ویژگی ها، پی آمدها و دشواری ها

چندین مشکل در سرتاسر تاریخ نظریه ی مهبانگ به نظر میرسند. امروزه، برخی از آن ها نکته های جالب تاریخی هستند و در پی بهتر و کامل تر شدن نظریه به عنوان پی آمدی از مشاهده های بهتر برطرف شده اند. پی آمدهای دیگری، مانند "هاله ی نورانی cuspy" و مساله ی "کهکشان کوتوله ی ماده ی تاریک سرد" هنگامی که در پالایش نظریه از آنان نامی برده می شود خطری جدی به شمار نمی آیند.

شمار کمی از هواداران کیهان شناسی های غیر استاندارد هستند که هنوز در این باره که " آیا مهبانگی وجود داشته است یا نه؟" دچار تردید هستند. آنان می گویند که چاره سازی های مساله های استاندارد در نظریه ی مهبانگ گرفتار ویرایش ها و پیوست های موردی و نه دارای کاربرد عمومی می شوند. بیشتر خرده گیری ها از بخش هایی از کیهان شناسی استاندارد که دربرگیرنده ی "ماده ی تاریک"،  "انرژی تاریک" و "تورم کیهانی" هستند انجام می شود. در هر حال، تا هنگامی که توضیح ها برای این ترکیب ها در مرزهای پژوهش در فیزیک هستند همگی با کمک مشاهده های nucleosynthesis مهبانگ، تابش زمینه ی کیهانی، ساختار بزرگ مقیاس عالم و ابرنواخترهای گونه ی Ia بررسی می شوند.

نشانه های گرانشی این ترکیب ها به شکل نظری و مشاهداتی آشکار شده اند ولی هنوز با موفقیت با مدل استاندارد فیزیک ذرات نیامیخته اند. گرچه برخی از نمودهای نظریه به طور ناکافی به کمک فیزیک ذرات بنیادی شرح داده شدند،کمابیش همه ی اخترشناسان و فیزیکدانان می پذیرند که سازشی نزدیک میان نظریه ی مهبانگ و مشاهده ها، به گونه ای ناگسستنی بخش های بنیادین نظریه را استوار می سازند.

عمر خوشه های کروی

در میانه ی دهه ی 1990 میلادی، مشاهده های خوشه های کروی هماهنگ با مهبانگ ظاهر نشدند. شبیه سازی های رایانه ای که مشاهده های گروه های ستاره ای خوشه های کروی را مطابقت می دادند پیشنهاد کردند که آن ها در حدود 15 میلیارد سال عمر دارند که با 13.7 میلیارد سال عمر جهان ناسازگار بود. این پی آمد به طور کلی در سال های پایانی دهه ی 1990 میلادی، هنگامی که شبیه سازی های رایانه ای نوین تر، که تاثیر جرم های گم شده با توجه به بارهای ستاره ای را در بر داشتند و یک عمر بسیار جوان تر را برای خوشه های کروی نشان دادند، حل شد. هنوز هم برخی پرسش ها درباره ی درستی عمر خوشه های کروی مانده است، ولی این روشن است که آن ها از کهن سال ترین اشیای جهان هستند.

ماده ی تاریک

در هنگام دهه های 70 و 80 میلادی، مشاهده های گوناگون نشان دادند که ماده ی مرئی در جهان به اندازه ی کافی برای ارائه ی دلیل شدت ظاهری نیروهای گرانشی درونی و میان کهکشانی وجود ندارد. این نشان می دهد که بیش از 90 درصد از ماده در جهان غیر عادی (یا ماده ی غیر باریونی) است (ترجیحا ماده ی تاریک است). افزون بر این، با این پندار که همه جهان از ماده ی معمولی بوجود آمده، پیشگویی ها به شدت با مشاهده ها ناهماهنگ می شوند. اگرچه ماده ی تاریک در آغاز بسیار ستیز برانگیز بود ولی هم اکنون به طور گسترده به عنوان بخشی از کیهان شناسی استاندارد، با توجه به مشاهده ی یکسان نبودن نسبی تابش زمینه کیهانی در همه جا، پراکندگی های سرعت خوشه ی کهکشانی و اندازه گیری های اشعه ی X از خوشه های کهکشانی پذیرفته شده است. ماده ی تاریک تنها با جا پای گرانشیش یافته شد؛ هیچ ذره ای که شاید آن را دیده شدنی کند وجود ندارد. به هر حال، فیزیکدانان بسیاری از طرفداران این نظریه به شمار می آیند و پروژه های گوناگونی برای یافتن آن ها انجام خواهد شد.

جهان آینده با توجه به نظریه ی مهبانگ

پیش از مشاهده های انرژی تاریک، کیهان شناسان دو پیشبینی برای آینده ی جهان مطرح می کردند. اگر چگالی جرم جهان بیش از چگالی بحرانی باشد آنگاه بزرگی جهان به یک اندازه ی بیشینه می رسد و سپس آغاز به کوچک شدن می کند. بنابراین دوباره جهان چگال تر و داغ تر می شود. پایانی همانند آغاز ولی وارون آن! دیگر آن که چگالی جهان برابر یا کم تر از چگالی بحرانی باشد، انبساط کند می شود ولی هرگز از ادامه باز نمی ایستد. هنگامی که جهان به سوی چگالی کم تر پیش می رود ساخته شدن ستاره ها از ادامه باز می ایستد. دمای میانگین جهان به صفر مطلق نزدیک می شود. آنتروپی جهان تا نقطه ای که هیچ شکل سازمان یافته ای از انرژی نمی تواند از آن بیرون رود افزایش می یابد، پیشگویی ای که" مرگ گرمایی" نام دارد. علاوه بر این، اگر واپاشی پروتون وجود داشته باشد آنگاه هیدروژن، فرم غالب ماده ی باریونی در جهان امروز، ناپدید می شود و تنها تابش از خود بر جای می گذارد.

مهبانگ به طور خلاصه

با توجه به قانون هابل متوجه میشویم که کیهان زمانی بسیار چگالتر از حال بوده و اجرام نسبت به هم بسیار نزدیکتر بوده اند. اما خوشبختانه تنها مدرک برای این موضوع قانون هابل نیست:

1. جهان شامل جرم میباشد و گرانش تنها نیرویی است که در مقیاس های بزرگ فاصله تاثیرگذار میباشد و سعی در کشیدن اجرام به سمت هم دارد. این مشاهده نشان میدهد که یکی از 3حالت زیر درست میباشد:

الف) کیهان سن محدودی دارد و گرانش هنوز زمان کافی برای فرو ریختن کیهان را پیدا نکرده است.

ب) کیهان در اندازه محدود است و مرکزی وجود ندارد که همه جرم ها در آن فرو بریزند.

پ) کیهان سریعتر از سرعت فرار خودش منبسط میشود. همه کهکشان ها آنقدر سرعت دارند که به جاذبه بینشان غلبه کنند.

2. آسمان شب تاریک است. این مساله به پارادکس اولمرت معروف است. اگر یک کیهان بیکران و نهایت داشته باشیم،  آسمان شب باید به روشنی آسمان روز باشد. میتوانیم این واقعیت را با ایستادن در جنگل و نگاه کردن به درختان مشابه بگیریم. اگر جنگل به اندازه کافی بزرگ باشد،  شما چیزی غیر از درخت مشاهده نخواهید کرد. در نتیجه یکی از 4 حالت زیر درست میباشد:

الف) کیهان سن محدود دارد و نور فرصت کافی برای رسیدن از فاصله های دوردست را نداشته.

ب) کیهان در اندازه محدود است و به اندازه کافی جرم برای پر کردن آسمان وجود ندارد.

پ) کیهان با چنان سرعتی منبسط میشود که نور بر اثر جابجایی دوپلری در بازه امواج الکترومغناطیسی قابل مشاهده قرار نمیگیرد.

ت) ستاره ها پدیده های تازه ای هستند و کیهان به تازگی شروع به تولید نور کرده.

3. کیهان در حال انبساط است که نشان میدهد:

الف) کیهان سن محدودی دارد.

ب) چون این واقعیت را میدانیم، نتیجه میگیریم که احتمال های 1-پ و 2-پ نادرست هستند.

4. تابش زمینه کیهانی وجود دارد که یک طیف کامل جسم سیاه در دمای 2.74 کلوین را نشان میدهد. این تابش با تقریب خوبی در همه جهات آسمان به یک شکل وجود دارد و تغییرات بسیار کمی در آن مشاهده شده است. وجود تابش زمینه کیهانی نشان دهنده آن است که زمانی همه کیهان دارای دمای یکسان بوده است.

5. فراوانی هلیوم : مقدار هلیوم در کل کیهان %25 کل جرم موجود است. اگر قرار بود هلیوم فقط در فرایندهای هسته ای ستاره ها تولید شود، این مقدار برابر %10 کل جرم موجود بود. یعنی زمانی یک شی هیدروژنی بسیار پر جرم و گداخته تبدیل به هیدروژن شده است.

به طور خلاصه کیهان دارای سن محدودی میباشد. ممکن است از نظر اندازه محدود باشد و ممکن است نباشد. زمانی کل کیهان داغ، فشرده و در یک دما بود و از آنجا انفجار بزرگ شروع شد.

مهبانگ شروع فضا و زمان میباشد. پرسیدن این سوال که"مهبانگ در کجا اتفاق افتاده؟" مثل این است که بگوییم شمال در قطب شمال کجاست؟ همه چیز در قطب شمال در جنوب قرار دارد. هر زمانی، بعد از مهبانگ معنا پیدا میکند، "مهبانگ" آغاز زمان است و قبل از آن معنا ندارد. این که بپرسیم مهبانگ در کجا اتفاق افتاده است هم سوالی بی معنا است، زیرا فضا در مهبانگ پدید آمده است. هیچ جایی قبل از مهبانگ وجود نداشته که بخواهیم آدرس وقوع پدیده را نسبت به آن بدهیم. به بیان دیگر، مهبانگ در همه جا اتفاق افتاده است و به همین خاطر تابش زمینه کیهانی در همه جا به یک شکل است. همه نقاط کیهان یک نقطه بودند و طبیعتا همه آنها دارای دمای یکسان بودند.

کیهان، دارای یک مرکز نیست، چه بیکران باشد، چه نباشد.اگر به مثال معروف بادکنک برگردیم، روی سطح کیهان همه نقاط مثل هم هستند، گوشه و مرکزی برای بادکنک یا کیهان و جود ندارد. توجه داشته باشید که این گفته معنای وجود نداشتن بیرون کیهان را نیز میدهد.

به صورت خلاصه:

1) مرکزی وجود ندارد. کیهان نسبت به هر نقطه ای درحال منبسط شدن میباشد.

2) قبل معنا ندارد. زمان از مهبانگ آغاز میشود.

3) کیهان داخل چیزی منبسط نمیشود. فضا از انبساط کیهان بوجود می آید

منابع:

1. بخش انگلیسی زبان دانشنامه آزاد ویکیپدیا http://en.wikipedia.org

2. http://www.allaboutscience.org

3. بخش مقالات کیهان شناسی سایت ناسا http://map.gsfc.nasa.gov  آرشیو 15/12/2005

4. شبکه فیزیک هوپا http://www.hupaa.com

5. بخش مقالات سایت آسمان پارس http://www.parssky.com

6. رابرت تی. دیکسون،  نجوم دینامیکی،  ترجمه: احمد خواجه نصیر طوسی،  نشر دانشگاهی،  1382