قسمت ۳۰م دوره ابتدای نجوم | کیهان شناسی
در این قسمت از دوره ابتدای نجوم، سعی می‌کنیم گذری کوتاه به مبحث کیهان‌شناسی داشته باشیم.
دنیایی عجیب و غریب و پر از راز و رمز. محدوده جولان نظریه‌هایی همچون نسبیت و ریسمان و کوانتوم و همه چیز!
اگر به مباحث فلسفیِ علم علاقمند هستید، در ادامه مطلب با علم بازار همراه باشید تا در کنار یکدیگر، گشتی در این حال و هوا از علم داشته باشیم.
کیهان شناس ها، هر چیزی که در دنیای نجوم وجود دارد را به صورت اعداد و ارقام می بینند. حتی سحابی خرچنگ را!
کیهان‌شناسی
کیهان‌شناسی یا Cosmology از واژه یونانی cosmos به معنای عالم گرفته شده است. پس کیهان‌شناسی به مطالعه عالم می‌پردازد. در واقع کیهان‌شناسی شاخه‌ای از علم ستاره‌شناسی است که در آن به مطالعه ساختار جهان مي‌پردازند و همچنين موضوعات مربوط به مبدأ آفرینش و سیر تکاملی جهان بوسیله ستاره‌شناسی، فلسفه و دین بررسی می‌شود.
تاریخچه و سیر تحولی کیهان‌شناسی
اقلیدس، ریاضیدان یونانی، با استفاده از سه بعد طول، عرض و ارتفاع، فضا را تعریف کرد. تعریفی که اسحاق نیوتن، فیزیکدان و ریاضیدان انگلیسی، از جهان ارائه داد نیز مطابق با نظریات اقلیدس بود. فضایی لایتناهی که با استفاده از سه بعد طول، عرض و ارتفاع تعریف میشد.
اما نظریه فضای لایتناهی عاری از مشکل نیست. طبق قضیه اولبرس که از نام ستاره‌شناس آلمانی، ویلهلم اولبرس (۱۸۴۰ – ۱۷۵۸) گرفته شده، اگر ستارگان به یک شکل در تمام فضای لایتناهی پراکنده شوند، در تمامی جهات ستاره‌ای وجود خواهد داشت. اگر چیزی در مسیر ستارگان دور دست قرار نگیرد تمام آسمان درخشندگی خورشید را خواهد داشت که عملا چنین نیست.
آلبرت انیشتین (۱۹۵۵ – ۱۸۷۹)، دانشمند آمریکاییِ آلمانی تبار، با ارائه نظریه نسبیت عام در سال ۱۹۱۵ مشکل نظریه نیوتن را حل کرد. آلبرت انیشتین نشان داد که فضا و ماده موجود در آن، محدود اما نامحصور است (یک جهان دو بعدی به شکل سطح یک کره را تصور کنید، این جهان محدود خواهد بود اما هیچ لبه یا حصاری نخواهد داشت). جهان محدود اما نامحصور آلبرت انیشتین، ساکن است اما به آسانی می‌تواند منبسط یا منقبض شود.
نظریه انبساط جهان با کشفی که ادوین هابل (۱۹۵۳ – ۱۸۸۹)، ستاره‌شناس آمریکایی، به عمل آورد، قوت گرفت. او دریافت که کهکشانها در حال حرکت در جهان هستند. او همچنین متوجه شد که کهکشانهای دورتر، سریعتر از کهکشانهای نزدیکتر حرکت می‌کنند. در سال ۱۹۳۱، ژرژ لومتر (۱۹۶۶ – ۱۸۹۴) ، دانشمند بلژیکی ، اعلام کرد که عامل این انبساط، تجزیه خود بخود آنچه که او اتم اولیه نامیده است، مي‌باشد (اتم اولیه یک ماهیت تنهاست که در برگیرنده تمام ماده و انرژی موجود در جهان است).
انسان از ابتدای حضورش بر روی این کره خاکی، به دنبال یافتن پاسخ این سوال بوده است.
نظریه‌های متداول در پیدایش جهان
بيگ بنگ
نخستين مرحله پيدايش جهان انفجاري بزرگ بوده که کهکشانها را همچون ترکشهايي پرتاب کرده است. در اين حالت، دما و چگالي به طرز باورنکردني زياد بوده است. بطوري که هنوز هم اثرات آن در جهان باقي است. اخترشناسان راديويي دريافته‌اند که امواج راديويي ضعيفي در سرتاسر جهان پراکنده است. اينها در واقع پژواک ميراي امواج راديويي انفجار بزرگ هستند. به اين طريق معلوم شده است که فضا کاملا سرد نيست، بلکه در اثر گرماي حاصل از انفجار بزرگ، دماي کنوني جهان حدود ۴ درجه کلوين بيشتر از صفر مطلق (پائين‌ترين دماي ممکن) است.
بنا به اين نظريه همه ماده و انرژي که در حال حاضر در جهان وجود دارد، زماني در گوي کوچک، بي‌نهايت سوزان ولي بي‌اندازه چگال متمرکز بوده است. اين آتش‌گوي کوچک بيشتر متشکل از هيدروژن و اندکي هليوم بود. در حدود ۱۰ الي ۱۵ ميليارد سال پيش، اين آتش‌گوي منفجر شد (انفجار بزرگ) و طوفانهايي از گاز عمدتا متشکل از پروتون‌ها، نوترون‌ها، الکترون‌ها و مقداري ذره آلفا که در اقيانوس وسيعي از آتش غوطه‌ور بودند، به فضا فرستاد. با مشاهده تغيير مکان سرخ، انبساطِ منتج از آن انفجار، هنور هم ادامه دارد. با گذشت زمان، تراکم ماده در بسياري از نقاط اين توده گاز پديد آمد و سحابي‌ها را بوجود آورد.
اینفوگرافیکی در مورد نظریه انفجار بزرگ (Big Bang)
جهان پایدار
فرد هویل، ستاره‌شناس انگلیسی، حاضر به پذیرفتن نظریه انفجار بزرگ نبود و آنرا به تمسخر گرفت. در عوض او معتقد به یک اصل کامل ستاره‌شناسی بود و در سال ۱۹۴۸ اعلام کرد که جهان در هر زمان و مکانی که مورد آزمایش قرار گیرد باید یکسان به نظر رسد. یا به عبارت خلاصه‌تر، جهان دارای حالتی پایدار است. طبق نظر هویل، بوجود آمدن مداوم ماده در سرتاسر فضا باعث ایجاد توازن در انبساط جهان شده و حالت پایای آنرا حفظ می‌کند (سرعت بوجود آمدن ماده که حدود یک اتم هیدروژن در یک لیتر در هر ۲۰ سال می‌باشد بقدری کند است که قابل مشاهده در آزمایشگاه نیست). بین نظریه‌های جهان پایدار و انفجار بزرگ چند تفاوت اساسی وجود دارد. مثلا طبق نظریه حالت پایا، اندازه و چگالی کهکشانهای جدید و قدیم در سراسر جهان بایستی یکسان باشد. اما طبق نظریه انفجار بزرگ، اندازه و چگالی اجسام جدیدتر بایستی مطابق با میزان فاصله‌شان افزایش یابد.
در نهایت باید به یاد داشته باشید که کیهان‌شناسی، شاخه‌ای نوپاست و هنوز راه بسیاری تا رسیدن به نتیجه مطلوب دارد. آنچه ما در کیهان‌شناسی دنبال می‌کنیم، اگر روزی به نتیجه لازم برسد، ممکن است به ما کلیدی برای خلق جهان‌های جدید بدهد!
منابع
آخرین دیدگاهها