کافه خوندنی

بیگ بنگ و  تاریخچه تحول کیهانی

یافته های ماهواره WMAP و ماهواره پلانک به دانشمندان اطمینان داد که آنان به سمت یک «مدل استاندارد» کیهان شناسی ، پیش می روند. داده های جدید پلانک همچنین بیانگر این است که انرژی تاریک کمتری و ماده ی تاریک و ماده ی معمولی بیشتری در کیهان وجود دارند. این نقشه حاصل پانزده و نیم ماه خیره شدن به دما و اندازه گیری تابش مایکرو ویو پس زمینه ی کیهان است. برابر برآورد جدید ماده تاریک در جهان ۲۶٫۸ درصد است، که قبلا ۲۴ درصد بود، در حالی که انرژی تاریک به میزان ۶۸٫۳ درصد میباشد، در حالی که قبلا ۷۱٫۴ درصد بود. ماده ی معمولی در حال حاضر ۴٫۹ درصد براورد می شود، که قبلا ۴٫۶ درصد بود.

تابش پس زمینه کیهانی دقیق‌ترین نقشه از توزیع ماده در جهان اولیه است. این نقشه، نوسانات ریز دمایی متناظر با تفاوت‌های اندک چگالی روزهای اولیه نواحی مختلف عالم را نشان می‌دهد. این تفاوت‌ها بذر ساختار آینده جهان را شکل دادند، یعنی همان چیزی که نمود آن امروزه به شکل ستارگان و کهکشان‌ها در تمام کیهان پراکنده شده است. نقشه تهیه شده پلانک از CMB اخترشناسان و کیهان‌شناسان را قادر ساخته تا طیف وسیعی از مدل‌های مربوط به منشاء و تکامل کیهان را به بوته آزمایش بگذارند. ماهواره پلانک در زمستان سال ۲۰۰۹ به فضا پرتاب شد و مدت ۴٫۵ سال را به پیمایش و جستجوی آسمان پرداخت؛ تا روند تکامل ماده کیهانی را در طول زمان مطالعه کند. در نهایت روز ۱ آبان تلسکوپ فضایی پلانک به ماموریت تهیه نقشه تابش پس زمینه کیهانی پایان داد، پیش از پلانک ماهواره COBE و WMAP این وظیفه را بر عهده داشتند.

اگر چه هنوز شکافهای زیادی وجود دارد ، با این حال اختر فیزیکدانان با استفاده از داده های دریافتی، در حال ترسیم نمای کلی یک نظریه استاندارد هستند. با استفاده از تصاویری که ما امروز در کنار هم قرار می دهیم، می بینیم که سیر تکاملی جهان، با خنک شدن آن مراحل متفاوت و مستقلی را پیموده است. گذار از این مراحل مختلف بیانگر به هم ریختن تقارن و تجزیه یک نیروی واحد طبیعت است. در ادامه، مراحلی که تا به امروز شناخته شده اند، از این قرارند :

۱ ) قبل از ^۴۳- ۱۰ ثانیه، عصر پلانک

تقریبا هیچ چیز در مورد عصر پلانک مشخص نیست. در انرژی پلانک (۱۰^۱۹ میلیارد الکترون ولت) ، نیروی گرانش به اندازۀ نیروهای کوانتومی قوی بوده است. در نتیجه ، چهار نیروی جهان احتمالا در یک «ابر نیرو» متحد بوده اند. شاید جهان در فاز کاملی از «هیچ» یا فضای خالی با ابعاد بیشتر، وجود داشته است. تقارن مرموزی که تمام این چهار نیرو را با هم ترکیب می کند باعث تغییر ناپذیری معادلات می گردد، بیشتر «ابر تقارن» است. به دلایل ناشناخته، تقارن مرموزی که تمام چهار نیرو را متحد ساخته، شکسته شده و حباب کوچکی شکل گرفته است. این حباب کوچک همان جهان جنینی ما است که شاید در نتیجه یک افت و خیز کوانتومی تصادفی ایجاد شده باشد. اندازۀ این حباب برابر «طول پلانک» یعنی ^۳۳- ۱۰ سانتیمتر، بوده است.

۲ ) ^۳۴- ۱۰ ثانیه ، عصر گات

شکست تقارن، حبابی به وجود آورد که به سرعت انبساط یافت. با متورم شدن حباب، چهار نیروی بنیادی به سرعت جدا شدند. گرانش، اولین نیرویی بود که از سه نیروی دیگر جدا شد و به این ترتیب موج ضربه ای را در سراسر جهان آزاد کرد. تقارن اصلی ابر نیرو به تقارن کوچکتری شکسته شد، شاید به تقارن گات. بر هم کنشهای قوی، ضعیف و الکترومغناطیسی باقی مانده، هنوز از طریق تقارن گات با هم متحد بودند. جهان در طی این مرحله، به دلایلی که هنوز مشخص نیست، با ضریب بسیار بزرگی، حدود ^۵۰ ۱۰ متورم و باعث شد فضا سریع تر از سرعت نور منبسط شود. دما در این حالت برابر ۱۰^۳۲ بوده است.

۳ ) ^۲۴- ۱۰ ثانیه ، پایان تورم

با جدا شدن نیروی قوی از دو نیروی دیگر، دما به ۱۰^۲۷ درجه کاهش یافت. دورۀ تورم پایان یافت، جهان آرام گرفت و از آن پس با انبساط استاندارد فریدمن به کار خود ادامه داد. در این حالت، جهان «سوپ» پلاسمای داغ شامل کوارک ها، گلئون ها و لپتون ها آزاد بود. کوارک های آزاد پس از تراکم به پروتون ها و نوترونهای امروزی تبدیل شدند. جهان ما در این مرحله هنوز بسیار کوچک بود و ابعاد آن تنها به ابعاد فعلی منظومۀ شمسی می رسید. ماده و پاد ماده یکدیگر را خنثی کردند، اما مقدار ماده نسبت به پاد ماده کمی بیشتر بود (یک در میلیارد) و باعث به وجود آمدن ماده ای شد که امروزه در اطراف خود می بینیم. (با مشاهدۀ ذره بوزون هیگز و چگونگی جرم دار شدن ماده که توسط برخورد دهندۀ بزرگ هادرون انجام شد دانشمندان توانستند این مرحله را بازسازی کنند. )

جدول زمانی جهان در مدت ۱۳٫۸ میلیارد سال ، از بیگ بنگ، دوران تاریک کیهانی، تشکیل نخستین ستارگان، و گسترش و انبساط کیهان تا دوران کنونی نشان می دهد.

بخش بعدی متن را می‌توانید در بیگ بنگ چیست؟ (قسمت آخر) مطالعه نمایید.