تئوری خلقت جهان، بیگ بنگ
ممکن است در نگاه اول با نظریه جهانی از هیچ و جهانهای چندگانه مخالفت کنیم، زیرا به نظر میرسد این نظریه قوانین شناخته شدهای مثل قانون بقای ماده و انرژی را به هم میریزد. در واقع، مجموع کل ماده به علاوه انرژی در جهان احتمالا خیلی کوچک است. درست است که مقدار ماده موجود در جهان شامل تمام ستارگان، سیارات و کهکشانها مقداری مثبت و بزرگ است، با این حال انرژی ذخیره شده در گرانش، ممکن است منفی باشد. اگر انرژی مثبت ماده را با انرژی منفی گرانش جمع کنیم، نتیجه عددی نزدیک به صفر خواهد بود!
در جهان بسیار شگفت انگیز مکانیک کوانتوم که به توصیف رفتارها در مقیاس زیر اتمی میپردازد، نوسانها و بی ثباتیهای گاه به گاهی میتواند ماده و انرژی را از هیچ پدید آورد و به گفتۀ محققان، این در واقع میتواند به پدید آمدن چیزهای بسیار بزرگ هم بیانجامد.
انرژی تمامی ذرات بنیادی در لحظه تولد جهان بدون جرم بوده اند، اما در کسر بسیار کوچکی از ثانیه پس از آن هنگامی که ذرات هیگز از «انرژی بیگ بنگ» پدید آمده و کل جهان را پُر کردند و ناگهان برخی از ذرات بنیادی به واسطه برهم کنش با آنها جرمدار شدند و همچنان این ذرات نامرئی در میدان هیگز جهان انرژی ابتدایی خود را حفظ کرده اند.
خوب حال سوال پیش میآید بیگ بنگ انرژی اش را چطور بدست آورده است؟ در مدلهای کوانتومی به علت افت و خیزهای میدان گرانشی ناپایدار، باعث میشود گذاری خود به خود به عالم در حال انبساط و ماده رخ دهد.
ممکن است فکر کنید خلق ماده و انبساط آن به مقداری انرژی نیاز دارد و بنابراین اگر ماده از «فضای خالی» به وجود آمده باشد؛ پایستگی انرژی که یکی از اصول مسلم فیزیک است، بر هم خواهد خورد.
در واقع، در فرایند هیچ؛ نقض پایستگی انرژی وجود ندارد. به یاد بیاورید که میدان گرانشی دارای انرژی منفی است. (حالتی مقید به پروتون در حالتی با انرژی منفی وجود دارد؛ هر نیروی جاذبهای چنین خصوصیتی دارد و نیروی گرانشی همیشه جاذبهای است.)
بنابراین میتوان به موقعیتی رسید که انرژی گرانشی منفی با انرژی مثبت ماده (و انبساط) در تعادل باشد که در نتیجه انرژی کل صفر میشود. معادلات کیهان شناسی کوانتومی نشان میدهند که عالم به علت افت و خیزهای کوانتومی بطور خود به خودی از خلا به وجود آمده است و بیگ بنگهای متعدد در اعصار مختلف بوده و خواهد بود.
نظریه مِهبانگ یا بیگ بنگ چیست؟
نظریه مِهبانگ یا بیگ بنگ مدل کیهانشناسی پذیرفتهشده جهان، از کهنترین دوران شناختهشده و تکامل آن در مقیاس بزرگ است. این نظریه بیان میکند که گیتی از یک وضعیت بسیار چگال (متراکم) نخستین آغاز شده و در گذر زمان انبساط یافتهاست.
این نظریه طیف گستردهای از پدیدههای مشاهده شده را به خوبی توضیح میدهد. از جمله این پدیدهها میتوان به فراوانی عناصر سبک اولیه، تابش زمینه کیهانی، ساختار بزرگ مقیاس و قانون هابل اشاره نمود.
اگر در زمان به عقب برگردیم، به نقطهای در گذشته میرسیم که در آن قوانین فیزیکی شناختهشده کارایی خود را از دست میدهند و نقطه تکینگی نام دارد. این نقطه، نقطه پیدایش گیتی است و بر اساس اندازهگیریهای جدید، این لحظه تقریباً ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش رخ دادهاست و از این رو سن گیتی ۱۳٫۸ میلیارد سال تخمین زده میشود.
پس از انبساط اولیه گیتی به اندازه کافی سرد شد که امکان پیدایش ذرات زیراتمی و بعدها اتمهای ساده، پدید آید. به هم پیوستن ابرهای غولپیکر از عناصر اولیه بر اثر نیروی گرانش، باعث پیدایش ستارگان و کهکشانها شد.
از زمانی که ژرژ لومتر، کشیش و اخترشناس بلژیکی، برای نخستین بار در سال ۱۹۲۷ متوجه شد که انبساط جهان را میتوان در زمان رو به عقب دنبال نمود تا به نقطه اولیه رسید، تاکنون دانشمندان متعددی بر پایه ایده انبساط جهان نظریهپردازی کردهاند. اگرچه در ابتدا جامعه علمی به دو دسته طرفداران نظریه مهبانگ و نظریه حالت پایدار تقسیم میشد، اما شواهد تجربی کشفشده در گذر زمان، درستی نظریه مهبانگ را تأیید میکنند.
در سال ۱۹۲۹، ادوین هابل با بررسی پدیده انتقال به سرخ در کهکشانها به این نتیجه دست یافت که کهکشانها در حال دور شدن از یکدیگر هستند. این کشف مهمی بود که با فرضیه جهان در حال انبساط سازگار بود.
در سال ۱۹۶۴ تابش زمینه کیهانی کشف شد، که مدرکی کلیدی در تأیید مدل مهبانگ محسوب میشد، زیرا این نظریه وجود تابش پسزمینه در سراسر جهان را پیش از کشف آن پیشبینی کرده بود. به تازگی، بررسی انتقال به سرخ در ابرنواخترها نشان داد که سرعت انبساط گیتی نیز در حال افزایش است. دلیل افزایش سرعت انبساط گیتی، وجود انرژی تاریک است. با استفاده از قوانین فیزیکی شناخته شده میتوان جزئیات ویژگیهای جهان را در گذشته تا حالت نخستین چگالی و دمای بسیار بالا محاسبه نمود.
خط زمانی بیگ بنگ و کیهان شناسی نوین
از سن عالم تاکنون، ۱۳٫۸۲ میلیارد سال گذشته (طبق مشاهدات جدید ماهواره پلانک که نشان داد کیهان نزدیک به ۱۰۰ میلیون سال قدیمیتر است) طبیعی است برای بیان مرحلههای این تحول از زمان استفاده کنیم.
ذرههایی مانند پروتون و نوترون، که در فیزیک آنها را با نام کلی باریون میشناسیم، در همان یک ثانیه اول بعد از بیگ بنگ به وجود آمده اند. شاید تصور کنید یک ثانیه در مقابل ۱۳٫۸ میلیارد سال که اصلاً به حساب نمیآید.
کیهان زمانی که یک ثانیه یا کسری از ثانیه سن داشته است بسیار داغ بوده است، یک ثانیه بعد از بیگ بنگ را به چند قسمت میشود تقسیم کرد که معنی داشته باشد؟
کوچکترین زمانی که به لحاظ علم فیزیک از ثابتهای جهانی که طبق گرانش نیوتن، پلانک، و نیز سرعت نور میتوان ساخت زمان پلانک نامیده میشود و برابر ۲۳- ^۱۰ ثانیه. این زمان شاخص است برای محدودهای از تحول عالم که انتظار میرود گرانش کوانتومی شود؛ علت این ادعا این است که در محاسبه زمان پلانک ثابت پلانک که نشانه کوانتومی بودن است وارد میشود؛ بنابراین این زمان مرز اعتبار نظریه گرانش اینشتین را تعیین میکند و انتظار داریم در زمانهای کوتاهتر از آن، که عالم فشردهتر بوده است، گرانش کوانتومی بشود. هیچ رابطه یا فرمول فیزیکی شناخته شدهای وجود ندارد و فقط از این زمان به بعد است که روابط فیزیکی وجود دارند.
بعد از عبور از چند مرحله ویژه وکاهش تدریجی دما در زمان ده بتوان منفی ۱۲ چهار نیروی بنیادی شکل گرفته و در زمان ده بتوان منفی شش هم دما آنقدر پایین آمده تا شرایط برای شکل گیری هسته اتمها فراهم شود. دراین زمان عناصر طبیعی بویژه هلیوم وهیدروژن شکل گرفته اند.
بعد از گذشت سیصدهزار سال از لحظه آفرینش کیهان برای فوتونها شفاف شده و تابش از ماده جدا شده است. با انبساط کیهان ماده از تابش زمینه جداشده و اتمها تشکیل شده اند. گرانش موجب تغییر چگالیهای موضعی شده و ستارهها شکل گرفته اند.
قدیمیترین و مستقیمترین انواع شواهد تجربی عباراتند از انبساط نوع هابل که در انتقال سرخ کهکشانها مشاهده شده است، اندازه گیریهای جزئیات تابش زمینه کیهانی و فراوانی نسبی عناصر سبک که در جریان هسته زایی بیگ بنگ تولید شدهاند. امروزه توزیع، تشکیل و تکامل کهکشانها در مقیاس بزرگ نیز به این شواهد افزوده شده است. از این موارد به عنوان چهار ستون نظریه بیگ بنگ یاد شده است.
به تازگی نیز طبق مشاهدات ماهواره پلانک تخمین زده میشود سرعت انبساط جهان که برابر ثابت هابل شناخته میشود، برابر ۶۷٫۱۵ مثبت/منفی ۱٫۲ کیلومتر در ثانیه در مگا پارسک است. (پارسک یک واحد اخترشناسی است و تقریباً برابر ۳ سال نوری است)؛ که کمتر از برآوردهای قبلی به دست آمده از تلسکوپهای فضایی اسپیتزر ناسا و هابل میباشد. (دادههای پیشین نشان میداد که جهان با سرعت شگفت آور ۷۱ کیلومتر در ثانیه در مگا پارسک در حال انبساط است.)
