جوانان احمد الحسن
وصی و فرستاده امام مهدی علیه السلام
قوانین فیزیک از توصیف وضعیت هستی پیش از ⁴³⁻10 ثانیهء اول ناتوان است، مگر چیزهایی که برخی تئوریپردازان نظریهء ریسمان بیان داشتهاند، بنابراین توصیف جهان از بعد از این زمان شروع میشود و حتی پس از مدت زمان کافی تا سرد شدن جهان و امکان شکلگیری اجزای ذراتی که آنها را میشناسیم و پس از آن، تا شرح وضعیت زمان حاضر، ادامه مییابد. باید در نظر داشته باشیم که این شرح و توصیف، در واقع معلوماتی است که بر پایهء معادلات ریاضی و دادههای بدست آمده از رصد و مقایسهء کیهان فعلی ما - که طی آن برخی رویدادهای گذشتهء دور و نزدیک را نیز رصد کردهایم - بنا شدهاست. هر چه در اعماق هستی بیشتر نظر کنیم، با رویدادهایی قدیمیتر مواجه میشویم؛زیرا همانطور که میدانیم آثار رویدادها با سرعت مشخصی (مثلاً سرعت نور) جابجا میشود و از همین رو هر چه مقدار مسافت بین ما و آنها بیشتر باشد، با تأخیر بیشتری نسبت به زمان وقوعشان به ما میرسند.
بنابراین داستانی که ما به صورت سلسلهوار به فاصلهء کمی بعد از پیدایش جهان تعریف میکنیم، کیهانشناسان آن را آن گونه که به واقع رخ داده است، نمیشناسند و تعریف نمیکنند بلکه به صورت تقریبی مانند کتابی که از آخر به اول خوانده میشود، میشناسند و قرائت میکنند و با توجه به آنچه قبلاً بیان نمودیم مبنی بر اینکه تمام داستان در فاصلهء زمانی دوری از ما اتفاق افتاده و بیشتر با تأخیر به ما رسیده است، چه بسا قرائتی ناقص و وارونه که رویدادها را از اواسط کتاب تعریف میکند، باشد.
ما در فیزیک نظری به نتیجهای میرسیم که مفاد آن چنین است: در آغاز یا پیش از زمان ⁴³⁻10 ثانیه یعنی در حدود زمان پلانک، کیهان به اندازهای کوچک بوده است که فیزیکدانان برای درک رفتار آن، به نظریه و معادلهای احتیاج دارند که نظریهء نسبیت عام اینشتین را که برای توصیف هستی و اشیای بزرگ موجود در هستی از قبیل ستارگان و سیارات کاربرد دارد، با نظریهء کوانتومی پلانک که در توصیف اشیای بینهایت کوچک نظیر فوتونها و الکترونها به کار میرود، به طور همزمان شامل شود.
1. المصدر (واينبرغ - الدقائق الثلاث الأولى من عمر الكون).
«در چنین دمایی، هر چیز عجیبی ممکن است اتفاق بیفتد. نه تنها نیروهای گرانشی زیاد بودند و تولید ذرات توسط میدانهای گرانشی در مقیاس زیادی صورت میگرفت، بلکه اساساً مفهومی به نام “ذره” میتواند بیمعنی بوده باشد. “افق” یعنی فاصلهای که پس از آن هیچ سیگنالی نمیتواند دریافت شود در چنین شرایطی کمتر از طولموج یک ذرهء نوعی در حال تعادل گرمایی میباشد؛ به عبارت سادهتر، هر ذرهای به بزرگی جهان قابل مشاهده بوده است »(1).
1. مصدر : واینبرگ، نخستین سهدقیقه از عمر جهان.
تا کنون نظریهء همه چیز یا معادلهای که هم بینهایت بزرگ (هستی) و هم بینهایت کوچک (ذرات کوانتومی) را به گونهای شرح و بسط دهد که کاملاً مقبول فیزیکدانان نظری یا کیهانشناسان باشد، وجود نداشته است. نظریهء M که یک تئوری است و چه بسا نیازمند مقداری تعدیل و اصلاح باشد تا بتواند از بوتهء آزمایشها سر بلند بیرون بیاید، تا این لحظه معادلهای است که از نظر ریاضیات به خوبی اثبات گشته است. در بخشهای بعدی دربارهء نظریهء M یا نظریهء ریسمان صحبت خواهیم کرد.
1. المصدر (تايسون وسميث - البدايات): ص27 -28.
«درک ما از چگونگی رفتار مکان، زمان، ماده و انرژی از زمان انفجار بزرگ تا کنون، یکی از بزرگترین پیروزیهای فکری بشر بوده که توانسته است کسب کند. اگر بخواهیم به طور کامل تفسیری از رخدادهای لحظات اولیه بدست آوریم، زمانی که جهان، کوچکتر و داغتر از هر زمان دیگری بوده، باید راهی پیدا کنیم که بهوسیلهء آن چهار نیروی شناخته شدهء طبیعت (جاذبه، الکترومغناطیس، نیروی قوی و نیروی ضعیف هستهای) با یکدیگر متحد و تبدیل به یک نوع ابَر نیرو شوند. همچنین باید راهی برای آشتی دادن دو شاخهء جدا از همِ فیزیک یعنی مکانیک کوانتوم و نسبیت عام پیدا کنیم.
پس از کسب موفقیت در ایجاد ارتباط نزدیک بین مکانیک کوانتومی و الکترومغناطیس در اواسط قرن بیستم، فیزیکدانها به سمت ترکیب مکانیک کوانتومی و نسبیت عام در قالب یک تئوری یگانه و همگرا از جاذبهء کوانتومی حرکت نمودند. اگرچه تا کنون همهء تلاشها به شکست انجامیده، اما میدانیم مانع اصلی در کجا قرار دارد: در دورهء پلانک (Planck Era). این دوره، وضعیت جهان تا ⁴³⁻10 ثانیه (یک دهم میلیون تریلیون تریلیون تریلیون ثانیه) بعد از شروع آن میباشد.
از آنجا که اطلاعات هرگز نمیتواند با سرعتی بیش از سرعت نور یعنی 10⁸×3 متر بر ثانیه منتقل شود، یک ناظر فرضی در هر نقطهای از جهان در دورهء پلانک نمیتوانسته بیش از ³⁵-10 × 3 متر (سیصد بیلیون تریلیون تریلیونیوم متر) را مشاهده کند.
فیزیکدان آلمانی، ماکس پلانک، که این زمان و فاصلهء کوچک غیرقابل تصور به نام وی نامگذاری شد، ایدهء انرژی کوانتومی را در سال ۱۹۰۰ مطرح نمود و به عنوان پدر مکانیک کوانتومی شناخته میشود. جای نگرانی نیست، زندگی روزمره جریان دارد. تضاد بین مکانیک کوانتومی و گرانش هیچ مشکل عملی برای جهان فعلی ایجاد نمیکند. فیزیکدانهای اخترشناس، مفاهیم و ابزارهای نسبیت عام و مکانیک کوانتومی را در دو گروه مسائل کاملاً جدا از هم قرار دادهاند. اما در شروع، یعنی در دورهء پلانک، بزرگ، کوچک بود؛ بنابراین باید نوعی ازدواج اجباری و خیلی سریع بین این دو برقرار میشدهاست. متأسفانه توافقات صورت گرفته در آن مراسم ازدواج تا زمان ما باقی نماند؛ بنابراین هیچ قانون شناختهشدهء فیزیکی با هر درجهای از اطمینان وجود ندارد که توضیح دهد جهان در ماه عسل کوتاهمدت خودش چگونه رفتار میکرده است، پیش از اینکه گسترش جهان، خیلی کوچکها و خیلی بزرگها را به دو دستهء متفاوت تقسیم کند. در پایان دورهء پلانک، جاذبه خود را از سایر نیروهای یکسانشدهء طبیعت جدا کرد و هویت مستقلی که با دقت خوبی توسط تئوریهای کنونی ما قابل توصیف است، پیدا کرد. همین که سن جهان از ³⁵-10 ثانیه بیشتر شد، شروع به سرد شدن و گسترش نمود و باقیماندهء نیروهای یکسانشدهء طبیعت به دو دستهء نیروی الکتریکی ضعیف و نیروی هستهای قوی تقسیم شد. پس از آن، نیروی الکتریکی ضعیف به دو نیروی الکترومغناطیس و نیروی هستهای ضعیف تقسیم شد و چهار نیروی آشنای ما به وجود آمد:
* نیروی هستهای ضعیف، که واپاشی هستهای را کنترل میکند.
* نیروی هستهای قوی، که اجزای هستهء هر اتم را کنار هم نگه میدارد.
* نیروی الکترومغناطیس، که اتمها را در یک مولکول کنار یکدیگر نگه میدارد.
* و جاذبه، که تودههای عظیم مواد را میسازد.
زمانی که سن جهان یک تریلیونیوم ثانیه بود، نیروهای در حال تغییر آن در کنار سایر رخدادهای بحرانی آن،
کیهان را با تمام خاصیتهای بنیادینش تحت تأثیر قرار میدادند، به طوری که برای هر یک میتوان کتاب جداگانهای نوشت »(1).
1. مصدر : تایسون و گلداسمیت، آغازها، ص ۲۷ و ۲۸.
آن بخش از داستان هستی را که برای ما حائز اهمیت است و اندکی پس از شروع آفرینش آغاز میشود، را میتوانیم به صورت زیر خلاصه کنیم:
پس از انفجار بزرگ، ما با کیهانی داغ روبرو شدیم. بعد از آنکه برخی اجزای آن رو به سردی گذاشت، تنها در کسری از ثانیه، لپتونها و کوارکها و پادمادههای آنها و نیز بوزونها و فوتونها تشکیل شدند ولی تعداد کوارکها و لپتونها به مقیاس یک در برابر میلیارد، بیشتر از پادمادههایشان بود. یعنی ماده بیش از پادماده وجود داشت. این برتری و افزایش تعداد، پیدایش ستارگان و سیارات و نیز بدنهای ما را سبب شده است.
تنها پس از جزئی از میلیونیوم ثانیه، جهان سردتر شد و به کوارکها اجازه داد که گرد هم جمع شوند و به یکدیگر بچسبند. اجتماع کوارکها ذرات مادی سنگینتری از لپتونها را پدید آورد که هادرون نام دارد (مانند پروتون و نوترون). در مقابل هادرونها نیز ضدهادرون پدید آمد؛ ولی باز هم با همان نسبت کوارکها و ضدکوارکها، یعنی یک میلیارد هادرون به ازای یک ضدهادرون، یا یک میلیارد ذرهء مادی به ازای یک ذرهء ضدمادی. با استمرار گسترش و سرد شدن جهان و به دنبال آن کاهش انرژی فوتونها، این انرژی دیگر برای تولید هادرون و ضدهادرون کافی نبود و در نتیجه فقط بقای مادهء ایجادشده حاصل شد؛ یعنی وجود یک هادرون در مقابل بوجود نیامدن یک میلیارد هادرونی که میتوانست توسط فوتونها ایجاد شود، در حالی که انرژی آنها به دلیل گسترش جهان (ماده و انرژی) بین ثانیهء اول و پایان ثانیهء دوم از آغاز انفجار بزرگ، کمتر از آن بود که بتوانند هادرونی تولید کند.
اما در همین هنگام گرمای جهان و به دنبال آن انرژی فوتونها برای تولید الکترون و پوزیترون (ضدالکترون) کفایت میکرد. سپس با استمرار گسترش و سرد شدن هستی (ماده و انرژی)، درجهء حرارت به کمتر از دمای بحرانی برای تولید الکترونها رسید. دیگر انرژی فوتونها برای تولید الکترونها و پوزیترونها کافی نبود و بر سر آنها همان آمد که پیشتر بر سر هادرونها آمده بود. در این هنگام فرآیند ایجاد ماده (الکترون) و پادماده (پوزیترون) به پایان خود رسید و اضافهء مادهای که قبلاً در مورد آن گفتیم به نسبت یک به میلیارد بود، باقی ماند. بنابراین یک الکترون در برابر از بین رفتن تمام یک میلیارد زوج الکترون و پوزیترون، باقی ماند.
اکنون ما در کیهان، هادرونها (پروتون و نوترون) و الکترونها را که زیرساخت اصلی اتمها محسوب میشوند، در اختیار داریم. باز هم با ادامهء فرآیند سرد شدن کیهان در دقایق نخست، هادرونها توانستند دور هم جمع شوند و به یکدیگر بچسبند. این فرآیند به تولید هستهء هیدروژن و هلیوم و هستهء برخی دیگر از عناصر سبک مانند هیدروژن سنگین انجامید.
پس از گذشت صدها هزار سال و با افزایش سرد شدن جهان، دما به زیر سه هزار کلوین رسید و اجازه داد اتمهای هیدروژن و هلیوم از هسته و الکترونهایی که آزادانه در جهان گردش میکردند تشکیل شود و گذشتهای را که ما قادر به دیدن آن هستیم، شکل داد؛ به این صورت که بعد از آنکه الکترونها در اتمها گیر افتادند و از سر راه فوتونها کنار رفتند، فوتونها توانستند آزادانه حرکت کنند، جهان شفاف شد و اجازهء دیدن آن را پیدا کردیم. تا اینجا ما به خاستگاه پیدایش هستی مادی که آن را شاهد و ناظر هستیم رسیدیم. اما عناصر دیگر، پیوسته طی فرآیند احتراق هستههای هیدروژن و هلیوم یا بازسازی و تشکیل مجدد اتمها در ستارگان سوزان یا منفجر شونده، تولید میشوند.
1. المصدر (ستيفن واينبرغ - الدقائق الثلاث الأولى): ص126.
«جهان به گسترده شدن و سرد شدن ادامه خواهد داد؛ اما اتفاق قابل توجهی طی 700,000 سال آینده واقع نخواهد شد. در آن زمان، دما تا حدی پایین میآید که الکترونها و هستهها میتوانند اتمهای پایداری تشکیل دهند »(1).
1. مصدر : استیون واینبرگ، نخستین سهدقیقه از عمر جهان، ص ۱۲۶.
2. المصدر (تايسون وسميث - البدايات): ص41.
«به محض اینکه جهان گسترش یافت، انرژی حمل شده توسط هر فوتون کاهش یافت. در نهایت، در حدود زمانی که جهان نوپا ۳۸۰،۰۰۰ اُمین سالگرد تولدش را جشن میگرفت، دمایش به زیر ۳۰۰۰ کلوین رسید که در نتیجه پروتونها و هستههای هلیوم قادر به جذب دائمی الکترونها شدند و اتمها در جهان به وجود آمدند. در دورههای پیشین، هر فوتون به قدری انرژی داشت که بتواند اتمهای تازه متولد شده را متلاشی کند اما امروزه به لطف گسترش کیهان، فوتونها این قابلیت را از دست دادهاند »(2).
2. مصدر : تایسون و گلداسمیت، آغازها، ص۴۱.
شكل 29: مراحل نشوء الكون ابتداءاً بالإنفجار العظيم إلى الحاضر(1)
المصدر: وكالة الفضاء الأوروبية ESA
1. المصدر: وكالة الفضاء الاوروربية.
Image: The history of structure formation in the universe. ESA - C. Carreau. Satellite: Planck. 21 March 2013.
http://sci.esa.int/planck/51561-the-history-of-structure-formation-in-the- universe/
شکل ۲۹: مراحل پیدایش هستی، از انفجار بزرگ تا کنون
منبع۱: آژانس فضایی اروپا (ESA)
۱- منبع: آژانس فضایی اروپا.
Image: The history of structure formation in the universe. ESA – C. Carreau. Sattelite: Plunck. 21 March 2013.
قابل دسترس در نشانی:
http://sci.esa.int/planck/51561-the-history-of-structure-formation-in-the-universe/
*****