برای کشف تاریخ کیهان، در زمان سفر کنید.
تاریخ جهان و چگونگی تکامل آن به طور گسترده به عنوان مدل انفجار بزرگ (big bang) پذیرفته شده است ، که بیان میکند جهان تقریباً ۱۳.۷ میلیارد سال پیش به عنوان یک نقطه فوقالعاده داغ و متراکم آغاز شد.
بنابراین، جهان چگونه از کسری از اینچ (چند میلیمتر) به آنچه امروز است، رسیده است؟در اینجا خلاصهای از بیگ بنگ تا به امروز در ۱۰ مرحله آسان برای درک ارائه شده است.
این تصویر هنری، کهکشانها را در زمانی کمتر از یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ نشان میدهد، زمانی که جهان هنوز تا حدی پر از مه هیدروژن بود که نور فرابنفش را جذب میکرد.
مرحله 1: چگونه همه چیز شروع شد؟
انفجار بزرگ، آنطور که از نام این نظریه پیداست، انفجاری در فضا نبود. در عوض، محققان گفتهاند که این انفجار، ظهور فضا در همه جای کیهان بوده است. طبق نظریهانفجار بزرگ، کیهان به صورت یک نقطه بسیار داغ، بسیار متراکم و واحد در فضا متولد شد.
کیهانشناسان مطمئن نیستند که قبل از این لحظه چه اتفاقی افتاده است، اما دانشمندان با ماموریتهای فضایی پیشرفته، تلسکوپهای زمینی و محاسبات پیچیده، در تلاشند تا تصویر واضحتری از کیهان اولیه و شکلگیری آن ترسیم کنند.
بخش کلیدی این امر از مشاهدات پسزمینه مایکروویو کیهانی ناشی میشود که شامل پستاب نور و تابش باقی مانده از بیگ بنگ است. این یادگار بیگ بنگ در سراسر کیهان نفوذ کرده و برای آشکارسازهای مایکروویو قابل مشاهده است، که به دانشمندان اجازه میدهد سرنخهایی از کیهان اولیه را کنار هم قرار دهند.
در سال ۲۰۰۱، ناسا ماموریت کاوشگر ناهمسانگردی مایکروویو ویلکینسون (WMAP) را برای مطالعه شرایط موجود در کیهان اولیه با اندازهگیری تابش از پسزمینه مایکروویو کیهانی راهاندازی کرد. در میان سایر اکتشافات، WMAP توانست سن جهان را تعیین کند – حدود ۱۳.۷ میلیارد سال.
مرحله ۲: اولین جهش رشد کیهان
وقتی جهان بسیار جوان بود، چیزی حدود یک صدم میلیاردم تریلیونم تریلیونم ثانیه (وای!) – دچار یک جهش رشد باورنکردنی شد. در طول این انفجار انبساط، که به عنوان تورم شناخته میشود، جهان به صورت تصاعدی رشد کرد و اندازه آن حداقل ۹۰ برابر شد.
دیوید اسپرگل، اخترفیزیکدان نظری در دانشگاه پرینستون در پرینستون، نیوجرسی، گفت: «جهان در حال انبساط بود و همزمان با انبساط، سردتر و چگالتر میشد.» پس از تورم، جهان به رشد خود ادامه داد، اما با سرعتی کمتر. با انبساط فضا، جهان سرد شد و ماده شکل گرفت.
مرحله ۳: برای درخشیدن بایدخیلی داغ باشد
عناصر شیمیایی سبک در سه دقیقه اول شکلگیری جهان هستی ایجاد شدند. با انبساط جهان، دما کاهش یافت و پروتونها و نوترونها با برخورد به یکدیگر، دوتریوم را ساختند که ایزوتوپی از هیدروژن است. بخش زیادی از این دوتریوم با هم ترکیب شد و هلیوم را به وجود آورد.
با این حال، در ۳۸۰ هزار سال اول پس از بیگ بنگ، گرمای شدید ناشی از خلقت جهان، آن را اساساً برای تابش نور بیش از حد داغ کرده بود. اتمها با نیروی کافی به یکدیگر برخورد کردند تا به پلاسمای متراکم و مات پروتونها، نوترونها و الکترونها تجزیه شوند که نور را مانند مه پراکنده میکرد.
مرحله ۴: بگذارید نور باشد.
حدود ۳۸۰،۰۰۰ سال پس از انفجار بزرگ، ماده به اندازه کافی سرد شد تا الکترونها با هستهها ترکیب شوند و اتمهای خنثی را تشکیل دهند. این مرحله به عنوان “بازترکیب” شناخته میشود و جذب الکترونهای آزاد باعث شفاف شدن جهان شد. نوری که در این زمان آزاد شد، امروزه به شکل تابش از پسزمینه مایکروویو کیهانی قابل تشخیص است.با این حال، پس از دوران بازترکیب، دورهای از تاریکی پیش از تشکیل ستارگان و سایر اجرام درخشان رخ داد.
مرحله ۵: خروج از عصر تاریکی کیهانی
تقریباً ۴۰۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ، جهان شروع به خروج از دوران تاریکی خود کرد. این دوره در تکامل جهان، عصر یونیزاسیون مجدد نامیده میشود.
تصور میشد که این مرحله پویا بیش از نیم میلیارد سال طول کشیده است، اما بر اساس مشاهدات جدید، دانشمندان معتقدند که یونیزاسیون مجدد ممکن است سریعتر از آنچه قبلاً تصور میشد، رخ داده باشد.
در این مدت، تودههای گاز به اندازه کافی فرو ریختند تا اولین ستارهها و کهکشانها را تشکیل دهند. نور فرابنفش ساطع شده از این رویدادهای پرانرژی، بیشتر گاز هیدروژن خنثی اطراف را پاک و نابود کرد. فرآیند یونیزاسیون مجدد، به علاوه پاک شدن گاز هیدروژن مه آلود، باعث شد که جهان برای اولین بار در برابر نور فرابنفش شفاف شود.
مرحله ۶: ستارهها و کهکشانهای بیشتر
ستارهشناسان کیهان را به دنبال دورافتادهترین و قدیمیترین کهکشانها میگردند تا به آنها در درک ویژگیهای کیهان اولیه کمک کنند. به طور مشابه، با مطالعهی تابش زمینهی کیهانی، ستارهشناسان میتوانند به عقب برگردند تا وقایع گذشته را کنار هم بگذارند.
دادههای ماموریتهای قدیمیتر مانند WMAP و کاوشگر تابش زمینهی کیهانی (COBE) که در سال ۱۹۸۹ پرتاب شد، و ماموریتهایی که هنوز در حال انجام هستند، مانند تلسکوپ فضایی هابل که در سال ۱۹۹۰ پرتاب شد، همگی به دانشمندان کمک میکنند تا پایدارترین اسرار را حل کنند و به بحثبرانگیزترین سوالات در کیهانشناسی پاسخ دهند.
مرحله ۷: تولد منظومه شمسی ما
تخمین زده میشود که منظومه شمسی ما کمی پس از ۹ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ متولد شده باشد، که این یعنی حدود ۴.۶ میلیارد سال قدمت دارد. طبق برآوردهای فعلی، خورشید یکی از بیش از ۱۰۰ میلیارد ستاره در کهکشان راه شیری است و تقریباً ۲۵۰۰۰ سال نوری از هسته کهکشانی فاصله دارد.
بسیاری از دانشمندان معتقدند خورشید و بقیه منظومه شمسی ما از یک ابر غولپیکر و چرخان از گاز و غبار به نام سحابی خورشیدی تشکیل شدهاند. هنگامی که گرانش باعث فروپاشی سحابی شد، سرعت چرخش آن افزایش یافت و به شکل یک دیسک مسطح درآمد. در این مرحله، بیشتر مواد به سمت مرکز کشیده شدند و خورشید را تشکیل دادند.
مرحله ۸: چیزهای نامرئی در جهان
در دهههای ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، ستارهشناسان به این فکر افتادند که ممکن است جرم بیشتری در جهان نسبت به آنچه قابل مشاهده است، وجود داشته باشد. ورا روبین ، ستارهشناسی در موسسه کارنگی واشنگتن، سرعت ستارگان را در مکانهای مختلف کهکشانها مشاهده کرد.
فیزیک پایه نیوتنی نشان میدهد که ستارگان در حومه یک کهکشان، کندتر از ستارگان در مرکز میچرخند، اما روبین هیچ تفاوتی در سرعت ستارگان دورتر نیافت. در واقع، او دریافت که به نظر میرسد همه ستارگان در یک کهکشان با سرعت کم و بیش یکسانی به دور مرکز میچرخند. این جرم مرموز و نامرئی به عنوان ماده تاریک شناخته شد . ماده تاریک به دلیل کشش گرانشی که بر ماده معمولی اعمال میکند، استنباط میشود. یک فرضیه بیان میکند که این ماده مرموز میتواند توسط ذرات عجیب و غریبی تشکیل شود که با نور یا ماده معمولی تعامل ندارند، به همین دلیل است که تشخیص آن بسیار دشوار بوده است.
مرحله ۹: جهان در حال انبساط و شتابگیری
در دهه ۱۹۲۰، ستارهشناس ادوین هابل کشف انقلابی در مورد جهان هستی انجام داد. هابل با استفاده از یک تلسکوپ تازه ساخته شده در رصدخانه مونت ویلسون در لسآنجلس، مشاهده کرد که جهان هستی ایستا نیست، بلکه در حال انبساط است. دههها بعد، در سال ۱۹۹۸، تلسکوپ فضایی پرباری که به نام این ستارهشناس مشهور، تلسکوپ فضایی هابل ، نامگذاری شده است، ابرنواخترهای بسیار دور را مطالعه کرد و دریافت که مدتها پیش، جهان هستی کندتر از امروز در حال انبساط بوده است. این کشف شگفتآور بود زیرا مدتها تصور میشد که گرانش ماده در جهان، انبساط آن را کند میکند یا حتی باعث انقباض آن میشود.
به نظر می رسد انرژی تاریک نیروی عجیبی است که کیهان را با سرعت فزایندهای از هم میپاشاند، اما همچنان کشف نشده و در هالهای از ابهام قرار دارد. وجود این انرژی گریزان، که تصور میشود ۸۰٪ جهان را تشکیل میدهد، یکی از داغترین مباحث در کیهانشناسی است.
مرحله ۱۰: ما هنوز باید بیشتر بدانیم
در حالی که چیزهای زیادی در مورد خلقت و تکامل جهان کشف شده است، سوالات پایداری وجود دارد که همچنان بیپاسخ ماندهاند. ماده تاریک و انرژی تاریک همچنان دو تا از بزرگترین اسرار هستند، اما کیهانشناسان به امید درک بهتر چگونگی آغاز جهان، به کاوش در آن ادامه میدهند.
تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) که در سال ۲۰۲۱ به فضا پرتاب شد، به جستجوی ماده تاریک گریزان ادامه خواهد داد و همچنین با استفاده از ابزارهای مادون قرمز خود، به آغاز زمان و تکامل جهان هستی نگاهی خواهد انداخت.
