي ‌نامتناهي ‌را طي‌كند.2. اگر عالم ‌در حال ‌انبساط ‌باشد، ديگر استدلالهايي‌كه ‌منجر به ‌اين ‌نتيجه ‌عجيب ‌شود، كاربرد ندارد.
طبق ‌مدلهاي‌كيهان‌شناختي ‌فعلي‌عالم ‌در حال‌ انبساط ‌است ‌و ستاره‌ها، سن‌محدودي ‌دارند؛ بنابراين ‌در مدل‌هايمان ‌لازم ‌نيست ‌نگران ‌باطلنمای‌اُولبر ‌باشيم‌؛ تاريكي ‌آسمان شب ‌خود گواهي ‌بر رفتار عالم ‌است78‌.
بنابراين با وجود داده هاي انتقال به قرمز كيهاني ، جهان در حال گسترش و انبساط است ؛ سؤالی که دراینجا ممکن است مطرح شود این است که آیا وجود داده‌هاي انتقال به قرمز و در نتیجه انبساط عالم، به تنهايي قادراست نظريه انفجار بزرگ را از نظریات دیگر متمایز کند یا بايد به دنبال دلايل مطمئن ديگري باشيم؟
اطلاعاتي‌كه ‌براي ‌انبساط ‌عالم ‌ارائه ‌شد، نشان ‌مي‌دهد كه ‌با انبساط ‌عالم‌كهكشان ها از يكديگر دور مي‌شوند، اين ‌انبساط ‌از نظر تجربي ‌به‌ اثبات ‌رسيده ‌و جامعه‌آن‌ را پذيرفته ‌است ؛ اما دو برداشت ‌از انبساط ‌وجود دارد: 1) كهكشان ها از هم ‌دور مي‌شوند و اين دلالت ‌برآن ‌دارد كه ‌در گذشته ‌بهم نزديك ‌ بوده‌اند؛ عالم‌ چگال ‌بوده ‌است ‌و هر چه ‌به‌گذشته ‌برويم ‌به‌‌ چگالي‌های بیشتر و بالاخره در یک لحظه به یک چگالی بی نهایت میرسیم . اين‌نظريه‌( که بعدها به نام نظریه مهبانگ مشهور شد ) توسط جورج‌گاموف79‌ و همكارانش‌پيشنهاد شد 2) عالم ‌همواره ‌یک چگالی تقریبا ثابت را داشته است و با دور شدن كهكشان ها از يكديگر ماده ‌اضافي ‌به ‌طور پيوسته ‌در فضاي‌خالي ‌ميان‌كهكشان ها خلق ‌مي‌شود تا چگالي ‌را ثابت‌ نگه ‌دارد. اين‌مدل‌، مدل حالت‌ پایاست که توسط ‌فرد هويل80‌ و ديگران ‌ارائه شده است .كهكشان هاي ‌جديد كه ‌از اين ‌ماده‌ جديد به ‌وجود مي‌آيند، سبب ‌مي‌شود كه ‌عالم ‌نه‌ تنها از ديدگاههاي ‌مختلف‌ بلكه‌ در همه ‌زمان هاي‌ حال ‌و آينده ‌يكسان ‌به ‌نظر برسد.
هر دو فرضيه‌ طرفداران ‌خود را دارد ؛ اما شواهدي ‌از گذشته ‌عالم ‌نظريه ‌مهبانگ ‌را در صف ‌مقدم‌ مدلهاي‌كيهان‌شناختي‌ قرار داده‌است ؛ ‌به طوریکه امروزه مدل مهبانگ را به عنوان مدل استاندارد میشناسیم81.
دومین کشفی که وجود انفجار بزرگ را تأیید میکند فراوانی عناصر سبک است. اینکه این کشف چگونه انفجار بزرگ را تأیید میکند مطلبی است که در ذیل به آن پرداخته ایم.

2-4-2. فراوانی هسته هاي سبك ( هليوم و دوتريم )
ويژگي عالم كنوني دماي بسيار كم و چگالي اندك است و از آنجا که عالم در حال انبساط و خنك شدن است، پس بايد درگذشته دور، دما و چگالي بيشتري داشته باشد . زماني كه دماي عالم به اندازه كافي زياد باشد، اتمها یونیزه مي‌شوند . در آن زمان عالم از پلاسماي الكترون ويون‌هاي مثبت تشكيل شده بود ؛ اندرکنش الکترومغناطیسي در تعيين ساختار عالم اهميت زيادي داشته است. در زمان هاي قبل، دما چندان زياد بودكه بر خورد بين يون‌ها، سبب آزاد شدن تك ‌تك نوكلئون‌ها شد ، به طوري كه عالم متشكل از الكترون، پروتون و نوترون همراه با تابش بوده است. در اين زمان، نيروي هسته‌اي قوي در تعيين تكامل عالم اهميت داشته است و در زمان هاي باز هم دورتر، بر هم كنش ضعيف نقشي بارز داشته است82 و اگر باز هم به عقب‌تر برويم به لحظه‌اي مي‌رسيم كه ماده موجود در عالم با اين حال مناسب است كه آن لحظه‌اي راكه چگالي بي‌نهايت باشد ، به عنوان مهبانگ در نظر بگيريم و سن عالم را از آن لحظه اندازه‌گيري كنيم. سؤالی که ممکن است مطرح کنیم آن است که اگر در زمان آن قدر به عقب برويم تا به سن حدود يك ثانيه برسيم ؛ يعني به زماني كه فقط يك ثانيه از عمر عالم گذشته بود چه محتوياتي در عالم بوده است؟ در پاسخ به این سؤال میتوان گفت در اين لحظه دما آنقدر زياد بود كه اتمها و هسته‌ها نمي‌توانستند موجود باشند، ماده به صورت ذرات بنيادي وجود داشته است ؛ با داشتن تركيبات شيميايي فعلي عالم مي‌توان تركيبات دقيق عالم را در آن زمان محاسبه كرد.
عالم فعلي ما متشكل از پروتون‌ها، نوترون‌ها، الكترون‌ها و پوزيترون‌ها، فوتون‌ها و نوترينوهاست كه از اين ميان الكترون، پروتون و نوترون اجزاي اصلي تشكيل‌دهنده موادند . نوترينوها ذرات مشابه الكترون هستند اما بدون جرم يا بار الكتريكي كه با بقيه مواد به طور ضعيف بر هم كنش مي‌كنند ؛ از وجود آن ها میتوان در مقاصد علمي صرف‌نظر كرد. الكترون‌ها، حاوي بار منفي‌اند و پوزيترون، حاوي بار الكتريكي مثبت هستند؛ اين ذره در عالم آغازين وجود داشته است. چگالي اين ذرات را با داشتن مقادير منفي چگالي ماده و چگالي تابش محاسبه مي‌كنند ؛ تعداد پروتون ها و پوزيترون ها بايد با كل الكترون ها برابر باشند؛ زيرا بار الكتريكي خالص عالم، صفر است ؛ با ثابت نگه داشتن برابري تعداد كل پوزيترون و پروتون‌ها با تعداد الكترون ، میتوان خنثي بودن الکتریکی سيستم را حفظ كرد. چگالي پروتون و نوترون تقريباً برابر است، البته چگالي نوترون اندكي كمتر است ؛ با انبساط عالم چگالي فوتون و پروتون به يك شكل كاهش می يابد؛ بنابراين وقتي عالم منبسط مي‌شود، نسبت اين چگالي‌هاي عددي تغيير نمي‌كند ؛ اگر اين نسبت پذيرفته شده را در حال حاضر بدانيم و در گذشته نيز همين مقدار را داشته باشد، با داشتن چگالي انرژي تابش و چگالي ماده مي‌توان مقدار فعلي آن را بدست آورد.( تعداد فوتون‌ها در عالم بسيار بيشتر از تعداد پروتون ها و نوترون ها است به طوریکه در ازاي هر پروتون و نوترون، حدود یک میلیارد (109) فوتون وجود دارد83.)
در دقايق اوليه بعد از انفجار بزرگ تعداد زيادي فوتون با انرژي بالا توليد شد كه البته با انبساط عالم اين انرژي به شدت کاهش یافته است. فوتون‌ها با انرژي بالاي حاصل از انفجار بزرگ ، در مراحل آغازين شكل گيري جهان ، تأثير مهيبي بر مابقي جهان گذاشتند؛ اگر آن ها با “هسته” اتم روبرو شوند ، هر كدام انرژي كافي براي شكستن” هسته” اتم به پروتون و نوترون دارند؛ آن ها مي‌توانستند با الكترون‌هاي آزاد اتم برخورد كنند و به هر الكترون انرژي عظيمي بدهند؛ اما انبساط جهان، انرژي هر فوتون را به يغما برد؛ اگر شما در جهان آغازين بر روي “هسته” اتم نشسته باشيد، در مي‌يابيد كه كمي بعد از اولين دقايق كه سپري شد ، هيچ فوتوني با انرژي كافي براي تجزيه قسمتي از” هسته” نخواهد بود؛ هر فوتوني كه مي‌رسد، ميليون‌ها کيلومتر راه براي رسيدن طي كرده است؛ بار ديگر جهان انرژی آن فوتون رادر نخستين دقايق‌اش كاهش مي‌دهد. پس از نخستين دقايق، مخلوط بنياديني از هسته‌ها در جهان ايجاد شد84، همان طور آلفر85 ، گاموف و هرمن86 محاسبه كردند اينها تقريباً همگي هيدروژن معمولي بودند متشكل از يك پروتون، ايزوتوپ‌هاي نادر آن، دوتريوم (يك پروتون و يك نوترون) ، تریتيوم (يك پروتون و دو نوترون) و هلیوم معمولي (2پروتون و 2 نوترون) و ايزوتوپ آن ، هلیوم (2پروتون و يك نوترون) بودند.
انواع ديگر هسته ها همگي از كربن، اكسيژن و… به بيشتر از يك ميليونيم در مقايسه با هيدروژن و هليوم رسيدند.87
طبق مطالب گفته شده در عالم آغازين فقط هيدروژن و هليوم به ميزان فراوان توليد شد كه فراوانی اين دو عنصر نقش كليدي در تاریخچه حرارتی كيهان‌شناسي دارد؛ بقيه عناصری كه مي‌شناسيم از هسته مركزي ستاره‌ها كه داراي دماي بالايي هستند، توليد مي‌شوند88.
اندازه‌گيري‌ها در زمينه فراواني نسبي عناصر در كهكشان هاي خارجي كه به وسيله ستارشناسان در سراسر دنيا انجام گرفت، محاسبات ساختار هسته را به وسيله انفجار بزرگ تأیید مي‌كند و نشان مي‌دهد كه حدود 25% جرم عناصر از است ؛ به علاوه عناصر سبك‌تر ديگري در انفجار بزرگ توليد شده‌اند ، مانند دوتريم، هليوم و كه دقيقاً از روش ساخت هسته در انفجار بزرگ قابل پيشگويي است89. ( فراوانی درعالم از طریق گسیل نور مرئی از ابرهای گازی نزدیک به ستارگان و گسیل امواج رادیویی توسط گاز ستاره ای است .)
بنابراین یکی دیگر از شواهدی که مدل انفجار بزرگ را تأیید میکند، نسبت مقدار هلیوم به جرم کل ماده شناخته شده موجود در عالم است؛ اگر فرایند امروزی برای تولید هلیوم در اجرام آسمانی ، به ویژه ستارگان را در نظر بگیریم ، با توجه به سن حدود چهارده میلیارد ساله عالم مقدار هلیوم باید بسیار کمتر از این باشد ؛ در واقع ستارگان در ابتدای عالم تاکنون آنقدر فرصت نداشتندکه این همه هليوم بسازند؛ پس بهترین توجیه برای این موضوع آن است که عالم در گذشته بسیار فشرده و داغ بوده است و در آن شرایط آهنگ رخ دادن واکنشهای هسته ای بیشتر بوده و هلیوم بسیاری در آن زمان تولید شده است . 90

2-4- 3 . تابش زمينه ای كيهاني
یکی از موارد دیگری که در تأیید مدل انفجار بزرگ مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است، کشف تابش زمینه ای کیهانی است که این مورد از مهمترین و اصلی ترین کشفیات در زمینه انفجار بزرگ است ؛ این تابش از طریق امواج رادیویی کشف شد 91.
امواج الكترومغناطیسي، نه تنها در حد برد نور بينايي چشم انسان امواج توليد مي‌كنند؛ بلكه مي‌توانند طول موج و فركانس‌هاي بسيار گوناگون داشته باشد؛ طول موجهاي بلند” امواج راديويي “نام دارد. طول موجهاي كوتاه اشعه ایکس و اشعه گاما ناميده شده‌اند. نجوم جديد براي مشاهده اجسام در فضا از تمامي پهنای اشعه الكترومغناطیسي ( امواج راديويي، ریزموج، زیر قرمز، نور باصره، ماوراء بنفش ، اشعهX و اشعه گاما ) استفاده مي‌كند .92
در سال 1948 م . فيزيكدانان نظري با در نظر

پایان نامه
Previous Entries مقاله درباره کیهان شناسی Next Entries مقاله درباره چگالي، كهكشان، ‌هابل، اوليه