PASADENA, Calif. -- NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer, or Wise, is chilled out, sporting a sunshade and getting ready to roll. NASA's newest spacecraft is scheduled to roll to the pad on Friday, Nov. 20, its last stop before launching into space to survey the entire sky in infrared light.

Wise is scheduled to launch no earlier than 6:09 a.m. PST (9:09 a.m. EST) on Dec. 9 from Vandenberg Air Force Base in California. It will circle Earth over the poles, scanning the entire sky one-and-a-half times in nine months. The mission will uncover hidden cosmic objects, including the coolest stars, dark asteroids and the most luminous galaxies.

"The eyes of Wise are a vast improvement over those of past infrared surveys," said Edward "Ned" Wright, the principal investigator for the mission at UCLA. "We will find millions of objects that have never been seen before."

The mission will map the entire sky at four infrared wavelengths with sensitivity hundreds to hundreds of thousands of times greater than its predecessors, cataloging hundreds of millions of objects. The data will serve as navigation charts for other missions, pointing them to the most interesting targets. NASA's Hubble and Spitzer Space Telescopes, the European Space Agency's Herschel Space Observatory, and NASA's upcoming Sofia and James Webb Space Telescope will follow up on Wise finds.

"This is an exciting time for space telescopes," said Jon Morse, NASA's Astrophysics Division director at NASA Headquarters in Washington. "Many of the telescopes will work together, each contributing different pieces to some of the most intriguing puzzles in our universe."

Visible light is just one slice of the universe's electromagnetic rainbow. Infrared light, which humans can't see, has longer wavelengths and is good for seeing objects that are cold, dusty or far away. In our solar system, Wise is expected to find hundreds of thousands of cool asteroids, including hundreds that pass relatively close to Earth's path. Wise's infrared measurements will provide better estimates of asteroid sizes and compositions -- important information for understanding more about potentially hazardous impacts on Earth.

"With infrared, we can find the dark asteroids other surveys have missed and learn about the whole population. Are they mostly big, small, fluffy or hard?" said Peter Eisenhardt, the Wise project scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif.

Wise also will find the coolest of the "failed" stars, or brown dwarfs. Scientists speculate it is possible that a cool star lurks right under our noses, closer to us than our nearest known star, Proxima Centauri, which is four light-years away. If so, Wise will easily pick up its glow. The mission also will spot dusty nests of stars and swirling planet-forming disks, and may find the most luminous galaxy in the universe.

To sense the infrared glow of stars and galaxies, the Wise spacecraft cannot give off any detectable infrared light of its own. This is accomplished by chilling the telescope and detectors to ultra-cold temperatures. The coldest of Wise's detectors will operate at below 8 Kelvin, or minus 445 degrees Fahrenheit.

"Wise is chilled out," said William Irace, the project manager at JPL. "We've finished freezing the hydrogen that fills two tanks surrounding the science instrument. We're ready to explore the universe in infrared."

JPL manages Wise for NASA's Science Mission Directorate in Washington. The mission was competitively selected under NASA's Explorers Program managed by the Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md. The science instrument was built by the Space Dynamics Laboratory in Logan, Utah, and the spacecraft was built by Ball Aerospace & Technologies Corp. in Boulder, Colo. Science operations and data processing take place at the Infrared Processing and Analysis Center at the California Institute of Technology in Pasadena. Caltech manages JPL for NASA.

More information about Wise is available online at http://www.nasa.gov/wise and http://wise.astro.ucla.edu.

The recent discovery of methane on Mars is more than a curiousity. It could be a game changer.

For the last three decades, NASA’s Mars exploration program has been based on a single mantra: Follow the water. Where there is water, there might be life. So far, this strategy has come up empty handed. But now, NASA might have to change course and follow the methane. Methane gas, which heats up our food in our kitchen stoves, can be created by natural processes, but about 90% of the earth’s methane gas comes from living things, such as the decomposition of organic materials. So this is tantalizing evidence that perhaps some form of Martian life created this methane.

Los Alamos, a world leader in computing since the beginning of the digital revolution is mounting a major initiative to help unravel the mysteries of dark matter and dark energy, producing the largest sky survey ever.

For most of the 20th century, everything that cosmologists observed in the heavens confirmed the laws of physics we know on Earth. But that's about to change.

Starting with early observations of galaxy clusters, evidence has accumulated to suggest that the matter in planets, stars, and interstellar gas—ordinary matter made of neutrons, protons, and electrons—is but a small fraction of the matter in the universe. Most of it appears to be cold and dark, to have no electric charge (making it unable to emit or absorb light), and to collide so infrequently with other matter that it never heats up or cools down. This dark matter is invisible to us, but Newton's laws tell us that it must exist to provide the gravitational force that keeps the fastest stars confined within our own galaxy and the fastest galaxies bound into giant clusters.

In 1998, the search for distant supernovae (exploding stars) revealed that the overall expansion of the universe, which began about 14 billion years ago, is not slowing down as it should under the braking power of gravity.

Instead, the expansion appears to be accelerating under the influence of a mysterious force, dubbed dark energy. Over the past eight years, the evidence for dark energy has finally turned the world of physics on its ear. Computer simulations of the dark matter universe, when compared with the latest maps of luminous matter and the latest maps of the cosmic microwave background (the radiation left over from the early universe), indicate that the universe contains an astonishing 74 percent dark energy, 22 percent dark matter, and only 4 percent ordinary matter.

"This is a very stimulating time for physics. Fully 96 percent of the universe seems to be composed of stuff we've never seen directly on Earth!" says Emil Mottola, Los Alamos theorist, who has his own model of dark energy.

Los Alamos National Laboratory is collaborating in a multi-billion-dollar exploration of the deep universe. If they can discover the true nature of dark energy, they will find out whether Einstein's theory of general relativity, the description of the expanding universe that has held for 75 years, needs to be changed in some fundamental way.

Success will depend on coordinating theory, computation, and the many types of observation planned for the future. Lab Director Mike Anastasio has named the problem a Grand Challenge for Los Alamos and the Laboratory is assisting with the Sloan Digital Sky Survey at the Sloan telescope in southern New Mexico.

Dedicated to mapping the universe, the Sloan survey has imaged more than 200 million celestial objects, and its researchers have seen back in time to when the universe was about 5 billion years old and only two-thirds of its present size. The Sloan 2.5-meter-diameter digital telescope records continuously through the night, recording images of a narrow strip of sky the width of the moon as the Earth turns on its axis. The strips are then laid side by side to give a contiguous view of the quarter of the sky visible to the telescope.

Powerful computing capabilities, developed to simulate the performance of nuclear weapons in the U.S. stockpile, can be applied to the problem of simulating the cosmos. "We are also developing a unique statistical approach to minimize uncertainties in the predictions drawn from computer simulations," says Los Alamos scientist Katrin Heitmann. "It allows us to get more accurate results with many fewer simulations and to interpolate to new models of what the universe might look like."

Los Alamos is importing tens of terabytes of imaging and spectroscopic data—the entire Sloan Digital Sky Survey—with the goal of investigating gravitational lenses. A strong lens is a large mass concentration (presumably dominated by a dark matter halo) somewhere along the line of sight between the observer and a distant source that produces multiple images of the same object. Los Alamos scientist Przemek Wozniak is developing a high-speed program specially designed to search for the characteristic signature of multiple images of quasars lensed by galaxy cores to solve the evolution of the universe.

These are heady times in physics, with the biggest questions of all—what is the universe made of and how did it get here—being asked once again.

.The physical principles involved in analyzing star process run the gamut from classical thermodynamics and kinetic theory to general relativity and quantum mechanics. Stars represent laboratories for the observation of matter in physical extremes unattainable on the Earth.

This composite photo provided by NASA shows A powerful jet from a super massive black hole is blasting a nearby galaxy in the system known as 3C321, according to new results from NASA. This galactic violence, never seen before, could have a profound effect on any planets in the path of the jet and trigger a burst of star formation in the wake of its destruction.

لينک مطلب                                                         

 A black hole is a region of space whose attractive gravitational force is so intense that no matter, light, or communication of any kind can escape. A black hole would thus appear black from the outside. (However, gas around a black hole can be very bright.) It is believed that black holes form from the collapse of stars. As long as they are emitting heat and light into space, stars are able to support themselves against their own inward gravity with the outward pressure generated by heat from nuclear reactions in their deep interiors. Every star, however, must eventually exhaust its nuclear fuel. When it does so, its unbalanced self gravitational attraction causes it to collapse.

بازدید کننده ی گـرامی: برای مشـاهده متن کامل مقاله فوق می توانید بر روی ادامه مطالب کلیک کنید .... با تشکر از شمــا

Researchers have created an anti-reflective coating that allows light to travel through it, but lets almost none bounce off its surface. At least 10 times more effective than the coating on sunglasses or computer monitors, the material, which is made of silica nano rods, may be used to channel light into solar cells or allow more photons to surge through the surface of a light-emitting diode (LED)

سیاهچاله ها مناطقی از فضا می باشند که نیروی گرانش در آنجا به قدری زیاد است که هیچ چیز نمی تواند از آن منطقه بگریزد. سیاهچاله ها قابل رویت نیستند و در واقع نامرئیند زیرا حتی نور نیز در دام آنها گرفتار می شود. تشریح بنیادی سیاهچاله ها بر اساس معادلات موجود درتئوری نسبیت عام آلبرت اینیشتین مطرح شد. این تئوری در سال 1916 منتشر گردید.

A bunch of rowdy comets are colliding and kicking up dust around a dead star, according to new observations from NASA's Spitzer Space Telescope. The dead star lies at the center of the much-photographed Helix nebula, a shimmering cloud of gas with an eerie resemblance to a giant eye.

'We were surprised to see so much dust around this star,' said Dr. Kate Su of the University of Arizona, Tucson, lead author of a paper on the results appearing in the March 1 issue of Astrophysical Journal Letters. 'The dust must be coming from comets that survived the death of their sun.'

Spitzer's spectacular new view of the Helix nebula shows colors as seen in infrared and is online at http://www.nasa.gov/spitzer and www.spitzer.caltech.edu/Media. The dusty dead star appears as a dot in the middle of the nebula, like a red pupil in a green monster's eye.

This infrared image from NASA's Spitzer Space Telescope

 shows the Helix nebula, a cosmic starlet often photographed

 by amateur astronomers for its vivid colors and eerie resemblance to a giant eye.

The Helix nebula, located about 700 light-years away in the constellation Aquarius, was formed when a star much like our sun died and sloughed off its skin, or outer layers. Radiation from the dead star's hot core, called a white dwarf, heats the expelled material, causing it to fluoresce with vivid colors. This cosmic beauty, termed a planetary nebula, won't last long. In about 10,000 years, its shiny clouds will fade, leaving the white dwarf and its circling comets to cool down alone in empty space.

Astronomers have long studied the white dwarf at the center of the Helix nebula, but nobody had detected any dust close to it until now. Spitzer, an infrared space-based observatory, was able to pick up the glow of a dusty disk circling around the stellar corpse at a distance of about 35 to 150 astronomical units (an astronomical unit is the distance between our sun and Earth, which is 150 million kilometers or 93 million miles).

At first, Su and her team were shocked to see the dust. They said that when the star died, expelling its outer layers, dust in the system should have been blown away. The team then obtained more detailed data, which again pointed to the presence of a dusty disk.

Where is the dust coming from? According to the astronomers, it is most likely being freshly churned up by comets smashing into each other in the outer fringes of the white dwarf's system. A few million years ago, before the white dwarf formed, when it was still a lively star like our sun, its comets and possibly planets would have been in stable orbits, harmoniously traveling around the star. But when the star died, any inner planets would have burned up or been swallowed as the star expanded. Outer planets, asteroids and comets would have been jostled about and thrown into each other's paths.

Our own solar system will undergo a similar transformation in about five billion years. Like the Helix nebula, it will sparkle with colors. Our sun, which will have become a white dwarf, will be circled by a band of surviving outer planets and frenzied comets.

Spitzer has seen evidence before for such comet survivors around dead stars. In January of last year, astronomers reported using the observatory to find a dusty disk around a white dwarf, only the disk was much closer in, circling at a distance of only .005 to .03 astronomical units

'Finding evidence for planetary activity around a white dwarf is a surprise,' said Dr. George Rieke of the University of Arizona, a co-author of the paper. 'Finding it twice with such different properties is a shock!'

The Spitzer data might also help explain a mystery surrounding the Helix nebula's white dwarf. Previous observations with the German X-ray telescope Röntgensatellit and NASA's Chandra X-ray Observatory indicated that the white dwarf was throwing out highly energetic X-rays. While the white dwarf is hot, about 110,000 Kelvin (nearly 200,000 degrees Fahrenheit), it is not hot enough to explain the energetic X-rays. Astronomers thought that perhaps the white dwarf was accreting matter onto itself from a hidden companion star.

But the Spitzer observations point to a different answer. According to Su's team member Dr. You-Hua Chu of the University of Illinois at Urbana-Champaign, material in the newfound disk surrounding the white dwarf might be falling onto the star and triggering the X-ray outbursts. 'The high-energy X-rays were an unsolved mystery, said Chu. 'Now, we might have found an answer in the infrared.'

Other authors of this work include Drs. Patrick J. Huggins of New York University, New York; Robert Gruendl of University of Illinois at Urbana-Champaign; Ralf Napiwotzki of University of Hertfordshire, United Kingdom; Thomas Rauch of University Tubingen, Germany; William B. Latter of NASA's Herschel Science Center, Pasadena, Calif.; and Kevin Volk of Gemini Observatory, Hilo, Hawaii.

NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif., manages the Spitzer Space Telescope mission for NASA's Science Mission Directorate, Washington. Science operations are conducted at the Spitzer Science Center at the California Institute of Technology, also in Pasadena. Caltech manages JPL for NASA.

دانشمندان بر این باورند که کائنات در 15 بیلیون سال پیش در پی پدیده ای عظیم، به نام بیگ بنگ (انفجار بزرگ) به وجود آمده است. تمامی فضا، زمان، انرژی و موادی که امروزه جهان ما را تشکیل می دهند در پس این انفجار بزرگ ایجاد شده اند. دنیای پیش از بیگ بنگ یک دنیای بینهایت کوچک، فشرده و داغ بوده است. در نخستین کسرهای ثانیه اول فقط انرﮋی وجود داشت. هنگامی که دنیا شروع به بزرگ شدن و سرد شدن نمود، چهار نیروی اولیه (گرانش، الکترو مغناطیس، نیروی ضعیف و نیروی قوی پیوندهای هسته ای) ظاهر شدند. کوارک ها و سپس ذرات اتمی و ذرات ضد آنها (ضد مواد) به عرصه پیوستند. ماده و ضد ماده در مجاورت یکدیگر همدیگر را خنثی کرده(با برتری جزئی ماده نسبت به ضد ماده) و تولید انرﮋی و ماده اولیه یعنی هیدروﮋن و هلیوم نمودند. پس مانده ضعیف گرمای ناشی از بیگ بیگ همچنان در سراسر آسمان دیده می شود. کهکشانها در ابتدا توزیع انرﮋی و ذرات در کل جهان یکسان نبود. این ناهمگونی ها این امکان را به انواع نیروها داد تا بتوانند ذرات را گردآوری و متمرکز کنند. این توده سازی و متمرکزسازی آغاز شد تا ساختارهای پیچیده تر به وجود آیند. تمرکز ذرات منجر به پدیدار شدن غبارها در آسمان گردید و سپس غبارهای فشرده و متمرکز تبدیل به ستاره ها و مجموعه های ستارگان شدند. مجموعه هایی که به آنها کهکشان می گوییم. از حرکت و گردش کهکشانها پیداست که ستارگان و گازهای پراکنده و غبارها یی که در یک کهکشان قابل مشاهده هستند تنها یک دهم جرم کل یک کهکشان را تشکیل می دهند و بیشتر جرم یک کهکشان مربوط به بخش غیر قابل مشاهده ایست که اصطلاحا جرم پنهان خوانده می شود. این بخش نامرئی راز سرنوشت کائنات را در بر گرفته است. آیا کائنات تا ابد به انبساط خود ادامه خواهد داد یا اینکه در اثر نیروهای گرانشی که مقدار آن تا به امروز در جرم پنهان مخفی مانده پس از دوره انبساط دوران انقباض را آغاز خواهد نمود. از دیدگاه توسعه و بسط حیات، آنچه اهمیت دارد این است که هر کهکشان یک کارخانه ستاره سازیست که ستاره ها ی خود را از غبارها و ابرهای عظیم تولید می کند. هر ستاره یک کارخانه شیمیاییست که در آن عناصر سبک به عناصرسنگین تر و پیچیده تر تبدیل می شوند و حیات نیز مجموعه ایست از همین عناصرو مولکول های پیچیده. نوع کهکشانها با محاسبه چگونگی توزیع ستارگان و درخشش یا تاریکی آن مشخص می شود. ابرهای عظیم مولکولی بیشترین ساکنین کهکشانها ابرهای عظیم مولکولی هستند که مواد اولیه برای تشکیل ستاره ها و سیارات را در بردارند. ابری با ضخامت 300 سال نوری (هر سال نوری برابراست با حدود 10 تریلیون کیلومتر) جرم کافی برای ساخت ده هزار تا یک میلیون ستاره، هر یک به اندازه جرم خورشید ما را دارد. 10 درصد از این ابر چگالی کافی برای تشکیل چند صد تا چند هزار ستاره را دارد.عمر این ابرها بین 10 تا 100 میلیون سال است و بعد از آن از هم می پاشند. تشکیل عناصر در ستارگان غبارها و تولد ستارگان گرانش بر ذرات خاصی اثر می گذارد تا مجموعه ای از ذرات را ایجاد نماید که آنها خود جذب کننده ذرات دیگرند.

 در شرایط مناسب، گرانش، قدرت غلبه بر نیروهای مخالف خود را پیدا می کند و توده ای از غبار را تولید می کند که به اندازه کافی، برای آفرینش یک ستاره، فشرده است. اما این ستاره جوان احتمالا هنوز در نور مرئی آشکار نیست. این ستاره در میان پوششی از غبار غلیظ و مات احاطه شده است. زمانیکه ستاره غبار اطرافش را پراکنده می کند، توسط دوربین های مادون قرمز به صورت نقطه ای سوزان در بین یک ابر غلیظ مولکولی قابل رویت می شود. در نهایت بادهای ستاره ای پس مانده غبارها و ابرها ی مولکولی را کنار می زنند و در این زمان با تلسکوپ های اپتیکال نیزقابل رویت خواهد بود. ستارگان بالغ و ترکیبات هسته ای ستارگان جوان در عرصه تلاش برای حفظ تعادل بین نیروی گرانش، که سعی در فرو کشیدن ستاره دارد و فشارهای ناشی از فعل و انفعالات هسته ای درون خود، که سعی در از هم پاشیدن ستاره دارد قرار می گیرند. ستاره ها ی بالغ به آن تعادل دست پیدا کرده اند و تقریبا همه عمر خود را در تعادل سپری می کنند. اندازه ستاره، رنگ آن، درخشش آن و حتی طول عمر آن ارتباط مستقیم با جرم ستاره دارد. ستاره ها یی با جرم کمتراز خورشید ما کوتوله ها ی قرمزی می شوند که تا چندین بیلیون سال زنده اند. ستاره ای به اندازه خورشید 10 بیلیون سال زندگی می کند و ستاره ها ی غول پیکر همه سوخت هسته ای خود را در ظرف چند میلیون سال با شدت تمام می سوزانند. ستاره ها همه عمر در هسته خود هیدروﮋن را سوزانده و به هلیم تبدیل می کنند. در ادامه هلیم نیز به قدری فشرده و داغ می شود که به عناصر سنگینتر تبدیل می گردد. این چرخه تبدیل ادامه دارد. چرخه ای که هر لایه آن انرﮋی و گرمای بیشتر و بیشتری می طلبد. این انرﮋی از انفجارهای ناشی از فعل و انفعالات لایه های زیرین تامین و منجر به تشکیل عناصر سنگین و سنگین تر می شود. گرمای زیادی که در ستاره ایجاد می شود آن را متورم می کند. مرگ ستاره در نهایت سوخت هسته ای همه ستارگان روزی تمام می شود. آنها تعادل خود را از دست می دهند طوریکه نیروی گرانش غالب می شود. تفاوت جرم ستارگان باعث تفاوت در مرگ آنها نیزمی شود. ستاره های کم جرم به آرامی باقیمانده سوخت خود را سوزانده و می میرند. ستاره هایی به اندازه خورشید، به سرعت به یک کوتوله سفید به اندازه زمین تبدیل می شوند. لایه بیرونی ستاره که از اتمهایی تشکیل شده که در فرایند تبادلات هسته ای به وجود آمده اند، از آن جدا شده و به شکل ذرات در عرصه بی انتهای آسمان رها می شوند. هسته یک ستاره غول پیکر تقریبا به شکل آنی منفجر می شود. هسته به سمت بیرون پخش میشود و با ذراتی برخورد میکند که به سمت درون ستاره کشیده شده اند. این برخورد با تولید انرژی انبوهی همراه است که هم عناصر سنگین موجود در کائنات را پدیدار می نماید و هم منجر به تکه تکه شدن ستاره می شود. این انفجار ابر نواختر، منشا اولیه همه عناصر سنگین یافت شده در اجرام، ستاره ها، سیاره ها و فضاهای میان کهکشانهاست. در اعماق سرد فضا، عناصری مانند کربن، اکسیﮊن و نیتروژن می توانند با عنصر اولیه یعنی هیدروژن ترکیب شده و مولکولهای پیچیده ای را بسازند مخصوصا در فضاهای با چگالی و غلظت بالاتر که امکان برخورد ذرات به یکدیگر بیشتر است. تعداد بسیار زیادی از انواع مولکولهای پیشرفته، به خصوص مولکولهایی که اتم کربن در ترکیب آنها حضور دارد، در فضای میان ستارگان یافت شده است. شکل گیری سیارات صفحات سیاره ای مرحله شکل گیری یک سیاره ممکن است که به صورت یک صفحه درخشنده و یا تاریک در مقابل یک جرم آسمانی درخشان به چشم آید. برخی از این صفحات در انبوه گاز و غبار مخفی و تنها در نور مادون قرمز نمایان می شوند. صفحات سیاره ای دیگر به صورت گرده های ذراتی شبیه به ستاره های دنباله دار دیده می شوند که در اثر وزش بادهای ستاره ای شکل گرفته اند. وسعت هر یک از این مناطق سیاره خیز بیش از 20 برابر منظومه شمسی ما است. همه ذرات و مواد موجود در صفحات سیاره ای در یک جهت در حال چرخش به دور یک ستاره می باشند. محتویات صفحات سیاره ای، شامل مولکول های پیچیده ای است که برخی از آنها تنها در شرایط موجود دراین گونه صفحات به وجود می آیند و برخی مولکولهایی هستند که در فضاهای میان ستاره ها و کهکشانها نیز یافت شده اند. تشکیل اجرام ضمن گردش صفحات به دور ستاره، گرانش به انبوه این ذرات اجازه تشکیل اجرام کوچک را می دهد. فلزات سنگین و سیلیکاتها در معرکه داغ محدوده نزدیک به ستاره نیز دوام می آورند اما ذرات سبک تر و مولکول های فرار از جمله آب و گاز هیدروﮋن در قسمتهایی از صفحه که از ستاره دورتر است امکان ادامه حیات دارند. توده ها ی ذرات سنگین پس از اینکه جرم کافی به دست آوردند شروع به سخت شدن می نمایند و در اثر برخورد و تصادم ذرات با آنها رفته رفته اجرام بزرگی می شوند. سرانجام این توده ها و اجرام با یکپارجه شدن و جذب گازها و غبار اطراف بر فضای خود مسلط می شوند. شکل گیری سیاراتی چون زمین و مشتری اختلافات ماهرانه در توزیع ذرات بین قسمتهای مختلف یک صفحه سیاره ای تعین کننده مکان و بزرگی سیارات در آن صفحه است. اجرام کوچک صخره ای و فلزی درمنظومه شمسی سیاره ای همچون زمین را به شکل گدازان پدید آورده اند. در پی سرد شدن این سیارات لایه های سخت آنها تشکیل می شود. احتمال می رود که با گذشت زمان همه بخشهای این سیارات منجمد گردد. این سیارات تحت بمباران های اجرام کوچک صخره ای قرار می گیرند که حامل عناصر و مولکولهایی از جمله مهمترین عنصر شناخته شده حیات یعنی آب می باشند. اجرام سرد و یخی که در فاصله بیشتری از خورشید قرار داشتند سیاره ای چون مشتری را به وجود آورده اند. این سیارات ممکن است دارای هسته های فلزی و سخت باشند ولی سطح خارجی آنها به شکل مایع و پوشیده از لایه های گازاست. ساختار سیاره ای چون مشتری بسیار شبیه ستاره ایست که گرد آن در گردش است. این سیارات نیز مدام تحت آماج برخوردهای اجرام کوچک قرار می گیرند. کیمیای حیات در ساختار کائنات و بالطبع سیارات، مولکولهای پیچیده کربن و اسیدهای آمینه، دورکن اصلی تشکیل حیات، وجود دارند. با انتشار دقیق و ترکیب این اجزا و ذرات اولیه، طبیعت قادر به ساخت DNA شالوده اساسی حیات و زندگی در کره زمین گردیده است. چگونگی و شرایط ترکیب این اجزا هنوز در حال بررسی است. اما این حقیقت که این ترکیب در حال حاضر صورت گرفته و منجر به ایجاد حیات در کره زمین شده است و با در نظر گرفتن زنجیره ذرات در کائنات، رخ دادن این گونه ترکیبات و در نتیجه وجود حیات در قسمتهای دیگری از کائنات همواره امکان پذیر می باشد.

ترجمه : لنــا سجادیفر

In a series of landmark observations gathered over a period of four months, NASA's Swift satellite has challenged some of astronomers' fundamental ideas about gamma-ray bursts (GRBs), which are among the most extreme events in our universe. GRBs are the explosive deaths of very massive stars, some of which eject jets that can release in a matter of seconds the same amount of energy that the sun will radiate over its 10-billion-year lifetime.

The core of a massive star in a distant galaxy collapses, ending its life though there is little effect visible at the surface. Deep inside, twin beams of matter and energy begin to blast their way outward.

When GRB jets slam into nearby interstellar gas, the resulting collision generates an intense afterglow that can radiate brightly in X-rays and other wavelengths for several weeks. Swift, however, has monitored a GRB whose afterglow remained visible for more than 125 days in the satellite's X-ray Telescope (XRT).

Swift's Burst Alert Telescope (BAT) detected the GRB in the constellation Pictor on July 29, 2006. The XRT picked up GRB 060729 (named for its date of detection) 124 seconds after BAT's detection. Normally, the XRT monitors an afterglow for a week or two until it fades to near invisibility. But for the July 29 burst, the afterglow started off so bright and faded so slowly that the XRT could regularly monitor it for months, and the instrument was still able to detect it in late November. The burst's distance from Earth (it was much closer than many GRBs) was also a factor in XRT's ability to monitor the afterglow for such an extended period.

The slow fading of the X-ray afterglow has several important ramifications for our understanding of GRBs. 'It requires a larger energy injection than what we normally see in bursts, and may require continuous energy input from the central engine,' says astronomer Dirk Grupe of Penn State University, University Park, Penn., and lead author of an international team that reports these results in an upcoming issue of the Astrophysical Journal.

One possibility is that the GRB's central engine was a magnetar — a neutron star with an ultra-powerful magnetic field. The magnetar's magnetic field acts like a brake, forcing the star's rotation rate to spin-down rapidly. The energy of this spin-down can be converted into magnetic energy that is continuously injected into the initial blast wave that triggered the GRB. Calculations by paper coauthor Xiang-Yu Wang of Penn State show that this energy could power the observed X-ray afterglow and keep it shining for months.

A burst observed on January 10, 2007, also suggests that magnetars power some GRBs. GRB 070110's X-ray afterglow remained nearly constant in brightness for 5 hours, then faded rapidly more than tenfold. In another paper submitted to the Astrophysical Journal, an international group led by Eleonora Troja of the INAF—IASF of Palermo, Italy, proposes that a magnetar best explains these observations.

'People have thought for a long time that GRBs are black holes being born, but scientists are now thinking of other possibilities,' says Swift principal investigator Neil Gehrels of NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., a co-author on both studies.

Deep at the heart of this event, the core has shrunk into a fantastically dense magnetar, a neutron star possessing a magnetic field trillions or even quadrillions of times stronger than Earth's.
  

Another surprising result from GRB 060729 is that the X-ray afterglow displayed no sharp decrease in brightness over the 125-day period that it was detected by the XRT. Using widely accepted theory, Grupe and his colleagues conclude that the angle of the GRB's jet must have been at least 28 degrees wide. In contrast, most GRB jets are thought to have very narrow opening angles of only about 5 degrees. 'The much wider opening angle seen in GRB 060729 suggests a much larger energy release than we typically see in GRBs,' says Grupe.

آيا انفجار بزرگ واقعا وجود داشته است؟

دانشمندان در اين زمينه هر چه بيشتر درباره گذشته و آينده پژوهش مي كنند نظرياتشان نامطمئن تر و ناپايدارتر مي شود. مثلا در حاليكه فاصله ماه از زمين و يا تاريخ اوليه كره زمين را به خوبي مي شناسيم به توجه به اين كه فقط 400 سال از عمر تاريخ پژوهش هاي جديد گذشته است بسيار مشكل مي توان به تاريخ ميلياردها ساله آغاز خلقت نظر انداخت. فرضيه انبساط عالم به خودي خود كافي نيست كه ما با اطمينان نتيجه بگيريم كه انفجار اوليه وجود داشته است. ولي در اينجا يك نكته جالب توجه ديگر نيز به آن افزوده مي شود: هرچه ما بيشتر به عمق كيهان نظاره مي كنيم در واقع بيشتر به عمق زمان گذشته مي نگريم. يك ستاره را كه در فاصله 10 سال نوري قرار دارد به همان صورتي مي بينيم كه 10 سال قبل بوده است. دورترين اجرامي را كه انسان مي تواند با تلسكوپ هاي بزرگ نجومي نظاره كند كوازارها هستند. ( Quasar مخفف عبارت نجومي Quasistallar object و عبارت است از عضوي از گروههاي گوناگون ستاره مانند كه داراي پرتوهاي قرمز استثنايي مي باشند و غالبا از خود فركانسهاي راديويي و نيز امواج نوري قابل ديدن منتشر مي كنند.) آنها در واقع كهكشانه هاي كاملا جواني هستند كه در مراحل اوليه شكل گيري به سر مي برند. حال اگر انسان نگاهش را در سمت دلخواهي به دورتر و بازهم دورتر متوجه كند بايد به مرزي برسد كه در آنجا آغاز خلقت را مشاهده كند و به عبارت ديگر آن گاز داغ اوليه را ببيند كه تمام كهكشانه ها - ستارگان - سيارات و موجودات از آن ايجاد شده اند. بنابراين مي بايست پيرامون ما را پيوسته پوسته كاملا درخشاني در دوردست احاطه مي كرد و آسمان هم مي بايست شب ها همچون روز روشن مي شد اما اين ديوار آتشين با سرعت زيادي از ما دور مي شود زيرا كه عالم لحظه به لحظه انبساط مي يابد سرعت دورشدن به قدري زياد است كه نور اين پوسته داراي طول موج بلندتري مي شود كه ما آن را فقط به صورت تشعشعات و امواج راديويي دريافت مي كنيم.دقيقا همين امواج هستند كه اكنون كشف شده. امواج مفروضي كه از همه جهات به طور يكنواخت بر ما مي تابند و به نام تشعشعات پيشينه - 3k نامگذاري شده اند. وجود اين پرتو ها را مي توان با راديو تلسكوپ ها به سادگي اثبات كرد اين تشعشعات تكيه گاهي مهم براي اثبات فرضيه انفجار اوليه مي باشد.

نظريه انفجار بزرگ

عالم در ابتدا چگونه به نظر مي آمد؟

آشكار 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 بلكه در اين مورد بايد به فيزيكدان هاي متخصص در امر فيزيك ذره اي مراجعه كرد كه در مورد تشعشعات و ماده در شرايط كاملا سخت و غير عادي تحقيق مي كنند و تجربه مي كنند. تاريخ كيهان معمولا به 8 مقطع كاملا متفاوت و غير مساوي تقسيم مي شود:

مرحله اول ( صفر تا 43- 10 ثانيه )

اين مساله هنوز برايمان كاملا روشن نيست كه در اين اولين اجزاي ثانيه ها چه چيزي تبديل به گلوله آتشيني شد كه كيهان بايد بعدا از آن ايجاد گردد . هيچ معادله و يا فرمول هاي اندازه گيري براي درجه حرارت بسيار بالا و غير قابل تصوري كه در اين زمان حاكم بود در دست نمي باشد.

مرحله دوم ( 43- 10 تا 32- 10 ثانيه)

اولين سنگ بناهاي ماده مثلا كوارك ها و الكترون ها و پاد ذره هاي آنها از برخورد پرتوها با يكديگر به وجود مي آيند. قسمتي از اين سنگ بناها دوباره با يكديگر برخورد مي كنند و به صورت تشعشع فرو مي پاشند. در لحظه هاي بسيار بسيار اوليه ذرات فوق سنگين - x نيز مي توانسته اند به وجود آمده باشند. اين ذرات داراي اين ويژگي هستند كه هنگام فروپاشي ماده بيشتري نسبت به ضد ماده و مثلا كوارك هاي بيشتري نسبت به آنتي كوارك ها ايجاد مي كنند. ذرات x كه فقط در همان اولين اجزاي بسيار كوچك ثانيه ها وجود داشتند براي ما ميراث مهمي به جا گذاردند كه عبارت بود از : ( افزوني ماده در برابر ضد ماده )

مرحله سوم ( از 32- 10 ثانيه تا 6- 10 ثانيه )

كيهان از مخلوطي از كوارك ها - لپتون ها - فوتون ها و ساير ذرات ديگر تشكيل شده كه متقابلا به ايجاد و انهدام يكديگر مشغول بوده و ضمنا خيلي سريع در حال از دست دادن حرارت هستند.

مرحله چهارم ( از 6- 10 ثانيه تا 3- 10ثانيه )

تقريبا تمام كوارك ها و ضد كوارك ها به صورت پرتو ذره ها به انرژي تبديل مي شوند. كوارك هاي جديد ديگر نمي توانند در درجه حرارت هاي رو به كاهش به وجود آيند ولي از آن جايي كه كوارك هاي بيشتري نسبت به ضد كوارك ها وجود دارند برخي از كوارك ها براي خود جفتي پيدا نكرده و به صورت اضافه باقي مي مانند. هر 3 كوارك با يكديگر يك پروتون با يك نوترون مي سازند. سنگ بناهاي هسته اتم هاي آينده اكنون ايجاد شده اند.

مرحله پنجم ( از 3- 10 ثانيه تا 100 ثانيه )

الكترون ها و ضد الكترون ها در برخورد با يكديگر به اشعه تبديل مي شوند. تعدادي الكترون باقي مي ماند زيرا كه ماده بيشتري نسبت به ضد ماده وجود دارد. اين الكترون ها بعدا مدارهاي اتمي را مي سازند.

مرحله ششم ( از 100 ثانيه تا 30 دقيقه )

در درجه حرارت هايي كه امروزه مي توان در مركز ستارگان يافت اولين هسته هاي اتم هاي سبك 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 كربن در اين مرحله هنوز ايجاد نمي شوند. در آغاز خلقت عملا فقط دو عنصر بنيادي كه از همه سبكتر بودند وجود داشتند : هليم و هيدروژن

مرحله هفتم ( از 30 دقيقه تا 1 ميليون سال پس از خلقت )

پس از گذشت حدود 300000 سال گوي آتشين آنقدر حرارت از دست داده كه هسته اتم ها و الكترون ها مي توانند در درجه حرارتي در حدود 3000 درجه سانتي گراد به يكديگر بپيوندند و بدون اينكه دوباره فورا از هم بپاشند اتم ها را تشكيل دهند . در نتيجه آن مخلوط ذره اي كه قبلا نامرئي بود اكنون قابل ديدن مي شود.

مرحله هشتم ( از يك 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 اكسيژن و آهن توليد مي شوند. كه بعد ها در انفجارات ستاره اي آزاد مي گردند و براي ساخت ستارگان و سيارات و حيات جديد به كار مي ايند.
     

عناصر اصلي حيات زميني چه زماني پديدار شد؟

براي زمين با توجه به گوناگوني حيات كه در آن وجود دارد 3 چيز از اهميت خاصي برخوردار بوده است:

1. از همان ابتداي خلقت هميشه ماده بيشتري نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراين همواره ماده براي ما باقي مي ماند.

2. در مرحله ششم هيدروژن به وجود آمد اين ماده كه سبك ترين عنصر شيميايي مي باشد سنگ بناي اصلي كهكشانه ها و سيارات مي باشد. هيدروژن همچنين سنگ بناي اصلي موجودات زنده اي است كه بعدا روي زمين به وجود آمدند و احتمالا روي ميلياردها سياره ديگر نيز وجود دارند.

3. در مركز ستارگان اوليه هسته اتم هاي سنگين از قبيل اكسيژن و يا كربن 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 كهكشانه ها به هر حال رو به كند شدن است. زيرا جزاير جهاني متعدد در واقع به سمت يكديگر جذب مي شوند و در نتيجه حركت انبساطي آن ها كند تر مي شود. اكنون پرسش فقط اين است كه آيا زماني تمام اين حركت ها متوقف خواهد گرديد و اين عالم در هم فرو خواهد پاشيد؟ اين مساله بستگي به تراكم ماده در جهان هستي دارد. هر چه اين تراكم بيشتر باشد نيرو هاي جاذبه بين كهكشانه ها و ساير اجزاي گيتي بيشتر بوده و به همان نسبت حركت آن ها با شدت بيشتري متوقف خواهد شد. در حال حاضر چنين به نظر مي رسد كه تراكم جرم بسيار كمتر از آن است كه زماني عالم در حال انبساط را به توقف در آورد. به هر حال اين امكان وجود دارد كه هنوز جرم هاي بسيار بزرگ ناشناخته اي از قبيل ( سياهچاله هاي اسرار آميز) يا ( ابرهاي گازي شكل تاريك) وجود داشته باشند و نوترينو ها كه بدون جرم محسوب مي شوند جرمي هرچند كوچك داشته باشند. اگر اين طور باشد در اين صورت حركت كيهاني زماني شايد 30 ميليارد سال ديگر متوقف خواهد شد. در آن زمان كهكشان ها با شتابي زياد حركت به سوي يكديگر را اغاز خواهند كرد تا در نهايت به شكل يك گوي آتشين عظيم با يكديگر متحد شوند. آن زمان شايد مي بايد روي يك انفجار اوليه جديد ديگر و تولد يك عالم جديد حساب كنيم. با توجه به سطح كنوني دانش بشر و ميزان پژوهش هاي انجام شده بايد اينطور فرض كرد كه عالم تا ابديت انبساط خواهد يافت.

Using a quartet of space observatories, University of Maryland astronomers may have cracked a 45-year mystery surrounding two ghostly spiral arms in the galaxy M106.

The Maryland team, led by Yuxuan Yang, took advantage of the unique capabilities of NASA's Chandra X-ray Observatory, NASA's Spitzer Space Telescope, the European Space Agency's XMM-Newton X-ray observatory, and data obtained almost a decade ago with NASA's Hubble Space Telescope

Image of spiral galaxy M106 (NGC 4258)

M106 (also known as NGC 4258) is a stately spiral galaxy 23.5 million light-years away in the constellation Canes Venatici. In visible-light images, two prominent arms emanate from the bright nucleus and spiral outward. These arms are dominated by young, bright stars, which light up the gas within the arms. "But in radio and X-ray images, two additional spiral arms dominate the picture, appearing as ghostly apparitions between the main arms," says team member Andrew Wilson of the University of Maryland. These so-called "anomalous arms" consist mostly of gas.

"The nature of these anomalous arms is a long-standing puzzle in astronomy," says Yang. "They have been a mystery since they were first discovered in the early 1960s."

By analyzing data from XMM-Newton, Spitzer, and Chandra, Yang, Bo Li, Wilson, and Christopher Reynolds, all at the University of Maryland at College Park, have confirmed earlier suspicions that the ghostly arms represent regions of gas that are being violently heated by shock waves.

Previously, some astronomers had suggested that the anomalous arms are jets of particles being ejected by a supermassive black hole in M106's nucleus. But radio observations by the National Radio Astronomy Observatory's Very Long Baseline Array, and the Very Large Array in New Mexico, later identified another pair of jets originating in the core. "It is highly unlikely that an active galactic nucleus could have more than one pair of jets," says Yang.

In 2001, Wilson, Yang, and Gerald Cecil, of the University of North Carolina, Chapel Hill, noted that the two jets are tipped 30 degrees with respect to the galaxy disk. But if one could vertically project the jets onto the disk, they would line up almost perfectly with the anomalous arms. Figuring that this alignment was not strictly a matter of chance, Wilson, Yang, and Cecil proposed that the jets heat the gas in their line of travel, forming an expanding cocoon. Because the jets lie close to M106's disk, the cocoon heats gas in the disk and generates shock waves, heating the gas to millions of degrees and causing it to radiate brightly in X-rays and other wavelengths.

To test this idea, Yang and his colleagues looked at archival spectral observations from XMM-Newton. With XMM-Newton's superb sensitivity, the team could measure the gas temperature in the anomalous arms and also see how strongly X-rays from the gas are absorbed en route by intervening material.

"One of the predictions of this scenario is that the anomalous arms will gradually be pushed out of the galactic disk plane by jet-heated gas," says Yang. The XMM-Newton spectra show that X-rays are more strongly absorbed in the direction of the northwest arm than in the southeast arm. The results strongly suggest that the southeast arm is partly on the near side of M106's disk, and the northwest arm is partly on the far side.

The scientists noted that these observations show clear consistency with their scenario. Confirmation of this interpretation has recently come from archival observations from NASA's Spitzer Space Telescope, whose infrared view shows clear signs that X-ray emission from the northwest arm is being absorbed by warm gas and dust in the galaxy's disk. Moreover, Chandra's superior imaging resolution gives clear indications of gas shocked by interactions with the two jets.

Besides addressing the mystery of the anomalous arms, these observations allowed the team to estimate the energy in the jets and gauge their relationship to M106's central black hole. The team's paper will appear in the May 10 issue of the Astrophysical Journal.

 http://www.Astronomynow.com/   برگرفته از

تلسكوپ فضايي و ارزشمند "هابل" در كشفي جديد به شواهدي دست يافته است كه ضمن تاييد نظريه‌هاي اوليه "آلبرت اينشتين" نشان مي‌دهد نوعي انرژي مرموز و ناشناخته موسوم به "انرژي تاريك" حتي ‪ ۹ميليارد سال قبل وجود داشته و سبب گسترش ابعاد جهان شده است.

به گزارش خبرگزاري رويترز، "آدام ريس" محقق دانشگاه "جانز هاپكينز" و نيز موسسه تلسكوپهاي فضايي سازمان "ناسا" اعلام كرد كشف جديد به حل معماي انرژي تاريك كه يكي از اساسي‌ترين سوالات علم فيزيك محسوب مي‌شود، كمك بزرگي مي‌كند.

آلبرت اينشتين" در نظريه‌هاي اوليه خود مطرح كرده بود كه نيروي جاذبه بين مواد سبب مي‌شود تعادل كيهان بر هم خورده و جهان منقبض شود و به همين جهت براي ايجاد تعادل نيروي ناشناخته ديگري بايد در جهان وجود داشته باشد كه وي آن را "ثابت كيهاني"  Cosmological Constant  
ناميد.

اينشتين" بعدها اين نظريه خود را پس گرفته و از آن به عنوان بزرگترين اشتباه عمر خود ياد كرد، اما دانشمندان سرانجام در سال ‪۱۹۹۸ موفق به مشاهده عملي شواهد اين انرژي ناشناخته و پنهان شده و نظريات اوليه "اينشتين" را مجددا مطرح كردند. به گفته "ريس"، ويژگي ضد جاذبه "انرژي تاريك" همچنان در جهان هستي وجود داشته و سبب گسترش ابعاد جهان مي‌شود و شواهد تازه بدست آمده تلسكوپ "هابل" نشان مي‌دهد حتي ‪ ۹ميليارد سال قبل نيز جهان در اثر وجود همين انرژي در حال گسترش يافتن بوده است. عمر جهان در حدود ‪ ۱۳/۷ميليارد سال تخمين زده مي‌شود.

دانشمندان در اين مطالعه ، ‪ ۲۴ستاره قديمي را كه همگي حدود ‪ ۹ميليارد سال قبل در انفجارهايي بسيار نوراني موسوم به "ابرنواختر"منفجر شده‌اند مورد بررسي قرار دادند.

به گفته محققان، اين ستاره‌ها كه هر كدام حدود ‪ ۱/۴برابر خورشيد جرم داشته‌اند همگي در زماني تقريبا مشابه منفجر شده و تمام جرم خود را به نور تبديل كرده‌اند.

دانشمندان با اندازه‌گيري نور شديد حاصل از اين انفجارها كه ‪۹ ميليارد سال قبل رخ داده و هم‌اكنون پس از طي كردن مسافت ‪ ۹ميليارد سال نوري به زمين رسيده، موفق شدند تاثير "انرژي تاريك" بر گسترش جهان را در تمامي اين مدت بسنجند.

نتايج اين بررسي با تاييد نظريه‌هاي مطرح شده در سال ‪ ۱۹۹۸مجددا بر وجود "انرژي تاريك" در جهان از ميلياردها سال قبل تاكنون تاييد كرد.

به رغم شناسايي شواهد جديد از وجود "انرژي تاريك"، ماهيت اين انرژي همچنان براي فيزيك دانان به شكل معما باقي مانده‌است.

"اينشتين" در زمان معرفي "ثابت كيهاني" و يا به عبارتي "انرژي تاريك"، آن را يك "ويژگي" مربوط به فضاي بيكران ناميد. برخي ديگر از نظريه‌پردازان آن را حاصل يك ميدان الكترومغناطيسي بسيار عظيم مي‌دانند و برخي ديگر نيز آن را به نكات ناشناخته قانون جاذبه ارتباط مي‌دهند.

Supernovas near Earth are rare today, but during the Pliocene era of Australopithecus supernovas happened more often. Their source was an interstellar cloud called 'Sco-Cen' that was slowly gliding by the solar system. Within it, dense knots coalesced to form short-lived massive stars, which exploded like popcorn.

Researchers estimate (with considerable uncertainty) that a supernova less than 25 light years away would extinguish much of the life on Earth. The blast needn't incinerate our planet. All it would take is enough cosmic rays to damage the ozone layer and let through lethal doses of ultraviolet (UV) radiation. Our ancestors survived the Pliocene blasts only because the supernovas weren't quite so close. We know because we can still see the cloud today. It's 450 light years from Earth and receding in the direction of the constellations Scorpius and Centaurus (hence the cloud's name, 'Sco-Cen'). Astronomer Jesus Maiz-Apellaniz of Johns Hopkins University recently backtracked Sco-Cen's motion and measured its closest approach: 130 light years away about 5 million years ago.

Sco-Cen was still nearby only two million years ago when many plankton, mollusks, and other UV-sensitive marine creatures on Earth mysteriously died. Paleontologists mark it as the transition between the Pliocene and Pleistocene epochs. Around the same time, according to German scientists who have examined deep-sea sediments from the Pliocene era, Earth was peppered with Fe60, an isotope produced by supernova explosions. Coincidence? No one knows. It's a puzzle researchers are still piecing together.

Supernovae stand out in the sky like cosmic lighthouses. Scientists at the Max Planck Institute for Astrophysics and at the National Astronomical Institute of Italy have now found a way to use these cosmic beacons to measure distances in space more accurately. The researchers have been able to show that all supernovae of a certain type explode with the same mass and the same energy - the brightness depends only on how much nickel the supernova contains. This knowledge has allowed the researchers to calibrate the brightness of supernovae with greater precision. This means that in the future, they will use the brightness of a supernova that they are observing through their telescopes to determine more accurately how far away from the Earth the cosmic lighthouse is emitting its rays (Science, 9 February 2007).

The arrow points to the supernova 2002bo,

The explosion of a white dwarf in

The galaxy NGC 3190 in the Leo constellation

- 60 million light years away from earth.

The end of a star’s life, when the star has become heavy enough, is marked by a huge explosion - a supernova. For a few weeks, a supernova looks almost as bright as a whole galaxy containing billions of stars. Physicists designate the brightest of these supernovae as Type Ia. Their brightness, measured from the Earth, is a measure of their distance from us - but there are several uncertainties. 'The question still remains: how suitable are supernovae really for measuring distance? For example, the knowledge that the Universe is expanding rapidly is largely based on observations of supernovae,' explains Prof. Wolfgang Hillebrandt. All type Ia supernovae exhibit similar levels of brightness, but they are not exactly consistent.

Scientists from the Max Planck Institute for Astrophysics and the National Astronomical Institute of Italy have now made a breakthrough. They have come to the conclusion that the explosion energy of the type Ia supernovae is almost consistent - it is equivalent to the fusion energy which a white dwarf with around one and half times the mass of the Sun can develop. However, the amount of radioactive nickel and medium-weight chemical elements such as silicon vary from supernova to supernova and explain the difference in their brightness. The more nickel a supernova contains, the brighter it shines.

In the explosion, nuclear fusion of carbon and oxygen creates large quantities of radioactive atomic nuclei; in some supernovae, this is mainly the radioactive isotope 56 of the element nickel. The energy from its radioactive decay is converted to light in the supernova. The fusion therefore supplies both the energy and the light for the explosion. The nuclear fusion, however, can end with lighter atomic nuclei like silicon, for example. This creates the same amount of energy, but the supernova is not so bright. The researchers identify this situation when they also see the silicon in the light spectrum of the supernova.

Over the last four years, in a study forming part of a European joint venture lead by the Max Planck Institute for Astrophysics, scientists have looked at 20 Ia supernova explosions, following each one for several weeks. Using spectroscopic and photometric data and complicated numerical simulations, they arrived at results that now make it possible to refine existing calibration methods. Astronomers calibrate the differences in brightness of the supernovae with their light curves; that is, the way the brightness develops over time in newly discovered supernovae. The light curves of brighter supernovae diminish more slowly than those of less bright supernovae. Up to now, the weakest link in this calibration method has been limited knowledge about the supernova explosions themselves: what causes the differences in brightness and are the corrections made to them justified? The supernovae that play a part in cosmology in measuring distances exploded just as our solar system was coming into existence, or even earlier. Consequently, there is no guarantee that these are the same explosions as those for which the light curves have been calibrated.

In order to exclude possible systematic differences, scientists need to have a very good understanding of the explosions, and the scientists from the Max Planck Institute for Astrophysics and the National Astronomical Institute of Italy have now made a large contribution to this. 'Our surprising results have for the first time delivered a solid basis on which we can use supernovae to measure distances in space,' says Wolfgang Hillebrandt. 'We now understand the differences in the brightness of supernovae better and can calibrate this cosmic yardstick accurately in the future.' These findings will also benefit cosmologists who use the brightness of supernovae to deduce dark energy. Scientists believe that it is this dark matter that is responsible for the rapid expansion of the Universe.

Twenty years ago, astronomers witnessed one of the brightest stellar explosions in more than 400 years. The titanic supernova, called SN 1987A, blazed with the power of 100 million suns for several months following its discovery on Feb. 23, 1987.

Observations of SN 1987A, made over the past 20 years by NASA's Hubble Space Telescope and many other major ground- and space-based telescopes, have significantly changed astronomers' views of how massive stars end their lives. Astronomers credit Hubble's sharp vision with yielding important clues about the massive star's demise.

'The sharp pictures from the Hubble telescope are helping us ask and answer new questions about Supernova 1987A,' said Robert Kirshner of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). 'In fact, without Hubble we wouldn't even know what to ask.'

آیا جـــــــهان مرز دارد ؟

شاید ، ولی لزومی ندارد. ممکن است که جهان حالت انبساطی خود را حفظ کند و تمام فضا حالت وسیعتر شدن خود را ادامه بدهد. بدون اینکه ماهیت محکم و ریشه داری برای میزان بزرگی فضا باشد. جهان درتمام جهات به سوی بینهایت میل می کند و یا ممکن است از ورای خود بسته شود ؛ مانند نوار لاستیکی یا سطح بالن که انحنا دارد. (در اینجا ممکن است یک بعد چهارم برای فضا وجود داشته باشد که در میان سه مختصه دیگر ، انحنا یافته است. اگر چه این بعد به اندازه س مختصه دیگر قابل مشاهده و ملموس نیست ، بر روی سطح انحنا یافته همان بالن ساکن است. در دنیای بسته اگر به اندازه کافی در یک راستا حرکت کنید ، به مکان اولیه خود برمی گردید. بدون هیچ گونه برخورد و مواجهه و تحول در زمان ، اگر قطر انحنا به اندازه کافی بزرگ باشد ، مشاهده آن به دلیل بزرگ بودن سطح کره مشکل است. چرا که هر قطعه کوچک از سطح کره بزرگ به صورت یک سطح صاف و هموار است ، همچنین ممکن است با انحنای منفی یکنواخت ، یک مختصه سه گانه فوق کروی داشته باشیم.). در هر حالت ، انبساط فقط به عنوان تجسمی است که از درون معنی دارد و خارج از آنچه دیده می شود ، چیزی وجود ندارد.

امکان دارد جهان مرزی داشته باشد ، اما باید دور باشد. در آن سوی قسمتی از جهان که ما می توانیم ببینیم. تا کنون نشانه هایی از وجود مرز ندیده ایم یا واقعا ً هر تبدیل حقیقی از راه اشیا در جهان و پیرامونمان است. اگر انفجار بزرگ مانند منفجر کردن قطعه ای باشد که قطعات آن از یکدیگر دور می شود ، پس آنچه که ما می بینیم ، درون انبساط حاصل از انفجار بزرگ نهفته است.

جهانی که ما می توانیم مشاهده کنیم ، مرزی دارد که به علت محدودیت سنی آن ، فقط می توانیم فاصله معینی از فضا را ببینیم. همچنان که در فضا کنکاش می کنیم ، در حال مشاهده گذشته فضا در طول زمانی هستیم که نور آن فاصله را طی کرده است. ـ دو ثانیه تا ماه ، حدود هشت دقیقه تا خورشید ، سالها یا هزاران سال تا ستاره ای در کهکشان خودمان و حدود دو میلیون سال تا دورترین چیزی که می توانیم بدون تلسکوپ ببینیم فاصله زمانی وجود دارد ـ . بیشترین فاصله ای که با هر وسیله ای می توانیم بر طبق اصول ارسال نور مشاهده کنیم ، نشان می دهد که ما اندکی پس از انفجار بزرگ قرار داریم  این نور بوده که همراه با تاریخ ، جهان را پیموده است. ما هرگز دورتر از این را نمی توانیم ببینیم. یا به بیان دیگر ما برای دیدن مثلا ً حدود یک سال نوری باید یک سال در انتظار بمانیم. زیرا سن جهان که حدود 12 تا 15 میلیارد سال است ، واقعیت انبساط جهانی را تایید می کند. بیشترین فاصله ای که در حال حاضر مطابق اصول می توانیم ببینیم ، کمتر از حدود بیست تا سی میلیارد سال نوری است. در این صورت جهانی که می توانیم ببینیم ، مرزی دارد. ولی بیشتر از نوع از زمان است تا مکان. در حال حاضر در عمیق ترین تصاویر ، شاهد شکل گیری دقیق تعداد زیادی از نزدیکترین کهکشانها هستیم. شگفت انگیز این است که در خارج حجمی که می توانیم ببینیم ، فضا همچون مکانهای دیگر است. به عبارت دیگر مملو از کهکشانهایی است که همه جا پراکنده شده اند ؛ بدون هیچ علامتی از مرز.

Of all the known objects known in the universe, quasars probably deserves the most superlatives. These blazing cosmic beacons pack the energy of an entire galaxy’s worth of stars into a volume of space the size of our solar system. Until now, astronomers have found about 100,000 of these extraordinary objects, which are fueled by super massive black holes devouring large clumps of matter. Most quasars are solitary objects residing in the cores of large galaxies. Since the late 1980s, astronomers have found about 100 double quasars. But in an announcement made on Monday at the American Astronomical Society conference in Seattle, astronomers have confirmed that quasars can come in threes.

Using one of the 10-meter Keck Telescopes in Hawaii and one of the four 8.2-meter reflectors of the Very Large Telescope (VLT) in Chile, an American-Swiss team led by George Djorgovski (Caltech) has identified a third quasar very close to a known binary quasar. The three quasars are separated in space by only a few tens of thousands of light-years, less than the distance from Earth to our nearest sizable galactic neighbors, the Large and Small Magellanic Clouds.

This false-color composite of the triple quasar system

was made using a combination of Keck Observatory's

and the European Very Large Telescope's visible

and infrared data

The binary quasar, previously known as LBQS 1429-008, was discovered by Paul Hewitt (Cambridge University, England) and his colleagues in 1989. But in deep Keck images, Djorgovski’s group found a much fainter third quasar (at 24th magnitude) within 5 arc seconds of the known pair, which translates to a physical separation of a few tens of thousands of light-years at the quasar’s great distance (we see the quasar as it existed 10.4 billion years ago). Subsequent observations at Keck and VLT have virtually ruled out that astronomers are being fooled by a cosmic mirage — an effect predicted by Einstein’s general theory of relativity known as gravitational Lansing.

“We see this system at exactly the right time,” says Djorgovski. The three quasar host galaxies are in the process of merging. The result thus bolsters the prevailing view that quasars light up during galaxy mergers, during which powerful gravitational perturbations funnel huge quantities of gas into the monster black holes. The three black holes in this triple system probably range in mass from a few tens of million to a few billion times that of the Sun.

Computer simulations by Frederic Raise (Northwestern University) and his colleagues show that the two of the super massive black holes will sink to the center of the newly formed large galaxy and form a binary system. When the third black hole also ventures into the core, the system will undergo what Raise describes as a “chaotic dance” that lasts at most a few million years' years. Eventually one of the black holes will be ejected into the galaxy’s halo or possibly even intergalactic space, and the two binary members will coalesce relatively quickly. But this process won’t occur in this triple system for another few hundred million years.

In other quasar news announced at the conference, Induct Lee and Myunghshin Im (Seoul National University, South Korea) presented an efficient method for finding quasars in the plane of our Milky Way Galaxy. This region has been known as the “zone of avoidance” because the thick clouds of gas and dust obscure light from more distant objects. But by correlating strong radio sources with objects having particularly red colors, Lee and Im have found 40 new quasars. These quasars shine though the galactic plane, which Lee says gives astronomers an opportunity to use them a tool to study the gaseous component of the Milky Way.

كشف تشعشع مايكروويو كيهانى در سال 1946 به وسيله آرنوپنزياس و رابرت ويلسون مسير كيهان شناسى را تغيير داد . اين پديده برداشتى كلى به كيهان شناسى ارائه كرد. وقتى كه جهان 400 هزار ساله بود. اين تابش باقى مانده از انفجار بزرگ ثابت مى كند كه جهان، آغازى داغ داشته است.

4 درصد جهان هستى از «ماده معمولى» (Ordinary Matter) ساخته شده است. 21 درصد ديگر آن از ماده اى كه اصطلاحاً «ماده تاريك» (Dark Matter) ناميده مى شود ساخته شده است كه مقدار آن با توجه به تأثيرات گرايشى آن روى ماده تخميناً برآورد مى شود. 75 درصد باقى مانده نيز شامل «انرژى تاريك» است كه كه رفتارى شبيه گرانش در جهت عكس را از خود بروز مى دهد.

بر پايه مشاهدات «انرژى تاريك» داراى مقدارى ثابت و بدون تغيير است و بيشتر شبيه «ثابت كيهان شناختى» (Cosmological Constant) در تئورى هاى اينشتين درباره تكامل تدريجى جهان رفتار مى كند. اساساًً اين بدان معناست كه «مقدار انرژى بر واحد حجم فضا» ثابت باقى مى ماند. در اينصورت مى توان مدعى شد كه جهان (Universe) با نرخ فزاينده اى به رشد و گسترش خويش ادامه خواهد داد. طى مدت زمانى در حدود 20 ميليارد سال فقط حدود 100 كهكشان را مى توان از زمين رويت نمود به گونه اى كه مى توان آن را «غربت بزرگ» نامگذارى كرد. در دهه 1990 با به كارگيرى تركيبى از تكنولوژى (دوربين هاى CCD 100مگا پيكسلى) و يك شاخص دقيق در فاصله اى دور (ابرنواخترهاى نوع ( Ia بالاخره شتاب منفى جهان اندازه گيرى شد. ظاهراً جهان در حال سرعت گرفتن است. تا وقتى كه انرژى تاريك كاملاً شناخته شود، پايان كار جهان ما بلاتكليف خواهد ماند. گرچه اگر گسترش جهان تا 30 ميليارد سال ديگر به سريع تر شدن خود ادامه دهد، آسمان از كهكشان خالى خواهدشد( بجز چند كهكشان در خوشه كهكشانى سنبله). درحالى كه گرانش جاذبه اى ماده عمدتاً سياه جهان، گسترش آن را كندتر مى كند، گرانش دفعى (شتاب منفى( كه در اثر انرژى سياه به وجود آمده سعى در سرعت بخشيدن به آن را دارد. بنابراين اندازه گيرى مقادير انرژى و ماده تاريك به ما اجازه مى دهد فيلم كيهانى را تا زمان به وجود آمدن آن عقب ببريم و زمان شروع آن را دريابيم .

منجمان براين باورند كه ماده عادى غيرقابل رؤيت كه حدود سه چهارم محتواى كل ماده باريونى (پروتون و نوترون ) را تشكيل مى دهد، به وفور و به صورت گاز گرم درميان كهكشان ها قرار دارد. در كل مقدار ماده _ باريونى و غيرباريونى كه بيشتر آن نيز تاريك است _ هشت برابر بيشتر از ماده باريونى است. منجمان همچنين توانسته اند مقادير چشمگيرى از ماده غيرقابل رؤيت را با اندازه گرفتن سرعت هاى ستارگان درميان كهكشان ها و سرعت كهكشان ها درميان خوشه هاى كهكشانى، شناسايى كنند. بدون وجود ماده تاريك غيرقابل رؤيت، اين اجرام پرسرعت بايد مدت ها پيش متفرق مى شدند.

بيشتر كيهان شناسان عمر جهان را 13.7 ميليارد سال مى دانند و عقيده دارند كه جهان تخت است (يعنى از هندسه اقليدسى تبعيت مى كند، با خطوط موازى كه دربى نهايت هم موازى مى مانند و زواياى داخلى مثلث كه مجموعاً 180 درجه هستند(.

مقدار 72 كيلومتر در ثانيه، در مگاپارسك - با خطايى حدود 10 درصد _ براى ثابت هابل به دست آمد. در حالى كه پارامتر اندازه گرفته شده توسط خود هابل 550 كيلومتر در ثانيه در مگاپارسك بود. از آنجا كه اندازه جهان قابل رصد و سن آن، هر دو با ثابت هابل رابطه عكس دارند. رشدى كه اين مقدار اصلاح شده براى جهان قابل رؤيت نشان مى دهد هشت برابر گسترشى است كه قبلاً براى جهان اندازه گرفته شده بود.

در سال 1980 فيزيكدانى به نام آلن اچ - گروت نظريه اى به نام تورم را ارائه كرد. بعدها ديگران نيز توضيحاتى به اين نظريه افزودند. اين تئورى كه نشات گرفته از فيزيك كاربردى ذرات است، مهمترين ويژگى هاى جهان امروز را توضيح مى دهد. در تئورى تورم قسمت هاى كوچك كيهان اوليه به طور تصاعدى گسترش پيدا كردند و قسمتى از فضا را كه ما امروزه مى بينيم، صاف تر كردند. مانند وقتى كه بيشتر بادكردن يك بادكنك باعث مى شود قسمت كوچكى روى سطح آن صاف تر به نظر برسد.

گفته مى شود دليل اصلى جريان يافتن اين گسترش انرژى پتانسيلى وابسته به انرژى فرضى به نام inflaton است، اين انرژى پتانسيل inflatin است كه حرارت چشمگير انفجار بزرگ را فراهم كرده در حين پديده inflaton نوسانات كوانتومى در مقياس هاى زيراتمى به وسيله گسترشى مهيب به اندازه هاى نجومى مى رسند. اين بزرگ تر شدن ها در ساليان دراز بعدى به همراه گرانش رشد كردند و در نهايت به پيدايش كهكشان ها و خوشه هاى كهكشانى كنونى انجاميدند. از نظريه تورم مى توان سه نتيجه گيرى كرد:

1- فضا بايد در لبه مريى آن صاف به نظر برسد. 2- توزيع ماده در مقياس هاى نجومى بايد منشاء كوانتومى داشته باشد. 3- فضا را بايد پس زمينه اى از امواج گرانشى فرا گرفته باشد، كه به وسيله نوسانات كوانتومى بعد از 10به توان 32 - ثانيه از شروع جهان به وجود آمده اند. دو پيش بينى نخست اكنون با اندازه گيرى ها ديده شده اند و سومى نيز احتمالاً در آينده اى نه چندان دور با اندازه گيرى ها به اثبات خواهد رسيد.

پروژه كه فضاپيماى پژوهشى مايكروويو WMAP نام دارد، با به پايان رساندن اولين سال ماموريت چهارساله اش نقشه اى تماشايى از جهان نوزاد تهيه كرده، شگفتى اى كه WMAP براى كيهان شناسان به ارمغان آورد اين بود كه هيچ چيز شگفت آور نبود! وبا محاسبات قبلى تطابق خوبى داشت، هرچند معلوم شد پيدايش ستارگان زودتر از آنچه پيش بينى شده بود شروع شده _ تنها 200 ميليون سال بعد از انفجار بزرگ. WMAPموقعيت جهانى كه قبلاً پيش بينى شده بود را تحكيم كرد - جهانى 13.5 ميليارد ساله شامل يك سوم تا يك دوم ماده و انرژى تاريك و 4 درصد ماده معمولى (باريونى). اين پروژه همچنين مقدار به دست آمده براى ثابت هابل را تاييد مى كند. نتايج WMAP با ايده كلى تورم سازگارى دارند ولى تورم نظريه اى با گونه هاى متعدد است .

با توجه به متن نسبيت عام، پاسخ ساده است: انفجار بزرگ تنها آفريننده ماده، فضا و زمان است، بدون توضيح بيشتر. اين جواب البته قانع كننده نيست و دلايلى وجود دارند كه بپذيريم پاسخ عميق ترى براى اين سئوال هست. نسبيت عام شرحى ناقص از گرانش است چون شامل مكانيك هاى كوانتومى نمى شود و گرانش را با ديگر نيروهاى بنيادى تلفيق نمى كند. در حال حاضر نظريه ريسمان (كه بهM-Theory نيز معروف است) با وجود ناقص بودن و مورد آزمايش قرار نگرفتن بهترين تفكر را در مورد پيوند گرانش، ديگر نيروهاى بنيادى و مكانيك هاى كوانتومى ارائه مى دهد. با اينكه نظريه تورم ريشه اى در نظريه ريسمان ندارد، اما امكان دارد در آخر توضيح خود را در اين نظريه بيابد و هر چند تورم نظريه اى محكم است اما به آزمايشات عملى بيشترى نيازدارد. نظريه ريسمان تاكنون توضيحى فيزيكى براى انرژى تاريك فراهم نكرده و اين يك اشكال عمده است.

كشفيات جديد با بالا بردن سطح آگاهى باعث پديد آمدن چند سرى سوال جديد شده اند:

ماده تاريك چيست؟ ماهيت انرژى تاريك اسرار آميز و گرانش دفعى آن چيست؟ چرا طرز كار جهان ما تا اين حد پيچيده است؟ و دنيا چطور آغاز شد؟ اينكه انرژى تاريك چگونه با اكتشافات فيزيكدانان درباره نيروهاى موجود در طبيعت و ذرات درون اتمى مرتبط با آنها تعامل برقرار مى كند معمايى است كه همچنان بى پاسخ باقى مانده است. يك اخترشناس مى گويد: «به ياد داشته باشيد كه ما اين پديده را انرژى تاريك مى ناميم اما اين نامگذارى ممكن است اين باور غلط را در ذهن مخاطبان ايجاد كند كه ما حقيقتاً مى دانيم كه آن پديده چيست. اما بايد اذعان داشت كه ما واقعاً چيز زيادى در اين باره نمى دانيم.»

چه زمانى اولين ستاره ها شكل گرفتند؟ كهكشان هاى منفرد چگونه تشكيل شدند و چطور تكامل مى يابند؟ كى و كجا عناصر شيميايى اى كه بعد از عناصر موجود در انفجار بزرگ بودند (عناصر سنگين ترى كه براى حيات ما مفيد هستند)پديد آمدند؟ قسمت عمده ماده معمولى جهان كجاست و آيا فقط شامل گاز داغ است؟ پاسخ به اين سئوالات نيازمند رصدها و وسايل جديد و همچنين مدل هاى جديد و پيچيده ترى است كه ما در ميانه دوران بزرگى از اكتشافات كيهان شناختى هستيم. اگر موفق شويم نظريه هايمان را با هر كشف جديدى تطبيق دهيم، مى توانيم به جهشى بزرگ در دركمان از جهان برسيم.

مقدمه

حتما ما مي دانيم كه جهان آغازي داشته است ، هرچند كه اين علم از جستجوي بشر براي بهتر فهميدنش چندان راضي نيست . كنجكاوي هاي ما باعث مي شود كه اين سؤال در ذهن ما ايجاد شود كه جايگاه ما در جهان چيست و يا اينكه جايگاه خود جهان كجا است . در سراسر زمان ما اين سؤالات را از خومان داشته ايم كه جهان چطور آغاز شد ؟ و يا اينكه سن جهان چند سال است ؟ ديگر سؤال مطرح اين است كه ماده چگونه پديد آمد . اين سؤالات آسان نيستند و ما در طول عمرمان در تاريخ اين سياره در تلاش هستيم كه سرنخ هايي را به دست آوريم . اما هنوز با صرف اين همه انرژي « چرا » هاي بسياري باقي است كه ما فقط مي توانيم در آنها تأمل كنيم .

ما راه هاي بسياري را براي كشف چگونگي آغاز كيهان و خواستگاه جهان هستي پيموده ايم كه بسيار طولاني نيز بوده اند . از ميان درك هاي علمي نوين ما اين امكان را داريم كه تعدادي تئوري را براي پاسخ به اين سؤالات آماده كنيم كه آنها را فرضيه مي خوانيم . طبيعت صحيح علم بدين گونه است كه اكثريت اين پاسخ ها فقط در حد يك تئوري هستند كه در آن سؤالات پيچيده اي نيز وجود دارد . شايد اين امري ذاتي باشد كه خداوند در ما قرار داده است كه به دنبال علت سؤالات مي رويم تا اينكه به بتوانيم به هستي ادامه دهيم .

اگر چه در اين مقاله ي كوتاه قادر نخواهيم بود كه به تمام اين سؤالات درباره ي آفرينش هرچيز پاسخ دهيم ، در صورتي كه واقعيت ها هستند ولي سعي مي كنيم كه پاسخي معين و قابل قبول براي اين سؤالات ارائه كنيم . اين موضوع مهم است كه اين اطلاعات در ذهن به خاطر بسپاريم . اين سؤالات به فهم دوباره ي جهان به طور شفاف كمك خواهند كرد . در ميان اين موضوعات در مورد بيگ بنگ ، سن جهان و اولين اتمها بحث خواهيم كرد . باور ما اين است كه قادريم به چند سؤال كليدي پاسخ دهيم .

بيگ بنگ

يكي از سؤالات هميشه پايدار در طول زندگي انسان ها اين بوده است كه :

جهان چگونه آفريده شده است ؟

عده اي بر اين عقيده اند كه جهان آغازي نداشته است و پايان آن نيز بي نهايت خواهد بود . در ميان اين نظريه ها ، تئوري بيگ بنگ داراي اعتباري بيشتري است . حدود 15 ميليارد سال قبل در انفجاري فوق العاده عظيم انبساط جهان آغاز شد . اين انفجار اصطلاحا" به بيگ بنگ Big Bang معروف است كه در زبان فارسي معادلي به نام مهبانگ براي آن وجود دارد . در نقطه اي كه اين رويداد انجام پذيرفت تمام ماده و انرژي جهان متمركز بود ؛ چه چيز قبل از اين رويداد وجود داشت آيا ماده اي خالص بود ، هنوز ما كاملا" نمي دانيم و در فكريم . اين رخداد يك انفجار مرسوم نبود . فضا پس از اين رويداد پر از ذرات شد . بيگ بنگ كاملا" به انفجار فضا در خودش بستگي داشت و اين انفجار برخلاف انفجار يك بمب است كه به طرف خارج تكه هايي را پرتاب مي كند . در آن زمان كهكشان ها و يا خوشه ها وجود نداشتند . ولي در كل بيگ بنگ بنياد جهان را پايه گذاري كرد .

منشأ تئوري بيگ بنگ را مي توان ادوين هابل دانست . هابل به اين موضوع پي برد كه جهان پيوسته در حال گسترش است . همچنين او به اين موضوع پي برد كه سرعت كهكشان ها با فاصله يشان متناسب است . يعني مثلا" كهكشان هايي كه دو برابر از ما دورترند دوبرابر سريع تر حركت مي كنند . ديگر نتيجه اين بود كه جهان در همه جهت در حال گسترش است . اين بدان معنا است كه هر كهكشان با مقدار حركت يكسان از زمان براي حركت از موقعيتي يكسان و مشترك مي آيند . با توجه به مشاهدات ادوين هابل تنها تئوري بيگ بنگ مي تواند اين موضوعات را شرح دهد .

بعد از بيگ بنگ جهان پيوسته در حال انبساط بوده است و بدين سان رفته رفته فاصله ي خوشه هاي كهكشاني بيشتر و بيشتر شد . اين پديده خارق العاده كه كهكشان هاي همواره از هم فاصله مي گيرند را انتقال به قرمز مي گويند . يعني نور كهكشان هاي دور وقتي به زمين يا هر كهكشان ديگر نزديك مي شود طول موج آن كشيده مي شود ، در واقع افزايش مي يابد .

اين سرعت كهكشان ها به فهم اين موضوع كمك مي كند كه همه از يك نقطه نشأت گرفته اند . مدركي ديگر نيز براي بيگ بنگ وجود دارد ؛ در سال 1964 دو ستاره شناس به نامهاي آرنو پزيانس و رابرت ويلسون در يك كوشش مشترك امواج ميكروموج را از فضاي بيروني جو كشف كردند . آنها به طور اتفاقي منشأ جار و جنجال هاي بيرون را كشف كردند . اين سر و صداها به نظر نمي آمد كه از يك نقطه نشاأت گرفته باشند در عوض از همه ي جهات به يك اندازه مي آمد . آنها از دورترين نقطه ي جهان مي آمدند كه بعد بيگ بنگ آنها محل واقعه را ترك كرده بودند . اين كشف و كه نتيجه نخستين انفجار و پرتوافشاني بوده است اعتماد به بيگ بنگ را افزايش ميدهد .

اخيرا" ماهواره ي COBE ناسا ميكروموج هايي را كشف كرد كه از بيرون جهان منشأت گرفته بودند . هرچند كه اين ماهواره كشف كرد كه جهان در سردي آغاز شده كه هنوز در حال انبساط يافتن بود نوسانات كم به علت تفاوت دمايي وجود را آغاز كرد . اين نوسانات محاسبات نخستين از امكان سرما و پيشرفت جهان در كسري از ثانيه بعد از بيگ بنگ را ثابت مي كند . اين نوسانات در جهان براي توصيف و شرح لحظه اي بعد از بيگ بنگ آماده شده است . همچنين به شكل گيري كهكشان هايي كه در فصل هاي آينده در مورد آن بحث مي كنيم كمك خواهند كرد .

در تئوري بيگ بنگ براي هريك از سؤالات مهم راه حلي قابل قبول ارائه شده است . اين موضوع در فهم آن مهم است كه در اين تئوري ثابت شده تجديد نظر شده است . چون مشاهدات كامل تر شده اند و پژوهش ها نيز افزايش يافته است ، تئوري بيگ بنگ تكامل يافته است و اطلاعات ما از منشأ جهان اساسي تر شده است .

نخستين اتم ها

حال كه در تلاش هاي بسيار دانشمندان توانسته چگونگي ساخته شدن جهان را مورد بررسي قرار دهند سؤال منطقي ديگر اينجا است كه پس از آن چه رخ داد ؟ در كسر بسيار كوچكي از نخستين ثانيه آفرينش بود كه خلاء كامل آغاز شد جايي كه امروزه مي دانيم كه جهان در آن رشد كرده است . در اين لحظه بسيار كوتاه جهان آشامه اي از پلاسما بود . ما از اين لحظه ي كوتاه چه مي دانيم ؟ علم تدابيري براي اين لحظات دارد كه پايه اي بر آنچه است كه امروز مي دانيم .

بي درنگ پس از بيگ بنگ ، چنانكه هر كس مي تواند تصور كند جهات به طور عجيبي گرم بود چنانكه به به سرعت ماده و ضد ماده در جهات مختلف انتشار يافتند . همچنين آن سرما در زماني در حدود 43- ^ 10 ثانيه بعد از آفرينش به مقداري ماده و ضد ماده تبديل شد كه هنوز كيهان شناسي با اين مقدار نامتقارن است . همچنين اين دو نوع با يكديگر آفريده شدند ؛ آنها با يكديگر برخورد مي كردند و نابود مي شدند و در عوض انرژي خالص پديد مي آمد . خوشبختانه براي ما يك عدم تقارن ، توجه ماده وجود داشت . همچنين نتيجه صحيح از فزوني كه حدودا" يك قسمت در ميليون است . جهان مي تواند در راهي مساعد براي ايستادگي ماده رشد كند . از اين گذشته جهان از آغاز با منبسط شدن همراه بود ، اين تفاوت باعث رشد وسيع آن شد . ذراتي كه در جهان به وجود آمده بودند به ترتيب آفريده مي شدند و دوباره به همراه ضد ذرات نابود مي شدند .

براي ذراتي كه در جهان به وجود آمدند نامگذاري خاصي داريم اين ذره ها هر كدام به تنهايي نامي دارند از جمله نوترينو ها ، باريون ها ، الكترون ها و كوارك ها كه هر كدام از اينها سازنده ي كالبد ماده ي زندگي است كه امروزه ما آنها را مي شناسيم . هنگام آغاز دوره ي باريون ها ذرات سنگين قابل شناخت وجود نداشت زيرا هنوز بسيار داغ بود . در اين لحظه فقط آشامه ي كوارك وجود داشت چون جهان به سردي آغاز شد و انبساط يافت ، ما فهم اين مطلب را دقيقا" واضح آغاز مي كنيم .

بهد دماي جهان در خدود 300ميليارد درجه كلوين رو به نزول گذاشت . اگر بخواهيم تشبيه نسبتا" خوبي به كار ببريم مي توانيم بگوئيم همانند آبي كه تبديل به يخ شده باشد . حال جهان تركيبي از نوترون ها و فوتون ها است كه آنها را هادرون مي خوانيم . هنوز ماده ي پيچيده اي در اين دما وجو ندارد . اگر چه ذرات بار دار يا همان لپتون ها نيز وجود داشتند ولي از واكنش دادن با هادرون ها منع مي شدند كه البته ماده ي پيچيده تري نيز هستند . به زودي لپتون ها كه شامل الكترون ها نيز هستند مي توانند به هادرون ها متصل شوند و اتصال و اتحادي را بين خود به وجود آورند كه در واقع همان ماده ي مشترك است .

در حدود يك تا سه دقيقه پس از آفرينش جهان نوترون ها و پروتون ها با هم واكنش نشان دادند و هسته ي دوتريوم كه ايزوتوپي از هيدروژن است را مي افريند به زودي دوترويوم نوترون ديگري را نيز جذب مي كند و هسته ي تريتيوم را نيز مي سازد تريتيوم نيز يكي ديگر از ايزوتوپ ها هيدروژن است . به سرعت به پيروي از اين واكنش پروتون ها و نوترون هاي ديگري نيز افزوده مي شود كه پس از تريتيوم با اضافه شدن پروتون هسته ي هليوم ساخته مي شود . دانشمندان بر اين عقيده اند كه در نخستين سه دقيقه آفرينش براي هر هسته ي هليوم ده پروتون وجود داشت . بعد از افزايش سرما اين پروتون ها مي توانستند الكترون ها براي آفريده شدن هيدروژن معمولي اسير كنند . نتيجه آن جهان امروز كه به اعضاي هر هليوم يازده اتم هيدروژن موجود مي باشد .

مي دانيم كه بيشتر اين اطلاعات صحيح از حدس انسان سرچشمه مي گيرند . با تحقيقاتي كه امروزه در جهان صورت گرفته است مي توانيم درباره گذشته آن توضيحي دهيم . تلاش هاي بسياري فهم شكل گيري باريون ها و تعداد آنها صورت گرفته است . از ميان پاسخ به سوالات مدرن امروزي نقش هاي بيگ بنگ و گذشته آن قابل قبول است . متعاقب مطالعات در زمينه ي چگونگي شكل كردن اتمهاي ساده در آزمايشگاه مي توانيم چند حدس جالب ديگر بزنيم همانند چگونه اين منشأ جهان شكل داده شد . هرچند كه تلاش هاي بسياري براي چگونگي شكل كردن نخستين اتم ها و همچنين آفريده جهان صورت گرفته است با اين حال ما هنوز از اينها كاملا" مطمئن نيستيم .

سن جهان

حالا ما دو پاسخ مهم براي دو تا از سؤالات خود داريم كه در رابطه با جهان هستند . هرچند كه هنوز يك سؤال عمده باقي مانده است ؛ اگر جهان به راستي متناهي است چند سال وجود دارد ؟ دوباره علم از روي شواهد و قرائن موجود مي تواند سن جهان را از بيگ بنگ تا كنون حدس بزند . با به كار بستن معادله هاي مشترك و معمولي فيزيك از فاصله و سرعت برابر با زمان كه دوباره از مشاهدات هابل استفاده مي شود ، نسبيتا" مي توان سن آن را به طور صحيح تخمين زد .

دو اندازه گيري به فاصله حركت كهكشان ها از ما و انتقال به قرمز كهكشان نيازمند بودند . شكست نخستين كوشش ها باعث جستجوي مسافت از ميان مثلثات شد . دانشمندان اين امكان را داشتند تا ضخامت مدار زمين را به دور خورشيد محاسبه كنند كه حركات خورشيد را در كهكشان خودمان تقويت مي كرد . متأسفانه اين محاسبات به تنهايي قادر نبودند تا فاصله هنگفت بين كهكشان ما و آن جسم را تعيين كنند تا سن جهان تخمين زده شود و اين هم خطايي معني دار و مهم بود .

گام بعد فهم ارتعاش ستاره ها بود . آن مشاهدات در زمينه ي ستارگاني بوده است كه داراي درخشش يكسان هستند و سوسو زدن آنها نيز يكسان بوده است . دانشمندان فرض مي كنند كه ستاره هايي كه در كهكشان خودمان هستند و چشمك زدن يكساني نيز دارند همچون اجرامي هستند در مقدار فاصله يكساني در فاصله هاي كهكشاني بايد باشند كه شدت يكساني دارند . استفاده از روش مثلثات محاسبه ي فاصله ي ستاره از كهكشان ما را امكان پذير مي سازد . از اين رو فاصله ي كهكشان هاي دور با مطالعات مختلفي قابل محاسبه است البته سختي اين كارها همانند تعيين فاصله ي دو اتومبيل در شب ظلماني است . فرض كنيد چراغ جلوي دو اتومبيل شدت تابش يكساني دارد . از ديد ناظر نور اتومبيلي واضح تر به نظر مي رسد كه از او فاصله ي كمتري داشته باشد و آن اتومبيلي كه از او دورتر است كم فروغ تر به نظر مي رسد . باز هم اين راه حل نمي تواند مسافت هاي بسيار زياد كهكشان ها را به تنهايي مورد محاسبه قرار دهد . در فاصله ها خاص غير ممكن است كه فاصله ي كهكشان را از يك ستاره مشخص سازيم . زيرا انتقال به قرمز زياد اين كهشكان ها بايد يك روش داشته باشد تا فاصله تمام خوشه ها كهكشاني از يك ستاره به تنهايي اندازه گيري كند .

با مطالعه ي خوشه هاي كهكشاني كه به ما نزديك هستند مي توانند از عقيده جود اندازه ي ديگر خوشه ها بهره مند شوند . نتيجه ي آن مي تواند پيشگويي فاصله راه شيري از آنها باشد . بنابراين محاسبات براي بدست آوردن فاصله ي خوشه و انتقال به قرمز آن ، نظري پاياني است كه تعيين مي كند كهكشان چند سال از ما در حال حركت بوده است . تك تك اين اعداد مي توانند به صورت تك تك محاسبه شوند و زماني كه اين دو كهكشان در يك مكان و يك زمان بودند را بازگرداند كه در واقع همان لحظه ي بيگ بنگ است . معادله ي عمومي كه براي محاسبه سن جهان استفاده مي شود به صورت زير است :

(distance of a particular galaxy) / (that galaxys velocity) = (time)

or

4.6 x 10^26 cm / 1 x 10^9 cm/sec = 4.6 x 10^17 sec

حاصل اين معادله برابر 17 ^ 10 × 6.4 ثانيه است كه با اندكي محاسبات بسيار ساده رياضي مي توانيم آن را به عددي كه تقريبا" برابر پانزده ميليارد سال است تبديل نمود . اين محاسبه تقريبا" براي هر كهكشاني كه قابل مطالعه است صدق مي كند . هرچند كه اندازه گيري اين مقدارها كه در معادلات به دست آمده اند كه تخميني از سن جهان مي باشند مي توانند صحيح باشند . در صورتيكه برآورد سن جهان فرايندي پيچيده است . اين دستاورد در اين علم گامي بحراني است .

و حالا چه ؟

خلاصه ما نخستين موضوعات را كه دانشمندان در زمينه ي جهان كشف كرده اند را شرح داديم . درك ما از بيگ بنگ و چگونگي آن ، نخستين اتمها و سن جهان به طور معيوب آشكار است ؛ در واقع در اين زمينه مباحث زيادي براي بحث وجود دارد . در زمينه زمان نيز سؤالات بي انتهايي وجود دارد كه هنوز براي پاسخ به آنها بايد كمي صبوري كنيم . هنوز بسيار از مفاهيم پايه اي جهان پيچيده هستند و جاي تفكر در آنها باقي است .

بعد از درك اين موضوع تئوري بيگ بنگ به پايداري افراد را به مبارزه و رقابت مي طلبد . اين تئوري رقيب هاي خود را به سويي راهنمايي مي كند كه جستجوي بيشتر باعث مي شود كه ثابت شود اين تئوري صحيح است در واقع به آن ها مداركي قابل ارائه مي كند . در سر فصل هايي از اين مقاله مداركي را مورد بررسي قرار داديم كه آزموده شده بودند و از جهات مختلفي جستجو شده بودند ، در هر صورت باعث مي شوند كه تصوير نسبتا" كاملي از جهان در ذهن داشته باشيم .

اخيرا" ناسا موضوعاتي را كشف نموده است كه انسان را متحير و انگشت به دهان مي كند . در واقع دلايلي بر وجود بيگ بنگ هستند . بيشتر ستاره شناسان و فيزيكدانان از رصدخانه ي استرو 2 استفاده مي كردند اين رصدخانه مي توانست يكي از نيازمندي هاي پايه اي جهان را در بيگ بنگ تأييد كند . در ژوئن 1995 دانشمندان تونستند نخستين هليم را كشف كنند ، همچون دتريوم در فاصله هاي دور جهان . اين كشف با يكي از نمود هاي مهم بيگ بنگ هماهنگ است كه در آغاز خلقت هليوم و هيدروژن با يكديگر تركيب شدند .

بعد در مشاهدات تلسكوپ فضايي هابل اين سرنخي معين براي عناصر باقيمانده اي است كه ما امروزه مي شناسيم . دانشمندان با استفاده از تلسكوپ فضايي هابل دريافته كه در ستاره هاي كهن عنصر بور زيادي موجود بوده است . آنها فرض كردند كه وجودش مي تواند عامل هركدام از اين دوتا باشد . مي تواند باقيمانده رويداد نيرومند تولد كهكشان يا اينكه نشان دهنده ي اين است كه حتي بور تاريخ آن به قبل از بيگ بنگ برمي گردد . اگر دومي صحيح باشد ، دانشمنداني بايد دوباره سعي كنند تا تئوري جديدي براي تولد جهان ارائه كنند همچنين براي رويداد هاي پس از آن . بر طبق تئوري هاي كنوني در آن زمان امكان وجود اتم هاي سنگين و پيچيده وجود نداشته است .

در اين روش آنچه را كه مي بينيم هرگز درست نيست . اشتياق ما براي دريافتن اين علم هرگز فرونشانده نمي شود . با اين حال پاسخ سؤال حالا چه ؟ در حال حاضر غير ممكن است . در اين دوره ما نمي توانيم پاسخ اين سؤالات را به كار ببنديم .

افكار عميق

اين گمان بسيار مشكل است كه اين موضوع را از افكار روزانه جدا كنيم . هر كس در هر نقطه از زمان به سختي مي تواند با اين موضوع ستيز كند كه چرا ما اينجا هستيم ؟ برخي در فلسفه ي طبيعي محض به دنبال پناهگاهي براي اين سؤال هستند ، در صورتيكه اكثريت براي پاسخ اين سؤال به دلايل علمي نزديك مي شوند . اين افراد خاص در سطح هاي بالاتر به دنبال پاسخ اين سؤال هستند و فقط در وجود انساني تمركز نمي كنند بلكه هر چيز را كه واقعي مي دانند مد نظر قرار مي دهند .

اگر شما در مكاني بنشينيد و سعي كنيد تمام جهان را تصور كنيد متحير خواهيد شد . هرچند كه حالا علم مي تواند در رابطه با جهان به بحث بپردازد ؛ درباره ي چگونگي آغاز آن و آينده ي صحبت كند و ... . اين موضوع آسان به نظر مي رسد تا در مقياس هاي بزرگ در رابطه با سالها ( ميليارد ) بحث كنيم . ما از ميان زندگي خود به اينجا سفر مي كنيم و دوباره از همان ميان به آسمان ها بازميگرديم .

در اين مقاله سعي كرديم كه تا حدودي كمي جهان را به تقد و بررسي بگذاريم . اين موضوع نيز جالب است كه ما هنوز به طور كامل نمي دانيم كه چه طور به وجود آمده ايم و تمام اين حرفهايي را كه گفتيم در حد يك نظريه است كه امكان دارد درست باشد و يا اينكه غلط نمايان گر شود . خداوند اين توانايي را در هر انسان سالمي قرار داده است كه تفكر كند و بهترين حدس را بزند . از ميان اين گمان ها ما مي توانيم درست ترين آنها را مشخص كنيم و مبنا قرار دهيم.

در چند جمله كوتاه ميتوان گفت، سياهچاله ناحيه اي از فضاست كه مقدار بسيار زيادي جرم در آن تمركز يافته و هيچ شيئي نمي تواند از ميدان جاذبه آن خارج شود.از آنجا كه بهترين تيوري جاذبه در حال حاضر تيوري نسبيت عام انيشتن است،در مورد سياهچاله و جزيياتش بايد طبق اين تيوري تحقيق و نتيجه گيري كنيم. ابتدا از مفهوم جاذبه و شرايط ساده تر آغاز مي كنيم.

فرض كنيد روي سطح يك سياره ايستاده ايد. يك سنگ را به سمت بالا پرتاب مي كنيد. با فرض اينكه آن را خيلي خيلي محكم پرتاب نكرده باشيد براي مدتي به سمت بالا حركت مي كند و نهايتا شتاب جاذبه باعث مي شود به پايين سقوط كند. اما اگر سنگ را به اندازه ي لازم محكم پرتاب كرده باشيد مي توانيد آن را به كل از جاذبه سياره خارج كنيد و سنگ بالا رفتن را تا ابد ادامه خواهد داد. سرعتي كه لازم است تا يك شيي را از حاذبه سياره خارج كند سرعت فرار يا سرعت گريز نام دارد. همانطور كه انتظار مي رود سرعت فرار به جرم سياره بستگي دارد. اگر سياره اي جرم زيادي داشته باشد كشش جاذبه آن زياد خواهد بود و نتيجتا سرعت فرار آن بيشتر خواهد شد. سياره سبكتر سرعت فرار كمتري خواهد داشت. همچنين سرعت فرار به فاصله از مركز سياره نيز بستگي دارد. هر چه به مركز سياره نزديك تر شويم سرعت فرار نيز بيشتر مي شود.

سرعت فرار زمين Km/s 11.2 يا m/h 25000 است. در حالي كه سرعت فرار در ماه فقط Km/s 2.4 يا m/h 5300 است.

حال يك جرم بسيار زياد را كه در يك ناحيه با شعاع بسيار كوچك تمركز يافته تصور كنيد. سرعت فرار چنين ناحيه اي از سرعت نور بيشتر خواهد بود و چون هيچ شييي نمي تواند سريعتر از نور سير كند پس هيچ شييي نمي تواند از ميدان جاذبه چنين ناحيه اي خارج شود ، حتي يك دسته پرتو نور.

ايده تفكر در مورد جرمي چنان چگال كه حتي نور نيز نتواند از آن خارج شود متعلق به لاپلاس در قرن هجدهم است. تقريبا بلافاصله پس از بيان نظريه نسبيت عام توسط انيشتين ، كارل شوارتز شيلد يك راه حل رياضي براي معادلات تيوري اين اجرام كشف كرد و سال ها بعد اشخاصي چون اپنيمر و ولكف واشنايدر در دهه 1930 به طور جدي درباره امكان وجود چنين نواحي در عالم به تحقيق پرداختند. اين پژوهشگران نشان دادند، هنگامي كه محتويات سوخت يك ستاره پرجرم به پايان مي رسد، نمي تواند در مقابل جاذبه دروني خود مقاومت كند و به صورت يك سياهچاله در خود فرو مي ريزد.

در نسبيت عام جاذبه از عوامل انحراف فضاي 4 بعدي است. اشياء بسيار پرجرم باعث انحرافات محورهاي زمان و فضا مي شوند در حدي كه قوانين هندسي اعتبار خود را از دست مي دهند و به كار نمي آيند. اين انحراف در اطراف يك سياهچاله بسيار چشمگير است و باعث مي شود كه سياهچاله ها خصوصيات عجيبي داشته باشند. هر سياهچاله چيزي به نام افق حادثه ( event horizon ) دارد، كه سطحي كروي است و مرز سياهچاله را مشخص مي كند. شما مي توانيد وارد اين افق شويد اما نمي توانيد از آن رهايي يابيد. در حقيقت وقتي وارد افق شديد محكوم به نزديك و نزديك تر شدن به مركز سياهچاله هستيد.

درباره افق مي توان اين تصور را داشت كه افق جايي است كه در آن سرعت گريز برابر با سرعت نور است. در خارج از افق سرعت گريز كمتر از سرعت نور است. بنا بر اين در صورتي كه راكت هاي شما به اندازه كافي انرژي داشته باشند مي توانيد از افق دور شويد اما وقتي وارد افق شديد راهي براي خروج نداريد. افق خصوصيات هندسي عجيبي دارد، براي يك ناظر كه فاصله زيادي از سياهچاله دارد، افق جاي خوبي به نظر مي رسد كه كروي و ساكن است. اما در صورتيكه به سياهچاله نزديك شويد متوجه خواهيد شد افق با سرعت بسيار زياد و يا در حقيقت با سرعت نور به سمت بيرون در حركت است. چون افق با سرعت نور به سمت بيرون گسترش مي يابد، پس براي خروج از افق بايد سرعتي بيش از سرعت نور داشته باشيم. و چون مي دانيم كه نمي توانيم با سرعتي بيش از سرعت نور سير كنيم پس هيچ گاه نخواهيم توانست از سياهچاله فرار كنيم.

اگر اين مطالب بسيار عجيب به نظر مي رسند، نگران نباشيد، واقعا عجيب هستند. افق از جهتي ثابت و از جهتي نا پايستار است. اين مطلب تا حدي شبيه به داستان آليس در سرزمين عجايب است. او بايد تا جايي كه مي توانست سريع حركت مي كرد تا مي توانست در يك جا بماند.

در درون افق فضا در حدي منحرف مي شود كه مختصات طول و زمان جايشان عوض مي شود به اين معني كه مختص نشان دهنده فاصله از مركز سياهچاله كه r نام دارد، يك مختص زماني و t يك مختص فضايي مي شود. نتيجه اين جابجايي اين است كه نمي شود از كوچك شدن لحظه به لحظه r جلوگيري كرد، مشابه شرايط معمولي كه از رسيدن به آينده گريزي نيست (يعني به طور معمول t در حال افزايش است) در نهايت بايد به مركز جايي كه r = 0 است برسيم. ممكن است فكر كنيد با روشن كردن راكت ها مي توان از افق خارج شد، اما اين كار نيز بيهوده است. از هر ماده اي كه استفاده كنيد، نمي توانيد از آينده خود گريزي داشته باشيد. پس از وارد شدن به افق، تلاش براي دور شدن از مركز سياهچاله درست مثل تلاش براي نرسيدن به پنجشنبه آينده است.

نام سياهچاله را براي اولين بار جان آرچيبالد ويلر پيشنهاد داد كه نام مناسبي به نظر مي رسيد، چون از نام هاي پيشنهادي قبل از خودش جذاب تر بود. پيش از ويلر از اين نواحي با عنوان ستاره هاي منجمد ياد مي شد. در ادامه توضيح خواهم داد كه چرا اين نام را به آن ها داده بودند.

سياهچاله چه اندازه اي دارد؟

اندازه هر چيز دو جنبه دارد. در اولين جنبه مي گوييم اين جسم چه ميزان جرم دارد و در جنبه ديگر آن را از نظر حجم بررسي مي كنيم. ابتدا درباره جرم سياهچاله بحث مي كنيم.

براي ميزان جرم يك سياهچاله محدوديتي وجود ندارد. هر مقدار جرمي درصورتي كه به اندازه كافي چگال باشد مي تواند سياهچاله تشكيل دهد. حدس مي زنيم كه سياهچاله هاي موجود از مرگ ستارگان پرجرم تشكيل يافته اند، بنا بر اين بايد به همان اندازه جرم داشته باشند. به عنوان نمونه جرم يك سياهچاله در حدود 10 برابر جرم خورشيد است، يعني جرمي معادل 10 به توان 31 كيلوگرم.

هر چه جرم سياهچاله بيشتر باشد فضاي بيشتر اشغال خواهد كرد. در حقيقت شعاع شوارتز شيلد (شعاع افق) و جرم نسبت مستقيم دارند. اگر سياهچاله اي 10 برابر يك سياهچاله ديگر جرم داشته باش، شعاعش نيز 10 برابر ديگري خواهد بود. شعاع سياهچاله اي هم جرم خورشيد 3 كيلومتر است. بنا بر اين، اگر سياهچاله اي 10 برابر خورشيد جرم داشته باشد شعاعش 30 كيلومتر خواهد بود و سياهچاله اي كه در مركز يك كهكشان با جرم يك مليون برابر خورشيد 3 ميلون كيلومتر شعاع خواهد داشت. ممكن است اين مقدار شعاع زياد به نظر برسد ولي با استانداردهاي نجومي خيلي هم عجيب نيست. به عنوان مثال شعاع خورشيد 700000 كيلومتر است و يك سياهچاله بسيار بسيار سنگين شعاعي فقط در حدود 4 برابر خورشيد دارد.

در صورت سقوط در سياهچاله چه بلاي به سرم مي آيد؟

فرض مي كنيم در داخل يك فضا پيما به سمت يك سياهچاله با جرم يك مليون برابر خورشيد در مركز كهكشان راه شيري در حال حركت هستيد. (بحث هاي زيادي در مورد وجود سياهچاله در مركز كهكشان راه شيري وجود دارد. اما فرض مي كنيم حداقل براي چند ثانيه اين سياهچاله موجود باشد.) از فاصله دور راكت ها را خاموش كرده ايد و به سمت سياهچاله سرازير مي شويد. چه اتفاقي خواهد افتاد؟

در ابتدا هيچ جاذبه اي را حس نخواهيد كرد چون در حال سقوط آزاد هستيد، همه قسمتهاي بدنتان به يك صورت كشيده خواهند شد و احساس بي وزني خواهيد كرد (اين دقيقا همان چيزي است كه در مدار زمين براي فضا نوردان اتفاق مي افتد. با اين حال نه فضا نورد و نه شاتل هيچ نيروي جاذبه اي را حس نمي كنند.) همين طور كه به مركز سياهچاله نزديك و نزديك تر مي شويد نيروهاي جاذبه جزر و مدي را بيشتر حس خواهيد كرد. فرض كنيد پاهايتان نسبت به سرتان در فاصله كمتري از مركز سياهچاله قرار گرفته باشد. نيروي جاذبه با نزديك شدن به مركز سياهچاله بيشتر مي شود، بنا بر اين در پاهايتان نيروي جاذبه را بيشتر حس خواهيد كرد. و حس خواهيد كرد كشيده شده ايد ( اين نيرو نيروي جزر و مدي نام دارد چون دقيقا مانند نيرويي عمل مي كند كه باعث جزر و مد در سطح زمين مي شود). اين نيروها با نزديك شدن به مركز بيشتر و بيشتر خواهد شد تا جايي كه شما را پاره پاره كند.

براي يك سياهچاله خيلي بزرگ شبيه به آن كه شما در آن سقوط مي كنيد، نيروهاي جزر و مدي تا شعاع 600000 كيلومتري مركز قابل توجه نيستند. البته اين مطلب پس از ورود به افق اعتبار مي يابد. اگر در حال سقوط به يك سياهچاله كوچكتر هم جرم خورشيد بوديد، نيروهاي جزر و مدي از فاصله 6000 كيلومتري مركز شما را تحت تاثير قرار مي داد و شما خيلي زود تر از آنكه وارد افق شويد تكه پاره مي شديد (و اين موضوع علت اين است كه شما را در حال سقوط به يك سياهچاله بزرگ تصور كرديم تا بتوانيد حداقل تا وارد شدن به سياهچاله زنده باشيد). در حين سقوط چه چيزهايي مي بينيد؟ شما در حين سقوط چيز خاص و عجيبي را مشاهده نخواهيد كرد. تصوير اشيا درو ممكن است به شكل هاي عجيب و نا مربوط در آمده باشند، چون جاذبه سياهچاله نور را نيز منحرف مي كند. به ويژه وقتي وارد افق مي شويد هيچ اتفاق خاصي نخواهد افتاد. حتي پس از وارد شدن به افق نيز خواهيد توانست چيزهايي را كه بيرون هستند ببينيد. چون نوري كه از اشيا بيروني ساطع مي شود مي تواند وارد افق شود و به شما برسد. اما در بيرون از افق كسي قادر به ديدن شما نيست چون نور نمي تواند از افق خارج شود.

كل اين اتفاقات چقدر طول مي كشد؟ البته اين مطلب بستگي به اين دارد كه از چه فاصله سقوط به داخل سياهچاله را شروع كرده باشيد. فرض مي كنيم اين عمليات از جايي شروع شود كه فاصله شما از مركز 10 برابر شعاع سياهچاله باشد. براي سياهچاله اي با جرم يك ميليون برابر خورشيد 8 دقيقه طول مي كشد تا به افق برسيد، پس از آن 7 دقيقه ديگر در پيش داريد تا به ناحيه منحصر به فردي برسيد. البته اين زمان ها تقريبي است و به عنوان مثال در يك سياهچاله كوچكتر زمان مرگ نزديك تر خواهد بود. پس از پشت سرگذاشتن افق در 7 دقيقه باقيمانده از عمر ممكن است وحشت زده بشويد و شروع كنيد به روشن كردن راكت ها اما اين تلاش بيهوده است.

از يك فاصله مطمئن از سقوط در سياهچاله چه چيز مشاهده مي شود؟

چيزي كه از دور ديده مي ود با واقعيت كمي تفاوت دارد. همچنان كه شما به افق نزديك تر مي شويد ناظر حركت شما را آهسته و آهسته تر مي بيند. او هيچ گاه رسيدن شما را به افق نخواهد ديد.

سياهچاله اي را در نظر بگيريد كه از فرو ريختن يك ستاره شكل گرفته است. در حالي كه ماده تشكيل دهنده سياهچاله فرو مي ريزد، ناظر آن را كوچك و كوچك تر مي بيند، همچنين او نزديك شدن شما را مي بيند اما نمي تواند رسيدن به افق را ببيند و اين علت نام گذاري اوليه آنها يعني ستاره هاي منجمد است. چون به نظر مي رسد آن ها در فاصله اي به اندازه كمي بيشتر از شعاع شوارتز شيلد يخ زده اند.

چرا اينگونه به نظر مي رسد؟ مهمترين مطلبي كه در اين مورد عنوان شده يك خطاي نوري است. در حقيقت شكل گرفتن يك سياهچاله يا رسيدن شما به افق زمان نامحدودي نمي برد. وقتي شما به افق نزديك و نزديك تر مي شويد، نوري كه از شما ساطع مي شود به زمان بيشتري نياز دارد تا به ناظر برسد در واقع نوري كه بدن شما در هنگام گذر از افق ناظر ديگر تصويري از شما نمي بيند و حس مي كند رسيدن به افق چه زمان نامحدودي وقت مي برد.

از زاويه ديگري نيز مي شود به اين مسئله نگاه كرد. زمان در نزديكي افق بسيار آرامتر از فضاهاي دورتر سپري مي شود. فرض كنيد فضاپيماي شما براي خروج از افق در حركت است و براي چندين ثانيه آنجا توقف مي كند (با مصرف مقداري زيادي سوخت براي جلوگيري از سقوط به داخل). سپس شما به سمت ناظري مي رويد و به او ملحق مي شويد. متوجه مي شويد در طي اين ايام او سني بيش از شما دارد، در حقيقت زمان براي شما بسيار آهسته تر (كند تر) سپري شده است تا براي او.

به نظر شما كدام يك از اين دو نظريه فريب نور يا كندي زمان درست است؟ جواب بستگي به مختصاتي داردكه طبق آن به بررسي سياهچاله ها بپردازيد. طبق مختصات معمول كه مختصات شوارتز شيلد نام دارد، زماني افق را پشت سر مي گذاريد كه مختصات t (زمان) بي نهايت است. طبق اين مختصات گذر از افق زمان بي نهايت لازم دارد. اما علت اين مطلب اين است كه مختصات شوارتز شيلد تصوير تحريف شده اي از آنچه در اطراف افق مي گذرد به ما مي دهد. در حقيقت درست در افق مختصات كاملا تحريف شده و تغيير يافته اند. در صورتي كه مختصات واحدي را در نزديكي افق انتخاب نكرده ايد متوجه مي شويد كه در هنگام گذر از افق زمان واقعا محدود است. ولي زماني كه ناظر شما را مشاهده مي كند نامحدود است. تشعشات نياز به زمان بي نهايت و نامحدودي دارند تا به چشم ناظر برسند. پس شما مي توانيد از هر دو نوع مختصات استفاده كنيد، در عمل هر دوي آنها درست هستند. فقط دو بيان متفاوت از يك مطلب ارئه مي دهند. درعمل شما از چشم ناظر پنهان خواهيد ماند قبل از اينكه زمان بي نهايت سپري شود. براي يك جسم نوري كه از طرف سياهچاله تابش مي شود به طرف سرخي و طول موجهاي بيشتر مي رود.

بنا براين در صورتي كه شما نور مرئي با طول موجهاي ثابتي ساطع كنيد، ناظر آن را با طول موج بيشتري دريافت خواهد كرد. با نزديك تر شدن شما به افق اين طول موجها افزايش مي يابند. كه درنهايت به تابش هاي نامرئي، مادون فرمز و امواج راديويي خواهند رسيد. در بعضي نقاط طول موجها به قدري زياد خواهند بود كه ناظر نخواهد توانست آن ها را مشاهده كند. از گذشته به خاطر داريد كه نور در دسته هايي به نام فوتون ساطع مي شود. تصور كنيد در حين گذر از افق فوتون هايي ساطع كنيد. قبل از گذشتن از افق آخرين فوتون ها را ساطع خواهيد كرد، اين فوتون ها در زمان محدودي به چشم ناظر خواهند رسيد - به عنوان مثال براي چنان سياهچاله پر جرمي چيزي در حدود 1 ساعت.. و پس از آن ناظر ديگر قادر به ديدن شما نخواهد بود (فوتون هايي كه پس از گذر از افق ساطع مي شوند هيچ گاه به ناظر نمي رسند)...

                                                 منبع :www.alacheegh.com

اخترشناسان به تازگی از پیشرفت های رصدی و نظری درباره فاجعه بارترین واقعه در عالم ، پس از مهبانگ ، خبر دادند : ادغام سیاهچاله های ابرپر جرم. این برخورد های عظیم باید در مدت کوتاهی 10^23 برابر خورشید انرژی آزاد کنند ، که همه این انرژی به شکل امواج نامرئی گرانشی است ؛ امواجی در انحنای فضا ـ زمان که در نسبیت عام اینشتین هم پیش بینی شده اما هنوز بطور قطع کشف نشده اند.

اخترشناسان سالهاست که می دانند ابرسیاهچاله ها ، با جرمی معادل چند میلیون تا چند میلیارد برابر جرم خورشید ، در مرکز کهکشانهای بزرگ مخفی شده اند. این هیولاها به تحول کهکشانها نظم می بخشند. وقتی دو کهکشان با هم ادغام می شوند ، سیاهچاله های ابرپرجرمشان باید در عرض چند صد میلیون سال در مداری به گرد هم قفل شوند.

این جفت چرخان به دور هم ، ستاره های نزدیک را پراکنده می کنند. به این فرآیند که آنها را نزدیکتر به هم می کشاند اصطکاک دینامیکی می گویند. اگر این دو به فاصله یک ـ هزارم سال نوری از هم برسند آنچنان با حرکت خود ساختار فضا ـ زمان را در هم می پیچد که با گسیل امواج گرانشی و از دست رفتن انرژی ، مطابق اصل بقای تکانه انرژی ، امواج گرانشی قدرتمندی را ساطع می کنند. مدارهایشان جمع تر می شوند و سرانجام آنقدر به دور هم می گردند تا تبدیل به یک سیاهچاله شوند. اما چنین رخدادی چقدر معمول است ؟

اخترشناسان ، برای یافتن پاسخ این پرسش ، باید سیاهچاله های دوتایی با جدایی کم پیدا کنند. اخترشناسان دانشگاه نیومکزیکو در گزارش اخیر خود خبر کشف احتمالی به هم چسبیده ترین جفت سیاهچاله ها را اعلام کردند. این دو سیاهچاله ، دو منبع رادیویی درخشان در نزدیکی مرکز کهکشان 0402+379 در صورت فلکی برساوش اند.

اخترشناسان با استفاده از آرایه با خط مبنای بسیار بلند (VLBA) ـ شبکه ای از 10 تلسکوپ رادیویی که در خطی به طول 8000 کیلومتر از هاوایی تا شرقی ترین جزایر دریایی کاراییب گسترده اند ـ جدایی زاویه ای این زوج را فقط 6.9 میلی ثانیه قوس بدست آوردند ، که با توجه به فاصله 750 میلیون سال نوری این جفت از ما ، فاصله آن دو از هم 24 سال نوری به دست می آید. این عدد 100 بار کمتر از جدایی بین جفت سیاهچاله هایی است که پیش از این کشف شده بود.

طیفهایی با تفکیک کم که به کمک تلسکوپ هابی ـ ابرلی در تگزاس گرفته شده است گردش آنها به دور هم را نشان می دهد و جرم مجموعشان را دست کم 150 میلیون برابر جرم خورشید به دست می دهد. احتمالا ً دوره گردش آنها به دورهم 150 هزار سال طول می کشد تا آن دو در هم ادغام شوند.

ممکن است جدایی بین دو سیاهچاله بیشتر از این باشد ، اگر یکی از آنها بسیار جلوتر از دیگری ، نسبت به زمین ، باشد و از دید ما کنار هم بنظر برسند ؛ که البته احتمالش بسیار کم است. براساس بررسی های نظری وقتی کهکشانها ادغام می شوند ، اصطکاک دینامیکی به سرعت دو سیاهچاله را به هم نزدیک می کند تا فاصله شان به 30 سال نوری برسد. سپس مهاجرت بسوی هم کند می شود ، پیش از این که بر هم کنش با گاز ، دسته ای ستاره ، یا سیاهچاله سومی سبب ادغام دو ابرسیاهچاله شود.

فیزیکدانان همچنین مایل اند ردپای امواج گرانشی را درانحنای فضا ـ زمان شناسایی کنند؛ آثاری که حاصل ادغام سیاهچاله های غولپیکرند. مطابق نسبیت عام انیشتین انحنای فضا در اطراف جرم شکل می گیرد و جرم زیاد و بی اندازه چگال سیاهچاله انحنای فوق العاده ای را در فضا ـ زمان ایجاد می کند و با حرکت دو سیاهچاله به دور هم خمیدگی فضا ـ زمان نیز جابه جا می شود و موجی از انحنای فضا ـ زمان را منتشر می کند که موج گرانشی نام دارد.            اخترشناسان مرکز پرواز های فضایی گا   درد ناسا در گزارشی اعلام کردند که شبیه سازی های سه بعدی ِ ابررایانه ها نشان می دهد در جریان فرایند ادغام ، امواج به سوی بیرون حرکت می کنند. آنها معادلات اینشتین را به زبان رایانه ترجمه کردند. شبیه سازی مشخص کرد که اگر سیاهچاله های ابرپرجرم در هر کهکشان در فاصله چند میلیارد سال نوری از زمین با هم ادغام  شوند آشکارسازهای امواج گرانشی باید به دنبال چه نشانه هایی بگردند. چندین شبیه سازی انجام شده و حالا دانشمندان مطمئن اند که شبیه سازی ها بیشترین شباهت را با واقعیت دارند. آنها دریافتند که 4 درصد جرم سیاهچاله ها به امواج گرانشی تبدیل می شوند. بسامد و شدت امواج با نزدیکتر شدن سیاهچاله ها به هم افزایش می یابد.

هر موجود میکروسکوپی در فاصله چند واحد نجومی از این رخداد به سبب امواج گرانشی تکه تکه خواهد شد. اما زمانی که این امواج میلیون ها یا میلیارد ها سال نوری سفر کنند و به زمین برسند ، اثر کشیده شدن یا فشرده شدن حاصل از عبور موج گرانشی بر موجودات زمین بسیار کمتر از اندازه هسته یک اتم است. به سبب بسامد کم و ضعیف بودن این امواج ، دانشمندان برای آشکار ساختن آنها به آرایه ای از فضاپیما ها نیاز دارند. ناسا و ا ِسا در حال تدارک این ماموریت اند ؛ آنتن فضایی تداخل سنجی لیزری (لیزا).          البته لیزا هم یکی از ماموریتهای ناسا در فهرست ابهام است زیرا کاهش بودجه ناسا بسیاری از ماموریتهای آینده را لغو کرده است.                                                                                                                         

محققان دانشگاه كاليفرنيا با استفاده از ابر كامپيوتر ناسا و با انجام عمليات شبيه سازي موفق به تعیین طول عمر و شناخت روند تحول ماده سیاهی که همچون هاله ای گرداگرد كهكشان راه شيري را فرا گرفته است, شدند. 

آلبرت اینشتین در اوایل قرن بیستم نشان داد جهان اطراف ما چهاربعدی است، متشکل از سه بعد فضا و یک بعد زمان. اما خیلی زود این پرسش مطرح شد که آیا ابعاد بالاتری نیز وجود دارند یا خیر. نظریه‌پردازان فیزیک سال‌ها است مدل‌های ریاضی پیچیده‌ای را تدوین می‌کنند تا حدی بر ابعاد عالم بیابند. معروف‌ترین این نظریه‌ها قطعا نظریه ریسمان است که پس‌از سال‌ها تلاش، هنوز به یک شاهد تجربی بر تایید پیش‌بینی‌هایش دست نیافته است. مشکل این‌جا است که فیزیک‌دانان دقیقا نمی‌دانند چگونه می‌توان با ابزارهای سه‌بعدی موجود، ابعاد بالاتر را اندازه‌گیری کرد.

یک راه‌حل‌، استفاده از گرانش است، دوربرد ترین نیروی عالم که می‌تواند با نفوذ به ابعاد بالاتر، شواهد مورد نیاز فیزیک‌دانان را فراهم کند. سال‌های سال است فیزیک‌دانان به قانون عکس مجذور فاصله نیوتون مشکوکند و تلاش می‌کنند با انجام آزمایش‌های دقیق بفهمند آیا توان پارامتر فاصله در قانون گرانش عمومی نیوتون عدد صحیح 2 است یا مقادیر اعشاری هم وجود دارد. اگر مقدار اعشاری پیدا شود، قانون گرانش عمومی جدید می‌تواند بخشی از پدیده‌های مبهم اخترشناسی را مانند وجود ماده تاریک به‌سادگی توضیح دهد و احتمالا نشانه‌هایی از ابعاد بالاتر را آشکار کند. به‌تازگی، دو فیزیک‌دان هندی و اوکراینی پیشنهاد داده‌اند یک روش مناسب استفاده از گرانش، و بررسی حرکت اجرام یک منظومه سیاره‌ای کوچک در آزمایشگاهی فضایی است.

تجهیزات پیشرفته و ابزارهای بسیار حساس امروزی موجب شده است فیزیک‌دانان اسرار بیشتری از این عالم را کشف کنند و جالب این‌جا است که روند کشف این اسرار بسیار سریع‌تر از روند درک آنها است. بشر تاکنون توانسته فقط با 4درصد انرژی درون عالم آشنا شود. 96درصد دیگر را ماده تاریک (26درصد) و انرژی تاریک (70درصد) تشکیل می‌دهند که انرژی تاریک را هم تنها شش سال است که می شناسیم. یک پیشنهاد برای انرژی تاریک این است که این موجود اصلا چیز عجیبی نیست، بلکه همان گرانش است که در فواصل بسیار دور به شکل دیگری ظاهر شده است. شاید هم یک بعد بالاتر در این میان نقش دارد.

ایده رفتار متفاوت گرانش در فواصل دور ایده جدیدی نیست. در دهه 1980، اخترشناسان با بررسی داده‌های ارسالی فضاپیماهای پایونیر 10 و 11 متوجه شدند که این فضاپیماها دقیقا در محل پیش‌بینی شده نیستند. نیرویی بیشتر از گرانش خورشید حرکت آنها را کند کرده بود. متاسفانه پایونیرها در معرض نیروهای مختلفی بودند: بادهای خورشیدی آنها را به پیش می‌راندند، پرتوهای کیهانی به آنها ضربه می‌زدند و برخورد با اجرام درون منظومه آنها را به این طرف و آن طرف منحرف می‌کرد. چنین آزمایشگاه شلوغی برای شناسایی نشانه‌های ظریف ابعاد بالاتر مناسب نبود.

وارون صحنی، اخترفیزیک‌دان مرکز درون‌دانشگاهی نجوم و اخترفیزیک پونه، هند و یوری شتانف، عضو هیات‌علمی موسسه فیزیک نظری بگولیوبف در کیف، اوکراین در مقاله‌ای پیشنهاد کرده‌اند آزمایشگاهی ساخته شود تا نیروی گرانش بدون دخالت نیروهای خارجی آزمایش شود. آزمایشگاه پیشنهادی آنها آپسیس (APSIS)  نام دارد که مخفف عبارت منظومه سیاره‌ای مصنوعی در فضا است.

آنها در واقع فضاپیمایی به شکل یک منظومه خورشیدی کوچک را پیشنهاد کرده‌اند که در نقطه دوم لاگرانژی زمین قرار خواهد گرفت، جایی روی خط واصل زمین و خورشید که 1.5 میلیون کیلومتر از زمین دورتر است. گرانش زمین و خورشید در نقطه دوم لاگرانژی به شکلی است که مدار بسیار پایداری با دوره تناوب یک سال ایجاد می‌کند. فضاپیمای WMAP  هم‌اکنون در این ناحیه قرار دارد و تلسکوپ فضایی جیمزوب هم دد سال 2013 به این نقطه پرتاب خواهد شد. این منظومه مصنوعی را فضاپیمایی بزرگ احاطه خواهد کرد که آن را از پرتوهای کیهانی، غبار، بادهای خورشیدی و هر عامل موثر دیگری بر حرکت سیارات کوچک محافظت خواهد کرد. حتی مخزن سوخت فضاپیما که جرمش مرتب کاهش می‌یابد نیز باید در فاصله دوری از این منظومه قرار بگیرد تا آنها تغییرات گرانش مخزن سوخت را احساس نکنند.

وقتی فضاپیما در نقطه دوم لاگرانژی قرار گرفت، سیارات کوچک در مدارهای بیضوی درون پوشش محافظ رها خواهند شد. این سیارات در واقع گوی‌های استانداردی هستند که در فاصله 10 سانتی‌متری جسم مرکزی که کره‌ای 5 کیلوگرمی است، حرکت می‌کنند. فضاپیما هم‌چنین به لیزری مجهز خواهد بود تا اگر سیارات حرکت خود را به‌درستی آغاز نکردند و مدارشان شکل کاملی نداشت، با اعمال فشارهای تابشی پرتوهای لیزر مدارشان را تصحیح کند. ابزارهای بسیار حساس نصب‌شده در فضاپیما در طول چند سال، موقعیت اجرام را با دقت بسیار زیادی زیر نظر خواهد داشت؛ بدین ترتیب هر گونه انحرافی در مدار این سیارات، هرقدر اندک، می‌تواند به تایید یا رد دیگر مدل‌های گرانشی، وجود ابعاد بالاتر، خواص انرژی تاریک و ماده تاریک بیانجامد؛ به‌عنوان مثال اگر دقت اندازه‌گیری انتقال حضیض مدار سیارات به کسری از ثانیه‌قوس برسد، اندازه‌گیری‌ها می‌تواند وجود یا رد بعد پنجم را نشان دهند. اما این طرح تازه ارایه شده و ممکن است سالها طول بکشد تا به مرحله اجرا درآید.

تهیه و گردآوری مقاله : ذوالفقار دانشی

نظريه اي كه چند سال اخير ابراز شده بيان مي دارد كه احتمالا فضا و زمان پس از انفجار بزرگ Big Bang آغاز نشده است بلكه فضا و زمان هميشه وجود داشته است و يك چرخه بي پايان از انبساط و انقباض را انجام مي دهد.

پاول استينهارت ، فيزيكدان دانشگاه پرينستون و نيل توروك از دانشگاه كمبريج دو دانشمندي هستند كه اين نظريه را ابراز كرده اند. طبق اين نظريه در هر چرخه جهان از ماده داغ و چگال انباشته مي شود و پس از آن مرحله انبساط را آغاز مي كند كه در طي آن جهان سرد مي شود. تا اينجاي كار همه چيز شبيه تصوير ارائه شده از نظريه انفجار بزرگ است. بعد از گذشت 14 ميليارد سال انبساط جهان شتاب بيشتري به خود مي گيرد. البته مشاهدات تجربي مويد اين نظريه مي باشد. بعد از گذشت تريليون ها سال ماده به طور كامل منتشر شده و به حداكثر انبساط خود مي رسد. تابش نيز در سرتاسر جهان پراكنده مي شود و بدين ترتيب مرحله انبساط جهان متوقف مي شود. در مرحله بعد يك ميدان انرژي ، ماده و تابش هاي جديدي توليد مي كند و بنابراين اين چرخه مجددا شروع مي شود.

اين تئوري جديد پاسخ هاي محتملي را براي چندين مسئله كه مدت هاي مديدي در زمينه انفجار بزرگ در ذهن دانشمندان وجود داشت ؛ پاسخ مي گويد. نظريه انفجار بزرگ طي چند دهه گذشته نظريه غالب در زمينه كيهان شناسي به شمار مي فت. از جمله پرسش هايي كه در نظريه انفجار بزرگ بدون پاسخ مانده است مي توان به پرسش زير اشاره كرد :

"چه چيزي براي اولين بار منفجر شده و چگونه قبل از آغاز زمان آن چيز وجود داشته است؟"

استينهارت ، استاد فيزيك كه از جمله ارائه دهندگان اين نظريه مي باشد در اين زمينه مي گويد : " اين نظريه نيز تفسير هاي موفقيت آميزي در مورد جهان هستي ارائه مي دهد و همانند نظريه انفجار بزرگ ، قادر به توجيه شرايط موجود مي باشد ؛ اما نكته قابل ذكر آن است كه شواهد قاطعي در دست نيست كه بيان كند كداميك از اين نظريه ها صحيح است."

وي در ادامه مي افزايد " "در اين مرحله من نمي توانم هيچ كدام از اين نظريه ها را رد كنم. چيزي كه براي من جالب است اين است كه ما در حال حاضر دو نظريه داريم كه از جهات بسياري با يكديگر فرق اساسي دارند و ما احتمالا تا چند سال آينده مي توانيم به طور تجربي صحت و سقم اين دو نظريه را بررسي كنيم ." نظريه انفجار بزرگ حدودا 60 سال پيش ارائه شده است و در طي اين مدت براي آنكه بتواند مشاهدات تجربي را به نحو شايسته اي توجيه كند ؛ تغييراتي در آن صورت گرفته و تا حدودي توسعه يافته است. يك عنصر بسيار اساسي كه در دهه 1980 به اين نظريه افزوده شده است مفهوم "تورم" است .

مفهوم تورم بيانگر دوره انبساط بسيار سريع است كه در خلال اولين ثانيه هاي بعد از انفجار بزرگ روي داده است. دوره تورم براي تشريح وضعيت يكنواختي و همگوني جهان كه توسط ستاره شناسان مشاهده شده عنصري مهم است . اين مفهوم ضمنا مي تواند توجيه كننده نحوه تشكيل كهكشانها باشد. اين دانشمندان بعد ها مجبور شدند تا به نظريه انفجار بزرگ مفهوم "انرژي سياه" را نيز بيافزايند. به اين دليل مفهوم انرژي سياه به نظريه انفجار بزرگ اضافه شده است كه توجيه گر مشاهدات جديدي باشد كه بيان مي دارد انبساط جهان شتاب بيشتري به خود گرفته است .

در تئوري جديد صحبتي از تورم و انرژي سياه به ميان نمي آيد و اين دو مفهوم با ايده ميدان انرژي جايگزين شده است. بر طبق اين نظريه ميدان انرژي در حال نوساناست و بدين ترتيب زماني باعث انبساط جهان و زماني ديگر باعث ركود مي شود. در عين حال اين نظريه تمام پديده هايي كه اخيرا مشاهده شده اند را به همان خوبي نظريه انفجار بزرگ توجيه كند.

استينهارت كه يكي از پيشگامان ارائه تئوري تورم است در اين زمينه مي گويد : " از آنجايي كه نظريه جديد به مفروضات كمتري نياز دارد ، استفاده از آن آسانتر به نظر مي رسد." حسن ديگر اين نظريه اين است كه مي تواند بدون افزودن مفروضات بيشتري به آن آينده جهان را پيش بيني كند. اين نظريه مي گويد جهان چرخه هاي مشخصي را طي مي كند كه هر كدام از آنها ممكن است تريليون ها سال طول بكشد اما در مقابل نظريه انفجار بزرگ مفهوم تورم نمي تواند آينده دراز مدت جهان را پيش بيني كند . همانگونه كه مفاهيمي همانند انرژي سياه و تورم به طور غير مترقبه مطرح مي شوند ؛ مي توان مفهوم ديگري را نيز به آنها اضافه نمود تا نحوه انبساط را به گونه ديگري توجيه كند در عين حال مدل چرخه اي حاوي چندين مفهوم جديد است كه توروك و استينهارت در طي چند سال گذشته به همراه دنشجويان پرينستون و همكارانشان از دانشگاه پنسيلوانيا و موسسه مطالعات پيشرفته ارائه داده اند. جرميا استريكر استاد اختر فيزيك پرينستون و استاد پروازي اختر فيزيك و فلسفه عملي كمبريج در اين زمينه مي گويد : "اين تحقيقات كه به وسيله پاول استينهارت و نيل توروك انجام گرفته بسيار غير مترقبه و جالب است. اين ايده جديد و بزرگ طي دو دهه گذشته در زمينه هستي شناسي منحصر به فرد است. سر مارتين ريز از محققين انجمن سلطنتي كمبريج خاطر نشان مي سازد كه خواص كليدي و مهم مفاهيم فيزيكي مربوط به جهان در حال انبساط ، همچنان در حد حدس و گمان باقي مانده است و تاكنون مشاهد ه اي يا آزمايش تجربي كاملا آنها را تائيد نكرده است. ريز در ادامه مي افزايد : " در طي 20 سال گذشته نظريات بسيار زيادي ارائه شده است.استينهارت و توروك نيز حدسيات جديدي را كه مبتني بر تصورات است ارائه داده اند. كار آنها تاكيدي است بر اين مطلب كه ما بايد بعضي از مفاهيم روزمره فيزيكي كه براي ما عادي و معمولي است را كنار بگذاريم. به عبارت ديگر ما براي اينكه پيشرفت هاي جديدي را شاهد باشيم لازم است از مفاهيم روزمره فضا و زمان چشم پوشي كنيم.

نظريه چرخه اي جهان بيانگر تركيبي از مفاهيم استاندارد فيزيك و ساير مفاهيم پيشرفته فيزيكي است ، كه نشان دهنده تلاش هاي مجدانه فيزيكدانان براي توسعه يك تئوري فراگير است كه شامل تمام ذرات و نيرو هاي فيزيكي شناخته شده مي باشد. گرچه اين نظريات از رياضيات پيشرفته اي استفاده مي كنند ؛ اما در عين حال مي توانند تصويري از نظريه چرخه اي جهان رانيز ارائه كنند.

براساس اين تئوري ها جهان بايد شامل دو صفحه موازي بسيار بزرگ باشد. براي تجسم بهتر ، دو صفحه كاغذ را كه فاصله آنها بسيار بسيار كم است ؛ را در نظر بگيريد. اين فاصله به عنوان يك بعد ديگر يا بعد پنجم عمل مي كند كه البته تشخيص آن بطور عملي براي ما دشوار است. در مرحله اي از زمان كه ما در آن بسر مي بريم ، صفحات در تمام جهات منبسط مي شوند و تمام جرم و انرژي را كه دارند در جهات مختلف منتشر مي كنند. بعد از گذشت تريليون ها سال ، وقتي كه جهان از جرم و انرژي خالي شد ؛ وارد مرحله اي جديد مي شود . در اين مرحله كه "ركود" ناميده مي شود ؛ انبساط متوقف مي شود و در عوض صفحات شروع به حركت به سمت يكديگر مي كنند؛ و بدين ترتيب بعد پنجم دچار انقباض مي شود. هنگامي كه صفحات منقبض مي شوند كم كم به يكديگر نزديك مي شوند تا در نهايت با يكديگر برخورد كنند. اين برخورد باعث مي شود كه اين صفحات انباشته از ماده چگال شوند و دماي آنها به طور غير منتظره اي بالا رود. اين قسمت پيش بيني ها با مفاهيم ارائه شده توسط مفهوم انفجار بزرگ همخواني دارد. وقتي كه مجددا اين صفحات از يكديگر دور مي شوند بار ديگر انبساط آغاز مي شود . نكته قابل ذكر آن است كه اين صفحات كه در مورد آنها صحبت شد ؛ جهان هاي مختلف و موازي يكديگر نيستند ؛ بلكه در حقيقت قسمت هاي مختلفي از يك جهان هستند. يك قسمت از اين جهان يا يك صفحه شامل تمام ماده معمولي است كه ماهيت آن براي ما آشناست و صفحه ديگر شامل چيزي است كه براي ما ناشناخته است". استينهارت در ادامه مي گويد :

چيزي كه جرم سياه ناميده مي شود و عقيده بر آن است كه قسمت عمده جهان را تشكيل مي دهد در اين قسمت از جهان قرار دارد. بر هم كنش اين دو صفحه فقط براساس جاذبه گرانشي است ؛ يعني اجرام موجود در يك صفحه جاذبه شديدي به اجرام صفحه مقابل وارد مي كنند . استينهارت مي گويد : حركت و خواص اين صفحات از مفاهيم رياضي كه براي بيان آنها به كار گرفته شده است ؛ ناشي مي شود. اين امر برخلاف مفهوم انفجار بزرگ است كه مفهوم انرژي سياه بعدا به آن اضافه شده است تا بتواند مشاهدات تجربي را توجيه كند.

استينهارت و توروك مشغول تعديل و تكميل اين نظريه هستند و در جست و جوي مفاهيم نظري و تجربي مي باشند كه نشان دهنده برتري يكي از اين نظريات بر ديگري باشد. آنها مي گويند : ما مي دانيم كه با مشاهدات دقيق تري كه در دهه هاي آينده و يا حتي در سال هاي آينده انجام مي گيرد شما مي توانيد به صحت و سقم اين نظريات پي ببريد. اينها موقعيت هاي جالبي است كه ما را به سوي خود جذب مي كند . ممكن است به نظر شما يكي از اين نظريات از نظريه ديگر جالبتر باشد ؛ اما به نظر من طبيعت بهترين داور است و مي تواند بگويد كدام نظريه صحيح و كدام غلط است.

What is a black hole?

A black hole is a region of spacetime from which nothing can escape, even light.

To see why this happens, imagine throwing a tennis ball into the air. The harder you throw the tennis ball, the faster it is travelling when it leaves your hand and the higher the ball will go before turning back. If you throw it hard enough it will never return, the gravitational attraction will not be able to pull it back down. The velocity the ball must have to escape is known as the escape velocity and for the earth is about 7 miles a second.

As a body is crushed into a smaller and smaller volume, the gravitational attraction increases, and hence the escape velocity gets bigger. Things have to be thrown harder and harder to escape. Eventually a point is reached when even light, which travels at 186 thousand miles a second, is not travelling fast enough to escape. At this point, nothing can get out as nothing can travel faster than light. This is a black hole.

Do they really exist?

It is impossible to see a black hole directly because no light can escape from them; they are black. But there are good reasons to think they exist.

When a large star has burnt all its fuel it explodes into a supernova. The stuff that is left collapses down to an extremely dense object known as a neutron star. We know that these objects exist because several have been found using radio telescopes.

If the neutron star is too large, the gravitational forces overwhelm the pressure gradients and collapse cannot be halted. The neutron star continues to shrink until it finally becomes a black hole. This mass limit is only a couple of solar masses, that is about twice the mass of our sun, and so we should expect at least a few neutron stars to have this mass. (Our sun is not particularly large; in fact it is quite small.)

A supernova occurs in our galaxy once every 300 years, and in neighbouring galaxies about 500 neutron stars have been identified. Therefore we are quite confident that there should also be some black holes.

عبور نور از ميان جهان در حال انبساط ، انبساط را توجيه مي کند. طول موج هاي نور ، از کهکشانهاي دور دست با سرچشمه گرفتن از منابعشان ، با اندازه تمام جهان به طور متناسب کشيده ميشود. نور آبي کم رنگ ، پس از مدتي معادل بيست درصد توسعه جهان ، زرد مي شود. مدتي بعد ، به اندازه بيست درصد ديگر توسعه ، قرمز مي شود و پس از مدت بسيار طولاني ، هزار مرتبه بيشتر منبسط مي شود و تبديل به ريز موج (Micro Wave) مي گردد و پس از يک دوره يکصد ساله ، توسط عامل ديگري به موج راديويي تبديل مي گردد. اثر انبساط برروي اصل نور ، شبيه به سرد کردن تدريجي اشياء با گذشت زمان مي باشد. جهان خيلي داغ ، شروع شده است و پر از انرژي با طول موج هاي کوتاه راديويي بوده که هم اينک سرد شده اند و به پرتو هاي ريز موج با سطح انرژي پايين تري تبديل گرديده اند. انرژي که کهکشان ها نيز برروي نور بر جاي مي گذارند ، حائز اهميت است: نور از کهکشان هاي بسيار دور که در گذشته از آن جدا شده ، بيشترين کشيدگي (انتقال به سرخ) را تحمل مي کند که نشان دهنده  جهان در گذشته است که کوچکتر بوده و تمام کهکشان هابه يکديگر نزديکتر بوده اند. طول موج هاي نور انتشار يافته ، در يک جهان انبساط يافته ، متناسب با اندازه آن افزايش مي يابند. اندازه جهان را وقتي که نور از جسم جدا ميشود ، مي توان از طريق شناسايي  ميزان کشيدگي تعيين کنيم. طول موج هاي خاصي از نور که به عنوان نور خالص شکل مي گيرد ، متعلق به طول موج اتم هاي ستارگان و گازهاي کهکشاني هستند که از آنان جدا گرديده اند ، يک رنگ خالص سرخ و آشنا مثل رنگ ليزر در CD هاي رايانه اي يا تابلوهاي سوپر مارکتها مي باشند. واقعا ً اين رنگ هميشه به همان صورت است زيرا پرتو ليزر از همان ماده توليد ميشود ؛ لذا اگر رنگ ديگري را ببينيد متوجه مي شويد که انتقال به سرخي روي داده است. سابقا ً يک رنگ را در يک کهکشان دوردست شناسايي و طول موج آن نور را با طول موج هاي شناخته شده اي مقايسه مي کردند و از اين سنجش ، به ميزان انبساط جهان در مدتي که نور در حال سير بوده پي مي بردند. بنابراين دورترين اجسام ، بيشترين سرخ گرايي را داشتند و نورشان بيشترين کشيدگي را داراست.

بنابراين اجرامي که خيلي ساده در سرخ گرايي بالا مورد مطالعه قرار مي گيرند ، نوراني ترين اجرامي هستند که سرچشمه هاي انرژي زايي موسوم به اختروش (Quasar) مي باشند و در مراکز کهکشان ها مستقر شده اند. يعني در بيشترين فاصله اي که تاکنون مشاهده گرديده است. طول موج نوري که امروزه شاهد آن هستيم ، به اندازه اي تقريبا ً شش برابر با مقدار اوليه اش افزايش پيدا کرده است. اين نور زماني اختروش را ترک کرده که جهان به اندازه يک ششم امروز وسعت داشته است. نور در زمانهاي پيشتر ، بيش از اين کشيدگي پيدا کرده است. خود نورِ حاصل از انفجار بزرگ خيلي زودتر سرچشمه گرفته است. حتي پيش از واپاشي ضعيف ؛ هنگاميکه جهان کمتر از يک بيليونيم امروز وسعت داشته و بيشتر از ده بيليون برابر داغتر بوده است.

                               منبع : انفجار بزرگ ؛ نگاهي به چگونگي شکل گيري کيهان  ــ تاليف «کريگ هوگان»

طبق فرضيه تازه اي مهم ترين معماهاي فيزيک در دهه گذشته ، يعني جرم نوترينوها و آهنگ فزاينده انبساط جهان به ذرات بنيادي به نام اکسلرون مربوط مي شود. شايد بتوان دو دستاورد بزرگ فيزيک در دهه گذشته را مربوط به کيهان شناختي دانست ، يکي اينکه نوترينو ها (ذرات زير اتمي بسيار کوچک) جرم ناچيزي دارند که البته هنوز اندازه گيري نشده است و ديگري اينکه سرعت انبساط عالم در حال حاضر در حال افزايش است. سه فيزيکدان در دانشگاه واشنگتن معتقدند که اين دو کشف هر دو بگونه اي به ناشناخته ترين پديده ي کنوني در عالم ، يعني انرژي تاريک مرتبط است ـ ما هنوز به درستي آنرا نمي شناسيم ، تنها مي دانيم عاملي است که بر ضد گرانش ، سبب سرعت بخشيدن به انبساط عالم مي شود ـ آنها معتقدند همه چيز زير سر ذره زير اتمي ديگري است که تاکنون مورد توجه قرار نگرفته است و آنرا «اکسلرون» به معناي شتابگر ناميده اند.

 انرژي تاريک در عالم اوليه چندان قابل توجه نبوده است اما در حال حاضر 70 درصد عالم را اشغال کرده است. شناخت انرژي تاريک به ما کمک مي کند تا بدانيم چرا در زمان دوري در آينده ؛ عالم آن چنان وسعت پيدا مي کند که ديگر هيچ کهکشاني در آسمان شب ديده نمي شود و آيا اين انبساط تا ابد و بينهايت ادامه خواهد داشت؟

در نظريه جديد مطرح شدن نوترينوها تحت تاثير نيروي جديدي که از برهم کنش آنها با اکسلرون ها ناشي مي شود قرار مي گيرد اين نيرو سبب مي شود که نوتيرنو ها از هم فاصله بگيرند. درست مثل اينکه يک تکه کش را از دو طرف بکشيم ، هر چقدر بيشتر کشيده شود ، انرژي بيشتري را در خود ذخيره مي کند. در هر ثانيه تريليونها نوترينو در کوره هستهاي ستارگان از جمله خورشيد ما ساخته ميشود. آنها در همه جاي عالم جريان پيدا مي کنند و ميليارد ها نوترينو از هر نوع ماده اي ، حتي بدن شما بدون هيچ برهمکنشي عبور مي کنند. نوترينو ها بار الکتريکي ندارند و جرم آنها هم آنقدر ناچيز است که هنوز اندازه گيري نشده است. «آن نيلسون»  يکي از ارائه دهندگان نظريه جديد معتقد است برهمکنش ميان اکسلرونها و ذرات ديگر از اين هم ضعيفتر است ، براي همين اين ذرات تاکنون آشکار نشده اند. البته نيرويي که اين ذرات بر نوترينو ها وارد مي کنند ، آنها را تحت تاثير قرار مي دهد و به اين ترتيب بايد بتوان وجود چنين نيرويي را در آشکارسازهاي نوترينوي فعلي که در نقاط مختلف کره زمين وجود دارد نشان داد.

مدلهاي مختلفي براي انرژي تاريک ارائه شده ، اما آزمودن آنها محدود به اندازه گيريهاي دقيق در تغيير سرعت انبساط عالم است. اين امر تنها با رصد اجرام بسيار دور دست امکان پذير است ، اما اندازه گيريهاي دقيق در چنين فاصله هايي بسيار مشکل است. به گفته نيلسون اين تنها روشي است که ما مي توانيم با بکارگيري آشکارسازهاي فعلي در کره زمين به نيرويي که سبب افزايش انرژي تاريک در عالم مي شود پي ببريم.

محققان معتقدند جرم نوترينو در عبور از محيطهاي مختلف ، تغيير مي کند ؛ همانطور که عبور نور از هوا ، آب يا يک منشور متفاوت است. در نتيجه آشکارسازهاي مختلف بسته به اينکه در چه مکاني نصب شده اند ، نتايج متفاوتي به دست خواهند آورد. اما اگر بپذيريم که نوترينو ها نيز بخشي از انرژي تاريک هستند ، وجود نيروي جديدي مي تواند اين افت و خيزها را توضيح دهد. به عقيده نيلسون اين برهمکنش ميان نوترينو ها و اکسلرونها مي تواند تا ابد انرژي لازم براي انبساط عالم را تامين کند.

تا پيش  از اين اخترشناسان به دنبال اطلاعاتي بودند که سرانجام تعيين کنند آيا عالم ما تا ابد منبسط خواهد شد ، يا زماني دوباره در يک «رمبش بزرگ» منقبض شده و روي خودش بسته ميشود. اما حالا بايد به دنبال اين باشيم که آيا سرعت انبساط عالم همچنان افزايش خواهد يافت يا در جايي ثابت خواهد ماند. بر اساس نظريه جديد ، هنگاميکه فاصله نوترينو ها بسيار زياد شود ، جرم آنها نيز آنقدر افزايش پيدا مي کند که ديگر انرژي تاريک بر آنها هيچ اثري نخواهد داشت ، در نتيجه شتاب انبساط عالم کم کم از بين مي رود  ؛ و از اين پس عالم همچنان به انبساط خود ادامه خواهد داد ، اما با سرعتي که دائما ً در حال کاهش است.

                                                بـرگرفتـه از کتاب : فيزيـک از آغـاز تا امـروز

از نخستین دقایق انفجار بزرگ تا عالم امروزمان فقط در چند سال گذشته گام به گام تحولات کیهانی آشکار شده است. حالا هم گروهی از اخترشناسان کشف جدید خود را اعلام کرده اند که تکه ای دیگر از این پازل را سر جایش قرار می دهند : روش های جهت گیری کهکشانهای مارپیچی ، همچون راه شیری در فضا.

بر اساس نظریه فعلی ، شکل گیری ساختار کیهانی ـ یعنی نظریه «ثابت کیهان شناختی به اضافه ماده سرد تاریک» (یا نظریهCDM  λ) ـ با ادغام توده های کوچک مواد که از انفجار بزرگ به جا مانده اند کهکشانها رشد می یابند. این توده های اولیه حاصل آشفتگی های زیرمیکروسکوپی ِ اتفاقی ِ ذرات و انرژی در عالم اولیه اند که در نخستین 10^22 ثانیه به دلیل تورم گسترده شدند. نظریه   CDMλ همچنین چگونگی قرارگیری کهکشانها را در خوشه های بزرگ ، رشته ها ، و «دیوارهای بزرگ» که سازنده فضاهای خالی گسترده عالم اند ، توضیح می دهد ؛ بافته های کیهانی تار عنکبوت مانندی که امروز در بزرگترین مقیاس ها عالم را پر کرده اند.

افزون بر این ، به پیش بینی این نظریه قرص کهکشان های مارپیچی باید به شیوه ای خاص جهت گیری کنند ، به این صورت که محور چرخش آنها بر صفحه دیوار بزرگ بخوابد یا همراستا با رشته محل اقامت کهکشان باشد. برای درک این پدیده بررسی های متعددی در «صفحه ابرکهکشان» ما ، دیوار بزرگ که شامل راه شیری گروه محلی ، گروه های همسایه دیگر و خوشه کهکشانهای سنبله در 50 میلیون سال نوری آن سو تر می شود ، انجام شده است. نتایج بررسی ها بسیار پر معنی اند اما نادقیق بوده اند.

اکنون سه اخترشناس اروپایی از دانشگاه ناتینگهام انگلستان و موسسه اخترفیزیک جزایر قناری اسپانیا ، موفق شده اند ، نخستین بار ، این اثر را به روشنی کشف کنند. آنها با بررسی دو طرح بزرگ جستجوی 3 بعدی کهکشانها ـ یعنی طرح بررسی انتقال به سرخ کهکشانها در میدان دید 2 درجه ای (2dfGRS) و جستجوی دیجیتال آسمان اسلوآن (SDSS) ـ به این کشف دست یافتند. آنها 201 کهکشان مارپیچی از لبه و از روبه رو را شناسایی کردند که به روشنی در دیوارها یا رشته هایی خوابیده اند. دیوارها یا رشته هایی که جهت گیری سه بعدی مشخصی در اطراف فضاهای خالی گسترده به طول دست کم 50 میلیون سال نوری دارند.

به گفته اخترشناسان ، این یافته ها همچنین با «اثر هولمبرگ» همخوانی دارند. اثری که نخستین بار اخترشناس سوئدی ، اریک هولمبرگ ، در سال 1969 به آن اشاره کرد ؛ کهکشانهای اقماری مایل نیستند در صفحه کهکشان میزبان حرکت کنند و اغلب آنها دارای مدارهایی با تمایل بسیار نسبت به صفحه کهکشان مارپیچی اند.

فرآیند مشابهی بسیار نزدیک به خانه اتفاق می افتد. این فرایند شرح می دهد که چرا راه شیری به این ترتیب جهت گیری کرده که آسمان را از قوس تا ذات الکرسی احاطه کرده و قطب شمال کهکشانی به سوی گیسوان برنیکه نشانه رفته است. در یک اطلس آسمان معتبر کهکشانهای درخشان نواری مشخص در سرتاسر آسمان بهار نیمکره شمالی ، از دب اکبر تا قنطورس ، ایجاد می کنند. این همان صفحه ابرکهکشانی است ، دیوار بزرگ محلی ، آن طور که ما از درون می بینیم. این صفحه دقیقا ً از میان گیسوان برنیکه می گذرد.

افزون بر این ، داخل همین صفحه هم راه شیری درون رشته ای چگالتر از کهکشانها قرار دارد که از ما تا خوشه سنبله و فراتر از آن کشیده شده است. خوشه سنبله در مرز صورتهای فلکی سنبله و گیسوان برنیکه بسیار نزدیک به جایی قرار دارد که محور کهکشانمان به سویش اشاره می کند.

پاردوکس ا ُلبرس (1)

چرا شب هنگام آسمان تاريک است؟

چرا شب هنگام آسمان تاريک است؟!!  اين پرسشي ايست که اخترشناسان را چندين قرن بخود مشغول داشته است.

در سال 55  قبل از ميلاد ، لاکرسيوس (2) در شعرش «طبيعت جهان» انديشه ي جديد جهان نامحدود را مطرح کرد. در سال 1576 توماس گيگز (3) مطرح کرد که هرچند جهان نامحدود است ، ستاره هاي دور براي ديده شدن بسيار کم نورند. با توجه به اينکه ستاره ها همه جا هستند کم نورترين آنها روزنه تاريکي در آسمان شب ايجاد مي کنند. در سال 1610 کپلردر پاسخ به کتاب «پيامبر پر ستاره» (4) نوشته گاليله نوشت که اگر جهان نامحدود بود ما بايد در تمام جهات ستاره مي ديديم و آسمان شب هرگز تاريک نمي بود. بنابراين او نتيجه گرفت که چون آسمان شب تاريک ديده ميشود جهان محدود است. ادموند هالي (5) آسمان تاريک شب را از نظرگاه رياضي مورد بحث قرار داد. هالي يک جهان نامحدود را در نظر گرفت اما نشان داد بسياري از ستارگان دوردست آنقدر کم نورندکه حتي با بزرگترين تلسکوپها هم قابل ثبت نيستند ، بنابراين ، ناحيه تاريک بين ستارگان همان گونه که ديده شده بايد وجود داشته باشد! اين استدلال نمي تواند درست باشد زيرا اگر تعداد ستارگان بينهايت باشد ، مجموع نور ستارگان ضعيف بايد آسماني درخشان و روشن را نتيجه دهد. مانند اين واقعيت که ما نمي توانيم سقوط يک  الکترون به لايه هاي پايين تر را در يک اتم منفرد مشاهده کنيم اما در تعدادبسيار زيادي از اتم ها نور بسادگي قابل رويت است.

در سال 1744 اخترشناس سويسي ، جين فيليپ (6) ، مسئله آسمان تاريک را مورد مطالعه قرار داد. وي اظهار داشت که ناحيه کل آسمان 180000 بار بزرگتر از خورشيد مشاهده شده است. او استنتاج کرد که اگر نور ستاره اي از تمام ستارگان به زمين برسد آسمان شب بايد 180000 بار روشنتر از خورشيد باشد!! او معتقد بود تاريکي آسمان شب بواسطه مواد جاذبي است که ميان ما وستارگان دور قرار دارد.

روشن است که لرد کلوين (7) نيز در اين مسئله دچار اشتباه شده است. اما منبع مناسبي براي کارش يافت نشده است. نهايتا ً در سال 1826 اخترشناس ويني ، هنريک البرس (8) بار ديگر اين سوال بسيار اساسي اما دشوار را مطرح کرد که چرا آسمان شب تاريک است ؟ اين پرسش اينک نام او را دنبال مي کشد.

در ابتدا به عنوان يک سوال ساده پاسخ بديهي مضحک و خنده دار به نظر ميرسد ، «زيرا ما در شب پشت به خورشيد داريم». به هر حال سوال عميق است و پاسخ فراتر از بديهيات است.

جواب اولي که در بالا بيان شد به شرط آن که کسي بتواند اثبات نمايد که شدت نور ستارگان شب آنقدر کم است که سبب تاريکي آسمان ميشود ؛ ميتواند درست باشد. البرس با تعجب دريافت که اين جواب صدق نمي کند. دلايل او بدين شرح است :

1-    جهان در فضا تا بينهايت گسترده شده است.

2-    سن جهان بينهايت است.

3-    جهان شامل ستارگاني است که بطور مساوي پراکنده شده اند و همگي تقريبا ً درخشندگي يکساني دارند.

4-    هيچ ماده تيره کننده اي ميان ما و ستارگان وجود ندارد.

براي يافتن درخشندگي آسمان شب  ، ابتدا بايد ميزان نور دريافتي از تمام اجسام درخشان را محاسبه کرد. اجازه دهيد در اينجا n به عنوان اشياي مورد نظر در واحد حجم باشد (n چگالي است) و بگذاريد هر يک از آنها انرژي نوراني E را از خود ساطع کند. ما فضا را به تعدادي پوسته نازک کروي هم مرکز تقسيم مي کنيم که ضخامت هر يک t و مرکز همه آنها زمين است. از آنجا که مساحت کره اي به شعاع r برابر است با  4лr^2 حجم چنين پوسته اي برابر  4лtr^2 است.

اگر چگالي اشياي نوراني درون هر پوسته n باشد بنابراين تعداد کل اين اشيا درون پوسته بايد 4лtnr^2 N=

 باشد.

حال اجازه دهيد بپرسيم دقيقا ً چه مقدار انرژي از چنين پوسته اي به زمين ارسال ميشود. از آنجا که ضخامت پوسته ها کم است منطقي است که همه پوسته ها را در فاصله r از زمين فرض کنيم. شدت I حاصل تقسيم انرژي E که از منبع در فاصله r انتشار مي يابد بر مساحت مفروض است (از قانون عکس مجذوري تبعيت مي کند) شدت کل دريافتي بر روي زمين از ستارگان I= E/4лr^2   واقع در پوسته اي به فاصله r واحد دورتر برابر است با حاصلضرب شدت هر منبع نوري در تعداد کل اين منابع T= IN با جانشيني مقدار N که قبلا ً در بالا محاسبه شد خواهيم داشت ؛T= tnE  مي بينيم که انرژي دريافتي از هر پوسته دلخواه به فاصله آن از ما بستگي ندارد (r در رابطه مشاهده نميشود). کل انرژي دريافتي از همه پوسته ها برابر مجموع سهم تک تک پوسته هاست. اگر M پوسته وجود داشته باشد انرژي کل برابر است با : S= MtnE   .

اما بينهايت پوسته وجود دارد و بنابراين شدت کل بر روي زمين بايد بينهايت شود. پس آسمان شب بايد بطور خيره کننده اي روشن باشد!!

اين نتيجه دانشمندان را بيش از يک قرن سردرگم  کرده بود. واضح است که فرض يا فرض هاي غلطي بکار گرفته شده که اين نتيجه حاصل شده است. بنظر ميرسد که نبايد بطور ساده روي سهم همه پوسته هاي هم مرکز جمع بست چرا که ستارگان دقيقا ً نقطه اي نيستند و مسلما ً آنهايي که نزديکترند ستارگان دورتر را از نظر پنهان مي کنند. اگر اين درست باشد ، آسمان شب فقط بايد به اندازه ميانگين روشنايي سطحي يک ستاره نوعي روشن باشد. اين لازم است اما کافي نيست و حال آسمان از روشنايي بينهايت به روشنايي يک ستاره نمونه ، بعنوان مثال خورشيد ، تقليل مي يابد.

ترديدي نيست که در عالم ، مواد تاريک وجود دارد و در وهله اول مي توان استدلال کرد که اين مواد از روشنايي محاسبه شده آسمان مي کاهد. اين ايده تامل آور است چرا که مواد تيره کننده ، هر جا که قرار دارند ، مي توانند توسط انرژي اي که از منابع دوردست جذب مي کنند داغ شوند و در آن ِ واحد خودشان انرژي تابش کنند. اگر عالم از نظر وسعت بينهايت نباشد ؛ پس پوسته ها نيز نمي توانند بينهايت باشند و از روشنايي آسمان کاسته ميشود. اگر چه هنوز هيچ مدرکي دال براينکه جهان کراندار و محدود است وجود ندارد. در غياب چنين مشاهداتي ما نمي توانيم مطمئن باشيم که فرض اول البرس نادرست است. فرض کنيد که عالم سن نامحدود ندارد. فرض کنيد که از X سال پيش آمده باشد. بنابراين سن عالم کران دارد. انرژي اي که ما دريافت مي کنيم نمي تواند از فاصله اي دورتر از اين انبساط آمده باشد. قبل از عقيده جهان منبسط شونده ، اين حد بنياد نهاده شده بود که برابر cX است که cدر اينجا سرعت حرکت نور است. در هر رويداد اين مسئله مقدار کل انرژي را محدود مي کند اما محاسبات نشان ميدهد که اين هم هنوز نمي تواند يک آسمان شب روشن را ايجاد کند. حل پارادوکس البرس از آنجا ناشي ميشود که جهان در حال انبساط است ، فاصله مجموعه هاي کهکشاني از ما در حال افزايش است. اين ادعا در کاهش نور اين منابع دور که توسط قانون عکس مجذوري محاسبه ميشوند تاثير مي گذارد. بعلاوه نور ستارگان دورشونده قرمزگرايي دارد و انرژي نور قرمز از انرژي نور آبي در يک شدت يکسان کمتر است ؛ بنابراين بخاطر اين قرمزگرايي نه تنها نور قابل رويت کمتري به ما ميرسد بلکه انرژي کل نيز کمتر خواهد بود. دو اثر آخر سهم نوري کهکشان هاي دور را به حد ناچيزي تقليل ميدهند و تنها ستارگان نزديک را که ما آنها را بصورت نقاط روشني در آسمان تاريک مي بينيم باقي مي گذارد.

پاسخ سوال اصلي ما : چرا آسمان شب تاريک است؟ آسمان شب تاريک است زيرا جهان در حال انبساط است. بايد بپذيريم که اين يک پاسخ تکان دهنده براي چيزي است که در ابتدا سوالي ساده و کهنه و بديهي بنظر مي رسيد.

در محدوده اي وسيع تر ، آسمان در تمام طول موج ها واقعا ً تاريک نيست. تابش زمينه کيهاني ، نشان دهنده گستره ي نوري در ناحيه ريزموج (9) ، براستي بصورت همگن و سيل آسا همه جهان را فراگرفته است. بهرحال ما در دماي 2.8 درجه کلوين هستيم ، طبق قانون وين اين دما انرژي کمتري را بالغ مي شود و بنابراين ما نمي سوزيم و برشته نمي شويم. و آسمان شب همچنان تاريک است!!

1- Olbers Paradox

2- Lucretius

3- Thomas Gigges

4- Starry Massenger

5- Edmund Halley

6- Jean Philippe Loys de Cheseaux

7- Lord Kelvin

8- Heinrich Olbers

9- Microwave

* ماده تاریک چیست ؟

تمامی ستاره ها و کهکشانهای جهان ، مجموعا ً تنها 5/0% جرم کل جهان را تشکیل می دهند. حتی اگر جرم توده ابرهای نامریی را که به شکل اتمی در بخشهای دور دست جهان شناورند به این عدد اضافه کنیم ، به چیزی در حدود 4 % کل جرم جهان می رسیم. مابقی جرم جهان از ماده ای ناپیدا که اصطلاحا ً « ماده تاریک » نامیده می شود و همینطور نوعی انرژی اسرار آمیز به نام « انرژی تاریک » تشکیل شده است. اگر چه ماده تاریک از دید مستقیم اخترشناسان پوشیده است اما تاثیرات  و نشانه های آن قابل آشکار سازی است. اینک اخترشناسان به کمک تاثیرات گرانشی این ماده ناپیدا بر روی نور ستارگان دوردست (خم کردن پرتوهای نور) تخمین می زنند که ماده تاریک ، چیزی در حدود 23 % جرم کل جهان را تشکیل می دهند. این ماده به شکل رشته هایی کیهانی بر روی سطوح حبابهایی با ابعادی در حدود صدها میلیون سال نوری منجمد شده است. شکل توزیع ماده تاریک در جهان ، نشان دهنده سرد بودن آن است و به همین علت نیز اغلب « ماده تاریک سرد » نامیده می شود. ماده تاریک به شکل هاله ای کهکشان ما و سایر کهکشانها را در برگرفته است و همین امر نشان می دهد که ذرات تشکیل دهنده آن یا اصلا ً بر هم کنشی با ذرات ماده معمولی ندارند و یا برهم کنش بسیار بسیار ضعیفی  دارند (در غیر این صورت باید در صفحه کهکشان جمع می شدند و نه در اطراف آن). برای اغلب ذرات این ماده عجیب و غریب ، زمانی بیش از عمر کل جهان طول می کشد تا با یکی از ذرات ماده معمولی برخورد کنند.

فیزیکدانان برای آشکار سازی این ذرات پنهان از نظر ، دو راهکار عمده را در پیش گرفته اند. در سناریوی اول ؛ فرض بر آن است که ذرات و پادذرات ماده تاریک در مرکز خورشید و یا مرکز کهکشان با همدیگر (و نه با ذرات ماده معمولی) برخورد می کنند. چنین برخورد منجر به ایجاد ذرات جالب دیگری به نام نوترینو خواهد شد. بنابراین آشکارسازی نوترینوهای یش بینی شده ، دلیلی مبنی بر وجود ذرات ماده تاریک خواهد بود (نوترینوها توسط منابع دیگری نیز در جهان تولید می شوند که باید توسط روش های تجربی ، آنها را از یکدیگر تفکیک نمود.) ؛ بئین منظور ، فیزیکدانان دستگاه های بسیار بزرگ آشکار سازی نوترینوها را در اعماق آبهای دریای مدیترانه و آدریاتیک و همینطور در زیر یخهای ضخیم قطب جنوب ، نصب کرده اند. این آشکار سازها قادر خواهند بود نور ضعیف حاصل از بر هم کنش نوترینو ها با مولکول های آب را ثبت نمایند.

سناریوی دوم ؛ مبتنی بر آشکارسازی مستقیم ذرات ماده تاریک توسط بلور ژرمانیم است. نمونه پیشرفته ای از این آزمایش در 740 متری زیر زمین در یک معدن آهن در مینه سوتای آمریکا در حال انجام است. هیچ کدام از این آزمایشات تاکنون موفق به آشکارسازی مستقیم ماده تاریک نشده اند.

*  آیا تمامی ماده شناخته شده جهان ، در کهکشانها جمع شده اند ؟

تنها 10 % از ماده معمولی جهان (که اصطلاحا ً ماد باریونی نامیده می شود) در ستاره ها جمع شده اند. اینک اخترشناسان با استفاده از نور اختروش ها (که در فاصله هایی بسیار دور از زمین واقعند و از سیاهچاله ها نیرو می گیرند) درصدد یافتن ماده باریونی ِ بیشتری در جهان هستند. چنانچه نور اختروش ها در مسیر طولانی خود تا رسیدن به زمین از میان ماده باریونی گازی شکل عبور کند ، اتم های گاز ، تاثیر خود را به شکل خطوط جذبی بر روی طیف نوری اختروش ، نقش می زنند. اما اختر فیزیکدانان تا کنون از این طریق ، ماده باریونی اندکی را نسبت به آنچه تصور می کردند ، یافته اند. پس تمام باریون ها کجا رفته اند ؟

اغلب اختر فیزیکدانان بر این باورند که آنها جایی نرفته اند بلکه هنوز هم در اعماق فضا شناورند. اما در طی میلیاردها سالی که از تشکیل این ابرهای باریونی می گذرد ، برخورد اتم های تشکیل دهنده آنها با همدیگر دمای گاز را تا حدود یک میلیون درجه سانتی گراد افزایش داده است. از آنجاییکه گاز در چنین دمایی نور چندانی را نه جذب می کند و نه تابش می نماید ، آشکارسازی آن به این روش برای اخترشناسان ، بسیار دشوار خواهد بود.

دیوید واینبرگ و همکارانش با بکارگیری تلسکوپ فضایی تابش X چاندار سعی در یافتن شواهدی مبنی بر وجود گاز باریونی در هاله ماده تاریک (که کهکشانها را در بر گرفته است) نموده است. او اینک تا 90 % از یافتن نشانه های گاز باریونی ، در طیف جذبی تابش X مطمئن است اما حصول اطمینان بیشتر ، نیازمند زمان رصدی طولانی تری خواهد بود.

*  انرژی تاریک چیست ؟

انرژی تاریک ،  پدیده اسرار آمیز و ناشناخته ای است که انبساط جهان را شتاب می بخشد. برای آنکه این انرژی ، شتاب فعلی انبساط جهان را تامین کند باید در حدود 73 % کل چگالی جهان را تشکیل دهد. اساسی ترین مسئله در این مورد آن است که هیچ کس از ماهیت انرژی که چنین نقش شگفت انگیزی ایفا کند اطلاعی ندارد. مایکل ترنر از دانشگاه شیکاگو می گوید : « تنها کاری که تا کنون توانسته ایم در ارتباط با این پدیده انجام دهیم ، صرفا ً نام گذاری آن بوده است. این انرژی ممکن است از هیچ (خلا) حاصل شده و یا تاثیری از سایر ابعاد مکانی پنهان در هستی باشد.» هر چند انرژی تاریک ، نقش یک نیروی دافعه کیهانی نظیر ضد گرانش را ایفا می کند اما نمی توان آنرا صرفا ً یک نیرو به حساب آورد چرا که این نیروی دافعه ، تابع ویژگی های ذرات مادی نبوده و مستقیما ً بر روی فضا عمل می کند !

*  چگالی جهان چقدر است ؟

ماده موجود در جهان در برابر انبساط آن مقاومت می کند. بنابراین اگر چنانچه ماده تاریک وجود نداشت ، انبساط جهان به تدریج متوقف شده و به انقباض تبدیل می شد و نهایتا ً جهان در هم فرو می پاشید. اما انرژی تاریک با نیروی دافعه خود از این کار جلوگیری می کند. انرژی تاریک ، مسبب شتاب گرفتن انبساط جهان است. بنابراین اگر چگالی انرژی تاریک ثابت بوده و یا حداقل مقدار مثبتی باقی بماند ، در این صورت ، انبساط جهان با سرعتی فزآینده ادامه خواهد یافت. اما این احتمال نیز وجود دارد که چگالی انرژی تاریک ، ثابت نبوده و متغیر باشد و حتی ممکن است مقداری منفی پیدا کند که در آن صورت ، جهان را به سوی فروپاشی خواهد برد. مارتین ریس ، اخترفیزیکدان دانشگاه کمبریج می گوید : «اگر  چنانچه چگالی انرژی تاریک حتی به میزان اندکی منفی باشد می تواند منجر به فروپاشی تمامی جهان گردد.»

اکنون ماهیت انرژی تاریک بر ما پوشیده است . بنابر این از سرنوشت جهان هم بی خبریم چرا که سرنوشت جهان ، وابسته به انرژی تاریک است ......

اکتشافات غير منتظره قرن گذشته ؛ اسرار بسياري را در مورد مبدا کيهان آشکار کرده است ، اما هنوز  هم رازهاي بزرگي ناگشوده مانده که گشودن آنها براي اخترشناسان ، سالها طول خواهد کشيد.

شايد گاهي فراموش کنيم که تنها همين يک قرن پيش بود که اخترشناسان ، کهکشان راه شيري را تمامي جهان مي پنداشتند. اما اينک در آغاز قرن بيست و يکم ، تصوير ما از جهان بسيار پيچيده تر شده است.

نظريه نسيت عام اينشتين که چگونگي انحناي فضا ـ زمان را تبيين مي کند ، توضيح مي دهد که همانگونه که يک توپ سنگين باعث فرو رفتگي سطح تشک مي شود ، هر جرمي نيز سبب فرو رفتگي اندکي در تار و پود فضا ـ زمان مي گردد. اما اينشتين بر اين باور بود که کل جهان در وضعيتي ايستا است. بدين منظور ، او ساختاري رياضي را به نام ثابت کيهان شناختي به معادلات خود افزود تا با ايجاد يک نيروي دافعه کيهاني ، از فروپاشي جهان به واسطه نيروي گرانشي خود ، جلوگيري کند.

در آن زمان ، يک رياضيدان نا شناس روسي به نام الکساندر فريدمن به اين نکته پي برد که ايده اينشتين در مورد گرانش مي تواند منجر به ديدگاه کاملا ً جديدي نسبت به جهان شود که در آن جهان بجاي ايستا بودن ، در حال انبساط است. اين فرضيه ، يعني جهان در حال انبساط ، توسط يک کيهان شناس و راهب کاتوليک بلژيکي به نام جورج لومتر مورد تاييد واقع شد. او در سال 1927 ، وجود پديده جابجايي دوپلري مشاهده شده در نور کهکشانها را که حاکي از دور شدن آنها از زمين بود ، بعنوان نشانه اي از انبساط جهان معرفي کرد. بر طبق نظريه لومتر ، انبساط جهان از ابعاد کوچک آغاز شده تا به ابعاد بسيار عظيم کنوني رسيده است.

در دهه 1920 بود که ادوين هابل ، اختر شناس مشهور آمريکايي از روشنايي ستارگان متغير براي ايجاد مقياسي جهت اندازه گيري فاصله کهکشانها از زمين استفاده نمود. هابل در تحقيقات خود در يافت  که هر چه فاصله کهکشاني از زمين دورتر باشد ، با سرعت بيشتري از ما دور مي شود. اينک مي دانيم که دور شدن کهکشانها از زمين نه به واسطه حرکت خود کهکشانها ، بلکه بر اثر انبساط کل جهان صورت مي گيرد.

در سال 1948 ، دو فيزيکدان به نامهاي رالف الفر و جورج گاموف بر مبناي مشاهدات هابل و ايده لومتر ، نظريه مشهور « مهبانگ » را ارائه کردند. بنابر نظريه آنها ، انفجار کيهاني تولد جهان در لحظات آغازين خود و در دمايي بسيار بالا ، منجر به ايجاد ذرات ماده شده است. اين ايده عجيب و غريب ، يک پيش بيني قابل آزمودن نيز به همراه داشت اما اين پيش بيني ، به مدت چندين سال ناديده گرفته شد. بنابر پيش بيني مزبور ، يادگار به جا مانده از مهبانگ ، به شکل تابش ميکروموج از زمين قابل آشکار سازي است.

بالاخره در سالهاي 1964 و 1965 ، دو دانشمند از آزمايشگاه هاي بل ، به نامهاي آرنو پنزياس و رابرت ويلسون هنگام استفاده از  راديوتلسکوپي که به منظور برقراري  ارتباط با اولين ماهواره مخابراتي جهان طراحي شده بود ، متوجه وجود امواج ميکروموجي شدند که گويي در تمامي جهان پراکنده شده اند. شدت اين امواج ، مستقل از جهتي بود که راديو تلسکوپ به سوي آن نشانه مي رفت. آنها در ابتدا تصور کردند اين مسئله مربوط به وجود مشکل در گيرنده راديوتلسکوپ است و بنابر اين آنرا از ابتدا تنظيم کرده و اجزا مختلف آنرا تميز کردند اما با اين حال ، سيگنال مربوطه هنوز هم دريافت مي شد. اين دو دانشمند ، راديوتلسکوپ را هم به سوي خورشيد  و هم به سوي صفحه کهکشان راه شيري نشانه گرفتند اما در هر حال در شدت امواج دريافتي ، هيچ تغييري ايجاد نمي شد و اين حاکي از آن بود که اين تابش نه از خورشيد گسيل مي شود و نه از منبعي در داخل کهکشان.

پنزياس و ويلسون خيلي زود متوجه شدند که اين امواج ، همان تابش ميکروموجي است که وجود آن جند سال پيش توسط آلفر و گاموف پيش بيني شده بود. بنابراين ، ديگر نظريه  مهبانگ ، نظريه اي غير قابل باور نبود چرا که نشانه هاي فيزيکي آن پيدا شده بود. اما اين نظريه نيز مانند تمامي نظريات بزرگ قرون گذشته و احتمالا ً همانند تمامي نظريات بزرگي که بعد  از اين مطرح خواهند شد ، بيش از آنکه سئوالات ما را در مورد جهان پاسخ گويد ، سئوالات جديدي در پيش روي ما قرار داد!

حدود 7 سال پيش يعني در سال 1998 ، دو تيم مستقل از اخترشناسان ، يکي از رصدخانه هاي سايدينگ اسپرينگ در استراليا به رهبري برايان اشميت و ديگري از آزمايشگاه ملي لاورنس برکلي در کاليفرنيا به رهبري سائول پرلماتر مشغول ثبت ميزان درخشندگي ابرنواخترهاي دور دست بودند تا به کمک آن ، نرخ کند شدن انبساط جهان را اندازه گيري کنند. اما هر دو تيم به نتايجي شگفت انگيز رسيدند. داستان اين بود که سرعت دور شدن کهکشانهاي دور دست با گذشت زمان ، بجاي کاهش ، افزايش يافته است. بعبارتي ، نرخ انبساط جهان نه تنها در حال کاهش نيست ، بلکه رو به افزايش است !

اين کشف همانند ساير اکتشافات بزرگ گذشته ، سوالاتي را مطرح کرد. اينک مي خواهيم ببينيم مهمترين اسرار ناگشوده کيهان که پيش روي انسان امروز قرار دارند ، کدامند رازهايي که حاصل يک قرن چالش  فکري بشر بوده و هنوز راهي طولاني براي گشودن آنها در پيش است ...

  * جهان ؛ چند بعدي است ؟

شايد تصور کنيد که بيرون آوردن يک خرگوش از داخل يک کلاه خالي ؛ فقط کار شعبده بازان است ، اما شايد چنين نباشد. به عنوان مثال ، تصور ما بر اين است که در جهاني سه بعدي زندگي مي کنيم ولي شايد اين پنداري نادرست باشد.فيزيکدانان تا کنون رفتار جهان را با کمک چهار بعد تبيين مي کردند : سه بعد مکاني و يک بعد زماني. اين مدل ، آنها را در نبيين بسياري از پديده هاي جهان از انحناي نور درنزديکي خورشيد گرفته تا چگونگي پيدايش سياهچاله ها ، ياري مي بخشيد. اما اينک فيزيکدانان بر اين باورند که ابعاد مکاني جهان بيش از سه بعد است.

اين ايده براي اولين بار از شدت نسبي نيروهاي بنيادين جهان سرچشمه گرفت. مسئله اين بود که هيچ کس نمي دانست که چرا نيروي گرانش تا اين حد از سه نيروي ديگر طبيعت يعني نيروهاي الکترومغناطيسي ، قوي و هسته اي ضعيف ؛ ضعيف تر است. اما اخيرا ً دو فيزيکدان به نام هاي ليزا  راندل از موسسه فناوري ماساچوست و رامان ساندروم از دانشگاه جانز هاپکينز در مريلند آمريکا توضيحي را براي اين مسئله ارائه کرده اند. بر اساس اين توضيح ، ما در يک جهان چهار بعدي زندگي مي کنيم اما ذرات گراويتون که حامل نيروي گرانشي هستند در جهان چهار بعدي ديگري متفاوت از جهان ما بسر مي برند. اين دو جهان د رفاصله اندکي نسبت به همديگر در بعد پنجم هستي واقع اند و وجود همين فاصله است که سبب آفت شدت نيروي گرانشي مي شود.

متخصصان نظريه ريسمان ها از اين هم فراتر مي روند. آنها تمامي نيروهاي بنيادين فيزيک را در قالب يک مدل يازده بعدي از جهان وحدت مي بخشند. در اين مدل ، ذرات بنيادين در واقع ريسمانهايي بسيار کوچک هستند که نوسان مي کنند. اما حتي خوشبينانه ترين متخصصان نظريه ريسمان هم کشف اين ريسمانها را در آينده اي نزديک ، تقريبا ً غير ممکن مي دانند. بنابر نظريه مزبور ، اين ريسمانها يکصد ميليون ميليارد مرتبه کوچکتر از کوچکترين ذرات زير اتمي ايجاد شده توسط قدرتمندترين شتابدهنده هاي موجود هستند.

اما احتمالا ً آزمايشاتي که در آينده اي نزديک صورت خواهد گرفت ، از نشانه هاي بعد پنجم ، پرده برداري خواهد کرد. بنابر پيش بيني راندال و ساندروم ، با راه اندازي شتابدهنده عظيمي که اينک در سويس در حال ساخت بوده و در سال 2007 راه اندازي خواهد شد ، انرژي لازم براي نفوذ گراويتون به جهان ما فراهم خواهد گرديد.

.

.

.

اگر بتوانیم علت انبساط جهان را توضیح دهیم ، می توانیم واقعیتهای دیگری را نیز درک کنیم. بعنوان مثال ، چرا جهان بزرگتر از آن چیزی است که ما اتم می نامیم ؟ این یک پرسش ابلهانه نیست. چرا که بنظر می رسد قوانین فیزیک ، به جهان اجازه می دهند که هر اندازه ای داشته باشد. این پرسش بسیار حائز اهمیت است. چرا که یک واقعیت واضح است که جهان بسیار بزرگتر از اتم باشد تا خیلی چیزها را در درون خود انجام دهد و زمان زیادی را صرف کند. و میدانیم که اندازه مقیاس کیهانی نامحدود و بیکران نیست. چه چیزی اندازه آنرا تعیین می کند؟

مهمترین نیروی طبیعت که در مقیاس بزرگ ، حرکتها را تحت کنترل خود دارد ، گرانش است. در دنیای امروزی ، گرانش را تنها به صورت یک نیروی جاذبه می بینیم که منظومه شمسی را مثل کهکشانی به هم نگه داشته است. ولی حالتهای دیگری نیز وجود دارند که گرانش می تواند به شکل درونی ظاهر می شود. مثل نیرویی که قطبهای شمال دو آهنربا را از هم دفع می کند. یکی از اثرات شگفت انگیز این گرانش دافعه ای ، این است که می تواند جهان را وادار به از هم پاشیدگی کند و باعث آغاز انفجار بزرگ [گردیده است]. این تاثیر ، کانون تفکر الگویی است موسوم به « جهان تورمی».

امکان وجود گرانش دافعه ای ، در نظریه نسبیت اینشتین ظاهر شد. اینشتین نشان داد که کلیه اشکال انرژی هم ارزند و همه آنها با گرانش جفت گردیده اند. تنها ماده نیست که در خلقت گرانش دخیل است ؛ بلکه نیرو نیز در آن سهیم است. حتی نیروهایی که در مقابل گرانش مقاومت می کنند ، مثل فشاری که یک جسم اعمال می کند تا زمین را از فروپاشیدن حفظ کند نیز سهم بسزایی در نیروی گرانش جاذبه ای دارد. زیرا گرانش در ذرات نزدیک به هم ، قویتر می گردد و در چگالترین مواد به صورت قویترین حالت ظاهر می شوند. حالتی وجود دارد که نیروهای فشار در کنار مقاومتی که در برابر از هم پاشیدن می کنند ، خود سهم بسیار زیادی در انرژی فراوانی دارند که خودشان نمی توانند کسب کنند. این نیروهای فشار بر خودشان چیرگی و تسلط دارند ؛ هر چه شدیدتر به بیرون فشار وارد می کنند ، گرانش خودشان بیشتر به داخل فشار می آورد.

توجه کنید که این تناقض به کجا هدایت میشود ؛ هر چه فشار بیشتر در برابر گرانش مقاومت کند ، گرانش نیز بیشتر از خود مقاومت نشان می دهد. این واکنش دوسویه ، مسئول انحراف بردار گرانش در شکل گیری سیاهچاله ها است ، جایی که تمام جرم توسط نیروی گرانش در یک نقطه منفرد متمرکز گردیده است و هسته اولیه و نخستین توده آن بوسیله میدان گرانشی خودش نابود میشود.

در تورم کیهانی هم همین وضعیت ولی در راستای مخالف روی می دهد. کاهش انحراف به راستای امتداد می یابد که هر جسمی را وادار به از هم پاشیدگی سریع بنماید. این اتفاق به این علت رخ می دهد که فشار می تواند به جای مثبت بودن ، منفی باشد.

فشار منفی خیلی غیر عادی نیست. فشار منفی ، فقط یک تنش و کشیدگی است. مثل یک نوار لاستیکی ، یک پل کابلی موقت و یا یک طناب ژیمناستیک که در همه اینها ، یک نیرو بجای از هم پاشیدن آنها را به هم متصل و مقید نگه می دارد. آنچیزی که غیر عادی است ، این است که به گرانش منفی ، یک تنش افزوده می گردد. در همه این مثالها ، تنش مقدار کمی از گرانش دافعه ای را تولید می کند. معمولا ً تنش در مقایسه با چگالی آن قدر ناچیز است که هیچگونه اثری از خود نشان نمی دهد. ولی با همان تناقض که فشار مثبت را باعث می گرد ، از هم پاشیدن اجسام ، می تواند سبب ایجاد گرانش جاذبه ای (فشردن اجسام به یکدیگر) بشود و با فشار منفی (به هم فشردن اجسام به هم) می توان گرانش دافعه ای از هم پاشیدن اجسام را بوجود آورد. و این گونه تفسیر می گردد که چنانچه فشار و کشش افزایش یابند و زیاد شوند ، ناپایداری پیشرفت می کند ؛ هر چه جهان بزرگتر می شود ، بیشتر تمایل به گسترش دارد. نخستین وضعیت پس از پایان یافتن تعادل گرانش جاذبه ای ، هدایت به سوی یک سیاهچاله و دومین حالت ، هدایت به سوی « جهان در حال انبساط» است.

نوع پایداری یا عدم پایداری توسط نوع ماده حاضر مشخص می گردد. حالتهایی که یک فشار منفی سبب ایجاد گرانش مثبت می گردد که نیاز به تنش مقداری ماده که بیشتر از C^2 برابر ثلث چگالی است پیدا می کند. این عدد بسیار بزرگی است و به طور طبیعی اتفاق نمی افتد ولی می تواند در فضای خالی میان کهکشانها روی دهد. اینشتین به این امکان پی برد و آنرا «ثابت کیهان شناختی» نام گذاری کرد.

در مراحل نوین ، اینگونه بیان می کنیم که ممکن است در خلا فیزیکی ـ جایی که هیچ گونه ذره واقعی وجود ندارد ـ انرژی گرانشی صفر نباشد. ممکن است فضای خالی که تمامی صورتهای ماده تهی شده ، به طور کلی خالی نباشد. وقتی که آنقدر خالی باشد که شما بتوانید آنرا درست کنید ، ممکن است هنوز در آنجا انرژی باشد. پس با توجه به این نقص ظاهری ، می توانیم آنرا «خلا مادی» بنامیم. اگر فضای خالی دارای انرژی باشد ، به فشار منفی مربوط است که میل شتاب دادن به انبساط جهان دارد.

بهرحال ، یک تورمی در ابتدا که باید پیش از «سنتز هسته ای» روی داده و خیلی کمتر از یک ثانیه به طول انجامیده باشد ، احتیاج به فشار منفی زیاد و در پی آن به یک چگالی خلا خیلی بیشتر نسبت به مقدار کنونی داشته باشد. پس انرژی خلا باید از یک مقدار زیاد به مقدار کم تغییر کرده باشد. این احتمال به صورت یک امکان فیزیکی معقول و باورکردنی در نظر گرفته نمی شود. ولی پیشرفتهای حاصل شده در زمینه دانسته های ما در مورد زیر بنای نیروهای فیزیکی این گونه آشکار می سازد که نیروها با این عملکرد میدانها باید وجود داشته باشند. بی تردید آنها تقارن موجود در میان واکنشهای نیروی هسته ای ضعیف و الکترومغناطیسی را تکذیب می کنند و توضیح می دهند که چرا ذرات می توانند جرمهای خاص خود را دارا باشند. خلا مورد تقاضای نظریه است که انرژی خود را از مقدار خیلی زیاد و دمای بالا به انرژی بسیار کم و دمای پایین تغییر دهد. ـ حالت نخست ، خلا مصنوعی و حالت دوم ، خلا واقعی نام دارد. همچنین بعید نیست که مجسم کنیم که در بدو پیدایش جهان ، فقط خلا غیر طبیعی حاضر نبوده است بلکه در واقع بر چگالی فشار مثبت مادی ، همچون ماده و پرتو نیز حاکم بوده است.

اگر این اتفاق رخ دهد ، پس نیروی دافعه گرانشی حتی در یک ناحیه کوچک از فضا خیلی زیاد است. دو بخش تقریبا ً مستقل انرژی ، از دفع می شوند نیروی پیوسته و مستمر گرانشی ، آنها را با سرعت بیشتری از هم می راند. یک حجم کوچک از فضا در طی یک سریع ، رشد می کند و به اندازه بسیار بزرگی مبدل می شود. این پایان ناپایدار ، نخستین خصوصیت شگفت انگیز تورم است. به همین علت است که جهان خیلی بزرگتر از یک اتم می باشد. به طور کنجکاوانه ؛ این نیز دومین ویژگی جالب توجه انبساط  است. چگالی مواد در طول این انبساط وسیع ، کاهش نمی یابد. البته  مواد عادی در صورت گسترش و انبساط یافتن ، رقیق می شود ولی انبساط مواد درون خلا این گونه نیست. چنین به نظر می رسد که اثر این قانون انرژی را مطابق با آن ، انرژی تولید و نابود نمی گردد و فقط  از یک صورت به صورت دیگر تبدیل می گردد زیر پا می گذارد. در این جا شما از یک حجم بسیار کوچک ماده ، سخن می گویید و آنرا آغاز می کنید و با یک جهان کامل به پایان می رسانید.

دوباره ، وضعیت مثل آیینه ای عمل می کند که فروپاشی یک سیاهچاله را مجسم می سازد. «نهار آزاد» که متعلق به تورم است ، خیلی با انرژی که اختروشها در نتیجه سقوط ماده به سیاهچاله ها دریافت می کنند فرق نمی کند. در آنجا ، ماده به نقطه مرکزی سقوط می کند و نابود می شود ، در حالیکه انرژی آن به انرژی «گرانشی ضعیف» تغییر شکل می دهد ؛ یک سیاهچاله ، از فضای خالی تشکیل شده که جرم و انرژی در انحنای فضا و در میدان گرانشی است. در واقع ممکن است ماده ای به یک سیاهچاله افزوده گردد در حالیکه جرم آن به چاله اضافه نمی شود و جرم ذره توسط گرانش از هم پاشیده می گردد. در طی عمل گسترش فرآیند معکوس روی می دهد ؛ حجم فوق العاده زیادی از ماده حاصل انرژی (حجمی که نهایت می تواند به نور واقعی و ماده تبدیل گردد) توسط فرآیند گرانش (دافعه) بوجود می آید. اگر چه این رخدادها مثل هیچ جلوه می کنند ، ولی مقدار هنگفتی انرژی در نتیجه صرف مقدار زیادی انرژی گرانشی منفی خلق می شود. بنابراین ، مقدار نهایی انرژی دنیا هنوز خیلی نزدیک به صفر است. ولی آن تاکنون به صورتهای گوناگون از مقدار صفر انرژی و از نقطه بسیار ظریف و کوچک انرژی متحول گردیده و تغییر کرده است. این جهان بزرگی است که با گرانش خود ماده و خلا را به هم نگه می دارد و خود از هر دو آنها درست شده است.