کشفیات جهان تاریک
دکتر بیژن باران
ریاضیات، علم غیرتجربی بنحو احسن، جایی که بنظر می رسد ذهن تنها به خودش می پردازد؛ علم علوم است که کلید بظاهر پنهان قوانین طبیعت و کیهان را عرضه می کند. هانا آرنت 1906-1975
از سده 17م تا کنون فیزیک شاهد 3 دانشمند برای حل 3مسئله مشخص داشته: 1- نیوتن با 3قانون حرکت. 2- اینشتاین با حرکت نزدیک سرعت نور. 3- کاکو با حوزه سیاهچاله و پیدایش کیهان. پس از 300 سال از عهد نیوتن و 100 سال از عهد اینشتاین- موج جاذبه در اثر تصادم 2 سیاهچاله با حسگرهای زمینی رصد شد. در طبیعت 3 نوع موج کشف شده: صدا با واسطه هوا، نور در خلاء، گرانش/ جاذبه.
از 1915 با هابل مکتشف گسترش کیهان/ یونیورس نظریه پیدایش کیهانها تکوین یافت. اکنون مشخص شده که کیهان با 100 میلیارد کهکشان از جمله راه شیری در حال گسترش، شتابنده، دورشونده از زمین/ خورشید است. انسان 3پنجره بررسی جهان دارد: صوت/ موج مکانیکی، نور/ موج الکترومغناطیس، موج گرانش/ جاذبه در فضا. در کیهان 5%ماده یعنی اتم و مولکول در ستارگان و سیارات با 25% آن ماده تاریک نامحسوس، انرژی و انرژی تاریک 70% کیهان از نظر جرم است. جرم و انرژی پایاپایند با E = mc2 اینشتاین اند. ماده تاریک با انرژی تاریک قرابت ندارد.
کیهانشناسی پیدایش، تکامل، محتوای کیهای را بررسی می کند. در سده 21 کیهان 3پدیده ناشناخته دارد: انرژی تاریک، ماده تاریک، جریان/فلو تاریک. انرژی تاریک نیروی گسترش گیتی بوده؛ گرانش آینشتاین را ناکامل می کند. ماده تاریک کیهان را بهم می چسباند؛ از موجودات زمین رد می شود. سرعت خوشه های کهکشانی مجموع سرعت ناشی از قانون هابل بعلاوه “جریان تاریک” یعنی سرعت کمتری در جهت مشترک است.
جریان تاریک اشارت به چندکیهان/ مولتیورس در اثر گرانش خارج از کیهان، دورتر از 2.5 میلیارد سال نوری به ما، نشت ماده و انرژی از کیهان ما به کیهان ناشناخته همسایه دارد. بنا بر داده های “تابش میکرو ویو زمینه کیهانی” با تلسکوپ پلانک، آژانس فضایی اروپا. http://www.cosmos.esa.int/
محتوای کیهان 2بخش نامریی مانند سیاهچاله، ماده تاریک، انرژی تاریک و مریی دارد. اجرام مریی ساختارهای غولین کهکشان، ستارگان، سیارات، قمرها، شهابها، تابش زمینه کیهانی، امواج الکتروکهربایی، سنگها یند. بررسی کهکشانها نشان می دهد: آنها می چرخند؛ خوشه ای اند؛ خیلی دور نیستند؛ با شتاب از هم دور می شوند.
کهکشانها و گروه ستارگان اتمهای کیهان اند که اغلب خوشه ای بدور سیاهچاله اند. انواع کهکشان فنری/ مارپیچ، بیضوی، کروی، بیشکل اند. آنها در گروه بنام خوشه با گاز داغ بینشان پراکنده اند. فشار این گازها آنها را از هم دور کرده؛ جاذبه آنها را بهم نزدیک می کند. نیز فشار پرتو ایکس این گازها فوتونهای CMB را مخدوش می کند.
کهکشان راه شیری بشکل بشقاب یا فرفره بقطر 100 هزار سال نوری و چندین بازو با 100 میلیارد خورشید است. خورشید منظومه شمسی در فاصله یک سوم از مرکز با 8 سیاره و 22 قمراست. با این اعداد کهکشان راه شیری با 100 میلیارد خورشید، 800 میلیارد سیاره و 2200 میلیارد قمر دارد. در مرکز کهکشان شیری سیاهچاله ای باندازه 4.3 میلیون خورشید منظومه شمسی وجود دارد.
ماده تاریک باریونیک در 2نوع اختر کوتوله سفید و قهوه ای بوده که در تابش زمینه کیهان نقاط پرانرژی/ جرم، مانده از آفرینش یا تصادم کهکشانها، تکینگی/ سینگورتی یا بینهایت پرتو وجود دارد. خوشه های کهکشانها شواهدی برای ماده و انرژی تاریک ناباریونیک/ نامادی عرضه می کنند.
پرتوهای پر انرژی کیهانی نشان می دهند: آنها باید در فرایندهای پرانرژی، مانند تلاشی اَبَرنواختری که مانند انفجار بمب اتمی است، پدید آمده باشند. این پرتوها شامل الکترون و هسته‌های یونیزهٔ اتم اند، از همه سو به مقدار برابر به زمین می رسند. راستای ورود، سرچشمهٔ آنها را روشن نمی‌کند، چرا که پرتوهای کیهانی ذراتی باردار هستند؛ از این رو در زمان حرکت از میان میدان های مغناطیسی راه شیری، مسیر آنها پیوسته تغییر می‌کند- بنا به اصل آینشتاین در خم شدگی نور در میدان جاذبه.
پروتون با ۹۰٪ و هستهٔ هلیوم با ۱۰٪ در این پرتوها غالبند. نیز کمی هسته‌های سنگین‌تر از هلیوم با انرژی بین 10 بقوه 8 تا 10 بقوه 20 الکترون ولت هم هستند. الکترون ولت واحد انرژی برای شتاب آن در اختلاف پتانسیل 1 ولت است. در مورد کره زمین، این پرتوهای کیهانی در عبور از جو زمین و برخورد با ذرات اتمسفر به ذرات مختلفی مانند مزون و پوزیترون تبدیل می‌شوند.
شار /فلاکس تعداد خطوط میدان الکتریک یا مغناطیس در عبور از یک سطح است که فشردگی میدان را نشان می دهد. دهه 1930 دانشمندان وضع کیهان را ایستا، نه در حال گسترش انگاشتند که هابل، هاوکینگ، زویکی آنرا تصحیح کردند.
هابل 1889-1953 حقوقدان و منجم بود. در میسوری آمریکا متولد شد؛ در آکسفورد در رشته حقوق تحصیل کرد. در اخترفیزیک و کیهانشناسی فرض جهان ثابت را رد کرد؛ نشان داد که آن در حال گسترش است. کپرنیک منظومه شمسی و هرشل کهکشان راه شیری را تبیین کردند؛ ولی دقت هابل در استنتاج منطقی چگونگی پیدایش آنها منجر به نیاز رصد کیهان خارج از جو زمین شد.
او از حقوق، منطق استنتاجی را بنحو احسن در بازخوانی داده های پیشین نجومی به نتایج جدید رسید: 1- طیف کهکشانها شیفت قرمز داشته؛ یعنی آنها در حرکتند. با گسترش کیهان فضا پدید می آید؛ در آغاز مهبانگ و نبود ماده معمولی زمان وجود نداشت. پس فضا و زمان صفات ماده اند. 2-طیف نور کهکشانی اطلاعات جدید در باره صفات کیهان دارد. 3-سرعت دورشدن کهکشان از زمین را با مشاهدات ش برای محاسبه شتاب آن بکار برد.
4-دورترین کهکشانها بیشترین شیفت قرمز را دارند؛ لذا از زمین تندتر دور می شوند. او با مشاهدات خود مطرح کرد: مقایسه رنگهای کهکشانها با یکدیگر، بسیاری اجرام سحابی مریی از اجرام داخل کهکشان راه شیری بزرگ‌تر ند. او این اجرام را «جهان های جزیره‌ای» نامید؛ رابطه‌ای میان سرعت و فاصلهٔ کهکشانها را بدست آورد تا ابعاد عالم را مساحی کند. بنا به قانون هابل کهکشانهای دورتر سریعتر دور می شوند.
در ۱۹۳۲ در خارج از راه شیری، یک خوشهٔ کروی در ام۳۱ کشف کرد؛ ثابت کرد که این کهکشان مانند کهکشان راه شیری است. ادامهٔ پژوهش‌هایش کیهانشناسی را گسترش داد: انبساط عالم، سن عالم، مهبانگ، بررسی شیفت قرمز یعنی انتقال به سرخ بخاطر دورشدن است که طول موج نور دراز شده؛ سرعت تندتر نور را قرمزتر می کند. وقتی ستاره ای به ناظر نزدیک شده؛ طول موج آن کوتاه و رنگ آن آبی می شود.
حرکت هابل نرخ گسترش کیهان با ثابت هابل در حرکت اجرام سماوی است. قانون هابل: مشاهده اجسام در ژرف فضا شیفت دوپلر داشته؛ که بیانگر دورشدن از زمین با سرعت نسبی است. شیفت دوپلر تغییر بسآمد/ فرکانس موج برای ناظر متحرک نسبت به منبع نور است. سرعت دور شدن کهکشانها از زمین، متناسب با فاصله زمین تا کهکشانها ست؛ اگر آنها چند 100 مگاپارسک دور باشند. مگاپارسک واحد نجومی برابر 31 تریلیون کیلومتر، زاویه 1ثانیه در فضا ست. فاصله بین 2 نقطه به کیلومتر/ میل، سال نوری 6 تریلیون میل، واحد نجومی زمین تا خورشید 93 میلیون میل. هر میل 1.5 کیلومتر است.
دوپلر در 1842 در پراگ کشف کرد: بسامد ظاهری یک موج با حرکت فرستنده یا گیرندهٔ آن تغییر می‌کند. طول موج، معکوس بسآمد، نور از جسم دور شونده بالاتر، ماورای قرمز/ داغتر، بهنگام رد شدن بی تغییر، و از جسم نزدیک شونده کوتاهتر، مادون بنفش/ سردتر، می شود. آیا امواج الکترومغناطیس ساخته از فوتون آمیخته با الکترون و پروتون بار/ شارژ داشته یا خنثی یند؟
هاوکینگ زاده 1942 انگلیس با 2کتاب پرفروش “تاریخچه زمان، طرح بزرگ” ش با پوپ در باره پیدایش جهان مناظره کرد. پژوهش اصلی وی کیهانشناسی، گرانش کوانتومی، رابطه سیاهچاله ها، قانون‌های ترمودینامیک است. او نشان داد: سیاهچاله را زوج‌های ذرات مجازی که در “افق رویداد” آن تشکیل شده بعد از مدتی نابود می کنند.
همین زوج ذرات پیش بینی می‌کند که سیاهچاله ها باید امواجی به نام تابش هاوکینگ یا اشعه ایکس از خود بتابانند. در 1970 ثابت کرد: اگر نسبیت عام درست باشد؛ جهان دارای آن مقدار ماده دیدنی باشد، باید انفجار بزرگ در گذشته یک تکینگی کلان باشد. زویکی 1898-1974 ساختار ستارگان ابرنواختر، نوترونی، اختروش quasar 2قلو با تلسکوپ برای تخمین عمر و اندازه کیهان را بررسی کرد. او با رصد خوشه های کهکشانی خمیدگی نور در میدان گرانش جرم سماوی آینشتاین، عدسیگی، را ثابت کرد.
در 1933 منجم سوییسی، زویکی، گفت: کیهان 95% ماده و انرژی تاریک بوده؛ 5% بقیه ماده ساخته از اتم و انرژی حس پذیر است. او در خوشه های کهکشانی ترکیب ماده تاریک را بکار برد که مانع از پراکندگی آنها می شود. در آن زمان جان اورت در هلند کشف کرد: چگالی این ماده در نزدیکی خورشید دو برابر آن چیزی است که می تواند به دلیل وجود ستاره ها و گازها به تنهایی باشد. بنا به نظریه نسبیت، فشار و جرم در یک جسم گرانش تولید می کنند. زیرا تانسر ضربه-انرژی جرم، چگالی، فشار، غلظت در جسم را در بر می گیرد.
الن گوث Guth زاده 1947 استاد ام آی تی نظریه تورم کیهانی را پس از انفجار اولیه داد: گسترش تصاعدی مهبانگ بخاطر رخدادی در 10 بقوه 36- ثانیه آغازین است. علت این انفجار ناروشن است. ولی گسترش کیهان با شیفت قرمز یعنی دور شدن کهکشانها، پس از تلاشی یک سیاهچاله آغازین یعنی مهبانگ، رصد پذیر است.
در سده 20 شناخت محتوای فضا از اثیر به خلاء و اکنون به تابش موج میکرو زمینهٔ کیهانی رسید. موج الکترومغناطیس با فرکانس زیاد مانند پرتو میکروویو، ایکس، گاما سراسر کیهان را می پوشاند. این تابش، طیف جسم سیاه با دمای ۲.۷۲۶ درجه کالوین را دارد. بنابراین بیشینهٔ این تابش در محدودهٔ ریزموج با بسامد ۱۶۰GHz و طول موج ۱٫۹mm است. www.ariapedia.com تابش زمینهٔ کیهانی
از دهه 1950 ابزار بررسی کیهان از زمین به فضا با اقمار مصنوعی، سفینه های فضایی، دوربینهای مدار زمین دید را باز کرده؛ نشان دادند: گسترش کیهان شتابنده است؛ یعنی انرژی تاریک رانشی مخالف جاذبه گرانشی است؛ باعث گسترش اجرام، زایش خود، ایجاد فضا می شود. پس با گسترش کیهان رقیق نمی شود. تلسکوپ فضایی هابل در ۱۹۹۰ در مدار زمین قرار گرفت تا کیهان و رویدادهای کهکشانی را بررسی کند. در 1995 این تلسکوپ با تمرکز روی دب اکبر، ابعاد دورتر در مسافت و عقبتر در زمان رصد شدند؛ ولی هزاران کهکشان جدید– برخی فشرده برخی دراز شده- ظاهر شدند.
با فرستادن تلسکوپ، ایستگاه فضایی، ماهواره، سفینه به نقشه بندی کیهان، کهکشان، انواع ستاره، سیاره، محتوای فضای کیهانی، آغاز زمان و فضا در مهبانگ پرداختند. سفینه پایونیر10 در 1972 منظومه شمسی را ترک کرده؛ از کمربند استروید گذشته؛ بسوی کهکشان شیری سفر کرد. تابش زمینه کیهان، بجا مانده از مهبانگ، در فضا بطور یکنواخت با آشکارگر/ دیتکتور ها دریافت می شود.
برخی از سحابی‌های بیضی شکل مریی در آسمان، کهکشانهایی هستند که در فاصله‌ای بسیار دور از کهکشان ما قرار دارند. کهکشانها با سرعتی بین ۳۰۰ تا ۱۸۰۰ کیلومتر در ثانیه از زمین دور می‌شوند. سرعت هواپیما با 600 میل در ساعت 0.2 کیلو متر در ثانیه است. با ماهواره آشکارگر در فضا شکنهایی یافته شده که بخاطر تغییرات در توزیع ماده در کیهان آغازین نامنظم اند.
این شکنها بیانگر مراحل نخستین در تشکیل اولین کهکشانهای کیهان اند. بررسی شکنها در “تابش زمینه کیهانی” نشان می دهد: ماده دیدنی شامل انسانها، رصدگرها، سیارات، ستارگان است که ماده تاریک از آن می گذرد. پرتوهای کیهانی ذراتی هستند که در فضای خارج از اجرام آسمانی تولید شده؛ به جو این اجرام برخورد می‌کنند.
چند رصدخانه پرتو کیهانی در زیر می آیند: پیر اوجر، مندوزا، آرژانتین، برای آشکارگری بهمن‌های هوایی و “پرتوهای کیهانی با انرژی بسیار زیاد” UHECR است. آگاسا، آکنو، ژاپن، از ۱۹۹۳ تا یک دهه فعال بود. ضبطگر/ دیتکتورHiRes ، داگ‌وی، یوتا، آمریکا، رگبار پرتوهای کیهانی را با آیینه ها اندازه می گیرد.
آماندا، قطب جنوب، برای آشکارگری نوترینوها و تحلیل اطلاعات جنبی پرتو کیهانی بکار می رود. با بررسی دوره 11 ساله سیکل خورشیدی اثبات شد: پرتوهای کیهانی ناشی از خورشید ضخامت لایه اوزون را می کاهند. کاهش لایه اوزون مقدار پرتو ماورای بنفش بر زمین را می افزاید؛ موجب موتاسیون/ تغییر ژنهای موجودات می شود.
پر جرم ترین ستاره‌های عالم، با انفجار عظیم به اَبَرنواختر به پایان هستی خود می‌رسند. با انفجار یا تصادم ستاره مادهٔ خود را به دور از خود پرتاب می کند. هر شب در گیتی با کهکشانهای بینهایتش، چند خورشید متلاشی می شوند. این خبط محاسباتی، خطای مدار یا اشتباه حدوث در نظم گیتی نبوده؛ ناشی از کنشهای اتمی درون خورشید است.
در 21 میلیون سال پیش، در همسایگی کهکشان راه شیری با منظومه شمسی، خورشید SN2011FE متلاشی شد. نور انفجار چند میلیون سال در راه است تا در زمین دیده شود. نور آن این روزها به تلسکوپهای زمین و هابل فضا می رسد. پس حتی خورشیدها هم عمر محدود دارند؛ مانند یک موجود زنده یا حاکمیت سیاسی با انقلاب با مرگ برگشت ناپذیر خاتمه می یابند.
منابع. 2016/10/12 پایستگی/ بقای تکانه/ مومنتوم، ماده، انرژی یعنی این 3 پدیده نابودنشدنی و ناآفریدنی اند.
http://cosmos.astro.caltech.edu/
http://www.irantarjomeh.com/index.php?service=essay&action=more&id=1869 واژه های کیهان و ستاره شناسی
این رشته جستارها در 5 بخش است. آنها چکیده 50 سال آموزش، تدریس، نشر 100 مقاله علمی به انگلیسی، 300 مقاله ادبی و سیاسی به فارسی و انگلیسی اند. اسحاق عظیموف 1920- 1992بیش از 500 کتاب علمی تخیلی به انگلیسی در سده 20 نشر کرده که ادامه کار ادبی ژول ورن و زایلکوفکسی اند.
روشن است که در روند نیم قرن شیوه علمی- نه “دیدگاه فلسفه علم”- را بکار برده ام. شیوه علمی در بخشی از این جستارها تلخیص شده است. فیزیک نیاز به کنجکاوی، تخیل، پژوهش، پشتکار دارد. این بخش 400سال تاریخ فیزیک را در 4 صفحه چکیده کرده؛ لذا رئوس مطالب فقط نامبرده شده اند.
سایت عصر نو کانونی برای ترویج آثار مترقی برای خاورمیانه غرق در بنیانگرایی اسلامی است. این آثار شامل نظرات طبیعی داروین، اقتصادی مارکس، نسبیت آینشتاین، احتمالات و آمار، زبانشناسی چامسکی، ژنتیک داوکینز، کیهانشانسی داوکینگ اند.
“منظور” در عنوان جستار فیزیک نسبیت و کوانتوم بود. هدف این جستارها اشاعه علوم طبیعی- در اینجا فیزیک و کیهان شناسی – و شناخت من از این 2 دانش در تقابل با فلسفه و الهیات است.
این جستارها در سطح خواننده تخصصی به زبان دانشگاهی می باشند. او با داشتن دروس دانشگاهی از رئوس مطالب آگاهی دارد. بنا به تجربه مدرسی خود، “خواندن فیزیک” شبیه خواندن تاریخ کافی نیست. باید مفاهیم فیزیک را در روند آموزش، تدریس، آزمایش، تحریر دریافت. بخش 1 جستار را در اینجا آمده: http://asre-nou.net/php/view.php?objnr=39070 ترویج علوم طبیعی در جامعه. خواننده اگر علاقه و وقت داشت برخی جستارهای زیر را نیز بخواند: http://asre-nou.net/php/ar_author.php?authnr=70%20&%20ar=Idea
