بیگ بنگ یا انفجار بزرگ و نگاهی به اتفاقات اولیه
در رویداد بیگ بنگ 13.7 میلیارد سال پیش جهان ما فوق العاده داغ بود و دمای بیش از چند میلیارد درجه داشت و بسیار کوچک بود و اندازه ای به اندازه یک هلو را دارا بود.برای آشنایی کامل با انفجار بزرگ تا انتهای مقاله بیگ بنگ یا انفجار بزرگ با مجله تخصصی آندرومدا مگ همراه باشید.
پائول ام ساتر یک فیزیکدان در بخش استونی بروک و موسسه فلاتیرون و مجری برنامه از یک فضانورد و یک رادیوی فضایی سوالاتتان را بپرسید و نویسنده کتاب چگونه در فضا بمیریم هست. او این مقاله را در Space.com’s Expert Voices انتشار داد و چه باور کنید و چه باور نکنید فیزیکدانان در جهان درتلاش اند قدمت جهان را که فقط چند ثانیه است را درک کنند.
چند ثانیه اول بیگ بنگ
اوضاع در اینجا کمی پیچیده می باشد ولی پیشرفت قابل توجهی نیز وجود داشته استو هنوز باید چیزهای زیادی را یاد بگیریم. و وقتی سیاهچاله های کوچک را از طریق ارتباطات فیزیکی بررسی کنیم میفهمیمی که جهان در ابتدا بسیار جهان شلوغی بوده است.
آن چیزهایی که باید بدانیم و میدانیم
حالا بیایید یک چارچوب کلی را معرفی کنیم. 13.77 میلیارد سال پیش جهان ما فوق العاده داغ بود.و دمای بیش از چند میلیارد درجه داشت و بسیار کوچک بود و اندازه ای به اندازه یک هلو را دارا بود. ستاره شناسان گمان میکنند وقتی کیهان ما کمترا ز یک ثانیه عمر داشته است، انبساط گسترده ای را نیز پشت سر گذاشته است. این گستردگی متحول ترین دوره ای است که درت اریخ جهان ما رخ داده است.
و در کمتر از یک چشم به هم زدن جهان ما به طرز باور نکردنی بزرگتر شد و دارای ضریب 10^52 می باشد. و وقتی این انبساط کاهش یافت، فهمیده شد که هر چیزی که انبساط سریعی داشته باعث جاری شدن موارد تابشی در سرتاسر جهان شده است. ودر عرض چند دقیقه اولین عناصر ظهور نمودند و قبل از این زمان، جهان بسیار گرم و بیش از حد متراکم بود و برای تشکیل هر ماده ای شرایط پایداری داشتو شامل عناصر مختلفی چون کوارک ها(عناصر اصلی ساخت هسته های اتمی) گلوئون ها( عناصر حامل نیروهای هسته ای) می باشد.
اما هنگامی که جهان ده دقیقه شرایط سالمی را داشت تجربه می نمود به اندازه کافی منبسط وسرد شد تا کوارک ها بتوانند خود را متصل کنند و اولین پروتون ها و نوترون ها را تشکیل دهند. و این پروتون ها ونوترون ها اولین هیدروژن و هلیوم (و کمی لیتیوم) را ساختند که حتی تا صد ها میلیون سال بعد برای ساخت اولین ستاره ها وکهکشان ها ادامه داشت. از زمان شکل گیری اولین عناصر، جهان فقط منبسط و سرد می شود و در نهایت به یک بخش پلاسمایی و سپس به یک بخش گازی خنثی تبدیل می گردد. در صورتی که میدانیم این امر درست است ولی میدانیم که جزییاتی زیادی را درک ننموده ایم به خصوص جزییاتی که در زمان قبل از شکل گیری عناصر اولیه وجود داشته است. برخی موارد فیزیکی نیز نشان میدهد که فقط چند ثانیه از عمر جهان ما گذشته است و به چیزی رسیده ایم که فراتر از درک و نظر ماست.
و اما مواردی دیگر
مقاله ای که اخیراً در مجله arXiv چاپ شده است و برای چاپ در مجله اخترفیزیک پذیرفته شده است ، برخی از سناریوهای عجیب و غریب در اوایل جهان را ارائه می دهد.
به عنوان مثال ، کلی سوال در مورد ماده تاریک وجود هست. ما نمی دانیم ماده تاریک از چه ماده ای ساخته شده است ، اما می دانیم که بیش از 80٪ ماده موجود در جهان را به خود اختصاص داده است. ما یک داستان کاملاً درک شده داریم که چگونه ماده طبیعی از سوپ گرم و متراکم کیهان اولیه نشات گرفته است ، اما هیچ سرنخی از زمان یا چگونگی ورود ماده تاریک به صحنه نداریم. در چند ثانیه اول ظاهر شد؟ یا خیلی دیرتر؟ آیا این شیمی کیهانی را که منجر به اولین عناصر شده است بهم ریخت یا در پس زمینه خودش باقی ماند؟ ما این اصول را نمی دانیم
سپس انبساط بوجود آمد. ما نمی دانیم چه چیزی منبع تغذیه رویداد توسعه باورنکردنی را فراهم کرده است ، نمی دانیم چرا این مدت طولانی ادامه یافت و نمی دانیم که سرانجام چه چیزی آن را متوقف کرد. شاید انبساط بیش از آنچه که تصور می کردیم ماندگار شده است و حضور آن را به جای کسری جزئی که فرض کرده ایم ، برای یک ثانیه شناخته شده است. یکی دیگر از این موارد این است که: این بخش عظیم در کنار هر کیهان شناسی است که به نام عدم تقارن ماده و پادماده شناخته می شود. ما از آزمایشات می بینیم که ماده و پاد ماده کاملاً متقارن هستند: برای هر ذره از ماده ساخته شده در واکنش ها در سراسر جهان ، یک ذره مربوط به پاد ماده نیز وجود دارد. اما وقتی به اطراف کیهان نگاه می کنیم ، انبوه و انبوهی از ماده عادی را می بینیم و قطره ای از ماده را در چشم نمی بینیم. برای از بین بردن این تعادل باید اتفاق بزرگی در چند ثانیه اول وجود جهان رخ داده باشد. اما درمورد اینکه چه کسی یا چه چیزی مسئول بوده و سازوکار دقیق آن ، مطمئن نیستیم.
و اگر ماده تاریک و انبساط پادماده کافی نبود ، این احتمال نیز وجود دارد که جهان اولیه سیل سیاهچاله های کوچکی را ایجاد کرده باشد. سیاهچاله ها در کیهان امروزی (یعنی 13 میلیارد سال گذشته) همه از مرگ ستاره های عظیم ناشی می شوند. این تنها مکانهایی است که تراکم ماده می تواند به آستانه های ضروری لازم برای ایجاد سیاهچاله برسد. اما در جهان عجیب و غریب اولیه ، تکه های تصادفی کیهان ممکن است به تراکم کافی دست یافته باشند ، ایجاد سیاهچاله ها را بدون نیاز به عبور از کل شکل گیری ستاره ، آغاز کنند.و شاید موارد دیگری نیز وجود داشته باشد
حالا به طور عمیق بررسی کنیم
در حالی که نظریه ما درباره بیگ بنگ با انبوهی از داده های مشاهده ای پشتیبانی می شود ، اما رمز و رازهای بسیاری وجود دارد تا کنجکاوی نسل کیهان شناسان را برآورده سازد. خوشبختانه، ما هنگام مطالعه این دوره اولیه کاملاً نابینا نیستیم.
به عنوان مثال، حتی اگر ما نتوانیم مستقیماً وضعیت جهان را در حالی که فقط چند ثانیه از عمر آن گذشته است ، ببینیم ، می توانیم سعی کنیم آن شرایط را در برخورد دهنده های ذرات قدرتمند خود از نو بسازیم. این کامل نیست ، اما حداقل می تواند در مورد فیزیک این نوع محیط ها به ما بیاموزد.
همچنین می توانیم به دنبال سرنخ های باقی مانده از چند ثانیه اول باشیم. هر اتفاقی در آن صورت می توانست اثر خود را در جهان بعدی بگذارد. تغییر مقدار ماده تاریک یا انبساط طولانی مدت ایجاد هیدروژن و هلیوم را از بین میبرد، چیزی که امروزه می توانیم اندازه گیری کنیم.
و جهان وقتی 380،000 سال عمر داشت از یک پلاسما به یک گاز خنثی منتقل شد. نوری که آزاد می شود به شکل پس زمینه مایکروویو کیهانی باقی مانده است. اگر جهان یک دسته از سیاهچاله های کوچک را بیرون بیاورد، این الگوی نور پس از آن را نیز تحت تأثیر قرار می دهد.
حتی ممکن است امیدوار باشیم که این دوره را مستقیماً مشاهده کنیم. نه با نور ، بلکه با امواج گرانشی. آن جهنم آشفته باید سیل موجهایی را در تار و پود فضا-زمان رها کرده باشد که مانند پس زمینه امواج مایکروویو کیهانی تا به امروز زنده مانده بودند. ما هنوز توانایی تکنولوژیکی برای مشاهده مستقیم آن امواج گرانشی را نداریم ، اما هر روز به آنها نزدیکتر می شویم.