کیهان (The universe)

کیهان از ماده و انرژی تشکیل شده است. ماده مرئی یا معمولی هر چیزی را که می‌توانیم لمس کنیم و ببینیم تشکیل می‌دهد از جمله خودمان، سگ‌ها، درختان، سیارات و ستارگان. در 20 سال گذشته ما کشف کرده‌ایم که این‌جرم کمتر از 20 درصد از کل جرم کیهان را تشکیل می‌دهد. به‌نظر می‌رسد که بقیه جرم از ماده‌ای نامرئی به نام ماده تاریک ساخته شده است. ماده تاریک مجموعه‌ای از ستارگان به نام کهکشان‌ها را در کنار هم نگه می‌دارد و تعیین می‌کند که کهکشان‌ها کجا در خوشه‌ها و رشته‌ها جمع می‌شوند. The universe بزرگترین است و میلیارد‌ها کهکشان دارد.

شروع کیهان و سوالی که برای همه مردم حداقل یک بار پیش امده است!

زمانی تصور می‌شد که کهکشان راه شیری کل جهان شناخته شده را شامل می‌شود. امروز کیهان ما میلیاردها کهکشان را در بر می‌گیرد و تاریخ آن را می‌توان به اولین لحظاتش بازگو کرد. The universe با انفجار خود فضا آغاز شد؛ انفجاری بزرگ. با شروع از چگالی و دمای بسیار بالا، فضا منبسط شد، جهان سرد شد و ساده ترین عناصر تشکیل شدند. گرانش به‌تدریج مواد را به هم نزدیک کرد و اولین ستاره‌ها و اولین کهکشان‌ها را تشکیل داد.

کهکشان‌ها در گروه‌ها، خوشه‌ها و ابرخوشه‌ها جمع آوری شدند. برخی از ستارگان در انفجارهای ابرنواختری جان خود را از دست دادند که بقایای شیمیایی آنها نسل‌های جدیدی از ستارگان را تولید کرد و امکان تشکیل سیارات سنگی را فراهم کرد. حداقل در یکی از این‌سیاره‌ها، حیات به آگاهی تبدیل شد.

کیهان چیست؟

به کل منظومه و سیستم ماده و انرژی گفته می‌شود که زمین و در نتیجه نسل بشر بخشی از آن است. از زمانی که جوامع زمین، خورشید و ماه را به‌عنوان اشیاء اصلی خلقت تصور می‌کردند، بشریت مسیر طولانی را طی کرده است و بقیه‌ی آن، تقریباً به‌عنوان یک تفکر بعدی شکل گرفته است. امروزه مشخص شده است که زمین تنها یک توپ کوچک سنگی در فضایی با وسعت غیرقابل تصور است و تولد منظومه شمسی احتمالاً تنها یکی از رویدادهای بسیاری بود که در پس زمینه یک جهان از قبل بالغ رخ داده است.

کیهان چگونه اغاز شد؟

در دهه 1920 در کالیفرنیا، ستاره‌شناس  ادوین هابل کهکشان‌های دوردست را با استفاده از یک کهکشان بسیارقدرتمند مشاهده کرد. تلسکوپ او دو کشف شگفت انگیز انجام داد. ابتدا هابل متوجه شد که کهکشان راه شیری، تنها کهکشان نیست.  هابل متوجه شد که اجسام کم نور و ابر مانند در آسمان شب در واقع چیزهای دیگری هستند مثلا کهکشان‌های خیلی خیلی دور راه شیری فقط یکی از میلیاردها کهکشان است. مورد دوم هابل کشف کرد که کهکشان‌ها به‌طور دائم از یکدیگر دور می‌شوند. یا به عبارت دیگر کیهان در حال گسترش است. بزرگترین چیزی که ما در مورد آن می‌دانیم این است که همیشه بزرگتر می‌شود.

از زمان انفجار بزرگ، جهان در حال گسترش است. در سال‌های اولیه همه چیز از گاز ساخته می‌شد. این‌گاز که به‌طور عمده هیدروژن و هلیوم بود منبسط و سرد شد. درطول میلیاردها سال، جاذبه زمین باعث شد که گاز و غبار کهکشان‌ها را تشکیل دهند، ستاره‌ها، سیارات و موارد دیگر از انفجار بزرگ که گسترش یافته و به همه چیز در جهان، از جمله شما تبدیل شده، ساخته شده است. شما از ستاره ساخته شده‌اید!

ساختار و اجزای آن

تصور می‌شود که کیهان از سه نوع ماده تشکیل شده است: ماده معمولی، ماده تاریک و انرژی تاریک.

ماده طبیعی از اتم‌هایی تشکیل شده است که ستاره‌ها، سیارات، انسان‌ها و هر جسم قابل مشاهده‌ی دیگری در کیهان را می‌سازند. هرچقدر هم که فروتن به‌نظر می‌رسد، تقریباً مطمئن هستیم ماده‌ی معمولی کوچک‌ترین نسبت کیهان را تشکیل می‌دهد، چیزی بین 1 تا 10 درصد. در مدل رایج کنونی کیهان، تصور می‌شود که 70 درصد انرژی تاریک، 25 درصد ماده تاریک و 5 درصد ماده عادی است. اما رصدخانه اشعه ایکس “XMM-Newton” داده‌های جدیدی در مورد این‌محتوا ارائه کرده است. XMM-Newton تفاوت‌های گیج کننده‌ای بین خوشه‌های کهکشانی امروزی و خوشه‌های کیهان در حدود هفت هزار میلیون سال پیش، یافته است.

برخی از دانشمندان و اکثر ستاره شناسان موضوع را به این‌معنا تفسیر می‌کنند که انرژی تاریک اکنون بر جهان مسلط است و به‌سادگی وجود ندارد. خوشه‌های کهکشانی پرتوهای ایکس زیادی از خود ساطع می‌کنند زیرا حاوی مقدار زیادی گاز با دمای بالا هستند. با اندازه‌گیری مقدار پرتوهای ایکس از یک خوشه، اخترشناسان می‌توانند هم دمای گاز خوشه و هم جرم خوشه را اندازه‌گیری کنند.

از نظر تئوری، در کیهانی که چگالی ماده در آن زیاد است، خوشه‌های کهکشانی به رشد خود ادامه می‌دهند و بنابراین به‌طور متوسط، اکنون نسبت به گذشته جرم بیشتری دارند. بیشتر ستاره شناسان بر این باورند که ما در کیهان کم چگالی زندگی می‌کنیم که در آن یک ماده مرموز به نام انرژی تاریک 70 درصد محتوای آن را تشکیل می‌دهد و بنابراین، همه چیز را فرا می‌گیرد. در این‌سناریو، خوشه‌های کهکشانی باید در اوایل تاریخ کیهان رشد کنند و عملاً با کهکشان‌های امروزی قابل تشخیص نیستند.

اندازه‌گیری کیهان

دانشمندان اندازه‌ی کیهان را به روش‌‌های مختلف اندازه گیری می‌کنند. آنها می‌توانند امواج جهان اولیه را که به‌عنوان نوسانات صوتی باریونی شناخته می‌شوند، اندازه گیری کنند که پس‌زمینه مایکروویو “microwave” کیهانی را پر می‌کند. آنها همچنین می‌توانند از شمع‌های استاندارد مانند ابرنواخترهای نوع 1A برای اندازه گیری فاصله استفاده کنند.

کهکشان و کیهان

ستاره شناسان با استفاده از  XMM-Newton ESA  نشان داده‌اند که خوشه‌های کهکشانی دور مانند کهکشان‌های امروزی نیستند. به‌نظر می‌رسد آنها بیش از حد انتظار اشعه ایکس منتشر می‌کنند.

این‌خوشه‌های کهکشانی با گذشت زمان ظاهر خود را تغییر داده‌اند و محاسبات نیز نشان می‌دهد که در گذشته خوشه‌های کهکشانی کمتری وجود داشته است. این نشان می‌دهد که The universe باید یک محیط با چگالی بالا باشد که با ایده‌های فعلی در تضاد است.. این‌نتیجه گیری بسیاربحث برانگیز است زیرا برای توضیح این‌نتایج باید مقدار زیادی ماده در کیهان وجود داشته باشد و فضای کمی برای انرژی تاریک باقی می‌گذارد.

XMM-Newton  به اخترشناسان بینش جدیدی از کیهان و راز جدیدی برای گیج کردن داده است. این‌نتایج توسط مشاهدات اشعه ایکس دیگر تأیید می‌شوند و اگر این‌نتایج همان پاسخ را بدهد ممکن است مجبور شویم در درک خود از کیهان تجدید نظر کنیم.

بزرگ‌تر از کیهان چیست؟

جهان بزرگ‌ترین جسمی است که ما از آن آگاه هستیم. هیچ چیز بزرگ‌تری وجود ندارد و هر چیزی که می‌توانیم بو کنیم، بشنویم، بچشیم، لمس کنیم یا ببینیم بخشی از آن است. از هوایی که تنفس می‌کنیم تا دورترین ستاره، این اجرام در جهان ما وجود دارند.

نظریه بیگ بنگ چیست؟

نظریه بیگ بنگ توضیح اصلی برای چگونگی شروع کیهان 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 می‌دانیم.

فناوری موجود هنوز به اخترشناسان اجازه نمی‌دهد که به‌معنای واقعی کلمه به تولد کیهان نگاه کنند. بسیاری از آنچه در مورد انفجار بزرگ می‌فهمیم از فرمول‌ها و مدل‌های ریاضی می‌آید. با این‌حال، ستاره شناسان می‌توانند پژواک انبساط را از طریق پدیده‌ای به نام پس زمینه مایکروویو کیهانی ببینند. درحالی که اکثریت جامعه نجومی این‌نظریه را می‌پذیرند. برخی از نظریه پردازان وجود دارند که علاوه بر انفجار بزرگ، توضیحات دیگری نیز دارند مانند: تورم ابدی یا جهان در حال نوسان.

جدول زمانی

دانشمندان با عملکرد معکوس نسبت به وضعیت فعلی کیهان، این‌نظریه را مطرح کرده‌اند که باید از یک نقطه منفرد با چگالی بی نهایت و زمان محدودی که شروع به انبساط کرده است منشاء گرفته باشد. پس از انبساط اولیه، این‌نظریه معتقد است که کیهان به اندازه کافی سرد شد تا اجازه تشکیل ذرات زیر اتمی و بعداً اتم‌های ساده را بدهد. ابرهای غول پیکر این‌عناصر اولیه بعداً از طریق گرانش به هم پیوستند و ستاره‌ها و کهکشان‌ها را تشکیل دادند.

همه این‌ها تقریباً 13.8 میلیارد سال پیش آغاز شد و بنابراین به‌عنوان سن کیهان در نظر گرفته می‌شود. از طریق آزمایش اصول نظری، آزمایش‌های مربوط به شتاب‌دهنده‌های ذرات و حالت‌های پرانرژی و مطالعات نجومی که اعماق کیهان را رصد کرده‌اند، دانشمندان جدول زمانی وقایعی را ایجاد کرده‌اند که با انفجار بزرگ آغاز شده و به وضعیت کنونی تکامل کیهانی منجر شده است.

با این‌حال اولین زمان‌های کیهان  که تقریباً از 10 -43 تا 10 -11 ثانیه پس از انفجار بزرگ به‌طول می‌انجامد موضوع گمانه‌زنی‌های گسترده‌ای است. با توجه به اینکه قوانین فیزیک آن طور که ما می‌دانیم نمی‌توانستند در این‌زمان وجود داشته باشند، درک اینکه چگونه کیهان می‌توانست اداره شود دشوار است. علاوه بر این، آزمایش‌هایی که می‌توانند انواع انرژی‌های درگیر را ایجاد کنند، هنوز انجام نشده‌اند. با این‌حال، بسیاری از نظریه‌ها در مورد آنچه در این‌لحظه اولیه در زمان رخ داده است، غالب است که بسیاری از آنها با هم سازگار هستند.

تفاوت کیهان و کهکشان

کهکشان مجموعه عظیمی از گاز، غبار و میلیاردها ستاره و منظومه شمسی آنهاست که همگی توسط گرانش در کنار هم نگه داشته می‌شوند. The universe از میلیاردها کهکشان تشکیل شده است. به‌عنوان مثال راه شیری تنها یک کهکشان از هزاران کهکشان در کیهان است. کیهان همه چیز است.

چه چیزی بزرگ‌تر از کیهان است؟

کیهان در مقایسه با یک کهکشان یا منظومه‌ی شمسی بزرگ‌ترین است. منظومه شمسی کوچک‌ترین است.

دانشمندان چگونه کیهان را مطالعه می‌کنند؟

تقریباً تمام اطلاعات ما در مورد آن از نور ساطع، جذب یا منعکس شده توسط اجسام موجود در آن به دست می‌آید. از آنجایی که نور برای سفر به زمان نیاز دارد هر چه به فضای دورتر نگاه کنیم، در زمان بیشتر به عقب می‌رویم. هنگامی که کلید را باز می‌کنیم، نور لامپ در چند نانوثانیه (یک میلیاردم ثانیه) به ما می‌رسد اما زمان نور خورشید 8 دقیقه است، نور ستاره‌های نزدیک، سال‌ها یا قرن‌ها طول کشیده تا به ما برسد و نور از راه دورکهکشان‌ها می‌توانند میلیاردها سال عمر کنند.

تلسکوپ‌های روی زمین، در مدار زمین و خورشید و درحال حرکت در فضا، می‌توانند این‌نور را در طول موج‌های زیادی رصد کنند. کاوشگرهای فضایی با ارسال داده‌ها و نمونه‌هایی از سایر بخش‌های منظومه شمسی، دسترسی ما را افزایش می‌دهند.

سرانجام کیهان

بسیاری از فیزیکدانان نظری بر این باورند که جهان ممکن است بین 2.8 تا 22 میلیارد سال آینده به پایان برسد، اما آنها نمی‌توانند در مورد سرنوشت نهایی آن به توافق برسند.

دقیق‌ترین اندازه‌گیری که اخیراً انجام شده است نشان می‌دهد که جهان ما بسیار سریع‌تر از آنچه قبلاً تصور می‌شد منبسط می‌شود، پیش‌بینی‌های قبلی را مورد تردید قرار می‌دهد و حتی نظریه نسبیت عام اینشتین را زیر سؤال می‌برد .درست همانطور که کیهان پس از انفجار بزرگ آغاز شد، ستاره شناسان اکنون در حال بررسی این انبساط هستند تا پیش بینی کنند که در نهایت جهان چگونه به پایان می‌رسد.

سرعت این انبساط ممکن است در نهایت کیهان را از هم بپاشد و مجبور شود به یک شکاف بزرگ ختم شود. از طرف دیگر، کیهان می‌تواند کوچک، کاهش یا فروپاشی شود و به‌طور مؤثر انفجار بزرگ را معکوس کرده و جهان را در یک بحران بزرگ نابود کند. نظریه‌ی سوم به‌عنوان انجماد بزرگ توصیف می‌شود. بسیاری از فیزیکدانان نظری بر این‌باورند که جهان به پایان خواهد رسید و ممکن است در هر نقطه‌ای بین 2.8 میلیارد سال تا 22 میلیارد سال آینده اتفاق بیفتد. برخی از محققان حتی معتقدند که روند نابودی آن از قبل آغاز شده است.

نویسنده: ستاره رهبر

منابع:

1. https: //www.space.com/25126-big-bang-theory.html
2. https: //www.amnh.org/exhibitions/permanent/the-universe/the-universe/formation-and-evolution-of-the-universe
3. https: //www.khanacademy.org/partner-content/amnh/the-universe/universe/a/the-universe
4. https://www.wired.co.uk/article/how-will-universe-end

برای مطالعه بیشتر: قمرهای فراخورشیدی