مقاله درباره چگالي، كهكشان، گرانشي، انحناي

دانلود پایان نامه ارشد

نيست ، در مشاهده دورترين اجسام ، بايد به آثار گرانشي آنها توجه داشت و اين همان چيزي است كه تمايل به كم كردن سرعت انبساط دارد ؛ در اين زمان، نمودار هابل در قسمت انتهايي خود به سمت پايين متمايل خواهد شد .131در عبارت ديگر آمده است كه شکل خطی آن تا جایی صادق است که فضازمان تخت باشد ؛ اما اگر فضازمان تخت نباشد، نمودار هابل در فواصل دور از خط مستقیم انحراف می یابد .132
نمودار ذيل را ببينيد !

نمودار ( 2-3)
و از آنجا که جهان شامل مقدار زيادي ماده و انرژي به شكل كهكشان ها، كوازارها، نور و امواج راديويي است به دليل حضور اين ماده ، فضازمان اندكي خميده خواهد بود.133
در هندسه اقليدسي دو خط موازي در صورتي تا بي‌نهايت موازيند كه فاصله بين آن ها ثابت بماند؛ اين هندسه با تجارب ما سازگار است ؛ اما اين تنها جزء كوچكي از جهان را شامل مي‌شود ، لذا مي‌توان درك كرد كه در فواصل بي‌نهايت بزرگ دو خط كاملاً راست با مفاهيم اقليدسي نخواهيم داشت.
در اينجا سه احتمال وجود دارد:
1) در فواصل بي نهايت هندسه اقليدسي صحيح است . در اين صورت اگر دو شعاع نوري در يك جهت و با فاصله مشخصي ارسال كنيم ، فاصله بعد از ميلياردها سال نوري از ما دقيقاً برابر با مقداري كه از قبل داشته است ، مي‌باشد . در اين موارد فضا را مسطح و هندسه آن را اقليدسي مي‌دانيم.
2) اگر هندسه نااقليدسي يا خميده ‌باشد، در اين صورت دو خط موازي، دو پرتو نور در جايي يكديگر را قطع مي‌كنند. در اینجا ( یعنی جاییکه دو پرتو همدیگر را قطع کنند ) انحنا مثبت است.
3) اگر دو شعاع نوری همواره واگرا باشند و از هم دور میشوند ؛در اینجا انحنا منفی است.
کدام یک از این هندسه ها برای جهان ما صحیح است ؟برای پاسخ به این سؤال فرض مهمی باید داشته باشیم و آن اینکه در نواحی دوردست کهکشان ها به صورت تصادفی در فضا توزیع شده اند ؛ اکنون این سه سطح را در نظر بگیرید!
1) سطح تخت
2) انحنای مثبت
انحناي منفی
ستاره‌شناسان بدون مطالعه نمي‌توانند دريابند كه انحناي جهان به چه صورت است. اگر جهان مسطح باشد هنگامي كه موقعيت اجسام مشاهده شده را روي كاغذ رسم مي‌كنند ، در مي‌يابند كه اجسام به طور تصادفي قرار گرفته‌اند. اگر جهان داراي انحناي مثبت باشد ، نتيجه مشاهدات آن ها بيان‌گر آن است كه تعداد كهكشان هاي نزديك بيشتر از كهكشان هاي دور است و اگر جهان داراي انحناي منفي باشد، تعداد كهكشان هاي دور بيشتر از كهكشان هاي نزديك است. به عبارت ديگر اگر فضا تخت باشد، تعداد كهكشان ها مستقل از فاصله است و اگر فضا داراي انحناي مثبت (مانند کُره ) باشد ، با افزايش فاصله ، تعدادكهكشان ها كمتر و اگر فضا ،كُره‌اي با انحناي منفي باشد، با بيشتر شدن فاصله تعداد كهكشان ها زياد مي‌شود.
براي تعيين هندسه فضا بايد دورترين اجرام را مشاهده کرد ؛ اما دورترين اجرام كم نورترند و اكثر منابع راديويي ضعيف با هيچ جسم مرئي همراه نيست.
ستاره‌شناسان روش مستقيمي براي تعيين فاصله تا منابع راديويي در دست ندارند ؛ لذا بايد از طريق كاملاً متفاوتي به شكل جهان پرداخت.
توزيع ماده در جهان طبق نسبيت عام بوجود آورنده فضازمان است ؛ ميدان هاي گرانشي كه در سراسر جهان پخش شده‌اند ، بر انحناي فضا تأثير مستقيم دارند ؛ اما به طور واضح تمام اينها يك نيروي گرانشي بر يكديگر وارد مي‌كنند ؛ بنابراين كشش گرانشي متقابل كليه كهكشان ها ، سعي دركُند كردن انبساط كلي جهان دارد، يعني شتاب منفي مي‌شود. گسترش و انبساط قانون هابل در فواصل بزرگ داراي سه احتمال است؛‌ اگر مقدار ماده در جهان كافي باشد تا موجب شتاب قابل توجهي گردد، در نتیجه مقدار ماده براي انحناي مثبت كافي است، از طريق مشاهده شتاب منفي در جهان ، مي‌توان شكل جهان را حدس زد كه اين مطلب در تعیین سرنوشت جهان تأثير مهمي دارد134. نكته قابل توجه ديگر اينجاست كه با استفاده از خميدگي فضا مي‌توان چگالي را تخمين زد و در نتيجه رفتار بعدي عالم را پيش‌بيني كرد.
اگر خميدگي فضا مثبت ، منفي و يا صفر باشد رفتار عالم در آينده متفاوت خواهد بود. اگر خميدگي باشد ؛ چگالي عالم كم است و به راحتي تا ابد منبسط مي‌شود.
مطابق نمودار ذیل:

نمودار (2-4)
اگر باشد ، عالم داراي چگالي بالاست. عالم تا مقداري منبسط مي‌شود و دوباره در آينده به يك تكنيگي مي‌رسد، شبيه تكنيگي اول.

نمودار(2-5)
واگر باشد عالم داراي چگالي است اما تا ابد منبسط مي شود .شبيه جايي كه كيهان داراي چگالي اندك است .

نمودار (2-6)
بنابراين يافتن بسيار مهم است چرا كه از يك طرف آينده عالم را مشخص مي كند واز طرفي نهايت و عدم نهايت عالم را تعيين مي كند . مقدار با استفاده ازمشاهدات نجومي به دست مي‌آيد135.
همان طور كه گذشت مي‌توان با استفاده از خميدگي فضازمان ، ميزان كم يا زياد بودن چگالي عالم را تخمين زد ؛ پس بايد به اين مطلب بپردازيم كه چگالي در تعيين سرنوشت عالم چه جايگاهي دارد.

2-9-2 . نقش چگالي در تحول و تعیین سرنوشت عالم
اگر كيهان از نقطه انفجار بزرگ با چگالي بالا و كافي پديدار شده باشد ؛ بنابراين در بر دارنده ماده كافي براي متوقف كردن انبساط مي‌باشد و لذا سرعت دور شدن كهكشان ها سرانجام متوقف خواهد شد. اخترشناسان گفته‌اند كه تابش‌هاي دريافتي از كهكشان هاي نزديك به مدت طولاني ، قرمزگـرا نيستند؛ اما با این وجود نوركهكشان هاي دور دست هنوز قرمزگرا خواهد بود؛ چرا كه ما آن ها را همان طور كه در گذشته بوده‌اند ،خواهيم ديد. وقتي كه جهان ، در حال انبساط است؛ حركت جهان و انبساط ممكن است متوقف شود، اما كشش جاذبه متوقف نخواهد شد؛ جهان شروع به انقباض مي‌كند و كهكشان هاي نزديك آبي‌گرا مي‌شوند و چگالي و درجه حرارت جهان شروع به بالا رفتن مي‌كند و ماده به درون خودش بر مي‌گردد.
نمودار (2-7)
دنیا در یک نقطه فروپاشی می کند و تنها نیازمند همان مقدار زمان براي پس رفت است. ابتدا کهکشانها و سپس ستاره‌ها با فركانس فزاينده و بسيار شديد به هم مي‌خورند؛ بدین ترتیب ، كه فضاي قابل دسترس تقليل مي‌يابد و كل جهان به سمت تراكم زياد و حرارت بسيار داغ شبيه نوعي كه در ابتدا از آن سرچشمه گرفته است، مي‌رود؛ وكيهان سرانجام بعد از ميليون‌ها سال يك مرگ گرما136 را تجربه مي‌كند كه در آن همه ماده و حيات خاكستر مي‌شوند، اخترشناسان سقوط پاياني اين جهان فوق‌العاده متراكم و چگال را خردشدگي عظيم 137مي‌نامند. اگر جهان هرگز به نقطه سقوط نرسد، كيهان‌شناسان نمي‌دانند كه چه اتفاقي براي جهان خواهد افتاد. يك سرنوشت كاملاً متفاوت در انتظار جهاني با تراكم و چگالي پايين است. و كهكشان ها به طور هميشگي در حال دور شدن خواهند بود و تابش آن ها با افزايش مسافت تقليل مي‌يابد.

نمودار( 2-8)
در این هنگام يك ناظر روي زمين هيچ كهكشاني را در آسمان ماوراي گروه محلي نخواهد ديد ؛ حتي با تلسكوپ‌هاي خيلي قدرتمند مابقي جهان قابل مشاهده، تاريك به نظر مي‌رسد، كهكشان هاي دور دست آنقدر كم نورند كه ديده نمي‌شوند؛ سرانجام راه شيري و همچنين گروه محلي به پايان خواهند رسيد ؛ چرا كه منبع سوختشان مصرف شده است ؛ چنين جهاني سرانجام يك مرگ سرما138 را تجربه مي‌كند ؛ يعني همه تابش، ماده و حيات طبق تصور يخ مي‌زنند.سؤالي كه ممكن است ، مطرح شود آن است كه مدت زمان مرگ سرما چه مقدار خواهد بود؟
اخترشناسان تخمين مي‌زنند كه احتمالاً كهكشان ها شامل مقدار زيادي گاز هستند، تا شكل‌گيري ستاره‌ها را براي ميلياردها سال حفظ كند ؛ بنابراين اكثريت ستارگان (كوتوله‌هاي قرمز با جرم كم) براي ميليارد ها سال يا بيشتر مي‌درخشند ؛ پس مي‌توان انتظار داشت كه كهكشان‌ ما و همسايه‌اش آندورمدا () (هرچند ضعيف) براي تريليون سال يا بيشتر بدرخشند .
البته اين استدلال به اين سادگي كاملاً درست نيست و مشخص شده است كه جاذبه تنها نيروي مؤثر بر روي ديناميك عالم در مقياس‌هاي بزرگ نيست.139
به هر حال براي تعيين آينده عالم ، چگالي و نسبت آن با چگالي بحراني اهميت ويژه‌اي دارد ؛ وضعيت آينده عالم به ميزان چگالي، مقدار ماده و ميزان نيروي گرانشي بستگي دارد. اگر نيروي گرانشي موجود در عالم به اندازه كافي زياد باشد، سرانجام انبساط متوقف خواهد شد و انقباض آغاز مي‌شود و از آن جا كه نيروي گرانشي متناسب با مقدار ماده افزايش مي‌يابد، پس سرنوشت عالم به مقدار ماده موجود در عالم بستگي دارد.
اگر چگالي ماده بيشتر از مقدار بحراني باشد، اين جاذبه گرانشي در نهايت بر انبساط فعلي عالم غلبه خواهد كرد و انقبـاض شروع مي‌شود. اگر سرعت انبساط را بدانيم مي‌توانيم مقدار چگالي بحراني مورد نياز براي توقف عالم را تخمين بزنيم. به نظر دانشمندان چگالي عالم كه در نهايت منقبض مي‌شود چگالي حدود يا بيشتر است ؛ اين چگالي بحراني است. سپس بايد مقدار چگالي جرمي عالم را در حالت فعلي بدانيم تا بتوانيم بين اين چگالي و چگالي بحراني عالم مقايسه كنيم. آينده عالم به اين مطلب بستگي دارد.
اگر تابش الكترومغناطیسي ماده به شكل نورهاي مرئي، پرتوهاي و يا حتي امواج راديويي باشد، مي‌توان تخمين نسبتاً خوبي از مقدار ماده موجود در كهكشان ها وخوشه ها و… ارائه داد. با رصد كل طيف الكترومغناطيسي ، ميتوانيم ميزان ماده مرئي در عالم را تعيين كنيم . سهم ماده مرئي در چگالي عالم كمتر از يك دهم چگالي بحراني مورد نياز براي توقف انبساط عالم است ؛ بنابراين به نظر ميرسد عالم تا ابد به انبساط خود ادامه خواهد داد. اما مطلب به اين سادگي‌ها نيست ؛ چرا كه همه ماده عالم قابل رؤيت نيست، بيش از 90% ماده عالم جرم بدون نور يا ماده تاريك140 است ؛ اين ماده تاريك هيچ نوع تابش الكترومغناطیسي را گسيل نمي‌كند؛ لذا براي آينده عالم بهتر است ميزان ماده تاريك را بدانيم141.
علاوه بر مسئلهي ماده تاريك ، كيهان شناسان در اواخر دهه نود ، با مسئلهي انرژي تاريك روبرو شدند كه فشار متناظر با انرژي منفي است ؛ يعني از نوع انرژي پاد گرانشي است كه بر خلاف گرانش ماده و ماده تاريك كه جاذب است و انبساط را كند مي‌كند ، عمل كرده ، باعث شتابدهي و تسريع در انبساط ميشود . پديده انرژي تاريك يكي از پيچيده‌ترين معماهاي كيهان‌شناس

پایان نامه
Previous Entries مقاله درباره كوانتومي، الكترون، مكان، توصيف Next Entries منبع تحقیق با موضوع حقوق بین الملل، بی تابعیتی، احوال شخصیه، قانون مدنی