کیهان شناسی و رونمایی از داستان جهان

• توسط : محبوبه خاوری
• در : ۱۳۹۹-۰۷-۲۰
• در : هوا و فضا

نزدیک به هزاران سال است که انسان ها ستاره ها را تماشا می کنند و از خود می پرسند جهان چگونه به وجود آمده است و چه زمانی دنیای ما ایجاد شده است و آیا اساساً مفهومی به نام “زمان” وجود دارد؟ این سوال ها تا سال های طولانی بی پاسخ بودند تا این که در حوالی جنگ جهانی اول محققان اولین ابزارهای مناسب برای مشاهده فضا را پیدا کردند و این ابزارها می توانست به آن ها کمک کند تا به عمق آسمان ها و فضا، جایی که تاریخ جهان از آن نشأت می گرفت نگاه دقیق تری بی اندازند و با تاریخچه شکل گیری جهان آشنا شوند و بدانند که این جهان چه زمانی پدید آمد؛ این سوالات اغلب در قالب علم کیهان شناسی پاسخ داده می شوند.

پل اشتاین هارد Paul Steinhardt کیهان شناس در دانشگاه پرینستون که در خصوص “آغاز زمان” مطالعه می کند می خواهد به این سوال پاسخ دهد که ” آیا زمان شروعی داشته یا خیر” در این باره می گوید: “من کیهان شناسی را به عنوان یکی از قدیمی ترین موضوعات مورد علاقه انسان، اما به عنوان یکی از جدیدترین علوم می شناسم.”

بر خلاف تصور علم کیهان شناسی به مطالعه جداگانه ستاره ها، سیاهچاله ها و کهکشان ها نمی پردازد بلکه به طور خلاصه، کیهان را به عنوان یک موجودیت مطالعه می کند و به تجزیه و تحلیل آن می پردازد و سعی می کند به سوالات بزرگی چون: جهان از کجا به وجود آمده است؟ عاقبت جهان چه خواهد بود؟ و پرسش هایی نظیر آن پاسخ دهند.

گلنیس فارار Glennys Farrar، فیزیکدان ذرات از دانشگاه نیویورک در این خصوص اظهار داشته است: “کیهان شناسی در تلاش است تا تصویری بسیار بزرگ از ماهیت جهان ارائه نماید.”

بیشتر بخوانید : زندگی نامه گالیلئو گالیله

از آنجا که این رشته با پدیده های فراوانی روبرو است – از ذرات موجود در خلاء تا پارچه فضا و زمان- لذا کیهان شناسی به شدت در بسیاری از علوم از جمله نجوم، اخترفیزیک و به طور فزاینده فیزیک ذرات مورد استفاده قرار می گیرد. پل اشتاین هارد در این خصوص می گوید: “کیهان شناسی گاه در فیزیک و گاه در اخترفیزیک و گاه در بخشی دیگری از یک علم ظاهر می شود و همین است که به اهمیت آن و نیازی که ما به آن داریم اشاره می کند.”

تاریخچه جهان و کیهان شناسی

ماهیت میان رشته ای کیهان شناسی به آن کمک می کند تا به تفسیر آغاز و پایان جهان بپردازد. اندكی پس از آنكه آلبرت انیشتین تئوری نسبیت عام را توسعه داد؛ چارچوب ریاضی متناسب با آن نیز شکل گرفت که جاذبه را نتیجه خمش فضا و زمان توصیف می کرد و  همان زمان یعنی حوالی ۱۹۲۰ بود که تصویر مدرن ما از جهان شکل گرفت.

اشتاین هارد می گوید: “قبل از اینکه ماهیت گرانش را درک کنید ، واقعاً نمی توانید نظریه ای مبنی بر اینکه چرا همه چیز در جهان به این گونه و به این شکل کنونی خودش است بسازید.
سایر نیروها تأثیرات بیشتری روی ذرات دارند، اما گرانش بازیگر اصلی عرصه سیارات، ستاره ها و کهکشان ها است. توصیف گرانش ایزاک نیوتن اغلب در این قلمرو نیز کار می کند ، اما فضا (و زمان) را به عنوان یک پس زمینه غیر منعطف و تغییر ناپذیر در نظر می گیرد که می تواند وقایع را اندازه گیری کند. حقیقت آن است که انیشتین نشان داد فضا می تواند گسترش یابد و منقبض شود و آن را از نقش یک بازیگر منفعل خارج کرده و به عنوان یک بازیگر فعال و پویا معرفی کرد.”

در اواسط دهه ۱۹۲۰ میلادی بود که ادوین هابل ستاره شناس مشاهداتی را از تلسکوپ هوکر که بر فراز رصدخانه کوه ویلسون در کالیفرنیا واقع شده بود انجام داد. او سعی می کرد تا موقعیت برخی ابرها را در فضا بررسی کند. هابل ثابت كرد كه این “سحابی ها” ابرهای محلی كوچك نیستند اما درعوض، خوشه های ستاره ای وسیع و دوردست شبیه به راه شیری بودند و به به نظر شبیه دریایی به نظر می رسیدند که در آن جزایر مختلف در این سو و آن سو پراکنده شده بودند و امروزه ما آن ها را به عنوان کهشکشان می شناسیم و می دانیم که تعداد آن ها به بیش از تریلیون ها عدد می رسد.

ارهای هابل در اواخر دهه ۱۹۲۰ نشان داد كهكشان ها در هر جهت از ما دور می شوند؛ این نظریه موجب پدید آمدن اختلاف نظر بین محققان در چند دهه گذشته شده است و بحث پیرامون آن همچنان ادامه دارد.  اندازه گیری نهایی پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) – نوری که از سالهای اولیه جهان به وجود آمده و از آن زمان در مایکروویوها کشیده شده است – در دهه ۱۹۶۰ اثبات کرد که واقعیت با یکی از امکاناتی که توسط نسبیت عام پیشنهاد شده است مطابقت دارد: نقطه آغاز جهان کوچک اما بسیار داغ بوده است و هر چه از عمر آن گذشته است؛ جهان بزرگتر و سردتر شده است. این مفهوم به عنوان تئوری بیگ بنگ معروف شد و کیهان شناسان را به تکاپوی گسترده انداخت زیرا یک مفهوم بزرگ در خود داشت و آن هم این بود که اگر آغاز برای جهان وجود داشته پس باید پایانی هم برای آن باشد اما این پایان چقدر به ما نزدیک است؟

آغاز ما در انجام ماست و شاید با کشف این که جهان چگونه آغاز  شد بتوان به سرانجام آن نیز پی برد. همین موضوع سبب شده است که ستاره شناسان با کمک تلسکوپ های قدرتمند خوداعماق کهکشان ها را بکاوند و ببینند جهان چگونه شکل گرفته است. مشاهدات ستاره شناسی ما را به کشف رازآلود دیگری نائل کرده است؛ این پژوهش ها نشان داده اند بخش عمده ای از جهان از ماده ای نامرئی تشکیل شده است که از آن به عنوان “ماده تاریک” می شناسیم.

بیشتر بخوانید : فرق دنباله دار با شهاب سنگ و سیارک ها

اولین بار موضوع ماده تاریک و نقش آن در پیدایش جهان در دهه ۱۹۷۰ مطرح شد. در آن زمان، ستاره شناس ورا روبین  Vera Rubin متوجه شد کهکشان ها خیلی سریع در حال چرخش هستند و به سرعت از هم دور می شوند. بررسی های بعدی نشان داد که کهکشان هایی که ما آن را مشاهده می کنیم هسته هایی در مرکز کره های بزرگ “ماده تاریک” هستند.

کمی بعد تلسکوپ فضایی هابل علائم تنوع غیرمنتظره ای از انرژی را کشف کرد که ارتباطی با ماده تاریک نداشت. در دهه ۱۹۹۰ کیهان شناسان متوجه شدند که ۷۰ درصد از جهان از “انرژی تاریک” تشکیل شده است؛ این انرژی سرعت گسترش جهان را به طرز چشم گیری افزایش می دهد. “انرژی تاریک” که احتمالاً نوعی انرژی ذاتی از خود فضا است؛ جهان را سریعتر از گرانش سوق می دهد تا بتواند کیهان را به هم نزدیک کند.

ما در یک نقط گذار در تاریخ جهان قرار داریم و در برهه ای از تاریخ آن به سر می بریم که این ماده بر آن تسلط دارد تا جایی که بر شکل جدیدی از انرژی بر آن تسلط یابد. اگر بخواهیم به صورت خلاصه و مختصر در این باره صحبت کنیم در یک جمله می توان گفت که “ماده تاریک گذشته ما را تعیین می کند. انرژی تاریک آینده ما را.”

کیهان شناسی مدرن و آینده

کیهان شناسی کلاسیک تاکنون به اکتشافات مهمی دست یافته است؛ این مجموعه معادلات که گاه به عنوان الگوی استاندارد کیهان شناسی شناخته می شود و به عنوان یک مدل، معادلات جهان را از حدود اول و دوم خود به بعد توصیف می کند. این مدل مقدار مشخصی از انرژی تاریک (لامبدا lambda، برای نمایندگی آن در نسبیت عام) و ماده تاریک سرد (CDM) را فرض می کند و حدس هایی مشابه راجع به میزان ماده قابل رویت، شکل جهان و سایر خصوصیات مربوط به آن را تعیین می نماید.

یافته های به دست آمده نشانه هایی هستند که ما را از کودکی جهان مطلع می کنند؛ اما مدل های به دست آمده از آن دوران می توانند ما را علاوه بر گذشته از آینده جهان نیز مطلع نمایند.