12-09-2009, 04:37 PM
چکیده
در این مقاله ابتدا به تعریف CPH که همه ی ماده های جهان از آن تشکیل شده اند می پردازیم سپس به نخستین لحظات یدایش کیهان رفته که چگونه پس از انفجار بزرگ کیهان تشکیل شد و چگونه هلیم و دتریم با همجوشی هم هیدروژن که عنصر اصلی تشکیل ستارگان وسیارات هست را بوجود آوردند سپس نگاهی به مقادیر تقریبی مشخصات کیهان پرداخته وبا توجه به انبساط همیشگی کیهان , فراوانی هلیم و دتریم و تابش پس زمینه ی کیهانی حادثه ی انفجار بزرگ را اثباط میکنیم و در آخر میبینیم که کیهان همواره در حال انبساط خواهد بود.
[ویرایش] نام
در زبان پارسی «مِه» یعنی «بزرگ» و بانگ به معنای صدای بلند است.
[ویرایش] نظریه‌های مخالف
این نظریه با وجود شهرتی که دارد، مخالفانی داشته[۱] که نظریه مهبانگ را مردود دانسته اند[۲][۳]، و نظریه‌های رقیبی (بطور نمونه بر اساس Redshift quantization) دارد.[۴][۵][۶]
[ویرایش] ماده متراکم
تئوری تراکم عالم قبل از انفجار بزرگ را می‌توان با مطالعه در چیستی سیاهچاله‌های فضایی بهتر دریافت. در سیاهچاله‌های فضایی، اتم هابه اجزای سازنده شان تجزیه شده و فضای میان آنها از بین می‌رود. به این ترتیب ماده شدیدا متراکم و چگال می‌شود. این عکس اتفاقی است که در هنگام انفجار بزرگ روی داده‌است.
[ویرایش] تاریخچه
ایده و تئوری مهبانگ (انفجار بزرگ) با نگرش بر ساختار کیهان ایجاد شد . در سال 1912 میلادی (1291 ه.ش) وستو اسلیفر این تحقیق آغاز شد .
[ویرایش] نظریهٔ CPH و انرژی تاریک ( CPH Theory and Dark Energy )
طبق نظریهٔ CPH همهٔ ذرات موجود در جهان از CPH تشکیل شده اند و CPH همواره با مقدار سرعت ثابت حرکت می کنند و هنگامیکه یکدیگر را جذب می کنند مقداری از این سرعت ثابت به حرکت دورانی تبدیل می‌شود که آن را اسپین می نامند به طوری که طبق نظریه CPH پس از مهبانگ CPHها به همهٔ اطراف جهان پراکنده شدند که با سرعت ثابت Vc>c به حرکت خود ادامه می‌دادند. بتدریج CPH ها یکدیگر را جذب کردند و به انرژی تبدیل شدند و انرژی نیز به ماده و پاد ماده تبدیل شد. بتدریج غبارهای آسمانی تشکیل گردید و ستارگان و کهکشانها پدید آمدند. از آنجایی که همهٔ اجسام و ذرات موجود در جهان از CPH تشکیل شده اند و این CHP ها در ساختمان ماده دارای حرکت دورانی یا اسپین هستند، لذا هر انفجاری که در جهان صورت گیرد، مقداری از حرکت دورانی یا اسپین CPH ها به حرکت انتقالی تبدیل می‌شود .[۷] چون بیشتر مادهٔ موجود در جهان در ستارگان در حال انفجار است، لذا بطور مداوم حرکت دورانی CPH ها به حرکت انتقالی تبدیل می‌شود و این امر موجب انبساط و در عین حال شتاب جهان می‌شود [۸]
.
[ویرایش] - نگاهی به چگونگی ایجاد و گسترش کیهان
همه چیز در حال گردش است. زمین به گرد خورشید می چرخد و ماه به گرد زمین. زمین و همهٔ سیاره‌ها ی منظومه خورشیدی نیز به دور ستاره بزرگ خورشید می چرخند. منظومه خورشیدی ما که در یکی از بازوهای کهکشان راه شیری قرار دارد به گرد هسته مرکزی راه شیری می چرخد. کهکشان راه شیری در خوشه‌ای به نام گروه محلی قرار دارد. همگی کهکشان های گروه محلی نیز به دور مرکز گروه محلی می چرخند[۹]
از گرد هم آمدن گروه‌ها و خوشه‌های بسیاری همچون گروه محلی، مجموعه بسیار بزرگ تری به نام «ابر خوشه» تشکیل می‌شود. جهانی که ما در آن زندگی می کنیم از میلیون ها ابر خوشه تشکیل شده است. اکنون می خواهیم از زمین کوچکمان که در این جهان بزرگ، حتی به اندازه یک نقطه کوچک هم نیست بیرون رویم و به سوی نخستین لحظه‌های تشکیل کیهان برویم . بیش از 13 میلیارد سال پیش همهٔ انرژی های دنیا، یعنی همهٔ آن چیزی که هم اکنون وجود دارد به صورت اصلی ترین ماده تشکیل دهندهٔ انرژی در یک نقطه وجود داشت. (در طول مقاله واژه‌های کیهان و عالم به کار برده شده است که هر دو به یک معنا است. ) این نقطه با انفجاری بزرگ گسست و انرژی خود را به هر سو پخش کرد. [۱۰]
این لحظه را «مهبانگ» -(انفجار بزرگ –(( Big Bang ) می‌گویند. پس از انفجار بزرگ همهٔ انرژی های جهان که در یک نقطه جمع شده بود به هر سو پخش و گسترده شد که اکنون نیز ادامه دارد. به زبان ساده جهان از زمان مهبانگ تا اکنون در حال انبساط (باز شدن) ات. پس از دو دقیقه با همجوشی پروتون ها و نوترون ها، دوتریوم درست شد. پس از سه دقیقه، هلیم از همجوشی دوتریوم، پروتون ها و نوترون ها پدیدار شد. در آن هنگام چگالی جرمی ماده از چگالی ماده معادل انرژی فوتون ها کمتر بوده است، در حالی که هم اکنون چگالی جرمی ماده از چگالی ماده معادل انرژی فوتون ها بیشتر است. در آغاز ساخته شدن کیهان نوترون ها، پروتون ها و الکترون ها تنها سهم ناچیزی از مقدار ماده را داشتند و این فوتون ها بوده اند که انحنای فضا- زمان را به وجود می‌آوردند.
صدهزار سال پس از تشکیل عالم، دمای کیهان هشت هزار کلوین بود در حالی که نهصد هزار سال بعد دمای جهان به سه هزار درجه کلوین کاهش یافت. در این زمان به دلیل افت دما و خنکی نسبی ای که به وجود آمده بود پروتون ها و الکترون ها با یکدیگر درهم آمیخته شدند تا این که اتم های خنثای هیدروژن را به وجود آوردند. کیهان در این زمان (یک میلیون سالگی) برای نخستین بار شفاف شد که با وقوع شفافیت فوتون های زمینه میکرو موجی کیهانی در تمام عالم گسترش یافتند. در این هنگام بخش هایی از کیهان که مقداری از میانگین چگال تر بودند تبدیل به خوشه ها، ابرخوشه‌ها و کهکشان ها شدند و بخش های کوچک و کم تراکم تر باقیمانده تبدیل به فضای میان ابرخوشه‌ها شدند.
طی یک دوره چند میلیون ساله ابر های گازی به وجود آمدند که هسته آغازین تشکیل ستارگان بودند. کهکشان راه شیری در یک ابر چرخنده کم سرعت از هیدروژن و هلیوم که در حدود 100 کیلو پارسک (326 سال نوری) پهنا دارد تشکیل شد. البته هنوز معلوم نیست که کهکشان ما از یک ابر بزرگ گازی تشکیل شده یا آن که شماری از ابرهای کوچک که با یکدیگر درهم آمیخته شده اند. در راه تکمیل و گسترش کیهان در مرکز کهکشان راه شیری دو مرکز بسیار پرانرژی که سیاه چاله هستند به وجود آمد که به نوعی نقطه تعادل و جاذبه گردشی کهکشان است. بیش از 5/4 میلیارد سال پیش منظومه خورشیدی ما در درون یکی از ابرهای گازی کهکشان راه شیری زاده شد. در آغاز بخش هایی از این ابر بزرگ شروع به متراکم شدن کرد و بر اثر کشش گرانشی فشرده شد تا به صورت یک توده کروی شکل درآمد. پس از صد هزار سال خورشید به صورت یک کره بسیار کوچک زاده شد. خورشید کوچک پیاپی داغ تر و گرم تر می‌شد و به سرعت به گرد خود می چرخید و از خود ماده در فضا رها می کرد. پس از مدتی خورشید به دوران بلوغ خود رسید. در این دوره نخستین انفجارهای هسته‌ای خورشید آغاز شد که سبب درخشش این ستاره بزرگ می‌شد. خورشید از آغاز پیدایش خود تاکنون پیاپی در حال تبدیل ماده به انرژی است. [۱۱] حلقه‌هایی از موادی که از خورشید جدا می‌شدند کم کم به صورت اجرام کوچکی درآمدند و پس از مدتی بر اثر گرانش بسیار بالای خورشید در مدار هایی متفاوت شروع به چرخیدن کردند. این اجرام که توده‌های کوچک چرخانی در میان توده‌های بزرگی از گاز و غبار بودند پس از طی چندین میلیون سال تبدیل به سیاره‌های بزرگ و کوچکی شدند که امروزه به نه نام مختلف همچنان به دور خورشید بزرگ در حال گردش هستند. هر نه سیاره منظومه خورشیدی در نه مدار مختلف و در فاصله‌های معینی از خورشید قرار دارند که به ترتیب از اولین سیاره نزدیک به خورشید عبارتند از " تیر (عطارد)، ناهید (زهره)، زمین، بهرام (مریخ)، برجیس (مشتری)، کیوان (زحل)، اورانوس، نپتون و پلوتو " [۱۲] یوهان کپلر قانون های سه گانه‌ای را کشف و برای حرکت سیاره‌ها وضع کرده است که شامل مواد زیر است:
1. همه سیاره‌ها در یک مدار بیضی شکل به گرد خورشید می چرخند
2. هر سیاره‌ای که در گردش خود نزدیک به خورشید می‌رسد، سرعتش بیشتر می‌شود
3. بین مسافت و دوری سیاره از خورشید با زمانی که مدار خود را می پیماید، نسبت خاصی برقرار است[۱۳]
جهان پهناور ما همچون بادکنکی که در حال باد شدن است مدام در حال بزرگ شدن است و هر روز بر پهنای آن افزوده می‌شود. بر طبق قانون هابل کهکشان های دوردست با سرعتی به تناسب دوریشان از ما فاصله می‌گیرند، بنابراین کیهان به طور یکنواخت در حال انبساط است. البته بایستی بدانید که کهکشان ها خود در حال انبساط و بزرگ شدن نیستند بلکه این فضا- زمان است که باز می‌شود و کهکشان ها را با خود می‌برد. بر پایهٔ این قانون اگر کیهان باز باشد، انبساط تا بی نهایت ادامه دارد و اگر بسته باشد انبساط متوقف شده و کیهان شروع به رمبش (انقباض) می کند. چون گرانش از سرعت انبساط عالم می کاهد ممکن است که روزی پیروز شود و موجب توقف گسترش کیهان و در نتیجه فروریختن کیهان در خود شود. برای درک بهتر آن نمونه‌ای می آوریم: سرعت گریز از زمین 4/11 کیلومتر بر ثانیه است. حال اگر موشکی با سرعت کمتر بخواهد از جو زمین خارج شود گرانش زمین این اجازه را به او نمی‌دهد و موشک به سوی زمین باز می‌گردد. پس اگر سرعت سبی دو کهکشان از سرعت گریزشان کمتر باشد روزی انبساط پایان یافته و کیهان آغاز به انقباض می کند و اگرسرعت گریزشان بیشتر باشد انبساط عالم ادامه خواهد داشت. برای رسیدن به پاسخی قطعی درباره رنوشت کیهان ما ، در آغاز بایستی به چگونگی پیدایش آن پی برد. هم اکنون گروهی از دانشمندان فیزیک در حال بررسی زمان صفر انفجار بزرگ از راه «نظریه ریسمان ها» هستند. نظریه ریسمان ها فرضیه‌ای نوین است که هنوز به صورت تجربی ثابت نشده است. بر طبق این نظریه، کیهان در رده‌ای بنیادی تر از رشته‌ها یا ریسمان هایی ساخته شده که با فرکانس های مختلف ارتعاش می کنند. پژوهش درباره ماهیت انفجار بزرگ به ظاهر تنها از طریق نظریه ریسمان ها امکان دارد اما زمان پاسخ به چنین پرسشی سخت و دشوار که بزرگ ترین معمای عالم است مشخص نیست[۱۴]
[ویرایش] نظریهٔ مهبانگ (انفجار بزرگ)
شرح گام به گام تاریخ کیهان از دید نظریهٔ "مهبانگ" : آشکار است برای آگاهی از چگونگی نخستین ثانیه‌ها و یا بهتر بگوییم نخستین اجزای ثانیه‌های پس از انفجار آغازین نباید از ستاره شناسان پرسید بلکه در این مورد باید به فیزیکدان های متخصص در امر فیزیک ذره‌ای مراجعه کرد که در مورد تشعشعات و ماده در شرایط کاملا سخت و غیر عادی جستجو و تجربه می کنند. تاریخ کیهان معمولا به 8 مقطع کاملا متفاوت و نا مساوی بخش می‌شود:
مرحله نخست ( صفر تا10 به توان 43- ثانیه) این مساله هنوز برایمان کاملا روشن نیست که در این نخستین اجزای ثانیه‌ها چه چیزی تبدیل به گلوله آتشینی شد که کیهان باید بعدا از آن ایجاد گردد . هیچ معادله اندازه گیری برای دمای بسیار بالا و تصورناپذیری که در این زمان حاکم بود در دست نمی‌باشد.
مرحله دوم ( از10 به توان 43- تا 10 به توان 32- ثانیه ( نخستین سنگ بناهای ماده مثلا کوارک ها و الکترون ها و پاد ذره‌های آنها از برخورد پرتوها با یکدیگر به وجود می‌آیند. بخشی از این سنگ بناها دوباره با یکدیگر برخورد می کنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه‌های بسیار بسیار اولیه ذره‌های فرا سنگین - x نیز می‌توانسته اند به وجود آمده باشند. این ذره‌ها دارای این ویژگی هستند که هنگام فروپاشی ماده بیشتری نسبت به پاد ماده و مثلا کوارک های بیشتری نسبت به آنتی کوارک ها ایجاد می کنند. ذره‌های x که تنها در همان نخستین اجزای بسیار کوچک ثانیه‌ها وجود داشتند برای ما میراث مهمی به جا گذاردند که عبارت بود از : " افزونی ماده در برابر پاد ماده "
مرحله سوم ( از10 به توان 32- ثانیه تا 10 به توان 6- ثانیه ( کیهان از مخلوطی از کوارک ها - لپتون ها - فوتون ها و ذره‌های دیگر تشکیل شده که متقابلا به ایجاد و نابودی یکدیگر مشغول بوده و همچنین خیلی سریع در حال از دست دادن دما هستند.
مرحله چهارم ( از 10 به توان 6- ثانیه تا 10 به توان 3- ثانیه ( کمابیش همگی کوارک ها و پاد کوارک ها به صورت پرتو ذره‌ها به انرژی تبدیل می‌شوند. کوارک های جدید دیگر نمی‌توانند در دماهای رو به کاهش به وجود آیند ولی از آن جایی که کوارک های بیشتری نسبت به پاد کوارک ها وجود دارند برخی از کوارک ها برای خود جفتی پیدا نکرده و به صورت اضافه باقی می مانند. هر 3 کوارک با یکدیگر یک پروتون با یک نوترون می سازند. سنگ بناهای هسته اتم های آینده اکنون ایجاد شده اند.
مرحله پنجم( از 10 به توان 3- ثانیه تا 100 ثانیه ( الکترون ها و پاد الکترون ها در برخورد با یکدیگر به اشعه تبدیل می‌شوند. شماری از الکترون ها باقی می ماند زیرا که ماده بیشتری نسبت به پاد ماده وجود دارد. این الکترون ها بعدا مدارهای اتمی را می سازند.
مرحله ششم ( از 100 ثانیه تا 30 دقیقه ( در دماهایی که امروزه می‌توان در مرکز ستارگان یافت نخستین هسته‌های اتم های سبک و به ویژه هسته‌های بسیار پایدار هلیم در اثر همجوشی هسته‌ای ساخته می‌شوند. هسته اتم های سنگین از قبیل اتم آهن یا کربن در این مرحله هنوز ایجاد نمی‌شوند. در آغاز آفرینش عملا تنها دو عنصر بنیادی که از همه سبکتر بودند وجود داشتند : هلیم و هیدروژن
مرحله هفتم ( از 30 دقیقه تا 1 میلیون سال پس از آفرینش ) پس از گذشت حدود 300000 سال گوی آتشین آنقدر دما از دست داده که هسته اتم ها و الکترون ها می‌توانند در دمایی در حدود 3000 درجه سانتی گراد به یکدیگر بپیوندند و بدون اینکه دوباره بی درنگ از هم بپاشند اتم ها را تشکیل دهند . در نتیجه آن مخلوط ذره‌ای که قبلا نا مرئی بود اکنون قابل دیدن می‌شود.
مرحله هشتم ( از یک میلیون سال پس از آفرینش تا امروز ( از ابرهای هیدروژنی دستگاههای راه شیری، ستارگان و سیاره‌ها به وجود می‌آیند. در درون ستارگان هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و آهن تولید می‌شوند. که بعد ها در انفجارهای ستارهای آزاد می‌گردند و برای ساخت ستارگان و سیاره‌ها و زندگی جدید به کار می‌آیند[۱۵] .
[ویرایش] عناصر پیدایش زندگی زمینی
برای زمین با توجه به گوناگونی زندگی که در آن وجود دارد 3 چیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بوده است:
1. از همان ابتدای خلقت همیشه ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراین همواره ماده برای ما باقی می ماند
2. در مرحله ششم هیدروژن به وجود آمد این ماده که سبک ترین عنصر شیمیایی می‌باشد سنگ بنای اصلی کهکشان ها و سیاره‌ها می‌باشد. هیدروژن همچنین سنگ بنای اصلی موجودات زنده‌ای است که بعدا روی زمین به وجود آمدند و احتمالا روی میلیاردها سیاره دیگر نیز وجود دارند
3. در مرکز ستارگان نخستین هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و یا کربن یعنی سنگ بناهای اصلی مورد نیاز برای زندگی به وجود آمدند[۱۶]
[ویرایش] اجزای سازندهٔ کیهان
تنها حدود 4 درصد کیهان از ماده ، به شکلی که ما می شناسیم تشکیل شده است ، یعنی ماده معمولی که ما می شناسیم و در آزمایشگاه وجود دارد، تنها 4درصد همهٔ عالم را می سازد. 23درصد کیهان را ماده تاریک سرد تشکیل داده که دانشمندان داده‌های خیلی کمی درباره اش دارند و 73 درصد مانده را انرژی تاریک شگفت انگیز تشکیل می‌دهد که تقریبا تنها چیزی که در موردش می دانیم ، این است که وجود دارد![۱۷]
[ویرایش] اثبات نظریه مهبانگ
نتایج 3 رصد مهم طی قرن گذشته به ستاره شناسان کمک کرد تا اطمینان حاصل کنند که جهان با بیگ بنگ آغاز شده است . اولین آنها این است که جهان در حال انبساط است – بدین معنی که فضای میان کهکشان ها در حال بزرگ و بزرگتر شدن است - این مشاهده منجر به این حدس شد که قبل ازانبساط همه چیز در جایی کنار هم قرار داشته است . دوم اینکه این نظریه به خوبی قادر به توضیح فراوانی هلیم و دتریم ( ایزوتوب هیدروژن ) در جهان است . دما و چگالی و محیط منبسط شونده جهان اولیه شرایط خوبی برای تولید این هسته‌ها با فراوانی که امروز شاهد آن هستیم می‌باشد . دلیل سوم اینکه ستاره شان موفق به رصد تابش پس زمینه کیهانی – نابش بس از انفجار اولیه - از هر سمت کیهان شده اند . تابش پس زمینه کیهانی دلیل قاطعی بر تایید آغازی این چنین – با یک انفجار- برای جهان است . آفای استفان هاوکینگ در این مورد می‌گوید : این اکتشاف بی نظیر ، اکتشاف قرن است .[۱۳]
[ویرایش] انبساط جهان
همزمان با این ایده که جهان در حال انبساط است ، ستاره شناسی یه اسم وستو سلیفر (Vesto Slipher) متذکر شد که تعداد کهکشان هایی که از ما دور می شوند بیشتر از آنهایی هستند که به ما نزدیک می شوند .ستاره شناسان با استفاده از نور دریافتی از یک کهکشان قادرند دریابند که یک کهکشان به ما نزدیک یا از ما دور می شود . اگر طیف نوری کهکشان به سمت طول موج کوتاه تر اتقال یابد - انتقال به آبی – کهکشان در حال نزدیک شدن به ماست ، مثال معروف این مطلب تغییر طول موج صدای یک آمبولانس در حال نزدیک شدن به ما است . اگر طیف نوری کهکشان به سمت طول موج بلند تر انتقال یابد - انتقال به سرخ – کهکشان در حال دور شدن از ماست ، همان طور که طول موج صدای یک آمبولانس که در حال دور شدن از ما است افزایش می یابد . میزان اتقال به سرخ یا آبی بستگی به سرعت دور شدن یا نزدیک شدن کهکشان دارد . بنابراین وستو سلیفر مشاهده کرد که بیشتر کهکشان ها دارای انتقال به سرخ هستند تا اتقال به آبی . [۱۸]
درسال 1929 ، ادوین هابل (Edwin Hubble) کشف کرد کهکشان هایی که در فاصله ی بیشتری از ما قرار دارند با سرعت بیشتری از ما دور می شوند ، این سرعت متناسب با فاصله است . به عبارت دیگر کهکشان هایی که در فاصله دورتری نسبت به ما هستند دارای اتقال به سرخ بیشتری نیز می باشند . کهکشان های دور دست فاصله ای در ابعاد میلیون و میلیارد سال نوری با ما دارند و این به این معناست که ما به گذشته ای در ابعاد میلیون یا میلیارد سال نوری نگاه می کنیم . در حین سفر نور کهکشان ها به سمت ما طیف نور ازطول موج های کوتا هتر به سمت طول موج های بلند تر - انتقال به سرخ – اتقال می یابد . این انتقال به سرخ در اثر انبساط ساختار فضا است. اگر طول موج دو برابر شود ، جهان می باید با ضریب 2 منبسط شود. بنابراین کشف هابل این بود که عامل انبساط به نحوی با مسیر طی شده توسط نور در ارتباط است ، معادل با اینکه شما به چه میزان به گذشته نگاه می کنید . این مطلب بیان گر این است که هر چه در زمان به عقب و عقب تر برگردیم جهان کوچک و کوچکتر است . با سفر به گذشته ی یک جهان منبسط شونده خواهیم دید که فاصله ی میان کهکشان ها در حال کاهش و چگالی جهان در حال افزایش است .
این روند تا جایی ادامه پیدا می کند که تمامی ماده جهان در حجمی بسیار کوچک متراکم می شود ، که نتیجه این روند چگالی باور نکردنی جهان اولیه - لحظه بیگ بنگ – است . با تقسیم فاصله ی کهکشان بر سرعت ذاتی آن قادر به تخمین طول عمر جهان خواهیم بود . با این روش می توانیم تخمین بزنیم که در چه زمانی فاصله ی ما تا دیگر کهکشان ها صفر بوده است . محاسبات نشان می دهند که بیگ بنگ در حدود 10 تا 15 میلیون سال قبل - 3 برابر عمر زمین – اتفاق افتاده است . [۱۹]
یکی از راه های تست کردن این تخمین این است که به ذنبال کهن ترین جسم در کیهان باشیم این جسم می باید سنی در حدود 10 تا 15 میلیارد سال داشته باشد نه بیشتر . روش دیگر بررسی فعالیت های رادیو اکتیوی ایزوتپ های اورانیوم است . می دانیم که کهن ترین ایزوتوپ های تشکیل شده توسط فعالیت های هسته ای ابر –نو اخترها 10 میلیارد سال سن دارند . با استفاده از مدل های امروزی تحول ستاره ای می دانیم که کهن ترین ستارهای موجود در کهکشان را شیری در حدود 10 میلیارد سال سن دارند . سنین به دست آمده با تخمین -های ما مطابقت دارند [۲۰]
[ویرایش] فراوانی هلیم و دتریم در کیهان
با توجه به این که در ابتدای کیهان دما بسیار زیاد بوده است می تواند دلیل خوبی برتائید این مطلب باشد که هلیم و دتریم پیش از تشکیل هر ستاره ای در جهان بوجود آمده اند . این عناصر در همجوشی های هسته ای تولید می شوند. همجوشی یک پروتون با یک نترون منجر به تولید دتریم - هیدروژن سنگین - می شود . این فرایند تنها در دماهای بسیاربالا مثل دمای هسته ی ستاره‌ها امکان پذیر است . در سال 1946 ، جورج گاموو(George Gamow) یکی ازدانشجویان فریدمن پیشنهاد داد که همجوشی هسته ای می بایست در کیهان اولیه زمانی که دما بسیار بالا بود اتفاق افتاده باشد . این فرآیند سنتز هسته ای نام دارد ، که منجر به تولید هلیم و دتریم (همچنن مقداری لیتیم و بریلیوم) از دریای انبوه پروتون ها و نترون های پر انرژی کیهان اولیه شده است .در اوایل دهه ی 1960 طیف سنجی ستاره های محلی نشان داد که هلیم 20 تا 30 در صد از جرم ستاره‌ها را تشکیل می دهد . و بقیه جرم ستاره را غالبا ازهیدروژن تشکیل شده است . تنها دو منبع در جهان حاضر فادر به تولید هلیم هستند که یکی ستاره های آسمانند و دیگری بمب های اتمی . هر دو این ها با استفاده از همجوشی هسته ای و در آمیختن هسته های هیدروژن ، هلیم تولید می کنند که انرژی فراوانی نیز از این فرایند تولید می شود .ستاره شناسان بر این اعتقادنند که اگر تمامی هلیم موجود در جهان توسط ستاره‌ها تولید شده است درنتیجه روشنایی آسمان باید بیشتر از حال حاضر باشد . بنابراین هلیوم موجود می باید قبل از ستاره‌ها تولید شده باشد .
برپایه تئوری سنتز هسته ای مدل بیگ بنگ فیزیکدان ها در اواسط دهه ی 1960 تخمین زدند که در حدود یک چهام جرم کیهان در ابتدا به هلیم تبدیل شده است ، در حالی که باقیمانده جرم به هیدروژن تبدیل شده. این مقدار با اندازه گیری های اولیه 20 تا 30 درصد فراوانی هلیم ، که امروزه مشاهده می کنیم - که توسط بیگ بنگ ، قبل از اینکه در ستاره ای تولید شود، تولید شده است - سازگار است . در اوایل دهه ی 1970 با مطالعه طیف دیگر کهکشان ها مشخص شد که اکثریت هلیم مشاهده شده قبل از شکل گیری ستاره ای در کیهان وجود داشته است .
مقدار اکسیژن موجود در ستاره میزان سنتز هسته ای ستاره را نشان می دهد زیرا این ستاره‌ها هستند که توسط همجوشی هسته ای هیدروژن عناصر سنگین تری مثل : اکسیژن ، نیتروژن ، کربن و هلیوم را تولید می کنند . اگر همانند اکسیژن تمامی هلیوم موجود در کیهان توسط ستاره‌ها تولید شده باشد انتظار نمی رود در کهکشان هایی که اکسیژن ندارند هلیوم یافت شود زیرا کهکشان ها قبل از شکل گیری عناصرسنگین در ستاره‌ها شکل گرفته اند . برای شکل گیری یک کهکشان مقدار اولیه هلیوم مورد نیاز در حدود 24 درصد است و این مطلب تاییدی بر وجود تئوری سنتز هسته ای بیگ بنگ است . به این معنا که باید در جهان اولیه هلیوم تولید شده باشد . نتایج رصدی از این تئوری - که در جهان اولیه یک چهارم جرم کیهان توسط سنتز هسته ای به هلیوم تبدیل شده است - دفاع می کنند .
شاهد دیگری برای تایید سنتز هسته ای در کیهان اولیه دتریوم می باشد . دتر?
در این مقاله ابتدا به تعریف CPH که همه ی ماده های جهان از آن تشکیل شده اند می پردازیم سپس به نخستین لحظات یدایش کیهان رفته که چگونه پس از انفجار بزرگ کیهان تشکیل شد و چگونه هلیم و دتریم با همجوشی هم هیدروژن که عنصر اصلی تشکیل ستارگان وسیارات هست را بوجود آوردند سپس نگاهی به مقادیر تقریبی مشخصات کیهان پرداخته وبا توجه به انبساط همیشگی کیهان , فراوانی هلیم و دتریم و تابش پس زمینه ی کیهانی حادثه ی انفجار بزرگ را اثباط میکنیم و در آخر میبینیم که کیهان همواره در حال انبساط خواهد بود.
[ویرایش] نام
در زبان پارسی «مِه» یعنی «بزرگ» و بانگ به معنای صدای بلند است.
[ویرایش] نظریه‌های مخالف
این نظریه با وجود شهرتی که دارد، مخالفانی داشته[۱] که نظریه مهبانگ را مردود دانسته اند[۲][۳]، و نظریه‌های رقیبی (بطور نمونه بر اساس Redshift quantization) دارد.[۴][۵][۶]
[ویرایش] ماده متراکم
تئوری تراکم عالم قبل از انفجار بزرگ را می‌توان با مطالعه در چیستی سیاهچاله‌های فضایی بهتر دریافت. در سیاهچاله‌های فضایی، اتم هابه اجزای سازنده شان تجزیه شده و فضای میان آنها از بین می‌رود. به این ترتیب ماده شدیدا متراکم و چگال می‌شود. این عکس اتفاقی است که در هنگام انفجار بزرگ روی داده‌است.
[ویرایش] تاریخچه
ایده و تئوری مهبانگ (انفجار بزرگ) با نگرش بر ساختار کیهان ایجاد شد . در سال 1912 میلادی (1291 ه.ش) وستو اسلیفر این تحقیق آغاز شد .
[ویرایش] نظریهٔ CPH و انرژی تاریک ( CPH Theory and Dark Energy )
طبق نظریهٔ CPH همهٔ ذرات موجود در جهان از CPH تشکیل شده اند و CPH همواره با مقدار سرعت ثابت حرکت می کنند و هنگامیکه یکدیگر را جذب می کنند مقداری از این سرعت ثابت به حرکت دورانی تبدیل می‌شود که آن را اسپین می نامند به طوری که طبق نظریه CPH پس از مهبانگ CPHها به همهٔ اطراف جهان پراکنده شدند که با سرعت ثابت Vc>c به حرکت خود ادامه می‌دادند. بتدریج CPH ها یکدیگر را جذب کردند و به انرژی تبدیل شدند و انرژی نیز به ماده و پاد ماده تبدیل شد. بتدریج غبارهای آسمانی تشکیل گردید و ستارگان و کهکشانها پدید آمدند. از آنجایی که همهٔ اجسام و ذرات موجود در جهان از CPH تشکیل شده اند و این CHP ها در ساختمان ماده دارای حرکت دورانی یا اسپین هستند، لذا هر انفجاری که در جهان صورت گیرد، مقداری از حرکت دورانی یا اسپین CPH ها به حرکت انتقالی تبدیل می‌شود .[۷] چون بیشتر مادهٔ موجود در جهان در ستارگان در حال انفجار است، لذا بطور مداوم حرکت دورانی CPH ها به حرکت انتقالی تبدیل می‌شود و این امر موجب انبساط و در عین حال شتاب جهان می‌شود [۸]
.
[ویرایش] - نگاهی به چگونگی ایجاد و گسترش کیهان
همه چیز در حال گردش است. زمین به گرد خورشید می چرخد و ماه به گرد زمین. زمین و همهٔ سیاره‌ها ی منظومه خورشیدی نیز به دور ستاره بزرگ خورشید می چرخند. منظومه خورشیدی ما که در یکی از بازوهای کهکشان راه شیری قرار دارد به گرد هسته مرکزی راه شیری می چرخد. کهکشان راه شیری در خوشه‌ای به نام گروه محلی قرار دارد. همگی کهکشان های گروه محلی نیز به دور مرکز گروه محلی می چرخند[۹]
از گرد هم آمدن گروه‌ها و خوشه‌های بسیاری همچون گروه محلی، مجموعه بسیار بزرگ تری به نام «ابر خوشه» تشکیل می‌شود. جهانی که ما در آن زندگی می کنیم از میلیون ها ابر خوشه تشکیل شده است. اکنون می خواهیم از زمین کوچکمان که در این جهان بزرگ، حتی به اندازه یک نقطه کوچک هم نیست بیرون رویم و به سوی نخستین لحظه‌های تشکیل کیهان برویم . بیش از 13 میلیارد سال پیش همهٔ انرژی های دنیا، یعنی همهٔ آن چیزی که هم اکنون وجود دارد به صورت اصلی ترین ماده تشکیل دهندهٔ انرژی در یک نقطه وجود داشت. (در طول مقاله واژه‌های کیهان و عالم به کار برده شده است که هر دو به یک معنا است. ) این نقطه با انفجاری بزرگ گسست و انرژی خود را به هر سو پخش کرد. [۱۰]
این لحظه را «مهبانگ» -(انفجار بزرگ –(( Big Bang ) می‌گویند. پس از انفجار بزرگ همهٔ انرژی های جهان که در یک نقطه جمع شده بود به هر سو پخش و گسترده شد که اکنون نیز ادامه دارد. به زبان ساده جهان از زمان مهبانگ تا اکنون در حال انبساط (باز شدن) ات. پس از دو دقیقه با همجوشی پروتون ها و نوترون ها، دوتریوم درست شد. پس از سه دقیقه، هلیم از همجوشی دوتریوم، پروتون ها و نوترون ها پدیدار شد. در آن هنگام چگالی جرمی ماده از چگالی ماده معادل انرژی فوتون ها کمتر بوده است، در حالی که هم اکنون چگالی جرمی ماده از چگالی ماده معادل انرژی فوتون ها بیشتر است. در آغاز ساخته شدن کیهان نوترون ها، پروتون ها و الکترون ها تنها سهم ناچیزی از مقدار ماده را داشتند و این فوتون ها بوده اند که انحنای فضا- زمان را به وجود می‌آوردند.
صدهزار سال پس از تشکیل عالم، دمای کیهان هشت هزار کلوین بود در حالی که نهصد هزار سال بعد دمای جهان به سه هزار درجه کلوین کاهش یافت. در این زمان به دلیل افت دما و خنکی نسبی ای که به وجود آمده بود پروتون ها و الکترون ها با یکدیگر درهم آمیخته شدند تا این که اتم های خنثای هیدروژن را به وجود آوردند. کیهان در این زمان (یک میلیون سالگی) برای نخستین بار شفاف شد که با وقوع شفافیت فوتون های زمینه میکرو موجی کیهانی در تمام عالم گسترش یافتند. در این هنگام بخش هایی از کیهان که مقداری از میانگین چگال تر بودند تبدیل به خوشه ها، ابرخوشه‌ها و کهکشان ها شدند و بخش های کوچک و کم تراکم تر باقیمانده تبدیل به فضای میان ابرخوشه‌ها شدند.
طی یک دوره چند میلیون ساله ابر های گازی به وجود آمدند که هسته آغازین تشکیل ستارگان بودند. کهکشان راه شیری در یک ابر چرخنده کم سرعت از هیدروژن و هلیوم که در حدود 100 کیلو پارسک (326 سال نوری) پهنا دارد تشکیل شد. البته هنوز معلوم نیست که کهکشان ما از یک ابر بزرگ گازی تشکیل شده یا آن که شماری از ابرهای کوچک که با یکدیگر درهم آمیخته شده اند. در راه تکمیل و گسترش کیهان در مرکز کهکشان راه شیری دو مرکز بسیار پرانرژی که سیاه چاله هستند به وجود آمد که به نوعی نقطه تعادل و جاذبه گردشی کهکشان است. بیش از 5/4 میلیارد سال پیش منظومه خورشیدی ما در درون یکی از ابرهای گازی کهکشان راه شیری زاده شد. در آغاز بخش هایی از این ابر بزرگ شروع به متراکم شدن کرد و بر اثر کشش گرانشی فشرده شد تا به صورت یک توده کروی شکل درآمد. پس از صد هزار سال خورشید به صورت یک کره بسیار کوچک زاده شد. خورشید کوچک پیاپی داغ تر و گرم تر می‌شد و به سرعت به گرد خود می چرخید و از خود ماده در فضا رها می کرد. پس از مدتی خورشید به دوران بلوغ خود رسید. در این دوره نخستین انفجارهای هسته‌ای خورشید آغاز شد که سبب درخشش این ستاره بزرگ می‌شد. خورشید از آغاز پیدایش خود تاکنون پیاپی در حال تبدیل ماده به انرژی است. [۱۱] حلقه‌هایی از موادی که از خورشید جدا می‌شدند کم کم به صورت اجرام کوچکی درآمدند و پس از مدتی بر اثر گرانش بسیار بالای خورشید در مدار هایی متفاوت شروع به چرخیدن کردند. این اجرام که توده‌های کوچک چرخانی در میان توده‌های بزرگی از گاز و غبار بودند پس از طی چندین میلیون سال تبدیل به سیاره‌های بزرگ و کوچکی شدند که امروزه به نه نام مختلف همچنان به دور خورشید بزرگ در حال گردش هستند. هر نه سیاره منظومه خورشیدی در نه مدار مختلف و در فاصله‌های معینی از خورشید قرار دارند که به ترتیب از اولین سیاره نزدیک به خورشید عبارتند از " تیر (عطارد)، ناهید (زهره)، زمین، بهرام (مریخ)، برجیس (مشتری)، کیوان (زحل)، اورانوس، نپتون و پلوتو " [۱۲] یوهان کپلر قانون های سه گانه‌ای را کشف و برای حرکت سیاره‌ها وضع کرده است که شامل مواد زیر است:
1. همه سیاره‌ها در یک مدار بیضی شکل به گرد خورشید می چرخند
2. هر سیاره‌ای که در گردش خود نزدیک به خورشید می‌رسد، سرعتش بیشتر می‌شود
3. بین مسافت و دوری سیاره از خورشید با زمانی که مدار خود را می پیماید، نسبت خاصی برقرار است[۱۳]
جهان پهناور ما همچون بادکنکی که در حال باد شدن است مدام در حال بزرگ شدن است و هر روز بر پهنای آن افزوده می‌شود. بر طبق قانون هابل کهکشان های دوردست با سرعتی به تناسب دوریشان از ما فاصله می‌گیرند، بنابراین کیهان به طور یکنواخت در حال انبساط است. البته بایستی بدانید که کهکشان ها خود در حال انبساط و بزرگ شدن نیستند بلکه این فضا- زمان است که باز می‌شود و کهکشان ها را با خود می‌برد. بر پایهٔ این قانون اگر کیهان باز باشد، انبساط تا بی نهایت ادامه دارد و اگر بسته باشد انبساط متوقف شده و کیهان شروع به رمبش (انقباض) می کند. چون گرانش از سرعت انبساط عالم می کاهد ممکن است که روزی پیروز شود و موجب توقف گسترش کیهان و در نتیجه فروریختن کیهان در خود شود. برای درک بهتر آن نمونه‌ای می آوریم: سرعت گریز از زمین 4/11 کیلومتر بر ثانیه است. حال اگر موشکی با سرعت کمتر بخواهد از جو زمین خارج شود گرانش زمین این اجازه را به او نمی‌دهد و موشک به سوی زمین باز می‌گردد. پس اگر سرعت سبی دو کهکشان از سرعت گریزشان کمتر باشد روزی انبساط پایان یافته و کیهان آغاز به انقباض می کند و اگرسرعت گریزشان بیشتر باشد انبساط عالم ادامه خواهد داشت. برای رسیدن به پاسخی قطعی درباره رنوشت کیهان ما ، در آغاز بایستی به چگونگی پیدایش آن پی برد. هم اکنون گروهی از دانشمندان فیزیک در حال بررسی زمان صفر انفجار بزرگ از راه «نظریه ریسمان ها» هستند. نظریه ریسمان ها فرضیه‌ای نوین است که هنوز به صورت تجربی ثابت نشده است. بر طبق این نظریه، کیهان در رده‌ای بنیادی تر از رشته‌ها یا ریسمان هایی ساخته شده که با فرکانس های مختلف ارتعاش می کنند. پژوهش درباره ماهیت انفجار بزرگ به ظاهر تنها از طریق نظریه ریسمان ها امکان دارد اما زمان پاسخ به چنین پرسشی سخت و دشوار که بزرگ ترین معمای عالم است مشخص نیست[۱۴]
[ویرایش] نظریهٔ مهبانگ (انفجار بزرگ)
شرح گام به گام تاریخ کیهان از دید نظریهٔ "مهبانگ" : آشکار است برای آگاهی از چگونگی نخستین ثانیه‌ها و یا بهتر بگوییم نخستین اجزای ثانیه‌های پس از انفجار آغازین نباید از ستاره شناسان پرسید بلکه در این مورد باید به فیزیکدان های متخصص در امر فیزیک ذره‌ای مراجعه کرد که در مورد تشعشعات و ماده در شرایط کاملا سخت و غیر عادی جستجو و تجربه می کنند. تاریخ کیهان معمولا به 8 مقطع کاملا متفاوت و نا مساوی بخش می‌شود:
مرحله نخست ( صفر تا10 به توان 43- ثانیه) این مساله هنوز برایمان کاملا روشن نیست که در این نخستین اجزای ثانیه‌ها چه چیزی تبدیل به گلوله آتشینی شد که کیهان باید بعدا از آن ایجاد گردد . هیچ معادله اندازه گیری برای دمای بسیار بالا و تصورناپذیری که در این زمان حاکم بود در دست نمی‌باشد.
مرحله دوم ( از10 به توان 43- تا 10 به توان 32- ثانیه ( نخستین سنگ بناهای ماده مثلا کوارک ها و الکترون ها و پاد ذره‌های آنها از برخورد پرتوها با یکدیگر به وجود می‌آیند. بخشی از این سنگ بناها دوباره با یکدیگر برخورد می کنند و به صورت تشعشع فرو می پاشند. در لحظه‌های بسیار بسیار اولیه ذره‌های فرا سنگین - x نیز می‌توانسته اند به وجود آمده باشند. این ذره‌ها دارای این ویژگی هستند که هنگام فروپاشی ماده بیشتری نسبت به پاد ماده و مثلا کوارک های بیشتری نسبت به آنتی کوارک ها ایجاد می کنند. ذره‌های x که تنها در همان نخستین اجزای بسیار کوچک ثانیه‌ها وجود داشتند برای ما میراث مهمی به جا گذاردند که عبارت بود از : " افزونی ماده در برابر پاد ماده "
مرحله سوم ( از10 به توان 32- ثانیه تا 10 به توان 6- ثانیه ( کیهان از مخلوطی از کوارک ها - لپتون ها - فوتون ها و ذره‌های دیگر تشکیل شده که متقابلا به ایجاد و نابودی یکدیگر مشغول بوده و همچنین خیلی سریع در حال از دست دادن دما هستند.
مرحله چهارم ( از 10 به توان 6- ثانیه تا 10 به توان 3- ثانیه ( کمابیش همگی کوارک ها و پاد کوارک ها به صورت پرتو ذره‌ها به انرژی تبدیل می‌شوند. کوارک های جدید دیگر نمی‌توانند در دماهای رو به کاهش به وجود آیند ولی از آن جایی که کوارک های بیشتری نسبت به پاد کوارک ها وجود دارند برخی از کوارک ها برای خود جفتی پیدا نکرده و به صورت اضافه باقی می مانند. هر 3 کوارک با یکدیگر یک پروتون با یک نوترون می سازند. سنگ بناهای هسته اتم های آینده اکنون ایجاد شده اند.
مرحله پنجم( از 10 به توان 3- ثانیه تا 100 ثانیه ( الکترون ها و پاد الکترون ها در برخورد با یکدیگر به اشعه تبدیل می‌شوند. شماری از الکترون ها باقی می ماند زیرا که ماده بیشتری نسبت به پاد ماده وجود دارد. این الکترون ها بعدا مدارهای اتمی را می سازند.
مرحله ششم ( از 100 ثانیه تا 30 دقیقه ( در دماهایی که امروزه می‌توان در مرکز ستارگان یافت نخستین هسته‌های اتم های سبک و به ویژه هسته‌های بسیار پایدار هلیم در اثر همجوشی هسته‌ای ساخته می‌شوند. هسته اتم های سنگین از قبیل اتم آهن یا کربن در این مرحله هنوز ایجاد نمی‌شوند. در آغاز آفرینش عملا تنها دو عنصر بنیادی که از همه سبکتر بودند وجود داشتند : هلیم و هیدروژن
مرحله هفتم ( از 30 دقیقه تا 1 میلیون سال پس از آفرینش ) پس از گذشت حدود 300000 سال گوی آتشین آنقدر دما از دست داده که هسته اتم ها و الکترون ها می‌توانند در دمایی در حدود 3000 درجه سانتی گراد به یکدیگر بپیوندند و بدون اینکه دوباره بی درنگ از هم بپاشند اتم ها را تشکیل دهند . در نتیجه آن مخلوط ذره‌ای که قبلا نا مرئی بود اکنون قابل دیدن می‌شود.
مرحله هشتم ( از یک میلیون سال پس از آفرینش تا امروز ( از ابرهای هیدروژنی دستگاههای راه شیری، ستارگان و سیاره‌ها به وجود می‌آیند. در درون ستارگان هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و آهن تولید می‌شوند. که بعد ها در انفجارهای ستارهای آزاد می‌گردند و برای ساخت ستارگان و سیاره‌ها و زندگی جدید به کار می‌آیند[۱۵] .
[ویرایش] عناصر پیدایش زندگی زمینی
برای زمین با توجه به گوناگونی زندگی که در آن وجود دارد 3 چیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بوده است:
1. از همان ابتدای خلقت همیشه ماده بیشتری نسبت به ضد ماده وجود داشته و بنابراین همواره ماده برای ما باقی می ماند
2. در مرحله ششم هیدروژن به وجود آمد این ماده که سبک ترین عنصر شیمیایی می‌باشد سنگ بنای اصلی کهکشان ها و سیاره‌ها می‌باشد. هیدروژن همچنین سنگ بنای اصلی موجودات زنده‌ای است که بعدا روی زمین به وجود آمدند و احتمالا روی میلیاردها سیاره دیگر نیز وجود دارند
3. در مرکز ستارگان نخستین هسته اتم های سنگین از قبیل اکسیژن و یا کربن یعنی سنگ بناهای اصلی مورد نیاز برای زندگی به وجود آمدند[۱۶]
[ویرایش] اجزای سازندهٔ کیهان
تنها حدود 4 درصد کیهان از ماده ، به شکلی که ما می شناسیم تشکیل شده است ، یعنی ماده معمولی که ما می شناسیم و در آزمایشگاه وجود دارد، تنها 4درصد همهٔ عالم را می سازد. 23درصد کیهان را ماده تاریک سرد تشکیل داده که دانشمندان داده‌های خیلی کمی درباره اش دارند و 73 درصد مانده را انرژی تاریک شگفت انگیز تشکیل می‌دهد که تقریبا تنها چیزی که در موردش می دانیم ، این است که وجود دارد![۱۷]
[ویرایش] اثبات نظریه مهبانگ
نتایج 3 رصد مهم طی قرن گذشته به ستاره شناسان کمک کرد تا اطمینان حاصل کنند که جهان با بیگ بنگ آغاز شده است . اولین آنها این است که جهان در حال انبساط است – بدین معنی که فضای میان کهکشان ها در حال بزرگ و بزرگتر شدن است - این مشاهده منجر به این حدس شد که قبل ازانبساط همه چیز در جایی کنار هم قرار داشته است . دوم اینکه این نظریه به خوبی قادر به توضیح فراوانی هلیم و دتریم ( ایزوتوب هیدروژن ) در جهان است . دما و چگالی و محیط منبسط شونده جهان اولیه شرایط خوبی برای تولید این هسته‌ها با فراوانی که امروز شاهد آن هستیم می‌باشد . دلیل سوم اینکه ستاره شان موفق به رصد تابش پس زمینه کیهانی – نابش بس از انفجار اولیه - از هر سمت کیهان شده اند . تابش پس زمینه کیهانی دلیل قاطعی بر تایید آغازی این چنین – با یک انفجار- برای جهان است . آفای استفان هاوکینگ در این مورد می‌گوید : این اکتشاف بی نظیر ، اکتشاف قرن است .[۱۳]
[ویرایش] انبساط جهان
همزمان با این ایده که جهان در حال انبساط است ، ستاره شناسی یه اسم وستو سلیفر (Vesto Slipher) متذکر شد که تعداد کهکشان هایی که از ما دور می شوند بیشتر از آنهایی هستند که به ما نزدیک می شوند .ستاره شناسان با استفاده از نور دریافتی از یک کهکشان قادرند دریابند که یک کهکشان به ما نزدیک یا از ما دور می شود . اگر طیف نوری کهکشان به سمت طول موج کوتاه تر اتقال یابد - انتقال به آبی – کهکشان در حال نزدیک شدن به ماست ، مثال معروف این مطلب تغییر طول موج صدای یک آمبولانس در حال نزدیک شدن به ما است . اگر طیف نوری کهکشان به سمت طول موج بلند تر انتقال یابد - انتقال به سرخ – کهکشان در حال دور شدن از ماست ، همان طور که طول موج صدای یک آمبولانس که در حال دور شدن از ما است افزایش می یابد . میزان اتقال به سرخ یا آبی بستگی به سرعت دور شدن یا نزدیک شدن کهکشان دارد . بنابراین وستو سلیفر مشاهده کرد که بیشتر کهکشان ها دارای انتقال به سرخ هستند تا اتقال به آبی . [۱۸]
درسال 1929 ، ادوین هابل (Edwin Hubble) کشف کرد کهکشان هایی که در فاصله ی بیشتری از ما قرار دارند با سرعت بیشتری از ما دور می شوند ، این سرعت متناسب با فاصله است . به عبارت دیگر کهکشان هایی که در فاصله دورتری نسبت به ما هستند دارای اتقال به سرخ بیشتری نیز می باشند . کهکشان های دور دست فاصله ای در ابعاد میلیون و میلیارد سال نوری با ما دارند و این به این معناست که ما به گذشته ای در ابعاد میلیون یا میلیارد سال نوری نگاه می کنیم . در حین سفر نور کهکشان ها به سمت ما طیف نور ازطول موج های کوتا هتر به سمت طول موج های بلند تر - انتقال به سرخ – اتقال می یابد . این انتقال به سرخ در اثر انبساط ساختار فضا است. اگر طول موج دو برابر شود ، جهان می باید با ضریب 2 منبسط شود. بنابراین کشف هابل این بود که عامل انبساط به نحوی با مسیر طی شده توسط نور در ارتباط است ، معادل با اینکه شما به چه میزان به گذشته نگاه می کنید . این مطلب بیان گر این است که هر چه در زمان به عقب و عقب تر برگردیم جهان کوچک و کوچکتر است . با سفر به گذشته ی یک جهان منبسط شونده خواهیم دید که فاصله ی میان کهکشان ها در حال کاهش و چگالی جهان در حال افزایش است .
این روند تا جایی ادامه پیدا می کند که تمامی ماده جهان در حجمی بسیار کوچک متراکم می شود ، که نتیجه این روند چگالی باور نکردنی جهان اولیه - لحظه بیگ بنگ – است . با تقسیم فاصله ی کهکشان بر سرعت ذاتی آن قادر به تخمین طول عمر جهان خواهیم بود . با این روش می توانیم تخمین بزنیم که در چه زمانی فاصله ی ما تا دیگر کهکشان ها صفر بوده است . محاسبات نشان می دهند که بیگ بنگ در حدود 10 تا 15 میلیون سال قبل - 3 برابر عمر زمین – اتفاق افتاده است . [۱۹]
یکی از راه های تست کردن این تخمین این است که به ذنبال کهن ترین جسم در کیهان باشیم این جسم می باید سنی در حدود 10 تا 15 میلیارد سال داشته باشد نه بیشتر . روش دیگر بررسی فعالیت های رادیو اکتیوی ایزوتپ های اورانیوم است . می دانیم که کهن ترین ایزوتوپ های تشکیل شده توسط فعالیت های هسته ای ابر –نو اخترها 10 میلیارد سال سن دارند . با استفاده از مدل های امروزی تحول ستاره ای می دانیم که کهن ترین ستارهای موجود در کهکشان را شیری در حدود 10 میلیارد سال سن دارند . سنین به دست آمده با تخمین -های ما مطابقت دارند [۲۰]
[ویرایش] فراوانی هلیم و دتریم در کیهان
با توجه به این که در ابتدای کیهان دما بسیار زیاد بوده است می تواند دلیل خوبی برتائید این مطلب باشد که هلیم و دتریم پیش از تشکیل هر ستاره ای در جهان بوجود آمده اند . این عناصر در همجوشی های هسته ای تولید می شوند. همجوشی یک پروتون با یک نترون منجر به تولید دتریم - هیدروژن سنگین - می شود . این فرایند تنها در دماهای بسیاربالا مثل دمای هسته ی ستاره‌ها امکان پذیر است . در سال 1946 ، جورج گاموو(George Gamow) یکی ازدانشجویان فریدمن پیشنهاد داد که همجوشی هسته ای می بایست در کیهان اولیه زمانی که دما بسیار بالا بود اتفاق افتاده باشد . این فرآیند سنتز هسته ای نام دارد ، که منجر به تولید هلیم و دتریم (همچنن مقداری لیتیم و بریلیوم) از دریای انبوه پروتون ها و نترون های پر انرژی کیهان اولیه شده است .در اوایل دهه ی 1960 طیف سنجی ستاره های محلی نشان داد که هلیم 20 تا 30 در صد از جرم ستاره‌ها را تشکیل می دهد . و بقیه جرم ستاره را غالبا ازهیدروژن تشکیل شده است . تنها دو منبع در جهان حاضر فادر به تولید هلیم هستند که یکی ستاره های آسمانند و دیگری بمب های اتمی . هر دو این ها با استفاده از همجوشی هسته ای و در آمیختن هسته های هیدروژن ، هلیم تولید می کنند که انرژی فراوانی نیز از این فرایند تولید می شود .ستاره شناسان بر این اعتقادنند که اگر تمامی هلیم موجود در جهان توسط ستاره‌ها تولید شده است درنتیجه روشنایی آسمان باید بیشتر از حال حاضر باشد . بنابراین هلیوم موجود می باید قبل از ستاره‌ها تولید شده باشد .
برپایه تئوری سنتز هسته ای مدل بیگ بنگ فیزیکدان ها در اواسط دهه ی 1960 تخمین زدند که در حدود یک چهام جرم کیهان در ابتدا به هلیم تبدیل شده است ، در حالی که باقیمانده جرم به هیدروژن تبدیل شده. این مقدار با اندازه گیری های اولیه 20 تا 30 درصد فراوانی هلیم ، که امروزه مشاهده می کنیم - که توسط بیگ بنگ ، قبل از اینکه در ستاره ای تولید شود، تولید شده است - سازگار است . در اوایل دهه ی 1970 با مطالعه طیف دیگر کهکشان ها مشخص شد که اکثریت هلیم مشاهده شده قبل از شکل گیری ستاره ای در کیهان وجود داشته است .
مقدار اکسیژن موجود در ستاره میزان سنتز هسته ای ستاره را نشان می دهد زیرا این ستاره‌ها هستند که توسط همجوشی هسته ای هیدروژن عناصر سنگین تری مثل : اکسیژن ، نیتروژن ، کربن و هلیوم را تولید می کنند . اگر همانند اکسیژن تمامی هلیوم موجود در کیهان توسط ستاره‌ها تولید شده باشد انتظار نمی رود در کهکشان هایی که اکسیژن ندارند هلیوم یافت شود زیرا کهکشان ها قبل از شکل گیری عناصرسنگین در ستاره‌ها شکل گرفته اند . برای شکل گیری یک کهکشان مقدار اولیه هلیوم مورد نیاز در حدود 24 درصد است و این مطلب تاییدی بر وجود تئوری سنتز هسته ای بیگ بنگ است . به این معنا که باید در جهان اولیه هلیوم تولید شده باشد . نتایج رصدی از این تئوری - که در جهان اولیه یک چهارم جرم کیهان توسط سنتز هسته ای به هلیوم تبدیل شده است - دفاع می کنند .
شاهد دیگری برای تایید سنتز هسته ای در کیهان اولیه دتریوم می باشد . دتر?