کیهان چگونه بوجود آمد؟
فروردین۲۵

کیهان چگونه بوجود آمد؟

این سؤالی است که در طول زمان ذهن بسیاری از انسان ها را درگیر خود کرده است.در حال حاضر جواب های زیادی به این پرسش داده شده است.یکی از معتبر ترین جواب ها که مادر نظریه ای به نام مهبانگ یا انفجار بزرگ می باشد٬بیان کننده ی آن است که تمامی کیهان در زمانی دور در یک نقطه بصورت توده ای چگال و پر جرم انباشته شده بود که این توده در اثر حادثه ای در خود ریزش می کند و انفجاری رخ می دهد که این انفجار را انفجار بزرگ و نقطه ی آغاز کیهان می دانیم. در اینجا به کلیات حوادث رخ داده پس از وقوع این انفجار می پردازیم.   میلیاردها سال پیش تمامی اجرام جهان از جمله ستارگان و کهکشان ها در نقطه ای انباشته شده بودند.پس از مدتی بدلایل ناشناخته ای ، این توده ی منسجم که حجمی ناچیز و جرمی برابر تمام ستارگان وکهکشان های عالم داشت ، تبدیل به موجی عظیم شد و به فضای سرد و بی جان قدم نهاد.(غلبه بر هیچ) واقعه ی تبدیل توده ی منسجم به موج عظیم را انفجار بزرگ (BIG BANG) یا مهبانگ می نامند. مراحل انفجار بزرگ. ثانیه صفر پس از انفجار بزرگ: ایجاد ابعاد جهان.(طول – عرض – ارتفاع – زمان- …)   ثانیه ۴۳-۱۰ پس از انفجار بزرگ: پیدایش نیروهای بنیادین.(جاذبه – گرما – مغناطیس – الکتریسیته)   ثانیه ۳۶-۱۰ پس از انفجار بزرگ: پیدایش ذرّات بنیادین.(کوارک – لپتون – میون – فوتون – نوترینو – پوزیترون …)   ثانیه ۶-۱۰ پس از انفجار بزرگ: پیدایش ذرّات اصلی.(پروتون – نوترون …)   دقیقه سوم: پیدایش نخستین عنصر.(هیدروژن)   بعد از ۳۰۰۰۰۰ سال: کاهش دما به ۳۰۰۰ درجه سانتی گراد. توانایی الکترون ها برای ماندن در مدار هسته ایجاد دومین عنصر(هلیم)   بعد از ۴۰۰۰۰۰: پیدایش سومین عنصر.(لیتیوم)   بعد از یک میلیون سال: تا این لحظه بدلیل فزونی الکترون های رها شده ، کیهان مات بوده و فوتون ها نمی توانستند کیهان را بپیمایند.در این لحظه با جذب الکترون ها به کمک پروتون ها و قرار گیری آن ها در مدار هسته ، فوتون ها توانستند مسافت ها را بپیمایند و کیهان را شفّاف سازند.   بعد از یک میلیارد سال: ایجاد ابر هایی غول پیکر که ماده ی سازنده ی آن هیدروژن و هلیم و لیتیوم و همچنین ذرّات بنیادی اندکی است که هنوز جذب اتم ها نشده اند.   چند میلیارد سال بعد   ابرهای غول آسای هیدروژن و هلیم ، خوشه های کهکشانی را بوجود آوردند. مناطق متراکم تر ، کهکشان ها را ساختند. پیدایش نسل اوّلیّه ی ستارگان. پیدایش عناصر سنگین تر.(بریلیم – بور – کربن – نیتروژن – اکسیژن …) پیدایش دومین نسل از ستارگان.(خورشید ما یکی از...

بیشتر بخوانید
آیا می توان از “هیچ” انرژی استخراج کرد؟
فروردین۲۴

آیا می توان از “هیچ” انرژی استخراج کرد؟

پرسش هوس انگیزی است: آیا می توان از هیچ انرژی استخراج کرد؟  فیزیکدان ها همین تازگی ها فهمیده اند که « هیچ چیز» خلاء اصلا تهی نیست، بلکه آکنده از جنب و جوش است. به گزارش بیگ بنگ، یکی از هواداران این ایده، نابغه ی غیر عادی سده ی بیستم نیکلا تسلا بود، یعنی این ایده که چه بسا خلاء دارای مقادیر بی شماری انرژی باشد. اگر چنین باشد، خلاء خوراک رایگان غایی خواهد بود، و می تواند انرژی نامحدود را به معنای واقعی کلمه از هیچ چیز تامین کند. خلاء به جای این که به عنوان تهی و عاری از هر ماده ای در نظر گرفته شود، به معدن غایی انرژی بدل خواهد شد. تسلا باور داشت که می تواند از خلاء انرژی نامحدود استخراج کند، ادعایی که متاسفانه در یادداشت هایش آن را به اثبات نرساند. نخست، انرژی نقطه ی صفر یا انرژی موجود در خلاء گویی قانون اول ترمودینامیک را نقض می کند. گرچه انرژی نقطه ی صفر از قوانین مکانیک نیوتنی سرپیچی می کند، مفهوم انرژی نقطه ی صفر به تازگی سر بر آورده است. هنگامی که دانشمندان داده های ماهواره پلانک را بررسی کردند، به این نتیجه رسیدند که دست کم ۶۸.۳ درصد کیهان از «انرژی تاریک» ساخته شده است، انرژی خلاء خالص. یعنی بزرگترین منبع ذخیره انرژی در سرتاسر کیهان خلئی است که کهکشان ها را از هم جدا می سازد. ( این انرژی آنقدر عظیم است که کهکشان ها را از هم دور می کند و چه بسا سرانجام در یک بیگ فریز کیهان از هم بدرد.) انرژی تاریک در هر جای کیهان هست، حتی در اتاق نشیمن شما و درون بدنتان. مقدار انرژی تاریک در فضای بیرونی به راستی نجومی است و از تمام ستارگان و کهکشان ها هم بیشتر است. ما همچنین می توانیم مقدار انرژی تاریک در روی زمین را محاسبه کنیم، که مقداری اندک است، آنقدر کم که نمی شود برای توان دادن به ماشین حرکت دائمی مورد استفاده قرار گیرد. تسلا در مورد انرژی تاریک درست می گفت، ولی در مورد مقدار انرژی تاریک بر روی زمین اشتباه می کرد. شاید هم نمی کرد؟ اگر ما از آخرین نظریه ی فیزیک اتمی برای محاسبه مقدار انرژی تاریک در کیهان استفاده کنیم، به عددی می رسیم که با ضریب ۱۰ به توان ۱۲۰ اشتباه است! این یعنی یک با ۱۲۰ صفر در جلوی آن۱ در تمام فیزیک ، تاکنون این بزرگترین ناهمخوانی بین نظریه و آزمایش بوده است. نکته در آن است که هیچ کس نمی داند چگونه «انرژی هیچ چیز» را محاسبه کند. این یکی از مهمترین پرسشها در فیزیک است ( زیرا که سرانجام سرنوشت کیهان ما را تعیین خواهد کرد)، ولی در حال حاضر ما...

بیشتر بخوانید
کهکشانی مرده، فسیلی از جوانی کیهان!
فروردین۲۳

کهکشانی مرده، فسیلی از جوانی کیهان!

اکثر کهکشان‌ها سازه‌های شکل‌دهنده ستاره‌ای با میلیون‌ها یا میلیاردها ستاره هستند، اما کهکشانی کوتوله بنام Segue 1 دانشمندان را به فکر وا داشته، این کهکشان که ۷۵ هزار سال نوری از زمین فاصله دارد، حاوی چند صد ستاره‌ است و طی ۱۳ میلیارد سال، تاکنون ستاره‌ جدیدی تولید نکرده است؛ بنابراین، این کهکشان می‌تواند فسیلی از جوانی کیهان باشد. ۱۳ میلیارد سال قبل جهان ما تاریک بود و هیچ کهکشانی وجود نداشت و تنها هیدروژنی از بیگ بنگ ( انفجار بزرگ ) باقی مانده بود. این جهان اولیه گرم و یونیزه بود و با گذشت زمان گسترش و سرد شد. سپس ۳۸۰ هزار سال بعد از بیگ بنگ پروتون ها با الکترون ها ادغام و اتم های هیدروژن را به وجود آوردند که بلوک های نور بودند. زمانی که ستاره ها و کهکشانها نورشان را در فضا منتشر کردند، این نور توانست در فضا آزادانه حرکت کند و در این زمان شگفت انگیز بود که اولین ستاره ها شعله ور شدند و اشعه آنها به درون اتم ها و یون های گازهای اطراف منتقل شد. این مرحله از تاریخ بنام عصر بازیونیده‌شدن * معروف است و به بسیاری از پرسش های بنیانی پاسخ داده نشده در کیهان شناسی مرتبط است. اما گروهی به رهبری آنا فربل از موسسه فناوری ماساچوست در کمبریج آمریکا  و طبق تحلیل داده‌های تلسکوپ‌های ماژلان رصدخانه لاس کمپاناس در شیلی و رصدخانه کک در هاوایی، نشان دادند که ستارگان موجود در کهکشان کوتوله Segue 1 در اطراف راه شیری عمدتا از هیدروژن و هلیم تشکیل شده‌اند و دارای مقادیر اندک عناصر سنگینی مانند آهن هستند که نشان می دهد این کهکشان در واقع یک فسیل از کیهان اولیه می باشد. این اندازه گیری ها در مقاله ای در مجله اختر فیزیک تایید شده و نشان می دهد تکامل شیمیایی کهکشان Segue 1 از ۱۳ میلیارد سال پیش متوقف شده است. ستاره های این کهکشان بسیار سریع تشکیل شده است. سوال اینجاست که چرا ستاره سازی در آنها متوقف شده است؟ جمیز بوک اختر فیزیکدان می گوید یک کهکشان مانند این باید بتواند میلیون ها ستاره تولید کند، ولی چرا چنین نشده است. اکثر کهکشان‌ها از بازه‌های زمانی شکل‌گیری ستاره‌ای مکرر می‌گذرند؛ زمانی که ستاره‌ای به شکل ابرنواختر منفجر می‌شود، عناصر سنگینی را آزاد می‌کند که منجر به شکل‌گیری ستارگان جوان می‌شود. نوع عناصر آزادشده بستگی به جرم ستاره دارد و ستارگان با جرم بالا که برای مقادیر زمانی کوتاه‌تری زندگی می‌کنند، عناصری مانند منیزیم و کلسیم آزاد می‌کنند. ستارگان با جرم پایین نیز مدت طولانی‌تری زندگی می‌کنند اما عمدتا آهن آزاد می‌کنند. این تصویری از کهکشان کوتوله « Segue 2» میباشد که با توده‌ای نه‌چندان بزرگ از ماده تاریک ترکیب شده‌است. این کهکشان فقط ۱۰۰۰ ستاره...

بیشتر بخوانید
امواج کیهانی، سیاهچاله های اولیه را نشان می دهند
اسفند۰۴

امواج کیهانی، سیاهچاله های اولیه را نشان می دهند

یکی از شگفت انگیز ترین مشاهدات در ستاره شناسی منطقه شکل گیری ستاره های اولیه است.” رنان بارکانا” استاد دانشکده فیزیک و نجوم از دانشگاه تل آویو می گوید: در حالی که کیهان اولیه در آن زمان از اتم های هیدروژن پر شده بود، امید بخش ترین روش برای مشاهده ستاره های اولیه با استفاده از اندازه گیری امواج رادیویی هیدروژن ساطع شده از آنها است. به منظور تشخیص امواج رادیویی هیدروژن در کیهان اولیه چندین گروه بین المللی عملیاتی جدیدی را با استفاده از آرایه تلسکوپ های رادیویی آغاز کردند. این آرایه ها براساس حرارت کیهانی برای مشاهده سریع تر طراحی شده اند. بنابراین برای مشاهده آخرین اتفاقات کیهانی در هر طول موج از ستاره هایی که به وسیله شکسته شدن اتم های هیدروژن خارج شده و در فضای بین کهکشانی پخش شده است قابل تشخیص می باشد. این کشف جدید نشان می دهد که این تلسکوپ رادیویی می تواند نشانه هایی از داستان حرارت کیهانی در سیاهچاله های اولیه را نشان دهد. یک مطالعه جدید این موضوع را مطرح می کند که سیاهچاله ها از ستاره های اولیه در کیهان ما شکل گرفته اند و گازها بعدا در فضا بر اساس تصورات قبلی داغ شده اند. بنابراین این اثر مهر تاییدی است که از روی امواج رادیویی ستاره شناسان می توانند منشا کیهان را بیابند. ستاره شناسان گذشته دور ما را در میلیاردها سال قبل جست و جو می کنند. برخلاف باستان شناسان که محدود به زمین است در هر حال ستاره شناسان کسانی هستند که می توانند گذشته کیهان را بطور مستقیم ببینند و مطالعه کنند. نوری که از اجرام دور گرفته می شود مدت زیادی طول می کشد تا به زمین برسد. ستاره شناسان می توانند زمانی که در گذشته از این اجرام نور ساطع شده را ببینند و مورد مطالع قرار دهند. این به بدین معنی است که ستاره شناسان به حد کافی به بیرون نگاه کرده اند و آنها می توانند ستاره ها را زمانی که دقیقا در ابتدای کیهان بودند مشاهده کنند. بنابراین، این یافته جدید از حرارت کیهانی در گذشته دورتری اتفاق افتاده و بدین معنی است که ناظر نقطه عطف کیهان را مشاهده می کند. حرارت کیهانی یک راه مستقیم برای بررسی سیاهچاله های اولیه میباشد، در حالی که به احتمال زیاد توسط سیستم های ستاره ای بنام سیاهچاله های دوتایی رانده شده است. این جفت ستاره ها با انفجار های ابرنواختری به زندگی خود پایان می دهند و تبدیل به سیاهچاله می شوند. گازها از نزدیکی ستاره به داخل سیاهچاله کشیده می شود و در اثر جاذبه آن تکه تکه می شود و اشعه ایکس از آنها ساطع می شود، سپس این تابش داغ کیهانی بر اثر اصل کیهانی...

بیشتر بخوانید
پرتوهای کیهانی کجا متولد می شوند؟
بهمن۲۹

پرتوهای کیهانی کجا متولد می شوند؟

پرتوهای کیهانی، ذرات باردار بسیار پرانرژی هستند که از همه جای جهان به ما می‌رسند، اما منشأ این انرژی عظیم چیست؟ اکنون شواهد قطعی یافت شد که موج ضربه‌ای انفجارهای ابرنواختری انرژی این ذرات را تامین می‌کند. پروتون‌هایی که دائماً با سرعتی نزدیک به سرعت نور به جو زمین برخورد می‌کنند، انرژی عظیم مورد نیاز برای شتاب گرفتن خود را از ستاره‌های در حال انفجار به دست می‌آورند. دست‌کم فیزیک‌دانان و اختر‌شناسان مدت‌ها بود که چنین تصوری داشتند، اما نمی‌توانستند شاهدی برای آن پیدا کنند. به گزارش نیچر، پرتوهای کیهانی عبارتند از هر ذره بارداری که از فضا به سمت زمین گسیل می‌شود. تقریباً تمام این ذرات باردار پروتون هستند و برخی از آن‌ها به سرعتی آن‌قدر نزدیک به نور دست می‌یابند که ما در هیچ شتاب‌دهنده‌ای روی زمین نمی‌توانیم چنین سرعتی بهشان بدهیم. گرچه از سال 1912/1291 درباره پرتوهای کیهانی می‌دانیم، اما منشاء آن‌ها برای ما تا اندکی پیش یک راز بود. رازی صد ساله! استیفن فانک از آزمایشگاه شتاب‌دهنده ملی SLAC در کالیفرنیا این راز صدساله را این گونه وصف می‌کند: «راز این‌جاست که این همه انرژی از کجا می‌آید؟» فیزیک‌دان‌ها به عنوان یکی از مظنونین، انگشت اتهام را به سوی انفجارهای ابرنواختری گرفته بودند. موادی که طی فرایند انفجار ابرنواختر به بیرون پاشیده می‌شود، آن‌قدر سریع هستند که یک موج ضربه‌ای کیهانی ایجاد می‌کنند. هر پروتونی که در مسیر این موج ضربه‌ای قرار بگیرد، سوار موج می‌شود و با لگد موج انرژی می‌گیرد. از آن‌جا که پروتون‌ها باردارند، می‌توانند درون میدان‌های مغناطیسی ابرنواختر به دام بیافتند و همراه با موج به جلو و عقب بروند، درست همان طور که یک توپ تنیس در برخورد با تور تنیس گیر می‌کند و برمی‌گردد. یک تقلای تمام عیار با این وجود میدان‌های مغناطیسی می‌توانند باعث منحرف‌شدن پرتوهای کیهانی بر سر راهشان تا گیرنده‌های ما در زمین هم بشوند، بنابراین این که در چه مسیری به زمین می‌رسند، نشانه‌ای بر جهت شروع سفرشان به همراه ندارد، چراکه ممکن است بارها و بارها طی مسیر تغییر جهت داده باشند. بنابراین دانشمندان باید طور دیگری به این معما نگاه می‌کردند؛ شاید به کمک امواج گاما. می‌دانیم که پروتون‌های پرانرژی در مسیر حرکتشان با پروتون‌های کند برخورد می‌کنند و از برخورد آن‌ها امواج گاما ایجاد می‌شود. خوشبختانه امواج گاما از جنس نور هستند، یعنی تحت تأثیر میدان مغناطیسی مسیرشان را عوض نمی‌کنند. فانک و همکارانش با استفاده از تلسکوپ فضایی امواج گامای فرمی، به دو بازمانده بسیار درخشان از ابرنواخترهای تازه منفجرشده در کهکشان نگاه کردند تا ببینند آیا امواج گامای رسیده از این ابرنواخترها دارای شناسه‌ای هست که نشان دهد از برخورد پروتون‌های سریع و کند منشاء گرفته است یا نه. به خاطر قانون بقای انرژی، امواج گامای ناشی از برخورد پروتون‌ها...

بیشتر بخوانید