Scientific Information

زندگي تكثير ثروتی است كه نامش محبت است

انفجار بزرگ ( Big Bang ) چیست و نظریات مختلف در این مورد
ساعت ۱:٤٠ ‎ب.ظ روز دوشنبه ٥ مهر ۱۳۸٩  
بیگ بنگ یا انفجار بزرگ چیست؟

تئوری انفجار بزرگ یا بیگ بنگ که در فارسی به آن نظریه مهبانگ هم می گویند آغاز آفرینش و هستی را بیان می کند. پیدایش کائنات برای انسان همواره یک راز نادانسته بود و بشر می خواست بداند که این پیدایش از کجا شروع شد.آیا به صورت یکنواخت بوده و همین گونه نیز ادامه دارد یا نه؟ چنان که برخی اعتقاد داشته اند که کائنات همین ساختار را داشته و بدون تغییر باقی می ماند.
نتیجه اینکه نظریه های مختلفی در این رابطه وجود داشت و نظریه پردازیهای زیادی می شد. یکی از این نظریه ها که حدود سی و هفت یا سی و هشت سال قبل ارائه شد بیگ بنگ یاهمان انفجار بزرگ نام داشت که توانست به خیلی از ابهامات پاسخ بدهد. این نظریه، آغاز کائنات را از یک هسته اتم در فضا و زمان صفر می داند زیرا آن هنگام هنوز فضا و زمان آغاز نشده بود. تصور بکنید که تمام کائنات در یک هسته اتم یاحتی کوچکتر از آن جای داشت و در یک لحظه این فضا و زمان آغاز می شود یعنی اینکه یک انفجار بزرگ که حاصل گرانش شدید ناشی از فشردگی بوده، شروع شد.
این واقعه بین سیزده تا پانزده میلیارد سال پیش رخ داده است، درحقیقت این حادثه از آن نقطه صفر شروع می شود. قابل ذکر است که باوجودچنین فشردگی ای طبیعتاً دمای بسیار زیادی در لحظه کمی قبل از انفجار بزرگ حاکم بوده است. هنگامی که فضا و زمان شروع به بزرگ و باز شدن کرد، دما مدام رو به کاهش بوده به طوری که تخمین زده می شود وقتی فقط یک ثانیه ازتشکیل کائنات می گذشته است ده میلیارد کلوین نزول دما داشته ایم.
انبساط جهان به قدری شدید رخ داده است که از اندازه کوچکتر از یک هسته اتم در یک لحظه به اندازه کره زمین بزرگ می شده، یعنی انبساط و تورم بعد از بیگ بنگ شروع شده بود اما هنوز کهکشانها به وجودنیامده بودند. نور آغاز کائنات بود سپس بعد از نور، ماده ایجاد شد و شاید بعد از دو میلیارد سال از انفجار بزرگ کهکشانها شکل گرفتند و خورشید ما یکی از ذرات کوچک آنهاست.

● کهکشانها چگونه و چه زمانی شکل گرفتند؟
کهکشانی که ما در آن هستیم (کهکشان راه شیری) حدود ده میلیارد سال پیش به وجود آمده است البته اگر قبول کنیم که بیک بنگ سیزده میلیارد سال پیش رخ داده است.
اما کهکشانها انواع مختلفی دارند که عبارت است از: نامنظم، بیضوی و مارپیچی.

از مواد اطراف کهکشانها که باقی مانده بودند بازوهای کهکشانی شکل گرفتند اما چون فشردگی مواد را در آن قسمت فضا داشتیم و نیز کهکشانهای شکل گرفته بسیار نزدیک به هم بودند طبیعتاً برخوردها هم زیاد بوده است یعنی دو کهکشان با هم ادغام شده و یک کهکشان بزرگتر تشکیل می دادند یا سبب ساز بازوهای کهکشانی بزرگتر می شدند. این اثرات در بحث انتقال به سمت قرمز یا رد شیفت می گنجند.

● این انفجار چقدر طول کشید؟
برای لحظه انفجار بزرگ عدد ده به توان منفی چهل و سه را در نظر می گیرند و بعد از آن لحظه، حادثه شروع می شود که حتی هنوز به هزارم ثانیه نرسیده، تغییرات در حال رخ دادن بوده است.
● عالم هستی و جهان کائنات در ابتدا چگونه به نظر می آمد؟
آشکار است برای آگاهی از چگونگی اولین ثانیه ها و یا بهتر بگوییم اولین اجزای ثانیه های پس از انفجار اولیه نباید از ستاره شناسان پرسید بلکه در این مورد باید به فیزیکدان های متخصص در امر فیزیک ذره ای مراجعه کرد که در مورد تشعشعات و ماده در شرایط کاملا سخت و غیر عادی تحقیق می کنند و تجربه می کنند. تاریخ کیهان معمولا به ۸ مقطع کاملا متفاوت و غیر مساوی تقسیم می شود :

▪ مرحله ۱
صفر تا ۴۳- ۱۰ ثانیه
این مساله هنوز برایمان کاملا روشن نیست که در این اولین اجزای ثانیه ها چه چیزی تبدیل به گلوله آتشینی شد که کیهان باید بعدا از آن ایجاد گردد . هیچ معادله و یا فرمول های اندازه گیری برای درجه حرارت بسیار بالا و غیر قابل تصوری که در این زمان حاکم بود در دست نمی باشد.

▪ مرحله ۲
۴۳- ۱۰ تا ۳۲- ۱۰ ثانیه
اولین سنگ بناهای ماده مثلا کوارک ها و الکترون ها و پاد ذره های آنها از برخورد پرتوها با یکدیگر به وجود می آیند. قسمتی از این سنگ بناها دوباره با یکدیگر برخورد می کنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه های بسیار بسیار اولیه ذرات فوق سنگین - نیز می توانسته اند به وجود آمده باشند. این ذرات دارای این ویژگی هستند که هنگام فروپاشی ماده بیشتری نسبت به ضد ماده و مثلا کوارک های بیشتری نسبت به آنتی کوارک ها ایجاد می کنند. ذرات که فقط در همان اولین اجزای بسیار کوچک ثانیه ها وجود داشتند برای ما میراث مهمی به جا گذاردند که عبارت بود از : ( افزونی ماده در برابر ضد ماده )

▪ مرحله ۳
از ۳۲- ۱۰ ثانیه تا ۶- ۱۰ ثانیه
کیهان از مخلوطی از کوارک ها - لپتون ها - فوتون ها و سایر ذرات دیگر تشکیل شده که متقابلا به ایجاد و انهدام یکدیگر مشغول بوده و ضمنا خیلی سریع در حال از دست دادن حرارت هستند .

▪ مرحله ۴
از ۶- ۱۰ ثانیه تا ۳- ۱۰ثانیه
تقریبا تمام کوارک ها و ضد کوارک ها به صورت پرتو ذره ها به انرژی تبدیل می شوند. کوارک های جدید دیگر نمی توانند در درجه حرارت های رو به کاهش به وجود آیند ولی از آن جایی که کوارک های بیشتری نسبت به ضد کوارک ها وجود دارند برخی از کوارک ها برای خود جفتی پیدا نکرده و به صورت اضافه باقی می مانند. هر ۳ کوارک با یکدیگر یک پروتون با یک نوترون می سازند. سنگ بناهای هسته اتم های آینده اکنون ایجاد شده اند.

▪ مرحله۵
از ۳- ۱۰ ثانیه تا ۱۰۰ ثانیه
الکترون ها و ضد الکترون ها در برخورد با یکدیگر به اشعه تبدیل می شوند. تعدادی الکترون باقی می ماند زیرا که ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود دارد. این الکترون ها بعدا مدارهای اتمی را می سازند

▪ مرحله ۶
از ۱۰۰ ثانیه تا ۳۰ دقیقه
در درجه حرارت هایی که امروزه می توان در مرکز ستارگان یافت اولین هسته های اتم های سبک و به ویژه هسته های بسیار پایدار هلیم در اثر همجوشی هسته ای ساخته می شوند. هسته اتم های سنگین از قبیل اتم آهن یا کربن در این مرحله هنوز ایجاد نمی شوند. در آغاز خلقت عملا فقط دو عنصر بنیادی که از همه سبکتر بودند وجود داشتند : هلیم و هیدروژن

▪ مرحله ۷
از ۳۰ دقیقه تا ۱ میلیون سال پس از خلقت
پس از گذشت حدود ۳۰۰۰۰۰ سال گوی آتشین آنقدر حرارت از دست داده که هسته اتم ها و الکترون ها می توانند در درجه حرارتی در حدود ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد به یکدیگر بپیوندند و بدون اینکه دوباره فورا از هم بپاشند اتم ها را تشکیل دهند . در نتیجه آن مخلوط ذره ای که قبلا نامرئی بود اکنون قابل دیدن می شود.

▪ مرحله ۸
از یک میلیون سال پس از خلقت تا امروز
از ابرهای هیدروژنی دستگاههای راه شیری ستارگان و سیارات به وجود می ایند. در داخل ستارگان هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و آهن تولید می شوند. که بعد ها در انفجارات ستاره ای آزاد می گردند و برای ساخت ستارگان و سیارات و حیات جدید به کار می ایند.
● عناصر اصلی حیات زمینی چه زمانی پدیدار شد؟
برای زمین با توجه به گوناگونی حیات که در آن وجود دارد ۳ چیز از اهمیت خاصی برخوردار بوده است:
از همان ابتدای خلقت همیشه ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراین همواره ماده برای ما باقی می ماند.
در مرحله ششم هیدروژن به وجود آمد این ماده که سبک ترین عنصر شیمیایی می باشد سنگ بنای اصلی کهکشانه ها و سیارات می باشد. هیدروژن همچنین سنگ بنای اصلی موجودات زنده ای است که بعدا روی زمین به وجود آمدند و احتمالا روی میلیاردها سیاره دیگر نیز وجود دارند. در مرکز ستارگان اولیه هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و یا کربن یعنی سنگ بناهای اصلی لازم و ضروری برای زندگی و حیات بوجود آمدند.

● آیا عالم همواره در حال انبساط خواهد بود؟
جنبش انبساطی یا به عبارت دیگر از همدیگر دور شدن کهکشانه ها به هر حال رو به کند شدن است. زیرا جزایر جهانی متعدد در واقع به سمت یکدیگر جذب می شوند و در نتیجه حرکت انبساطی آن ها کند تر می شود. اکنون پرسش فقط این است که آیا زمانی تمام این حرکت ها متوقف خواهد گردید و این عالم در هم فرو خواهد پاشید؟ این مساله بستگی به تراکم ماده در جهان هستی دارد. هر چه این تراکم بیشتر باشد نیرو های جاذبه بین کهکشانه ها و سایر اجزای گیتی بیشتر بوده و به همان نسبت حرکت آن ها با شدت بیشتری متوقف خواهد شد.

در حال حاضر چنین به نظر می رسد که تراکم جرم بسیار کمتر از آن است که زمانی عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر حال این امکان وجود دارد که هنوز جرم های بسیار بزرگ ناشناخته ای از قبیل ( سیاهچاله های اسرار آمیز) یا ( ابرهای گازی شکل تاریک ) وجود داشته باشند و نوترینو ها که بدون جرم محسوب می شوند جرمی هرچند کوچک داشته باشند. اگر این طور باشد در این صورت حرکت کیهانی زمانی شاید ۳۰ میلیارد سال دیگر متوقف خواهد شد. در آن زمان کهکشان ها با شتابی زیاد حرکت به سوی یکدیگر را اغاز خواهند کرد تا در نهایت به شکل یک گوی آتشین عظیم با یکدیگر متحد شوند. آن زمان شاید می باید روی یک انفجار اولیه جدید دیگر و تولد یک عالم جدید حساب کنیم. با توجه به سطح کنونی دانش بشر و میزان پژوهش های انجام شده باید اینطور فرض کرد که عالم تا ابدیت انبساط خواهد یافت.

● با توجه به بزرگی وعظمت کائنات، پیدایش حیات غیرزمینی چقدر احتمال دارد؟
با یک حساب سرانگشتی متوجه می شویم که باوجود این تعداد ستاره احتمال حیات بسیار زیاد است. حتی بعضی از ستاره ها دارای سیاره نیستند و یا این سیاره بسیار دور از ستاره یا بسیار نزدیک به آن هستند و برخی هم گازی می باشند اگر تمام این موارد را از کل ستاره ها کم کنیم تقریباً بیست وپنج درصد آنها امکان وجود حیات را دارند.

● آیا میدانستید ...؟
▪ تئوری بیگ بنگ در ابتدا توسط کشیش بلژیکی به نام Georgs Lemaitre در سال۱۹۲۷ بیان شد. فرضیه او بعد از مشاهده ی تغییر red shift (خطوط طیف قرمز که برای اندازه گیری فاصله ستارگان از زمین به کار میرود) در سحابی های دور دست ( توده های عظیم گازی) توسط ستاره شناسان ،به عنوان مدل مبنی بر فرضیه ی نسبیت برای جهان مطرح شد. اما فرضیه بیگ بنگ زمانی قاطعانه مورد تایید قرار گرفت که این تشعشعات در سال ۱۹۶۴ توسط Arno Penzias وRobert Wilson کشف شد. که بعدها این ۲ نفربه علت همین کشف خود برنده جایزه نوبل شدند. این تئوری اگر چه بطور وسیعی مورد پذیرش قرار گرفته است لیکن ممکن است هرگز به اثبات نرسد چرا که هنوز برخی سوالات در مورد آن همچنان بی جواب مانده است.

▪ فقط حدود ۴درصد عالم از ماده ، به شکلی که ما می شناسیم تشکیل شده است ، یعنی ماده معمولی که ما می شناسیم و در آزمایشگاه وجود دارد، فقط ۴درصد کل عالم را می سازد. ۲۳درصد عالم را ماده تاریک سرد تشکیل داده که دانشمندان اطلاعات خیلی کمی درباره اش دارند و ۷۳درصد باقی مانده را انرژی تاریک عجیب تشکیل می دهد که تقریبا تنها چیزی که در موردش می دانیم ، این است که وجود دارد!

نظریه انفجار بزرگ محال است

ابتدا باید بدانیم که سرعت فرار چیست ؟

اگر از سطح کره زمین گلوله‌ای را به طرف آسمان با سرعتی ( سرعت اولیه ) کمتر از سرعت فرار پرتاب کنیم [ با صرف نظر کردن از نیروی مقاومت هوا ] این گلوله به سطح سیاره زمین بر می‌گردد . در واقع هرگاه گلوله‌ای را به طرف بالا پرتاب کنیم ، گلوله تا ارتفاع معینی بالا می رود ، سرعت آن به صفر می‌رسد و دوباره به سطح زمین بر می گردد . در نقطه اوج ، گلوله تنها دارای انرژی پتانسیل است . هر چه سرعت اولیه گلوله بیشتر باشد ، تا ارتفاع بیشتری صعود می‌کند . با این مقدمه می توانیم سرعت فرار را اینگونه تعریف کنیم :

سرعت فرار = مینیمم سرعت لازم برای عدم بازگشت گلوله به سطح سیاره زمین است

چون گلوله به سطح زمین باز نمی گردد پس تا بینهایت به حرکت خود ادامه می دهد و چون مینیمم مقدار لازم است ، پس گلوله در بینهایت متوقف می شود . با استفاده از روابط انرژی پتانسیل گرانشی و انرژی جنبشی جسم می توان فرمولی برای سرعت فرار بیان کرد .

اگر انرژی پتانسیل گرانشی یک دستگاه شامل دو جسم در فاصله بی نهایت را برابر صفر در نظر بگیریم به راحتی می توان اثبات کرد که :
که در این رابطه U انرژی پتانسیل ، M جرم زمین ، m جرم گلوله ، G ثابت گرانش و r فاصله مرکز زمین تا مرکز گلوله است . با توجه به مطالب گفته شده در بالا می توان گفت که :
K انرژی جنبشی و Vesc سرعت فرار گلوله میباشد . رابطه اخیر ، فرمول سرعت فرار برای گلوله است و چنانکه دیده می شود این سرعت به جرم گلوله بستگی ندارد . همچنین متوجه می شویم که اگر فاصله دو جسم به صفر میل کند سرعت فرار به بینهایت میل خواهد کرد .

با در نظر گرفتن شعاع و جرم ، سرعت فرار برای برخی از اجرام سماوی منظومه شمسی به صورت زیر است :

سرعت فرار از سطح خورشید برابر 617.5 کیلومتر بر ثانیه ، از سطح عطارد 4.4 کیلومتر بر ثانیه ، از سطح زهره 10.4 کیلومتر بر ثانیه ، از زمین 11.2 کیلومتر بر ثانیه و از ماه 2.4 کیلومتر بر ثانیه و از مریخ 5 کیلومتر بر ثانیه میباشد .

نظریه پردازان انفجار بزرگ مدعی هستند که تمام جرم ( ماده ) و انرژی امروزه موجود در کیهان ، در چند میلیارد سال پیش در گوی بسیار چگال ( کوچک به اندازه یک نخود یا یک ذره اتمی ) ، داغ و متراکم بوده است و بعد از انفجار این گوی ، ماده و انرژی انتشار یافته و کیهان پدیدار شده است . اینک برسی خواهیم کرد که آیا این نظریه میتواند درست باشد ؟
برای اینکار میبایست سرعت فرار برای ماده و انرژی را در گوی چگال ( ابتدای انفجار و پیدایش کیهان ) حساب کنیم . سرعت فرار برابر خواهد بود با حد معادله کلی سرعت فرار ، زمانی که جرم گوی به بینهایت و شعاع آن به صفر میل می‌کند . برای اینکه جرم کیهان غیر قابل تصور و بینهایت بوده و شعاع این گوی به علت فشار گرانشی غیر قابل تصور این مقدار جرم عظیم ، در حد صفر بوده است ( یعنی چیزی به اندازه شعاع یک ذره اتمی ) . مقدار کلی این حد بینهایت است ، پس میتوان به راحتی نتیجه گرفت که هیچ چیز ( ماده ، جرم یا انرژی ) توان خروج و فرار از این گوی را نداشته است . هر چند که حد نهایی سرعت در نظریه نسبیت سرعت نور مطرح میشود و سرعت نور نیز مقدار پیش پا افتاده و بسیار کمی در مقابل این مقدار سرعت فرار فوق‌العاده زیاد و غیر قابل درک است . پس میتوان به این نتیجه کلی رسید که این گوی در صورت وجود ، مکان بسته‌ای بوده است که خروج و فرار از آن غیر ممکن و محال می‌نماید . پس اگر گویچه‌ای با این مشخصات در کیهان به علت تجمع تمامی اجرام و انرژی‌ها تشکیل شود ، ماده ( جرم ) و انرژی محکوم است تا به ابدیت در این وضعیت ناهنجار باقی بماند و هیچ عاملی نخواهد توانست ماده و انرژی را از آن مجددا به بیرون بکشد و کیهانی دیگر مشابه کیهان ما را پدیدار کند .

پس نظریه انفجار بزرگ که توجیهی برای انبساط و پدیدار شدن کیهان فعلی ماست ، بسیار محال و غیر ممکن می‌نماید . به بیان شیواتر همانطور که می‌دانیم نور توان خروج و فرار از درون سیاه چاله ها ( پایین‌تر از شعاع شوارتس شیلد ) را ندارد . اینک این سوال مطرح میشود که نور حاصل از انفجار بزرگ چگونه توان فرار از آن میدان گرانش غیر قابل تصور را داشته است و بعد از سرد شدن تبدیل به امواج پس زمینه کیهان شده است ؟ و اصولا خود نور سرد نمی‌شود بلکه طیف انتشاری اجسام داغ در هنگام سرد شدن خود جسم ، به طرف طیف قرمز حرکت می‌کند . حد نهایی سرعت در نظریه نسبیت سرعت نور است که برای نظریه انفجار بزرگ کافی نیست .

نظریه انفجار بزرگ برای توجیه کیهان ، سرعت بینهایت می‌خواهد ( می‌طلبد ) که نسبیت را نقض می‌کند .
اینک دو گزینه داریم
1- صحت تئوری نسبیت
2- صحت نظریه انفجار بزرگ

انتخاب با شماست . ولی به نظر میرسد که فعلا صحت تئوری نسبیت انتخاب شود و نظریه انفجار بزرگ مردود شود !