کيهان شناسي در هزاره نو

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: کيهانشناسي در هزاره نو ....

بعد از چند دهه تلاش و كوشش ما نتوانسته ايم ويژگى اساسى جهان خودمان را شناسايى كنيم.

ما اكنون در ميان انقلابى از دانسته هايمان پيرامون سر منشاء تكامل جهان هستيم. انقلابى كه هم از نظريه هاى جديد و هم از تكنولوژى پيشرفته تغذيه مى كند. تلسكوپ هاى فضايى اى كه از آن سوى طيف الكترومغناطيسى جهان را زيرنظر دارند، تلسكوپ هاى عظيم زمينى، ابررايانه ها و شتاب دهنده هاى ذرات اتمى و حتى تلسكوپ هاى زيرزمينى، همگى نقش مهمى را در اين زمينه ايفا مى كنند. به مدد نظريه نسبيت عام اينشتين و فيزيك نوين ذرات مى توان با اطمينان بيشترى تاريخ كيهان را از زمان تركيب ذرات بنيادى، كه در يك ميكرو ثانيه بعد از پيدايش جهان به وجود آمدند، بررسى كرد.

بعد از چند دهه تلاش و كوشش ما نتوانسته ايم ويژگى اساسى جهان خودمان را شناسايى كنيم. در توافق نظر جديد، كه در يك دهه قبل به سختى قابل تصور بود، بيشتر كيهان شناسان عمر جهان را ?/?? ميليارد سال مى دانند و عقيده دارند كه جهان تخت است (يعنى از هندسه اقليدسى تبعيت مى كند، با خطوط موازى كه دربى نهايت هم موازى مى مانند و زواياى داخلى مثلث كه مجموعاً ??? درجه هستند). نظريه هاى جديد كيهان شناسى، تعدادى از مشكلاتى را كه به مدت چند دهه مطرح بوده اند حل مى كنند. معروف ترين اين معضلات اين بود كه جهان، جوان تر از ستاره هايى كه در آن قراردارند به نظر مى آمد .

برابرى اندازه گيرى هاى مستقل با مقادير كليدى مانند ثابت هابل نيز از موضوعات مهم كيهان شناسى هستند. بيشتر ماده كهكشان هيچ نورى از خود منتشر نمى كند و برخلاف ماده كه براى ما آشناتر و ملموس تر است، از نوترون و پروتون تشكيل نشده. به نظر مى آيد اين ماده سياه عجيب كه ?? درصد از كل جرم _ انرژى جهان را تشكيل مى دهد، از نوعى ذره بنيادى تشكيل شده كه كمى بعد از انفجار بزرگ به وجود آمده است. حتى شگفت آورتر از اين، دوسوم از جرم - انرژى كيهان است كه از انرژى تاريك اسرارآميز تشكيل شده، كه باعث سرعت يافتن گسترش جهان مى شود.

• ساختار انفجار بزرگ

اساس دريافت ذهنى ما از تكامل جهان، مدل انفجار بزرگ است كه بر پايه نظريه نسبيت عام اينشتين و رصدهاى ادوين هابل در مورد گسترش جهان مطرح شد. اثر متقابل تئورى و رصد در اينجا اهميت خاصى دارد. در ساختار نسبيت عام فضا و زمان مى توانند بپيچند، خم شوند و كشيده شوند. به وسيله رصد نيز گسترش جهان به خوبى رؤيت شده البته اين گسترش به صورت به جلو برده شدن ماده است و نه پرتاب شدن آن در خلأ. علاوه براين، ميل به قرمز (redshif) نور ساطع شده از كهكشان هاى دوردست، با اثر دوپلر، كه در اثر حركت در ميان فضا به وجود مى آيد توجيه نشده، بلكه به عنوان نتيجه گسترش فضا كه باعث كشيدگى طول موج فوتون ها راهى زمين مى شود، توضيح داده شده است.

(پديده ميل به قرمز در اثر كشيده شدن فوتون هاى رسيده به زمين از يك كهكشان دوردست ظاهر مى شود كه باعث شكافته شدن خطوط جذبى در طيف كهكشان و تمايل آن به طيف هاى قرمزتر نورمريى _ در مقايسه با ستارگان كهكشان راه شيرى - مى شود.) ميل به قرمز يك كهكشان دوردست مستقيماً نشان مى دهد جهان از زمانى كه نور آن كهكشان را ترك كرده است چقدر بزرگ تر شده. تفاوت اندازه برابر ميل به قرمز(Z)+? است. به طور مثال دورترين كوازار شناخته شده ميل به قرمز zبرابر?/? دارد. يعنى حجمى از فضا كه درزمان ترك نور از كوازار يك ميليون سال نورى پهنا داشته، اكنون ?/? ميليون سال نورى است!

نظام انفجار بزرگ بسيارى از ويژگى هاى اصلى جهان امروز را در خودجاى مى د هد - البته همه آنها را توضيح نمى دهد- از جمله: تخت بودن فضا، امواج پس زمينه كيهانى و برآمدگى هاى موجود در ماده آغازين كه ساختارهاى بزرگ آشكار امروزى را پديد آورده اند. در سال ???? فيزيكدانى به نام آلن اچ - گروت نظريه اى ارائه كرد به نام تورم. بعدها ديگران نيز توضيحاتى به اين نظريه افزودند. اين تئورى كه نشات گرفته از فيزيك كاربردى ذرات است، مهمترين ويژگى هاى جهان امروز را توضيح مى دهد. در تئورى تورم قسمت هاى كوچك كيهان اوليه به طور تصاعدى گسترش پيدا كردند و قسمتى از فضا را كه ما امروزه مى بينيم، صاف تر كردند. مانند وقتى كه بيشتر بادكردن يك بادكنك باعث مى شود قسمت كوچكى روى سطح آن صاف تر به نظر برسد.

گفته مى شود دليل اصلى جريان يافتن اين گسترش انرژى پتانسيلى وابسته به انرژى فرضى به نام inflaton است، اين انرژى پتانسيل inflatin است كه حرارت چشمگير انفجار بزرگ را فراهم كرده در حين پديده inflaton نوسانات كوانتومى در مقياس هاى زيراتمى به وسيله گسترشى مهيب به اندازه هاى نجومى مى رسند. اين بزرگ تر شدن ها در ساليان دراز بعدى به همراه گرانش رشد كردند و در نهايت به پيدايش كهكشان ها و خوشه هاى كهكشانى كنونى انجاميدند. از نظريه تورم مى توان سه نتيجه گيرى كرد: ?- فضا بايد در لبه مريى آن صاف به نظر برسد. ?- توزيع ماده در مقياس هاى نجومى بايد منشاء كوانتومى داشته باشد. ?- فضا را بايد پس زمينه اى از امواج گرانشى فرا گرفته باشد، كه به وسيله نوسانات كوانتومى بعد از ??به توان ?? - ثانيه از شروع جهان به وجود آمده اند. دو پيش بينى نخست اكنون با اندازه گيرى هايى كه روى CMBR انجام مى شود ديده شده اند (و سومى نيز احتمالاً در آينده اى نه چندان دور با اندازه گيرى ها به اثبات خواهد رسيد). اكنون به بحث درباره گسترش جهان مى پردازيم.

• گسترش جهان

ادوين هابل و ميلتون هوماسون، فاصله چند كهكشان نزديك را اندازه گيرى كردند و رابطه ميان فاصله و سرعت عقب نشينى آنها را به دست آوردند (كه وقتى كهكشانى با سرعتى كمتر از كسرى از سرعت نور از ما دور مى شود، اين رابطه با ميل به قرمز آن متناسب است). اين مؤلفه تناسب، ثابت هابل نام دارد (HO) و سرعت گسترش جهان امروز را اندازه گيرى مى كند. تعيين دقيق فواصل كهكشانى به طرز شگفت آورى سخت است و پيچيدگى هاى زيادى مزاحم تلاش براى مشخص كردن (HO) مى شود. اكنون با استفاده از پيشرفت ها و ابزار پيچيده و به مدد روش هاى متعدد و متفاوت اندازه گيرى، بر مقدارى براى اين ثبات اتفاق نظر شده است.

فواصل دقيق كهكشانى در مقياس هاى دور كه به وسيله بخشى از پروژه كليدى هابل (hstkp) به دست آمده است، قسمتى از سرفصل هاى مدنظر فريدمن (freedman) مدير اين پروژه را تشكيل مى دهد .با آشكارسازى و اندازه گيرى ستاره هاى متغير (Cepheid) در ?? كهكشان مارپيچى، هابل محققان اين پروژه را قادر كرد تا ? روش تنظيم شده، به عنوان دومين شاخص فاصله، براى فواصل بيش از يك ميليارد سال نورى، به دست آوردند. چنين فواصلى به خوبى در مسير رصدى هابل قرار دارند. جايى كه اثر مخرب اجتماع كهكشان هاى پر جرم، همچون خوشه سنبله، تاثير محسوسى در اندازه گيرى ها ندارند. با تركيب هر پنج تكنيك، مقدار ?? كيلومتر در ثانيه، در مگاك - با خطايى حدود ?? درصد _ براى ثابت هابل به دست آمد.

در حالى كه پارامتر اندازه گرفته شده توسط خود هابل ??? كيلومتر در ثانيه در مگاك بود. از آنجا كه اندازه جهان قابل رصد و سن آن، هر دو با ثابت هابل رابطه عكس دارند. رشدى كه اين مقدار اصلاح شده براى جهان قابل رؤيت نشان مى دهد هشت برابر گسترشى است كه قبلاً براى جهان اندازه گرفته شده بود. گروه هاى نجومى ديگرى هم با ثابت هابلى كه اين پروژه به دست آورد موافقت كردند. پس مى توان گفت يكى از پارامترهاى مهم كيهان شناسى بالاخره تعيين شده است.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 219]