مقاله درباره کیهان شناسی، عدم تقارن

دانلود پایان نامه ارشد

نظريه‌اي بود كه در آن با دور شدن كهكشان ها از يكديگر ماده جديد خلق مي‌شود و كهكشان هاي جديد پديد آمده و آن ها نيز از هم دور مي‌شوند و جاي خود را به اعضاي جديد میدهند . در كيهان‌شناسي جديد وجود انبساط عالم مورد قبول عموم قرار گرفته است ؛ هرچند از اين انبساط برداشت‌هاي مختلف ميشود . مسئله انبساط در نظریه رقیب ، مدل پایا، ( نظريه مقابل انفجار بزرگ ) ، بدین نحو است که انبساط روند يكنواختي دارد ؛ به دليل آنكه چگالي عالم با خلق ماده جديد ثابت خواهد ماند 107؛ این مدل ، مدل جهان پایاست که در ذيل مشروحاً به اين مدل و جهان ایستای اینشتین ، خواهیم پرداخت .

2- . 5مدلهای دیگر جهان در کیهان شناسی
براي جهان مدل هاي ديگري نيز در نظر گرفته اند ؛ از جمله اينكه جهان ايستاست و يا اينكه جهان نوساني است ؛ ما در اين رساله فقط به مدل جهان پايا و جهان ايستاي اينشتين ميپردازيم و توضيح جهان نوساني را به فرصت ديگري محول ميكنيم . در مطالب بعدي اين مدلها را نيز مورد بررسي قرار ميدهيم و مشخص خواهيم كرد ،كدام مدل گوياي جهان فعلي خواهد بود .

2-5- .1عالم ايستاي اینشتین
همان گونه که قبلا به اختصار اشاره شد اینشتین به یک جهان ایستا معتقد بود ؛ اما معادلات اینشتین برای یک جهان ایستا جواب قابل قبول فیزیکی ( پایه ای ) ندارد و به همین دلیل مجبور شد به شکل دستی جمله ای را به معادلات خود اضافه کند ، تا این معادلات قابلیت پاسخ های جهان ایستا را داشته باشد . حالت معمول در معادلات اینشتین قبل از اضافه كردن پارامتري به معادلات، حاکي از آن بود كه عالم در حالتي از انبساط قرار دارد به هر حال اینشتین پاسخي در معادلاتش براي آن نمي‌يافت. اصلي كه اینشتین به معادلاتش افزود تحت عنوان ثابت كيهان‌شناختي است كه جوابگوي عالم ايستاست؛. اين مدل عالم كه ابتدا اینشتین آن را در سال 1917 م . يافت ، يك فضا و زمان خميده است كه يك حل ايستاي دقيق معادله‌هاي ميدان گرانشي است.
پس از کشف انبساط عالم توسط هابل و تأیید و پذیرش عمومی آن بین منجمین و فیزیکدانان ، اینشتین اضافه کردن جملهي ثابت کیهان شناسی به معادلات خود را بزرگترین اشتباه زندگی خود نامید ؛ البته باید تذکر داد که معادلات اینشتین با وجود یک ثابت کیهان شناسی جواب قابل قبول برای جهان در حال انبساط را هم دارد و امروزه به دلایل دیگر ( مسئله انرژی تاریک ) معادلات اینشتین با وضوح جمله ثابت کیهان شناسی ( به شکل مثبت ) مورد استفاده قرار میگیرد . 108
مدل دیگری که دانشمندان برای جهان ارائه داده اند مدل جهان پایاست که از جمله نظریه پردازان این مدل فردی به نام فردریک هویل میباشد . در مطالب ذیل به طور خلاصه به این مدل نیز پرداخته ایم .

2-5-2 .جهان پايا
گسترش هابل در گام نخست براي برخي از دانشمندان روشن نبود ؛ زيرا محدوديت‌هاي ديگرتحمیل شده بر روي عمر عالم با سنجهي زماني هابل مطابقت نداشتند109.از این رو در سال 1948 م . نظريه جهان ایستا از طرف دو نفر پناهنده اتريشي به نام هرمان بوندي110 و توماس گولد111 و يك نفر انگلیسي تبار به نام هويل عرضه شد. اين نظريه مبتني بر آن بود كه وقتي كهكشان ها از يكديگر دور مي‌شوند در فاصله بين آن ها به طور مداوم كهكشان هاي ديگري از ماده تازه‌اي كه به طور مداوم توليد مي‌شوند، تشكيل مي‌يابد. به اين جهت مجموعه كيهاني در تمام اوقات در كليه نقاط فضا همسان و هم‌نما جلوه‌گر مي‌نمايد ، نظريهي حالت تداومي به انجام اصلاحي در نسبيت عام نياز داشت تا آفرينش پيوسته ماده نوين را مجاز سازد ، ولي چون با تجربه سازگاري نداشت خيلي فراگير نبود . اين نظريه از اين نظر كه هم ساده است و هم پيشگويي قاطعي مي‌كند كه مي‌شود آن را با تجربه آزمود ، نظريهي خوبي است (يكي از پيشگويي‌هاي اين نظريه آن است كه تعداد كهكشان ها يا اجسام در هر حجم معيني از فضا بايد در هر مكان و در هر زمان كه به كيهان نگاه مي‌كنيم، يكسان باشد.) 112همچنین طبق این نظریه می توان مشکلات مربوط به آغاز جهان ، مهبانگ و پیش از مهبانگ را رفع نمود و دیگر نیازی به پذیرفتن شرایط آغازین جهان و مشخص کردن آن شرایط نیست ؛ این الگو با انبساط هابلی جهان مطابقت دارد و درآن آفرینش ماده ، تهی شدن فضا بر اثر انبساط جهان را جبران میکند و این از مزایای این مدل است . اما الگوی حالت پایدار با مشکلات جدی روبروست که از اعتبار آن كاسته است و لذا کمتر می توان از آن دفاع کرد . طبق اين مدل ، توليد ماده را از هیچ راهي نمیتوان تبیین کرد و این توليد که دراین الگو بیان می شود ، با قانون پایستگی انرژی تناقض دارد.113 درخلال دههی 1960م . دلايل متعدد دیگری حاصل شد كه اعتبار اين مدل در مقابل مدل انفجار بزرگ را تضعيف كرد . يكي از اين دلايل اين است كه كليه كهكشان ها در گذشته به يكديگر نزديك بوده‌اند ؛ پيرترين خوشه‌هاي ستاره‌اي كه در جهان مرئي هستند داراي سني حدود 15 ميليارد سال هستند، سرانجام دانشمندان از روي مطالعهي ايزوتوپ‌ها نيز به سن 15ميليارد سال رسيدند . اين توافق نسبي بسيار چشم‌گير بود، كشف معروف تابش زمينه موج كوتاه جسم سياه توسط پنزياس ويلسون كه شرح آن گذشت114 ، كشف كوازارها و قرمزگرايي خيلي بزرگ اين اجسام همچنين شكل فعلي جهان كه نسبت به گذشته‌اش بسيار متفاوت بوده بيان‌گر آن است كه جهان در حالت پايدار نيست .115

2-6 . برخي از اشكالات و پرسش هاي بدون پاسخ در مدل انفجار بزرگ
انفجار بزرگ به عنوان مدل استاندارد كيهان شناسي داراي پرسشهاي بي پاسخ است كه براي دوام اين نظريه بايد اين اشكالاتش رفع شود در مطالب ذيل تعدادي از اين پرسشها و ابهامات را بيان كرده ايم .

2-6-. 1مسئله توزیع ماده
اگر فرض كنيم عالم از زمان صفر با سرعت نور منبسط شده باشد، ابعاد بدست آمده براي عالم در ثانيه، برابر كوچكتر از شعاعي است كه اگر روند انبساط را به عقب برگردانيم بدست مي‌آيد ؛ يعني در زمان پلانك اجزاي تشكيل‌دهنده عالم برابر دورتر بوده‌اند. لذا اجزاي عالم در آن زمان مي‌توانستند با هم ارتباط داشته باشند و پس از انبساط هم اجزاء هر كدام بايد شكل و شمايل متفاوتي داشته باشند ؛ اما مشاهده مي‌كنيم كه ماده در عالم به صورت يكنواخت توزيع شده است. سؤالي كه مطرح ميشود آن است كه ماده چگونه مي‌توانسته در اجزايي كه هيچ ارتباطي با هم ندارند يكسان توزيع شده باشد؟ دانشمندان براي حل اين مشكل مدل تورمي را به مدل مهبانگ در زمان بين تا ثانيه ميافزايند 116.بعدا به اين مدل خواهيم پرداخت .
مسئله یا ابهام دیگری که در مدل انفجار بزرگ است مسئله پادماده میباشد كه در مطالب ذيل آمده است .

2-6- 2 .مسئله پاد ماده117
مسئله پادماده نیز از ناگفته ها و یا ابهامات انفجار بزرگ است . همانطور که میدانیم ، در دماي بالا بين مجموعه‌اي از ذرات و پاد ذرات تعادل برقرار مي‌شود ؛ هر زمان كه يك زوج در يك نقطه با يكديگر برخورد میكردند و نابود میشدند زوج ديگري در نقطه ديگري خلق مي‌شود ؛ وقتي دما كاهش يابد ، فرايند خلق صورت نمي‌گيرد؛ چرا كه انرژي كافي براي بوجود آمدن جرم ذره وجود ندارد ؛ در نتيجه تعادل به هم مي‌خورد و فقط نابودي صورت مي‌گيرد و جايگزيني ندارند؛ اين عمل تا نابودي كامل ادامه مي‌يابد. صورت نهايي‏ سيستم فقط به تعداد خالص ذرات ، پاد ذرات در لحظه‌اي كه خلق زوجها متوقف شود بستگي دارد ؛ چون در ازاي هر ذره، يك پاد ذره وجود دارد ( فرايند ذكر شده براي خلق و نابودي الكترون و پوزيترون براي ديگر ذرات و پاد ذرات نيز جاري است ) ؛ البته جزئيات رفتار ماده و پاد ماده در لحظات اوليه هستي اهميتي ندارد ؛ بلكه اين حقيقت كه پس از شروع عصر ذرات هيچ فرایندي كه در طي آن بتوان تعداد ذرات خالص موجود در جهان را تغيير داد ، وجود ندارد . وقتي ذره‌اي خلق يا نابود مي‌شود متناظر با آن اين اتفاق براي يك پاد ذره هم رخ دهد ؛ بنابراين وقتي سن جهان به يك هزارم ثانيه رسيده است تعادل بين ماده و پاد ماده بايد تا ابد باقي بماند .
پاد ماده در محيط زميني كم است و فقط مي‌توان آن را در آزمايشگاه‌ها، خلق كرد ؛ هر چند مقدار خلق آن تاكنون بسيار كم است .
مطالعـات نشان مي‌دهد كه كهكشان ها از ماده تشكيـل شده‌اند؛ بنابراين در زمين به عنوان منطقه‌اي از فضا فقط ماده و مقدار كمي پاد ماده كه محصول دست بشر است وجود دارد. مسئله نحوه توزيع اين عدم تعادل ظاهري در طبيعت، به مسئله پاد ماده (عدم تقارن بين ماده و پادماده ) مربوط است. در اين راستا احتمالاتي ممكن است ، اول اينكه وقتي جهان وارد عصر ذرات شد ، ماده بر پاد ماده فزوني داشته و يا پاد ماده دركهكشان به گونه‌اي از ماده جدا شده است ؛ البته اين احتمال ناممكني است چراكه نقض غرض ماست و در اين صورت خواهيم پرسيد چرا جهان اين گونه آغاز شده است ؟ و به نظر يك دانشمند تنها عددي كه نياز به توضيح ندارد ، صفر است . يكي از احتمالات ديگر كه توسط هانس آلف ون118 مطرح شد اين است كه در آغاز عصر ذرات ، جهان داراي مقادير مساوي ماده و پاد ماده بود اما نه به نحو يكنواخت ، بلكه مثل مخلوطي كه در يك جاي آن ماده و در جاي ديگر آن پاد ماده بيشتري وجود داشت ؛ فرايند نيست شدن به گونه‌اي بود كه چگالي ذره‌اي كمتر از بين برود در نتيجه در مناطق باقي مانده يا تماماً ماده بود يا پاد ماده. در مرز مناطق مختلف نيز فرايندي رخ داد ؛ ذرات و پاد ذرات كه در مرزها با هم مواجه و نابود مي‌شدند ، تابش‌هاي ايكس و گاما توليد مي‌كردند اين تابش ، ماده باقي مانده را از مرزهاي مناطق كنار زد و مانع از سرعت نيست شدن شد؛ تا مدتها اين فرضيه قابل دفاع بود و نميشد به آساني آن را طرد كرد ؛ چراكه پرتو گاما كه در فرايند نيست شدن گسيل مي‌شود، در جو زمين جذب شده و توسط تلسكوپ‌هاي سطح زمين قابل آشکار سازي نيست هر چند با پيشرفت اخترشناسي اين محدوديت به پايان رسيده است. چنين وضعيتي محتاج اين است كه توده اوليه ماده و پادماده در سطح بسيار وسيع اتفاق افتاده باشد ؛ ولي اين احتمال هست كه ساير خوشه ها از بخش پادماده باشند . به نظر ميرسد هيچ كدام از اين دو احتمال موجود ، عدم تعادل بين ماده و پادماده را توجيه نميكند .شايد بتوان چنين گفت كه برخي از فراينـدهاي پيش از عصر ذرات علت اصلي شرايط كنوني جهان هستند .
فيزيك دانان پس از كشف پادماده اعتقاد داشتند كه قوانين فيزيك تا جايي که بين ذرات و پاد ذرات تمايز است، تقريباً متقارن است ؛ اما بايد توضيح داد كه چگونه اين قوانين را در جهاني كه تعداد خالص ذرات آن صفراست ، مي‌تواند جهاني كه در آن ماده غلبه دارد و پاد ماده غايب است را بوجود آورند119 ؟!!
البته در صورت پذيرفتن مدل تورمي ، كافي است كه در لحظات اوليه شكل گيري عالم ، به شكل آماري و كاتوره اي، عدم تقارن بسيار كوچك بين ماده و پاد ماده را به عنوان بذر اوليه در نظر بگيريم و با تورم و انبساط فوق العاده اي آن را رشد داده تا اينكه در زمان فعلي به اين نتيجه برسيم كه ما در جهان ” ماده غالب ” قرار داريم و ارتباط فيزيكي ما با بخش ديگر كه جهان ” پادماده غالب ” ميباشد قطع شده است .

2-6-3 . مسئلهي تشكيل ساختار كهكشان ها
يكي ديگر از ابهاماتي كه در مدل انفجار بزرگ وجود دارد ، مسئلهي تشكيل ساختار كهكشانهاست . ماده موجود در لحظات ابتدايي پس از انفجار بزرگ به شكل پلاسما بوده است و الكترون‌ها و هسته‌ها مستقل از يكديگر حركت مي‌كردند. بين اين مجموعه ذرات باردار، دريايي بسيار داغ از تابش به شكل فوتون وجود داشت ؛ وقتي يك فوتون با يك ذره حاوي بار الکتريكي برخورد كند ، بر اثر بر همكنش بين آن ها فوتون از كنار ذره مي‌جهد ؛ برخوردهاي پيوسته بين فوتون‌ها و ذرات موجب فشار مي‌شود كه اين فشار ، مانع تشكيل كهكشان ها مي‌شود. در لحظات اوليه به محض تشكيل اتمها ، تابش با قدرت كافي توسط ماده متوقف نمي‌شد و اين دو نتيجه در پي داشت :
1) تابش مي‌توانست به راحتي فرار كند.
2) تابش ديگر فشاري بر ماده وارد نمي‌كرد ؛ بنابراين پس از گذشت

پایان نامه
Previous Entries مقاله درباره چگالي، كهكشان، ‌هابل، اوليه Next Entries مقاله درباره اعداد و ارقام، عالم ماده