اولین ثانیه‌های بیگ‌بنگ چه رخ داد و ۳۰ دقیقه آخر عمر جهان چگونه می‌گذرد؟

راز بقا: استاد ایرانی فیزیک و نجوم رصدی دانشگاه «ریورساید» کالیفرنیا با بیان اینکه از Big bang بیگ بنگ (انفجار بزرگ) و ابتدای پیدایش جهان، حدود ۱۳.۷ میلیارد سال گذشته است، گفت: طبق محاسبات، جهان ۳۵ میلیارد سال پس از پیدایش یعنی تا حدود ۲۱ میلیارد سال دیگر نابود خواهد شد.

به گزارش راز بقا؛ دکتر بهرام مبشر، کیهان‌شناس بزرگ ایرانی دانشگاه «ریورساید» کالیفرنیا و کاشف دورترین خوشه کهکشانی جهان توضیحاتی درباره آغاز و پایان جهان داده که در ادامه گزیده‌ای از آن را میخوانید: 

افلاطون به عنوان اولین کسی که این علم را شروع کرد، معتقد بود، زمین محور همه کهکشان‌هاست و دیگر سیارات به دور او می‌گردند، اما امروزه کیهان‌شناسی صورت علمی پیدا کرده است. پس از گذشت یک‌هزار و ۷۰۰ سال از مطرح شدن این اندیشه، کوپرنیک، زمین را از محوریت برداشت و خورشید را جایگزین آن کرد و با وجود این که تصور کوپرنیک از اساس اشتباه بود با شجاعت خود توانست با عقیده یک‌هزار و ۷۰۰ ساله مردم بجنگد و آن را تغییر دهد.

این موضوع به جایی رسید که گالیله به عنوان اولین فرد، تلسکوپ را اختراع کرد، گالیله به وسیله تلسکوپ توانست ژوپیتر را مشاهده کرده و از حرکت آن متوجه گردش زمین به دور خورشید شود؛ اما کیهان شناسی به عنوان یک علم از اوایل قرن بیستم و در حدود سال ۱۹۲۰ آغاز شد که نهایتا به این نتیجه رسیدیم که جهان ۱۳.۷ میلیارد سال پیش در اثر یک انفجار بزرگ به نام Big bang بیگ بنگ به وجود آمد که پس از آن تاکنون جهان در حال انبساط است؛ به این معنا که همه کهکشان‌ها و هر چیزی که در جهان وجود دارد، در حال دور شدن از یکدیگر هستند.

چگونه لحظه Big bang بیگ بنگ به وجود آمد، اطلاعات موجود از جهان و چگونگی شکل گیری آن از ۱۰ به توان منهای ۴۳ ثانیه پس از شکل گیری جهان در دسترس است که با فیزیکی که می‌شناسیم قادر به توضیح دادن آن نیستیم؛ اما نیرو‌هایی که در طبیعت در ابتدای Big bang بیگ بنگ وجود داشت یکی بودند که در این زمان به چهار نیروی جاذبه، الکترومغناطیس یا همان نور، نیروی قوی که هسته اتم را نگه می‌دارد و نیروی ضعیف تقسیم شدند.

نیروی جاذبه در ۱۰ به توان منهای ۳۸ ثانیه پس از پیدایش جهان از نیرو‌های دیگر جدا شد که در این زمان درجه حرارت جهان بسیار بالا و در حدود چندین میلیارد درجه (۱۰ به توان ۲۹ درجه) کلوین بود که از آن هنگام هر چه جهان انبساط پیدا می‌کرد درجه حرارت کاهش پیدا می‌کرد و نهایتا در ۱۰ به توان منهای ۱۰ ثانیه پس از پیدایش جهان تمام نیرو‌هایی که در طبیعت وجود داشتند به صورت نیرو‌های مستقل از یکدیگر جدا شدند.

یک هزارم ثانیه پس از پیدایش جهان، موادی که هسته اتم (پروتون و نوترون) را تشکیل می‌دهند، فرم پیدا کردند به گونه‌ای که کوارک‌ها اولین موادی بودند که در این زمان ایجاد و با جمع شدن دور هم پروتون را تشکیل دادند، اما بلافاصله پس از این زمان، پروتون‌ها بر اثر تابش نور متلاشی شدند و این روند تا آنجا ادامه پیدا کرد و شدت نور به حدی کاهش یافت که قادر به متلاشی کردن پروتون‌ها نبود و پروتون‌ها به وجود آمدند.

دمای جهان در زمان تشکیل پروتون‌ها ۱۰ به توان ۱۲ درجه کلوین بود، پس از تشکیل هسته اتم که حاوی پروتون‌ها و نوترون‌ها است، ماده به وجود آمد و تقریبا سه دقیقه پس از پیدایش جهان، هسته ساده‌ترین اتم که هیدروژن است، به وجود آمد. در واقع می‌توان گفت هیدروژنی که در اتمسفر و یا آب وجود دارد بازمانده‌ای از سه دقیقه پس از پیدایش جهان است.

در واقع بین سه دقیقه تا ۳۰۰ هزار سال پس از پیدایش جهان، هسته اتم‌ها از ساده‌ترین آن‌ها تا سنگین‌ترین اتم شکل گرفته و حدود ۳۸۰ هزار سال پس از پیدایش جهان الکترون‌ها دور هسته‌های اتم جمع شده و نهایتا باعث به وجود آمدن اتم‌ها که تشکیل دهنده کهکشان‌ها، سیارات و انسان‌ها هستند، شدند.

دمای جهان ۳۰۰ هزار سال پس از Big bang بیگ بنگ، سه هزار درجه کلوین بوده است، از آن زمان تاکنون کهکشان‌ها و ستاره‌ها به وجود آمدند.

در ابتدای جهان، هیچ چیز جز نور وجود نداشت، به صورتی که اگر شما با یک موشک از منظومه شمسی خارج شده و وارد کهکشان راه شیری شوید و از آنجا به جهان بیرون از این کهکشان بروید و دمای جهان را اندازه بگیرید به عددی حدود منهای ۲۷۰ درجه سانتیگراد که نزدیک به صفر مطلق است، می‌رسید که این دما از لحظه پیدایش جهان و تابش زمینه‌یی که مبنای کیهانی دارد، باقی مانده؛ چرا که اگر در تمام جهات آن را اندازه‌گیری کنید، یکسان است.

 ۳۰۰هزار سال تا یک میلیارد سال پس از پیدایش جهان، ستارگان و کهکشان‌ها به وجود آمدند، در کهکشان راه شیری حدود یکصد هزار میلیون ستاره وجود دارد که دائما در حال تحول و کاهش نور هستند تا در نهایت به «ابرنواخترها» تبدیل شوند؛ بنابراین به طور متوسط یکصد هزار میلیون ستاره لازم است تا یک کهکشان به وجود بیاید، اما همه این جهان مرئی تنها چهار درصد جهان را تشکیل می‌دهد.

مساله انبساط جهان نخستین بار در سال ۱۹۲۲ توسط ادوین هابل مطرح شد، سرعت کهکشان‌ها و فاصله آن‌ها با هم متناسب هستند و با ثابت هابل می‌توان فاصله آن‌ها را از یکدیگر محاسبه کرد و در واقع زمین جزء کوچکی از منظومه شمسی بوده که منظومه شمسی هم جزء کوچکی از کهکشان راه شیری و کهکشان راه شیری یکی از صد‌ها کهکشانی است که گروه محلی کهکشان را تشکیل می‌دهند که این گروه یک گروه از صد‌ها هزار گروه دیگر است که ابرخوشه کهکشان‌ها را تشکیل می‌دهند.

البته انبساط جهان را می‌توان با گذاشتن نقطه‌هایی بروی سطح بادکنک و باد کردن آن توجیه کرد که دورشدن کهکشان هم به این صورت انجام می‌شود.

به واسطه جاذبه ابرخوشه کهکشانی، تمام کهکشان‌هایی که در اطراف کهکشان راه شیری هستند به همراه کهکشان راه شیری به سمت ابرخوشه کهکشانی در حال حرکت هستند به گونه‌ای که کهکشان ما با سرعت حدود ۵۰۰ کیلومتر در ثانیه به سمت مرکز ابرخوشه کهکشانی در حال حرکت است و این ابرخوشه به همراه تمامی کهکشان‌هایی که به همراه دارد با سرعت ۴۸۰ کیلومتر در ثانیه به سمت ابرخوشه‌ای بزرگتر از خودش در حال حرکت است.

مسائل مطرح شده توصیفی از وسعت کائنات و هستی است که انسان به عنوان موجودی کوچک و در سیاره‌ا‌ی کوچک از این کائنات زندگی می‌کند، برای به وجود آمدن حیات نیاز به کربن، نیتروژن و اکسیژن داریم که این عناصر پس از سه دقیقه از پیدایش جهان به وجود آمده و شروع به شکل گیری کردند.

این لازمه‌های حیات در اثر تحولات درون ستاره‌ها به وجود آمده، نهایتا پس از اتمام عمر ستاره‌ها منفجر می‌شوند، به صورت یک ابر نواختر به وجود می‌آیند و بر اثر انفجار این عنصر‌ها در جهان پخش می‌شوند و به سیاراتی مانند زمین آمده و حیات را در این سیاره هم شکل می‌دهند. در واقع یکی از پرنورترین واکنش‌هایی که در جهان به وجود می‌آید ابرنواختر‌ها هستند.

این سیر حیات بخشی به طبیعت تا آنجا ادامه پیدا می‌کند که به انسان‌ها می‌رسد و انسان‌ها برای پیدایش حیات باید به دنبال کراتی باشند که ویژگی‌های زمین را داشته باشند که تاکنون با تلاش فضاپیمای کپلر ۶۰۰ سیاره پیدا شده است و اگر بتوان در هر کدام از این سیاره‌ها این سه عنصر را پیدا کرد می‌توانیم بگوییم آن سیاره مانند زمین و دارای ویژگی‌هایی مثل زمین است. وی گفت: اگر بخواهیم تاریخ پیدایش جهان را از آغاز Big bang بیگ بنگ تاکنون در یک سال فشرده کنیم جهان در ابتدای ژانویه به وجود آمده است.

یک ماه پس از Big bang بیگ بنگ یعنی در فوریه، کهکشان راه شیری تشیکل شده، نه ماه پس از پیدایش یعنی در سپتامبر زمین فرم گرفته، در ۲۲ سپتامبر (اول مهر ماه) زندگی ابتدایی در زمین به وجود آمد، آذر ماه زمانی بود که دایناسور‌ها به وجود آمده و در ۲۶ همان ماه از بین رفتند، در روز پایانی سال در ساعت ۲۳ و ۵۸ دقیقه، انسان‌ها به وجود آمدند، ۲۵ ثانیه قبل از پایان سال کشاورزی به وجود آمد و نهایتا ۱۱ ثانیه قبل از پایان سال اهرام مصر ساخته شدند.

توسعه علم به حدی رسیده که امروزه می‌توان اولین کهکشان‌هایی را که به وجود آمدند، مشاهده کرد، وقتی انسان به آسمان نگاه می‌کند در حقیقت در زمان به عقب نگاه کرده همان طور که نور خورشید هشت دقیقه زمان می‌برد که به چشم انسان برسد، یعنی هنگامی که انسان به خورشید نگاه می‌کند، آن را طوری می‌بیند که هشت دقیقه قبل بوده است و وقتی به کهکشانی می‌نگریم که ۱۰ میلیون سال نوری با ما فاصله دارد، یعنی آن را آن گونه می‌بینیم که ۱۰ میلیون سال پیش بوده نه آن طور که امروز هست، چرا که شاید امروز وجود نداشته باشد.

نوری که انسان از کهکشانی مشاهده می‌کند شاید وقتی آن کهکشان را ترک کرده، کره زمین و کهکشان ما وجود نداشته، اما در طول حرکت تا رسیدن ما به کهکشان راه شیری و سیاره زمین به وجود آمده و شاید هم در این لحظه دیگر خود آن کهکشان وجود نداشته باشد.

در حقیقت انسان وقتی کهکشانی را که ۱۳ میلیارد سال نوری با زمین فاصله دارد می‌بیند در حقیقت به ابتدای جهان و آفرینش نگاه می‌کند.

تمام چیزی که امروزه در جهان قابل مشاهده هست، تنها چهار درصد جهان است چرا که ۹۶ درصد جهان غیر قابل مشاهده است، یعنی حدود ۷۳ درصد جهان چیزی به نام انرژی تاریک و ۲۷ درصد آن ماده تاریک بوده که چهار درصد از آن را امروز می‌توانیم ببینیم.

جاذبه ماده تاریک چیزی است که می‌تواند باعث توقف انبساط و نهایتا انقباض جهان شود، در حال حاضر می‌توانیم به سوالی که افلاطون در خصوص باز یا بسته بودن جهان مطرح کرد پاسخ گفت که جهان باز است.

ماده تاریک شاید متشکل از سیاره‌ها و ستاره‌هایی که تاکنون از بین رفته اند باشد، اما نکته جالب اینجاست که در حال حاضر هیچ اطلاعاتی در خصوص کیفیت و کمیت انرژی تاریک که در حال حاضر حدود ۷۵ درصد جهان را تشکیل می‌دهد نداریم و نمی‌دانیم این انرژی از چه چیزی تشکیل می‌شود.

از طریق تلسکوپ هابل و با استفاده از سرعت کهکشان‌ها می‌توان فاصله آن‌ها را اندازه‌گیری کرد، اگر از دو شیوه مختلف فاصله دو کهکشان از یکدیگر را اندازه‌گیری کنیم و این فاصله‌ها با هم متفاوت باشند به این نتیجه می‌رسیم که یکی از این فاصله‌ها اشتباه است. در واقع براساس محاسبه‌های صورت گرفته فاصله‌ای که از روی دینامیک آن‌ها گرفته می‌شود، همیشه کمتر از فاصله حقیقی کهکشان‌ها است.

در گذشته سرعت انبساط زمین کم بوده و در زمانی معین این سرعت ناگهان زیاد شده است، این افزایش سرعت انبساط جهان در ۴.۲ میلیارد سال گذشته به صورت ناگهانی اتفاق افتاد و این نشان دهنده پیشرفت علم است که می‌توانیم زمان و نحوه این تغییر سرعت را محاسبه کنیم.

انتهای جهان به میزان نیروی جاذبه و دافعه بستگی دارد، نیروی جاذبه باعث نزدیک شدن این جهان به یکدیگر و نیروی دافعه باعث دور شدن کهکشان‌های جهان از هم می‌شود و از آنجایی که نیروی دافعه بیش از نیروی جاذبه جهان بوده پس این جهان و کهکشان‌ها در حال دور شدن از هم و انبساط هستند و در واقع این جهان باز است.

در حال حاضر حدود ۱۴ میلیارد سال از پیدایش جهان گذشته است، آینده و انتهای جهان به گونه‌ای است که یک میلیارد سال قبل از انتهای جهان خوشه‌های کهکشانی از هم جدا می‌شوند، یعنی قدرت انرژی تاریک به حدی افزایش پیدا می‌کند که می‌تواند آن‌ها را از هم جدا کند، ۶۰ میلیون سال قبل از انتهای جهان، کهکشان راه شیری از بین می‌رود و سیارات از هم جدا می‌شوند. 

سه ماه قبل از انتهای جهان، منظومه شمسی از بین می‌رود، ۳۰ دقیقه قبل از انتهای جهان نیروی انرژی تاریک به حدی افزایش پیدا می‌کند که روی سیاراتی به اندازه زمین می‌تواند اثرگذار باشد و در این زمان است که زمین منفجر می‌شود و حدودا ۱۰ به توان منهای ۱۹ ثانیه قبل از انتهای جهان، اتم‌ها از بین رفته و نهایتا می‌توان گفت ۳۵ میلیارد سال پس از پیدایش جهان، جهان از بین می‌رود و کل جهان به انرژی تاریک تبدیل می‌شود.