مطالب علمی

عمر جهان

ستاره شناسان مخصوصاً در مورد عمر جهان، همواره كنجكاو بوده اند. در طول قرن ها پژوهشگران، روحانيون، و خداشناسان تلاش كرده اند تا با استفاده از تنها روش موجود، يعني شجره نامه انسان از زمان آدم و حوا، عمر جهان را تخمين بزنند. در قرن گذشته، زمين شناسان از تابش هاي ذخيره شده در سنگ ها، براي محاسبة عمر جهان استفاده كردند. در مقايسه، در قرن حاضر، ماهوارهWMAP توانسته است با اندازه گيري تابش هاي منتشره از انفجار بزرگ، معتبرترين تخمين را براي عمر جهان در اختيار انسان ها قرار دهد. داده هاي WMAP آشكار مي كنند كه جهان در انفجاري آتشين، در 7/13 ميليلرد سال پيش، متولد شده است.
(در طول تاريخ يكي از شرم آورترين مسائلي كه گريبانگير كيهان شناسي بوده به دليل داده هاي ناقص و معيوبي است كه عمر جهان را اغلب ازسيارات و ستاره گان جوان تر محاسبه مي كرده است. آخرين تخمين براي عمر جهان به كوچكي 1 تا 2 ميليارد سال بوده كه با عمر زمين ( 4/5) و پيرترين ستارگان ( 12 ميليارد سال ) درتناقض آشكار قرار داشته است. البته، اين تناقضات هم اكنون از بين رفته اند. )
ماهواره WMAP گره جديدي را به اين مسئله كه جهان از چه ساخته شده، افزوده است. سوالي كه يوناني ها 2000 سال پيش از خود پرسيده اند. در قرن پيش، دانشمندان عقيده داشتند كه پاسخ اين سوال را مي دانند. پس از هزاران سال پژوهش هاي پر زحمت، دانشمندان به اين نتيجه رسيدند كه جهان تقريباً از صدها نوع مختلف اتم تشكيل شده است. اين اتم ها در جدول متناوب و منظمي، كه با هيدروژن آغاز مي شود. پايه علم شيمي جديد همين جدول است و در حقيقت در تمام كلاس هاي درس علوم در دبيرستان تدريس مي شود. ولي هم اكنون WMAP اين تصوير را به هم ريخته است.
در تاييد تجربيات قبلي، ماهواره WMAP نشان داد كه ماده قابل مشاهده كه ما در اطراف خود مي بينيم (شامل كوه ها،سيارات،ستارگان،و كهكشانها) يك بخش ناچيز 4 درصدي از كل محتويات ماده و انرژي جهان را تشكيل مي دهند. (بخش اعظم آن 4 درصد، به شكل هليم و هيدروژن و احتمالا تنها 03/0 درصد آن به شكل عناصر سنگين هستند.) در واقع بخش عمده جهان ازماده اي مبهم و غير قابل مشاهده با منشا كاملاً ناشناخته تشكيل شده است. عناصر آشنايي كه دنياي ما را تشكيل مي دهند، تنها03/0 درصد جهان را پر كرده اند. از برخي جهات، از زماني كه فيزيكدانان به اين مسئله پرداختند، كه جهان به وسيله شكل هاي كاملاً ناشناخته و جديدي از ماده و انرژي احاطه شده است، علم، قرن ها به گذشته، به زمان قبل از ظهور فرضيه اتمي بازگشته است.

بر اساس يافته هاي WMAP، 23 درصد جهان از ماده اي عجيب و ناشناخته به نام ماده تاريك ساخته شده كه با وجود داشتن وزن و اينكه دور تا دور كهكشانها حلقه زده است، كاملاً نامرئي است. ماده تاريك آنقدر زياد است كه تنها دركهكشان راه شيري، وزن آن روي هم  رفته بيش از ده برابر وزن مجموع ستارگان مرئي است. با وجود غير قابل رؤيت بودن، دانشمندان مي توانند اين ماده تاريك عجيب را به طور غير مستقيم مشاهده كنند؛ زيرا اين ماده درست مانند ذره بين، نور ستارگان را منحرف مي كند و بنابراين مي توان مكان آن را از طريق مقدار اعوجاجي كه در نور ستارگان زمينه ايجاد مي كند تعيين كرد.
با استناد به نتايج عجيب به دست آمده است از داده هاي ماهواره WMAP ، ستاره شناس پرينستون، جان باكال، گفته است: (( امروزه ويژگي هاي معيني را از جهان ديوانه غير محتملي كه در آن ندگي مي كنيم، مي دانيم.‌))
ولي شايد بزرگ ترين اعجاب در داده هاي WMAP ، داده هايي كه محافل علمي رامتحير كرد، اين بود كه 73 درصد جهان، يعني بخش عمده آن، از نوعي انرژي كاملاً ناشناخته و نامرئي به نام انرژي تاريك ساخته شده كه درساختار  فضاي خالي پنهان است. انرژي تاريك، انرژي هيچ، يا انرژي فضاي خالي، كه به وسيله اينشتين در سال 1917 معرفي و سپس به وسيله خود او رد شد (او آن را بزرگ ترين اشتباه خود ناميد)، هم اكنون به عنوان نيروي محرك كل جهان مجدداً مطرح مي شود. در حال حاضر، اين عقيده وجود دارد كه انرژي تاريك، ميدان ضد گرانشي ايجاد مي كند كه باعث از هم راندن كهكشان ها مي شود. سرنوشت نهايي جهان نيز به وسيله اين انرژي تاريك تعيين مي شود.
هيچ كس در حال حاضر نمي داند كه اين انرژي از كجا مي آيد. كريگ هوگان، ستاره شناس دانشگاه واشنگتن در سياتل مي گويد: ((صادقانه بگويم: ما اين را نمي فهميم. با اينكه مي دانيم اثرات آن چه هستند سر نخي از اين موضوع نداريم...هيچ كس سرنخي ندارد.₎₎
با توجه به نظريه اخير ذرات زير اتمي، درمحاسبه مقدار اين انرژي تاريك، به عددي فراتر از (عدد يك با 120صفر در مقابل آن) مي رسيم. چنين فاصله اي بين نتايج نظري و داده هاي تجربي در تاريخ علم بي سابقه است. اين يكي از بزرگ ترين شرمساري هاي تاريخ علم است؛ اينكه بهترين نظريه ما نمي تواند مقدار بزرگ ترين منبع انرژي در كل جهان هستي را محاسبه كند. مطمئناً، قفسه اي مملو از جوايز نوبل در انتظار افراد متهوري است كه پرده از راز ماده و انرژي تاريك بگشايند.

تورم
ستاره شناسان سخت در تلاشند تا سيل عظيم داده هاي دريافتي از ماهوارهWMAP را مورد مطالعه و بررسي قرار دهند. هم زمان كه تصوير قديمي جهان به كناري نهاده مي شود، تصويري جديد از كيهان شناسي شكل مي گيرد. چارلز ال بنت، هدايتگرتيمي بين لمللي كه به ساخته شدن و تحليل ماهواره WMAP  كمك كرد، مي گويد: ما پايه و اساس يك نظريه منسجم و يكپارچه ازجهان كيهان را بنا نهاده ايم. معتبرترين و برجسته ترين نظريه تا كنون، نظريه جهان تورمي است، كه صورت تصحيح شده اي از نظريه انفجار بزرگ به شمار مي رود. اين نظريه اولين بار از سوي    فيزيكداني با نام آلن گوث، از دانشگاه MIT، مطرح شد. در سناريوي جهان تورمي، دراولين يك تريليون تريليونيم ثانيه، نيروي ضد گرانش مرموزي، باعث گسترش و انبساط جهان شده است؛ بسيار سريع تر از آنچه در ابتدا تصور مي شد. مدت زمان اين تورم به طور غير قابل تصوري آني و انفجاري بوده است؛ به طوري كه در اين مدت جهان بسيار سريع تر از سرعت نور انبساط يافته است.

براي به تصوير كشيدن قدرت دوره زماني تورمي، بادكنكي را تصور كنيد كه كهكشانها بر روي سطح آن نقاشي شده اند و به سرعت در حال انبساط است. فرض كنيد كل جهان ما، مملو از ستارگان و كهكشانها، تمامال بر روي سطح اين بادكنك قرار گرفته اند. آنچه از اين جهان براي ما قابل مشاهده است، به اندازه يك دايره ميكروسكوپي روي بادكنك است. نسبت جهان واقعي به جهان قابل مشاهده توسط ما، برابر است با نسبت سطح كل بادكنك به يك سطح دايره ميكروسكوپي. اين دايره كوچك بيانگر جهان مرئي است، يعني تمام آنچه كه ما با تلسكوپ خود مي بينيم. به بيان ديگر، انبساط تورمي آنقدر شديد بوده است، كهفراتر از جهان مرئي ما،مناطق دست نخورده اي وجود دارند كه براي هميشه فراتر از دسترس ما باقي خواهند ماند.
اين تورم در حقيقت آنقدر عظيم بوده است، كه سطح بادكنكي اطراف ما تخت و صاف به نظر مي آيد. اين حقيقتي است كه از نظر تجربي به وسيله ماهواره WMAP، مشخص شده است. همان طور كه زمين براي ما، به دليل كوچك بودن ابعادمان در مقايسه با زمين، تخت به نظر مي رسد، تنها با اين توضيح كه در مقياس بسيار بزرگ تري به شكل منحني است.
با تصور اينكه جهان اوليه دچار فرايند تورم شده است، به راحتي مي توان به بسياري از معماهاي جهان پاسخ گفت؛ مثل اينكه چرا اين جهان تخت و يكپارچه به نظر مي رسد. درتعبير نظريه تورم، فيزيكداني با نام جوئل پريماك، گفته است: ₍₍ تا كنون پيش نيامده كه نظريه اي به اين زيبايي، غلط از آب در بيايد.₎₎