مقاله درباره چگالي، كهكشان، ‌هابل، اوليه

دانلود پایان نامه ارشد

داشتن ميزان انبساط، پيش‌بيني كردند كه 15 ميليارد سال قبل ، جهان بايد تا حدود كلوين سرد شده باشد . طبق قوانين فيزيك ،يك جسم حتي در اين دما نيز تابش مي‌كند و در حوزه ریزموج قرار دارد؛ اين تابش جايي بين زیر قرمز و امواج راديويي است، اين تابش بايد تمام جهان را پر كرده باشد و ما در آن غوطه ور باشيم ، در خلال مراحل اوليه انفجار بزرگ وقتي جهان بسيار داغ بود، تابش به صورت پرتوهای ایکس و گاما بود و بدون ماده نمي‌توانست مسافت چنداني را بپيمايد؛ این تابش همراه بقیه جهان به سمت خارج انبساط یافته و با آن سرد شده است . مطالعه تابش ریزموج فراگير در عالم روش مستقيم براي درك مراحل اوليه انفجار بزرگ است.
کشف اين تابش نظريه مهبانگ را در صف مقدم مدلهاي كيهان‌شناختي قرار داده است.93
در سال 1960 م . دو دانشمند به نام‌هاي آرنوپنزياس94 و رابرت ويلسون95 در آزمايشگاه بل در نيوجرسي مشغول كار بر روي يك آنتن بوقي شكل بودند. ايشان بر آن بودند كه با استفاده از آنتن خود به مطالعه منابع راديويي كه خارج از صفحه كهكشان قرار دارد بپردازند. در نتايج بدست آمده مشاهده كردند كه حد بالا و غير قابل توضيحي از پارازيت يافته مي‌شود آن ها سعي داشتند از شر اين پارازیت ها رها شوند، زيرا فكر مي‌كردند كه اين پارازيت ناشي از دستگاههاست نه از آسمان، آن ها سرچشمه خطا از جمله امكان بودن فضله كبوتران را نيز حذف كردند؛ اما هنوز پارازیت شنيده مي‌شد ؛ بنابراین آنتن را وارسي كردند. پس از اندازه‌گيري دقيق و بررسي كليه منابع شناخته شده تابش پارازيت از جو زمين و كهكشان و همچنين از آنتن و تجهيزات دريافت كننده و پس از اطلاع یافتن از پیش بینی فیزیکدانان نظری از وجود چنین تابشی با منشأ کیهانی سرانجام اين تابش را نتيجه انفجار بزرگ دانستند.
می توان گفت مهمترين و چشمگير‌ترين دليل براي تصور آغاز جهان، كشف تابش ریزموج فراگير است؛ اين تابش همانطور که گفته شد به گونه‌اي است كه مرتبط با جسمي در دماي است ؛ يعني درست دمايي كه تابش گاز در حال انبساط ناشي از انفجار بزرگ تا اين زمان بايد بدان رسيده باشد .96
در سال 1965 م. خبر اكتشاف در آزمايشگاه بل97 در جهان نجوم مانند توپ آتشين در شب منفجر شد.
فوتون‌هاي يافت شده توسط پنزياس و ويلسون واقعي بودند و به آن ها كه بلافاصله بعد از انفجار بزرگ نمايان شدند، شباهت داشتند. توزيع طيفي آن ها با درجه حرارت درجه کلوین براي تابش زمينه كيهاني مطابقت داشت ؛ اما آيا اين فوتون‌ها في‌الواقع باقي مانده فوتون‌هاي دقايق اوليه‌اند چرا كه بيشتر فوتون‌ها از دوره جفت شدگي نمي‌توانستند به جو زمین نفوذ کنند. تأييد كامل اين فرايند 26 سال طول كشيد .98
در سال 1990م . ماهواره CoBE (کاوشگر زمینه کیهانی99) تقريباً تمام بخش طيف پرتو شامل فركانس‌هاي راديويي را كه نمي‌توانستند به جو زمين نفوذ كنند اندازه‌گيري كرد. طيف اندازه‌گيري شده تقريباً با چيزي كه مدل انفجار بزرگ پيش‌بيني كرده بود تطابق داشت؛ براي اغلب كيهان‌شناسان اين تأييد خوشايند اما پيش‌بيني شده بود. آن ها به اين نتيجه رسيدند كه اولين فوتون‌هاي مشاهده شده در نيوجرسي، سه دهه قبل، نمايشگر دريايي كيهاني كاملي هستند كه در خلال نخستين دقايق انبساط جهان توليد شده بود. به دليل اينکه موج‌هاي راديويي كه پنزياس و ويلسون مشاهده كرده بودند، ريز موج ناميده مي‌شدند؛ درياي كيهاني فوتون خيلي زود نام زمينه ریزموج كيهاني را بدست آورد. «كيهاني» بودن بدليل اینکه فوتون‌ها تمام جهان را پر کرده اند ، ريز موج به اين جهت كه فوتون‌هاي مشاهده شده فركانس ريز موج‌ها را داشتند .
امروزه كيهان‌شناسان به طور همگـاني نام تابش زمينه كيهاني را براي دريايي از فوتون‌ها كه آلفر،گاموف و هرمن اولين بار پيش‌بيني كردند و پنزياس و ويلسون اولين بار مشاهده كردند، استفاده میکنند .100
تابش زمينه ناشي از مهبانگ یکی از دلایل قوی بر وقوع انفجار بزرگ است ؛ البته موارد دیگری در تأیید مدل انفجار بزرگ وجود دارد که در درجه بعدی اهمیت قرار می گیرند از جملهي آن ها : مباحث مربوط به نوترینوها ، پادماده ،….

2-4-4. نوترينو هاي زمينه اي
نوترينوها، ذرات فراواني هستند كه به دام انداختن آن ها بسيار دشوار است ؛ اما چگالي آن ها بايد درحدود چگالي فوتون ‌ها〖10〗^8 m^3باشد ؛ نوترينو ها بايد درست مانند فوتونها انتقال به سرخ داشته باشند؛ اما دماي آنها تا اندازه‌اي كمتر از فوتون‌ها حدود كلوين است. آشکارسازی نوترينوها، در توان فناوري امروزي نيست.
اگر بتوان اين اندازه‌گيري‌ها را بدست آورد، آزمون قانع‌كننده‌اي براي انفجار بزرگ مي‌باشند.101
دلايل ديگري براي وقوع انفجار بزرگ از جمله، وجود پاد ماده، سياهچاله‌ها و… نيز وجود دارد كه بيان آن ها موجب اطاله مطلب است و لذا از آن صرف نظر مي‌كنيم. دلایلی که بر وقوع انفجار بزرگ مطرح شده آن را در صف مقدم نظریات دیگر کیهانی شناسی قرار داد ؛ بنابراین در گذشته های دور انفجار بزرگ رخ داده است .

شکل (2-2)

چگالي ‌و دماي ‌عالم ‌نامتناهي ‌بوده ‌است ‌اين ‌لحظه‌ را تكنيگي ‌مي‌گويند102. اخترشناسان ‌معتقدند ‌هر چيزي ‌در جهان ‌مثل‌ ماده ‌و تابش ‌در آن ‌لحظه ‌به ‌يك ‌نقطه ‌واحد از درجه ‌حرارت ‌بالا و متراكم‌كه ‌غالباً به‌ عنوان‌گلوله‌آتشين ‌اوليه‌ بازگشت ‌داده ‌مي‌شود، منحصر مي‌شود؛ تراكم ‌و درجه ‌حرارت ‌ماده ‌اوليه‌ با گسترش ‌و انبساط ‌عالم‌، به ‌سرعت ‌كاهش ‌مي‌يابد 103.
‌قبلا 104‌بيان ‌شد كه ‌هابل ‌وقتي ‌با تلسكوپ ‌خود در حال ‌رصد كهكشان ها بود دريافت‌كه‌ آن ها انتقال ‌به ‌قرمز يافته‌اند و با سرعتي ‌متناسب ‌با فاصله‌شان ‌در حال‌ دور شدن‌ هستند. و اين ‌فرايند توسط ‌قانون‌ ذيل‌توصيف ‌شد :

(2-4 )

تاكنون ‌اين ‌رابطه ، ‌يك ‌وسيله ‌مناسب ‌براي‌ تعيين ‌فاصلهی يا, مشابهersity press 1993) . ‌كهكشان ها و نواختران ‌استفاده ‌شده ‌است‌. اگر براي ‌لحظه‌اي ‌تصور كنيم‌ كه‌ همه ‌سرعتها در زمان ‌ثابت‌ باقي‌مانده‌اند ؛ يك ‌سؤال ‌مطرح ‌مي‌شود كه‌ چقدر طول ‌مي‌كشد براي ‌هر كهكشان ‌مورد نظر تا به ‌فاصله ‌فعلي ‌از ما برسد.جواب ‌از قانون ‌هابل ‌پيروي ‌مي‌كند:
زمان ‌صرف ‌شده برابر است ‌با مسافت‌ كه‌ بر‌سرعت ‌تقسيم‌مي‌شود .

(2-5)

كه‌ برابر با باشد ، براساس بهترین و جدیدترین اندازه گیری ها برای پارامتر ( ثابت ) هابل اين ‌زمان ‌حدود 14 ميليارد سال ‌است . ثابت ‌هابل‌() تعيين‌كننده ‌سن‌عالم ‌است ‌؛ بنابراين ‌با داشتن ‌مقدار ثابت ‌هابل ‌مي‌توان ‌زمان ‌انفجاربزرگ را حدس ‌زد، فرايند تخمين‌سن ‌عالم‌؛كاربردهاي ‌متفاوتي ‌داردكه ‌فعلاً به‌ آن‌ نمي‌پردازيم‌ ؛ هدف ‌از بيان ‌اين ‌مطلب‌ ، تبيین ‌مقدار زماني ‌بود كه ‌از لحظه ‌انفجار بزرگ مي‌گذرد. اگر پذیرفته باشیم که انفجار بزرگ رخ داده است ؛ ممكن‌است بپرسید ‌اگر مدتهاي ‌پيش ‌انفجاري‌ بزرگ ‌رخ‌ داده‌ است ؛ ‌اين‌انفجار در چه ‌قسمتي ‌و چه مكاني ‌به ‌وقوع ‌پيوسته ‌است‌؟ ما معتقديم‌كه‌ هستي ‌همه‌جا يكسان ‌است‌ و قانون ‌هابل ‌اين‌مطلب‌ را كه ‌همه‌كهكشان ها از يك ‌نقطه ‌در زمان هاي‌گذشته‌، توسعه‌ يافته‌اند‌، ارائه‌ مي‌دهد . آيا آن نقطه ‌متفاوت ‌از بقيه‌جهان‌ بوده ‌است‌؟ مركز انفجار بزرگ‌كجاست‌؟
جواب‌ يك ‌نه ‌تمام ‌نشدني‌است‌ ؛ ما بايد يك جهش ‌بزرگ ‌در فهم مان ‌از جهان ‌ايجادكنيم‌. اگر ما انفجار بزرگ ‌را به‌ عنوان ‌يك ‌انفجار عظيمي‌كه ‌مواد آن‌ به ‌درون‌ فضا فوران‌كرده‌ و سرانجام ‌به ‌صورت‌كهكشان ‌شكل‌گرفته ‌است‌، در نظر بگيريم‌ ، بنابراين ‌بايد يك‌ مركز و يك‌كُره ‌داشته‌ باشيم‌ و دیگر اصول‌كيهان‌شناسي‌، كاربردي‌ نخواهد داشت‌.
اما انفجار بزرگ ‌يك‌ انبساط ‌در يك‌ سوي‌ بخصوص‌ و جهان ‌خالي ‌و صرف‌ نبوده ‌است‌؛ تنها روشي‌كه ‌مي‌توانيم ‌قانون ‌هابل ‌را حفظ‌كنيم‌، اين ‌است‌كه ‌انفجار بزرگ نه ‌فقط‌ ماده ‌و تابش ‌درون‌ جهان ‌را بلكه‌ خود جهان ‌را در بر گرفته ‌است ؛ ‌به‌ عبارت ‌ديگر كهكشان ها در حال ‌پرواز جداگانهای ‌به ‌درون ‌باقي‌مانده‌ جهان ‌نيستند ؛ بلكه‌ خود جهان ‌در حال‌گسترش ‌است‌.كهكشان ها مقدار كمي‌حركت ‌جداگانه ‌دارند و به‌طور ميانگين‌آن ها با توجه‌ به ‌بافت ‌فضا در حال‌ حركت ‌نيستند ؛ هر حركت‌كلي ‌از اين ‌قبيل ‌يك‌ مسير مخصوصي ‌را در فضا ايجاد مي‌كند و زمينه‌ همگرايي‌ را نقض‌مي‌كند؛ عليرغم ‌اينكه‌ آن ‌بخش ‌از حركت‌كهكشان ها كه ‌جريان‌ هابل ‌را تشكيل‌مي‌دهد، واقعاً يك‌انفجار از خود فضاست‌.
انبساط ‌جهان ‌در همه‌ زمان ها همگن‌ مي‌ماند و هيچ ‌فضاي ‌خالي ‌فراسوي‌كهكشان ها وجود ندارد. ترجيحاً كل‌ عالم ‌يك ‌نقطه ‌بود كه ‌آن ‌نقطه ‌به ‌هيچ ‌وجه ‌متفاوت ‌از بقيه ‌جهان‌ نبود، آن‌ نقطه ‌جهان‌ بود. بنابراين ‌نقطهي ‌واحدي كه ‌انفجار بزرگ ‌در آن ‌رخ ‌داده ‌باشد، وجود ندارد ؛ چرا كه ‌انفجار بزرگ همه ‌جهان ‌را شامل ‌مي‌شود. آن ‌رويداد يك ‌بار در همه ‌جا رخ‌داد. براي ‌شرح ‌اين ‌ايده‌، يك‌ بالن ‌قديمي ‌را با لكه‌هايي‌كه ‌روي‌ سطحش ‌پراكنده‌ شده‌ است‌، در نظر بگيريد لكه‌ها سمبل‌كهكشان ‌هستند و سطح دو‌بعدي ‌سمبل‌اساسي سه ‌بعدي ‌جهان ‌است‌. اصول‌كيهان‌شناسي ‌براي بالن‌ به‌كار برده ‌مي‌شود، زيرا هر‌نقطه‌اي ‌روي ‌بالن ‌به‌طور نسبتاً زيادي‌ شبيه‌ به ‌ديگري ‌به‌ نظر مي‌رسد؛ اگر به‌ عنوان مثال اگر ‌روي ‌يكي ‌از 3 لكه ‌در چپ‌ترين ‌قسمت‌ قرار بگیرید و به ‌موقعيت ‌خود و همسايگانتان ‌توجه‌كنيد ؛ همان‌طور كه ‌بالن ‌منبسط ‌مي‌شود، يا جهان‌گسترش‌پيدا مي‌كند، كهكشان هاي ‌ديگر از شما دور مي‌شوند با زياد شدن‌ فاصله سرعت ‌دور شدن ‌نيز بيشتر است‌ ؛ توجه‌كنيد به‌ طور ضمني ‌لكه‌ها خودشان ‌در امتداد بالن ‌منبسط ‌نمي‌شوند، صرف ‌نظر از کهکشانِ ما بقيه ‌در حال ‌دور شدن ‌هستند؛ اين‌ شرايط ‌براي ‌شما در روي ‌هر لكه‌اي‌كه ‌باشيد رخ‌ مي‌دهد؛ بنابراين‌ هيچ‌كدام ‌از لكه‌ها موقعيت ‌ويژه‌اي ‌ندارند و هيچ ‌مركزي ‌براي ‌انبساط ‌نيست‌. هر كسي يك انبساط كلي را مشاهده مي‌كند. حالا در نظر بگيريد كه بالن خالي شود. اين عمل با بازگشت جهان از لحظة فعلي به لحظه انفجار بزرگ شباهت دارد ؛ همه لكه‌ها (همه كهكشان ها) به مكان اوليه در همان زمان بر مي‌گردند، اما هيچ نقطه ای روي بالن وجود ندارد كه مكان خاصی براي انبساط باشد. درست مانند انفجار بزرگ‌ همه جهان را احاطه كرده است و از يك نقطه منبسط شده است.
هر چند مثال به اين شکل نواقص و اشكالات زيادي دارد؛ اما در توصيف حالت اوليه راه‌گشاست. تصور توسعه كل جهان از يك شيء داغ و چگال با هيچ چيز ،حتي فضا و زمان ، آغاز جهان دركيهان‌شناسي جديد است105. بنابراين مي‌توان اين گونه بيان كرد كه انفجار بزرگ در مكاني نبوده است؛ بلكه با انفجار بزرگ، فضا و زمان بوجود آمده است . اين تفسير از انبساط در قلب كيهان‌شناسي جديد است. بنابراين، انفجار بزرگ مدل جهاني را نشان مي‌دهد كه متشكل از قطعات رانده شده از يك مركز انفجاري است و ظاهراً شبيه انفجار يك گلوله توپ بوده است كه قطعات آن در فضا به پرواز در آمده است106.
در لحظات اولیه ، عالم تحت سلطه تابش بود . چگالي اين تابش با استفاده از دمايش حاصل مي‌شود و اين چگالي انرژي در حال حاضر تقريباً ده هزار برابر كم‌تر از چگالي انرژي ماده است. اما چون چگالي انرژي تابش سريع‌تر از چگالي ماده افزايش مي‌يابد، لذا مي‌توان فهميد كه در گذشته چگالي آن بر چگالي انرژي ماده غلبه داشته باشد . هر چه بيشتر به گذشته برويم، اندازه عالم كوچك‌تر و دماي چگالي عالم بيشتر افزايش مي‌يابد و طبق محاسبات به بي‌نهايت مي‌رسد. هرچند اين محاسبات قابل اطمينان نيست ؛ زيرا معلوم نيست كه چنين محاسباتي در لحظات اوليه برقرار باشد.
برای مدتی رقيب عمده مدل انفجار بزرگ،

پایان نامه
Previous Entries مقاله درباره چگالي، انرژي، نوترون، كهكشان Next Entries مقاله درباره کیهان شناسی، عدم تقارن