اپیزود ۲۵ – بیگ‌بنگ، CMB و انبساط کیهان

خانه انجمن ها متن اپیزودهای اجرا شده اپیزود ۲۵ – بیگ‌بنگ، CMB و انبساط کیهان

این جستار شامل 0 پاسخ ، و دارای 1 کاربر است ، و آخرین بار توسط هیأت تحریریه هیأت تحریریه در 8 ماه، 3 هفته پیش بروز شده است.

  • نویسنده
    نوشته ها
  • #2245
    هیأت تحریریه
    هیأت تحریریه
    سرپرست کل

    [لینک ویدیو روی یوتیوب] [لینک ویدیو روی آپارات]

    [متن ویدئو]

    همه‌چیز درباره انفجار بزرگ، CMB و تورم کیهانی

    می‌گن جهان از یه انفجار بزرگ شروع شده. اما آیا بیگ‌بنگ یا انفجار بزرگ واقعا اتفاق افتاده؟ بیاید ببینیم چقدر میشه به این نظریه اعتماد کرد و کجاهای قضیه هنوز پامون می‌لنگه.

    وقتی نظریه‌ی انفجار بزرگ معرفی شد مجبور بود با یه سری عقاید متعصبانه مبارزه کنه. عقاید متعصبانه‌ی مذهبی و همین‌طور علمی. اما امروز ما مطمئنیم که این نظریه توضیحات خیلی خوبی در مورد شکل‌گیری جهان به ما می‌ده. اما کجاهای این نظریه رو می‌شه پذیرفت و کجاهاش هنوز با پرسش‌های زیادی روبه‌روئه؟

    زیاد در مورد خود انفجار بزرگ حرف نمی‌زنم چون در موردش منابع آنلاین زیاد هست. ولی اگه بخوام کلی بگم، این نظریه به این می‌پردازه که جهان چطوری از یه نقطه‌ی خیلی خیلی ریز و داغ شروع شد و به شکلی انفجاری موجب منبسط شدن جهانی شد که امروز ما توش زندگی می‌کنیم. این جزئیات با فرمولای ریاضی معرفی شدن و آزمایشات و مشاهدات زیادی به اثبات اونا منجر شده. بعضی از این مشاهدات، باعث شدن بخش‌هایی از این نظریه کاملاً اثبات بشن. اما یه بخشای دیگه‌ش هنوز آزمایش نشدن.

    بیاین با شواهد انکارناپذیر شروع کنیم. جهان در حال انبساط هست. نوری که از کهکشانای دوردست به ما می‌رسه به مرور زمان به سمت طیف رنگی قرمز حرکت می‌کنه که توی فیزیک این به این معنیه که منبع نور داره از ما دور می‌شه. هرچی این کهکشان‌ها از ما دورتر باشن نورشون بیشتر به سمت طیف قرمز می‌ره. اینو بهش می‌گن ردشیفتینگ که سرخگرایی ترجمه شده و توی اخترفیزیک خیلی مهمه و بعدن بازم برمی‌گردیم بهش. بر اساس نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین، تنها توضیح این اتفاق اینه که خود «فضا» در حال منبسط شدنه. پس فضا منبسط می‌شه و باعث می‌شه نوری که توی اون جریان داره کش بیاد و مدام قرمزتر بشه. هرچی نور بیشتر توی فضا حرکت کرده باشه، قرمزتر می‌شه.

    پس از ردشیفتینگ نوری که از کهکشان‌ها به سمت ما میاد می‌شه فهمید که جهان بدون شک در حال انبساط هست. بنابراین میشه گفت حتمن یه زمانی توی گذشته خیلی کوچیک‌تر و منقبض‌تر بوده. معجزه‌ی فیزیک اینه که ما می‌تونیم به وضعیت الآن جهان نگاه کنیم و با بررسی اون بفهمیم در گذشته چه اتفاقی افتاده یا در آینده چه اتفاقی میفته. به این کار می‌گن مهندسی معکوس. بعضی وقتا می‌شه قوانین کشف شده رو معکوسشون کرد تا حالت قبلی یه سیستم به دست بیاد. ما هم با مهندسی معکوس توی فرمولای نسبیت عام تونستیم بفهمیم که جهان قبلن خیلی کوچک‌تر از اینی که الآن هست بوده. درواقع اگه با نسبیت عام اینشتین خیلی بریم به عقب معلوم می‌شه جهان ما یه زمانی یه نقطه‌ی خیلی خیلی کوچیک بوده. به این مرحله (t=0) می‌گن لحظه‌ی فرضی انفجار بزرگ. جالبه بدونین خیلی از فیزیک‌دانا، به این نقطه‌ی خیلی کوچیک اعتقاد ندارن. چون با این که نسبیت عام خیلی دقیقه، اما نمی‌تونه بهمون توضیح بده که جاذبه در ابعاد کوانتوم توی اون نقطه چه‌جوری بوده. پس اگه بخوایم فقط با نسبیت عام به عقب برگردیم، به مشکلای اساسی‌ای برخورد می‌کنیم. ولی ما این محدودیتا رو خوب می‌شناسیم و می‌تونیم بفهمیم پیشبینی‌هامون چقدر درسته. بعد از شکل‌گیری اون نقطه، ما با استفاده از نسبیت عام می‌تونیم وضعیت جهان رو توی هر مرحله پیش‌بینی و حتی آزمایش کنیم. یکی از این پیشبینی‌ها اینه که جهان در اوایل شکل‌گیری مثل مرکز یه ستاره داغ و فشرده بوده. اون موقع فقط پروتون‌ها و الکترون‌ها به صورت جداجدا وجود داشتن. بعد از انفجار و با شروع منبسط شدن، دما یه مقدار کاهش پیدا می‌کنه و میرسه به جایی که وقتی جهان ۴۰۰ هزار سالش می‌شه، دماش به دمای بحرانی ۳۰۰۰ کلوین می‌رسه که توی این دما همه‌چی از حالت پلاسما به حالت گاز تبدیل می‌شه.

    توی این دما، نور مادون قرمزی که امکان خروج از این مه پلاسمایی رو نداشت، امکان فرار پیدا می‌کنه و می‌تونه آزادانه حرکت کنه. این نور هنوز هم در حال حرکت توی فضا هست و با خودش تصویری از روزهای اولیه‌ی جهان رو همراه داره. ما می‌تونیم این نور رو ببینیم. البته این نور دیگه مادون قرمز نیست. چون جهان در حال انبساط هست، طیف نوری اون از مادون قرمز به ریزموج یا همون مایکروویو تغییر کرده. ما تونستیم از این امواج نوری که از زمان طفولیت جهان به ما رسیدن عکسی بگیریم که به CMB یا تابش زمینه‌ی کیهانی معروفه و بعدن مشخصاً بهش می‌پردازم. توضیح این تابش فقط با استفاده از مفهوم بیگ‌بنگ امکان‌پذیره. کشف CMB توی سالای اخیر مهر تأییدی بود به روی نظریه‌ی انفجار بزرگ.

    توی عکسی که از CMB داریم، نکته‌های خیلی جالبی وجود داره. همون‌جور که می‌بینین این عکس خیلی نامتناسبه و از یه نقطه‌ش تا یه نقطه‌ی دیگه دما خیلی متفاوته. این یعنی یه چیزایی این‌جاها وجود داره، یه چیزای کمتری این‌جاها وجود داره: تغییرات کوچیکی که بعدها متعادل شدنشون منجر به شکل‌گیری کهکشان‌ها و ستاره‌ها شدن. اگه یه لیوان قهوه داشته باشین و توش یه کم شیر بریزین، یه کم طول می‌کشه تا شیر توی همه جای قهوه به صورت همگن پخش بشه. همین تغییرات کوچیکی که توی CMB می‌بینیم و با همگن شدنشون موجب ایجاد کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی شدن هم یکی دیگه از علائمیه که بهمون می‌گه انفجار بزرگ قطعن اتفاق افتاده.

    دیگه این که وقتی ما به عقب برمی‌گردیم، خود روند شکل‌گیری کهکشان‌ها رو هم می‌بینیم. کهکشانایی که با انفجارای بزرگ و آزاد شدن انرژی‌های غیرقابل تصور از ماده‌های اولیه به وجود اومدن. ما الآن واقعاً می‌تونیم کهکشان‌ها رو وقتی که سن جهان ۵٪ سن الآنشون بود ببینیم.

    اینایی که گفتم همه مال ۴۰۰ هزار سال بعد از بیگ‌بنگه. اما ما بازم می‌تونیم عقب‌تر بریم. وقتی جهان فقط چند ثانیه‌ش بود، دماش خیلی داغ‌تر از مرکز یه ستاره بود و حدود ۲۰ دقیقه همون‌قدر داغ بود. توی این زمان همجوشی هسته‌ای همه‌جا وجود داشت و باعث می‌شد پروتون‌ها به عناصر سنگین‌تری تبدیل بشن. نظریه‌ی بیگ‌بنگ پیشبینی کرد که پروتون‌ها چقدر و با چه دمایی پخته شدن و در نتیجه چه‌قدر دوتریوم، هلیوم و لیتیوم باید تولید می‌شده. این پیشبینی نظریه با مشاهدات و آزمایشای ما به طرز عجیبی انطباق داره.

    نظریه‌ی بیگ‌بنگ جهان رو از ۱۰ به توان -۳۶ ثانیه بعد از انفجار که توش جهان اندازه‌ی یک دونه ماسه بود، به خوبی توضیح می‌ده. اما ما از کجا انقدر مطمئنیم؟

    ما تونستیم توی شتاب‌دهنده‌ی ذراتمون اون انرژی‌های وحشتناک بالا رو تولید کنیم. می‌دونیم که قوانین فیزیک توی این شرایط به مشکلی برخورد نمی‌کنه و به همین دلیل به پیشبینی‌های این فیزیک اعتماد می‌کنیم. اما اطمینان ما دیگه همین‌جا عمرش تموم می‌شه.

    قبل‌تر از ۱۰ به توان -۳۶ ثانیه از شروع جهان، ما نمی‌تونیم اون‌قدر انرژی تولید کنیم که بتونیم نظریه‌مونو امتحان کنیم. قبل از ۴۰۰ هزار سال، جهان انقدر داغ بود که اتم‌ها نمی تونستن به وجود بیان. اما قبل‌تر از ۱۰ به توان -۳۲ ثانیه جهان انقدر داغ بود که نیروهای اولیه (مثلا نیروی الکترومغناطیس) هم نمی‌تونستن شکل بگیرن. ما برای تست کردن نظریه‌مون برای زمانی که بیگ‌بنگ اتفاق افتاده نیاز داریم یک تیریلیون بار بیشتر از بیشترین انرژی‌ای که شتاب‌دهنده‌ی ذرات سرن می‌تونه تولید کنه داشته باشیم و امکان همچین کاری روی سطح زمین وجود نداره. شایدم همون بهتر که هیچ‌کس به همچین انرژی‌ای دسترسی نداره!

     

    اگه بازم بریم عقب‌تر، یعنی به ۱۰ به توان -۳۸ ثانیه بعد از بیگ‌بنگ، جهان ۱۰ به توان -۲۰ بار از قطر یه الکترون کوچیک‌تر بوده. این (۱۰ به توان «منفی» ۲۰) رو بهش می‌گن طول پلانک. توی این ابعاد، قوانین فیزیک دیگه اعتبار نداره. این‌جا، نسبیت عام با مکانیک کوانتوم به مشکلای بزرگی برخورد می‌کنن و ما برای حل کردن این مشکل نیاز به یه نظریه‌ی گرانش کوانتوم داریم. یه نظریه که به نظریه‌ی «همه‌چیز» معروفه. بعدن توضیح می‌دم که چرا کوانتوم و نسبیت با هم به تناقض برخورد میکنن اما برای حل این تناقض، راه‌حل‌های نظری زیادی هم پیشنهاد شده که یکی از قشنگ‌تریناش نظریه‌ی ریسمان هست.

     

    به زودی در مورد همه‌ی موضوعاتی که توی این ویدیو قولشون رو دادم ویدیو می‌سازم. پس اگه هنوز مشترک کانال نشدین، همین الآن سابسکرایب کنین تا ویدیوهای جدیدو از دست ندین. همین‌طور بهترین راه برای کمک به ما، به اشتراک گذاشتن این ویدیوها با دوستاتون و لایک کردن ویدیوها هست. مرسی از منبع عظیم انرژیتون و این که اونو به اشتراک می‌ذارین.

    http://planck.cf.ac.uk/science/cmb

    مشاهده‌ی ویدیو دوبله به فارسی

شما برای پاسخ به این جستار باید وارد تارنما شوید.