جهان و چگونگی شکل‌گیری آن

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
Enjoy-physics

عضویت : دوشنبه ۱۴۰۰/۱/۲۳ - ۰۵:۵۳


پست: 55

سپاس: 25

جهان و چگونگی شکل‌گیری آن

پست توسط Enjoy-physics »

universe .jpg
universe .jpg (107.14 کیلو بایت) مشاهده 314 مرتبه
گیتی عبارت است از کل زمان و فضا و محتویات آن که شامل کهکشان‌ها ، محتویات فضاهای بین کهکشانی ، ماده تاریک ، انرژی تاریک و در واقع، کل ماده و انرژی و هرآنچه به آن مربوط است. اندازه‌گیری دقیق گیتی به دلیل گسترش همیشگی‌اش، از همهٔ جهت‌ها ممکن نیست؛ اما نظریه‌های گوناگون ی دربارهٔ شکل‌گیری و تغییر و تکامل آن، مطرح شده‌است.
جهان .jpg
جهان .jpg (35.37 کیلو بایت) مشاهده 314 مرتبه
جهان را می‌توان به این صورت تعریف نمود: هرآنچه وجود دارد، هرآنچه وجود داشته‌است و هرآنچه به‌وجود خواهد آمد. برطبق دانش کنونی ما، جهان تشکیل شده‌است از فضازمان، اشکال مختلفی از انرژی (از جمله تابش الکترومغناطیسی و ماده) و قوانین فیزیکی که آن‌ها را به هم مرتبط می‌سازد. جهان دربرگیرنده کل حیات و کل تاریخ است بطوریکه برخی از فلاسفه و دانشمندان پیشنهاد داده‌اند که حتی ایده‌ها مثل ریاضیات و منطق نیز جزئی از جهان است!

چنین تصور می‌شود که کهکشان‌ها به شکل یکنواخت پراکنده شده‌اند و در همهٔ جهت‌ها یکسان هستند در نتیجه گیتی گوشه یا مرکز ندارد. مشاهدات اوایل قرن بیستم نشان داد که گیتی آغازی داشته‌است و با نرخی فزاینده در حال انبساط است. بیشتر جرم موجود در گیتی در قالب نوعی ناشناخته از ماده است که ماده تاریک نامیده می‌شود. گیتی از ۴٫۹٪ مادهٔ معمولی، ۲۶٫۶٪ ماده تاریک و ۶۸٫۵٪ انرژی تاریک تشکیل شده‌است.


مهبانگ، انفجار بزرگ
big bang .jpg
big bang .jpg (59.27 کیلو بایت) مشاهده 313 مرتبه
نظریه مهبانگ، مدل پذیرفته‌شدهٔ کنونی است که شکل‌گیری گیتی را توصیف می‌کند. بنابراین نظریهٔ فضا و زمان در لحظهٔ پیدایش گیتی (مهبانگ) پدید آمدند و مقدار ثابتی ماده و انرژی وجود دارد که انبساط گیتی، از تراکم ماده و انرژی می‌کاهد.

پس از انبساط اولیه، گیتی به اندازه‌ای سرد شد که نخستین ذرات زیراتمی و سپس اتم‌های ساده به وجود آمدند. سپس بر اثر نیروی گرانش ابرهای غول‌پیکری از اتم‌ها به‌وجود آمدند و به هم پیوستند تا ستارگان تشکیل شوند. سن گیتی بر پایهٔ مدل استاندارد نظریهٔ مهبانگ، ۰٫۰۲۱ ± ۱۳٫۷۹۹ میلیارد سال تخمین زده می‌شود.

نظریه‌های متعددی در مورد سرانجام گیتی و اینکه پیش از مه‌بانگ چه بوده‌است، مطرح شده‌اند. سایر فیزیکدانان و فلاسفه از گمانه‌زنی در این موارد پرهیز کرده و در مورد اینکه مراحل پیش از مه‌بانگ بتواند در دسترس دانش بشری قرارگیرد، تردید دارند.
فرضیه‌های چندجهانی مختلفی نیز مطرح شده‌اند که پیشنهاد می‌دهند گیتی ما تنها یکی از جهان‌های بسیار دیگری است که مشابهٔ این گیتی هستند.

مدل علمیِ پذیرفته‌شده برای توصیف جهان مه‌بانگ نام دارد. بر اساس مدل مه‌بانگ، در نخستین لحظات، جهان در حالت بسیار داغ و فشردهای بود و سپس منبسط شد. این مدل بر پایه نظریه نسبیت عام اینشتین بنا شده و بر پیش‌فرضهایی همچون همگن و همسانگرد بودن فضا متکی است.

نسخه‌ای از این مدل که با نام لامبدا-سی‌دی‌ام شناخته می‌شود، بر مبنای یک ثابت کیهانی لامبدا و ماده تاریک سرد (CDMM) ساخته‌شده و ساده‌ترین مدلی است که می‌تواند مشاهدات متعددی در جهان را به خوبی توضیح دهد.
مدل مه‌بانگ قادر است برای مشاهداتی همچون تابش زمینه کیهانی، همبستگی میان فاصله و میزان انتقال به سرخ کهکشان‌ها و فراوانی اتم‌های هیدروژن نسبت به هلیم، توضیح ارائه دهد.


دورهٔ پلانک یک دورهٔ زمانی شگفت‌انگیز
history .jpg
history .jpg (108.28 کیلو بایت) مشاهده 314 مرتبه
به دوره فشرده و داغ و اسرارآمیز نخستینِ جهان، دوره پلانک گفته می‌شود که دوره کوتاهی به مدت تقریباً ۴۳-۱۰ ثانیه بود که از زمان صفر آغاز و تا زمان پلانک ادامه داشت!

در طی دوره پلانک همه انواع ماده و انرژی در فضایی بسیار کوچک آنقدر متراکم بودند که قدرت نیروی گرانش به اندازه نیروهای بنیادی دیگر بود و احتمالاً نیروهای بنیادی به صورت یک نیروی واحد به هم‌پیوسته بوده‌اند.

پس از دوره پلانک، جهان پیوسته در حال انبساط بوده‌است تا به شکل کنونی خود رسیده و احتمالاً دوره بسیار کوتاهی از تورم کیهانی را نیز پشت‌سر گذاشته‌است که طی آن در زمانی کمتر از ۳۲-۱۰ ثانیه، جهان بسیار بسیار بزرگتر شده‌است.


جهان پس از دوره های پلانک ، کوارک ، هادرون و لپتون

پس از دوره پلانک و تورم کیهانی، جهان دوره‌های کوارک، هادرون و لپتون را سپری کرد. پشت سر گذاشتن تمام این مراحل روی‌هم‌رفته تنها تا ثانیه ۱۰۰ام عمر جهان طول کشید!

فراوانی عناصر موجود در جهان را می‌توان با استفاده از انبساط کلی فضا به همراه فیزیک هسته‌ای و اتمی توضیح داد. با انبساط جهان، چگالی انرژی برای تابش الکترومغناطیسی سریع‌تر از ماده کاهش می‌یابد زیرا انرژی فوتون با افزایش طول موجش کاهش می‌یابد.

با انبساط و خنک شدن جهان، ترکیب‌های پایدار بزرگتری میان ذرات بنیادی شکل گرفت؛ بنابراین در آغاز دوره تسلط ماده، پروتون‌ها و نوترون‌های پایداری شکل گرفتند که بعدها طی واکنش‌های هسته‌ای، هسته‌های اتمها را شکل دادند.

این فرایند با نام هسته‌زایی مه‌بانگ شناخته می‌شود و منجر به این شد که در جهان کنونی اتم‌های دارای هسته‌های سبکتر، یعنی هیدروژن و دوتریم و هلیم، فراوانی بیشتری داشته‌باشند. هسته‌زایی مه‌بانگ در حدود ۲۰ دقیقه پس از مه‌بانگ به پایان رسید زیرا دیگر جهان آنقدر سرد شده‌بود که امکان وقوع واکنش همجوشی هسته‌ای وجود نداشت.

در این مرحله ماده موجود در جهان عمدتاً یک پلاسمای داغ چگال متشکل از الکترون‌های با بار منفی، نوترینوهای خنثی و هسته‌های با بار مثبت بود. این دوره که دوره فوتون نام داشت در حدود ۳۸۰ هزار سال طول کشید. سرانجام در دوره‌ای به نام دوره بازترکیبی، الکترون‌ها و هسته‌ها اتم‌های پایدار را تشکیل دادند که نسبت به بیشتر طول موج‌های تابش، شفاف هستند.

با جدا شدن فوتون از ماده، جهان وارد دوره تسلط ماده شد. از این دوران نور امکان حرکت آزادانه را پیدا کرد و این تابش اولیه همچنان در جهان امروزی قابل ردیابی است و تابش زمینه کیهانی نام دارد.

پس از گذشت حدود ۱۰۰۰ میلیون سال نخستین ستاره‌ها شکل گرفتند که احتمالاً بسیار بزرگ و پرنور و عامل بازیونیده‌شدن جهان بوده‌اند. این ستاره‌ها که عنصری سنگین‌تر از لیتیم نداشتند در جریان هسته‌زایی ستاره‌ای، هسته‌های سنگین‌تر را به وجود آوردند .


جهان همچنین شامل نوع اسرارآمیزی از انرژی است که به نام انرژی تاریک شناخته می‌شود. چگالی انرژی تاریک در گذر زمان ثابت است. پس از گذشت ۹٫۸۸ میلیارد سال، انبساط جهان به اندازه‌ای رسید که چگالی ماده از چگالی انرژی تاریک کمتر شد و دوره تسلط انرژی تاریک آغاز شد. در این دوره، انبساط جهان به دلیل انرژی تاریک شتاب‌دار است.

Enjoy-physics

عضویت : دوشنبه ۱۴۰۰/۱/۲۳ - ۰۵:۵۳


پست: 55

سپاس: 25

Re: جهان و چگونگی شکل‌گیری آن

پست توسط Enjoy-physics »

انرژی تاریک

دلیل شتاب گرفتن انبساط گیتی همچنان در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. اغلب دلیل آن را به وجود شکل ناشناخته‌ای از انرژی به نام انرژی تاریک نسبت می‌دهند که پنداشته می‌شود در سراسر فضا نفوذ کرده‌است. اگر از دیدگاه هم‌ارزی جرم و انرژی به موضوع نگاه کنیم، چگالی انرژی تاریک ۳۰−^۱۰×۷ گرم بر سانتیمتر مکعب هست(هفت ضربدره ده به توان منفیه سی) که بسیار کمتر از چگالی ماده معمولی یا ماده تاریک موجود در کهکشانهاست. اما امروزه در دوره انرژی تاریک جرم-انرژی گیتی را در تسلط خود دارد زیرا در پهنه فضا به شکل یکنواختی گسترده‌است.

دو شکل پیشنهاد شده برای انرژی تاریک عبارتند از ثابت کیهانی. یک چگالی انرژی ثابت که به شکل همگن فضا را پرکرده‌است و میدان‌های اسکالر مانند اثیر یا مدولی کمیتهای دینامیکی هستند که چگالی انرژی آن‌ها در فضا و زمان متغیر است. ثابت کیهانی را می‌توان به گونه‌ای فرمول‌بندی کرد که با انرژی خلاء هم‌ارز باشد. میدان‌های اسکالری که میزان ناهمگنیِ ناچیزی دارند به سختی از یک ثابت کیهانی قابل تمایزند.


ماده تاریک

ماده تاریک یک نوع فرضی از ماده است که برای کل طیف الکترومغناطیسی نامریی است اما بیشترین نوع ماده موجود در گیتی است. وجود و ویژگی‌های ماده تاریک از آثار گرانشی‌اش بر روی ماده مرئی، تابش و ساختار بزرگ-مقیاس گیتی، نتیجه‌گیری می‌شود.
به جز نوترینوها که شکلی از ماده تاریک داغ هستند، تاکنون هیچ گونه‌ای از ماده تاریک به‌طور مستقیم مشاهده نشده‌است و به یکی از بزرگترین اسرار اخترفیزیک نوین تبدیل شده‌است. ماده تاریک هیچ گونه نور یا هر تابش الکترومغناطیسی دیگری را جذب یا منتشر نمی‌کند. تخمین زده می‌شود که ماده تاریک ۲۷٪ از کل جرم گیتی و ۸۵٪ از کل ماده موجود در گیتی را تشکیل می‌دهد.


ماده معمولی

تنها ٪۵ جرم گیتی را ماده معمولی تشکیل میدهد که از اتمها، یونها، الکترون‌ها و ترکیبات آنها، تشکیل می‌شود. ستارگان نیز از این نوع ماده تشکیل شده‌اند که تقریباً کل نوری که از کهکشان‌ها به ما می‌رسد را آن‌ها تولید می‌کنند و همچنین منشأ پیدایش گازهای میان‌ستاره‌ای در فضاهای میان‌ستاره‌ای و میان‌کهکشانی، سیارات و هر جسمی که در طول روز می‌بینیم و لمس می‌کنیم، هستند.
یک واقعیت جالب این است که بیشتر ماده معمولی موجود در گیتی هنوز دیده نشده‌است، زیرا ستارگان و گاز درون کهکشان‌ها تنها ۱۰ درصد از ماده معمولی را تشکیل می‌دهند.
مکان کهکشان راه شیری، جایی خلوت بین سوپر خوشهٔ virgo و سوپر خوشهٔ hydra-centaurus هست.
مکان کهکشان راه شیری، جایی خلوت بین سوپر خوشهٔ virgo و سوپر خوشهٔ hydra-centaurus هست.
ابر خوشه های کهکشانی.jpg (180.65 کیلو بایت) مشاهده 229 مرتبه
ماده معمولی عموماً در ۴ حالت (یا فاز) وجود دارد :جامد، مایع، گاز و پلاسما. اما پیشرفت در تکنیک‌های آزمایشگاهی حالتهای دیگری را نیز که پیش از این صرفاً جنبه نظری داشتند، آشکار کرده‌است. از جمله این حالت‌ها می‌توان به چگالش بوز-اینشتین و چگال فرمیونی اشاره نمود.


ماده معمولی از دو ذره بنیادی ساخته شده‌است: کوارک و لپتون. مثلاً پروتون از دو کوارک بالا و یک کوارک پایین تشکیل می‌شود؛ نوترون از دو کوارک پایین و یک کوارک بالا ساخته می‌شود؛ و الکترون نوعی لپتون است. اتم یک هسته اتمی دارد که از پروتون و نوترون ساخته شده و الکترون‌هایی که در مدارهای اطراف هسته می‌چرخند.
از آنجا که بیشتر جرم اتم در هسته آن است که از باریون تشکیل شده، اخترشناسان اغلب از واژه ماده باریونی برای توصیف ماده معمولی استفاده می‌کنند، هرچند که بخش اندکی از این «ماده باریونی» را الکترون‌ها تشکیل می‌دهند.

اندکی پس از مه‌بانگ، پروتون‌ها و نوترون‌های نخستین، از سرد شدن پلاسمای کوارک-گلوئونِ گیتیِ اولیه، به میزان ۲ تریلیون درجه پدید آمدند. چند دقیقه بعد در فرایندی به نام هسته‌زایی مه‌بانگ، هسته‌ها از پروتون‌ها و نوترون‌های نخستین شکل گرفتند. این فرایند هسته‌زایی سبب پیدایش عناصر سبک‌تر با اعداد اتمی کوچک (حداکثر به سنگینی لیتیم و بریلیم) شد.
اما فراوانی عناصر سنگین‌تر با افزایش عدد اتمی به شدت کاهش می‌یابد. ممکن است میزان اندکی بور در این زمان به وجود آمده‌باشد اما از عنصر سنگین‌تر بعدی یعنی کربن میزان قابل توجهی در این فرایند به وجود نیامد. هسته‌زایی مه‌بانگ پس از ۲۰۰ دقیقه به دلیل افت شدید دما و چگالیِ گیتیِ در حال انبساط، پایان یافت. شکل‌گیری عناصر سنگین‌تر در آینده، به کمک گرمای فوق العاده زیاد در مرکز ستاره‌ها و در ابرنواخترها، از هسته‌زایی ستاره‌ای و هسته‌زایی ابرنواختری نتیجه شد.

ارسال پست