بیگ بنگ چیست؟جهان هستی چگونه شکل گرفت

 

 جهان ما چگونه ایجاد شد؟ چگونه به مکانی به ظاهر نامتناهی تبدیل شد که امروزه می شناسیم؟ و از این به بعد چه خواهد شد؟ اینها سؤالاتی است که از ابتدا تاکنون ذهن فیلسوفان و محققان را به خود مشغول کرده و نظریه های بسیار هیجان انگیز و جالبی است. امروزه، اتفاق نظر دانشمندان، ستاره شناسان و کیهان شناسان بر این است که جهان، همانطور که می شناسیم، در یک انفجار عظیم ایجاد شده است. نه تنها اکثریت ماده را ایجاد کرده است، بلکه قوانین فیزیکی حاکم بر کیهان همیشه در حال انبساط ما را به وجود آورده است.

مبانی تئوری نسبتاً ساده است. به طور خلاصه، فرضیه بیگ بنگ بیان می کند که تمام ماده فعلی و گذشته در کیهان در یک زمان، تقریباً ۱۳.۸ میلیارد سال پیش، به وجود آمدند. در این زمان، تمام مواد به شکل یک توپ بسیار کوچک با چگالی بی نهایت و گرمای شدید به نام تکینگی فشرده شدند. ناگهان تکینگی شروع به انبساط کرد و جهان آنطور که ما می شناسیم شروع شد.

در حالی که این تنها نظریه مدرن در مورد چگونگی به وجود آمدن جهان نیست برای مثال، نظریه حالت پایدار یا نظریه جهان نوسانی وجود دارد. این نظریه به طور گسترده مقبول و محبوب است. این مدل نه تنها منشأ همه مواد میشناسند، قوانین فیزیک و ساختار مقیاس بزرگ جهان را توضیح می دهد، بلکه انبساط کیهان و طیف وسیعی از پدیده های دیگر را نیز توضیح می دهد.

Image for post
Image for post

جدول زمانی بیگ بنگ چیست :

Image for post
Image for post

دانشمندان با عملکرد معکوس نسبت به وضعیت فعلی کیهان، این نظریه را مطرح کرده اند که باید از یک نقطه منفرد با چگالی بی نهایت و زمان محدودی که شروع به انبساط کرده است، منشاء آن است. پس از انبساط اولیه، این نظریه معتقد است که جهان به اندازه کافی سرد شد تا اجازه تشکیل ذرات زیر اتمی و بعداً اتم های ساده را بدهد. ابرهای غول پیکر این عناصر اولیه بعداً از طریق گرانش به هم پیوستند و ستاره ها و کهکشان ها را تشکیل دادند.(بیگ بنگ چیست)

همه اینها تقریباً ۱۳.۸ میلیارد سال پیش آغاز شد و بنابراین به عنوان سن جهان مورد نظر واقع می شود. دانشمندان از طریق آزمایش اصول نظری، آزمایش‌های مربوط به شتاب‌دهنده‌های ذرات و حالت‌های پرانرژی، و مطالعات نجومی که اعماق کیهان را رصد کرده‌اند، جدول زمانی رویدادهایی را ایجاد و با انفجار بزرگ آغاز شده و به وضعیت کنونی تکامل کیهانی کتسل شده است.

با این حال، نخستین زمان‌های کیهان که تقریباً از ۱۰-۴۳ تا ۱۰-۱۱ ثانیه پس از انفجار بزرگ به طول می‌انجامد، موضوع گمانه‌زنی‌های گسترده‌ای است. با توجه به اینکه قوانین فیزیک آنطور که ما می‌دانیم نمی‌توانستند در این زمان وجود داشته باشند، درک اینکه چگونه می‌توان بر کیهان حاکم بود دشوار است. علاوه بر این، آزمایش‌هایی که می‌توانند انواع انرژی‌ها را ایجاد کنند، هنوز انجام نشده‌اند. با این حال، بسیاری از تئوری ها در مورد آنچه در این لحظه اولیه در زمان واقع است، غالب است، که بسیاری از آنها با هم سازگار هستند.

بیگ بنگ چیست؟

تکینگی :

Image for post
Image for post

این دوره که به عنوان دوره پلانک (یا عصر پلانک) نیز شناخته می شود، اولین دوره معروف جهان بود. در این زمان، همه مواد روی یک نقطه منفرد با چگالی بی نهایت و گرمای شدید متراکم شدند. در این دوره، اعتقاد بر این است که اثرات کوانتومی گرانش بر فعل و انفعالات فیزیکی غالب بوده و هیچ نیروی فیزیکی دیگری از قدرت گرانش برخوردار نیست.

این دوره زمانی پلانک از نقطه ۰ تا تقریباً ۱۰-۴۳ ثانیه گسترش می یابد و به این دلیل نامگذاری میشود که فقط در زمان پلانک قابل اندازه گیری است. به دلیل گرمای شدید و چگالی ماده، وضعیت جهان به شدت ناپایدار بود. بنابراین شروع به گسترش و سرد شدن کرد و منجر به تجلی نیروهای اساسی فیزیک شد.(بیگ بنگ چیست)

تقریباً از ۱۰-۴۳ ثانیه و ۱۰-۳۶، جهان شروع به عبور از دماهای گذار کرد. در اینجا است که اعتقاد بر این است که نیروهای اساسی حاکم بر جهان شروع به جدا شدن از یکدیگر کرده اند. اولین گام در این امر، نیروی گرانشی بود که از نیروهای گیج جدا می‌شد، که نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف و الکترومغناطیس را به حساب می‌آورد.

سپس، از ۱۰-۳۶ تا ۱۰-۳۲ ثانیه پس از انفجار بزرگ، دمای جهان به اندازه کافی پایین بود (۱۰۲۸ K) که نیروهای الکترومغناطیس (نیروی قوی) و نیروهای هسته ای ضعیف (برهم کنش ضعیف) توانستند از هم جدا شوند. خوب، تشکیل دو نیروی متمایز.

بیگ بنگ چیست؟

دوره تورم :

Image for post
Image for post

با ایجاد اولین نیروهای بنیادی جهان، دوره تورم آغاز شد که از ۱۰ تا ۳۲ ثانیه در زمان پلانک تا نقطه ای نامعلوم به طول انجامید. اکثر مدل‌های کیهان‌شناسی نشان می‌دهند که جهان در این نقطه به طور همگن با چگالی انرژی بالا پر است و دما و فشار فوق‌العاده بالا باعث انبساط و سرد شدن سریع می‌شود.

این در ۱۰-۳۷ ثانیه شروع شد، جایی که انتقال فاز که باعث جدایی نیروها شد نیز به دوره ای منجر شد که جهان به طور تصاعدی رشد کرد. همچنین در این نقطه از زمان بود که باریوژنز رخ داد، که به یک رویداد فرضی اشاره دارد که در آن دما به حدی بالا بود که حرکات تصادفی ذرات با سرعت‌های نسبیتی رخ می‌داد.(بیگ بنگ چیست)

در نتیجه، جفت‌های ذره، پادذره از انواع مختلف به طور پیوسته ایجاد و در برخوردها از بین می‌رفتند، که اعتقاد بر این است که منجر به غلبه ماده بر ضد ماده در جهان کنونی است. پس از توقف تورم، جهان از پلاسمای کوارک-گلئون و همچنین تمام ذرات بنیادی دیگر تشکیل شد. از این نقطه به بعد، کیهان شروع به سرد شدن کرد و مواد به هم پیوستند و شکل گرفتند.

بیگ بنگ چیست؟

دوره خنک کننده :

Image for post
Image for post

با ادامه کاهش چگالی و دما در جهان، انرژی هر ذره شروع به کاهش کرد و انتقال فاز ادامه یافت تا اینکه نیروهای بنیادی فیزیک و ذرات بنیادی به شکل کنونی خود تغییر یافتند. از آنجایی که انرژی ذرات به مقادیری کاهش می‌یابد که می‌توان با آزمایش‌های فیزیک ذرات به دست آورد، این دوره به بعد کمتر در معرض حدس و گمان است.

به عنوان مثال، دانشمندان بر این باورند که حدود ۱۰-۱۱ ثانیه پس از انفجار بزرگ، انرژی ذرات به طور قابل توجهی کاهش یافت. در حدود ۱۰-۶ ثانیه، کوارک ها و گلوئون ها با هم ترکیب شدند و باریون هایی مانند پروتون و نوترون را تشکیل دادند و مقدار کمی کوارک نسبت به آنتی کوارک ها به مقدار کمی از باریون ها نسبت به آنتی باریون ها منجر شد.(بیگ بنگ چیست)

از آنجایی که دما برای ایجاد جفت‌های پروتون-آنتی پروتون (یا جفت‌های نوترون-آنی‌نوترون) به اندازه کافی بالا نبود، بلافاصله نابودی انبوه انجام شد و از هر ۱۰۱۰ پروتون و نوترون فقط یک نفر باقی ماند و هیچ یک از پادذرات آن‌ها وجود نداشت. فرآیند مشابهی در حدود ۱ ثانیه پس از انفجار بزرگ برای الکترون ها و پوزیترون ها اتفاق افتاد. پس از این نابودی، پروتون‌ها، نوترون‌ها و الکترون‌های باقی‌مانده دیگر به صورت نسبیتی حرکت نمی‌کردند و چگالی انرژی جهان تحت تسلط فوتون‌ها، و تا حدی کمتر، نوترینوها بود.

بیگ بنگ چیست؟

بیگ بنگ هسته ای چیست :

چند دقیقه پس از گسترش، دوره ای به نام بیگ بنگ هسته ای نیز آغاز شد. به لطف کاهش دما به ۱ میلیارد کلوین و کاهش چگالی انرژی به تقریباً معادل هوا، نوترون ها و پروتون ها شروع به ترکیب شدن کردند و اولین دوتریوم (ایزوتوپ پایدار هیدروژن) و اتم هلیوم جهان را تشکیل دادند. با این حال، بیشتر پروتون های کیهان به صورت هسته های هیدروژن ترکیب نشده باقی ماندند.

پس از حدود ۳۷۹۰۰۰ سال، الکترون‌ها با این هسته‌ها ترکیب شدند و اتم‌ها را تشکیل دادند (باز هم عمدتاً هیدروژن)، در حالی که تابش از ماده جدا شد و تا حد زیادی بدون مانع به گسترش خود در فضا ادامه داد. اکنون معروف است که این تابش همان چیزی است که پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) را تشکیل می دهد، که امروزه قدیمی ترین نور در جهان است.

با گسترش CMB، به تدریج چگالی و انرژی خود را از دست داد و در حال حاضر دمای ۰.۰۰۱۳ ± ۲.۷۲۶۰ K (۲۷۰.۴۲۴- درجه سانتی گراد / -۴۵۴.۷۶۳ درجه فارنهایت) و چگالی انرژی ۰.۲۵ eV/cm۳ (یا ۴.۰۰۵×۱۰) تخمین می شود. -۱۴ J/m۳؛ ۴۰۰-۵۰۰ فوتون/cm۳). CMB را می توان در همه جهات در فاصله تقریباً ۱۳.۸ میلیارد سال نوری مشاهده کرد، اما تخمین های فاصله واقعی آن را در حدود ۴۶ میلیارد سال نوری از مرکز کیهان نشان می دهد.

بیگ بنگ چیست؟

دوره ساختار :

Image for post
Image for post

در طی چندین میلیارد سال بعد، نواحی کمی متراکم‌تر از ماده تقریباً یکنواخت کیهان شروع به جذب گرانشی به یکدیگر کردند. بنابراین آنها حتی چگال تر شدند و ابرهای گازی، ستاره ها، کهکشان ها و دیگر ساختارهای نجومی را که امروزه به طور منظم مشاهده می کنیم، تشکیل دادند.

این همان چیزی است که به عنوان عصر ساختار شناخته می شود، زیرا در این زمان بود که جهان مدرن شروع به شکل گیری کرد. این شامل ماده مرئی است که در ساختارهایی با اندازه‌های مختلف، از ستارگان و سیارات گرفته تا کهکشان‌ها، خوشه‌های کهکشانی، و ابرخوشه‌ها، که ماده در آن متمرکز است، توزیع است که توسط خلیج‌های عظیمی که حاوی کهکشان‌های کمی هستند از هم جدا شدند.

جزئیات این فرآیند به مقدار و نوع ماده در کیهان بستگی دارد و ماده تاریک سرد، ماده تاریک گرم، ماده تاریک داغ و ماده باریونی چهار نوع پیشنهادی هستند. با این حال، مدل ماده تاریک لامبدا، سرد (Lambda-CDM)، که در آن ذرات ماده تاریک در مقایسه با سرعت نور به کندی حرکت می‌کنند، به عنوان مدل استاندارد کیهان‌شناسی بیگ بنگ مدنظر می‌شود، زیرا به بهترین وجه با اطلاعات موجود مطابقت دارد.(بیگ بنگ چیست)

در این مدل، ماده تاریک سرد حدود ۲۳٪ از ماده/انرژی جهان را تشکیل می دهد، در حالی که ماده باریونی حدود ۴.۶٪ را تشکیل می دهد. لامبدا به ثابت کیهانی اشاره دارد، نظریه ای که در ابتدا توسط آلبرت انیشتین ارائه شد و سعی داشت نشان دهد که تعادل جرم-انرژی در جهان ثابت است. در این مورد، با انرژی تاریک مرتبط است، که برای تسریع انبساط کیهان و حفظ ساختار مقیاس بزرگ آن تا حد زیادی یکنواخت عمل کرد.