آغاز آفرینش و انفجاری بزرگ(مهبانگ) | بیگ بنگ چیست؟

بیگ بنگ چیست؟ 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 13.8 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.

جدول زمانی بیگ بنگ چیست :

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 13.8 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 10-43 تا 10-11 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 :

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 0 تا تقریباً 10-43 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 10-43 ثانیه و 10-36، 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 10-36 تا 10-32 ثانیه پس از انفجار بزرگ، دمای جهان به اندازه کافی پایین بود (1028 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 :

با ایجاد اولین نیروهای بنیادی جهان، دوره تورم آغاز شد که از 10 تا 32 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 10-37 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 :

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 10-11 ثانیه پس از انفجار بزرگ، انرژی ذرات به طور قابل توجهی کاهش یافت. در حدود 10-6 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 1010 پروتون و نوترون فقط یک نفر باقی ماند و هیچ یک از پادذرات آن‌ها وجود نداشت. فرآیند مشابهی در حدود 1 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 1 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 379000 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 0.0013 ± 2.7260 K (270.424- درجه سانتی گراد / -454.763 درجه فارنهایت) و چگالی انرژی 0.25 eV/cm3 (یا 4.005×10) تخمین می شود. -14 J/m3؛ 400-500 فوتون/cm3). CMB را می توان در همه جهات در فاصله تقریباً 13.8 میلیارد سال نوری مشاهده کرد، اما تخمین های فاصله واقعی آن را در حدود 46 میلیارد سال نوری از مرکز کیهان نشان می دهد.

بیگ بنگ چیست؟

دوره ساختار :

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 23٪ از ماده/انرژی جهان را تشکیل می دهد، در حالی که ماده باریونی حدود 4.6٪ 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.

بیگ بنگ چیست؟

پیشنهاد پیویو برای شما :

https://pioio.com/mag/2022/04/04/15-amazing-facts-about-space/ https://pioio.com/mag/2022/03/29/elan-mask-announces-the-construction-of-a-tesla-robot/ https://pioio.com/mag/2022/03/30/what-is-reincarnation-what-is-the-meaning-of-reincarnation/

پیش بینی های بلند مدت :

این فرضیه که جهان نقطه شروعی داشته است، به طور طبیعی سؤالاتی را در مورد یک نقطه پایانی احتمالی ایجاد می کند. اگر جهان به عنوان یک نقطه کوچک با چگالی نامحدود شروع به انبساط کرد، آیا به این معنی است که به طور نامحدود به انبساط ادامه خواهد داد؟ یا اینکه روزی نیروی انبساطی آن تمام می شود و شروع به عقب نشینی به سمت داخل می کند تا زمانی که همه مواد به یک توپ کوچک تبدیل شوند؟

پاسخ به این سوال از زمانی که بحث در مورد اینکه کدام مدل از کیهان درست است، مورد توجه کیهان شناسان بوده است. با پذیرش نظریه انفجار بزرگ، اما قبل از مشاهده انرژی تاریک در دهه 1990، کیهان شناسان بر سر دو سناریو به عنوان محتمل ترین نتایج برای جهان ما به توافق رسیدند.(بیگ بنگ چیست)

در سناریوی اول که معمولاً به عنوان سناریوی “خراش بزرگ” شناخته می شود، جهان به حداکثر اندازه می رسد و سپس شروع به فروپاشی در خود می کند. این تنها در صورتی امکان پذیر خواهد بود که چگالی جرم کیهان بیشتر از چگالی بحرانی باشد. به عبارت دیگر، تا زمانی که چگالی ماده در یک مقدار معین یا بالاتر از آن باقی بماند (1-3×10-26 کیلوگرم ماده در متر مکعب)، جهان در نهایت منقبض خواهد شد.

از طرف دیگر، اگر چگالی در جهان برابر یا کمتر از چگالی بحرانی باشد، انبساط کند می‌شود اما هرگز متوقف نمی‌شود. در این سناریو، که به عنوان “یخ زدگی بزرگ” شناخته می شود، جهان تا زمانی ادامه می یابد که تشکیل ستاره در نهایت با مصرف تمام گازهای بین ستاره ای در هر کهکشان متوقف شود. در همین حال، تمام ستارگان موجود می سوزند و به کوتوله های سفید، ستاره های نوترونی و سیاه چاله تبدیل می شوند.

بیگ بنگ چیست؟

تجمع جرم در سیاهچاله های بزرگتر و بزرگتر :

به تدریج، برخورد بین این سیاهچاله ها منجر به تجمع جرم در سیاهچاله های بزرگتر و بزرگتر می شود. میانگین دمای کیهان به صفر مطلق نزدیک می‌شود و سیاه‌چاله‌ها پس از انتشار آخرین تابش هاوکینگ تبخیر می‌شوند. در نهایت، آنتروپی جهان به حدی افزایش می یابد که هیچ شکل سازمان یافته ای از انرژی نمی تواند از آن استخراج شود (سناریوهایی که به عنوان “مرگ گرمایی” نامگذاری است).

مشاهدات مدرن، که شامل وجود انرژی تاریک و تأثیر آن بر انبساط کیهانی است، به این نتیجه منجر شده است که تعداد بیشتری از جهان قابل مشاهده کنونی از افق رویداد ما (یعنی CMB، لبه چیزی که می‌توانیم ببینیم) عبور خواهد کرد. و برای ما نامرئی می شود. نتیجه نهایی این امر در حال حاضر مشخص نیست، اما “مرگ گرمایی” در این سناریو نیز یک نقطه پایانی محتمل در نظر می شود.(بیگ بنگ چیست)

توضیحات دیگر انرژی تاریک که نظریه های انرژی فانتوم نامگذاری شدند، نشان می دهد که در نهایت خوشه های کهکشانی، ستارگان، سیارات، اتم ها، هسته ها و خود ماده در اثر انبساط روزافزون از هم گسسته خواهند شد. این سناریو به “شکاف بزرگ” معروف است که در آن انبساط خود جهان در نهایت خنثی سازی آن خواهد بود.

بیگ بنگ چیست؟

تاریخچه نظریه انفجار بزرگ (بیگ بنگ) :

اولین نشانه های انفجار بزرگ در نتیجه مشاهدات اعماق فضا در اوایل قرن بیستم رخ داد. در سال 1912، ستاره شناس آمریکایی وستو اسلیفر، مجموعه ای از مشاهدات کهکشان های مارپیچی (که تصور می شد سحابی هستند) انجام داد و انتقال قرمز داپلر آنها را اندازه گیری کرد. تقریباً در همه موارد، مشاهده شد که کهکشان های مارپیچی در حال دور شدن از کهکشان ما هستند.

در سال 1922، کیهان شناس روسی، الکساندر فریدمن، معادلات فریدمن را توسعه داد که از معادلات اینشتین برای نسبیت عام است. برخلاف آنچه انیشتین در آن زمان با ثابت کیهان‌شناختی خود از آن حمایت می‌کرد، کار فریدمن نشان داد که جهان احتمالاً در حالت انبساط قرار دارد.

قانون هابل :

در سال 1924، اندازه گیری ادوین هابل از فاصله زیاد تا نزدیکترین سحابی مارپیچی نشان داد که این منظومه ها در واقع کهکشان های دیگری هستند. در همان زمان، هابل شروع به توسعه یک سری از نشانگرهای فاصله با استفاده از تلسکوپ 100 اینچی (2.5 متری) هوکر در رصدخانه مونت ویلسون کرد. و در سال 1929، هابل یک رابطه بین فاصله و سرعت رکود را کشف کرد، که اکنون به عنوان قانون هابل شناخته می شود.

و سپس در سال 1927، ژرژ لماتر، فیزیکدان بلژیکی و کشیش کاتولیک رومی، به طور مستقل همان نتایج معادلات فریدمن را به دست آورد و پیشنهاد کرد که رکود استنباط شده کهکشان ها به دلیل انبساط جهان است. در سال 1931، او این موضوع را فراتر برد، و پیشنهاد کرد که انبساط کنونی کیهان به این معناست که پدر در زمان گذشته، جهان کوچکتر خواهد بود. او استدلال می‌کرد که در مقطعی در گذشته، کل جرم جهان در یک نقطه متمرکز می‌شد که ساختار فضا و زمان از آن سرچشمه می‌گرفت.

این اکتشافات باعث ایجاد بحثی بین فیزیکدانان در دهه های 1920 و 30 شد و اکثریت آن ها از اینکه جهان در وضعیت ثابتی قرار دارد حمایت می کردند. در این مدل، با انبساط جهان، ماده جدید به طور پیوسته ایجاد می‌شود و در نتیجه یکنواختی و چگالی ماده در طول زمان حفظ می‌شود. در میان این دانشمندان، ایده بیگ بنگ بیش از آن که علمی باشد، به نظر الهیاتی می آمد و بر اساس پیشینه مذهبی لمتر، اتهامات جانبداری علیه او مطرح شد.

بیگ بنگ چیست؟

تئوری های دیگر :

تئوری های دیگری نیز در این زمان مورد حمایت قرار گرفت، مانند مدل میلن و مدل جهان نوسانی. هر دوی این نظریه ها بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین (نسبیت عام توسط خود انیشتین مورد تایید است) بودند و معتقد بودند که جهان از چرخه های بی نهایت یا نامعین خودپایدار پیروی می کند.

پس از جنگ جهانی دوم، بحث بین طرفداران مدل حالت پایدار (که توسط ستاره شناس فرد هویل رسمیت یافت) و طرفداران نظریه بیگ بنگ، که محبوبیت آن در حال افزایش بود، بالا گرفت. از قضا، این هویل بود که عبارت “بیگ بنگ” را در طول یک برنامه رادیویی بی بی سی در مارس 1949 ابداع کرد، که به عقیده برخی به عنوان یک اخراج تحقیر آمیز (که هویل آن را رد کرد).

در نهایت، شواهد رصدی شروع به حمایت از بیگ بنگ نسبت به حالت پایدار کردند. کشف و تایید تابش پس‌زمینه مایکروویو کیهانی در سال 1965، انفجار بزرگ را به عنوان بهترین نظریه در مورد منشاء و تکامل جهان تضمین کرد. از اواخر دهه 60 تا 1990، اخترشناسان و کیهان شناسان با حل مشکلات نظری بیگ بنگ، وضعیت بهتری را برای انفجار بزرگ ایجاد کردند.

مقالات استیون هاوکینگ و سایر فیزیکدان ها :

اینها شامل مقالات ارائه توسط استیون هاوکینگ و سایر فیزیکدانان بود که نشان می داد تکینگی ها شرط اولیه اجتناب ناپذیر نسبیت عام و یک مدل بیگ بنگ از کیهان شناسی هستند. در سال 1981، آلن گوث، فیزیکدان، دوره ای از انبساط سریع کیهانی (معروف به عصر “تورم”) را تئوری کرد که سایر مشکلات نظری را حل کرد.

در دهه 1990 نیز ظهور انرژی تاریک به عنوان تلاشی برای حل مسائل برجسته در کیهان شناسی مشاهده شد. علاوه بر ارائه توضیحی در مورد جرم گمشده جهان (همراه با ماده تاریک، که در ابتدا در سال 1932 توسط یان اورت پیشنهاد شد)، همچنین توضیحی در مورد اینکه چرا جهان همچنان در حال شتاب است، و همچنین ارائه یک تفکیک به کیهان شناسی انیشتین است. مقدار ثابت.

پیشرفت قابل توجهی به لطف پیشرفت در تلسکوپ ها، ماهواره ها و شبیه سازی های کامپیوتری صورت گرفت که به اخترشناسان و کیهان شناسان این امکان را داد تا بیشتر جهان را ببینند و درک بهتری از سن واقعی آن به دست آورند. معرفی تلسکوپ‌های فضایی – مانند کاوشگر پس‌زمینه کیهانی (COBE)، تلسکوپ فضایی هابل، کاوشگر ناهمسانگردی مایکروویو ویلکینسون (WMAP) و رصدخانه پلانک – نیز ارزش بی‌اندازه‌ای داشته‌اند.

امروزه کیهان‌شناسان اندازه‌گیری‌های نسبتاً دقیق و دقیقی از بسیاری از پارامترهای مدل بیگ‌بنگ دارند، بدون اینکه به سن خود کیهان اشاره کنیم. و همه چیز با مشاهدات ذکر و شروع شد که اجرام ستاره ای عظیم که سال های نوری از ما فاصله دارند، به آرامی از ما دور می شوند. و در حالی که ما هنوز مطمئن نیستیم که چگونه همه چیز به پایان می رسد، ما می دانیم که در مقیاس کیهان شناختی، برای مدت طولانی و طولانی نخواهد بود!

بیگ بنگ چیست؟

سوال!