از قبل از بیگ بنگ تا به امروز، کیهان دوران های زیادی را پشت سر می گذارد. انرژی تاریک خبر پایانی را می دهد.از تورم کیهانی گرفته تا یک سوپ داغ از ذرات اولیه تا پیامدهای انبساط و سرد شدن، کیهان مراحل مهم بسیاری را در تاریخ کیهانی اش پشت سر گذاشت. با این حال، حدود ۶ میلیارد سال پیش، شکل جدیدی از انرژی بر انبساط کیهان چیره شد:
انرژی تاریک، که اکنون می دانیم سرنوشت کیهانی ما را تعیین می کند. عصری که اکنون ما در آن زندگی می کنیم، یعنی جایی که انرژی تاریک بر انبساط کیهان مسلط است، آخرین دوره ای است که جهان ما تا به حال تجربه خواهد کرد. در اینجا دلیلی است که ما در حال حاضر در ابتدای پایان نهایی جهان زندگی می کنیم.
جهان امروز مانند دیروز نیست. با هر لحظه ای که می گذرد، تعدادی از تغییرات ظریف اما مهم رخ می دهد، حتی اگر بسیاری از آنها در مقیاس های زمانی قابل اندازه گیری و یا برای انسان نامحسوس باشند.
جهان در حال انبساط است، به این معنی که فاصله بین بزرگترین ساختارهای کیهانی با گذشت زمان در حال افزایش است.یک ثانیه پیش، کیهان کمی کوچکتر بود. یک ثانیه بعد، کیهان کمی بزرگتر خواهد شد. اما این تغییرات ظریف، هم در مقیاس‌های زمانی بزرگ و کیهانی ایجاد می‌شوند و هم چیزی فراتر از فواصل را تحت تأثیر قرار می‌دهند.
با انبساط کیهان، اهمیت نسبی تابش، ماده، نوترینو و انرژی تاریک همگی تغییر می کنند. دمای جهان تغییر می کند. و آنچه در آسمان می بینید نیز به طرز چشمگیری تغییر خواهد کرد. در مجموع، شش دوره مختلف وجود دارد که جهان در گذر از آن ها بوده است و ما در حال حاضر در دوره آخر کیهان زندگی می‌کنیم.
در حالی که با انبساط کیهان به دلیل افزایش حجم، ماده (اعم از معمولی و تاریک) و تشعشعات، چگالی کمتری پیدا می‌کنند، انرژی تاریک و همچنین انرژی میدان در هنگام تورم،شکلی از انرژی ذاتی خود فضا است. با ایجاد فضای جدید در جهان در حال انبساط، چگالی انرژی تاریک ثابت می ماند.
دلیل این امر را می توان از طریق نمودار بالا فهمید. هر چیزی که در جهان ما وجود دارد مقدار معینی انرژی در خود دارد: ماده، تابش، انرژی تاریک و غیره. با انبساط جهان، حجمی که این اشکال انرژی اشغال می کنند تغییر می کند و هر کدام چگالی انرژی خود را متفاوت خواهند داشت. به طور خاص، اگر افق قابل مشاهده را با متغیر a تعریف کنیم، آنگاه:
چگالی انرژی ماده با معکوس عدد a۳ تکامل می یابد، زیرا چگالی (در مورد ماده) فقط جرم بیشتر از حجم است و جرم به راحتی می تواند از طریق E=mc2 به انرژی تبدیل شود.
تابش چگالی انرژی آن متناسب با معکوس a۴ خواهد بود، زیرا (برای تابش) چگالی عددی تعداد ذرات تقسیم بر حجم است و انرژی هر فوتون منفرد با انبساط کیهان کشیده می‌شود و یک عامل اضافیِ معکوس a اضافه می‌کند.
نسبت به ماده انرژی تاریک یک ویژگی خود فضا است، بنابراین چگالی انرژی آن بدون توجه به انبساط یا حجم کیهان ثابت می ماند (معکوس عدد a۰).
بنابراین، جهانی که مدت طولانی تری در اطراف آن وجود داشته، بیشتر گسترش یافته است. در آینده سردتر خواهد بود و در گذشته گرمتر بود. در گذشته از نظر گرانشی یکنواخت‌تر بود و اکنون متراکم تر است. در گذشته کوچکتر بوده و در آینده بسیار بسیار بزرگتر خواهد بود.
با اعمال قوانین فیزیک در جهان، و مقایسه راه حل های ممکن با مشاهدات و اندازه گیری هایی که به دست آورده ایم، می توانیم تعیین کنیم که از کجا آمده ایم و به کجا می رویم. ما می‌توانیم تاریخ خود را تا آغاز انفجار بزرگ و حتی قبل از آن به دوره‌ای از تورم کیهانی تعمیم دهیم. ما می‌توانیم جهان کنونی خود را به آینده‌ای دور نیز تعمیم دهیم، و سرنوشت نهایی را که در انتظار هر چیزی که وجود دارد راپیش‌بینی کنیم.
وقتی خطوط تقسیم را بر اساس نحوه رفتار کیهان ترسیم می کنیم، متوجه می شویم که شش دوره مختلف وجود دارد که می گذرد.
۱-دوران تورم: که قبل از شروع انفجار بزرگِ داغ بود.
۲-عصر توده اولیه: از شروع انفجار بزرگ تا آخرین برهمکنش‌های هسته‌ای و ذرات که در اوایل کیهان رخ می دهد.
۳-عصر پلاسما: از پایان فعل و انفعالات هسته ای و ذرات غیر پراکنده تا زمانی که کیهان به اندازه کافی سرد شود تا به طور پایدار ماده خنثی تشکیل شود.
۴-دوران تاریکی: از زمان تشکیل ماده خنثی تا زمانی که اولین ستاره ها و کهکشان ها محیط بین کهکشانی جهان را به طور کامل دوباره یونیزه کنند.
۵-عصر ستاره‌ای: از پایان یونیزه‌شدن مجدد تا زمانی که شکل‌گیری و رشد ساختاری در مقیاس بزرگ با نیروی گرانش متوقف شود، زمانی که چگالی انرژی تاریک بر چگالی ماده غالب شود.
۶-عصر انرژی تاریک: مرحله نهایی کیهان ما، جایی که انبساط شتاب می گیرد و اشیاء قطع شده به طور غیرقابل برگشت و برگشت ناپذیری از یکدیگر دور می شوند.
ما قبلاً میلیاردها سال پیش وارد این دوره نهایی شده بودیم. بیشتر رویدادهای مهمی که تاریخ کیهان ما را مشخص می کنند قبلاً رخ داده اند.
۱.) دوران تورم. قبل از انفجار بزرگ، جهان پر از ماده، پادماده، ماده تاریک یا تشعشع نبود. با هیچ نوع ذره ای پر نشده بود. در عوض، پر از شکلی از انرژی ذاتی خود فضا بود: شکلی از انرژی که باعث شد کیهان هم به شدت سریع و هم بی امان، به صورت تصاعدی منبسط شود.
- کیهان را از هر هندسه‌ای که قبلاً داشت، به حالتی کشید که از نظر فضایی صاف قابل تشخیص نبود.
- این یک تکه کوچک و مرتبط با علت از کیهان را به قسمتی بسیار بزرگتر از جهان قابل مشاهده کنونی ما گسترش داد: بزرگتر از افق علی فعلی.
- ذراتی که ممکن است وجود داشته باشد را گرفت و به سرعت جهان را گسترش داد که هیچ یک از آنها در منطقه ای به اندازه جهان مرئی ما باقی نماند.
- و نوسانات کوانتومی که در طول تورم رخ داد، بذرهای ساختاری را ایجاد کرد که باعث ایجاد شبکه کیهانی گسترده امروزی ما شد.
- و سپس، به طور ناگهانی، حدود ۱۳.۸ میلیارد سال پیش، تورم پایان یافت. تمام آن انرژی که زمانی ذاتی خود فضا بود، به ذرات، پادذرات و تشعشع تبدیل شد. با این گذار، دوران تورم به پایان رسید و بیگ بنگ داغ آغاز شد.
۲.) توده داغ اولیه: پر از ماده، پادماده و تشعشع، سرد می شود. هر زمان که ذرات با هم برخورد کنند، هر جفت ذره-پادذره ای را که قوانین فیزیک مجاز می دانند، تولید می کنند. محدودیت اولیه فقط از انرژی‌های برخوردهای درگیر ناشی می‌شود، زیرا تولید توسط
E =mc۲ اداره می‌شود.
با سرد شدن جهان، انرژی کاهش می‌یابد و ایجاد جفت‌های بزرگتر ذره-ضد ذره سخت‌تر و سخت‌تر می‌شود، اما نابودی و سایر واکنش‌های ذرات بی‌وقفه ادامه می‌یابد. ۱ تا ۳ ثانیه پس از بیگ بنگ، پادماده همه از بین می رود و فقط ماده را پشت سر می گذارد. سه تا چهار دقیقه پس از انفجار بزرگ، دوتریوم پایدار می‌تواند تشکیل شود و هسته‌سازی عناصر سبک اتفاق می‌افتد. و پس از چند فروپاشی رادیواکتیو و چند واکنش هسته‌ای نهایی، تنها چیزی که برای ما باقی می‌ماند یک پلاسمای یونیزه داغ (اما خنک‌کننده) متشکل از فوتون‌ها، نوترینوها، هسته‌های اتمی و الکترون‌ها است.
۳.) عصر پلاسما. هنگامی که آن هسته های نور تشکیل می شوند، آنها تنها اجرام دارای بار مثبت (الکتریکی) در جهان هستند و در همه جا هستند. البته، آنها با مقدار مساوی بار منفی به شکل الکترون، متعادل می شوند. هسته‌ها و الکترون‌ها اتم‌ها را تشکیل می‌دهند و بنابراین طبیعی به نظر می‌رسد که این دو گونه ذره بلافاصله یکدیگر را پیدا کنند و اتم‌ها را تشکیل دهند و راه را برای ستاره‌ها هموار کنند.
تعداداتم ها نسبت به فوتون ها ، بیش از یک میلیارد به یک است. هر بار که یک الکترون و یک هسته به یکدیگر متصل می شوند، یک فوتون با انرژی کافی همراه می شود و آنها را از هم جدا می کند. تا زمانی که کیهان به شدت سرد شود، از میلیاردها درجه تا هزاران درجه، سرانجام اتم های خنثی می توانند تشکیل شوند. (و حتی پس از آن، فقط به دلیل یک انتقال اتمی خاص امکان پذیر است.)
در آغاز عصر پلاسما، محتوای انرژی کیهان تحت سلطه تابش است. در پایان، ماده معمولی و تاریک بر آن تسلط دارد. این مرحله سوم ما را به ۳۸۰۰۰۰ سال پس از انفجار بزرگ می برد.
۴.) دوران تاریکی. پر از اتم های خنثی، در نهایت، گرانش می تواند فرآیند تشکیل ساختار در جهان را آغاز کند. اما با وجود همه این اتم های خنثی در اطراف، آنچه ما در حال حاضر به عنوان نور مرئی می شناسیم در سراسر آسمان نامرئی خواهد بود.
چرا؟
زیرا اتم های خنثی، به ویژه به شکل غبار کیهانی، در مسدود کردن نور مرئی مهم هستند.
برای پایان دادن به این دوران تاریک، محیط بین کهکشانی باید دوباره یونیزه شود. این امر مستلزم مقادیر عظیمی از تشکیل ستاره و تعداد بسیار زیاد فوتون های فرابنفش است و به زمان، گرانش و شروع شبکه کیهانی نیاز دارد. اولین نواحی اصلی یونیزه شدن مجدد ۲۰۰ تا ۲۵۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ اتفاق می افتد، اما به طور متوسط تا زمانی که کیهان به ۵۵۰ میلیون سال سن نرسد، یونیزه شدن مجدد کامل نمی شود. در این مرحله، سرعت تشکیل ستاره همچنان در حال افزایش است و اولین خوشه های کهکشانی عظیم تازه شروع به شکل گیری کرده اند.
۵.) دوران ستاره ای. هنگامی که دوران تاریکی به پایان می رسد، جهان به نور ستاره ها شفاف می شود. فرورفتگی‌های بزرگ کیهان اکنون در دسترس هستند، با ستارگان، خوشه‌های ستاره‌ای، کهکشان‌ها، خوشه‌های کهکشانی و شبکه بزرگ کیهانی که همه منتظر کشف هستند. جهان، از نظر انرژی، تحت سلطه ماده تاریک و ماده معمولی است، و ساختارهای متصل به گرانش همچنان بزرگتر و بزرگتر می شوند.
سرعت تشکیل ستاره افزایش و افزایش می یابد و حدود ۳ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ به اوج خود می رسد. در این مرحله، کهکشان‌های جدید به شکل‌گیری ادامه می‌دهند، کهکشان‌های موجود به رشد و ادغام ادامه می‌دهند، و خوشه‌های کهکشانی ماده بیشتری را به درون خود جذب می‌کنند. اما مقدار گاز آزاد در کهکشان ها شروع به کاهش می کند، زیرا مقادیر عظیمی از تشکیل ستاره مقدار زیادی از آن را مصرف کرده است. به آرامی اما به طور پیوسته، سرعت تشکیل ستاره کاهش می یابد.
با گذشت زمان، نرخ مرگ و میر ستاره ها از نرخ تولد پیشی خواهد گرفت، واقعیتی که با شگفتی زیر بدتر می شود: با کاهش چگالی ماده با گسترش جهان، شکل جدیدی از انرژی ،انرژی تاریک شروع به ظهور و تسلط می کند. حدود ۷.۸ میلیارد سال پس از بیگ بنگ، کهکشان های دور از کاهش سرعت خود نسبت به یکدیگر متوقف می شوند و دوباره شروع به افزایش سرعت می کنند. جهان در حال شتاب در پیش روی ما است. کمی بعد، ۹.۲ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ، انرژی تاریک جزء اصلی انرژی در کیهان است. در این مرحله وارد دوران پایانی می شویم.
۶.) عصر انرژی تاریک. به محض اینکه جهان با انرژی تاریک تسخیر می شود، اتفاق عجیبی رخ می دهد: ساختار در مقیاس بزرگ در کیهان دیگر رشد نمی کند. اجسامی که قبل از تسلط انرژی تاریک از نظر گرانشی به یکدیگر متصل بودند، محدود باقی خواهند ماند، اما آنهایی که هنوز با شروع عصر انرژی تاریک محدود نشده بودند، هرگز محدود نخواهند شد. در عوض، آنها به سادگی از یکدیگر دور می شوند و موجودات تنها را در گستره بزرگ نیستی هدایت می کنند.
ساختارهای محدود منفرد، مانند کهکشان‌ها و گروه‌ها/خوشه‌های کهکشانی، در نهایت با هم ادغام می‌شوند و یک کهکشان بیضوی غول‌پیکر را تشکیل می‌دهند. ستاره های موجود خواهند مرد. شکل‌گیری ستاره جدید تا یک قطره کند می‌شود و سپس متوقف می‌شود. فعل و انفعالات گرانشی بیشتر ستارگان را به درون پرتگاه بین کهکشانی پرتاب می کند. سیارات به دلیل پوسیدگی توسط تشعشعات گرانشی به سمت ستاره های مادر یا بقایای ستاره ای خود حرکت خواهند کرد. حتی سیاه‌چاله‌ها، با عمر فوق‌العاده طولانی، در نهایت در اثر تشعشعات هاوکینگ از بین می‌روند.
در پایان، تنها ستاره‌های کوتوله سیاه و توده‌های منزوی آن‌قدر کوچک که نمی‌توانند همجوشی هسته‌ای را مشتعل کنند، در این کیهان خالی و همیشه در حال انبساط، با جمعیت کم و جدا از یکدیگر باقی خواهند ماند. این اجساد حالت نهایی حتی تا ۱۰۱۰۰ سال بعد نیز وجود خواهند داشت، زیرا انرژی تاریک عامل غالب در جهان ما باقی می‌ماند. تا زمانی که هسته‌های اتمی پایدار و بافت فضا دستخوش نوعی فروپاشی پیش‌بینی نشده نباشندو تا زمانی که انرژی تاریک مانند ثابت کیهانی که به نظر می‌رسد، رفتار کند، این سرنوشت اجتناب‌ناپذیر است.
این آخرین دوره، تسلط انرژی تاریک، از قبل آغاز شده است.انرژی تاریک ۶ میلیارد سال پیش برای انبساط کیهان مهم شد و در زمان تولد خورشید و منظومه شمسی، بر محتوای انرژی کیهان تسلط یافت. جهان ممکن است شش مرحله منحصر به فرد داشته باشد، اما برای کل تاریخ زمین، ما قبلاً در مرحله نهایی بوده ایم. به کیهان اطرافمان خوب نگاه کنیم. دیگر هرگز اینقدر سعادتمند – یا دسترسی به این آسانی – نخواهد بود.
ترجمه و تنظیم : وحید صادقی
منتشر کننده : سایت پارس دانش
نقل مطالب ،باذکر منبع بلامانع است.
دیدگاهتان را بنویسید