انفجار بزرگ

واضح آرشیو وب فارسی:پی سی سیتی: Big Bang

مهبانگ و انبساط جهان(از كتاب در آمدي بر فيزيك امروز.اُهانيان)

كيهانشناسي جهان را در مقياس بزرگ مطالعه مي كند:اندازه آن ،شكل آن،وتكامل آن.فكر يك كيهانشناس بايد در فواصلي به بزرگي 10بيليون سال نوري،ودر زمانهايي به بزرگي 10بيليون سال يا بيشتر به جولان در آيد.
در اوايل اين قرن،منجمين جهان را بسيار كوچك مي پنداشتند.آنها تصور مي كردند كه فتصله دور ترين ستاره هاي كهكشان ما در حدود 000,30سال نوري است.و در آنسوي اين فاصله چيزي جز فضاي خالي يا تيره نيست.ولي در دهه1920ادوين هابل(Edwin Hubble)با استفاده از تلسكوپ 100اينچي مونت ويلسون ثابت كرد كه «سحابيهاي» رگه رگه ي ضعيفي كه در تمام قسمت هاي آسمان يافت مي شوند در واقع مجموعه هاي غول پيكري از ستارگان شبيه به كهكشان ما هستند.ولي در فاصله بسيار زيادي از ما قرار دارند.او براي اندازه گيري اين فواصل بسيار بزرگ كيهاني روشهايي ابداع كرد و كشف كرد كه بعضي از كهكشانهاي دور دست بيشتر از نيم بيليون سال نوري با ما فاصله دارند.
كيهان شناس براي شروع يك تحليل نظري بايد از جهان يك فرض بنيادي بكند:قوانين فيزيكي كه در قسمتهاي يگر جهان معتبرند،همانهايي هستند كه در حول و حوش ما نيز معتبر هستند.شواهدي تجربي وجود دارد كه اين فرضيه را تاييد مي كند.مثلا نور و امواج راديويي كه از كهكشانهاي دور به ما ميرسند،همان ويژگيهاي اساسي نور و امواج راديويي ايجاد شده در آزمايشگاههاي زميني مارا دارند.ولي البته راه مستقيمي براي تحقيق جزييات اين فرضيه وجود ندارد.در عمل به نظر مي رسد كه فرضيه جهانشمولي قوانين فيزيكي بخوبي صادق است واين فرضيه مارا قادر ميسازد كه از اطلاعات رصدي كه منجمين و منجمين راديويي با تلسكوپهاي راديويي خود جمع آوري كرده اند سر در بياوريم.
در ميان نيروهاي طبيعت،ثقل در شكل دادن به وجوه بزرگْ مقياس جهان و تحول عالم نقش اصلي را دارد.بنابراين دراينجا با قانون ثقلي نيوتون بررسيهاي نظري را پي ميگيريم.به بيان دقيقتر نظريه نيوتن براي توضيح جهان كاملا كفايت نمي كند زيرا در فواصل بزرگ كيهاني آثار نسبي اهميت پيدا مي كند.بنابراين لازم است كه از نظريه نسبيت عام هم بهره بگيريم.با وجود اين ديده ميشود كه نظريه نيوتون به نحو شگفت آوري در مطالعه بعضي پرسش هاي ديناميك جهان موفق است.

الف)انبساط جهان
در آسمان شب ميتوانيم حدود2000ستاره را با چشم غير مسلح بينيم. تلسكوپ تعداد بسيار بيشتري از ستارگان را آشكار مي كند.و نشان مي دهد كه اين ستارگان قسمتي از يك مجموعه ي بزرگ يا ابري از ستارگان هستند.اين ابر كهكشان يا راه شيري نام دارد.اين كهكشان تقريبا شامل10به توان 11ستاره است.كه در قرص نا منظمي به قطر حدود 10 به توان 5 سال نوري قرار گرفته اند.اين قرص داراي يك برآمدگي مركزي است و بازوهايي مارپيچي دارد كه ستارگان در امتدادشان تمركز يافته اند.
تعداد زيادي كهكشانهاي خارجي در خارج كهكشان ما وجود دارد.با تلسكوپ هاي بزرگ روي هم رفته حدود 10 به توان11كهكشان را ميتوان مشاهده كرد.كهكشانهاي ابرغولي موجودند كه در هريك 10به توان12 ستاره وجود دارد.وكهكشانهاي كوتوله اي نيز هستند كه فقط 10به توان 6ستاره دارند.بعضي كهكشانها كروي و بعضي بيضي شكل هستند.و چون كره ها و تخم مرغهاي نوراني به نظر ميرسند.برخي نيز مارپيچي و مارپيچي ميله اي (نظير يك ميله چرخان)هستند.بعضي نيز شكلهاي عجيبي دارند.
همه كهكشانها در حركتند.بسياري از آنهادر خوشه هايي جمع شده اند و به دور يكديگر ميگردند و گهگاه تصادفا برخورد مي كنند.ولي ما از جزييات حركت كهكشانها چشم ميپوشيم و به ويژگيهاي بزرگ مقياس حركت آنها توجه ميكنيم.در اين صورت متوجه ميشويم كه در مقياس بزرگ ،كهكشانها حركتي فرار گونه دارند-همه كهكشانهاي دور دست از ما ميگريزند.به جدول زير توجه كنيد:

نام كهكشان

فاصله

سرعت گريز

دب اكبر

0/1در 10به توان 9سال نوري

5/1در10به توان7m/s

اكليل شمالي

4/1در 10به توان 9سال نوري

2/2در 10به توان7m/s

عوا

5/2در 10به توان9سال نوري

9/3در10به توان7 m/s

شجاع

0/4در10به توان9سال نوري

1/6در 10 به توان 7m/s

همه اين كهكشانها با تندي هاييكه به 6در10به توان 7ميرسد،از ما دور مي شوند.اجرام ديگري نيز هستند كه از اين هم بيشتر از ما دور مي شوند. يك مورد از اين اجرام سريع السير اختر نماي (OH471)QSOاست. كه تندي آن در حدود 90%تندي نور است.

ب)تعيين سرعت فرار كهكشانها:
سرعت فرار كهكشانها را مي توان به روش انتقال به سوي قرمز تعيين كرد.اين روش مبتني بر اين حقيقت است كه نوري كه از يك چشمه دور شونده به ما مي رسد،قرمز تر از نور يك چشمه ساكن است(و بالعكس نوري كه از يك چشمه نزديك شونده به ما ميرسد،آبيتر به نظر ميرسد).اين انتقال رنگ و به عبارت دقيقتر انتقال طول موج ،مسقيما به سرعت بستگي دارد.براي تعيين سرعت فرار اختر شناسان تنها به اين نياز دارند كه مقدار انتقالي را كه در رنگ و اصل از اتم هاي يك كهكشان دور نسبت به رنگ نور تشعشع شده توسط همان اتم ها در زمين حاصل شده است اندازه گيري كنند.
در شكل گريز كهكشانها،سرعت گريز كهكشانهاي دور دست،نسبت به كهكشان ما نشان داده شده است.با اندازه گيري سرعت ها و فواصل كهكشانها هابل كسف كرد كه اين گريز از قاعده بسيار ساده اي پيروي ميكند :سرعت گريز هر كهكشان ارتباط مستقيم با فاصله اش از ما دارد.يعني كهكشانهاي نزديك به كندي و كهكشانهاي دور به تندي حركت مي كنند.اين تناسب قانون هابل ناميده مي شود.از لحاظ رياضي اين قانون به صورت زير مي باشد:V=H0r(1)
كه در آن H0(اچ- صفر)ثابت هابل است.اگر rبر حسب سال نوري بيان شود،مقدار عددي ثابت هابل برابر است با :H0=1/7*109(ثابت هابل برابر است با يك مميز هفت در ده به توان 9)(2)
مثلا كهكشان آنسوي صورت فلكي شجاع،داراي سرعت گريز 6/1 در ده به توان هفت متر بر ثانيه استو در فاصله ي 3/5در 10 به توان 9 سال نوري قرار دارد كه با معادله (1) سازگار است
منجمين فاصله كيهاني بسيار زياد ماتا كهكشانهاي ديگر را به وسيله ميزان روشني يا روش چراغ جلو تعيين مي كنند.اين روش بر اين اساس است:_كهكشانهاي دور دست به نظر ما كم نور تر و كهكشانهاي نزديك به نظر ما پر نور ترند_.درست همانطور كه در يك جاده تاريك ، چراغ هاي جلو ماشيني كه از ما دور است،كم نور تر از چراغهاي جلو يك ماشين نزديك به نظر مي رسند.اگر همه كهكشانها دقيقا يك مقدار نور توليد مي كردند،اختلاف روشني ظاهر آنها، كه با تلسكوپ هاي ما رصد مي شود،صرفا معلول اختلاف فواصل آنها مي بود.اما در عمل مشكلتي وجود دارند. دو كهكشان ممكن است به يك فاصله از ما باشند اما روشني ظاهري آنها متفاوت باشد زيرا يكي ستاره هاي بيشتري دارد و نور بيشتري توليد مي كند.در موقع استفاده از روش روشني بايد اين تفاوتهاي ذاتي به حساب آورده شوند.منجمين روش هاي هوشمندانه اي براي انتخاب كهكشانها،يا قسمتهايي از كهكشانهايي كه داراي روشني بسيار هستند ابداع كرده اند.ولي هنوز هم عدم قطعيت بسياري در تعيين فواصل وجود دارد.عدم قطعيت در معادله 2حداقل25%يا بيشتر است.اگر چه شكل گريز كهكشانها اين احساس غلط را به ما ميدهد كه كهكشان ما در مركز عالم است.و تمام كهكشانهاي ديگر از ما دور مي شوند.ولي كهكشان ما جاي خاصي را در عالم شغال نميكند.كهكشانهاي ديگر فقط از ما دور نمي شوند بلكه از يكديگر نيز دور مي شوند._كهكشانها همه از هم دور مي شوند.يعني جهان در حال انبساط است.يك منجم برون زميني كه در كهكشاني آنسوي صورت فلكي شجاع ميبيند كه كهكشان ماو ساير كهكشانها از او دور مي شوند.بنا بر اين جايگاه ما در جهان تقريبا مانند جاهاي ديگر است.كيهانشناسان بر اين عقيده اند كه اين يكنواختي سرا سري،نه تنها براي انبساط بلكه براي تمام وجوه ديگر نيز صادق است.مثلا تعداد انواع كهكشا نهايي كه يك منجم برون زميني در اطراف خود مي بيند،به طور متوسط همان است كه ما در اطراف خود مي بينيم._عالم تقريبت در همه جا يكسان است.اين حكم يكنواختي مقياس جهان اصل كيهانشناختي نام دارد.
گريز كهكشانها را مي توان به كمك يك تشبيه توضيح داد:وقتي نارنجكي در هوا منفجر مي شود،پاره هاي نارنجك در تمام جهات پراكنده مي شوند.ممكن است پاره هاي مختلف سرعت هاي مختلف داسته باشند.در اين صورت پس از گذشت زمان معين به فواصل معين ميرسند. پس از زمان tموضع تكه اي كه سرعتش Vاست،برابراست با:
r=Vt(3). اگر اين رابطه را به صورت V=r/t(4).
بنويسيم ميبينيم كه در يك زمان معين پاره اي كه فاصله اش از همه بيشتر است،بيشترين سرعت را دارد.اين تناسب سرعت و فاصله به همان صورت قانون هابل است.بنابراين قانون هابل بيانگر اين است كه كهكشانها در گذشته اي دور(17ميليارد سال پيش)بر اثر يك انفجار كيهاني به حركت انداخته شدند.و تاكنون هم كم و بيش آنرا ادامه داده اند.تنها اشكال مقايسه حركت پاره هاي نارنجك و كهكشانها در اين است كه در مورد اول مركز انفجار كاملا معيني وجود دارد.در حاليكه در مورد دوم انفجار به طور همزمان در همه جا روي داده و مركز خاصي براي انفجار وجود ندارد ضمنا در انبساط جهان تنها فواصل بين كهكشانهاست كه فزوني مي يابد خود كهكشانها انبساط پيدا نمي كند. اين مطلب نيز با مثال نارنجك سازگار است.زيرا در آنجا نيز فقط فواصل تكه هاي نارنجك زياد مي شود.ولي اندازه خود پاره ها ثابت مي ماند.
اميدوارم مورد استفاده قرار بگيره.
كپي از اين مطالب به هيچ وجه مجاز نمي باشد مگر با ذكر نام منبع. (http://mehregansky.blogfa.com)

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: پی سی سیتی]

[مشاهده در: www.p30city.net]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 422]