نظریه های مختلفی درباره پیدایش جهان ارائه شده است ولی مقبول ترین نظریه ، نظریه انفجار بزرگ است که می گوید، جهان حدود 15 میلیارد سال پیش بر اثر انفجاری عظیم بوجود آمد. جهان در آغاز بسیار کوچک ، درخشان ، داغ و متراکم بود، اما از آن زمان تا کنون در حال انبساط و گسترش بوده است. در مورد پایان جهان هم نظریه های مختلفی وجود دارد:

برخی معتقدند جهان برای همیشه در حال گسترش و انبساط خواهد بود. کائناتی را که همیشه در حال انبساط باشد، کائنات باز می نامند.

به عقیده برخی دیگر ، هنگامی که جهان به اندازه معین رسید ، انبساط آن متوقف شده و در همان حال ثابت می ماند.

گروه دیگر می گویند جهان سرانجام از انبساط باز می ایستد و انقباض و فروپاشی درونی آن آغاز می گردد. طبق این نظریه فروپاشی بزرگ همان مراحل انفجار بزرگ را در جهت عکس طی خواهد کرد تا به یک نقطه واحد تبدیل شود. جهانی با این خصوصیات را کائنات بسته می گویند.

تقابل دو نیرو

کائنات در حال انبساط و گسترش است ولی نیرویی وجود دارد که در مقابل این انبساط قرار می گیرد، آن نیرو ، گرانش است. بدلیل وجود نیروی گرانشی است که ماده ، ماده را جذب می کند. پس مواد تشکیل دهنده کائنات می خواهند همدیگر را جذب کنند، لذا گرایش کل کائنات بر آن است که روی خود فرو افتد و منقبض شود. آیا در این صورت نظر گروه سوم تایید می شود و کائنات فرو می پاشد؟

پاسخ این سوال بطور دقیق مشخص نیست. در اینجا با تقابل دو نیرو مواجهیم. یکی نیروی گرانشی و دیگری نیروی حاصل از انفجار بزرگ. هر کدام قویتر باشد، سرنوشت کائنات را رقم می زند. اگر نیروی گرانشی به اندازه کافی نیرومند باشد ، جریان دور شدن کهکشانها از یکدیگر روزی متوقف خواهد شد. آنها جهت خود را معکوس خواهند کرد و در یک حرکت انقباضی رو به سوی یکدیگر خواهند گذاشت. درجه حرارت و چگالی افزایش خواهد یافت و کائنات با طی روندی معکوس مراحل عظیم انفجار بزرگ را تجربه خواهد کرد و کائنات بسته خواهد بود.

اگر دو نیرو با هم برابر باشند ، نظریه گروه دوم حاکم خواهد بود و جهان ثابت خواهد ماند ولی اگر نیروی حاصل از انفجار بزرگ قویتر از نیروی گرانشی باشد ، جهان همچنان به انبساط خود ادامه خواهد داد، کهکشانها از یکدیگر دورتر خواهند شد و کائنات ما کائناتی باز خواهد بود.

چگالی جهان

با وجود خلا فضای بین ستاره‌ای بنظر می رسد جرم جهان ما کمتر از آن باشد که بتواند در آینده منقبض شود. آینده ما چگونه است؟ یک حریق بزرگ تازه یا شاید پیشروی به سمت سرمای بیشتر و فضای خالی بیشتر؟ برای پاسخگویی به این سوال ، باید نیروی گرانشی کائنات یا معادل آن چگالی ماده موجود در کائنات را حساب کنیم.

جهان در حال انبساط است و نیروهای جاذبه بین مواد باعث کند شدن این انبساط می شوند. هرچه جرم جهان متراکم تر باشد ، به همان اندازه چگالی زیاد شده و انبساط آن کندتر می شود. جهانی که چگالی بالایی دارد ، ممکن است بالاخره به خاطر قدرت نیروهای جاذبه بین قسمتهای تشکیل دهنده اش ، منقبض شود و جهان بسته بماند (کائنات بسته).

اگر جهان به اندازه کافی چگالی نداشته باشد، برای همیشه در حال انبساط و بصورت جهان باز خواهد بود.(کائنات باز)

چگالی بحرانی

اندازه کافی که برای چگالی گفته می شود، چقدر است؟ این اندازه برابر 5x10-27Kg/m3 است که چگالی بحرانی می باشد. چگالی بحرانی معیاری است برای تعیین باز یا بسته بودن جهان.

اگر چگالی جهان از چگالی بحرانی بیشتر باشد، جهان ، جهان بسته خواهد بود.

اگر چگالی جهان از چگالی بحرانی کمتر باشد، جهان ، جهان باز خواهد بود.

اندازه گیری چگالی جهان

حال ببینیم چگالی جهان را چگونه اندازه بگیریم؟ چگالی کمیت یک ماده در واحد حجم معین است. حجم مورد نظر در مورد کائنات باید بسیار بزرگ باشد. حجمی شاید به اندازه یک ابرخوشه. برای محاسبه ماده موجود در این حجم ، جرم کهکشانها را با هم جمع می کنیم. این کار در مورد مواد مرئی که به سمت ما نور می فرستند، میسر است ولی در مورد ماده ای که نمی بینیم ، نمی توانیم جرم آن را حدس بزنیم. موادی مثل ستارگان و سیاره های مرده ، سیاره هایی که دور از هر منشا نوری قرار دارند ، صورتهای احتمالی ماده که هنوز نمی شناسیم ، ماده سیاه و ...

اسحاق نیوتن می گوید: ماده ، چه نورانی چه تاریک ، شناخته شده یا ناشناخته ، از طریق نیروی گرانشی خود را به ما نشان می دهد. فرض کنیم خورشید نور افشانی نمی کرد در این صورت نمی توانستیم آن را ببینیم ولی حرکت سیاره ها به دور خورشید همچنان ادامه داشت و اختر شناسان می توانستند بدون آنکه قادر به دیدن خورشید باشند، به وجود آن پی ببرند و با دنبال کردن حرکات زمین نسبت به ستارگان ، جرم آن را اندازه بگیرند.

اخترشناسان با بهره گیری از روشهای مشابه می‌توانند چگالی کل کائنات را اندازه بگیرند. نتیجه اندازه گیری آنها در کل فضای قابل مشاهده بطور میانگین حدود یک سوم اتم در حجم یک متر مکعب فضا است. به لحاظ نظری برای اینکه حرکت کهکشانها در آینده متوقف یا معکوس شود ، این چگالی باید بیش از ده اتم در هر متر مکعب باشد. با توجه به واقعیات مشهود چنین امری بعید به نظر می رسد، ولی چون ابزار دقیق اندازه گیری نداریم، نمی توانیم این امکان را کاملا منتفی بشماریم، ولی اگر چنین باشد ، کائنات باز خواهد بود.

نسبت فراوانی هیدروژن سنگین (دوتریوم) به هیدروژن سبک از فرضیه کائنات باز حمایت می کند. پس سبک بودن کائنات و فراوانی دوتریوم نشان می دهد که کائنات تا ابد منبسط خواهد شد.

روی دیگر سکه

در بحث فوق ما فرض کردیم می توانیم چگالی همه حفره های سیاه را که بصورت ستاره های تاریک یا هاله های تیره هستند، محاسبه کنیم. ضمنا ما برای نوترینوها جرم در نظر نگرفتیم . ممکن است این ذرات جرمی هرچند بسیار بسیار اندک داشته باشند ولی به دلیل تعداد بیشمار آنها این جرم می تواند نتیجه محاسبات ما را معکوس کند.

نوشته : مسعود آموزگار



جواب این سوال را تا به حال هیچ دانشمند و یا فیلسوفی نیافته است. حتی هاوکینگ دانشمند و اختر شناس بزرگ در جواب به آن گفته است :«اگرجواب این سوال را بدانم مطمئناً به سوال های دیگری خواهم رسید که آغازگرکشف نظریه ی همه چیز) Theory of every thing) و رسیدن به قله های ناممکن فیزیک و تمام علوم دیگر است.» از نظریه ی همه چیز گفتیم ، حتماً محتوای این نظریه ی جدید که هنوز کامل نشده برای شما مبهم است. پس در این مقاله به بحث و بررسی درباره ارکان سازنده ی این نظریه خواهیم پرداخت. نظریه ای که شاید انسان بتواند با داشتن آن فکر خدا را درباره ی کائنات و جهان آفرینش بخواند و خود را به بینهایت نزدیک تر سازد. به عبارت دیگر تلاش ما بیان مفاهیمی است که انسان برای یافتن سرنوشت ویا گذشته ی خویش به آن هااحتیاج دارد .

بهتر است قبل ازبررسی پایه ای این نظریه با چند مفهوم وعبارت آشنا شویم:

1- سیاهچاله ها یا ستاره های رمبیده شده (Blackholes): یک سیاهچاله یک جرم متراکم و یک ستاره ی مرده است که در آن گرانش به حدی شدید است که حتی نور نیز نمی تواند از آن بگریزد، پس یک سیاه چاله دیده نمی شود .

2- انفجار بزرگ( (Big Bang: نظریه ای که می گوید جهان در ابتدا یک گوی آتشین بسیار داغ بوده که منفجر شده و ماده وانرژی و...را بوجود آورده است تا جهان بصورتی که امروزه می بینیم در آید این نظریه در قرن نوزدهم میلادی توسط هوگان ارائه شد.

3- مکانیک کوانتومی( Quantum mechanics): سال ها پیش تصور می شد که کوچک ترین اجزای تشکیل دهنده ی ماده، اتم ها هستند ولی بعدها کشف شد که در اتم نیز هسته ای وجود دارد که الکترون ها به دورآن چرخش می کنند و همین طور خود هسته از ذرات کوچک تری به نام نوکلئون تشکیل شده و هر یک از نوکلئون ها نیز باز از ذرات کوچک تری به نام کوارک ها تشکیل یافته اند که بار و وزن هسته اتم را مشخص می کنند . کوارک ها یکی از ذرات بنیادین هستند که بعد از انفجار بزرگ بوجود آمدند.کوارک ها دارای شش نوع هستند که هسته اتم فقط از دو نوع اول آنها یعنی up , down تشکیل یافته است.

4- نیروهای بنیادین یا اولیه :بین ذرات بنیادین چهارنوع نیروعمل می کند که عبارتند از:

الف) نیروی پر قدرت کوارک :این نیرو از جدا شدن بیش از حد کوارک های داخل هسته از یکدیگر و یا حتی از پرت شدن آنها به خارج جلوگیری می کند ، نیروی پر قدرت کوارک از طریق ذرات مبادله کننده(گلوئون)انتقال می یابد که بین کوارک ها در پروازهستند .

ب) نیروی الکترومغناطیسی : یک ذره دارای بارمنفی به وسیله یک ذره ی منفی دیگر دفع و به سوی یک ذره با بارمثبت جذب می شود این نیرو توسط فوتون ها مبادله می شود .

پ) نیروی ضعیف : این نیرودربین ذرات بدون بار(خنثی)ودرفواصل خیلی نزدیک برقراراست و باعث رادیواکتیویته می شود که نوعی از آنرا رادیواکتیویته ی بتا می نامند وذره ی پیام رسان این نیرو«ویکون»نام دارد.

ت) نیروی گرانش : یکی از چهار نیروی طبیعت که ضعیف ترین آنهاست . گرانی،همیشه جذب می کند،هیچ گاه دفع نمی کندومی تواند تا فواصل بسیاردور،تاثیرداشته باشد.همچنین ذره ی پیام رسان این نیرو«گراویتون»نام دارد که تاکنون بطور مستقیم مشاهده نشده است.

انرژی تاریک (Dark energy ):

یکی ازنظریه هایی که ما را دررسیدن به «نظریه ی همه چیز» یاری می کند،نظریه ی اینشتین درمورد مجموعه ایست که سبب انبساط جهان می شود.این مجموعه (منظورماده وانرژی)حدود 95 درصد ماده وانرژی جهان را تشکیل می دهد.

ازاین مجموعه ی 95 درصدی،30درصد ماده ی تاریک (Dark matter)و65درصد انرژی تاریک (Dark energy)است که عامل شتاب داربودن انبساط و بی نظمی جهان می باشد.همچنین سیاهچاله ها نیز نوعی ماده تاریک محسوب می شوند. نظریه پردازان انرژی تاریک یا نیروی ضد جاذبه معتقدند که: این نیرو در طول زمان می تواند نیرومندتر یا ضعیف تر شود.این نیرو یا سرانجام دنیا را در یک لحظه از هم می پاشاند،یا درآینده ی دوررفته رفته آن را خاموش می کند.این آینده ی دور10 میلیارد سال با زمان حال فاصله دارد.اگراین نیروخود به خود ازمیان برود،جاذبه باردیگربر گیتی مستولی می شود و جهان خود به خود فرومی پاشد.این نیرومدت هاست که وجود دارد وتغییر آن بسیارکند وآرام است.

یکی از کیهان شناسان به نام دکتر"ریس"می گوید:«هرگونه تحول تسریع کننده،که به قدرتمند شدن این انرژی تاریک منجرشود تا30میلیارد سال دیگرروی نخواهد داد.»هم چنین برخی محاسبات دانشمندان درباره ی قدرت این انرژی به یک عدد واحد رسیده است که نام آن را«»wگذاشته اند.این عدد درحقیقت نسبت میان فشاروتراکم این انرژی تاریک است.یکی ازعجیب ترین خصوصیات این انرژی مرموزاین است که برخلاف ماده یا انرژی معمولی چگالی آن با انبساط فضا کاهش نمی یابد و شواهد زیادی حکایت ازآن دارد که همیشه دارای چگالی ثابتی است.به این ترتیب با انبساط جهان چگالی مواد معمولی رفته رفته کمتر می شودوحتی نسبتی کمتراز5 درصد را به خود اختصاص خواهد داد ولی درصد انرژی تاریک روبه ازدیاد خواهد گذاشت.

امید است با ادامه ی کاردانشمندان در آینده ی نزدیک هیجان انگیزترین راز علم حل شود.

فرضیه سفردرزمان: یکی ازجالب ترین افکاربشر،ایده ی جابجایی دربعد زمان است.اینشتین با ارائه ی نظریه ی نسبیت خاص خود نشان داد که این کار از نظرتئوری شدنی است،برطبق این نظریه اگرشیئی به سرعت نورنزدیک شود،گذشت زمان برایش آهسته تر صورت می گیرد.بنابراین اگر بشود با سرعت بیش از سرعت نور حرکت کرد زمان به عقب بر می گردد.مانع اصلی این است که اگرجسمی به سرعت نور نزدیک شود جرم نسبی آن به بی نهایت میل می کند لذا نمی شود شتابی بیش از سرعت نور پیدا کرد. اما شاید روزی هم این مشکل حل شود!

دانشمندان براین عقیده هستندکه این کاربه کمک یک پدیده ی طبیعی صورت می گیرد.دراین خصوص سه پدیده مدنظراست:

(سیاهچاله های دوار ، کرم چاله هاوریسمان های کیهانی )

سیاهچاله های دوار:سیاهچاله ها بر دو نوع اند ، دوار و غیر دوار ، سیاهچاله های غیردوار دارای انتهای نقطه مانند هستند ، در آن جا هر جسمی که به حفره مکش شده باشد نابود می شود ، اما

سیاهچاله های دوار دارای انتهایی قاعده دار به شکل حلقه هستند که مانند یک قیف واقعی انتهایشان بازاست،همچنین فقط این نوع سیاهچاله است که می تواند سکوی پرتاب به آینده یا گذشته باشد.انتهای قیف به یک قیف دیگر به اسم سفیدچاله(White hole) می رسد که درست عکس آن عمل می کند.یعنی هر جسمی را به شدت به بیرون پرتاب می کند.ازهمین جاست که می توانیم پا به زمان هاوجهان های دیگربگذاریم.

کرمچاله ها(Worm holes): یک سکوی دیگر گذر از زمان است که می تواند درعرض چند ساعت ماراچندین سال نوری جابجا کند.فرض کنید دونفردوطرف یک ملافه راگرفته ومی کشنداگر یک توپ تنیس برروی ملافه قرار دهیم یک انحنا درسطح ملافه به سمت توپ ایجادمی شود.

یک تیله روی این ملافه قرار دهیم به سمت چاله ای که توپ ایجاد کرده است می رود.

این نظر اینشتین است که کرات آسمانی در فضا و انحنا ایجاد می کنند ،درست مثل همان توپ روی ملافه. حالا فرض کنیم فضا به صورت یک لایه ی دوبعدی روی یک محورتاشده باشد وبین نیمه بالاوپایین آن خالی باشدودوجرم هم اندازه درقسمت بالا وپائین مقابل هم قرارگیردآن وقت حفره ای که هردو ایجاد می کنند می توانند به هم دیگررسیده وایجاد یک تونل کند0مثل این که یک میانبردرزمان ومکان ایجاد شده باشد به این تونل کرمچاله می گویند.

حال سوالی پیش می آید که اگرما می توانستیم به گذشته سفرکنیم.زمانی که هنوزبه دنیانیامده بودیم وپدربزرگ خودرامی کشتیم پس چگونه ماوجود داریم این یک پارادوکس است ونقیض خودش دردرونش است ولی باید گفت راه حلی نیزبرای این موضوع پیداشده است واین راه حل نظریه ی جهان های موازی است.طبق این نظریه امکان داردچندین جهان وجود داشته باشد،که مشابه جهان ماست اما ترتیب وقایع درآنهافرق می کند.پس وقتی به عقب برمیگردیم دریک جهان دیگروجود داریم نه درجهانی که درآن هستیم.همچنین می توان گفت که این نظریه تقریبا همجهت ومنطبق با نظریه استیفن هاوکینگ درباره ی جهان های نوزاد است که بیانگر این است که غیرازجهان ما جهان های دیگری نیزوجود دارند که ازطریق راه هائی به هم متصلند.

نظریه ریسمانهای کیهانی یا ابر ریسمان:

یکی ازبرترین موفقیت های علم درقرن بیستم این است که درسطح پایه،قوانین فیزیک به دو فرمول خلاصه شدند:

1-تئوری گرانش اینشتن:که فضاهای بسیاربزرگ راتوصیف می کند.مثلاکهکشانها، سیاهچاله ها وانفجار بزرگ.

2-تئوری کوانتومی:که فضاهای بسیارکوچک راتوصیف می کند0مثلاجهان کوچک ذرات زیر اتمی والکترومغناطیس0

یکی از بزرگترین طنزهای طبیعت کیهان شناسی اتحاداین دوفرمول است که واقعاگیج کننده به نظرمی رسد وحتی بزرگترین فیزیکدانان جهان مثل اینشتین وهایزنبرگ نتوانستند ازعهده ی آن برآیند،خوشبختانه مایک تئوری مناسب برای اتحاداین دونیروداریم (در حقیقت این تنها تئوری است و دیگرتئوری هابه تناقض رسیده اند ) که ابر ریسمان نامیده می شود که به سادگی دستگاه گرانشی را با تئوری الکترومغناطیس که برای حل مشکلات کرمچاله های کوانتومی لازم است،متحد می کند.

تئوری ابرریسمان قوانین مبهم فیزیک کوانتومی رابافرض این که ذرات زیراتمی درحقیقت ارتعاشی از یک رشته کوچک هستند توضیح می دهد،ارتعاش یک رشته ویالون سبب ایجاد یک نت می شود،همچنین ارتعاش یک ابرریسمان سبب ایجاد ذرات موجود درطبیعت می شود. بنابراین جهان یک سمفونی ازریسمان های درحال ارتعاش است و توضیح بیشتراین که یک ریسمان که درزمان حرکت می کند باعث انحنای فضای اطرافش می شود که سیاهچاله،کرمچاله ودیگرجوابهای مرموزاینیشتن رامی سازد ودریک کلام، تئوری ریسمان،تئوری اینیشتن وکوانتوم فیزیک را با یک نتیجه ی منطقی متحد می کند.

همچنین باید دانست،که این ذرات زیراتمی که سازنده ی تارهای این ویالون هستندآن قدرکوچک هستند طوری که اگرهسته ی اتم هیدروژن راشهرتهران فرض کنیم اندازه این ذرات اتمی درداخل این شهراست به عبارتی دیگراین ذره 18-^10برابریک اتم است.

ادوارد ویتن ازموسسه ی تحصیلی پیشرفته در پرینستون ادعاکرده است: «تئوری ابرریسمان تئوری قرن بیست ویکم است که تصادفادرقرن بیستم کشف شده است وهنوز ریاضیات موردنیازقرن بیست ویکم برای حل سیاهچاله های کوانتمی کشف نشده است.»تا اینجا به تلاش های انجام شده و نظریه های ارائه شده برای رسیدن به نظریه کلی «همه چیز» پرداختیم.در پایان بهتراست شناخت دقیق تری نیز از خود نظریه درحیطه ی فیزیک داشته باشیم:

این نظریه :

ـ باید مدلی به ما بدهد که بین نیروها وذرات،یگانگی ایجاد کند.

ـ باید به این سوال پاسخ دهد که«شرایط مرزی»چیست؟ شرایطی که دراولین لحظه،قبل ازآن که هیچ زمانی بگذرد وجود داشته است.

ـ باید امکان چند انتخاب را بدهد.باید محدود کننده باشد.به عنوان مثال،باید دقیقاً پیشگویی کند که چند نوع ذره وجود دارد. اگرحق انتخاب هایی راباقی می گذارد،بایداین واقعیت را به نحوی توضیح دهد که این، جهانی است که ما داریم،نه جهانی که با آن اندک تفاوتی دارد.

ـ باید تعداد کمی اجزای اختیاری داشته باشد ، هاوکینگ نظریه ای دارد به نام سوراخ کرم 4که

میتواند به این معنی باشد که ما هیچ گاه نظریه ای بدون اجزای اختیاری نخواهیم داشت با این حال ، ترجیح می دهیم که برای پاسخ ها نباید نگاه زیرچشمی بسیارمکرری به جهان واقعی داشته باشیم، شگفت آن که نظریه ی«همه چیز»ممکن است یک جزءاختیاری باشد.

ـ باید جهانی،مثل جهانی راکه مشاهده می کنیم،پیشگویی کند یابه طورقانع کننده ای توضیح دهد که چرا اختلافی وجود دارد.یک نظریه «همه چیز»بایدراهی بیابد تادرقیاس با آنچه مامشاهده می کنیم، ایستادگی کند.

ـ باید ساده باشد و درهمان حال،امکان پیچیدگی های عظیم رابدهد.

ـ بایدمعمای ترکیب نظریه ی نسبیت عام اینیشتن (نظریه ای که معمولاباآن گرانی راتوضیح می دهیم)ومکانیک کوانتومی(نظریه ای که معمولابه هنگام بحث درباره ی سه نیروی دیگربه کار می بریم)راحل کند.