نظریه بیگ بنگ چیست؟

نظریه بیگ بنگ پذیرفته‌شده‌ترین توضیح درباره چگونگی شروع جهان است. این نظریه می‌گوید جهانی که می‌شناسیم با یک نقطه منفرد بی‌نهایت داغ و متراکم آغاز شد، ۱۳.۷ میلیارد سال متورم و کشیده شد و حال به کیهان امروزی همچنان در حال انبساط تبدیل شده است.

فناوری موجود هنوز به اخترشناسان اجازه نمی‌دهد که منشا کیهان را پیدا کنند. در واقع، بسیاری از آن‌ چه در مورد بیگ بنگ می‌دانیم از فرمول‌ها و مدل‌های ریاضی به‌ دست آمده است. بیشتر جامعه نجومی این نظریه را قبول دارند ولی برخی از نظریه‌ پردازان علاوه‌ بر  نظریه بیگ بنگ، نظریه‌های دیگری مثل مانند تورم ابدی یا جهان در حال نوسان را پیشنهاد می‌کنند. جای تردید نیست که اصطلاح بیگ بنگ به گوشتان خورده است. پس اگر می‌خواهید با این نظریه بیشتر آشنا شوید، تا انتهای مقاله با ما همراه باشید.

تولد جهان

حدود ۱۳.۷ میلیارد سال پیش، همه چیز در کل جهان در یک تکینگی بی‌نهایت کوچک، نقطه‌ای با چگالی و گرمای بی‌نهایت، متراکم شده بود.

ناگهان یک انبساط انفجاری آغاز شد و جهانی را که می‌شناسیم با سرعتی بیشتر از سرعت نور به سمت بیرون پرتاب کرد. این دوره تورم کیهانی بود که تنها کسری از ثانیه طول کشید. وقتی تورم کیهانی به پایان رسید، سیل ماده و تشعشع که به‌عنوان بازگرمایش شناخته می‌شود، شروع به پر کردن جهان ما با موادی کرد که امروز می شناسیم. این مواد شامل ذرات، اتم‌ها، موادی که تبدیل به ستاره‌ها و کهکشان‌ها می‌شوند و مواد دیگر بود.

به گفته ناسا، همه این اتفاق‌ها تنها در اولین ثانیه پس از شروع جهان اتفاق رخ داده است، یعنی زمانی که دمای همه چیز هنوز شدیدا بالا و حدود ۱۰ میلیارد درجه فارنهایت (۵.۵ میلیارد سانتیگراد) بود. کیهانی که پدیدار شد، حاوی مجموعه وسیعی از ذرات بنیادی مانند نوترون‌ها، الکترون‌ها و پروتون‌ها بود که بلوک‌های سازنده هر چیزی را که امروز وجود دارد تشکیل می‌دهند.

 

چه کسی نظریه بیگ بنگ را مطرح کرد؟

تلسکوپ هابل اولین مشاهدات را تنظیم کرد. شواهد نظریه بیگ بنگ به‌ ویژه در دهه ۱۹۷۰ با شناسایی تابش زمینه ریزموج کیهانی (CMB) ادامه یافت. اصطلاح بیگ بنگ اولین بار در اواخر دهه ۱۹۴۰ توسط ستاره‌شناسی به اسم «فرد هویل» به‌کار رفت و در نهایت در دهه ۱۹۷۰ رایج شد.

آیا نظریه بیگ بنگ ثابت شده است؟

به‌طور کلی، شواهد محکمی برای اثبات نظریه بیگ بنگ وجود دارد و هر آزمایشی که درباره آن انجام می‌شود، این نظریه را تایید می‌کند. ریاضیدانان نظریه‌ها را ثابت می‌کنند. در مقابل دانشمندان فقط می‌توانند بگویند که شواهد از یک نظریه با درجه‌ای ‌از اطمینان که همیشه کمتر از ۱۰۰درصد است، حمایت می‌کنند. در همین راستا، مشاهده‌ های نظری مهمی که با پیش‌بینی‌های نظریه بیگ بنگ مطابقت دارند عبارتند از:

برای اطلاع از مقاله خورشیدگرفتگی چیست؟ روی لینک کلیک کنید.

1. قانون هابل

بر اساس قانون هابل، اجسام دور با سرعتی متناسب با فاصله خود از ما دور می‌شوند که زمانی اتفاق می‌افتد که انبساط یکنواخت در همه جهات وجود داشته باشد. این حاکی از زمانی است که در آن همه چیز به هم نزدیک‌تر بودند.

2. خواص تابش زمینه ریزموج کیهانی (CMB)

این خواص نشان می‌دهد که جهان گذار از یک گاز یونیزه‌شده (پلاسما) و یک گاز خنثی را تجربه کرده است. این گذار شاهدی بر وجود یک جهان اولیه داغ و متراکم است که با انبساط سرد شده است. این گذار در حدود 400 هزار سال بعد از نظریه بیگ بنگ اتفاق افتاده است.

3. فراوانی نسبی عناصر سبک

عناصر سبک مانند He-4، He-3 و Li-7 در دوران بیگ بنگ هسته‌ای (BBN) در چند دقیقه اول پس از انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند. فراوانی آن‌ها نشان می‌دهد که جهان در گذشته واقعا داغ و متراکم بوده است. این بر خلاف شرایط زمانی است که CMB تشکیل شد. در واقع، بین زمان وقوع BBN و CMB حدود یک میلیون درجه تفاوت دما وجود دارد.

 

آیا بیگ بنگ واقعا یک انفجار بزرگ بود؟

اگرچه بیگ بنگ معمولا به‌ عنوان یک انفجار توصیف می‌شود، این تصور گمراه‌کننده است. در انفجار، ذرات از یک نقطه مرکزی به یک فضای از قبل موجود پرتاب می‌شوند. اگر هنگام انفجار در نقطه مرکزی باشید، می‌بینید که تمام ذرات تقریبا با سرعت یکسان از شما دور می‌شوند. اما بیگ بنگ انفجار نبود، بلکه خود گسترش فضا بود. این مفهوم از معادلات نسبیت عام اینشتین بیرون می‌آید اما هیچ مفهوم مشابهی در فیزیک کلاسیک زندگی روزمره ندارد.

بر اساس این مفهوم، تمام فواصل در جهان با سرعت یکسان در حال کشیده شدن هستند. هر دو کهکشانی که در فاصله X از هم قرار دارند با سرعت یکسان از یکدیگر دور می شوند، در حالیکه کهکشانی که در فاصله 2X قرار دارد با سرعت دو برابر دور می‌شود.

سن جهان

تابش زمینه کیهانی (CMB) توسط بسیاری از محققان و با ماموریت‌های فضاپیما مشاهده شده است. یکی از معروف‌ترین ماموریت‌های فضایی برای انجام این کار، ماهواره کاوشگر ‌زمینه کیهانی (COBE) ناسا بود که در دهه ۱۹۹۰ از آسمان نقشه‌ برداری کرد.

چند ماموریت دیگر مشابه COBE انجام شده است، مانند آزمایش بومرنگ (مشاهدات بالون تابش میلی‌متری برون‌کهکشانی و ژئوفیزیک)، کاوشگر ناهمسان‌گرد ریزموجی ویلکینسون (WMAP) و ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا.

یافته‌های پلانک که برای اولین بار در سال ۲۰۱۳ منتشر شد، نقشه CMB را با جزئیات بی‌سابقه‌ای ترسیم کرد و نشان داد که جهان قدیمی‌تر از چیزی است که تصور می‌کردیم. به عبارت دیگر، عمر کیهان به‌جای ۱۳.۷ میلیارد سال، ۱۳.۸۲ میلیارد سال است.

برای اطلاع از مقاله ناسا چیست و چه می کند؟ روی لینک کلیک کنید.

بیگ بنگ و تلسکوپ فضایی جیمز وب

تلسکوپ مانند یک ماشین زمان است که به ما این امکان را می‌دهد که به گذشته‌های دور نگاه کنیم. ناسا با استفاده از تلسکوپ فضایی هابل، کهکشان‌ها را رصد کرده است. جانشین هابل یعنی تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST)، این توانایی را دارد که عمیق‌تر به گذشته نگاه کند.

ناسا امیدوار است که با کمک این تلسکوپ زمان شکل‌گیری اولین کهکشان‌ها، یعنی تقریبا ۱۳.۶ میلیارد سال پیش را ببیند. برخلاف هابل که عمدتا در باند موج مرئی می‌بیند، JWST یک تلسکوپ مادون قرمز است که مزیت بزرگی در نگاه کردن به کهکشان‌های بسیار دور محسوب می‌شود. انبساط کیهان به این معنی است که امواج ساطع‌ شده از آن کشیده می‌شوند، بنابراین نوری که در طول موج‌های مرئی ساطع شده است در واقع در مادون قرمز به ما می‌رسد.

اگرچه می‌توانیم بفهمیم جهانی که امروزه می‌بینیم چگونه به‌ وجود آمده است، ممکن است بیگ بنگ اولین دوره انبساطی نبوده باشد که جهان تجربه کرده است. برخی از دانشمندان بر این باورند که ما در کیهانی زندگی می‌کنیم که چرخه‌های منظم انبساط و کاهش انقباض را طی می‌کند و فعلا در مرحله انبساط هستیم.

نتیجه

نظریه بیگ بنگ توسط خیلی از دانشمندان و ریاضیدانان موزد بررسی قرار گرفت و همچنان نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. با اختراع تلسکوپ مطالعات در مورد این نظریه نیز جان تازه ای به خود گرفت چرا که مشاهدات بیشتری را در اخنیار دانشمندان قرار می داد.

علاقمندان به علم نجوم نیز با خرید تلسکوپ توانستند شگفتی های آسمان را با تلسکوپ های جدید و پیشرفته بهتر ببینند. خرید تلسکوپ در سایت موسسه طبیعت آسمان شب بسیار ساده و مطمئن انجام می شود.

برای دانلود مقاله نظریه بیگ بنگ چیست؟ روی لینک کلیک کنید.

منبع: سایت موسسه طبیعت آسمان شب و نظریه بیگ بنگ چیست؟

نظریه انفجار بزرگ(بیگ بنگ) چیست؟

نظریه انفجار بزرگ چگونگی آغاز جهان را توضیح می دهد. تئوری بیگ بنگ توضیح اصلی برای چگونگی شروع جهان است. به بیان ساده‌تر، می‌گوید جهان همانطور که می‌دانیم با یک نقطه منفرد بی‌نهایت داغ و متراکم آغاز شد که در طی 13.7 میلیارد سال آینده به کیهانی که هنوز در حال انبساط است متورم و کشیده شد - ابتدا با سرعت‌های غیرقابل تصور و سپس با سرعتی قابل اندازه‌گیری. که امروز می دانیم. فناوری موجود هنوز به اخترشناسان اجازه نمی دهد که به معنای واقعی کلمه به تولد کیهان نگاه کنند، بسیاری از آنچه در مورد انفجار بزرگ می فهمیم از فرمول ها و مدل های ریاضی می آید. با این حال، ستاره شناسان می توانند "پژواک" انبساط را از طریق پدیده ای به نام پس زمینه مایکروویو کیهانی ببینند.

 

⭕ تولد کیهان

حدود 13.7 میلیارد سال پیش، همه چیز در کل جهان در یک تکینگی بی نهایت کوچک متراکم شد، نقطه ای از چگالی و گرمای بی نهایت. ناگهان، یک انبساط انفجاری آغاز شد و جهان ما را با سرعتی بیشتر از سرعت نور به سمت بیرون پرتاب کرد. این دوره تورم کیهانی بود که تنها کسری از ثانیه طول کشید - طبق نظریه فیزیکدان آلن گوث در سال 1980 که طرز فکر ما را در مورد بیگ بنگ برای همیشه تغییر داد. هنگامی که تورم کیهانی به پایانی ناگهانی و هنوز مرموز رسید، توصیفات کلاسیک تری از انفجار بزرگ مطرح شد. سیل ماده و تشعشع، که به عنوان "گرم شدن مجدد" شناخته می شود، شروع به پر کردن جهان ما با موادی کرد که امروز می شناسیم: ذرات، اتم ها، موادی که به ستاره ها و کهکشان ها تبدیل می شوند و غیره. به گفته ناسا، همه اینها تنها در اولین ثانیه پس از شروع جهان اتفاق افتاد، زمانی که دمای همه چیز هنوز به طرز دیوانه کننده ای گرم بود، در حدود 10 میلیارد درجه فارنهایت (5.5 میلیارد سانتیگراد). کیهان اکنون حاوی مجموعه وسیعی از ذرات بنیادی مانند نوترون‌ها، الکترون‌ها و پروتون‌ها است - مواد خامی که به بلوک‌های ساختمانی برای هر چیزی که امروز وجود دارد تبدیل می‌شوند.

⭕ آیا نظریه انفجار بزرگ ثابت شده است؟

یک پاسخ کوتاه به یک سوال کمی متفاوت، این است که تمام شواهد رصدی که ما گردآوری کرده‌ایم با پیش‌بینی‌های نظریه انفجار بزرگ مطابقت دارد. سه مشاهده مهم عبارتند از: قانون هابل نشان می دهد که اجسام دور با سرعتی متناسب با فاصله خود از ما دور می شوند - که زمانی اتفاق می افتد که انبساط یکنواخت در همه جهات وجود داشته باشد. این حاکی از تاریخی است که در آن همه چیز به هم نزدیکتر بود. خواص تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB). این نشان می دهد که جهان از یک گاز یونیزه شده (پلاسما) و یک گاز خنثی عبور کرده است. چنین انتقالی دلالت بر یک جهان اولیه داغ و متراکم دارد که با انبساط سرد شده است. این انتقال پس از حدود 400000 سال پس از انفجار بزرگ اتفاق افتاد. 3) فراوانی نسبی عناصر سبک (He-4، He-3، Li-7 و دوتریوم). اینها در دوران بیگ بنگ هسته ای (BBN) در چند دقیقه اول پس از انفجار بزرگ شکل گرفتند. فراوانی آن‌ها نشان می‌دهد که جهان در گذشته واقعاً داغ و واقعاً متراکم بوده است (بر خلاف شرایطی که CMB تشکیل شد، که فقط گرم و متراکم معمولی بود - حدود یک میلیون تفاوت دما بین زمانی که BBN رخ داد و زمانی که CMB رخ داد).

برای اطلاع از مقاله کهکشان آندرومدا بر روی لینک کلیک کنید.

⭕ آیا اتفاقی وجود دارد که با نظریه بیگ بنگ در تضاد باشد؟

مسائلی وجود دارد که در ساده‌ترین مدل بیگ بنگ به وجود می‌آیند، اما می‌توان آن‌ها را با فراخوانی یک فرآیند فیزیکی که همچنان با فرض اصلی تئوری بیگ بنگ سازگار است، حل کرد. به طور خاص، این واقعیت که دمای CMB در همه جا یکسان است، به نظر می‌رسد که جهان هیچ انحنای ندارد، و اینکه نوسانات چگالی ناشی از پیش‌بینی‌های مکانیکی کوانتومی امروز خوشه‌های کهکشانی با اندازه و شکل مناسب را تولید نمی‌کنند. این سه مسئله با تئوری تورم - که بخشی از نظریه انفجار بزرگتر است - حل می شود.

⭕ نظریه بیگ بنگ چه زمانی پایه گذاری شد؟

هابل واقعاً شخصی بود که مشاهدات را تنظیم کرد. شواهد به ویژه در دهه 1970 با شناسایی CMB ادامه یافت. اصطلاح "بیگ بنگ" اولین بار در اواخر دهه 1940 توسط فرد هویل منجم به کار رفت - در نهایت در دهه 1970 رایج شد.

 

 

⭕ مدل سازی انفجار بزرگ

از آنجایی که ما نمی‌توانیم مستقیماً آن را ببینیم، دانشمندان در تلاش بوده‌اند تا از طریق اقدامات دیگر بیگ بنگ را ببینند. در یک مورد، کیهان شناسان برای رسیدن به اولین لحظه پس از انفجار بزرگ با شبیه سازی 4000 نسخه از جهان کنونی در یک ابررایانه عظیم، به عقب فشار می آورند. با آنچه در مورد جهان امروزی شناخته شده است، محققان در این مطالعه 2021 درک خود را از نحوه برهمکنش نیروهای گرانشی در جهان اولیه با هزاران جهان مدل‌سازی شده کامپیوتری مقایسه کردند. اگر آنها می توانستند شرایط شروع جهان های مجازی خود را پیش بینی کنند، امیدوار بودند که بتوانند به طور دقیق پیش بینی کنند که جهان خودمان در ابتدا چگونه به نظر می رسید. محققان دیگر راه های مختلفی را برای بازجویی از آغاز جهان ما انتخاب کرده اند. در یک مطالعه در سال 2020، محققان این کار را با بررسی شکاف بین ماده و پادماده انجام دادند. در این مطالعه که هنوز توسط همتایان بررسی نشده است، آنها پیشنهاد کردند که عدم تعادل در مقدار ماده و پادماده در جهان به مقادیر بسیار زیاد ماده تاریک جهان مربوط می شود، ماده ناشناخته ای که بر گرانش تأثیر می گذارد و در عین حال بر هم کنش ندارد. با نور آنها پیشنهاد کردند که در لحظات حیاتی بلافاصله پس از انفجار بزرگ، جهان ممکن است برای ساختن ماده بیشتر از معکوس خود، ضد ماده، تحت فشار قرار گرفته باشد، که پس از آن می تواند منجر به تشکیل ماده تاریک شود.

⭕ آیا انفجار بزرگ یک انفجار بود؟

اگرچه انفجار بزرگ اغلب به عنوان یک "انفجار" توصیف می شود، اما این یک تصویر گمراه کننده است. در یک انفجار، قطعات از یک نقطه مرکزی به یک فضای از قبل موجود پرتاب می شوند. اگر در نقطه مرکزی بودید، می دیدید که تمام قطعات تقریباً با همان سرعت از شما دور می شوند. اما بیگ بنگ اینطور نبود. این خود گسترش فضا بود – مفهومی که از معادلات نسبیت عام اینشتین بیرون می‌آید، اما هیچ مشابهی در فیزیک کلاسیک زندگی روزمره ندارد. این بدان معنی است که تمام فواصل در جهان با سرعت یکسان در حال کشیده شدن هستند. هر دو کهکشان که با فاصله X از هم جدا شوند با سرعت یکسان از یکدیگر دور می شوند، در حالی که کهکشانی در فاصله 2X با سرعت دو برابر آن عقب می نشیند.

 

⭕ تلسکوپ جیمز وب و انفجار بزرگ

تلسکوپ تقریباً مانند یک ماشین زمان است که به ما امکان می دهد به گذشته های دور نگاه کنیم. با کمک تلسکوپ فضایی هابل، ناسا کهکشان ها را مانند میلیاردها سال پیش به ما نشان داد - و جانشین هابل، تلسکوپ فضایی جیمز وب، این توانایی را دارد که حتی عمیق تر به گذشته نگاه کند. ناسا امیدوار است که تمام راه های بازگشت به زمان شکل گیری اولین کهکشان ها، تقریبا 13.6 میلیارد سال پیش را ببیند. و برخلاف هابل که عمدتاً در باند موج مرئی می‌بیند، تلسکوپ فضایی جیمز وب یک تلسکوپ مادون قرمز است - یک مزیت بزرگ در نگاه کردن به کهکشان‌های بسیار دور. انبساط کیهان به این معنی است که امواج ساطع شده از آنها کشیده می شوند، بنابراین نوری که در طول موج های مرئی ساطع شده است در واقع در مادون قرمز به ما می رسد.

? نتیجه

در حالی که اکثریت جامعه نجومی این نظریه را می پذیرند، برخی از نظریه پردازان وجود دارند که علاوه بر انفجار بزرگ، توضیحات دیگری نیز دارند - مانند تورم ابدی یا جهان در حال نوسان. مشاهداتی که برای اولین بار در سال 2013 منتشر شد، نقشه CMB را با جزئیات بی سابقه ای ترسیم کرد و نشان داد که کیهان قدیمی تر از آن چیزی است که قبلاً تصور می شد: 13.82 میلیارد سال، به جای 13.7 میلیارد سال. ماموریت رصدخانه تحقیقاتی ادامه دارد و نقشه های جدید CMB به صورت دوره ای منتشر می شود.

برای دانلود مقاله نظریه انفجار بزرگ چیست؟ روی لینک کلیک کنید.

 منبع: سایت موسسه طبیعت آسمان شب و نظریه انفجار بزرگ جیست؟