جهان با بیگ بنگ به عنوان یک نقطه غیرقابل تصور داغ و متراکم متولد شد. زمانی که جهان فقط 10 سال داشت-34 از یک ثانیه یا بیشتر سن - یعنی یک صدم یک میلیاردم یک تریلیونم یک تریلیونم ثانیه - یک انفجار باورنکردنی از انبساط را تجربه کرد که به عنوان تورم شناخته می شود، که در آن فضا خود سریعتر از سرعت نور منبسط می شود. در طول این دوره، اندازه جهان حداقل 90 برابر دو برابر شد و تقریباً بلافاصله از اندازه زیر اتمی به اندازه توپ گلف تغییر کرد.
کاری که وارد درک جهان در حال انبساط می شود از ترکیبی از فیزیک نظری و مشاهدات مستقیم منجمان حاصل می شود. با این حال، در برخی موارد، ستاره شناسان نتوانسته اند شواهد مستقیم را ببینند - مانند مورد امواج گرانشی مرتبط با پس زمینه مایکروویو کیهانی، تابش باقی مانده از انفجار بزرگ. اعلام اولیه یافتن این امواج در سال 2014 پس از اینکه اخترشناسان کشف کردند که سیگنال کشف شده را می توان با گرد و غبار در کهکشان راه شیری توضیح داد، به سرعت لغو شد.
به گفته ناسا، پس از تورم، رشد جهان ادامه یافت، اما با سرعت کمتر. با گسترش فضا، جهان سرد می شود و ماده تشکیل می شود. یک ثانیه پس از انفجار بزرگ، جهان پر از نوترون، پروتون، الکترون، پادالکترون، فوتون و نوترینو شد.
در طول سه دقیقه اول جهان، عناصر نور طی فرآیندی به نام بیگ بنگ هسته‌سازی متولد می‌شوند. دماهای سرد شده توسط 100 نانولیون (1032) کالوین به 1 میلیارد (109کلوین و پروتون ها و نوترون ها با هم برخورد کردند تا دوتریوم، ایزوتوپ هیدروژن تولید کنند. بیشتر دوتریوم برای تولید هلیوم ترکیب می شود و ردپایی از لیتیوم نیز تولید می شود.
بر اساس گزارش مرکز ملی d'Etudes Spatiales (CNES) در 380000 سال اول یا بیشتر، جهان برای درخشش بسیار داغ بود. گرمای آفرینش اتم ها را با نیروی کافی در هم شکست تا آنها را به یک پلاسمای متراکم تبدیل کند، یک سوپ مات از پروتون ها، نوترون ها و الکترون ها که نور را مانند مه پراکنده می کنند.
به گفته ناسا، تقریباً 380000 سال پس از انفجار بزرگ، ماده به اندازه‌ای سرد شده است که در دوران نوترکیبی اتم‌ها را تشکیل دهد و در نتیجه یک گاز شفاف و از نظر الکتریکی خنثی شود. این کیت فلاش اصلی ایجاد شده در طول انفجار بزرگ را آزاد می کند که اکنون به عنوان تشعشعات پس زمینه مایکروویو کیهانی در حال کشف است. با این حال، پس از آن لحظه، جهان در تاریکی فرو رفت، زیرا هنوز هیچ ستاره یا اجرام درخشان دیگری شکل نگرفته بود.
حدود 400 میلیون سال پس از بیگ بنگ، جهان از عصر تاریک کیهانی در دوران یونیزه شدن مجدد شروع به ظهور کرد. در این مدت که بیش از نیم میلیارد سال به طول انجامید، توده‌های گاز به اندازه‌ای فرو ریختند که اولین ستاره‌ها و کهکشان‌ها را تشکیل دادند که نور شدید فرابنفش آنها بیشتر هیدروژن خنثی را یونیزه کرد و از بین برد.
به گفته ناسا، اگرچه انبساط جهان به آرامی کاهش یافته است زیرا ماده در جهان توسط گرانش جذب شده است، اما به گفته ناسا حدود 5 یا 6 میلیارد سال پس از انفجار بزرگ، نیروی مرموز به نام انرژی تاریک شروع به تسریع گسترش فضا کرده است. جهان دوباره، پدیده ای که امروز نیز ادامه دارد.
اندکی پس از 9 میلیارد سال پس از انفجار بزرگ، منظومه شمسی ما متولد شد.
انفجار بزرگ
بیگ بنگ مانند یک انفجار به روش معمولی که یک فرد در مورد چنین چیزهایی فکر می کند اتفاق نیفتاد، اگرچه از نام او می توان فهمید. به گفته ناسا، جهان به فضا منبسط نشد، زیرا فضا قبل از جهان وجود نداشت. در عوض، بهتر است بیگ بنگ را به عنوان ظهور همزمان فضا در همه جای جهان در نظر بگیریم. کیهان از زمان بیگ بنگ از هیچ کجا منبسط نشده است - بلکه خود فضا کشیده شده و ماده را با خود حمل می کند.
از آنجایی که جهان، طبق تعریف، تمام فضا و زمان را در بر می گیرد که ما آن را می شناسیم، ناسا می گوید فراتر از مدل بیگ بنگ است که بگوییم جهان به چه چیزی در حال انبساط است یا چه چیزی منجر به انفجار بزرگ شده است. اگرچه مدل هایی وجود دارند که در مورد این مسائل حدس و گمان می زنند، اما هیچ یک از آنها هنوز پیش بینی های واقعی قابل تأیید انجام نداده اند.
در سال 2014، دانشمندان مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونیان اعلام کردند که سیگنال ضعیفی را در پس‌زمینه مایکروویو کیهانی پیدا کرده‌اند، که ممکن است اولین شواهد مستقیم از امواج گرانشی باشد، که آنها آن را "تفنگ دود کردن" برای انفجار بزرگ می‌دانند. این یافته ها به شدت مورد بحث قرار گرفت و ستاره شناسان به زودی یافته های خود را پس گرفتند که متوجه شدند غبار موجود در کهکشان راه شیری می تواند یافته های آنها را توضیح دهد.
جهان چند ساله است؟
جهان در حال حاضر حدود 13.8 میلیارد سال، 130 میلیون سال تخمین زده می شود. در مقایسه، منظومه شمسی تنها حدود 4.6 میلیارد سال قدمت دارد.
این ارزیابی از اندازه گیری ترکیب چگالی ماده و انرژی در جهان حاصل می شود. این به محققان اجازه داد تا محاسبه کنند که جهان در گذشته با چه سرعتی منبسط شده است. با این دانش، آنها می توانند ساعت را به عقب برگردانند و زمان وقوع انفجار بزرگ را برون یابی کنند. زمان بین آن زمان و اکنون عصر جهان است.
ساختار آن چگونه است؟
دانشمندان بر این باورند که در اولین لحظات کیهان هیچ ساختاری برای صحبت در مورد آن وجود نداشت، زیرا ماده و انرژی تقریباً به طور مساوی در همه جا توزیع شده اند. به گفته ناسا، جاذبه گرانشی نوسانات کوچک در چگالی ماده سپس به شبکه عظیمی از ستاره ها و پوچی منجر شد که امروزه دیده می شود. مناطق متراکم بیشتر و بیشتر ماده را به وسیله گرانش جذب می کردند، و هر چه جرم بیشتر می شدند، ماده بیشتری را می توانستند توسط گرانش بکشند و ستاره ها، کهکشان ها و ساختارهای بزرگ تری به نام خوشه ها، ابرخوشه ها، رشته ها و دیوارهایی با "دیوارهای بزرگ" تشکیل دادند. «از هزاران کهکشان با طول بیش از یک میلیارد سال نوری. مناطق کم تراکم رشد نمی کنند و در ناحیه ای از فضای به ظاهر خالی به نام حفره ها رشد می کنند.
محتوای کیهان
به گفته ناسا، تا چند دهه پیش، ستاره شناسان معتقد بودند که جهان تقریباً به طور کامل از اتم های معمولی یا "ماده باریون" ساخته شده است. با این حال، اخیراً شواهد فزاینده ای وجود دارد که نشان می دهد بیشتر اجزای تشکیل دهنده جهان به شکل هایی هستند که ما نمی توانیم ببینیم.
به نظر می رسد که اتم ها تنها 4.6 درصد از جهان را تشکیل می دهند. 23 درصد باقیمانده از ماده تاریک تشکیل شده است که احتمالاً از یک یا چند ذره زیر اتمی تشکیل شده است که برهمکنش بسیار ضعیفی با ماده معمولی دارند و 72 درصد از انرژی تاریک ساخته شده است که ظاهراً منجر به انبساط سریع جهان می شود.
به گفته ناسا، تا آنجا که به اتم هایی که ما با آنها آشنا هستیم، هیدروژن حدود 75 درصد را تشکیل می دهد، در حالی که هلیوم حدود 25 درصد را تشکیل می دهد و عناصر سنگین تر تنها بخش کوچکی از اتم های جهان را تشکیل می دهند.
چه شکلی است؟
شکل جهان و محدود یا نامتناهی بودن آن به کشمکش بین سرعت انبساط آن و جاذبه جاذبه بستگی دارد. قدرت جاذبه مورد بحث تا حدی به چگالی ماده در جهان بستگی دارد.
اگر چگالی جهان از یک مقدار بحرانی خاص بیشتر شود، در آن صورت جهان مانند سطح یک کره «بسته» و «خمیده مثبت» است. این بدان معناست که پرتوهای نور، که در ابتدا موازی هستند، به آرامی با هم همگرا می شوند، در نهایت اگر جهان به اندازه کافی دوام بیاورد، به نقطه شروع خود باز می گردند. اگر چنین است، طبق گفته ناسا، جهان نامتناهی نیست، اما پایانی وجود ندارد، همانطور که مساحت سطح یک کره بی نهایت نیست، اما آغاز یا پایانی وجود ندارد که بتوان در مورد آن صحبت کرد. جهان در نهایت از انبساط باز می ایستد و شروع به فروپاشی در درون خود می کند، به اصطلاح "شکست بزرگ".
اگر چگالی کیهان کمتر از این چگالی بحرانی باشد، هندسه فضا مانند سطح یک زین «باز» و «منحنی منفی» است. اگر چنین است، جهان هیچ مرزی ندارد و برای همیشه گسترش خواهد یافت.
به گفته ناسا، اگر چگالی کیهان دقیقاً برابر با چگالی بحرانی باشد، هندسه جهان مانند یک صفحه کاغذ «مسطح» با انحنای صفر است. اگر چنین باشد، جهان هیچ محدودیتی ندارد و برای همیشه منبسط خواهد شد، اما سرعت انبساط پس از مدت زمان نامتناهی به تدریج به صفر نزدیک می شود. به گفته ناسا، اندازه‌گیری‌های اخیر نشان می‌دهد که جهان مسطح است و تنها 0.4 درصد حاشیه خطا دارد.
ممکن است که جهان در کل شکل پیچیده تری داشته باشد، در حالی که به نظر می رسد انحنای متفاوتی داشته باشد. به عنوان مثال، جهان ممکن است به شکل کود یا دونات باشد.
یک جهان در حال گسترش
در دهه 1920، ستاره شناس ادوین هابل کشف کرد که جهان ساکن نیست. بلکه در حال گسترش بود. کشفی که نشان داد جهان ظاهراً در انفجار بزرگ متولد شده است.
سپس برای مدت طولانی تصور می شد که گرانش ماده در جهان مطمئناً انبساط جهان را کاهش می دهد. سپس، در سال 1998، مشاهدات تلسکوپ فضایی هابل بر روی ابرنواخترهای بسیار دور نشان داد که مدت‌ها پیش، جهان آهسته‌تر از امروز منبسط می‌شد. به عبارت دیگر، انبساط جهان به دلیل گرانش کند نمی شود، بلکه به طور غیرقابل توضیحی شتاب می گیرد. نام نیروی ناشناخته ای که این انبساط شتاب دهنده را هدایت می کند، انرژی تاریک است و یکی از بزرگترین رازهای علم باقی مانده است.
منابع اضافی
آیا می خواهید جهان را برای خودتان کشف کنید؟ با نقشه آسمان هابل ناسا می توانید به طور مجازی به دور ستارگان و کهکشان های راه شیری بچرخید. همچنین می توانید 10 نظریه وحشی در مورد جهان را در این مقاله Live Science بخوانید.
کتابشناسی - فهرست کتب
اولین ستارگان در جهان بولتن ماهانه انجمن سلطنتی نجوم: نامه ها، دوره 373، شماره 1 (2006). https://academic.oup.com/mnrasl/article/373/1/L98/989035?login=true
جهان مولکولی. بررسی های فیزیک مدرن (2013). https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.85.1021
"قانون هابل و جهان در حال انبساط." مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم ایالات متحده آمریکا (2015). https://www.pnas.org/content/112/11/3173.short