همه چیز در مورد قبل و بعد از بیگ بنگ
بیگ‌بنگ یا انفجار بزرگ از نظر بسیاری از فیزیکدانان نقطه آغازین و شروع عالم بوده است. در این مقاله با تعریف این نظریه، تاریخچه آن، اثبات و مشکلات آن آشنا خواهید

بیگ بنگ شاید شروع کل جهان نباشد؛ اما شروع جهانی است که ما می‌شناسیم. در این مقاله با تعریف این نظریه، تاریخچه آن، اثبات و مشکلات آن آشنا خواهید شد.

اختروش - ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

از بین تمام سؤالاتی که تاکنون ذهن بشر را به خود مشغول کرده است (از جمله «بودن یا نبودن، مسئله این است!»)، شاید مهم‌ترین آن‌ها این باشد:

این جهان از کجا آمده است؟

تا همین چند وقت پیش، فکر اینکه بتوانیم جواب این سؤال را از مشاهدات واقعی خود از جهان به دست آوریم، کاملا بیگانه بود؛ تا اینکه محاسبات علمی در قرن بیستم با تکیه بر نسبیت عام، فیزیک کوانتومی و نظریه بیگ‌ بنگ در کنار مشاهدات کیهانی به کمک تلسکوپ‌ها و ماهواره‌ها موفق شد برای این معماها، جوابی قانع‌کننده پیدا کند و پیش‌بینی‌های قابل اثباتی ارائه بدهد. 

بیش از ۵۰ سال است شواهد علمی به ما نشان داده جهان هستی با انفجاری بزرگ آغاز شده است. جهان به این خاطر امروز در حال انبساط و خنک شدن و پر از سیارات،‌ ستاره‌ها و کهکشان‌ها است چون در گذشته کوچک‌تر، داغ‌تر، متراکم‌تر و یکدست‌تر بوده است. اگر به اولین لحظه ممکن و شروع همه چیز برگردیم، می‌توانیم تصور کنیم تمام چیزهایی که امروز در جهان هستی می‌بینیم، روزی تنها در یک نقطه واحد متمرکز شده بودند: نقطه تکینگی (singularity) که فضا و زمان از آن زاده شده است. 

یا حداقل این چیزی بود که تا همین چند وقت پیش فکر می‌‌کردیم داستان واقعی پیدایش جهان است؛ اینکه جهان همیشه به این شکل امروزی نبوده، بلکه میلیاردها سال پیش با انفجار بزرگی معروف به بیگ بنگ یا مه‌بانگ به وجود آمده است؛ اما امروز بسیار بیشتر از گذشته می‌دانیم و تصویری که از پیدایش جهان داریم، آنقدرها که بیگ بنگ ادعا می‌کرد، واضح نیست. این نظریه به خودی خود دیگر نمی‌تواند توصیف قانع‌کننده‌ای برای نقطه آغازین همه چیز باشد و نمی‌توان گفت بیگ بنگ دقیقا مساوی با تولد فضا و زمان است؛ اما اگر بیگ بنگ واقعا نقطه شروع همه چیز نبود، چه بود؟ و پیش از این انفجار بزرگ، در فضا چه خبر بود؟

عناوینی که در این مقاله خواهید خواند:

  • بیگ بنگ چیست
  • اثبات نظریه بیگ بنگ
  • مشکلات نظریه بیگ بنگ
  • قبل از بیگ بنگ چه بود
  • تاریخچه پیدایش نظریه بیگ بنگ
  • جهان چه طور تمام می‌شود
  • نتیجه‌گیری

 

بیگ بنگ چیست

بیگ بنگ چیست

جهان ما چگونه پدید آمد؟ امروزه، اکثر دانشمندان، ستاره‌شناسان و کیهان‌شناسان معتقدند جهانی که می‌شناسیم، در اثر یک انفجار بزرگ پدید آمده است که نه‌تنها اکثریت ماده حاضر در جهان، بلکه قوانین فیزیکی حاکم بر کیهان را نیز ایجاد کرده است.

این نظریه، بیگ بنگ یا مه‌بانگ نام دارد و نزدیک به یک قرن است که بسیاری آن را به‌عنوان توضیحی علمی برای پیدایش جهان پذیرفته‌اند. این نظریه نشأت گرفته از این مشاهده است که کهکشان‌ها با سرعت زیادی در تمام جهات در حال دور شدن از کهکشان ما هستند،‌ گویی نیروی انفجاری و کهنی آن‌ها را از خود می‌راند.

اصول این نظریه نسبتا ساده است. به‌طور خلاصه، فرضیه بیگ بنگ می‌گوید تمام مواد فعلی و قدیمی در جهان هم‌زمان با هم چیزی حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش ایجاد شده‌اند. در این زمان، تمام ماده در گلوله‌ی بسیار بسیار کوچکی (کمتر از یک میلیون میلیارد میلیاردیم اندازه یک اتم) با تراکم بی‌نهایت و گرمای بی‌نهایت شدید جمع شده بود که به آن نقطه تکینگی (singularity)‌ می‌گویند.

تصور می‌شود که در چنین حالت بیش از حد متراکم و پرانرژی، چهار نیروی اصلی، یعنی گرانش، الکترومغناطیس و نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف، به‌صورت یک نیروی  واحد کنار هم جمع شده بودند؛ اما نظریه‌های فعلی ما هنوز نتوانسته‌اند سازوکار یک نیروی واحد را توضیح دهند، چون نمی‌دانیم گرانش در مقیاس زیراتمی چگونه کار می‌کند.

دوره تکینگی که به آن پلانک (Planck) هم می‌گویند، از نقطه صفر تا حدود ۱۰ به توان منفی ۴۳ ثانیه بعد از بیگ بنگ ادامه داشت. از  ۱۰ به توان منفی ۴۳ تا ۱۰ به توان منفی ۳۶ ثانیه، جهان به دمای انتقال می‌رسد و نیروهای بنیادی که امروز بر دنیا حکم‌فرما هستند، شروع به جدا شدن از همدیگر می‌کنند؛ ابتدا نیروی گرانش، بعد نیروی الکترومغناطیس و در آخر نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف.

جهان رفته‌رفته سردتر، متراکم‌تر و منبسط‌تر شد تا کوارک‌ها و گلوئون‌ها به هم بپیوندند و پروتون‌ها و نوترون‌ها تشکیل شوند. ۱۸۰ میلیون سال طول کشید تا اولین ستاره شکل بگیرد. ۴۰۰ میلیون سال بعد از بیگ بنگ، اولین کهکشان متولد شد. میلیاردها سال بعد از آن، ستاره‌ها، کهکشان‌ها و خوشه‌های کیهانی تشکیل شدند تا سرانجام کهکشان راه شیری و منظومه شمسی متولد شود. در واقع بیگ بنگ، ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش به وقوع پیوست؛ اما تقریبا ۱۰ میلیارد سال طول کشید تا منظومه شمسی ایجاد شود. انفجار بیگ بنگ کسری از ثانیه بود؛ اما شکل‌گیری کهکشان‌ها فرایندی میلیارد ساله.


 

اثبات نظریه بیگ بنگ

کیهان

طبق نظریه مه‌بانگ، جهان ما به شکلی که امروز می‌بینیم، از حالتی بی‌نهایت داغ، متراکم و تقریبا به‌طور کامل یکدستی ظهور کرد. برای اثبات این نظریه چهار مدرک وجود دارد:

۱- قانون هابل که نشان می‌دهد هرچه طول موج نوری که از جسمی دوردست به ما می‌رسد، بیشتر باشد، فاصله آن جسم با ما بیشتر است؛

۲- وجود تابش زمینه کیهانی (CMB) در تمام جهات و در همه جا با دمای یکسان، فقط چند درجه بالاتر از صفر مطلق؛

۳- عناصر سبُک، مثل هیدروژن، دوتریم، هلیوم-۳، هلیوم-۴ و لیتیوم -۷، که پیش از تشکیل هر ستاره‌ای در فضا وجود داشته‌اند؛ 

۴- و شبکه کیهانی عظیمی که با گذشت زمان متراکم‌تر و شلوغ‌تر می‌شود و فضای بین توده‌های آن بزرگ‌تر و بزرگ‌تر می‌شود.

این چهار مورد، قانون هابل، وجود و خصوصیات تابش زمینه کیهانی، فراوانی عناصر سبُک ناشی از هسته‌زایی و شکل‌گیری و انبساط سازه‌ی بزرگی در جهان، چهار سنگ بنای نظریه بیگ بنگ را تشکیل می‌دهند. 

در دهه ۱۹۲۰ ادوین هابل، ستاره‌شناس آمریکایی، به کمک بزرگ‌ترین و قوی‌ترین تلسکوپ جهان آن روزها، موفق شد مقدار تغییرات روشنایی ستاره‌های مختلف را در طول زمان اندازه بگیرد. این محاسبات کمک کرد مسافت کهکشان‌هایی را که این ستاره‌ها در آن‌ها حضور داشتند، محاسبه کنیم.

قانون هابل

فرمول قانون هابل؛ d فاصله کهکشان، v سرعت دور شدن کهکشان و H0 ثابت هابل است که سرعت گسترش هستی را نشان می‌‌دهد‌ (برابر با ۴±۷۱ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک در سال ۲۰۰۳)

براساس قانون هابل. هرچه کهکشان از ما دورتر باشد، نور آن بیشتر به سمت طول موج‌های بزرگ‌تر متمایل می‌شود (پدیده انتقال به سرخ یا redshift). در مفهوم نسبیت عام، این پدیده نشانگر جهانی است که تاروپود آن در طول زمان در حال انبساط است. با گذشت زمان، آن دسته از نقاط جهان که به کمک نیرویی به هم متصل نیستند، از نقاط دیگر دور می‌شوند و هر نور ساطع‌شده تا زمانی که به چشم بیننده برسد، به سمت طول موج‌های بزرگ‌تر می‌رود.

پدیده انتقال به سرخ و انبساط جهان

افزایش طول موج نور در فواصل کیهانی بزرگ و دور شدن دو جسم در اثر انبساط جهانی

برای تأثیری که در اثر قانون هابل مشاهده می‌کنیم (یعنی دورتر شدن کهکشان‌ها از ما) توضیحات بسیاری وجود دارد؛ اما نظریه بیگ بنگ بین تمام این احتمالات، ایده‌ی منحصربه‌فردی است چون در عین سادگی، بسیار قدرتمند است. طبق این ایده:‌

  •  جهان در حال انبساط است و طول موج نور را بزرگ‌تر می‌کند (و سطح دما و انرژی را پایین‌تر می‌آورد)؛
  • و این یعنی هرچه در زمان به عقب برویم، جهان متراکم‌تر و داغ‌تر می‌شود؛
  • چون جهان تمام مدت در حال حرکت است، به مرور زمان شلوغ‌تر می‌شود و بعدها، سازه‌های کیهانی بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهد؛ 
  • اگر به‌اندازه کافی به عقب برویم، خواهیم دید کهکشان‌ها کوچک‌تر و بیشتر می‌شوند و ستاره‌های تشکیل‌دهنده آن‌ها، جوان‌تر و آبی‌تر هستند. 
  •  حتی اگر از این هم عقب‌تر برویم، به زمانی می‌رسیم که هنوز هیچ ستاره‌ای فرصت شکل‌گیری نیافته است. 
  • از این هم عقب‌تر، دما به قدری در فضا بالا است که نور حتی اتم‌های خنثی را از هم جدا کرده و یک پلاسمای یونیزه شده ایجاد می‌کند که با خنثی شدن جهان، بالاخره تابش خود را آزاد می‌کند (عامل تابش زمینه کیهانی)؛
  • و حتی در زمانی عقب‌تر از همه این‌ها، اجرام به قدری داغ بودند که حتی هسته‌های اتم از هم می‌پاشیدند. با خنک‌تر شدن فضا، اولین واکنش‌های هسته‌ای پایدار برای شکل‌گیری عناصر سبُک به وقوع می‌پیوندد.

تمام این ادعاها در قرن بیستم مشاهده و اثبات شده است؛ اما نظریه مه‌بانگ می‌تواند ما را از این هم عقب‌تر ببرد. به زمانی که انرژی از حدود قوانین فیزیک آزمایش‌شده فراتر می‌رود، حتی ورای شتاب‌دهنده‌های ذرات و پرتوهای کیهانی. در این شرایط، فرایندهایی باید اتفاق افتاده باشد تا جهان را به این شکل که امروز می‌بینیم، به وجود آورد. چیزی باید ماده تاریک را ایجاد کرده باشد. چیزی باید ماده بیشتری از پادماده در جهان به وجود آورده باشد؛ و چیزی باید زمانی اتفاق افتاده باشد تا جهان اصلا به مرحله پیدایش برسد. 

نظریه بیگ بنگ اولیه معتقد بود همه چیز، حتی فضا و زمان، با این انفجار بزرگ شروع شد؛ اما آیا واقعا چنین است؟


 

مشکلات نظریه بیگ بنگ 

مشکلات نظریه بیگ بنگ

از همان لحظه‌ای که ایده‌ عقب رفتن در زمان برای رسیدن به مبدا جهان در دهه ۱۹۲۰ مطرح شد و بعد دوباره در دهه‌های ۴۰ و ۶۰ میلادی پروبال گرفت، تصور این بود که مه‌بانگ ما را تا خود نقطه تکینگی در زمان به عقب خواهد برد. از بسیاری جهات، ایده‌ اصلی بیگ بنگ این بود که اگر جهانی در اختیار داشته باشیم که پر از ماده و انرژی باشد و تا امروز در حال انبساط بوده باشد، آن وقت اگر به اندازه کافی در زمان به عقب برویم، به حالتی خواهیم رسید که آنقدر داغ و متراکم است که قوانین فیزیک در آنجا از کار می‌افتند. 

در برهه‌ای از زمان به مقداری از انرژی، تراکم و دما می‌رسیم که آنقدر زیاد است که اصل عدم قطعیت کوانتومی که در ذات طبیعت وجود دارد و می‌گوید نمی‌توان به‌طور هم‌زمان همه‌ کمیت‌های یک الکترون را اندازه‌گیری کرد، به پیامدهایی می‌انجامد که از لحاظ منطقی قابل‌توجیه نیستند. در این شرایط،‌ نوسانات کوانتومی، سیاه‌چاله‌هایی ایجاد می‌کنند که کل جهان را فرا می‌گیرند. احتمالات صفر و یک به جواب‌هایی می‌رسند که یا منفی یا از یک بزرگ‌ترند و هر دو این جواب‌ها در دنیای فیزیکی غیر ممکن هستند. 

مقاله‌های مرتبط:

  • بُعد پنجم؛ فرضیه‌ی علمی یا داستان تخیلی؟
  • هر آنچه باید در مورد نسبیت خاص و عام اینشتین بدانید

ما می‌دانیم گرانش و فیزیک کوانتومی در این شرایط عجیب، معنی نمی‌دهند و این همان تکینگی است:‌ جایی که قوانین فیزیک دیگر کاربردی ندارند. در این شرایط، حتی این امکان وجود دارد که خود فضا و زمان متولد شود. بیگ بنگ ابتدا نظریه‌ای در مورد تولد فضا و زمان بود. 

اما تمام این ایده‌ها بر پایه این تصور بود که ما واقعا می‌توانیم سناریو بیگ بنگ را به هر اندازه که می‌خواهیم در زمان عقب ببریم: یعنی به زمان انرژی‌ها، دماها و تراکم‌های بی‌نهایت بالا. در واقع ژرژ لومتر، اولین فردی که ایده انبساط تاروپود فضازمان را مطرح کرد، گفت بیگ بنگ «روزی بدون دیروز» بوده است؛ اما این موضوع منجر به بروز معماهایی فیزیکی شد که هیچ توضیحی برای آن‌ها وجود نداشت. معماهایی از جمله:

  • چرا مناطقی در فضا که به هم اتصالی نداشتند و برای تبادل انرژی، وقت کافی نداشتند‌ (حتی اگر با سرعت نور در حرکت بودند)، دماهای یکسانی داشتند؟
  • چرا سرعت اولیه انبساط جهان در تعادل کامل با مقدار کل انرژی جهان بود تا در نهایت جهان مسطح امروزی حاصل شود؟
  • و چرا، اگر آن اوایل چنین دماها و تراکم بیش از حد بالایی در فضا بود، هیچ آثاری از آن دوران را در جهان امروزی خود نمی‌بینیم؟

اگر بخواهیم تنها به نظریه معمول بیگ بنگ اکتفا کنیم، جواب این سؤال‌ها این است: چون جهان به همین شکل متولد شده و هیچ دلیلی هم برای آن نیست.

اما در دنیای فیزیک چنین جوابی شبیه تسلیم شدن است. در عوض رویکرد دیگری برای حل این معماها وجود دارد؛ ایجاد مکانیزمی که می‌تواند این خصوصیات مشاهده‌شده را توضیح بدهد و در عین حال تمام ایده‌های موفق بیگ بنگ را هم بازتولید کند. این رویکرد جدید به «تورم کیهانی» شهرت یافته است.


 

قبل از بیگ بنگ چه بود؟

قبل از بیگ بنگ چه بود

مشکلات نظریه بیگ بنگ مدت‌ها ذهن کیهان‌شناسان و فیزیکدان‌ها را درگیر کرده بود تا اینکه حدود ۴۰ سال پیش، ایده‌ «تورم کیهانی» (cosmic inflation) توسط آلن گورت مطرح شد. به جای اینکه بخواهیم نظریه بیگ بنگ را بگیریم و آن‌قدر در زمان به عقب برگردیم تا به نقطه تکینگی و تولد فضا و زمان برسیم، ایده تورم کیهانی می‌گوید در مورد پیدایش جهانی که می‌شناسیم، از نقطه‌ای به بعد دیگر اجازه پس‌روی در زمان را نداریم؛ یعنی تنها می‌توان تا سطح مشخصی از دما و تراکم بالا در جهان پیش رفت و نه عقب‌تر از آن. طبق ایده‌ تورم کیهانی، پیش از این حالت داغ، متراکم و یکدست که به بیگ بنگ انجامید، حالتی بود که در آن:

  • جهان از ماده و تابش خالی بود؛
  • در عوض دارای حجم بزرگی از انرژی بود که ذات تاروپود خود فضا است؛
  • که باعث انبساط تصاعدی جهان شد؛
  • که این خود باعث شد جهان مسطح، خالی و یکدست شود (تا سطح نوسانات کوانتومی)؛
  • و بعد دوره تورم کیهانی به پایان می‌رسد و آن انرژی ذات تاروپود فضا را به ماده و تابش تبدیل می‌کند که در انفجار بزرگ بیگ بنگ، باعث پیدایش جهان هستی می‌شود.

درباره تورم کیهانی چیزهای زیادی نمی‌دانیم؛ اما داده‌هایی که در سه دهه اخیر جمع‌آوری شده، به‌شدت وجود این حالت تورمی را تأیید می‌کند؛ حالتی که قبل از بیگ بنگ وجود داشت و زمینه را برای وقوع این انفجار بزرگ مهیا کرد. 

به عبارتی، ایده تورم کیهانی نشان می‌دهد مه‌بانگ شروع همه چیز نبود، بلکه تنها شروع جهانی بود که ما با آن آشنا هستیم. تأیید این نظریه به این معنی است که جهان ما که ۱۴ میلیارد سال نوری با صدها میلیارد کهکشان خود در فضا گسترده شده است، تنها یک قطعه بی‌نهایت کوچک در کیهانی بسیار بزرگ‌تر است که از گستردگی، معماری و سرنوشت آن هیچ چیز نمی‌دانیم. علاوه بر این، فراتر از جهان ما ممکن است تعداد بی‌شماری از جهان‌های دیگر وجود داشته باشند که تا ابد ادامه دارند و مثل ظرفی از آبی که به جوش آمده است، در حال سرریز شدن هستند.


 

تاریخچه پیدایش نظریه بیگ بنگ

ادوین هابل

اولین نشانه‌های بیگ بنگ در نتیجه مشاهداتی در اعماق فضا در اوایل قرن بیستم به دست آمد. در سال ۱۹۱۲، وستو اسلیفر، فضانورد آمریکایی، کهکشان‌های مارپیچی را که آن زمان تصور می‌شد سحابی باشند، مورد مشاهده قرار داد و متوجه شد تقریبا در تمام این موارد، این اجرام در حال فاصله گرفتن از کهکشان راه شیری بودند. 

در سال ۱۹۲۲، الکساندر فریدمن، كیهان‌شناس روسی، معادلاتی را که بعدها به‌عنوان معادلات فریدمن شناخته شد، مطرح کرد که از معادلات نسبیت عام انیشتین گرفته شده بود. انیشتین با تکیه بر ثابت کیهان‌شناسی خود آن زمان اصرار داشت جهان «ایستا» است؛ اما محاسبات فریدمن نشان داد اتفاقاً جهان در حال انبساط است. 

در سال ۱۹۲۴، ادوین هابل با محاسبه فاصله تا نزدیک‌ترین سحابی مارپیچی نشان داد این سیستم‌ها واقعا کهکشان هستند. در همان زمان، هابل با استفاده از تلسکوپ هوکر ۲٫۵ متری در رصدخانه مانت ویلسون، یک سری شاخص‌های اندازه‌گیری فاصله کهکشانی ابداع کرد. در سال ۱۹۲۹، هابل سرانجام نوعی رابطه بین فاصله و سرعت دور شدن کهکشان‌ها کشف کرد که به قانون هابل معروف است.

بعد در سال ۱۹۲۷، ژرژ لومتر، فیزیکدان بلژیکی و کشیشی در کلیسای کاتولیک روم، به‌طور مستقل همان نتایج را از معادلات فریدمن به دست آورد و این طور نتیجه گرفت که دور شدن کهکشان‌ها به خاطر انبساط جهان است. او در سال ۱۹۳۱، از این هم فراتر رفت و این فرضیه را مطرح کرد که هرچه در زمان به عقب برویم، جهان کوچک‌تر و کوچک‌تر خواهد شد. به استدلال لومتر، در برهه‌ای در زمان، کل جرم جهان تنها در یک نقطه متمرکز شده بود که تاروپود فضا و زمان از همین‌جا سرچشمه گرفته است. 

این اکتشافات در طول دهه ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ بحث‌های داغی بین فیزیکدان‌ها ایجاد کرد و اکثریت طرفدار این نظریه بودند که جهان در وضعیت ایستایی قرار دارد. در این مدل، ماده جدید به‌طور مداوم با انبساط جهان ایجاد می‌شود و در نتیجه یکنواختی و چگالی ماده در طول زمان ثابت می‌ماند. بین دانشمندان این دوره، ایده بیگ بنگ از ایده جهان ایستایی، مذهبی‌تر به نظر می‌رسید؛ شاید به این خاطر که لومتر، پیشینه مذهبی داشت.

در این مدت نظریه‌های دیگری نیز طرفدار داشت؛ از جمله مدل میلن و مدل چرخه‌ای که هر دوی آن‌ها براساس نظریه نسبیت عام انیشتین مطرح شده بودند (نظریه دوم حتی مورد تأیید شخص انیشتین هم بود) و می‌گفتند جهان از چرخه‌های بی‌نهایت یا نامشخص پیروی می‌کند.

پس از جنگ جهانی دوم، مجادله بین طرفداران مدل جهان ایستا (که توسط فِرِد هویل، ستاره‌شناس بریتانیایی رسمیت یافته بود) و طرفداران نظریه بیگ بنگ (که محبوبیت آن رو به افزایش بود) بالا گرفت. از قضا، این هویل بود که در یک مصاحبه رادیویی در بی‌بی‌سی در مارس ۱۹۴۹، عبارت «بیگ بنگ» را ابداع کرد که به اعتقاد برخی، آن را در نقد این نظریه مطرح کرده بود.

فرد هویل

هویل در این برنامه رادیویی گفته بود:

یكی از ایده‌ها این بود كه جهان، هستی خود را مدت‌ها پیش در اثر یک انفجار بزرگ آغاز كرده و انبساط فعلی آن به‌جامانده از آن انفجار بزرگ است. این ایده بیگ بنگ حتی قبل از اینکه بررسی‌های دقیق، مشکلات جدی آن را برملا کند، از نظر من قانع‌کننده نبود.

سرانجام، مشاهدات کیهانی به نفع بیگ بنگ رأی داد. کشف و تأیید تابش زمینه کیهانی در سال ۱۹۶۵، موقعیت بیگ بنگ را به‌عنوان بهترین نظریه مبدأ و تکامل جهان هستی محکم کرد. از اواخر دهه ۱۹۶۰ تا دهه ۹۰، ستاره‌شناسان و کیهان‌شناسان با حل مشکلات نظری بیگ بنگ، این نظریه را قابل‌اعتمادتر کردند. از جمله مقالاتی که برای حل مشکلات بیگ بنگ منتشر شد، مقالات استیون هاوکینگ و سایر فیزیکدان‌هایی بود که نشان دادند تکینگی، شرط اولیه و اجتناب‌ناپذیر نسبیت عام و مدل کیهانی بیگ بنگ است. در سال ۱۹۸۱، آلن گوت فیزیکدان آمریکایی با مطرح کردن نظریه «تورم کیهانی» و دوره انبساط سریع کیهانی سایر مشکلات نظری بیگ بنگ را برطرف کرد. 

در دهه ۱۹۹۰، پدیده انرژی تاریک مطرح شد تا مسائل بزرگی را که در کیهان‌شناسی وجود دارد، حل کند. انرژی تاریک (همراه با ماده تاریک که ایده آن توسط یان اورت در سال ۱۹۳۲ مطرح شد) هم توجیهی برای «جرم گمشده» جهان بود، هم راه‌حلی برای ثابت کیهانی اینشتین و هم توضیحی برای اینکه چرا جهان همچنان در حال شتاب گرفتن است. 

به لطف پیشرفت‌هایی که در تلسکوپ‌ها، ماهواره‌ها و شبیه‌سازی کامپیوتر اتفاق افتاد، ستاره‌شناسان و کیهان‌شناسان موفق شدند بخش بیشتری از جهان را ببینند و درک بهتری از سن واقعی آن داشته باشند. توسعه تلسکوپ‌های فضایی مثل کاوشگر زمینه کیهان (COBE)، تلسکوپ فضایی هابل، کاوشگر ویلکینسون و ماهواره پلانک در این زمینه بسیار ارزشمند بوده‌اند. 

امروزه، کیهان‌شناسان اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق و درستی از بسیاری از پارامترهای مدل بیگ بنگ انجام داده‌اند و سن خود جهان را هم به دست آوردند (۱۳٫۸ میلیارد سال). و همه این ماجراهای شگفت‌انگیز تنها با این مشاهده ساده شروع شد که اجرام عظیم کهکشانی که میلیون‌ها سال نوری از ما فاصله دارند، به‌آرامی در حال دورتر شدن از کهکشان ما هستند. اگرچه مطمئن نیستیم این داستان کیهانی چه طور به پایان می‌رسد؛ اما می‌دانیم تا رسیدن به این پایان، صدها تریلیون سال مانده است.


 

جهان چه طور تمام می‌شود؟

پایان دنیا

دانستن نقطه شروع جهان، چیزی درباره نقطه پایان و مرگ آن به ما نمی‌گوید. مه‌بانگ می‌گوید میلیاردها سال پیش، بین «گرانش» که می‌خواست جلوی انبساط افسارگسیخته جهان را بگیرد و «انبساط» اولیه که می‌خواست همه چیز را از هم دور کند، رقابتی درگرفت که همچنان ادامه دارد؛ اما خود بیگ بنگ مشخص نمی‌کند سرنوشت این مسابقه چه خواهد بود. برای دانستن این جواب باید بدانیم جهان دقیقا از چه ساخته شده است. مثلاً با کشف انرژی تاریک که همین ۲۳ سال پیش اتفاق افتاد، این نظریه مطرح شد که نه‌تنها برد احتمالا با انبساط است، بلکه کهکشان‌های بسیار دور با سرعت بیشتری به دور شدن از ما ادامه خواهند داد و جهان در آخر سرد، تاریک و خالی خواهد بود. 

فیزیکدان‌ها می‌گویند تمام جهان احتمالا روزی با یکی از این چهار سناریو به پایان خواهد رسید: انجماد بزرگ، فشردگی بزرگ، تغییر بزرگ یا شکاف بزرگ. 

سناریوی انجماد بزرگ یا مرگ حرارت (Big Freeze) می‌گوید زمانی دمای همه چیز در همه جا یکسان می‌شود، تمام فعل و انفعالات در جهان متوقف‌ می‌شود، آنتروپی در بالاترین حد خود قرار می‌گیرد و در این حالت جهان تا ابد مرده است. 

سناریوی فشردگی بزرگ یا مه‌رمب (Big Crunch)‌ در واقع معکوس پدیده‌ی انفجار بزرگ است و زمانی را توصیف می‌کند که گرانش، نیروی غالب در دنیا خواهد شد؛ جهان شروع به منقبض شدن می‌کند. کهکشان‌ها به سمت یکدیگر کشیده می‌شوند، با هم ادغام می‌شوند و جهان کوچک‌تر و کوچک‌تر می‌شود؛ و چون جهان کوچک‌تر، داغ‌تر خواهد بود، دما در همه جا به‌طور هم‌زمان افزایش می‌یابد تا اینکه همه چیز به جهنمی بسیار فشرده تبدیل می‌شود.

تغییر بزرگ یا زوال خلأ (‌Big Change) می‌گوید حباب مرگ ناشی از آزادسازی انرژی بالقوه‌ی میدان هیگز، همه چیز را سر راه خود پاک و ماهیت ذرات و قوانین فیزیکی را عوض می‌کند.

سناریوی چهارم برای پایان دنیا به شکاف بزرگ (مه‌گسست) یا بیگ‌ریپ (Big Rip) مشهور است که در آن مقدار انرژی تاریک با سرعتی بیشتر از انبساط جهان افزایش یابد. با گذشت زمان، چگالیِ انرژی تاریک ممکن است افزایش یابد و تاروپود جهان را از هم بشکافد.

برای اطلاعات کامل‌تر و هیجان‌انگیزتر درباره این سناریوها، مطلب چهار سناریوی پایان جهان را بخوانید. 


 

نتیجه‌گیری

جهان هستی

تمام این مباحثی که تا اینجا در مورد بیگ بنگ مطرح شد، درباره چگونگی پیدایش جهان است، نه چرایی آن. این نظریه می‌گوید جهان ما از حالتی داغ‌تر، متراکم‌تر و یکدست‌تر از حالا در زمان گذشته وجود داشته است؛ اما این به این معنی نیست که اجرام و انرژی به چنان درجه‌ای از حرارت و تراکم رسید که قوانین فیزیک دیگر معنی نداشت. دیگر این ایده که فضا و زمان از نقطه تکینگی حدود ۱۴ میلیارد سال پیش به وجود آمد، پذیرفته نیست، بلکه پیش از آن فضایی با انرژی ذات خود بود که در اثر تورم کیهانی، شرایط را برای وقوع بیگ بنگ مهیا کرد. 

به عبارت دیگر، بیگ بنگ شاید شروع کل جهان نباشد؛ اما شروع جهانی است که ما می‌شناسیم. بیگ بنگ شروع مطلق نیست، بلکه شروع ما است. و شاید این داستان کامل نباشد؛ اما بخش مهمی از داستان کیهانی جهانی است که تمام ما را به هم متصل می‌کند.

 

منبع : بخش مقالات علمی آکاایران
برچسب :