۱۳۸۸ آبان ۱۸, دوشنبه

انفجار بزرگ

از: دانشنامه‌ی آریانا

فهرست مندرجات

[نظریه‌های علمی][پیدایش جهان]


انفجار بزرگ یا مِه‌بانگ (به انگلیسی: Big Bang؛ به آلمانی: Urknall)، مدل کیهان‌شناسی پذیرفته شده برای توصیف شکل‌گیری ابتدایی جهان است[۱]. بنا بر این نظریه، انفجار بزرگی که تقریباً ۱۳٫۷۷ میلیارد سال پیش رخ داده است، آغاز جهان را رقم زده است[٢]. در نتیجه، این عدد به‌عنوان سن جهان در نظر گرفته می‌شود. نظریه انفجار بزرگ، در حال حاضر، تنها توضیح ارائه شده دربارۀ منشأ جهان می‌باشد که به‌طور گسترده پذیرفته شده است[٣].


[] واژه‌شناسی

واژۀ «مهبانگ» ترجمه‌ی پارسی دری واژه «Big Bang» از زبان انگلیسی، به‌معنای «انفجار بزرگ» است. در زبان پارسی دری «مه» به‌معنای «بزرگ» و «بانگ» به‌معنای «آوای بلند» است (همانند واژگان مه‌رمب و مه‌گسست)[۴]. ابداع واژه «Big Bang» (انفجار بزرگ) به «فرد هویل» (Fred Hoyle)‏ نسبت داده می‌شود که برای نخستین‌بار در سال ۱۹۴۹ میلادی، از این واژه در یک برنامه رادیویی استفاده کرد. در آن زمان، بسیاری بر این باور بودند که هویل که خود طرفدار نظریه حالت پایدار بود، به‌قصد طعنه‌زدن و تحقیر از این واژه استفاده نموده است؛ اما خود وی صریحاً این ادعا‌ها را رد کرد و اعلام نمود که این واژه را تنها برای تصویر کردن اختلاف بین این دو نظریه استفاده نموده است[۵].


[] تاریخچه

نظریه مهبانگ از مشاهدات ساختار جهان و بررسی‌های نظری شکل گرفت. در سال ۱۹۱۲ «وستو اسلیفر»[٦] ‏ نخستین اثر دوپلر را در یک کهکشان مارپیچی مشاهده کرد و به‌زودی کشف کرد که تمام این کهکشان‌ها در حال دور شدن از زمین هستند. او جنبه‌های کیهان‌شناختی این کشف را درک نکرده بود. در واقع در آن زمان بحثی داغ پیرامون این‌که این کهکشان‌ها ممکن است جهان‌های جزیره‌ای دیگری باشند، در جریان بود.[٧] ده‌سال بعد یک کیهان‌شناس و ریاضیدان روسی به‌نام الکساندر فریدمان، بر پایه معادلات میدان نسبیت عام اینشتین معادلات فریدمان را ارائه داد که نشان می‌داد بر خلاف مدل جهان ایستا که انیشتین از آن حمایت می‌کرد، جهان ممکن است در حال انبساط باشد.[٨] در سال ۱۹۲۴ اندازه‌گیری فاصله بزرگ ما تا نزدیکترین کهکشان مارپیچی توسط ادوین هابل نشان داد که این اجسام کهکشان هستند. در سال ۱۹۲۷ ژرژ لومتر؛ فیزیکدان و کشیش کاتولیک؛ با نتیجه‌گیری از معادلات فریدمان پیشنهاد داد که دورشدن کهکشان‌ها ناشی از انبساط کیهان است.[۹]

ژرژ لومتر، برای نخستین‌بار فرضیه‌ای را با عنوان «فرضیه نخستین اتم» پیشنهاد نمود که بعدها سایر دانشمندان با گسترش آن شکل کنونی نظریه مهبانگ را ارائه دادند. چارچوب نظریه مهبانگ بر نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین و فرض همگن بودن و همسانگردی فضا استوار است و معادلات حاکم بر آن توسط الکساندر فریدمان فرموله شدند. در سال ۱۹۲۹ ادوین هابل کشف کرد که فاصله کهکشان‌های دور از زمین با انتقال به سرخ (redshift)‏ آن‌ها متناسب است - ایده‌ای که نخستین‌بار توسط ژرژ لومتر، در سال ۱۹۲۷، معرفی شد -. از مشاهدات ادوین هابل این‌گونه برداشت گردید که کهکشان‌ها و خوشه‌های بسیار دور٬ در حال دور شدن از کهکشان راه شیری هستند٬ و هرچه دورتر باشند سرعت حرکت‌شان بیشتر است.

در سال ۱۹۳۱ لومتر پارا فراتر نهاد و پیشنهاد کرد که انبساط جهان را در زمان به‌عقب برگردانیم هر چه عقب‌تر رویم جهان کوچک‌تر می‌شود و در نهایت در یک زمان محدود در گذشته کل جهان در یک نقطه متمرکز می‌شود؛ یک اتم اولیه در جایی و زمانی که در آن فابریک فضا و زمان به‌وجود آمد.[۱٠]

ادوین هابل از سال ۱۹۲۴ با استفاده از تلسکوپ‌های هوکر ۱۰۰ میلی‌متری شروع به ایجاد نشانگرهای فاصله در رصدخانه کوه ویلسون نمود. با این کار او می‌توانست فاصله کهکشان‌هایی را که انتقال سرخ آن‌ها قبلاً و بیشتر توسط اسلیفر اندازه‌گیری شده بود، تخمین بزند. در سال ۱۹۲۹ او کشف نمود که بین فاصله و سرعت عقب‌نشینی این کهکشان‌ها رابطه‌ای وجود دارد که این کشف امروزه به‌نام قانون هابل شناخته می‌شود[۱۱] لومتر قبلا با استفاده از اصل کیهان‌شناختی نشان داده بود که این موضوع قابل پیش‌بینی بود.[۱٢]

در دهه‌های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ تقریبا تمام کیهان‌شناسان برجسته نظریه حالت پایدار و جهان ابدی را ترجیح می‌دادند و گروهی نیز شکایت داشتند که ایده «آغاز زمان» که از نظریه مهبانگ نتیجه‌گیری می‌شود، مفاهیم مذهبی را وارد فیزیک نموده است. این اعتراض بعدها نیز توسط طرفداران نظریه حالت پایدار دوباره مطرح شد.[۱٣] این واقعیت که ژرژ لومتر، بنیان‌گذار اصلی نظریه مهبانگ یک کشیش کاتولیک بود، نیز این شبهه را تقویت می‌نمود.[۱۴] آرتور ادینگتون با ارسطو در این موضوع هم‌نظر بود که جهان نقطه شروعی در زمان ندارد و ماده ابدی است. شروع زمان برای وی غیرقابل قبول می‌نمود.[۱۵]

اما لومتر بر این باور بود که اگر دنیا از یک کوانتوم تنها شروع شده باشد مفاهیم زمان و مکان نمی‌توانند در آغاز معنایی داشته باشند. آن‌ها تنها زمانی می‌توانند معنا داشته باشند که کوانتوم اولیه به تعداد کافی از کوانتاها تقسیم شده باشد. اگر این پیشنهاد درست باشد، آغاز دنیا کمی قبل از شروع زمان و مکان رخ داده است.[۱٦]

در خلال دهه ۱۹۳۰ نظریه‌های دیگری همچون کیهان‌شناسی‌های غیر استاندارد برای توضیح مشاهدات هابل مطرح شدند که از جمله این مدل‌ها می‌توان به «مدل میلن»[۱٧]، مدل چرخه‌ای (که در ابتدا توسط فریدمان مطرح شد اما توسط انیشتین و ریچارد تولمان حمایت شد)[۱٨] و فرضیه نور خسته فریتز زوئیکی اشاره کرد.[۱۹]

پس از جنگ جهانی دوم دو احتمال متمایز به‌وجود آمد. یکی مدل حالت پایدار فرد هویل بود که بنابر این، نظریه طی انبساط جهان ماده جدید به‌وجود می‌آید. در این مدل جهان تقریباً در همه زمان‌ها یکسان است.[٢٠] احتمال دیگری نظریه مهبانگ ژرژ لومتر بود که توسط جرج گاموف حمایت شد و توسعه یافت. گاموف فردی بود که هسته زایی مهبانگ را معرفی نمود[] و همکاران او، رالف الفر و رابرت هرمان، تابش زمینه کیهانی را پیش‌بینی نمودند.[] این هویل بود که واژه «Big Bang» را برای اشاره به‌نظریه لومتر به‌کار برد. او این واژه را در یک برنامه رادیویی بی بی سی در مارچ ۱۹۴۹ در حالی‌که از نظریه لومتر به‌عنوان «این ایده انفجار بزرگ» (this big bang idea)‏ یاد می‌کرد ابداع نمود.[] تا مدتی حمایت دانشمندان بین این دو نظریه تقسیم شده بود اما در نهایت شواهد تجربی رای به برتری نظریه مهبانگ داد. کشف و تایید تابش زمینه کیهانی در سال ۱۹۶۴[] جایگاه نظریه مهبانگ را به‌عنوان بهترین نظریه در توضیح آغاز و تکامل کیهان مستحکم نمود. بخش بزرگی از تلاش‌های امروز در زمینه کیهان‌شناسی صرف فهمیدن چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها در نظریه مهبانگ، درک فیزیک جهان در زمان‌های قبل‌تر و قبل‌تر و هماهنگ‌سازی مشاهدات با نظریه‌ها می‌شود.

به‌دلیل پیشرفت در فناوری تلسکوپ‌ها و تحلیل داده‌های ماهواره‌هایی همچون کاوشگر زمینه کیهان[]، تلسکوپ فضایی هابل و دبلیومپ از اواخر دهه ۱۹۹۰ به بعد پیشرفت‌های قابل توجهی در کیهان‌شناسی مهبانگ حاصل شده است.[] اکنون کیهان‌شناسان اندازه‌گیری‌های نسبتاً دقیقی از بسیاری از پارامترهای مدل مهبانگ در دست دارند و متوجه این واقعیت غیر منتظره شده‌اند که سرعت انبساط جهان رو به افزایش است.


[] پیدایش جهان

مهبانگ یک نظریه علمی آزموده شده دربارۀ پیدایش جهان است که به گستردگی مورد پذیرش جامعه علمی قرار گرفته است. این نظریه توجیه کاملی در مورد طیف گسترده‌ای از پدیده‌های فیزیکی مشاهده شده ارائه می‌دهد.

جهان کنونی، از ذره بسیار کوچک‌تر از کوچک‌ترین ذرات بنیادی به‌وجود آمد. به این حالت، تکینگی گویند[به مرکز یک سیاهچاله که تمام جرم سیاهچاله در آن‌جا متراکم شده و چگالی آن بی‌نهایت است تکینگی گفته می‌شود. چون سیاهچاله را ستاره‌ای در نظر می‌گیرند که تمام جرم آن پس از رمبش در حجمی در حد صفر متراکم شده (یعنی به‌سمت صفر میل می‌کند) که باعث می‌شود چگالی بی‌نهایت بشود و یک ناپیوستگی و تکینگی در آن نقطه از فضا به‌وجود آید. رفتار تکینگی اصلاً قابل توصیف و درک نیست.]. در واقع، از این تکینگی جهان منفجر شد و از این ذره همهٔ ذرات بنیادی به‌وجود آمدند و شروع کردند از مرکز آن دور شدن که در نتیجه، میلیاردها کهکشان و از جمله کهکشان راه شیری پدید آمدند. دانشنامۀ بریتانیکا در این باره می‌نویسد: «در اول تمام جهان یک گویی کوچک‌تر از حتی هسته‌ی اتم بود که با یک جاذبه شروع به گداخته‌شدن کرد و «بیگ بنگ» (مه‌بانگ یا انفجار بزرگ) اتفاق افتاد.

پس از این لحظه، جهان بسیار داغ و چگال (متراکم) بود و شروع به انبساط با سرعت بسیار زیاد کرد. بر اثر این انبساط، جهان داغ اولیه رو به سرد شدن گذاشت. پس از این انبساط اولیه، دمای جهان به اندازه‌ای کاهش یافت که برای تبدیل انرژی به ذرات زیراتمی گوناگون مانند پروتون و الکترون و نوترون کافی بود. با این‌که هسته‌های اتمی ساده می‌توانستند به‌سرعت تشکیل شوند، اما پیدایش اتم‌های بدون بار الکتریکی نخستین هزاران سال دیگر به‌طول انجامیده است. نخستین عنصری که به‌وجود آمد، هیدروژن بود و مقادیر کمتری از هلیم و لیتیم نیز پدید آمد. بعدها ابرهای غول‌پیکری از گردهم‌آیی این عناصر اولیه بر اثر نیروی گرانش به‌وجود آمد که منجر به شکل‌گیری ستاره‌ها و کهکشان‌ها شد. عناصر سنگین‌تر نیز درون ستاره‌ها و ابرنواخترها پدید آمدند.

این نظریه با وجود پذیرش گسترده از سوی جامعه علمی منتقدانی نیز داشته است[] که نظریه مهبانگ را مردود دانسته‌اند،[] و نظریه‌های متفاوتی (بطور نمونه بر اساس کوانتومی کردن انتقال سرخ) گسترش داده‌اند. اما تا کنون هیچ نظریه‌ای هنوز به قدرت نظریه مهبانگ قادر به توضیح پیدایش جهان نیست.


[] يادداشت‌ها


يادداشت ۱: اين مقاله برای دانش‌نامه‌ی آريانا توسط مهدیزاده کابلی برشتۀ تحرير درآمده است.
يادداشت ٢: پژوهشگران می‌گویند نقشه‌برداری از بقایای قدیمی‌ترین نوری که در آسمان رویت شده، نظریه معروف به بینگ بنگ را تایید می‌کند، نظریه‌ای که بر اساس آن کهکشان‌ها به‌دنبال یک انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند. اما در عین حال، دانشمندان شاید مجبور شوند در بعضی از نظریه‌هایشان تجدید نظر کنند. (نقشه‌برداری از بقایای قدیمی‌ترین نور در آسمان، بی بی سی: جمعه ٢٢ مارس ٢٠۱۳ - ٠٢ فروردین ۱۳۹٢)



[] پيوست‌ها

پيوست ۱: نظریۀ انفجار بزرگ، از دانشنامۀ رشد
پيوست ٢: کامبیز کراماتی، بازسازی انفجار بزرگ در مقیاس کوچک
پيوست ۳: قبل از آغاز جهان چه خبر بود؟، از: وب‌سایت علمی بیگ بنگ
پيوست ۴:
پيوست ۵:
پيوست ۶:



[] پی‌نوشت‌ها

[۱]-
[٢]-
[٣]- نظریه انفجار بزرگ، دانشنامۀ رشد
[۴]-
[۵]-
[٦]- Vesto Slipher
[٧]-
[٨]-
[۹]-
[۱٠]-
[۱۱]-
[۱٢]-
[۱٣]-
[۱۴]-
[۱۵]-
[۱٦]-
[۱٧]- Milne Model
[۱٨]-
[۱۹]-
[٢٠]-



[] جُستارهای وابسته







[] سرچشمه‌ها








[] پيوند به بیرون

[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20]
[1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20]