آغاز آفرینش (3) (مقاله پژوهشی حوزه)
درجه علمی: علمی-پژوهشی (حوزوی)
حوزه های تخصصی:
دریافت مقاله
آرشیو
چکیده
متن
در گفتار پیش به نگارش آمدکه به عقیده دانشمندان، آفرینش از مجردات آغاز گشته و در پى آن مادیات، عناصر و اجرام فضایى و زمینى آفریده شدند.
گروه بزرگى از دانشمندان، آغاز آفرینش مادیات را با تئورى «انفجار بزرگ و انبساط جهان» توجیه مىکنند، مطابق این نظریه همهى ماده و انرژیى که در حال حاضر در جهان وجود دارد زمانى در گوى کوچک، بىنهایتسوزان و بىاندازه چگالى متمرکز بوده است.
آنگاه ده میلیارد سال پیش یا بیشتر این گوى منفجر شد و طوفانهایى از گاز عمدتا متشکل از پروتونها، نوترونها، الکترونها ومقدارى ذره«آلفا»را که در اقیانوس وسیعى از اشعه غوطهور بودند به فضا فرستاد.
با گذشت زمان در این گاز متلاطم تجمع ماده صورت پذیرفت و هر تجمعى در حالى که همراه با جهان انبساط یابنده حرکت مىکرد بر اثر میدان گرانشى خود منقبض مىشد. این تجمعهاى گازى(که سحابى نامیده مىشوند) چون به حبابهاى جسیمى تقسیم شدند که پیش ستارهها (تودههایى از گاز که با گذشت زمان بایستى به ستاره تبدیل مىشدند) بودند، کهکشانها را به وجود آوردند.
بسیارى از این پیش ستارگان، در حالى که تحت تاثیر نیروهاى گرانشى و گریز از مرکز خود کوچک و پهن مىشدند، ناپایدار شده ، موجب گردیدند که تودههاى کوچکترى از گاز از آن جدا شوند و پیش سیارهها را تشکیل دهند،وپیش سیارهها نیز به نوبهى خود پیش قمرها را به وجود آورند.
سرانجام پیش ستارهها، ستاره شدند، پیش سیارهها و پیش قمرها نیز پس از آن که سرد، متراکم و منقبض شدند به صورت سیارات و اقمار درآمدند.
گذار از مرحلهى پیش ستارهاى به ستاره در مورد خورشید پنج میلیارد سال پیش صورت گرفت، سیارات و اقمار منظومهى شمسى نیز اندک زمانى بعد تشکیل شدند.
در این نظریه، جهان انبساط مىیابد، این مفهوم حکایت از آن دارد که کهکشانها نه تنها از کهکشان ما دور مىشوند، بلکه هر کهکشانى از هر کهکشان دیگر دور مىشود، این افزایش فاصله معلول این است که کلجهان در حال انبساط است، و فاصلهى بین هر دو کهکشان به آهنگ ثابتى افزایش مىیابد.
دو بعد جهان در حال انبساط را مىتوان به بادکنکى تشبیه کرد که لکههایى (کهکشانها) بر سطح آن گذاشته شده است، چون در بادکنک بدمیم فاصله بین هر دو نقطه به نسبت فاصلهى بین آنها افزایش پیدا مىکند(به شکل زیر توجه فرمایید)
نظریهى جهان نوسان کننده
مطابق این نظریه، انبساطى که با انفجار بزرگ آغاز شد بر اثر نیروى گرانشى، سرانجام متوقف خواهد گشت، آنگاه انقباض آغاز مىگردد و مجددا همهى ماده جهان را به آتشگوى اولیه باز خواهد گرداند، سپس انفجار بزرگ دوم روى خواهد داد و روند تکامل بار دیگر آغاز خواهد شد.
تئورى جهان یکنواخت
در سال 1951م بوندى، گولد و هویل یک جهان شناخت کاملا تازهاى پیشنهاد کردند که بنابرآن، جهان نه آغاز دارد نه پایان، و زمان و فضا تغییر نمىپذیرند و همیشه به همان صورتى بوده و خواهد بود که اکنون به چشم ناظر مىآید.
این تئورى، فرضیه مسلم خاصى را ایجاب مىکند که متضمن پیدایش پیوستهى ماده در فضا به میزانى است که درست کاهش چگالى متوسطى را در فضا جبران مىکند، که سبب فرسایش و پسروى کهکشانها پدید مىآید. فرض بر این است که مادهى نوپدید، به صورت کهکشانها متراکم مىشود، وبا دور شدن کهکشانها از هم و پیر شدن آنها کهکشانهاى جدید در فضاهاى تهى تکوین مىیابند، و نمایش بدون آغاز و پایان جهان ادامه مىیابد.
بر این اساس، گازها، غبارها و انرژىهایى که ستارگان در پیرى از خود دفع مىکنند مواد خامى است که ستارگان جدید از آن به وجود مىآیند، از این رو جمعیت کهکشانى همهى فضا مخلوطى از کهکشانها را نشان مىدهد که جوانترین آنها که هنوز یک میلیارد سال ندارند تا پیرترین آنها که پنج، ده و بیست میلیارد سال وحتى بیشتر عمر کرده تشکیل شده است.
چند سؤال
اشکالهایى که تئورى انفجار بزرگ و انبساط جهان رابه چالش مىگیرند عبارتند از:
الف) در تئورى انفجار بزرگ عمر جهان بین ده تا بیست میلیارد سال تخمین زده شده است، در حالى که ما اختر نماهایى را با بیش از این فاصله، باتلسکوپهاى این زمان مشاهده مىکنیم، و هیچ کس نه ادعا کرده و نه خواهد کرد که دورترین اخترنماهاى دیده شده آخرین کهکشانهاى فضا به شمار مىروند، زیرا مىدانیم سرعت نور در هر ثانیه سیصد هزار کیلومتر است.
پس چنانچه ما دو اختر نما(کوآزار) را در دو طرف خودمان به زاویه 180 باتلسکوپهاى قوى این عصر با فاصله 20 میلیارد سال نورى بنگریم و مرکز انفجار بزرگ را در کهکشان خودمان فرض کنیم خواهیم دانست که سرعت اجرام اخترنماها هر قدر زیاد هم باشند به پایهى سرعت نور نخواهند رسید، بنابراین باید خیلى بیش از ده یا بیست میلیارد سال طول بکشد تا یک کوآزار به محلى که ما اکنون نور آن را مشاهده مىکنیم رسیده باشد. و این یک اشکال بزرگ است.
ب) ماهیت انبساط چیست؟
ج) مرکز آن کجاست؟
د) عامل اصلى انبساط کدام است؟
اینها پرسشهایى هستند که به هنگام بحث دربارهى انبساط جهان مطرح مىشوند و هنوز هم پاسخ قطعى نیافتهاند. هنوز معلوم نیست که آیا انبساط، داراى مرکز مشخصى هستیا نه، اگر مرکزى هم وجود داشته باشد، شاید قادر به یافتن آن نباشیم، براى مثال اگر در رویهى یک بادکنک دهها نقطه را علامت گذارى و بعد در آن بدمیم به موازات بزرگ شدن حجم، نقاط نیز از همدیگر دور مىشوند، در حالى که هیچ یک از آنها را نمىتوان به عنوان مرکز انتخاب کرد.
به این ترتیب دانشمندان نه تنها در مورد وجود مرکزى به عنوان مرکز انفجار بزرگ براى جهان فعلى مطمئن نیستند، بلکه به وجود آن در حالتهاى پیشین نیز اطمینان ندارند.
در مورد عامل و علت اصلى انبساط نیز فعلا جواب قطعى داده نشده است، شاید هرگز به این نکته پى نبریم که در لحاظ شروع انبساط چه حوادثى پیش آمده است، زیرا ممکن است همهى سر نخها به واسطهى شدت حادثه از بین رفته باشند.
چگونگى حالات قبل از انبساط نیز احتمالا جزء اسرار غیر قابل کشف قرار مىگیرد.
از طرف دیگر طبق نظریه «جهان چرخهاى» جهان بین چگالى زیاد و چگالى کم نوسان مىکند و انبساط و انقباض به تناوب تکرار مىشوند.
توضیح اشکال اول
اگر انفجار بزرگ و انبساط جهان امکان پذیر باشد مىتوان با در دست داشتن میزان انبساط به زمانى در تاریخ جهان بازگشت که همه کهکشانها در نقطهاى متمرکز بودهاند، و آغاز جهان آفرینش را از آنجا به حساب آورد، بنابراین، زمان بین آغاز تا حال عبارت است از سن و عمر جهان، ولى براى حل کامل مساله خستباید از هندسهى جهان آگاه شد و بعد معادلههاى لازم را در روابط بین کیهانشناسى و و یژگیهاى جهان به کار برد.
از آنجا که هر مدل کیهانشناختى جواب مخصوص خود را دارد، دستیازى به نقطه آغازین از این طریق عملى نیست; زیرا نخستباید صحتیکى از نظریات (هندسه اقلیدسى و نا اقلیدسى) اثبات شود.
مدل اقلیدسى که فضاى جهان را مسطح به حساب مىآورد و سادهترین مدلها است، محاسبه سن جهان بر این مدل به عددى حدود یازده (11) میلیارد سال مىرسد، با توجه به این که سنزمین حدود 4 تا 5 میلیارد سال و سن منظومهى شمسى که از اندازهگیرى سن شهابسنگها عملى شده استحدود 6/4 میلیارد سال مىباشد، بنابراین مىتوان باور داشت که سن کل جهان نیز نمىتواند بیشتر از 11 میلیارد سال باشد.
لیکن اشکال اینجا است که در محاسبه سن پیرترین ستارگان کهکشان راه شیرى به مقادیر بین 12 تا 15 میلیارد سال مىرسیم، این در حالى است که محاسبه جهان دور دست هنوز از محدوده تلسکوپهاى ما خارج است، زیرا هر سال که مىگذرد تلسکوپها و دیگر ابزارهاى نجومى پیشرفتهتر مىشوند وگستره مشاهدات انسان بسط مىیابد، مثلا تلسکوپ 200 اینچى «مونت پالومار» از ابزارهایى است که براى کاوش حوزههاى بسیار دور جهان طراحى شده وحدود 20 میلیارد سال نورى را مىنمایاند، بنابراین بین 11 میلیارد سنکل جهان و بین 15 میلیارد و بیشتر (سنپیرترین ستارگان دیده شده) یک تفاوت و تناقض چشمگیر وجود دارد.
براى رفع این تناقض چند احتمال دادهاند:
الف) فرض کنیم محاسبه سن ستارگان پیر کهکشان خودمان (راه شیرى) همراه با اشتباه بوده و سن واقعى آنها کمتر از مقادیر به دست آمده است.
ب) منشا جهان از یک نقطه نیست وشکل عمومى آن از یک نوسان پیروى مىکند، یعنى جهان متناوبا در حال انبساط و انقباض است و زندگى امروزى ما در مرحلهى انبساط آن قرار گرفته است.
ج) فرض شود جهان ، تاریخ نامحدودى دارد و به موازات دور شدن کهکشانها از هم ، کهکشانهاى دیگرى براى پر کردن فضاى خالى آنها پدید مىآیند، این فرضیه چنان که اشاره شد به جهان پایدار مشهور است.
د) هندسه جهان را نا اقلیدسى بدانیم، محاسبه جهان بر مبناى هندسههاى غیر اقلیدسى رسیدن به مقادیر بیشتر از 15 میلیارد سال را ممکن مىسازد.
هندسهى جهان
بر اساس هندسه اقلیدس که آن را هندسه مسطحه ودو بعدى مىخوانند جهان، نامحدود و بىمرز است، این دیدگاه از اصل پنجم برخاسته است که بر اساس آن: دو خط موازى ومستقیم اگر تا بىنهایت هم امتداد یابند هیچگاه همدیگر را قطع نمىکنند و فاصلهشان همواره ثابت است.
اصل پنجم اقلیدس این است: «اگر خطى بر دو خط راست فرو افتد با آنها دو زاویه بسازد، چنان که مجموعشان از دو قائمه کمتر باشد، وقتى که آن دو خط به طور نامتناهى امتداد داده شوند، در طرفى که زاویههاى کوچکتر از دو قائمه قرار دارند به یکدیگر مىرسند».
لیکن چنان که گویند: خود اقلیدس از این اصل و دست آوردهاى آن ناخشنود بود وچشم به پیدایش هندسه نا اقلیدسى دوخت.
بسیارى از دانشمندان کوشیدند اصل پنجم اقلیدس را چون چهار اصل دیگر اثبات کنند و موفق نشدند، از جمله مردانى که در اثبات این اصل تلاش کردند:
ابوالحسن ثابتبن قره حرانى (221 تا 288ه.ق) پزشک، ریاضىدان، اختر شناس و مترجم نامدار بود، وى با روشى که پس از او ابوعلى حسن، مکنى به ابن هیثم،معروف به بصرى (354تا 420ه.ق) پزشک، فیزیکدان، ریاضىدان و بزرگترین محقق در شاخهى نورشناسى فیزیک به کار گرفت و همچنین:حکیم ابوالفتح عمر خیام نیشابورى (439 تا 526ه.ق) حکیم، فیلسوف، شاعر، اخترشناس و ریاضىدان(همه در اصل پنجم اقلیدس تردید داشتند)، هر کدام خواستند به نحوى آن را اثبات کنند ولى توفیق به دست نیاوردند.
خواجه نصیرالدین حکیم والا مقام خطهى طوس(597 تا 672ه.ق) منجم، ریاضىدان، سیاستمدار و نویسنده زبردست نیز در اثبات اصل پنجم به نتیجهاى نرسید، وى شرحى به عربى بر اقلیدس و رسالهاى دربارهى اصلهاى اقلیدسى نوشت و در بررسى اصل پنجم و براى اثبات آن به اهمیت قضیهى «مجموع زاویههاى مثلثبرابر دو قائمه است» توجه کرده و خواست از این روى کرد نتیجه بگیرد.
جان والیس(1616 تا 1703م) به کار خواجه نصیرالدین و شیوهى استدلال او دلبستگى پیدا کرده و در سال 1651م استدلال او را در کلاس درس دانشگاه اکسفورد به کار برد.(به شکل زیر توجه فرمایید)
هندسه هذلولوى نا اقلیدسى
بولیایى (1775تا 1856م) و لباچفسکى(1793 تا 1856م) در اوایل سده نوزدهم هندسهى نااقلیدسى را کشف کردند، اما کشف آن به وسیلهى یک کشیش ««زوئیت» ایتالیایى تقریبا صد سال پیشتر صورت پذیرفته بود، همچنین اندکى بعد در آلمان:یوهان هاینریخ لامبرت(1718 تا 1777م) نیز به کشف هندسهى نا اقلیدسى بسیار نزدیک شد، به دیگر سخن هندسه نا اقلیدسى را نه یک تن بلکه تنى چند در نقاط مختلف جهان بىارتباط به یکدیگر کشف کردند، مثلا گاوس(1777تا 1855م) در آلمان، بولیایى در مجارستان(هنگرى) لباچفسکى در روسیه به این کشف دستیازیدند، گاوس همان راه ساکرى و لامبرت که با آثارشان آشنایى داشت را مىپیمود، و لباچفسکى نبوغ گاوس را صحه گذاشت و گفت: هیچ برهان قطعى دربارهى اصل پنجم وجود ندارد. وى در نظریهى جدید خاطرنشان ساخت که از هر نقطه بیش از یک خطا به موازات خط مفروضى مىتوان رسم کرد، و مجموع زاویههاى مثلث کمتر از دو قائمه است. کاربرد این هندسه در سطوح منحنى چون سطح یک زین اسب است، و مىتوان در آن عدهى فراوانى خطوط ژئودزى( خطوط مستقیم در سطح مستوى هندسه اقلیدسى) رسم کرد که هیچ یک از آنها هر چه به هر سو هم کشیده شوند یک خط ژئودزى معین را قطع نمىکنند.
بر این اساس، در سطح یک زین مجموع سه زاویه مثلثى که تشکیل مىشود همواره کوچکتر از دو زاویه قائمه است، و اختلاف بستگى به اندازه مثلث دارد. سطوحى که داراى خواص یک سطح زینى (هندسه هذلولوى) هستند انحناء و سطوح منفى نام دارند.
هندسه نا اقلیدسى بیضوى
برنهاردیمان (1826 تا 1866م) شاگرد گاوس در یک سخنرانى گفت: فضا لازم نیست نامتناهى باشد هر چند بى مرز تصور شود، یعنى مىتوان گفت: دو خط با هم موازى نیستند و مجموع زاویههاى یک مثلثبزرگتر از دو قائمه است و فضا از سه جهت (طول، عرض، ژرفا) بسط یافته است، و این حالت مخالف با سطح زین را با هندسه بر سطح یک کره نشان مىدهند، در این حالت کروى خطوط ژئودزى همان قوسهاى دایره عظیمه هستند و هر دو دایره عظیمه غیر مشخص همواره یکدیگر را در دو نقطه قطع مىکنند و خطوط موازى به هیچ وجه وجود ندارند.
در این هندسه مجموعهى سه زاویهى مثلث همواره بزرگتر از دو قائمه است:(به شکل زیر توجه فرمایید)
سطوح این هندسه با انحناى مثبتشناخته شدهاند.
روش و طرز کار ریاضى براى توصیف فضاهاى سه بعدى منحنى و نیز فضاهاى منحنى با ابعاد بیشتر توسط ریمان تکمیل شد و براى استفاده اینشتاین وقتى که فکر ملا اتصالى ( زمان و بعد چهارم) را تصور کرد آماده بود.
کیهان شناسى اینشتاین
آلبرات اینشتاین (1879تا 1955م) کیهان شناسى خود را بر پایه هندسه غیر اقلیدسى بنا نهاد که در آن حجم جهان، محدود تلقى مىشود، در هندسه او (بیضوى) سه زاویه ثلثبیش از 180 درجه است، و چنان چه خط مستقیمى تا بىنهایت ادامه یابد نهایتا به نقطه آغاز برمىگردد، یعنى خط مستقیم با انحناء مشخص انحناء مىیابد، و این شعاع نشانگر اندازهى جهان است، این نوع جهان فاقد کرانه و فضاى خالى خواهد بود، و کهکشانها و ستارگان با توزیع همگن، کل آن را خواهند پوشاند و تعداد محدودى ستاره و کهکشان در حجم محدود آن وجود خواهند داشت.
طرفداران این نظریه معتقدند با این روش (هندسه بیضوى) امکان دارد به تبیین جهان پرداخت، در این مدل، جهان ایستا و بدون انبساط است، اینشتاین به این نکته پى برد که جهان نه همانند مدل «نیوتون» نامحدود است و نه مىتوان محدود و احاطه شده به یک جهان تهى باشد، بلکه فضا با انحناى مثبتبیانگر محدودیت جهان است.
در معادلات اینشتاین شعاع جهان حدود 20 میلیارد ( 1010×2) پارسک (1) به دست مىآید، یعنى تقریبا برابر 20/65 میلیارد سال نورى.
لیکن این نظریه با کشف نسبیت ، با اشکالهاى پیچیده و بغرنجى از جانب خود اینشتاین روبه رو گشت .
نظریه نسبیتخاص
اینشتاین با یافتن راهى جدید و بهتر براى ادراک کار جهان فیزیکى، تصور انسان را از چگونگى کار جهان به طور اساسى دگرگون ساخت.
فیزیکدانها مدتها بود بر این باور بودند که «نور» توسط شىء دیگر باید در فضا انتقال یابد آن سان که «آب» موجهاى روى دریا را منتقل مىکند، و «هوا» موجهاى صدا را از یک سو به سوى دیگر مىرساند، بنابراین باید در فضا مادهاى فراگیر وجود داشته باشد تا محیطى براى انتشار امواج نور تدارک ببیند، آنان این ماده را «اتر»نامیدند.
اما ماهیت اتر، مرموز و تا حدى نامتقاعد کننده باقى ماند، آیا زمین در گردش خود بر گرد خورشید اتر را مىشکافد؟، آیا نور خورشید نیز در سیر خود در میان ستارگان راه خود را از میان اتر مىگشاید؟، آرى به حسب ظاهر باید این گونه باشد.
لیکن دو فیزیکدان آمریکایى به نامهاى «مایکلسون» و «مورلى» ابزارهاى نورى پیچیدهاى را به کار بردند تا اثرات حرکت زمین در میان اتر را اندازهگیرى کنند، ولى با شگفتى دریافتند که نه تنها اثرى ناشى از وجود اتر نیست، بلکه هیچگونه اثرى هم که منتج از حرکت زمین در میان اتر باشد وجود ندارد، همچنین آزمایشهاى دیگر در رابطه با یکسان بودن نور چراغ اتومبیل در سرعتهاى کم و زیاد و...
اینشتاین از این آزمایشها دریافت که نور بدون نیاز به اتر و محیط، در فضاى تهى سیر مىکند.
افزون بر این نور، ویژگیهاى بنیادى معین و غیر عادیى دارد که با ماهیت اساسى ماده، فضا و زمان گره خورده است، وى در این راستا به نتایجشکوهمند زیر ستیافت:
1. اگر جسمى سرعتبگیرد و به سرعت نور نزدیک شود، زمان اندازهگیرى شده توسط ناظر ساکن، با زمان اندازهگیرى شده به وسیلهى شخصى که با آن جسم حرکت مىکند متفاوت مىشود.
براى مثال: اگر اتومبیلى بتواند با سرعت مثلا 90 درصد سرعت نور حرکت کند، ناظر ساکن در کنار جاده احساس مىکند که ساعت نصب شده بر اتومبیل درست کار نمىکند، چرا که به نظر او این ساعت عقب مىماند، البته این ساعت نیست که کند کار مىکند بلکه خود زمان کند مىشود، و اگر رانندهى اتومبیل زمان را اندازهگیرى کند چیزى عجیب وغیر عادى در ساعتخود نمىبیند، با وجود این هنگامى که اتومبیل به نقطهى آغاز حرکتباز مىگردد و متوقف مىشود رانندهى آن (بسته به این که چه مدتى در این سفر بوده) از ناظرى که ساکن بوده است چند دقیقه جوانتر خواهد بود(زمان در اثر کند شدن بر او کمتر گذشته است). میزان کند شدن درستبه همان مقدارى است که اینشتین در سال 1905م پیش بینى کرده بود.
2. در همین مثال پیش، که اتومبیل با سرعت 90 درصد سرعت نور حرکت مىکرد،ناظر ساکن با تعجب مىبیند که طول اتومبیل کوتاهتر مىشود و به نصف طول معمولى آن مىرسد، گرچه اتومبیل نیز پهنتر دیده مىشود، لیکن طول آن در راستاى حرکتبه طور قابل ملاحظهاى منقبض گشته و کاهش مىیابد(انقباض نسبیتى).(به شکل زیر توجه فرمایید)
3. اینشتین نشان داد که جرم جسم متحرک از نظر ساکن، به سرعت آن جسم وابسته است.
براى مثال: اگر وزن اتومبیل فوق، مثلا 500 کیلوگرم باشد هنگامى که سرعت آن به 90 درصد سرعت نور مىرسد وزن آن نیز دو برابر مىشود و به 1000 کیلوگرم افزایش مىیابد.
این اثرات (سهگانه یاد شده) در حوالى سرعت نور به شدت افزایش مىیابد، به طورى که براى جسمى که تقریبا با سرعت نور حرکت مىکند زمان «تقریبا» متوقف مىشود، جسم به صورت صفحهاى پهن مىنماید وجرم «تقریبا» بىنهایت مىگردد.
نسبیت عام
اینشتین پس از تکمیل نظریه نسبیتخاص، به اصلاح نظریه نیوتون درباره گرانش پرداخت تا آن را با اصول نسبیت تطبیق دهد.
نیوتون فرض کرد که نیروى گرانش Mr\m2 G مساوى F ، به طور لحظهاى عمل مىکند، نظر او این بود که عمل جاذبه خورشید بر زمین محتاج زمان نیست، و بر هم کنشهاى گرانشى حتى در فواصل نامحدود ستارگان در یک آن روى مىدهند.
اینشتین به نادرستبودن این نظر پى برد، چرا که هیچ بر هم کنشى (و همچنین هیچ جسمى) نمىتواند سریعتر از سرعت نور انتشار یابد، از این رو تکمیل نظریه جدیدى را دربارهى گرانش آغاز کرد که در آن هم سرعت انتشار گرانش همان سرعت نور (کیلومتر در ثانیه 000، 300 C )باشد و هم بتواند حرکتهاى سیارات را به خوبى نظریه نیوتون توضیح دهد.
وى در این راستا لازم دید فضاى سه بعدى را کنار بگذارد و چنین مطرح کند که میدان گرانشى در فضا، مثلا میدان ناشى از وجود خورشید، به اعوجاجى در فضا مىانجامد که شدت آن به میزان جرم جسم بستگى دارد.
افزون بر این، اینشتین دریافت که در معادلات خود،زمان را به عنوان بعد چهارم به کار گیرد از این رو گفت: زمان مىتواند به انحناى فضا خمیده باشد،زیرا میدان گرانشى خورشید در فضا فرو رفتگى ایجاد مىکند که خورشید در ته آن فرو رفتگى قرار دارد، یعنى هرچه جرم جسم بیشتر باشد به فرو رفتگى بزرگترى در فضا مىانجامد، و هر جسمى که به قدر کافى به این فرو رفتگى نزدیک شود مجبور است مسیر خود را تغییر دهد،اگر حرکت جسم بسیار آرام و کاملا به طرف مرکز فرو رفتگى باشد به درون حفره فرورفتگى مىافتد و در ته آن ساکن مىشود، مثلا اگر متحرکى به سوى خورشید حرکت کند با نزدیکتر شدن به خورشید شتاب مىگیرد و به درون آن سقوط مىکند.
اما اگر جسم به هنگام حرکتبه سوى خورشید سرعت کافى داشته باشد، خورشید را پشتسر مىگذارد، اما مسیر آن خط راست نخواهد بود، جسم موقعى که از فرو رفتگى عبور مىکند مستقیمترین مسیر ممکن را که خط ژئودزیک نامیده مىشود طى مىکند، اما آشکار است که این خط نمىتواند خط مستقیم باشد، زیرا صفحهاى که جسم در آن حرکت مىکند خمیده است.
بر این اساس، نور،به هنگام حرکت از مجاورت یک جسم پر جرم(چون خورشید) منحرف مىشود و ناگزیر به فرو رفتگى فضا (زمان) که ناشى از جرم خورشید است مىافتد، موقعى که نور از طرف دیگر بیرون مىآید و به سوى زمین رهسپار مىشود راستاى آن تغییر مىیابد.(به شکل زیر توجه فرمایید)
لیکن(گرچه نظریه نسبیت عام انیشتین هنوز بهترین و مقبولترین نظریه در مورد فضا،زمان وگرانش است)، در این هندسه رسیدن نورهایى که از میلیاردها سال نورى خبر مىدهند معلوم نیست چند میلیارد سال آن را باید در فرو رفتگىها و چالهها، راه خود را منحرف کنند ومسیر منحنى و ژئودزیک را به پیمایند تا وارد کهکشان ما گردند و از آنجا به زمین ما برسند تا ما بر اساس آن سن و تاریخ جهان را ارزیابى کرده و به نقطه آغازین آن برسیم.
نتیجهى سخن
1. نظریه انفجار بزرگ با اشکالات متعدد به ویژه با نامعلومى سن جهان روبه رو است.
2. انبساط جهان از حیث ماهیت انبساط، مرکز، و عامل آن هنوز در حال تئورى است، و هیچ دلیل قانع کنندهاى بر آن به دست نیامده است.
3. مدل هندسه اقلیدسى از سوى اصل پنجم، دو بعدى بودن و... مخدوش شمرده شده وکوششهاى دانشمندان از خود اقلیدس گرفته تا سایران در استدلالى کردن آن به نتیجهاى نرسیده است.
4.انحناى منفى یا هندسه هذلولوى مانند حالتیک سطح زین به یک انبساط بىپایان منجر مىشود، در این فضاى سه بعدى، با در نظر داشتن رابطهى اقلیدسى (نسبت و رابطه بین کره و شعاع آن) با افزایش یافتن عده کهکشانىها بر حسب افزایش مساحت، افزایشى سریعتر از «مکعب مسافت» دلیل بر وجود یک فضاى بىپایان با انحناى منفى است.
5. حالت مخالف آن، یعنى هندسه بیضوى مىرساند که جهان ما به طور مثبت انحناء یافته و پایان دارد، مسافت کهکشانهاى دور با شعاع کوچکى تنها چند میلیارد سال نور است. مع ذلک این نتیجه دور از قطعى بودن است، زیرا نور یک مجموعه کهکشانى که مثلا 2 میلیارد سال پیش انتشار یافته ممکن استبستگى به سنشان داشته باشد و تک تک آنها تحولى محدود و ویژه خود را پشتسر گذاشته باشند.
متاسفانه دانش کنونى دربارهى تحول کهکشانى به ما اجازه نمىدهد که هیچگونه اظهار نظر قطعى در این زمینه داشته باشیم.
6.چه بسا تئورى جهان نوسان کننده، و انقباض و انبساطاهاى پى در پى جهان را شکل بخشد.
7. تئورى جهان یکنواخت نیز پیشنهاد مىکند جهان نه آغاز دارد نه انجام، زمان و فضا تغییر نمىپذیرند و همواره بر این گونه بوده و خواهد بود که اکنون مىبینیم.
8. بیشتر دانشمندان و طرفداران آغاز پیدایش و آفرینش جهان از «انفجار بزرگ» گفتهاند: 250 میلیون سال پس از آغاز انبساط، مادهى جهان باید به کره غول آسایى تجزیه شده باشد که آهسته آهسته در فرایند کلى انبساط، جدا جدا و کوچک شدهاند، این در حالى است که در طى پنج دقیقه اول انبساط، ماده باید کاملا به صورت مخلوطى از پروتون، نوترون و الکترونها تجزیه شده باشد.
و بنابر برخى از نظریهها، پنج دقیقه پس از پیدایش ماده باید به اندازه کافى سرد شده باشد که نوترونها و پروتونها توانسته باشند به صورت هستههاى مختلطى دوترون ( H2) ، تریتون (H3) ، ترآلفا (He3) و آلفا (He4) وغیره مجتمع گردند، این فرایند باید تنها نزدیک 30 دقیقه طول کشیده باشد.
این در حالى است که براى بسیارى اشخاص، بیان چیزى که پنج میلیارد سال پیش (آغاز پیدایش جهان مادى)روى داده و آن هم فقط نیم ساعت طول کشیده استبه طور کلى نامفهوم به گوش مىخورد.
لیکن سرانجام باید اذعان داشت که اسرار پنهان و ناپیدا به قدرى زیاد است که به گفتهى لاپلاس فرانسوى:«هر چه پهنهى اکتشافى فراختر شود مرزهاى نامعلوم نیز دورتر مىرود» یعنى وقتى که Rf2 افزایش یابد 2Rf نیز افزایش مىیابد. گرچه ما دانش خود را دربارهى ماده تا حدى بر آنچه «ذیمقراطیس» درباره اتم گفته گستردهایم و به وسیله تلسکوپها به نظر مىرسدیک تصویر نسبتا کاملى از جهان داریم، ولى هنوز بسیار زیاد کار باید انجام گیرد تا جزئیات مهمى را بدانیم.
هنوز در باب طبیعت از ذرههاى ابتدایى گوناگون چندان نمىدانیم.
هنوز دربارهى مبدا و خاستگاه بسیارى از سیماهاى مهم کهکشانهاى ستارهاى در نادانى و تاریکى بسر مىبریم.
در زمینه زیستشناسى اساسى، که اکنون در یکى از مبحثهاى علوم طبیعى در حال تکامل است معماهاى حل نشدهاى داریم و...
و سرانجام به یک نقطهى روشن، قطعى و صد در صد دربارهى آغاز آفرینش از نظر دانش روز نرسیدهایم. (2)
پىنوشتها:
1. پارسک برابر 26/3 سال نورى است.
2. نگاه کنید به: ژرژ گاموف، ماده زمین و آسمان، ترجمه رضا اقصى، ط2، انتشارات صفى على شاه، صص 582 تا 609; هندسه نا اقلیدسى هارولد، 1، ولف، ترجمه احمد بىرشک صص 20، تا 74 نشر امیرکبیر; نجوم به زبان ساده، اثر مایردگانى، ترجمه محمد رضا خواجه پور، انتشارات گیتاشناسى، صص 10، 152، 155، ساختار ستارگان وکهکشانها، نوشته پاول هاج، ترجمه توفیق حیدرزاده، سازمان گیتاشناسى، 1368، صص 329، 230، 268، 169، 177، 178و....
گروه بزرگى از دانشمندان، آغاز آفرینش مادیات را با تئورى «انفجار بزرگ و انبساط جهان» توجیه مىکنند، مطابق این نظریه همهى ماده و انرژیى که در حال حاضر در جهان وجود دارد زمانى در گوى کوچک، بىنهایتسوزان و بىاندازه چگالى متمرکز بوده است.
آنگاه ده میلیارد سال پیش یا بیشتر این گوى منفجر شد و طوفانهایى از گاز عمدتا متشکل از پروتونها، نوترونها، الکترونها ومقدارى ذره«آلفا»را که در اقیانوس وسیعى از اشعه غوطهور بودند به فضا فرستاد.
با گذشت زمان در این گاز متلاطم تجمع ماده صورت پذیرفت و هر تجمعى در حالى که همراه با جهان انبساط یابنده حرکت مىکرد بر اثر میدان گرانشى خود منقبض مىشد. این تجمعهاى گازى(که سحابى نامیده مىشوند) چون به حبابهاى جسیمى تقسیم شدند که پیش ستارهها (تودههایى از گاز که با گذشت زمان بایستى به ستاره تبدیل مىشدند) بودند، کهکشانها را به وجود آوردند.
بسیارى از این پیش ستارگان، در حالى که تحت تاثیر نیروهاى گرانشى و گریز از مرکز خود کوچک و پهن مىشدند، ناپایدار شده ، موجب گردیدند که تودههاى کوچکترى از گاز از آن جدا شوند و پیش سیارهها را تشکیل دهند،وپیش سیارهها نیز به نوبهى خود پیش قمرها را به وجود آورند.
سرانجام پیش ستارهها، ستاره شدند، پیش سیارهها و پیش قمرها نیز پس از آن که سرد، متراکم و منقبض شدند به صورت سیارات و اقمار درآمدند.
گذار از مرحلهى پیش ستارهاى به ستاره در مورد خورشید پنج میلیارد سال پیش صورت گرفت، سیارات و اقمار منظومهى شمسى نیز اندک زمانى بعد تشکیل شدند.
در این نظریه، جهان انبساط مىیابد، این مفهوم حکایت از آن دارد که کهکشانها نه تنها از کهکشان ما دور مىشوند، بلکه هر کهکشانى از هر کهکشان دیگر دور مىشود، این افزایش فاصله معلول این است که کلجهان در حال انبساط است، و فاصلهى بین هر دو کهکشان به آهنگ ثابتى افزایش مىیابد.
دو بعد جهان در حال انبساط را مىتوان به بادکنکى تشبیه کرد که لکههایى (کهکشانها) بر سطح آن گذاشته شده است، چون در بادکنک بدمیم فاصله بین هر دو نقطه به نسبت فاصلهى بین آنها افزایش پیدا مىکند(به شکل زیر توجه فرمایید)
نظریهى جهان نوسان کننده
مطابق این نظریه، انبساطى که با انفجار بزرگ آغاز شد بر اثر نیروى گرانشى، سرانجام متوقف خواهد گشت، آنگاه انقباض آغاز مىگردد و مجددا همهى ماده جهان را به آتشگوى اولیه باز خواهد گرداند، سپس انفجار بزرگ دوم روى خواهد داد و روند تکامل بار دیگر آغاز خواهد شد.
تئورى جهان یکنواخت
در سال 1951م بوندى، گولد و هویل یک جهان شناخت کاملا تازهاى پیشنهاد کردند که بنابرآن، جهان نه آغاز دارد نه پایان، و زمان و فضا تغییر نمىپذیرند و همیشه به همان صورتى بوده و خواهد بود که اکنون به چشم ناظر مىآید.
این تئورى، فرضیه مسلم خاصى را ایجاب مىکند که متضمن پیدایش پیوستهى ماده در فضا به میزانى است که درست کاهش چگالى متوسطى را در فضا جبران مىکند، که سبب فرسایش و پسروى کهکشانها پدید مىآید. فرض بر این است که مادهى نوپدید، به صورت کهکشانها متراکم مىشود، وبا دور شدن کهکشانها از هم و پیر شدن آنها کهکشانهاى جدید در فضاهاى تهى تکوین مىیابند، و نمایش بدون آغاز و پایان جهان ادامه مىیابد.
بر این اساس، گازها، غبارها و انرژىهایى که ستارگان در پیرى از خود دفع مىکنند مواد خامى است که ستارگان جدید از آن به وجود مىآیند، از این رو جمعیت کهکشانى همهى فضا مخلوطى از کهکشانها را نشان مىدهد که جوانترین آنها که هنوز یک میلیارد سال ندارند تا پیرترین آنها که پنج، ده و بیست میلیارد سال وحتى بیشتر عمر کرده تشکیل شده است.
چند سؤال
اشکالهایى که تئورى انفجار بزرگ و انبساط جهان رابه چالش مىگیرند عبارتند از:
الف) در تئورى انفجار بزرگ عمر جهان بین ده تا بیست میلیارد سال تخمین زده شده است، در حالى که ما اختر نماهایى را با بیش از این فاصله، باتلسکوپهاى این زمان مشاهده مىکنیم، و هیچ کس نه ادعا کرده و نه خواهد کرد که دورترین اخترنماهاى دیده شده آخرین کهکشانهاى فضا به شمار مىروند، زیرا مىدانیم سرعت نور در هر ثانیه سیصد هزار کیلومتر است.
پس چنانچه ما دو اختر نما(کوآزار) را در دو طرف خودمان به زاویه 180 باتلسکوپهاى قوى این عصر با فاصله 20 میلیارد سال نورى بنگریم و مرکز انفجار بزرگ را در کهکشان خودمان فرض کنیم خواهیم دانست که سرعت اجرام اخترنماها هر قدر زیاد هم باشند به پایهى سرعت نور نخواهند رسید، بنابراین باید خیلى بیش از ده یا بیست میلیارد سال طول بکشد تا یک کوآزار به محلى که ما اکنون نور آن را مشاهده مىکنیم رسیده باشد. و این یک اشکال بزرگ است.
ب) ماهیت انبساط چیست؟
ج) مرکز آن کجاست؟
د) عامل اصلى انبساط کدام است؟
اینها پرسشهایى هستند که به هنگام بحث دربارهى انبساط جهان مطرح مىشوند و هنوز هم پاسخ قطعى نیافتهاند. هنوز معلوم نیست که آیا انبساط، داراى مرکز مشخصى هستیا نه، اگر مرکزى هم وجود داشته باشد، شاید قادر به یافتن آن نباشیم، براى مثال اگر در رویهى یک بادکنک دهها نقطه را علامت گذارى و بعد در آن بدمیم به موازات بزرگ شدن حجم، نقاط نیز از همدیگر دور مىشوند، در حالى که هیچ یک از آنها را نمىتوان به عنوان مرکز انتخاب کرد.
به این ترتیب دانشمندان نه تنها در مورد وجود مرکزى به عنوان مرکز انفجار بزرگ براى جهان فعلى مطمئن نیستند، بلکه به وجود آن در حالتهاى پیشین نیز اطمینان ندارند.
در مورد عامل و علت اصلى انبساط نیز فعلا جواب قطعى داده نشده است، شاید هرگز به این نکته پى نبریم که در لحاظ شروع انبساط چه حوادثى پیش آمده است، زیرا ممکن است همهى سر نخها به واسطهى شدت حادثه از بین رفته باشند.
چگونگى حالات قبل از انبساط نیز احتمالا جزء اسرار غیر قابل کشف قرار مىگیرد.
از طرف دیگر طبق نظریه «جهان چرخهاى» جهان بین چگالى زیاد و چگالى کم نوسان مىکند و انبساط و انقباض به تناوب تکرار مىشوند.
توضیح اشکال اول
اگر انفجار بزرگ و انبساط جهان امکان پذیر باشد مىتوان با در دست داشتن میزان انبساط به زمانى در تاریخ جهان بازگشت که همه کهکشانها در نقطهاى متمرکز بودهاند، و آغاز جهان آفرینش را از آنجا به حساب آورد، بنابراین، زمان بین آغاز تا حال عبارت است از سن و عمر جهان، ولى براى حل کامل مساله خستباید از هندسهى جهان آگاه شد و بعد معادلههاى لازم را در روابط بین کیهانشناسى و و یژگیهاى جهان به کار برد.
از آنجا که هر مدل کیهانشناختى جواب مخصوص خود را دارد، دستیازى به نقطه آغازین از این طریق عملى نیست; زیرا نخستباید صحتیکى از نظریات (هندسه اقلیدسى و نا اقلیدسى) اثبات شود.
مدل اقلیدسى که فضاى جهان را مسطح به حساب مىآورد و سادهترین مدلها است، محاسبه سن جهان بر این مدل به عددى حدود یازده (11) میلیارد سال مىرسد، با توجه به این که سنزمین حدود 4 تا 5 میلیارد سال و سن منظومهى شمسى که از اندازهگیرى سن شهابسنگها عملى شده استحدود 6/4 میلیارد سال مىباشد، بنابراین مىتوان باور داشت که سن کل جهان نیز نمىتواند بیشتر از 11 میلیارد سال باشد.
لیکن اشکال اینجا است که در محاسبه سن پیرترین ستارگان کهکشان راه شیرى به مقادیر بین 12 تا 15 میلیارد سال مىرسیم، این در حالى است که محاسبه جهان دور دست هنوز از محدوده تلسکوپهاى ما خارج است، زیرا هر سال که مىگذرد تلسکوپها و دیگر ابزارهاى نجومى پیشرفتهتر مىشوند وگستره مشاهدات انسان بسط مىیابد، مثلا تلسکوپ 200 اینچى «مونت پالومار» از ابزارهایى است که براى کاوش حوزههاى بسیار دور جهان طراحى شده وحدود 20 میلیارد سال نورى را مىنمایاند، بنابراین بین 11 میلیارد سنکل جهان و بین 15 میلیارد و بیشتر (سنپیرترین ستارگان دیده شده) یک تفاوت و تناقض چشمگیر وجود دارد.
براى رفع این تناقض چند احتمال دادهاند:
الف) فرض کنیم محاسبه سن ستارگان پیر کهکشان خودمان (راه شیرى) همراه با اشتباه بوده و سن واقعى آنها کمتر از مقادیر به دست آمده است.
ب) منشا جهان از یک نقطه نیست وشکل عمومى آن از یک نوسان پیروى مىکند، یعنى جهان متناوبا در حال انبساط و انقباض است و زندگى امروزى ما در مرحلهى انبساط آن قرار گرفته است.
ج) فرض شود جهان ، تاریخ نامحدودى دارد و به موازات دور شدن کهکشانها از هم ، کهکشانهاى دیگرى براى پر کردن فضاى خالى آنها پدید مىآیند، این فرضیه چنان که اشاره شد به جهان پایدار مشهور است.
د) هندسه جهان را نا اقلیدسى بدانیم، محاسبه جهان بر مبناى هندسههاى غیر اقلیدسى رسیدن به مقادیر بیشتر از 15 میلیارد سال را ممکن مىسازد.
هندسهى جهان
بر اساس هندسه اقلیدس که آن را هندسه مسطحه ودو بعدى مىخوانند جهان، نامحدود و بىمرز است، این دیدگاه از اصل پنجم برخاسته است که بر اساس آن: دو خط موازى ومستقیم اگر تا بىنهایت هم امتداد یابند هیچگاه همدیگر را قطع نمىکنند و فاصلهشان همواره ثابت است.
اصل پنجم اقلیدس این است: «اگر خطى بر دو خط راست فرو افتد با آنها دو زاویه بسازد، چنان که مجموعشان از دو قائمه کمتر باشد، وقتى که آن دو خط به طور نامتناهى امتداد داده شوند، در طرفى که زاویههاى کوچکتر از دو قائمه قرار دارند به یکدیگر مىرسند».
لیکن چنان که گویند: خود اقلیدس از این اصل و دست آوردهاى آن ناخشنود بود وچشم به پیدایش هندسه نا اقلیدسى دوخت.
بسیارى از دانشمندان کوشیدند اصل پنجم اقلیدس را چون چهار اصل دیگر اثبات کنند و موفق نشدند، از جمله مردانى که در اثبات این اصل تلاش کردند:
ابوالحسن ثابتبن قره حرانى (221 تا 288ه.ق) پزشک، ریاضىدان، اختر شناس و مترجم نامدار بود، وى با روشى که پس از او ابوعلى حسن، مکنى به ابن هیثم،معروف به بصرى (354تا 420ه.ق) پزشک، فیزیکدان، ریاضىدان و بزرگترین محقق در شاخهى نورشناسى فیزیک به کار گرفت و همچنین:حکیم ابوالفتح عمر خیام نیشابورى (439 تا 526ه.ق) حکیم، فیلسوف، شاعر، اخترشناس و ریاضىدان(همه در اصل پنجم اقلیدس تردید داشتند)، هر کدام خواستند به نحوى آن را اثبات کنند ولى توفیق به دست نیاوردند.
خواجه نصیرالدین حکیم والا مقام خطهى طوس(597 تا 672ه.ق) منجم، ریاضىدان، سیاستمدار و نویسنده زبردست نیز در اثبات اصل پنجم به نتیجهاى نرسید، وى شرحى به عربى بر اقلیدس و رسالهاى دربارهى اصلهاى اقلیدسى نوشت و در بررسى اصل پنجم و براى اثبات آن به اهمیت قضیهى «مجموع زاویههاى مثلثبرابر دو قائمه است» توجه کرده و خواست از این روى کرد نتیجه بگیرد.
جان والیس(1616 تا 1703م) به کار خواجه نصیرالدین و شیوهى استدلال او دلبستگى پیدا کرده و در سال 1651م استدلال او را در کلاس درس دانشگاه اکسفورد به کار برد.(به شکل زیر توجه فرمایید)
هندسه هذلولوى نا اقلیدسى
بولیایى (1775تا 1856م) و لباچفسکى(1793 تا 1856م) در اوایل سده نوزدهم هندسهى نااقلیدسى را کشف کردند، اما کشف آن به وسیلهى یک کشیش ««زوئیت» ایتالیایى تقریبا صد سال پیشتر صورت پذیرفته بود، همچنین اندکى بعد در آلمان:یوهان هاینریخ لامبرت(1718 تا 1777م) نیز به کشف هندسهى نا اقلیدسى بسیار نزدیک شد، به دیگر سخن هندسه نا اقلیدسى را نه یک تن بلکه تنى چند در نقاط مختلف جهان بىارتباط به یکدیگر کشف کردند، مثلا گاوس(1777تا 1855م) در آلمان، بولیایى در مجارستان(هنگرى) لباچفسکى در روسیه به این کشف دستیازیدند، گاوس همان راه ساکرى و لامبرت که با آثارشان آشنایى داشت را مىپیمود، و لباچفسکى نبوغ گاوس را صحه گذاشت و گفت: هیچ برهان قطعى دربارهى اصل پنجم وجود ندارد. وى در نظریهى جدید خاطرنشان ساخت که از هر نقطه بیش از یک خطا به موازات خط مفروضى مىتوان رسم کرد، و مجموع زاویههاى مثلث کمتر از دو قائمه است. کاربرد این هندسه در سطوح منحنى چون سطح یک زین اسب است، و مىتوان در آن عدهى فراوانى خطوط ژئودزى( خطوط مستقیم در سطح مستوى هندسه اقلیدسى) رسم کرد که هیچ یک از آنها هر چه به هر سو هم کشیده شوند یک خط ژئودزى معین را قطع نمىکنند.
بر این اساس، در سطح یک زین مجموع سه زاویه مثلثى که تشکیل مىشود همواره کوچکتر از دو زاویه قائمه است، و اختلاف بستگى به اندازه مثلث دارد. سطوحى که داراى خواص یک سطح زینى (هندسه هذلولوى) هستند انحناء و سطوح منفى نام دارند.
هندسه نا اقلیدسى بیضوى
برنهاردیمان (1826 تا 1866م) شاگرد گاوس در یک سخنرانى گفت: فضا لازم نیست نامتناهى باشد هر چند بى مرز تصور شود، یعنى مىتوان گفت: دو خط با هم موازى نیستند و مجموع زاویههاى یک مثلثبزرگتر از دو قائمه است و فضا از سه جهت (طول، عرض، ژرفا) بسط یافته است، و این حالت مخالف با سطح زین را با هندسه بر سطح یک کره نشان مىدهند، در این حالت کروى خطوط ژئودزى همان قوسهاى دایره عظیمه هستند و هر دو دایره عظیمه غیر مشخص همواره یکدیگر را در دو نقطه قطع مىکنند و خطوط موازى به هیچ وجه وجود ندارند.
در این هندسه مجموعهى سه زاویهى مثلث همواره بزرگتر از دو قائمه است:(به شکل زیر توجه فرمایید)
سطوح این هندسه با انحناى مثبتشناخته شدهاند.
روش و طرز کار ریاضى براى توصیف فضاهاى سه بعدى منحنى و نیز فضاهاى منحنى با ابعاد بیشتر توسط ریمان تکمیل شد و براى استفاده اینشتاین وقتى که فکر ملا اتصالى ( زمان و بعد چهارم) را تصور کرد آماده بود.
کیهان شناسى اینشتاین
آلبرات اینشتاین (1879تا 1955م) کیهان شناسى خود را بر پایه هندسه غیر اقلیدسى بنا نهاد که در آن حجم جهان، محدود تلقى مىشود، در هندسه او (بیضوى) سه زاویه ثلثبیش از 180 درجه است، و چنان چه خط مستقیمى تا بىنهایت ادامه یابد نهایتا به نقطه آغاز برمىگردد، یعنى خط مستقیم با انحناء مشخص انحناء مىیابد، و این شعاع نشانگر اندازهى جهان است، این نوع جهان فاقد کرانه و فضاى خالى خواهد بود، و کهکشانها و ستارگان با توزیع همگن، کل آن را خواهند پوشاند و تعداد محدودى ستاره و کهکشان در حجم محدود آن وجود خواهند داشت.
طرفداران این نظریه معتقدند با این روش (هندسه بیضوى) امکان دارد به تبیین جهان پرداخت، در این مدل، جهان ایستا و بدون انبساط است، اینشتاین به این نکته پى برد که جهان نه همانند مدل «نیوتون» نامحدود است و نه مىتوان محدود و احاطه شده به یک جهان تهى باشد، بلکه فضا با انحناى مثبتبیانگر محدودیت جهان است.
در معادلات اینشتاین شعاع جهان حدود 20 میلیارد ( 1010×2) پارسک (1) به دست مىآید، یعنى تقریبا برابر 20/65 میلیارد سال نورى.
لیکن این نظریه با کشف نسبیت ، با اشکالهاى پیچیده و بغرنجى از جانب خود اینشتاین روبه رو گشت .
نظریه نسبیتخاص
اینشتاین با یافتن راهى جدید و بهتر براى ادراک کار جهان فیزیکى، تصور انسان را از چگونگى کار جهان به طور اساسى دگرگون ساخت.
فیزیکدانها مدتها بود بر این باور بودند که «نور» توسط شىء دیگر باید در فضا انتقال یابد آن سان که «آب» موجهاى روى دریا را منتقل مىکند، و «هوا» موجهاى صدا را از یک سو به سوى دیگر مىرساند، بنابراین باید در فضا مادهاى فراگیر وجود داشته باشد تا محیطى براى انتشار امواج نور تدارک ببیند، آنان این ماده را «اتر»نامیدند.
اما ماهیت اتر، مرموز و تا حدى نامتقاعد کننده باقى ماند، آیا زمین در گردش خود بر گرد خورشید اتر را مىشکافد؟، آیا نور خورشید نیز در سیر خود در میان ستارگان راه خود را از میان اتر مىگشاید؟، آرى به حسب ظاهر باید این گونه باشد.
لیکن دو فیزیکدان آمریکایى به نامهاى «مایکلسون» و «مورلى» ابزارهاى نورى پیچیدهاى را به کار بردند تا اثرات حرکت زمین در میان اتر را اندازهگیرى کنند، ولى با شگفتى دریافتند که نه تنها اثرى ناشى از وجود اتر نیست، بلکه هیچگونه اثرى هم که منتج از حرکت زمین در میان اتر باشد وجود ندارد، همچنین آزمایشهاى دیگر در رابطه با یکسان بودن نور چراغ اتومبیل در سرعتهاى کم و زیاد و...
اینشتاین از این آزمایشها دریافت که نور بدون نیاز به اتر و محیط، در فضاى تهى سیر مىکند.
افزون بر این نور، ویژگیهاى بنیادى معین و غیر عادیى دارد که با ماهیت اساسى ماده، فضا و زمان گره خورده است، وى در این راستا به نتایجشکوهمند زیر ستیافت:
1. اگر جسمى سرعتبگیرد و به سرعت نور نزدیک شود، زمان اندازهگیرى شده توسط ناظر ساکن، با زمان اندازهگیرى شده به وسیلهى شخصى که با آن جسم حرکت مىکند متفاوت مىشود.
براى مثال: اگر اتومبیلى بتواند با سرعت مثلا 90 درصد سرعت نور حرکت کند، ناظر ساکن در کنار جاده احساس مىکند که ساعت نصب شده بر اتومبیل درست کار نمىکند، چرا که به نظر او این ساعت عقب مىماند، البته این ساعت نیست که کند کار مىکند بلکه خود زمان کند مىشود، و اگر رانندهى اتومبیل زمان را اندازهگیرى کند چیزى عجیب وغیر عادى در ساعتخود نمىبیند، با وجود این هنگامى که اتومبیل به نقطهى آغاز حرکتباز مىگردد و متوقف مىشود رانندهى آن (بسته به این که چه مدتى در این سفر بوده) از ناظرى که ساکن بوده است چند دقیقه جوانتر خواهد بود(زمان در اثر کند شدن بر او کمتر گذشته است). میزان کند شدن درستبه همان مقدارى است که اینشتین در سال 1905م پیش بینى کرده بود.
2. در همین مثال پیش، که اتومبیل با سرعت 90 درصد سرعت نور حرکت مىکرد،ناظر ساکن با تعجب مىبیند که طول اتومبیل کوتاهتر مىشود و به نصف طول معمولى آن مىرسد، گرچه اتومبیل نیز پهنتر دیده مىشود، لیکن طول آن در راستاى حرکتبه طور قابل ملاحظهاى منقبض گشته و کاهش مىیابد(انقباض نسبیتى).(به شکل زیر توجه فرمایید)
3. اینشتین نشان داد که جرم جسم متحرک از نظر ساکن، به سرعت آن جسم وابسته است.
براى مثال: اگر وزن اتومبیل فوق، مثلا 500 کیلوگرم باشد هنگامى که سرعت آن به 90 درصد سرعت نور مىرسد وزن آن نیز دو برابر مىشود و به 1000 کیلوگرم افزایش مىیابد.
این اثرات (سهگانه یاد شده) در حوالى سرعت نور به شدت افزایش مىیابد، به طورى که براى جسمى که تقریبا با سرعت نور حرکت مىکند زمان «تقریبا» متوقف مىشود، جسم به صورت صفحهاى پهن مىنماید وجرم «تقریبا» بىنهایت مىگردد.
نسبیت عام
اینشتین پس از تکمیل نظریه نسبیتخاص، به اصلاح نظریه نیوتون درباره گرانش پرداخت تا آن را با اصول نسبیت تطبیق دهد.
نیوتون فرض کرد که نیروى گرانش Mr\m2 G مساوى F ، به طور لحظهاى عمل مىکند، نظر او این بود که عمل جاذبه خورشید بر زمین محتاج زمان نیست، و بر هم کنشهاى گرانشى حتى در فواصل نامحدود ستارگان در یک آن روى مىدهند.
اینشتین به نادرستبودن این نظر پى برد، چرا که هیچ بر هم کنشى (و همچنین هیچ جسمى) نمىتواند سریعتر از سرعت نور انتشار یابد، از این رو تکمیل نظریه جدیدى را دربارهى گرانش آغاز کرد که در آن هم سرعت انتشار گرانش همان سرعت نور (کیلومتر در ثانیه 000، 300 C )باشد و هم بتواند حرکتهاى سیارات را به خوبى نظریه نیوتون توضیح دهد.
وى در این راستا لازم دید فضاى سه بعدى را کنار بگذارد و چنین مطرح کند که میدان گرانشى در فضا، مثلا میدان ناشى از وجود خورشید، به اعوجاجى در فضا مىانجامد که شدت آن به میزان جرم جسم بستگى دارد.
افزون بر این، اینشتین دریافت که در معادلات خود،زمان را به عنوان بعد چهارم به کار گیرد از این رو گفت: زمان مىتواند به انحناى فضا خمیده باشد،زیرا میدان گرانشى خورشید در فضا فرو رفتگى ایجاد مىکند که خورشید در ته آن فرو رفتگى قرار دارد، یعنى هرچه جرم جسم بیشتر باشد به فرو رفتگى بزرگترى در فضا مىانجامد، و هر جسمى که به قدر کافى به این فرو رفتگى نزدیک شود مجبور است مسیر خود را تغییر دهد،اگر حرکت جسم بسیار آرام و کاملا به طرف مرکز فرو رفتگى باشد به درون حفره فرورفتگى مىافتد و در ته آن ساکن مىشود، مثلا اگر متحرکى به سوى خورشید حرکت کند با نزدیکتر شدن به خورشید شتاب مىگیرد و به درون آن سقوط مىکند.
اما اگر جسم به هنگام حرکتبه سوى خورشید سرعت کافى داشته باشد، خورشید را پشتسر مىگذارد، اما مسیر آن خط راست نخواهد بود، جسم موقعى که از فرو رفتگى عبور مىکند مستقیمترین مسیر ممکن را که خط ژئودزیک نامیده مىشود طى مىکند، اما آشکار است که این خط نمىتواند خط مستقیم باشد، زیرا صفحهاى که جسم در آن حرکت مىکند خمیده است.
بر این اساس، نور،به هنگام حرکت از مجاورت یک جسم پر جرم(چون خورشید) منحرف مىشود و ناگزیر به فرو رفتگى فضا (زمان) که ناشى از جرم خورشید است مىافتد، موقعى که نور از طرف دیگر بیرون مىآید و به سوى زمین رهسپار مىشود راستاى آن تغییر مىیابد.(به شکل زیر توجه فرمایید)
لیکن(گرچه نظریه نسبیت عام انیشتین هنوز بهترین و مقبولترین نظریه در مورد فضا،زمان وگرانش است)، در این هندسه رسیدن نورهایى که از میلیاردها سال نورى خبر مىدهند معلوم نیست چند میلیارد سال آن را باید در فرو رفتگىها و چالهها، راه خود را منحرف کنند ومسیر منحنى و ژئودزیک را به پیمایند تا وارد کهکشان ما گردند و از آنجا به زمین ما برسند تا ما بر اساس آن سن و تاریخ جهان را ارزیابى کرده و به نقطه آغازین آن برسیم.
نتیجهى سخن
1. نظریه انفجار بزرگ با اشکالات متعدد به ویژه با نامعلومى سن جهان روبه رو است.
2. انبساط جهان از حیث ماهیت انبساط، مرکز، و عامل آن هنوز در حال تئورى است، و هیچ دلیل قانع کنندهاى بر آن به دست نیامده است.
3. مدل هندسه اقلیدسى از سوى اصل پنجم، دو بعدى بودن و... مخدوش شمرده شده وکوششهاى دانشمندان از خود اقلیدس گرفته تا سایران در استدلالى کردن آن به نتیجهاى نرسیده است.
4.انحناى منفى یا هندسه هذلولوى مانند حالتیک سطح زین به یک انبساط بىپایان منجر مىشود، در این فضاى سه بعدى، با در نظر داشتن رابطهى اقلیدسى (نسبت و رابطه بین کره و شعاع آن) با افزایش یافتن عده کهکشانىها بر حسب افزایش مساحت، افزایشى سریعتر از «مکعب مسافت» دلیل بر وجود یک فضاى بىپایان با انحناى منفى است.
5. حالت مخالف آن، یعنى هندسه بیضوى مىرساند که جهان ما به طور مثبت انحناء یافته و پایان دارد، مسافت کهکشانهاى دور با شعاع کوچکى تنها چند میلیارد سال نور است. مع ذلک این نتیجه دور از قطعى بودن است، زیرا نور یک مجموعه کهکشانى که مثلا 2 میلیارد سال پیش انتشار یافته ممکن استبستگى به سنشان داشته باشد و تک تک آنها تحولى محدود و ویژه خود را پشتسر گذاشته باشند.
متاسفانه دانش کنونى دربارهى تحول کهکشانى به ما اجازه نمىدهد که هیچگونه اظهار نظر قطعى در این زمینه داشته باشیم.
6.چه بسا تئورى جهان نوسان کننده، و انقباض و انبساطاهاى پى در پى جهان را شکل بخشد.
7. تئورى جهان یکنواخت نیز پیشنهاد مىکند جهان نه آغاز دارد نه انجام، زمان و فضا تغییر نمىپذیرند و همواره بر این گونه بوده و خواهد بود که اکنون مىبینیم.
8. بیشتر دانشمندان و طرفداران آغاز پیدایش و آفرینش جهان از «انفجار بزرگ» گفتهاند: 250 میلیون سال پس از آغاز انبساط، مادهى جهان باید به کره غول آسایى تجزیه شده باشد که آهسته آهسته در فرایند کلى انبساط، جدا جدا و کوچک شدهاند، این در حالى است که در طى پنج دقیقه اول انبساط، ماده باید کاملا به صورت مخلوطى از پروتون، نوترون و الکترونها تجزیه شده باشد.
و بنابر برخى از نظریهها، پنج دقیقه پس از پیدایش ماده باید به اندازه کافى سرد شده باشد که نوترونها و پروتونها توانسته باشند به صورت هستههاى مختلطى دوترون ( H2) ، تریتون (H3) ، ترآلفا (He3) و آلفا (He4) وغیره مجتمع گردند، این فرایند باید تنها نزدیک 30 دقیقه طول کشیده باشد.
این در حالى است که براى بسیارى اشخاص، بیان چیزى که پنج میلیارد سال پیش (آغاز پیدایش جهان مادى)روى داده و آن هم فقط نیم ساعت طول کشیده استبه طور کلى نامفهوم به گوش مىخورد.
لیکن سرانجام باید اذعان داشت که اسرار پنهان و ناپیدا به قدرى زیاد است که به گفتهى لاپلاس فرانسوى:«هر چه پهنهى اکتشافى فراختر شود مرزهاى نامعلوم نیز دورتر مىرود» یعنى وقتى که Rf2 افزایش یابد 2Rf نیز افزایش مىیابد. گرچه ما دانش خود را دربارهى ماده تا حدى بر آنچه «ذیمقراطیس» درباره اتم گفته گستردهایم و به وسیله تلسکوپها به نظر مىرسدیک تصویر نسبتا کاملى از جهان داریم، ولى هنوز بسیار زیاد کار باید انجام گیرد تا جزئیات مهمى را بدانیم.
هنوز در باب طبیعت از ذرههاى ابتدایى گوناگون چندان نمىدانیم.
هنوز دربارهى مبدا و خاستگاه بسیارى از سیماهاى مهم کهکشانهاى ستارهاى در نادانى و تاریکى بسر مىبریم.
در زمینه زیستشناسى اساسى، که اکنون در یکى از مبحثهاى علوم طبیعى در حال تکامل است معماهاى حل نشدهاى داریم و...
و سرانجام به یک نقطهى روشن، قطعى و صد در صد دربارهى آغاز آفرینش از نظر دانش روز نرسیدهایم. (2)
پىنوشتها:
1. پارسک برابر 26/3 سال نورى است.
2. نگاه کنید به: ژرژ گاموف، ماده زمین و آسمان، ترجمه رضا اقصى، ط2، انتشارات صفى على شاه، صص 582 تا 609; هندسه نا اقلیدسى هارولد، 1، ولف، ترجمه احمد بىرشک صص 20، تا 74 نشر امیرکبیر; نجوم به زبان ساده، اثر مایردگانى، ترجمه محمد رضا خواجه پور، انتشارات گیتاشناسى، صص 10، 152، 155، ساختار ستارگان وکهکشانها، نوشته پاول هاج، ترجمه توفیق حیدرزاده، سازمان گیتاشناسى، 1368، صص 329، 230، 268، 169، 177، 178و....
تبلیغات
