انفجار بزرگ ( Big Bang ) چيست و نظريات مختلف در اين مورد
بيگ بنگ يا انفجار بزرگ چيست؟
تئوري انفجار بزرگ يا بيگ بنگ که در فارسي به آن نظريه مهبانگ هم مي گويند آغاز آفرينش و هستي را بيان مي کند. پيدايش کائنات براي انسان همواره يک راز نادانسته بود و بشر مي خواست بداند که اين پيدايش از کجا شروع شد.آيا به صورت يکنواخت بوده و همين گونه نيز ادامه دارد يا نه؟ چنان که برخي اعتقاد داشته اند که کائنات همين ساختار را داشته و بدون تغيير باقي مي ماند.
نتيجه اينکه نظريه هاي مختلفي در اين رابطه وجود داشت و نظريه پردازيهاي زيادي مي شد. يکي از اين نظريه ها که حدود سي و هفت يا سي و هشت سال قبل ارائه شد بيگ بنگ ياهمان انفجار بزرگ نام داشت که توانست به خيلي از ابهامات پاسخ بدهد. اين نظريه، آغاز کائنات را از يک هسته اتم در فضا و زمان صفر مي داند زيرا آن هنگام هنوز فضا و زمان آغاز نشده بود. تصور بکنيد که تمام کائنات در يک هسته اتم ياحتي کوچکتر از آن جاي داشت و در يک لحظه اين فضا و زمان آغاز مي شود يعني اينکه يک انفجار بزرگ که حاصل گرانش شديد ناشي از فشردگي بوده، شروع شد.
اين واقعه بين سيزده تا پانزده ميليارد سال پيش رخ داده است، درحقيقت اين حادثه از آن نقطه صفر شروع مي شود. قابل ذکر است که باوجودچنين فشردگي اي طبيعتاً دماي بسيار زيادي در لحظه کمي قبل از انفجار بزرگ حاکم بوده است. هنگامي که فضا و زمان شروع به بزرگ و باز شدن کرد، دما مدام رو به کاهش بوده به طوري که تخمين زده مي شود وقتي فقط يک ثانيه ازتشکيل کائنات مي گذشته است ده ميليارد کلوين نزول دما داشته ايم.
انبساط جهان به قدري شديد رخ داده است که از اندازه کوچکتر از يک هسته اتم در يک لحظه به اندازه کره زمين بزرگ مي شده، يعني انبساط و تورم بعد از بيگ بنگ شروع شده بود اما هنوز کهکشانها به وجودنيامده بودند. نور آغاز کائنات بود سپس بعد از نور، ماده ايجاد شد و شايد بعد از دو ميليارد سال از انفجار بزرگ کهکشانها شکل گرفتند و خورشيد ما يکي از ذرات کوچک آنهاست.
? کهکشانها چگونه و چه زماني شکل گرفتند؟
کهکشاني که ما در آن هستيم (کهکشان راه شيري) حدود ده ميليارد سال پيش به وجود آمده است البته اگر قبول کنيم که بيک بنگ سيزده ميليارد سال پيش رخ داده است.
اما کهکشانها انواع مختلفي دارند که عبارت است از: نامنظم، بيضوي و مارپيچي.
از مواد اطراف کهکشانها که باقي مانده بودند بازوهاي کهکشاني شکل گرفتند اما چون فشردگي مواد را در آن قسمت فضا داشتيم و نيز کهکشانهاي شکل گرفته بسيار نزديک به هم بودند طبيعتاً برخوردها هم زياد بوده است يعني دو کهکشان با هم ادغام شده و يک کهکشان بزرگتر تشکيل مي دادند يا سبب ساز بازوهاي کهکشاني بزرگتر مي شدند. اين اثرات در بحث انتقال به سمت قرمز يا رد شيفت مي گنجند.
? اين انفجار چقدر طول کشيد؟
براي لحظه انفجار بزرگ عدد ده به توان منفي چهل و سه را در نظر مي گيرند و بعد از آن لحظه، حادثه شروع مي شود که حتي هنوز به هزارم ثانيه نرسيده، تغييرات در حال رخ دادن بوده است.
? عالم هستي و جهان کائنات در ابتدا چگونه به نظر مي آمد؟
آشکار است براي آگاهي از چگونگي اولين ثانيه ها و يا بهتر بگوييم اولين اجزاي ثانيه هاي پس از انفجار اوليه نبايد از ستاره شناسان پرسيد بلکه در اين مورد بايد به فيزيکدان هاي متخصص در امر فيزيک ذره اي مراجعه کرد که در مورد تشعشعات و ماده در شرايط کاملا سخت و غير عادي تحقيق مي کنند و تجربه مي کنند. تاريخ کيهان معمولا به ? مقطع کاملا متفاوت و غير مساوي تقسيم مي شود :
? مرحله ?
صفر تا ??- ?? ثانيه
اين مساله هنوز برايمان کاملا روشن نيست که در اين اولين اجزاي ثانيه ها چه چيزي تبديل به گلوله آتشيني شد که کيهان بايد بعدا از آن ايجاد گردد . هيچ معادله و يا فرمول هاي اندازه گيري براي درجه حرارت بسيار بالا و غير قابل تصوري که در اين زمان حاکم بود در دست نمي باشد.
? مرحله ?
??- ?? تا ??- ?? ثانيه
اولين سنگ بناهاي ماده مثلا کوارک ها و الکترون ها و پاد ذره هاي آنها از برخورد پرتوها با يکديگر به وجود مي آيند. قسمتي از اين سنگ بناها دوباره با يکديگر برخورد مي کنند و به صورت تشعشع فرو مي پاشند. در لحظه هاي بسيار بسيار اوليه ذرات فوق سنگين - نيز مي توانسته اند به وجود آمده باشند. اين ذرات داراي اين ويژگي هستند که هنگام فروپاشي ماده بيشتري نسبت به ضد ماده و مثلا کوارک هاي بيشتري نسبت به آنتي کوارک ها ايجاد مي کنند. ذرات که فقط در همان اولين اجزاي بسيار کوچک ثانيه ها وجود داشتند براي ما ميراث مهمي به جا گذاردند که عبارت بود از : ( افزوني ماده در برابر ضد ماده )
? مرحله ?
از ??- ?? ثانيه تا ?- ?? ثانيه
کيهان از مخلوطي از کوارک ها - لپتون ها - فوتون ها و ساير ذرات ديگر تشکيل شده که متقابلا به ايجاد و انهدام يکديگر مشغول بوده و ضمنا خيلي سريع در حال از دست دادن حرارت هستند .
? مرحله ?
از ?- ?? ثانيه تا ?- ??ثانيه
تقريبا تمام کوارک ها و ضد کوارک ها به صورت پرتو ذره ها به انرژي تبديل مي شوند. کوارک هاي جديد ديگر نمي توانند در درجه حرارت هاي رو به کاهش به وجود آيند ولي از آن جايي که کوارک هاي بيشتري نسبت به ضد کوارک ها وجود دارند برخي از کوارک ها براي خود جفتي پيدا نکرده و به صورت اضافه باقي مي مانند. هر ? کوارک با يکديگر يک پروتون با يک نوترون مي سازند. سنگ بناهاي هسته اتم هاي آينده اکنون ايجاد شده اند.
? مرحله?
از ?- ?? ثانيه تا ??? ثانيه
الکترون ها و ضد الکترون ها در برخورد با يکديگر به اشعه تبديل مي شوند. تعدادي الکترون باقي مي ماند زيرا که ماده بيشتري نسبت به ضد ماده وجود دارد. اين الکترون ها بعدا مدارهاي اتمي را مي سازند
? مرحله ?
از ??? ثانيه تا ?? دقيقه
در درجه حرارت هايي که امروزه مي توان در مرکز ستارگان يافت اولين هسته هاي اتم هاي سبک و به ويژه هسته هاي بسيار پايدار هليم در اثر همجوشي هسته اي ساخته مي شوند. هسته اتم هاي سنگين از قبيل اتم آهن يا کربن در اين مرحله هنوز ايجاد نمي شوند. در آغاز خلقت عملا فقط دو عنصر بنيادي که از همه سبکتر بودند وجود داشتند : هليم و هيدروژن
? مرحله ?
از ?? دقيقه تا ? ميليون سال پس از خلقت
پس از گذشت حدود ?????? سال گوي آتشين آنقدر حرارت از دست داده که هسته اتم ها و الکترون ها مي توانند در درجه حرارتي در حدود ???? درجه سانتي گراد به يکديگر بپيوندند و بدون اينکه دوباره فورا از هم بپاشند اتم ها را تشکيل دهند . در نتيجه آن مخلوط ذره اي که قبلا نامرئي بود اکنون قابل ديدن مي شود.
? مرحله ?
از يک ميليون سال پس از خلقت تا امروز
از ابرهاي هيدروژني دستگاههاي راه شيري ستارگان و سيارات به وجود مي ايند. در داخل ستارگان هسته اتم هاي سنگين از قبيل اکسيژن و آهن توليد مي شوند. که بعد ها در انفجارات ستاره اي آزاد مي گردند و براي ساخت ستارگان و سيارات و حيات جديد به کار مي ايند.
? عناصر اصلي حيات زميني چه زماني پديدار شد؟
براي زمين با توجه به گوناگوني حيات که در آن وجود دارد ? چيز از اهميت خاصي برخوردار بوده است:
از همان ابتداي خلقت هميشه ماده بيشتري نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراين همواره ماده براي ما باقي مي ماند.
در مرحله ششم هيدروژن به وجود آمد اين ماده که سبک ترين عنصر شيميايي مي باشد سنگ بناي اصلي کهکشانه ها و سيارات مي باشد. هيدروژن همچنين سنگ بناي اصلي موجودات زنده اي است که بعدا روي زمين به وجود آمدند و احتمالا روي ميلياردها سياره ديگر نيز وجود دارند. در مرکز ستارگان اوليه هسته اتم هاي سنگين از قبيل اکسيژن و يا کربن يعني سنگ بناهاي اصلي لازم و ضروري براي زندگي و حيات بوجود آمدند.
? آيا عالم همواره در حال انبساط خواهد بود؟
جنبش انبساطي يا به عبارت ديگر از همديگر دور شدن کهکشانه ها به هر حال رو به کند شدن است. زيرا جزاير جهاني متعدد در واقع به سمت يکديگر جذب مي شوند و در نتيجه حرکت انبساطي آن ها کند تر مي شود. اکنون پرسش فقط اين است که آيا زماني تمام اين حرکت ها متوقف خواهد گرديد و اين عالم در هم فرو خواهد پاشيد؟ اين مساله بستگي به تراکم ماده در جهان هستي دارد. هر چه اين تراکم بيشتر باشد نيرو هاي جاذبه بين کهکشانه ها و ساير اجزاي گيتي بيشتر بوده و به همان نسبت حرکت آن ها با شدت بيشتري متوقف خواهد شد.
در حال حاضر چنين به نظر مي رسد که تراکم جرم بسيار کمتر از آن است که زماني عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر حال اين امکان وجود دارد که هنوز جرم هاي بسيار بزرگ ناشناخته اي از قبيل ( سياهچاله هاي اسرار آميز) يا ( ابرهاي گازي شکل تاريک ) وجود داشته باشند و نوترينو ها که بدون جرم محسوب مي شوند جرمي هرچند کوچک داشته باشند. اگر اين طور باشد در اين صورت حرکت کيهاني زماني شايد ?? ميليارد سال ديگر متوقف خواهد شد. در آن زمان کهکشان ها با شتابي زياد حرکت به سوي يکديگر را اغاز خواهند کرد تا در نهايت به شکل يک گوي آتشين عظيم با يکديگر متحد شوند. آن زمان شايد مي بايد روي يک انفجار اوليه جديد ديگر و تولد يک عالم جديد حساب کنيم. با توجه به سطح کنوني دانش بشر و ميزان پژوهش هاي انجام شده بايد اينطور فرض کرد که عالم تا ابديت انبساط خواهد يافت.
? با توجه به بزرگي وعظمت کائنات، پيدايش حيات غيرزميني چقدر احتمال دارد؟
با يک حساب سرانگشتي متوجه مي شويم که باوجود اين تعداد ستاره احتمال حيات بسيار زياد است. حتي بعضي از ستاره ها داراي سياره نيستند و يا اين سياره بسيار دور از ستاره يا بسيار نزديک به آن هستند و برخي هم گازي مي باشند اگر تمام اين موارد را از کل ستاره ها کم کنيم تقريباً بيست وپنج درصد آنها امکان وجود حيات را دارند.
? آيا ميدانستيد ...؟
? تئوري بيگ بنگ در ابتدا توسط کشيش بلژيکي به نام Georgs Lemaitre در سال???? بيان شد. فرضيه او بعد از مشاهده ي تغيير red shift (خطوط طيف قرمز که براي اندازه گيري فاصله ستارگان از زمين به کار ميرود) در سحابي هاي دور دست ( توده هاي عظيم گازي) توسط ستاره شناسان ،به عنوان مدل مبني بر فرضيه ي نسبيت براي جهان مطرح شد. اما فرضيه بيگ بنگ زماني قاطعانه مورد تاييد قرار گرفت که اين تشعشعات در سال ???? توسط Arno Penzias وRobert Wilson کشف شد. که بعدها اين ? نفربه علت همين کشف خود برنده جايزه نوبل شدند. اين تئوري اگر چه بطور وسيعي مورد پذيرش قرار گرفته است ليکن ممکن است هرگز به اثبات نرسد چرا که هنوز برخي سوالات در مورد آن همچنان بي جواب مانده است.
? فقط حدود ?درصد عالم از ماده ، به شکلي که ما مي شناسيم تشکيل شده است ، يعني ماده معمولي که ما مي شناسيم و در آزمايشگاه وجود دارد، فقط ?درصد کل عالم را مي سازد. ??درصد عالم را ماده تاريک سرد تشکيل داده که دانشمندان اطلاعات خيلي کمي درباره اش دارند و ??درصد باقي مانده را انرژي تاريک عجيب تشکيل مي دهد که تقريبا تنها چيزي که در موردش مي دانيم ، اين است که وجود دارد!
بر طبق نظري که در زير مي آيد نويسنده تئوري مهبانگ را متناقض با تئوريهاي ديگر مي داند. نويسنده اين مطلب آقاي محمدرضا طباطبايي است:
نظريه انفجار بزرگ محال است
ابتدا بايد بدانيم كه سرعت فرار چيست ؟
اگر از سطح كره زمين گلولهاي را به طرف آسمان با سرعتي ( سرعت اوليه ) كمتر از سرعت فرار پرتاب كنيم [ با صرف نظر كردن از نيروي مقاومت هوا ] اين گلوله به سطح سياره زمين بر ميگردد . در واقع هرگاه گلولهاي را به طرف بالا پرتاب كنيم ، گلوله تا ارتفاع معيني بالا مي رود ، سرعت آن به صفر ميرسد و دوباره به سطح زمين بر مي گردد . در نقطه اوج ، گلوله تنها داراي انرژي پتانسيل است . هر چه سرعت اوليه گلوله بيشتر باشد ، تا ارتفاع بيشتري صعود ميكند . با اين مقدمه مي توانيم سرعت فرار را اينگونه تعريف كنيم :
سرعت فرار = مينيمم سرعت لازم براي عدم بازگشت گلوله به سطح سياره زمين است
چون گلوله به سطح زمين باز نمي گردد پس تا بينهايت به حركت خود ادامه مي دهد و چون مينيمم مقدار لازم است ، پس گلوله در بينهايت متوقف مي شود . با استفاده از روابط انرژي پتانسيل گرانشي و انرژي جنبشي جسم مي توان فرمولي براي سرعت فرار بيان كرد .
اگر انرژي پتانسيل گرانشي يك دستگاه شامل دو جسم در فاصله بي نهايت را برابر صفر در نظر بگيريم به راحتي مي توان اثبات كرد كه :
كه در اين رابطه U انرژي پتانسيل ، M جرم زمين ، m جرم گلوله ، G ثابت گرانش و r فاصله مركز زمين تا مركز گلوله است . با توجه به مطالب گفته شده در بالا مي توان گفت كه :
K انرژي جنبشي و Vesc سرعت فرار گلوله ميباشد . رابطه اخير ، فرمول سرعت فرار براي گلوله است و چنانكه ديده مي شود اين سرعت به جرم گلوله بستگي ندارد . همچنين متوجه مي شويم كه اگر فاصله دو جسم به صفر ميل كند سرعت فرار به بينهايت ميل خواهد كرد .
با در نظر گرفتن شعاع و جرم ، سرعت فرار براي برخي از اجرام سماوي منظومه شمسي به صورت زير است :
سرعت فرار از سطح خورشيد برابر 617.5 كيلومتر بر ثانيه ، از سطح عطارد 4.4 كيلومتر بر ثانيه ، از سطح زهره 10.4 كيلومتر بر ثانيه ، از زمين 11.2 كيلومتر بر ثانيه و از ماه 2.4 كيلومتر بر ثانيه و از مريخ 5 كيلومتر بر ثانيه ميباشد .
نظريه پردازان انفجار بزرگ مدعي هستند كه تمام جرم ( ماده ) و انرژي امروزه موجود در كيهان ، در چند ميليارد سال پيش در گوي بسيار چگال ( كوچك به اندازه يك نخود يا يك ذره اتمي ) ، داغ و متراكم بوده است و بعد از انفجار اين گوي ، ماده و انرژي انتشار يافته و كيهان پديدار شده است . اينك برسي خواهيم كرد كه آيا اين نظريه ميتواند درست باشد ؟
براي اينكار ميبايست سرعت فرار براي ماده و انرژي را در گوي چگال ( ابتداي انفجار و پيدايش كيهان ) حساب كنيم . سرعت فرار برابر خواهد بود با حد معادله كلي سرعت فرار ، زماني كه جرم گوي به بينهايت و شعاع آن به صفر ميل ميكند . براي اينكه جرم كيهان غير قابل تصور و بينهايت بوده و شعاع اين گوي به علت فشار گرانشي غير قابل تصور اين مقدار جرم عظيم ، در حد صفر بوده است ( يعني چيزي به اندازه شعاع يك ذره اتمي ) . مقدار كلي اين حد بينهايت است ، پس ميتوان به راحتي نتيجه گرفت كه هيچ چيز ( ماده ، جرم يا انرژي ) توان خروج و فرار از اين گوي را نداشته است . هر چند كه حد نهايي سرعت در نظريه نسبيت سرعت نور مطرح ميشود و سرعت نور نيز مقدار پيش پا افتاده و بسيار كمي در مقابل اين مقدار سرعت فرار فوقالعاده زياد و غير قابل درك است . پس ميتوان به اين نتيجه كلي رسيد كه اين گوي در صورت وجود ، مكان بستهاي بوده است كه خروج و فرار از آن غير ممكن و محال مينمايد . پس اگر گويچهاي با اين مشخصات در كيهان به علت تجمع تمامي اجرام و انرژيها تشكيل شود ، ماده ( جرم ) و انرژي محكوم است تا به ابديت در اين وضعيت ناهنجار باقي بماند و هيچ عاملي نخواهد توانست ماده و انرژي را از آن مجددا به بيرون بكشد و كيهاني ديگر مشابه كيهان ما را پديدار كند .
پس نظريه انفجار بزرگ كه توجيهي براي انبساط و پديدار شدن كيهان فعلي ماست ، بسيار محال و غير ممكن مينمايد . به بيان شيواتر همانطور كه ميدانيم نور توان خروج و فرار از درون سياه چاله ها ( پايينتر از شعاع شوارتس شيلد ) را ندارد . اينك اين سوال مطرح ميشود كه نور حاصل از انفجار بزرگ چگونه توان فرار از آن ميدان گرانش غير قابل تصور را داشته است و بعد از سرد شدن تبديل به امواج پس زمينه كيهان شده است ؟ و اصولا خود نور سرد نميشود بلكه طيف انتشاري اجسام داغ در هنگام سرد شدن خود جسم ، به طرف طيف قرمز حركت ميكند . حد نهايي سرعت در نظريه نسبيت سرعت نور است كه براي نظريه انفجار بزرگ كافي نيست .
نظريه انفجار بزرگ براي توجيه كيهان ، سرعت بينهايت ميخواهد ( ميطلبد ) كه نسبيت را نقض ميكند .
اينك دو گزينه داريم
1- صحت تئوري نسبيت
2- صحت نظريه انفجار بزرگ
انتخاب با شماست . ولي به نظر ميرسد كه فعلا صحت تئوري نسبيت انتخاب شود و نظريه انفجار بزرگ مردود شود !
| 
