بررسی سیر تحول ستارگان در حوزه علم فیزیک

پایان نامه بررسی سیر تحول ستارگان در حوزه علم فیزیک در 225 صفحه ورد قابل ویرایش

بررسی سیر تحول ستارگان در حوزه علم فیزیک

پیش از انفجار بزرگ


جهان چگونه آغاز شد؟ چنین رویدادی را چگونه می توان تصور كرد؟ امروز بیشتر دانشمندان بر این عقیده اند كه قراین خوبی وجود دارد كه نشان می دهد گذشتة جهان بسیار متفاوت بوده است و همة مادة جهان از انفجاری عظیم نشأت كرده و جهان از آن پس پیوسته انبساط یافته است.

در خیال ، زمان را تا انفجار بزرگ به عقب می بریم و چون به اندازة‌ كافی به عقب باز گردیم ـ یعنی به زمانی پیش از پیدایش كهكشانها كه جهان بسی كوچكتر از حال بود ـ آنچه می بینیم گاز سوزانی از اتمها و فوقونها یعنی ذرات نور است . چون باز هم به عقب رویم، جهان همچنان انقباض می یابد، ذرات گاز به یكدیگر نزدیكتر و در نتیجه برانگیخته تر می شوند و دمایشان افزایش پیدا می كند. هر چه بیشتر به عقب رویم، گاز داغتر و سوزانتر می شود[1]. با افزایش دمای گاز، هر چیز به ذرات تشكیل دهنده اش « ذوب » می شود. اتمها به الكترونها و هسته ها «ذوب[2]» می شوند ؛ هسته ها به پروتونها و نوترونهای سازندة خود تجزیه می شوند و چون دما باز هم افزایش یابد پروتونها و نوترونها به كواركها و گلوئونهایی تجزیه می شوند كه آنها را تشكیل داده اند . جهان در بیشترین دمای ممكن متشكل است از آتشگوی آغازینی از همة ذرات بنیادی. امروزه مطالعة جهان آغازین عبارتست از ساختن مدلهایی ریاضی برای این آتشگوی بر اساس نظریه های جدید ذرات كوانتومی ( ذرات بنیادی ). وقتی كه در سال 1964 آرنو پنزیاس و رابرت ویلسن در آزمایشگاههای بل در نیوجرزی، اشعة میكروموجی باقیمانده از انفجار بزرگ را كشف كردند ، این نظریه سخت تقویت شد. به دنبال این تأیید تجربی، فیزیكدانان و اختر فیزیكدانان نظری با اطمینان به انجام محاسبات پیچیدة خواص انفجار آغازین پرداختند. آنان با استفاده از قوانین شناخته شدة فیزیك هسته ای محاسبه كردند كه چگونه ممكن است عنصرهای شیمیایی ـ هسته های اتمی ـ از آتشگوی آغازینی متشكل از پروتونها و نوترونها بوجود آمده باشد؛ و از روی این محاسبات، فراوانی نسبی عناصر سبك نظیر ئیدروژن، هلیوم و دوتریوم را پیش بینی كردند . این پیش بینی ها دقیقاً با فراوانیهائی كه امروزه مشاهده می شود, وفق می دهد . فكر انفجار بزرگ[3] از بركت این پیش بینیهای موفقیت بار اعتبار زیادی كسب كرد بطوری كه در اوایل دهة 1970 بر نظریه های دیگر مربوط به پیدایش جهان چیره شد. چیزی كه به «مدل متعارف انفجار بزرگ سوزان» معروف شده است نشان دهندة‌ توافق نظر عمومی جدیدی است دربارة وضع جهان آغازین. فرضیة اصلی « مدل متعارف » آن است كه جهان سوزان اولیه به سرعت و بطرزی یكنواخت، در حالیكه دما بطور یكنواخت كاهش پیدا می كرد، انبساط یافت.

هر نظریة موفق معمولاً دیدگاهی تازه را می گشاید و مسائل جدیدی را بهمراه می آورد؛ نظریة انفجار بزرگ نیز از این قاعده مستثنی نیست. دو مسألة چالش طلبی كه این نظریه مطرح می كند عبارتند از «مسأله علیت» و«مسأله تخت بودن فضا».

مسأله علیت این است كه جهان به اندازه ای بزرگ است كه نواحی بسیار دور از هم آن نمی توانند با یكدیگر مرتبط باشند، یعنی بطور فیزیكی با هم به كنش متقابل بپردازند، حتی اگر چنین ارتباطی با سرعت نور ـ بیشترین سرعت ممكن ـ انجام گیرد. اگر جهان 10 تا 15 بیلیون سال پیش (بیشتر تخمینها در این حدودند) بوجود آمده باشد، نور یا هر نوع وسیلة ارتباط دیگر در این مدت نمی تواند مسافت بین دو كهكشان را كه فرضاً بیست میلیون سال نوری ـ رقمی بزرگتر از سن جهان ـ از هم فاصله دارند بپیماید. و اگر قسمتهای مختلف جهان مرئی كنونی نتوانند با هم كنش متقابل داشته باشند، پس چرا این قدر به هم شبیهند؟ منظور از شباهت این است: در هر امتداد كه بنگریم می بینیم كه دمای زمینة میكروموجی یكی است و به هر جا كه نگاه كنیم كهكشانهایی را می بینیم كه با وجود تفاوتهای اندك، اساساً مانند یكدیگرند.

دومین مشكل مدل متعارف انفجار بزرگ، یعنی مسأله تخت بودن فضا، این است كه چرا در زمان حاضر فضای جهان در مقیاسهای بزرگ تا این حد تخت و مسطح است. بنا بر نظریة نسبیت عمومی[4] اینشتاین، فضا می تواند خم شود، و این نكته را آزمایش در همسایگی خورشید تأیید كرده است. اما در پهنه های وسیعتر، مانند فضای میان كهكشانها، انحنای فضایی بقدری كم است كه آن را نمی توان ردیابی كرد. حتی در مقیاس مجموعه های كهكشانی نیز فضا را می توان به تقریب خوب یك فضای تخت اقلیدسی عادی دانست. ولی بنابر افكار متداول در فیزیك نظری و كیهانشناسی، تخت بودن فضا چیزی است فوق العاده نامحتمل و در نتیجه فهم علت آن دشوار است. بسیار محتملتر آن است كه جهان چنان پیچ و تاب یابد و فضایی چنان خمیده را بوجود آورد كه به آنچه دیده می شود شباهتی نداشته باشد .

اینها مسائلی نیست كه مایة‌  نگرانی بیشتر مردم شود، اما اسباب ناراحتی اخترفیزیكدان و كیهانشناس را فراهم می آورد . آلن گوث، فیزیكدانی نظری ، كه اكنون در ام . آی . تی است ، به سال 1981 در نظریه ای كه آن را «جهان متورم» نامید ، پاسخی برای این سؤالها پیشنهاد كرد. نظریة گوث را به حق می توان اولین اندیشة نو كیهانشناسی در چند دهة اخیر دانست .

بنا بر نظریة گوث، تكامل جهان آغازین ـكه گهگاه جهان رویانی نیز نامیده می شودـ انبساطی یكنواخت در گازی سوزان و متشكل از ذرات، نبود. بلكه حالت جهان، در حالیكه هنوز آتشگویی بود، دستخوش تغییر و تحولی بنیادی شد، تحولی كه یك تغییر حالت [5] نامیده می شود. بعد از این تغییر حالت بود كه جهان، در حالت متعارفی انفجار بزرگ سوزان، با انبساطی نسبتاً یكنواخت قرار گرفت. اما پیش از این تغییر حالت، جهان در حالتی بود كاملاً متفاوت موسوم به «حالت متورم » . جهان در این دوران تورم ، دچار انبساطی عظیم شد .

سرنوشت نهایی جهان



سرانجام چه بر سر جهان خواهد آمد ؟ سرنوشت نهایی زمین وبشر چیست ؟ این پرسشها از دیرباز به صورتهای گوناگون ، به ذهنهای خیال پرداز خطور كرده است . ولی تنها در چند دهة اخیر است كه كیهانشناسی (مطالعة جهان در كلیت آن ) به قدر كافی پیشرفت كرده است كه دستكم بتواند پاسخهای معقولی به آنها بدهد . آنچه در زیر خواهد آمد ، سناریویی تقریبی است از آنچه می توان براساس دانش كنونی ما برای آیندة جهان انتظار داشت ، مشروط برآنكه جهان برای همیشه باقی بماند (كه احتمال آن زیاد است ) . این تصویر ممكن است با كشفهای تازه تغییر یابد .

در مقیاس بزرگ اجزای تشكیل دهندة جهان ، كهكشانها هستند . كهكشان اجتماعی از تقریباً 100 بیلیون ستاره است كه جاذبة گرانشی متقابلشان آنها را بهم می پیوندد . كهكشانها معمولاً در جمعی متشكل از چند تا چند هزار كهكشان جای دارند . رصدها از آن حكایت می كنند كه این مجموعه ها ، در هر زمان معین ، به طرزی یكنواخت در سراسر جهان پخش شده اند ؛ ولی این گفته در واقع برونیابی داده ها به فواصل دور است . نوری كه از كهكشانهای دوردست بچشم ما می رسد میلیونها سال پیش گسیل شده است و وضع كنونی آن كهكشانها را نشان نمی دهد .

موقعیت كنونی ما

در دهة 1920 ادوین هابل ومنجمان دیگر به این كشف برجسته دست یافتند كه جهان گویی در حال انبساط است . همة كهكشانها (جز احتمالاً آنهایی كه در یك مجموعة كهكشانی قرار دارند ) با سرعتهایی متناسب با فاصله شان از یكدیگر دور می شوند – هر چه كهكشانی از ما دورتر باشد گویی كه تندتر از ما می گریزد .

بادكنك كرویی را تصور كنید كه لكه هایی سطحش را پوشانده باشد چون بادكنك متسع شود ، لكه ها با سرعتهایی از یكدیگر دور می شوند كه متناسب با فاصلة بین آنها بر روی سطح است . مثال بادكنك نشان می دهد كه چگونه كهكشانها می توانند از یكدیگر دور شوند وبا اینحال آرایش كلی خود را حفظ كنند . باآنكه همة لكه ها از یكدیگر دور می شوند ، هیچیك دارای موقعیت مركزی بخصوصی نیست ؛ ویا آنكه هر لكه ای را می توان مركز انبساط شمرد . در حالیكه بادكنك فقط سطحی دوبعدی است ، كهكشانها در فضایی سه بعدی پراكنده اند كه می تواند متناهی یا نامتناهی باشد – ولی این را نمی دانیم .

آهنگ دور شدن كهكشانها از یكدیگر حكایت از آن می كند كه در حدود ده بیلیون سال پیش همة مادة جهان سخت درهم فشرده بود . عموماً تصور می شود كه جهان با انفجاری آتشین ، انفجار بزرگ ، آغاز گردید كه به دنبال آن ماده وانرژی با قهر تمام به بیرون پرتاب شد . بعدها این ماده به صورت توده های مجتمعی درآمد كه سرانجام كهكشانها را بوجود آوردند . این كهكشانها هنوز همچنان به نیروی محرك انفجار آغازین از هم دور می شوند .

آیا جهان برای همیشه انبساط خواهد یافت یا سرانجام متوقف خواهد شد وانقباض پیدا خواهد كرد ؟ این سوال یكی از مهمترین سوالهای پاسخ نیافتة كیهانشناسی است . سرنوشت نهایی حیات وماده در جهان به این پاسخ بستگی دارد . می توان با اندازه گرفتن سرعتها از روی تغییر مكانهای سرخ وفواصل اجسام بسیار دوردست ، ودر نتیجه بسیار قدیمی مانند اخترنماها ، كوشید كه آهنگ كند شدن انبساط را محاسبه كرد . راه دیگر بر چگالی متوسط ماده در جهان مبتنی است كه نیرویی گرانشی علیه انبساط وارد می آورد . اگر چگالی بیش از مقداری بحرانی باشد ، این نیروی گرانشی سرانجام فرار كهكشانها از یكدیگر را متوقف خواهد ساخت وآنها را بار دیگر به سوی هم خواهد كشاند . بالاخره سن جهان را می توان از روی سن بعضی عناصر رادیواكتیو ، یا از روی ستارگان خوشه های كروی برآورد كرد ، وسپس آن را با زمانی مقایسه كرد كه طول كشیده است تا جهان به اندازه كنونی خود برسد ، مشروط براینكه همواره با آهنگ امروزی خود منبسط شده باشد .

بنابراین وظیفه كیهانشناسان جدید ، معین كردن چهار مقدار است : آهنگ انبساط كنونی (ثابت هابل) ، تغییر آهنگ انبساط (پارامتر كند شدن ) ، چگالی جرم در حال حاضر وسن جهان . بعضی از این مقادیر بهم مربوطند . مثلاً در یك مدل ساده پارامتر كند شدن دقیقاً نصف چگالی است وقتی هر دو بر حسب واحدهای مناسبی بیان شوند . در حال حاضر مقادیر این چهار كمیت جملگی كاملاً غیر قطعیند . ولی در سال 1974 ، ج.ر. گوت وسه منجم دیگر قراین موجود را بررسی كردند وبه این نتیجه رسیدند كه ظاهراً چگالی جهان فقط یك دهم مقدار بحرانی است . این مطالعه همراه با پژوهش دیگری بوسیلة آلن سندیج و ج.آ. تمان حاكی از اینست كه جهان برای همیشه انبساط خواهد یافت ؛ با وجود این تكلیف مسأله به هیچ روی روشن نیست .

برچسب ها : بررسی سیر تحول ستارگان در حوزه علم فیزیک , پایان نامه بررسی سیر تحول ستارگان در حوزه علم فیزیک , مقاله بررسی سیر تحول ستارگان در حوزه علم فیزیک , پروژه بررسی سیر تحول ستارگان در حوزه علم فیزیک , تحقیق بررسی سیر تحول ستارگان در حوزه علم فیزیک , دانلود پایان نامه بررسی سیر تحول ستارگان در حوزه علم فیزیک , سیر تحول , ستارگان , حوزه , علم , فیزیک , پروژه , پایان نامه , تحقیق , مقاله , پژوهش , دانلود پرو