PDA

توجه ! این یک نسخه آرشیو شده میباشد و در این حالت شما عکسی را مشاهده نمیکنید برای مشاهده کامل متن و عکسها بر روی لینک مقابل کلیک کنید : درس چهارم - كيهانشناسي مقدماتي



Ehsan
08-27-2012, 08:01 PM
نویسنده: احسان ابراهیمیان


تعریف کلی

اولین برداشتی که از واژه کیهان شناسی می شود، علم شناخت کیهان است. اما این در واقع تعریف فیزیک است و علم فیزیک است که به شناخت کامل کیهان و تمام جزئیات آن می پردازد.

شاید بهتر باشد از تعریف کلی نجوم شروع کنیم و بعد تعریف کیهان شناسی در این حوزه را خاص تر کنیم. به طور کلی علم شناخت هر آنچه ورای جو زمین است، نجوم یا اختر شناسی اطلاق می شود و به وضوح این تعریف خاص تر شده تعریف فیزیک است که به جای کل کیهان با تمام جزئیات، به شناخت ساختارهای بزرگی مثل ستاره ها یا کهکشان ها می پردازد. اما کیهان شناسی بخش خاص تری از نجوم است. کیهان شناسی به شناخت رفتار کیهان در مقیاس های عظیم و فرا کهکشانی می پردازد. تحول یک تک ستاره یا تک کهکشان در کیهان شناسی کمتر مورد توجه است، آنچه بیشتر مورد مطالعه کیهان شناسی می باشد رفتار کل کیهان قابل مشاهده و تحول آن در طی زمان است.


تاریخچه

شناخت کیهان در اولین روزهای تمدن بشری به افسانه ها و تصورات ساده انگارانه مردم آن زمان آمیخته بوده است. مانند تصور این که زمین بر پشت اطلس (یکی از خدایان یونانی) قرار دارد. اما به مرور تصورات بهتر شد. اولین تصورات یونانیان نسبتاً منطقی تر بودند. بعد ها به کمک بطلمیوس این مدل بهتر شد اما هنوز بسیار با واقعیت فاصله داشت و هنوز هم شناخت درستی راجع به چیستی ستارگان در دست نبود.
بعد ها تصورات بطلمیوسی راجع به کیهان توسط گالیله، کپلر و کوپرنیک اصلاحات بسیاری شد. یکی از بزرگ ترین قدم ها قوانین کپلر بود و یکی از بزرگ ترین دستاوردهای این زمان تلسکوپ بود که به بهبود تصورات کیهان شناسی کمک فراوانی کرد و دانشمندان را به این نتیجه رساند که ستارگان احتمالاً گوی های داغی شبیه خورشید هستند. اما هنوز هم تصور می شد که خورشید و زمین جایگاهی خاص در کیهان دارد.


3189




با فرا رسیدن عصر نیوتن، ریاضیات و فیزیک به میزان خوبی پیشرفت می کنند و این بار می توان کیهان را خیلی کمّی تر بررسی کرد. شاید تا قبل از این کیهان شناسی بیشتر زیرمجموعه فلسفه محسوب می شد اما با پیشرفت ریاضی و فیزیک و کمّی تر کردن دیدگاه ها نسبت به کیهان، کیهانشناسی از فلسفه به سمت فیزیک متمایل شد. در زمان نیوتن هنوز دیدگاه های فلسفی بر کیهان شناسی حاکم بود. نیوتن با کشف گرانش، ابزار لازم برای پیشبینی های بسیاری را در باره کیهان داشت اما مایل بود همچنان دیدگاه های فلسفی گذشته دست نخورده باقی بماند. یکی از این دیدگاه ها عدم تغییر کیهان است. شهودی که اندیشمندان آن زمان نسبت به کیهان داشتند تغییر نکردن حالت کلی کیهان بود چون هرگز در طول حدود بیش از دو هزار سال تاریخ مکتوب هرگز در وضع کیهان تغییر قابل ملاحظه ای دیده نشده بود.





بنابراین، منطقی به نظر می رسید که کیهان هرگز تغییر نکند و حتی به فکر هیچ کس خطور نمی کرد که ممکن است تغییر کیهان آنقدر کند باشد که حتی در طول چند هزار سال هم دیده نشود. البته دیدگاه دیگر هم مبنی بر بی نهایت بودن زمان، این عقیده را تقویت می کرد. نیوتن می دانست که به خاطر قانون گرانش وی، کیهان نمی توانست حالتی پایدار داشته باشد مگر این که اندازه ی کیهان بی نهایت باشد. به همین خاطر هم فرض کرد کیهان بی نهایت است و ستارگان به طور همگن در کیهان پخش شده اند. در این صورت کیهان می توانست برای همیشه از لحاظ گرانشی پایدار باشد. اما این مدل مشکلاتی در پی داشت. اگر کیهان بی نهایت باشد و ستارگان در آن یکنواخت پخش شده باشند می توان نشان داد که هر خط دید نهایتا به یک ستاره می رسد و آسمان شب باید روشن تر از آسمان روز باشد. برای فرار از این تناقض دانشمندان فرض کردند که احتمالاً فضا با یک ماده جاذب پر شده که اجازه نمی دهد نور ستارگان خیلی دور به ما برسد. با پیشرفت قوانین ترمودینامیک فیزیک دانان به این نتیجه رسیدند که در صورت وجود این ماده جاذب، در زمان بی نهایت آنقدر انرژی جذب خواهد کرد که نهایتاً خودش مثل ستارگان داغ می شود و تابش می کند. تنها راه فرار از این تناقض این بود که دانشمندان فرض کنند این جهان تنها مدت محدودی است که به وجود آمده است و در این صورت یا نور ستارگان به ما نرسیده و یا ماده جاذب هنوز زیاد گرم نشده است. اما این هم با فرض بی نهایت بودن زمان تناقض داشت! این تناقضات که به تناقض اولبرس مشهور شد تا مدت زیادی حل نشده باقی مانده بود.





با پیشرفت ابزارهای رصدی دانشمندان حقایق زیادی را راجع به کیهان دریافتند. از جمله این که ستارگان خیلی هم همگن نیستند و در گروه های بزرگی به اسم کهکشان گرد هم آمده اند و خورشید ما هم درون یکی از این کهکشان هاست که الزاماً هم در مرکز کهکشان نیست. اما کماکان عقاید نیوتن و پیشینیان وی محترم بود.





انیشتین با کشف نسبیت عام توانست گرانش را بسیار بهتر و زیباتر از نیوتن فرمول بندی کند. نسبیت عام برای پیش بینی های کیهان شناسی بسیار مفیدتر از گرانش نیوتن بود. اما انیشتین هم می توانست با وفادار ماندن به معادلاتی که به دست آورده بود پیش بینی کند که کیهان نمی تواند پایدار باشد بلکه باید در حال تحول باشد. اما به نظر وی هم ایده جهان ایستا منطقی می آمد! بنابراین، یک ثابت به معادلات خود افزود (مثل یک نیروی ثابت) تا کیهان ایستا را پیش بینی کند و نام این ثابت را ثابت کیهانی نامید.





3201




چند سال بعد ادوین هابل با رصد کهکشان ها و اندازه گیری سرعت آن ها دریافت که همه کهکشان ها در حال دور شدن از هم هستند. این کشف شوک بزرگی برای کیهان شناسان و به خصوص انیشتین بود چرا که نشان می داد علی رغم تصور کیهان شناسان جهان در حال انبساط است و انیشتین نیز هیچ نیازی به افزودن ثابت کیهانی به معادلات خود نداشت و بعدها انیشتین کتابی نوشت با عنوان «آیا ثابت کیهانی بزرگترین اشتباه من بود؟».





3203




اکنون با پیشرفت ابزارهای رصدی، کیهان شناسی بسیار پیشرفت کرده و با دقیق تر شدن رصد ها علامت های سوال بیشتری پیش روی فیزیک دانان و کیهان شناسان قرار گرفته است.

Ehsan
08-27-2012, 08:29 PM
خواص کلی کیهان


کیهان ما دو ویژگی بسیار کلی دارد که از روی مشاهدات به دست آمده است و علاوه بر این که به حل معادلات کیهان شناسی کمک شایانی می کند، جزو اصول کیهان شناسی نیز هست. شناخت این دو ویژگی قبل از شروع بررسی کیهان دارای اهمیت است.



همسانگردی کیهان




فرض کنید ناحیه ای کوچک در آسمان را برای رصد کردن در نظر گرفته ایم. به کمک تلسکوپی نسبتاً خوب دریافته ایم که مثلاً چه تعداد کهکشان با چه تنوعی در این ناحیه قرار دارد. بعد نقطه ای دیگر از آسمان را (کاملاً دلخواه) نشانه گرفته و ناحیه ای به همان اندازه در آنجا را در نظر می گیریم و باز هم به کمک همان تلسکوپ تعداد و تنوع کهکشان های این ناحیه را هم به دست می آوریم. اصل همسانگردی کیهان بیان می کند که این دو ناحیه از نظر توزیع و تنوع کهکشان ها، تابش های کیهانی و بقیه ویژگی هایی که در ابعاد کیهانی مطرح اند کاملا یکسان هستند و هیچ تفاوتی نباید بین این دو ناحیه وجود داشته باشد.


3195


به عبارتی کیهان ما همسانگرد است و به هر جهتی از کیهان که نگاه کنیم ویژگی های یکسانی از کیهان خواهیم یافت.

اصل همسانگردی کیهان علاوه بر این که از رصد به دست آمده، کاملا منطقی هم هست. به این معنی که هیچ دلیلی وجود ندارد که مثلا به سمت شمال کهکشان راه شیری که نگاه می کنیم؛ نسبت به هنگامی که به سمت جنوب راه شیری نگاه می کنیم، تعداد کهکشان های بیشتری ببینیم. البته وقتی مثلاً به صورت فلکی قوس نگاه می کنیم تعداد بسیار بسیار کمی کهکشان می یابیم. علت این اتفاق وجود غبار میان ستاره ای در صفحه کهکشان است که اجازه دیده شدن فراسوی کهکشان را به ما نمی دهد. اگر این غبار درون راه شیری وجود نداشت به همان میزان کهکشان که در دیگر نقاط رصد می شود در قوس نیز رصد می شد. این نکته برای بقیه نوار راه شیری نیز صادق است.




همگنی کیهان





همگنی به بیان خیلی ساده این است که چگالی نواحی مختلف کیهان با هم برابر است. البته باید در نظر گرفت که آن نواحی که چگالی آن ها را اندازه می گیریم باید اندازه بزرگی داشته باشند. چگالی متوسط کیهان حدود یک اتم هیدروژن بر متر مکعب است اما مثلاً در زمین می بینیم که این چگالی تا حدود ده به توان 30 (یک با 30 صفر جلوی آن!) برابر چگالی متوسط کیهان هم می رسد. در حالی که در فضای خلأ این عدد به طرز قابل توجهی کم می شود. پس این چه همگنی است؟!؟ نکته این جا است که این همگنی در اندازه های بزرگ تعریف شده است. برای نواحی که اندازه آنها بیش از 100 مگاپارسک (بیش از 320 میلیون سال نوری) است، چگالی متوسط شان تقریباً برابر با چگالی متوسط کیهان است.


3194


چگالی کیهان در آینده تابعی از چگالی کنونی نقاط مختلف آن است و در گذشته نیز چنین بوده است. چگالی کنونی هم تابعی از چگالی گذشته بوده و افت و خیز های چگالی کنونی در بستر کیهان ناشی از افت و خیز های اولیه کیهان بوده است.
(http://forum.avastarco.com/forum/images/misc/pencil.png)

Ehsan
08-27-2012, 09:05 PM
تشکیل کیهان و تحول آن

انفجار بزرگ

وقتی هابل دریافت که کل کیهان در حال انبساط است، اولین نتیجه گیری دانشمندان این بود که بالاخره کیهان که نمی توانسته همیشه در حال انبساط باشد و باید از جایی این انبساط را شروع کرده باشد. به عبارتی اگر فیلم کیهان را به عقب بازگردانیم خواهیم دید که همه این کهکشان ها که از هم در حال دور شدن بوده اند و اکنون در حال نزدیک شدن به هم هستند و این نزدیک شدن به هم تا کجا می تواند ادامه پیدا کند؟ تا جایی که همه کهکشان ها در یک مکان جمع شوند. پس به راحتی می توان نتیجه گرفت که کیهان ما زمانی در یک نقطه جمع بوده و در طی یک انفجار پر قدرت به وجود آمده است. اسم این انفجار که موجب به وجود آمدن کیهانی شد که امروز می شناسیم، انفجار بزرگ (Big bang) است.



3192


بررسی شرایط اولیه کیهان بعد از انفجار بزرگ جالب است. در لحظه اول کیهان واقعا کسی نمی داند چه اتفاقی رخ داده است. این وضعیت مبهم بودن تا ده به توان منفی 43 ثانیه ادامه می یابد. در این دوره دما و چگالی کیهان به اندازه ای زیاد است که معادلات فیزیکی دچار تکینگی می شوند؛ به این معنی که در معادلات، مقادیر بی نهایتی ظاهر می شوند که مشکل ساز است. از این زمان به بعد به تدریج دما کم می شود. نیروهای بنیادین طبیعت از هم جدا می شوند و کم کم طبیعت را شکل می دهند. ذرات کم کم به حالتی آشنا برای ما دیده می شوند. اولین اتمها بیش از سی صد هزار سال بعد از انفجار بزرگ شکل گرفتند. در این زمان دما به اندازه کافی کم شده بود که الکترون ها بتوانند دور هسته اتم ها بگردند.

اولین ستاره ها و کهکشان ها کمتر از یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ شکل گرفتند. بر اساس بررسی ها اکنون بیش از 14 میلیارد سال از انفجار بزرگ می گذرد.

تابش زمینه کیهان

یکی از اثرات انفجار بزرگ تابش زمینه ی کیهانی است. کیهان در روزهای ابتدایی بسیار داغ بوده و بر اساس قوانین ترمودینامیک ماده بسیار داغ، تابشی شدید دارد. این تابش اکنون باید به صورت سرد شده دیده شود. اما کجاست؟ زمانی که هابل انبساط کیهان را کشف کرد و دانشمندان به این نتیجه رسیدند که جهان باید در اثر انفجار بزرگ شکل گرفته باشد سریعاً به این نتیجه رسیدند که این تابش باید دیده شود اما تا سال 1965 کسی این تابش را ندیده بود. تا این که در این سال دو دانشمند توانستند این تابش زمینه را در طول موج ریز رصد کنند که دقیقا مثل تابش جسمی با دمای 7/2 کلوین است. این همان تابش زمینه ی کیهان است. کشف این تابش دستآورد بزرگی برای کیهان شناسان بود و موفقیتی بزرگ برای طرفداران انفجار بزرگ به حساب می آمد.


3193

آینده کیهان

کیهان ما از آغاز انفجار بزرگ تا کنون در حال انبساط است. آینده کیهان ما بستگی به نحوه این تحول دارد. با توجه به این که جهان ما پر از ماده است و این ماده گرانش ایجاد می کند، انتظار داریم انبساط کیهان ما کند شونده باشد و گرانش این ماده سرعت انبساط را کم کند. اما آیا ماده موجود در کیهان توانایی صفر کردن سرعت انبساط را دارد؟ بدیهی است که پاسخ این پرسش از دو حالت خارج نیست! یا بلی؛ که در این صورت بعد از این که کیهان ما از انبساط باز ایستاد، شروع به انقباض کرده و همه ی کیهان در خود فرو می ریزد. این پایانی دردناک و شدید است. و یا پاسخ این پرسش خیر است؛ که در این صورت کیهان ما تا ابد منبسط خواهد شد و نهایتاً ما با پایانی سرد و خاموش مواجه خواهیم شد. پاسخ دادن درست به این پرسش مستلزم این است که ما میزان انرژی موجود در کیهان را بدانیم. اگر این مقدار خیلی زیاد باشد گرانش توانایی نگه داشتن انبساط را نخواهد داشت و اگر این میزان کم باشد حالت اول (که توضیح داده شد) رخ خواهد داد.

Ehsan
09-02-2012, 05:45 PM
انبساط عالم

عالم چگونه منبسط می شود؟ یعنی این انبساط همسانگرد است؟ همگن چه طور؟ یا به عبارت ساده تر وضعیت کهکشان ها نسبت به هم چگونه تغییر می کند؟ یک بادکنک را کمی باد کنید. سپس با ماژیک روی آن چندین نقطه را علامت بزنید طوری که تقریبا تمام جهات بادکنک پر از نقطه شود. سپس بادکنک را به آرامی باد کنید. چه می بینید؟ می بینید که در حال بزرگ تر شدن بادکنک، فاصله نقاط نیز از هم زیاد می شود بدون این که وضعیت موقعیت نقاط نسبت به هم عوض شود و یا در جایی تعداد نقاط بیشتر شود.



3198


یک مثال دیگر: یک صفحه A4 کاغذ را با تا کردن به چهار قسمت تقسیم کنید. سپس یکی از قطعه ها را پر از نقطه کنید (البته طوری که نقاط متمایز و قابل تشخیص باشند!!) بعد این تکه کوچک را اسکن کرده و در ابعاد کاغذ A4 دوباره کپی بگیرید . مسلماً ابعاد کاغذتان (طول ها ) دو برابر شده است. ملاحظه می کنید که فاصله هر دو نقطه از هم روی کاغذ کپی گرفته شده دو برابر فاصله شان روی کاغذ اصلی خواهد بود.

مثل این که تمام طول ها در یک ضریب 2 ضرب شده و شکل جدید حاصل شده است. در مورد بادکنک هم اگر فرض کنیم بادکنک کروی باشد و شعاع آن سه برابر شود، خواهید دید که تمام طول ها و فواصل نقاط از هم روی سطح بادکنک سه برابر می شوند. گویی همه طول ها در یک ضریب 3 ضرب شده اند. به این ضریب، در نقشه های جغرافیا، مقیاس می گویند. مثلاً در نقشه ای می گویند مقیاس یک در ده هزار است. یعنی اگر شما کل طول های نقشه را با ضریب ده هزار بزرگ کنید، نقشه تبدیل می شود به زمین واقعی (البته از لحاظ اندازه) و یا بر عکس؛ اگر زمین واقعی را در ضریب یک ده هزارم ضرب کنید، زمین به ابعاد نقشه می رسد و یا به عبارتی اگر شما روی نقشه ای که در دست دارید خطی به طول یک سانتی متر در نظر بگیرید، این خط در دنیای واقعی معادل ده هزار سانتی متر یا صد متر است.

انبساط عالم هم دقیقاً همین طور رفتار می کند؛ یعنی، اگر شما فرض کنید که کهکشان ها نقاطی هستند روی زمینه کیهان، فواصل بین هر دو کهکشان به خاطر انبساط در یک ضریب ثابت ضرب می شود. شبیه همتای جغرافیایی، اسم این ضریب، ضریب مقیاس (scale factor ) است. شما برای این که شکل کیهان ِ مثلا 100 میلیارد سال ِ دیگر را بدانید کافی است از دو چیز اطلاع داشته باشید: 1. شکل کنونی کیهان 2.ضریب مقیاس کیهان در 100 میلیارد سال آینده (که تنها یک عدد مانند 14/25 است).


3199

سپس تنها کافی است شکل کیهان کنونی را ضرب در ضریب مقیاس 100 میلیارد سال آینده کنید تا شکل کیهان در 100 میلیارد سال آینده را به دست آورید! واضح است که ضریب مقیاس زمان حال دقیقاً برابر با یک است. چون بالاخره کیهان کنونی ضرب در این ضریب باید کیهان کنونی را نتیجه دهد! ذکر چند نکته راجع به این نوع رفتار کیهان ضروری است. اولاً این ضریب مقیاس فقط و فقط با زمان تغییر می کند؛ یعنی، برای مثال در سه میلیارد سال نوری آن طرف تر هم ضریب مقیاس در زمان حاضر، همین مقدار است! اصلاً اگر این گونه نبود تعریف یک ضریب ثابت غیر ممکن بود. ثانیاً ضریب مقیاس (همان طور که گفته شد) فقط و فقط یک عدد بدون بعد است. ثالثاً این تغییرات ضریب مقیاس است که تحول کیهان را تعیین می کند. در واقع تعیین ضریب مقیاس در زمان های مختلف بخش بسیار بزرگی از کیهان شناسی را تشکیل می دهد. اما به عنوان آخرین نکته ضروری می دانم تعبیر فضا-زمانی (در واقع نسبیت عامی) ضریب مقیاس را هم بگویم. از ضریب مقیاس به عنوان افزایش دهنده فاصله بین کهکشان ها یاد شد اما این که کهکشان ها را یک نقطه مرجع در فضا در نظر بگیریم به دلایلی که بعداً در همین بخش ذکر خواهد شد خیلی جالب و دقیق نیست. به جای آن از بستر فضا-زمان صحبت می شود؛ یعنی، همه اجسام روی بستر فضا-زمان رها شده اند و این بستر است که با افزایش ضریب مقیاس مثل یک صفحه کشی یا بادکنک کش می آید و جهان را منبسط می کند.


3202
در تصاویری که توسط تلسکوپ های فضایی ثبت می شوند، عکس هایی ثبت شده اند که نقاط قرمز غیرمتعارف روی آن ها، نشان دهنده دور شدن کهکشان ها هستند


با توجه به این بحث ها، شما در هر جای کیهان که بایستید خواهید دید که کهکشان ها در حال دور شدن از شما هستند و نکته مهم تر، بی معنا شدن این پرسش است که «انفجار بزرگ در کدام نقطه از کیهان روی داده است؟!» . در دیدگاه فضا-زمانی در واقع کل فضا-زمان و بستری که روی آن زندگی می کنیم در انفجار بزرگ به وجود آمده است و این پرسش که در کدام نقطه این بستر انفجار روی داده بی معنا است چون انفجار در کل بستر روی داده و هیچ نقطه برتر و خاصی در کیهان ما وجود ندارد.

Ehsan
09-24-2012, 10:12 PM
قانون هابل
قانون هابل در کیهان شناسی بسیار معروف است. در واقع این قانون نتیجه مسلم رفتار انبساطی عالم است. ضرب شدن فواصل در یک ضریب ثابت به سادگی نتیجه می دهد که هر کهکشانی که ما رصد می کنید با سرعتی از ما دور می شود که با فاصله، رابطه خطی دارد. به عبارتی اگر v سرعت کهکشان باشد و r فاصله کهکشان از ما، رابطه زیر بین این دو برقرار است:



v= H.r



که در این رابطه H* یک عدد ثابت است. به این عدد ثابت، ثابت هابل می گویند و به این قانون، قانون هابل می گویند. در واقع ثابت هابل معیاری از تغییر ضریب مقیاس است.
هر چه مقدار ثابت هابل بیشتر باشد؛ یعنی، عامل مقیاس سریع تر در حال رشد است و به عبارت ساده تر جهان سریع تر در حال انبساط است. اما سرعت انبساط جهان همیشه یکسان نبوده به همین خاطر ثابت هابل هم در واقع ثابت نیست! بلکه در طی زمان متغییر است و هر زمانی ثابت هابل خاص خود را دارد. این نکته را همیشه در خاطر داشته باشید که قانون هابل برای مقیاس فرا کهکشانی است و درون کهکشان ها و حتی برای کهکشان های خیلی نزدیک این قانون صادق نیست.

*ثابت هابل در حال حاضر برابر مقدار زیر است:


3204

سرعت خاصه
گفتیم انبساط کیهان مانند باد شدن یک بادکنک است که نقاط سطح آن طی باد کردن بزرگ می شوند.

حالا فرض کنید نقاط روی بادکنک خودشان حرکت کنند! در این صورت علاوه بر سرعتی که در اثر انبساط عالم به وجود می آید (معروف به «سرعت هابلی» که از قانون هابل به دست می آید)، یک سرعت دیگر هم خواهند داشت که به سرعت خاصه معروف است. عامل ایجاد سرعت خاصه در اغلب موارد گرانش موضعی کهکشان ها نسبت به هم است.

این دلیل جمله آخر بخش "قانون هابل" است که می گوید قانون هابل برای کهکشان های نزدیک کار نمی کند چون سرعت خاصه در این ابعاد خیلی بیشتر از سرعت هابلی است؛ برای مثال، کهکشان آندرومدا با سرعتی سرسام آور در حال نزدیک شدن به ما است در حالی که انتظار داریم از ما دور شود! دلیل این امر همان سرعت خاصه است که آندرومدا به دلیل گرانش ما، نسبت به ما دارد. در ابعاد بزرگتر گرانش بسیار ضعیف تر می شود و سرعت خاصه در برابر سرعت هابلی قابل چشم پوشی می شود.

کیهان از چه چیزی تشکیل شده است؟

شاید در نگاه اول برای پاسخ این پرسش بگویید: «خوب معلوم است! ماده!» و یا در جوابی دقیق تر بگویید: «اتم»ها. اما واقعیت این است که کیهان ما (لا اقل در مقیاس کیهان شناسی) از مؤلفه هایی تشکیل شده که ماده باریونی (همان اتم ها یا ماده قابل مشاهده) تنها بخش کوچکی از آن است! در این بخش به توصیف هر یک از این مؤلفه ها می پردازیم و ابتدا از آشناترین مؤلفه یعنی ماده شروع می کنیم.



3206



ماده
در کتاب های دبستان ماده را چیزی تعریف می کردند که فضا را اشغال کند! اما منظور ما از ماده در کیهان شناسی، چیزی است که جاذبه تولید کند و بتوان به واسطه جاذبه اش به آن جرم نسبت داد. در واقع ماده را از تاثیری که بر کیهان دارد می توان شناخت و تاثیری که ماده بر کیهان دارد این است که در کیهان جاذبه ایجاد می کند و انبساط را کند تر می کند و جلوی آن را می گیرد. تخمین زده می شود که 27 درصد کل انرژی کیهان در اثر وجود ماده است. یعنی 27 درصد کیهان ما را ماده تشکیل می دهد (ماده را با رابطه معروف هم ارزی جرم و انرژی انیشتین، به انرژی تبدیل می کنند و با انرژی های دیگری که کیهان ما را پر کرده مقایسه می کنند).


3205

نکته بسیار مهم راجع به ماده این است که بیش از 90 درصد ماده کیهان هنوز ناشناخته است. به این معنی که دانشمندان با بررسی کیهان به این نتیجه رسیدند که ماده قابل مشاهده آنقدر زیاد نیست تا بتواند اثراتی را ایجاد کند که دانشمندان در جهان اندازه گیری کرده اند، همچنین رویدادهای دیگری هم دانشمندان را به این نتیجه رساند که ماده ای نامرئی باید کیهان ما را فرا گرفته باشد که جرم آن بیش از ده برابر جرم ماده قابل مشاهده است و با امواج الکترومغناطیس بر همکنش مستقیم ندارد؛ بنابراین، کاملاً شفاف و به عبارتی نامرئی است.

به دلیل ماهیت ناشناخته این ماده آن را ماده تاریک نامیده اند. مدل های زیادی برای توصیف این ماده وجود دارد اما هنوز هیچ مدلی کاملاً پذیرفته شده نیست. ماده تاریک تنها از اثر گرانشی آن قابل تشخیص است البته مدل هایی هستند که پیشبینی می کنند ماده تاریک بتواند برهمکنشی ضعیف با برخی از ذرات داشته باشد و آزمایشگاه هایی هم برای پیدا کردن این اثر ساخته شده اما تا زمان نگارش این متن هنوز چیزی پیدا نشده! بقیه ی ماده کیهان همان ماده ی معمولی است که ما از آن ساخته شده ایم و می توانیم حس کنیم.

تابش

یکی دیگر از مؤلفه های تشکیل دهنده ی کیهان ، که در واقع صورتی از انرژی است، تابش است. تابش اکنون درصد بسیار کمی از انرژی کیهان را تشکیل می دهد، چیزی کمتر از یک صدم درصد! البته با انبساط عالم چگالی تابش خیلی سریعتر از چگالی ماده کاهش پیدا کرده؛ بنابراین، در روزهای اولیه کیهان، تابش درصد بسیار زیادی از کیهان را تشکیل می داده و تاثیرگذارترین مؤلفه کیهان در انبساط عالم محسوب می شده است. اما اکنون تأثیر و نقش آن خیلی افت کرده و کاملا در محاسبات قابل صرف نظر کردن است.

انرژی تاریک

شاید این عجیب ترین مؤلفه تشکیل دهنده کیهان باشد! چرا که تقریباً می توان گفت هیچ اطلاعی از ماهیت این موجود در دست نیست! قضیه از این قرار است که دانشمندان با وجود ماده، تابش و مشاهدات کمی که انجام داده بودند انتظار داشتند که سرعت انبساط عالم در حال کم شدن باشد که منطقی هم بود! چرا که وقتی کیهان تنها از ماده و تابش تشکیل شده و تابش نیز قدرت چندانی ندارد، پس فقط ماده باقی می ماند. ماده هم که اثر گرانشی دارد پس باید سرعت انبساط را کم کند. اما چند اندازه گیری در مورد شتاب انبساط به واسطه ابرنواخترهای نوع یک در ده سال اخیر نشان داد که از پنج میلیارد سال پیش تاکنون انبساط کیهان شروع به سریع تر شدن کرده است! این شوک بزرگی برای کیهان شناسان بود!


3207

بعد از مشاهدات بسیار نهایتاً دانشمندان مجبور شدند این را بپذیرند که یک انرژی ناشناخته در کیهان وجود دارد که باعث می شود انبساط تندتر شود. چون هیچ چیزی راجع به ماهیت این انرژی نمی دانستند اسم این انرژی را هم انرژی تاریک گذاشتند. در واقع ماهیت این انرژی خیلی تاریکتر از ماده ی تاریک است! هیچ مدلی نتوانسته توصیفی دقیق از ماهیت انرژی تاریک ارائه دهد و کیهان شناسان هنوز هم هر مدلی که با مشاهدات سازگار باشد را می پذیرند. موضوع جالب تر این که هم اکنون 73 درصد انرژی کیهان از انرژی تاریک تشکیل شده است!


نکته ای که باید بدانیم این است که درصد های ذکر شده برای مؤلفه های کیهان، برای زمان حال بوده و در طول حیات کیهان متغیر است. برای مثال در اولین ثانیه های کیهان این تابش بود که بر انبساط کیهان تاثیر گذار بود. تا پنج میلیارد سال پیش این ماده بود که بر انبساط کیهان تاثیر می گذاشت و از پنج میلیارد سال پیش تاکنون این انرژی تاریک است که تاثیر غالب را بر انبساط کیهان دارد.

Ehsan
01-09-2013, 04:03 AM
برای بحث و گفتگو و کسب اطلاعات بیشتر راجع به مباحث درسنامه می توانید به تاپیکهای زیر مراجعه کنید :)


مقیاس کیهان (http://forum.avastarco.com/forum/showthread.php?824)

مشکلات کیهانشناسی (http://forum.avastarco.com/forum/showthread.php?609)