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, 07:01 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, 07:29 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