پايان نامه بررسي سير تحول ستارگان در حوزه علم فيزيك
پايان نامه بررسي سير تحول ستارگان در حوزه علم فيزيك در 225 صفحه ورد قابل ويرايش |
![]() |
دسته بندي | علوم پايه |
فرمت فايل | doc |
حجم فايل | 1373 كيلو بايت |
تعداد صفحات فايل | 225 |
پايان نامه بررسي سير تحول ستارگان در حوزه علم فيزيك
در 225 صفحه ورد قابل ويرايش
پيش از انفجار بزرگ
جهان چگونه آغاز شد؟ چنين رويدادي را چگونه مي توان تصور كرد؟ امروز بيشتر دانشمندان بر اين عقيده اند كه قراين خوبي وجود دارد كه نشان مي دهد گذشتة جهان بسيار متفاوت بوده است و همة مادة جهان از انفجاري عظيم نشأت كرده و جهان از آن پس پيوسته انبساط يافته است.
در خيال ، زمان را تا انفجار بزرگ به عقب مي بريم و چون به اندازة كافي به عقب باز گرديم ـ يعني به زماني پيش از پيدايش كهكشانها كه جهان بسي كوچكتر از حال بود ـ آنچه مي بينيم گاز سوزاني از اتمها و فوقونها يعني ذرات نور است . چون باز هم به عقب رويم، جهان همچنان انقباض مي يابد، ذرات گاز به يكديگر نزديكتر و در نتيجه برانگيخته تر مي شوند و دمايشان افزايش پيدا مي كند. هر چه بيشتر به عقب رويم، گاز داغتر و سوزانتر مي شود[1]. با افزايش دماي گاز، هر چيز به ذرات تشكيل دهنده اش « ذوب » مي شود. اتمها به الكترونها و هسته ها «ذوب[2]» مي شوند ؛ هسته ها به پروتونها و نوترونهاي سازندة خود تجزيه مي شوند و چون دما باز هم افزايش يابد پروتونها و نوترونها به كواركها و گلوئونهايي تجزيه مي شوند كه آنها را تشكيل داده اند . جهان در بيشترين دماي ممكن متشكل است از آتشگوي آغازيني از همة ذرات بنيادي. امروزه مطالعة جهان آغازين عبارتست از ساختن مدلهايي رياضي براي اين آتشگوي بر اساس نظريه هاي جديد ذرات كوانتومي ( ذرات بنيادي ). وقتي كه در سال 1964 آرنو پنزياس و رابرت ويلسن در آزمايشگاههاي بل در نيوجرزي، اشعة ميكروموجي باقيمانده از انفجار بزرگ را كشف كردند ، اين نظريه سخت تقويت شد. به دنبال اين تأييد تجربي، فيزيكدانان و اختر فيزيكدانان نظري با اطمينان به انجام محاسبات پيچيدة خواص انفجار آغازين پرداختند. آنان با استفاده از قوانين شناخته شدة فيزيك هسته اي محاسبه كردند كه چگونه ممكن است عنصرهاي شيميايي ـ هسته هاي اتمي ـ از آتشگوي آغازيني متشكل از پروتونها و نوترونها بوجود آمده باشد؛ و از روي اين محاسبات، فراواني نسبي عناصر سبك نظير ئيدروژن، هليوم و دوتريوم را پيش بيني كردند . اين پيش بيني ها دقيقاً با فراوانيهائي كه امروزه مشاهده مي شود, وفق مي دهد . فكر انفجار بزرگ[3] از بركت اين پيش بينيهاي موفقيت بار اعتبار زيادي كسب كرد بطوري كه در اوايل دهة 1970 بر نظريه هاي ديگر مربوط به پيدايش جهان چيره شد. چيزي كه به «مدل متعارف انفجار بزرگ سوزان» معروف شده است نشان دهندة توافق نظر عمومي جديدي است دربارة وضع جهان آغازين. فرضية اصلي « مدل متعارف » آن است كه جهان سوزان اوليه به سرعت و بطرزي يكنواخت، در حاليكه دما بطور يكنواخت كاهش پيدا مي كرد، انبساط يافت.
هر نظرية موفق معمولاً ديدگاهي تازه را مي گشايد و مسائل جديدي را بهمراه مي آورد؛ نظرية انفجار بزرگ نيز از اين قاعده مستثني نيست. دو مسألة چالش طلبي كه اين نظريه مطرح مي كند عبارتند از «مسأله عليت» و«مسأله تخت بودن فضا».
مسأله عليت اين است كه جهان به اندازه اي بزرگ است كه نواحي بسيار دور از هم آن نمي توانند با يكديگر مرتبط باشند، يعني بطور فيزيكي با هم به كنش متقابل بپردازند، حتي اگر چنين ارتباطي با سرعت نور ـ بيشترين سرعت ممكن ـ انجام گيرد. اگر جهان 10 تا 15 بيليون سال پيش (بيشتر تخمينها در اين حدودند) بوجود آمده باشد، نور يا هر نوع وسيلة ارتباط ديگر در اين مدت نمي تواند مسافت بين دو كهكشان را كه فرضاً بيست ميليون سال نوري ـ رقمي بزرگتر از سن جهان ـ از هم فاصله دارند بپيمايد. و اگر قسمتهاي مختلف جهان مرئي كنوني نتوانند با هم كنش متقابل داشته باشند، پس چرا اين قدر به هم شبيهند؟ منظور از شباهت اين است: در هر امتداد كه بنگريم مي بينيم كه دماي زمينة ميكروموجي يكي است و به هر جا كه نگاه كنيم كهكشانهايي را مي بينيم كه با وجود تفاوتهاي اندك، اساساً مانند يكديگرند.
دومين مشكل مدل متعارف انفجار بزرگ، يعني مسأله تخت بودن فضا، اين است كه چرا در زمان حاضر فضاي جهان در مقياسهاي بزرگ تا اين حد تخت و مسطح است. بنا بر نظرية نسبيت عمومي[4] اينشتاين، فضا مي تواند خم شود، و اين نكته را آزمايش در همسايگي خورشيد تأييد كرده است. اما در پهنه هاي وسيعتر، مانند فضاي ميان كهكشانها، انحناي فضايي بقدري كم است كه آن را نمي توان رديابي كرد. حتي در مقياس مجموعه هاي كهكشاني نيز فضا را مي توان به تقريب خوب يك فضاي تخت اقليدسي عادي دانست. ولي بنابر افكار متداول در فيزيك نظري و كيهانشناسي، تخت بودن فضا چيزي است فوق العاده نامحتمل و در نتيجه فهم علت آن دشوار است. بسيار محتملتر آن است كه جهان چنان پيچ و تاب يابد و فضايي چنان خميده را بوجود آورد كه به آنچه ديده مي شود شباهتي نداشته باشد .
اينها مسائلي نيست كه ماية نگراني بيشتر مردم شود، اما اسباب ناراحتي اخترفيزيكدان و كيهانشناس را فراهم مي آورد . آلن گوث، فيزيكداني نظري ، كه اكنون در ام . آي . تي است ، به سال 1981 در نظريه اي كه آن را «جهان متورم» ناميد ، پاسخي براي اين سؤالها پيشنهاد كرد. نظرية گوث را به حق مي توان اولين انديشة نو كيهانشناسي در چند دهة اخير دانست .
بنا بر نظرية گوث، تكامل جهان آغازين ـكه گهگاه جهان روياني نيز ناميده مي شودـ انبساطي يكنواخت در گازي سوزان و متشكل از ذرات، نبود. بلكه حالت جهان، در حاليكه هنوز آتشگويي بود، دستخوش تغيير و تحولي بنيادي شد، تحولي كه يك تغيير حالت [5] ناميده مي شود. بعد از اين تغيير حالت بود كه جهان، در حالت متعارفي انفجار بزرگ سوزان، با انبساطي نسبتاً يكنواخت قرار گرفت. اما پيش از اين تغيير حالت، جهان در حالتي بود كاملاً متفاوت موسوم به «حالت متورم » . جهان در اين دوران تورم ، دچار انبساطي عظيم شد .
اگر وجود حالت متورم را در زماني كه دماي جهان يك ميليون بيليون درجة كلوين بود بپذيريم، مي توانيم مسألة عليت را به صورت زير حل كنيم . در حالت متورم همة نواحي جهان مرئي كنوني ، حتي كهكشانهايي كه اكنون 20 ميليون سال نوري از هم فاصله دارند ، مي توانستند از طريق علايم نوري با هم مرتبط باشند . البته جهان در آن زما مانند امروز نبود . كهكشانها وجود نداشتند ، ولي افت و خيزهاي كوچكي كه در اين گاز ذرات وجود داشت بر يكديگر اثر مي كردند و همين افت و خيزها بودند كه رشد كردند و كهكشانها را بوجود آوردند . پس از تغيير حالت مفروض گوث پيوند اين افت و خيزها با يكديگر از هم گسست و ديگر ارتباط آنها با هم از دوردست به ما مي رسد ، آن افت و خيزهاي ـ كه اكنون كهكشان شده اند ـ با ما تماس حاصل مي كنند .
وجود يك حالت متورم در گذشته اين نكته را نيز توضيح مي دهد كه چرا در حال حاضر هندسة بزرگ مقياس جهان اينقدر تخت است . نظرية متعارف انفجار بزرگ ، شرايطي را در جهان آغازين فرض مي كند كه تختي كنوني جهان عملاً ناممكن بنظر مي رسد . اما فرض تورم گوث، پيوند ميان روال كنوني جهان و شرايط اوليه اي را كه براي جهان در نظر مي گيريم ، از ميان برمي دارد . مطابق نظر گوث هر قدر هم كه در يك مدل ، جهان آغازين ـ ففط يك ميليونيم ثانية پس از آغاز ـ « به دقت تنظيم شود » . حاصل نهايي جهاني است از لحاظ فضايي تخت ، مشروط بر آنكه در ابتدا تورم بزرگ اقتصادي توسل جست ، تورمي نه ده برابر ، بلكه بيليونها برابر . در اين صورت ديگر فرقي نمي كند كه مردم در آغاز تورم غني بوده اند يا فقير . پول همه بي ارزش مي شود و هر كس بي چون و چرا ورشكسته است .