پاسخ به بيست سئوال اختر فيزيك و كيهان شناختي

[parisa]

پاسخ به بيست سئوال اختر فيزيك و كيهان شناختي

نوشته: حسين جوادي

​

سايت وزين پارس اسكاي مقاله اي منتشر كرد تحت عنوان 20 سئوال در زمينه اختر فيزيك و كيهان شناختي. در اين نوشته تلاش مي شود اين سئوالات با استفاده از نظريه سي. پي. اچ. پاسخ داده شود. قضاوت توانايي نظريه سي. پي. اچ. در پاسخگويي به مشكلات موجود فيزيك نظري و اختر فيزيك را به خوانندگان و صاحب نظران محترم واگذار مي كنم. اما ذكر اين نكته را لازم مي دانم كه هر نظريه ي جديد براي پاسخ دادن به مشكلات موجود ارائه مي گردد. تجارب قرون اخير نشان داده كه يك نظريه در دو جهت زمينه بحث و تلاش بيشتر را فراهم مي آورد. يكي اينكه چگونه به مشكلات موجود پاسخ مي دهد و ديگر اينكه خود نظريه جديد داراي ابهاماتي است كه زمينه ي يكسري سئوالات جديد را فراهم مي آورد. تلاش در اين دو زمينه روند تكامل علم است كه در نهايت زمينه ي يك نظريه كاملتر را فراهم مي آورد. اين روند تاريخ علم است. نظريه سي. پي. اچ. نيز از اين قاعده مستثنا نيست
​

همچنين توجه شود كه پاسخ هركدام از اين سئوالات نياز به يك تجزيه تحليل و متن طولاني دارد كه از حد يك مقاله ي اينترنتي خارج است. بنابراين الزاما به اشاراتي كوتاه بسنده مي كنم و اميدوارم لينك هاي مورد اشاره بتواند پاسخگوي كنجكاوي خوانندگان عزيز باشد​

[FONT=Vazir,helvetica]

1- بيگ بنگ: آيا واقعاً بيگ بنگ نخستين تكينگى بوده است؟ ​

2- قبل از بيگ بنگ چه رخ داده است: اگر تا ابد با زمان به عقب برگرديم آيا همچنان شاهد وقايع و رخدادهايى خواهيم بود كه درطول عمرعالم اتفاق افتاده است. يا نه ، جهان داراى يك عمرمتناهى با آغازى مشخص است. و بيگ بنگ در حقيقت نقطه شروع زمان به حساب مى آيد و قبل از آن هيچ چيز نبوده است؟​

پاسخ​

[FONT=Vazir,helvetica]

هر دوي اين سئوالات پاسخ مشتركي دارند. بحث تكينگي يا آغاز جهان قابل مشاهده، با سئوال مشابهي كه در زمان نيوتن هنگام ارائه ي قانون گرانش عمومي مطرح شد، شباهت و جواب يگانه اي دارند. ​

نيوتن دريافت كه بر اثر قانون جاذبه او، ستارگان بايد يكديگر را جذب كنند و بنابراين اصلاً به نظر نمي رسد كه ساكن باشند. نيوتن در سال 1692 طي نامه اي به ريچارد بنتلي نوشت "كه اكر تعداد ستارگان جهان بينهايت نباشد، و اين ستارگان در ناحيه اي از فضا پراكنده باشند، همگي به يكديگر برخورد خواهند كرد. اما اكر تعداد نامحدودي ستاره در فضاي بيكران به طور كمابش يكسان پراكنده باشند، نقطه مركزي در كار نخواهد بود تا همه بسوي آن كشيده شوند و بنابراين جهان در هم نخواهد ريخت​

اين برداشت نيز با يك اشكال اساسي مواجه شد. بنظر سيليجر طبق نظريه نيوتن تعداد خطوط نيرو كه از بينهايت آمده و به يك جسم مي رسد با جرم آن جسم متناسب است. حال اگر جهان نامتناهي باشد و همه ي اجسام با جسم مزبور در كنش متقابل باشند، شدت جاذبه وارد بر آن بينهايت خواهد شد​

مشكل بعدي قانون جاذبه نيوتن اين است كه طبق اين قانون يك جسم به طور نامحدود مي تواند ساير اجسام را جذب كرده و رشد كند، يعني جرم يك جسم مي تواند تا بينهايت افزايش يابد. اين نيز با تجربه تطبيق نمي كند، زيرا وجود جسمي با جرم بينهايت مشاهده نشده است​

مشكل گرانش نيوتني در نسبيت عام نيز همچنان باقي ماند. در نسبيت فضا-زمان داراي انحناست. هرچه ماده بيشتر و چگالتر باشد، انحناي فضا بيشتر است. سئوال اين است كه اين انحناي فضا تا كجا مي انجامد؟ در نسبيت فضا مي تواند چنان تابيده شود كه حجم به صفر برسد. براي آنكه ماده بتواند چنان بر فضا اثر بگذارد كه حجم به صفر برسد، بايد جرم به سمت بي نهايت ميل كند. يعني نسبيت نتوانست مشكل قانون گرانش را در مورد تراكم ماده در فضا حل كند. علاوه بر آن بر مشكل نيز افزود. زيرا قانون نيوتن مي پذيرد كه ماده تا بي نهايت مي تواند متمركز شود، اما حجم صفر با آن سازگار نيست. اما نسبيت علاوه بر آن كه مي پذيرد ماده مي تواند تا بي نهايت متراكم شود، پيشگويي مي كند كه حجم آن نيز به صفر مي رسد​

اين مشكل در نظريه سي. پي. اچ. به سادگي و با توجه به اسپين سي. پي. اچ. قابل حل است. در نظريه سي. پي. اچ. همه ذرات موجود در جهان از ذره ي واحدي تشكيل شده كه سي. پي. اچ. ناميده مي شود. سي. پي. اچ. با مقدار سرعت ثابت نسبت به دستگاه لخت حركت مي كند و تحت تاثير نيروهاي خارجي سرعت انتقالي آن به اسپين و بالعكس تبديل مي شود. هنگاميكه جرم در يك محدوده ي فضايي به اندازه ي لازم افزايش يافت، جسم تبديل به سياه چاله مي شود. با افزايش جرم سياه چاله، اسپين سي. پي. اچ. نيز افزايش مي يابد و سياه چاله بتدريج به سمت يك سياه چاله ي مطلق ميل كرده و سرانجام در سياه چاله ي مطلق، اسپين به حداكثر ممكن مي رسد و در اين شرايط سي. پي. اچ. از نيروي خارجي تبعيت نمي كند و سياه چاله ي مطلق منفجر مي شود. لذا بيگ بنگ ناشي ار انفجار يك سياه چاله ي مطلق است​

​

​

[FONT=Vazir,helvetica]

3- فضا – زمان : آيا آن گونه كه ادعا مى شود ، جهان از 4 بعد ساخته شده است؟، سه بعد فضا و يك بعد زمان؟ اگر چنين است چرا بايد جهان در 4 بعد ظاهر شود ؟​

پاسخ ​

در نظريه سي. پي. اچ. تعداد ابعاد جهان ثابت نيست و تابع محيط و شرايط آزمايش و ناظر است. در محدوده ي اجسام چگال حداقل پنج بعدي است و اسپين بعد پنجم است. در چنين شرايطي هرچه بيشتر از محدوده ي اجسام بزرگ وارد دنياي ذرات شويم، بر تعداد ابعاد افزوده مي شود. بنابراين مي توان گفت تعداد ابعاد با منطق فازي قابل توجيه است. علاوه بر آن در نظريه سي. پي. اچ. زمان يك كميت مستقل نيست و ناشي از اسپين است. از طرف ديگر چون مقدار سرعت سي. پي. اچ. همواره ثابت است و همه ي اجسام از سي. پي. اچ. ساخته شده اند، زمان بر آنها جاري است و گذشت زمان شامل سي. پي. اچ. نمي شود. با اين ديدگاه هر ذره/جسمي در جهان يك ساعت است. اما خود جهان ساعت نيست و هيچ لحظه اي از عمر جهان نمي گذرد. آنچه كه در فيزيك و كيهان شناختي راجع به عمر جهان مي گويند، مربوط به جهان قابل مشاهده است كه قسمتي از كل جهان محسوب مي شود. تعداد جهان ها (نظير جهاني كه كهكشان راه شيري در آن است) بيشمار است. هر جهاني بر اثر انفجار يك سياه چاله ي مطلق به وجود آمده است​

​

4- جهان از نظر وسعت و اندازه: آيا وسعت فضاى جهان بى نهايت است؟ توپولوژى يا وضعيت جغرافياى فضاى عالم چگونه است؟ ​

پاسخ ​

در نظريه سي. پي. اچ. جهان بيكران است و يك قسمت آن، جهاني است كه ما مشاهده مي كنيم. بنابراين در جهان هستي يك بيگ بنگ وجود ندارد، بلكه بنگ هاي (انفجارات) زيادي وجود دارد كه دائماً تكرار مي شوند. همچنين هندسه ي جهان و خواص توپولوژيك آن از يك مكان به مكان ديگر تغيير مي كند و تابع محيط، يعني جرم موجود در آن محدوده ي فضايي است كه بر اسپين تاثير دارد. لذا هندسه هر محدوده اي از فضا، تابع اسپين آنجا است. اما در كل جهان، فضا را مي توان تخت در نظر گرفت كه از هندسه ي اقليدسي تبعيت مي كند. يعني انحناي كل جهان هستي، صفر است و هيچگونه انحنايي وجود ندارد ​

​

5 - نظريۀ كوانتومى گرانش: چقدر مى توان نظريۀ مكانيك كوانتومى را با نسبيت عام ادغام كرد كه منجر به پيدايش نظريۀ كوانتومى گرانش شود؟ آيا مى توان اين نظريه را آزمود؟ در صورت تدوين تئورى كوانتومى گرانش چقدر اين تئورى مى تواند در توضيح و تشريح منشاء و مبداء خلقت كائنات ما را يارى دهد؟​

پاسخ ​

مشكل اين ديدگاه در اين است كه گرانش و نيروي الكترومغناطيس را دو پديده ي مجزا در نظر مي گيرند و تلاش مي كنند تا اين دو نيرو را در يك نظريه ي وحدت بخش يكي كنند. در واقع گرانش و نيروي الكترومغناطيس از يكديگر جدا نيستند و مي توان نشان داد كه گرانش نيز آثار الكتريكي و مغناطيسي از خود نشان مي دهد. اين كاري است كه تحت عنوان بار-رنگ و مغناطيس رنگ و با توجه به نظريه سي. پي. اچ. توضيح داده شده است. ​

​

6- توانايى علم فيزيك: چگونه فيزيك مى تواند ناهمخوانى بزرگ بين مقياس بسيار عظيم گرانشى و مقياس جرمى فوق العاده ناچيز ذرات بنيادى را تشريح كند؟​

پاسخ ​

اگر ما بپذيريم كه همه ي اجسام موجود در جهان، در نهايت از ذرات تشكيل شده اند و ذرات در هر كجا كه باشند از قوانين ثابتي تبعيت مي كنند، آنگاه مي توانيم اين نا همخواني را برطرف كنيم. ناسازگاري نسبيت عام با مكانيك كوانتوم ناشي از برخورد دوگانه به پديده هاي فيزيكي است. در مكانيك كوانتوم با كميت هاي گسسته سروكار داريم و در نسبيت عام با كميت پيوسته فضا - زمان روبرو هستيم. چنين برخوردي موجب بروز مشكلات موجود شده است. در نظريه سي. پي. اچ. اين ناسازگاري برطرف شده و مكانيك كوانتوم و نسبيت را مي توان به عنوان حالت خاصي از آن استنتاج كرد​

​

7- آنتروپى و زمان: چرا هرچه به گذشته برمى گرديم بى نظمى و آنتروپى جهان كمتر مى شود، با اين وجود آيا قانون دوم ترموديناميك مى تواند تفاوت چشمگير بين گذشته و آيندۀ عالم را توضيح دهد؟​

پاسخ ​

آنتروپي ناشي از تغيير اسپين سي. پي. اچ. هاي موجود در سيستم است. در لحظه ي بيگ بنگ، اسپين در حالت بيشنه بوده و بر اثر انفجار بزرگ، اسپين تغيير كرده و دايما نيز در حالت تغيير است. بهمين دليل با گذشت زمان، آنتروپي جهان نيز در حال افزايش است. با چنين نگرشي كه زمان و آنتروپي، هردو وابسته به اسپين سي. پي. اچ. هستند، لذا منطقي است كه با گذشت زمان، آنتروپي نيز افزايش يابد​

​

8- مادۀ تاريك: مادۀ تاريك چيست؟ و چگونه بوجود آمده است ؟ آيا وجود و پيدايش آن را مى توان مربوط به ابر تقارن دانست؟​

پاسخ ​

اگر به ابر تقارن از ديدگاه سي. پي. اچ. نگاه كنيم، جواب سئوال بالا مثبت خواهد بود. در نظريه سي. پي. اچ. گرانش داراي جرم است. لذا براي محاسبه ي جرم واقعي جهان، بايستي جرم گرانش را نيز منظور كرد كه در اين صورت مسئله ي ماده ي تاريك نيز قابل حل خواهد شد.​

​

9- انرژى تاريك: چرا آن گونه كه ما مشاهده مى كنيم انبساط جهان اينگونه سريع و شتابان است ؟ آيا ما انتقال به قرمز را بطور كامل فهميده ايم ؟ در اين صورت انرژى تاريك داراى چه ماهيتى است كه نيروى محركه را براى اين انبساط شتابان فراهم مى كند ؟ آيا واقعاً انرژى تاريك تمام عالم را پر كرده است؟ منشاء آن چه مى تواند باشد؟ ​

پاسخ ​

در نظريه سي. پي. اچ. انتقال به قرمز ناشي از دو پديده است، يكي انبساط جهان و ديگري افزايش حجم اتمها. يعني با انبساط جهان، حجم اتم نيز افزايش مي يابد كه آن نيز بر انتقال به قرمز تاثير مي گذارد. بنابراين تا زمانيكه افزايش حجم اتها منظور نگردد، با انتقال به قرمز برخورد واقعي صورت نخواهد گرفت و محاسباط ما با اشكال جدي رو برو است. همچنين اگر براي گرانش جرم قائل شويم (كه خود نوعي انرژي است) مسئله ي انرژي تاريك نيز در مسير جديدي قابل بررسي خواهد شد كه مي تواند راه پاسخگويي به بسياري از رموز جهان را آشكار كند. ​

​

10- نظريۀ تورم: چرا جهان در مقياس بزرگ اينچنين تقريباً، نه كاملاً، يكنواخت و همگن به نظر مى رسد آيا واقعاً اين نتييجۀ يك دورۀ تورمى است كه جهان در نخستين لحظات پيدايش خود سريعاً پشت سر گذرانيده است؟ آيا نظريۀ تورمى جهان درست است ؟ اگر اينچنين است جزئيات اين دوره از سرگذشت جهان چيست؟​

پاسخ ​

نظريه ي تورم به عنوان حالت خاصي از نظريه سي. پي. اچ. قابل توضيح است. اگر به سرعت سي. پي. اچ. ها توجه كنيم، آنگاه انبساط سريع جهان در نخستين لحظات بيگ بنگ مي بايست بسيار سريعتر از آن چيزي باشد كه با سرعت حد (سرعت نور) قابل توجيه است. ​

​

11- سياه چال ها: آيا براستى سياه چال ها وجود دارند ؟ آيا آنگونه كه هاوكينگ ادعا دارد آنها انرژى تابش مى كنند و تبخير مى شوند؟ آيا سياه چال ها بجز از قوانين پايستگى انرژى ، اندازه حركت ، اندازه حركت زاويه ايى ، و بار الكتريكى از ساير قوانين پايستگى تخطى مى كنند ؟ برسر اطلاعاتى كه در درون اين حفره هاى اسرار آميز بدام مى افتند چه روى مى دهد ؟ راه حل پارادوكس "اطلاعات حفرۀ سياه" چيست ؟​

پاسخ ​

در نظريه سي. پي. اچ. سياه چاله ها وجود دارند و جهان قابل مشاهده بر اثر انفجار يك سياه چاله ي مطلق به وجود آمده است. همچنين تبخير سياه چاله نيز پذيرفتني است. از ديدگاه نظريه سي. پي. اچ. هيچكدام از قوانين بقا و در هيچ كجا نقض نمي شوند. در مورد اطلاعات بايد به اين موضوع توجه داشت كه اصولاً اطلاعات چگونه توليد و منتقل مي شوند. اطلاعات توسط امواج الكترومغناطيسي منتشر مي شوند و با در نظر گرفتن اينكه گرانش نيز نوعي موج الكترومغناطيسي است، لذا گرانش نيز در انتقال و حفظ اطلاعات نقش دارند. ​

12- پرتو هاى كيهانى: منشاء و ماهيت پرتو هاى پر انرژى كيهانى چيست؟​

پاسخ ​

سئوالات مربوط به پرتوهاي كيهاني و منشاء آنها در زمينه فيزيك نظري قابل طرح نيست. بلكه بايستي از طريق تحقيقات تجربي مشخص گردد​

​

13-امواج گرانشى: آيا با قاطعيت مى توان از وجود امواج گرانشى دفاع كرد ؟ اگر چنين است جزئيات اين امواج چيست و چقدر اين امواج مى توانند آگاهى ما را نسبت به ماهيت جهان افزايش دهند.؟ آيا امكان دارد موفق به ساخت دستگاهى شويم كه بتواند امواج گرانشى را آشكار سازى كند؟​

پاسخ ​

در نظريه سي. پي. اچ. امواج گرانشي همواره در اطراف اجسام وجود دارد و اين امواج ناشي از تبادل سي. پي. اچ. بين اجسام است. با توجه به هم ارزي نيرو و انرژي كه نظريه سي. پي. اچ. مطرح كرده براي تبادل ذرات بين اجسام كه نيروي گرانش را حمل مي كنند نيازي به نقض قانون بقاي انرژي نيز نمي باشيم​

توضيحات بيشتر را در نيروهاي اساسي و امواج گرانشي ملاحظه كنيد​

​

14- ستاره ها: اولين ستاره چه وقت شروع به درخشيدن كرد و چرا همۀ ستارگان به هم شبيه هستند؟​

پاسخ ​

در نظريه سي. پي. اچ. نخستين ستارگان و كهكشانها در لحظه ي آغاز بيگ بنگ و از بقاياي سياه چاله ي مطلق پديد آمدند​

​

15- مسافرت در زمان: آيا مسافرت در زمان از نظر تئوريك امكان پذير است ؟ از لحاظ تجربى و عملى چه؟ اگر اين امر امكان پذير باشد چه كسى از ما حاضر مى شود اين پارادوكس مسافرت زمان را عملى سازد ، به گذشته سفركند و پدر بزرگ خود را بكشد و دوباره به زمان حال برگردد؟​

پاسخ ​

از نظر سي. پي. اچ. زمان ناشي از اسپين است و منشاء زمان نيز نيروي خارجي است. اما در مورد سفر در زمان ترجيح مي دهم سكوت كنم.​

​

16- ثابت كيهاني: چرا مقدار ثابت كيها نى مقدارى بسيار كوچك است كه هرگز به صفر نمى رسد ؟ چرا آن گونه كه تئورى كوانتومى ميدان پيش بينى مى كند مقدار آن خيلى بزرگ نيست ، يا آن گونه كه ابر تقارن پيش بينى مى كند مقدار آن برابربا صفر نيست؟​

در اين مورد به ثابت آلفاي گرانشي مراجعه كنيد. ​

​

17- جهان و پايان آن: سرانجام جهان چيست؟ آيا جهان در خود فرو خواهد ريخت؟ يا براى هميشه به انبساط خود ادامه خواهد داد ؟ و يا سرنوشتى ديگر ممكن است در انتظار جهان باشد؟​

پاسخ​

اگر جهان قابل مشاهده (جهاني كه ما در آن به سر مي بريم) يگانه بود، مي توانستيم با توجه به جرم (چگالي ماده) و سرعت فرار كهكشانها نظر قطعي بدهيم. هرچند كه اين كار هم چندان ساده به نظر نمي رسد. اما با در نظر گرفتن اينكه جهان ما يكي از بيشمار جهان هاي موجود در هستي است، فروپاشي جهان نيز بايد در رابطه با ساير جهان هاي اطراف آن بررسي گردد كه از حد دانش امروزي خارج است​

​

[FONT=Vazir,helvetica]18-كهكشان ها: چرا كهكشان ها توده وار و به صورت رشته اى در فضا توزيع شده اند؟​

پاسخ ​

اين مورد را نيز بايستي با توجه به لحظه ي آغاز جهان مورد بررسي قرار داد. پاسخ به سئوالاتي از اين دست، بيشتر كار تجربي است تا نظري​

[FONT=Vazir,helvetica]19- جرم و گرانش: چرا جرم گرانشى كهكشان ها بيشتر از تمامى جرمى است كه ما قادر به ديدن آن هستيم؟ آيا اين مربوط به مادۀ تاريك است؟ ماده اى مرموز و ناشناخته؟ آيا اين مشكل نمىتواند ناشى از برداشت ما از گرانش باشد ؟ شما چه فكر مى كنيد؟ ​

پاسخ ​

قطعاً نگرش ما به گرانش بايستي تغيير كند. باور عادي در فيزيك، گرانش را فاقد جرم مي داند و با چنين ديدگاهي نمي توان به پاسخ مناسبي دست يافت. اگر گرانش را داراي جرم در نظر بگيريم، همان كاري كه در نظريه ي سي. پي. اچ. انجام شده است، مي توان پاسخ مناسبي براي اين سئوال يافت
​

​

[FONT=Vazir,helvetica]20- طبيعت و ابرتقارن: آيا ابرتقارن يك تقارن طبيعى است؟ در اين صورت چگونه اين ابر تقارن شكسته شده است ؟ و چرا؟ آيا ابرتقارن مى تواند ذرات جديدى پيش بينى كند كه بتوان آنها را آشكار سازى كرد؟​

[FONT=Vazir,helvetica]

پاسخ​

[FONT=Vazir,helvetica]براي پاسخ به اين سئوال به مقاله ي تقارن، وحدت، ابر تقارن و ابر وحدت مراجعه فرماييد​