مقدمه

نظريه انفجار بزرگ در حال حاضر تنها توضيح ارائه شده درباره منشأ جهان مي‌باشد که بطور گسترده پذيرفته شده است. انفجار بزرگ ، بسيار پر انرژي و پر حرارات بود و در ثانيه‌هاي اوليه پس از انفجار فقط تشعشع و ذرات زير اتمي گوناگون در جهان وجود داشتند. تشعشعات باقيمانده از اين انفجار هنوز به صورت امواج ضعبف مايکروويو در آسمان وجود داشته ، از زمين قابل رديابي هستند. به اين امواج تشعشع مايکروويو زمينه کيهان گفته مي‌شود.
در اواخر دهه 1920، ادوين هابل (1953-1889) ، ستاره شناس آمريکايي به بررسي نور دريافتي از ستارگان کهکشانهاي دور دست پرداخت. او متوجه شد که طول موجهاي اين نور بلندتر از ميزان مورد انتظار است. اين پديده که قرمز گرايي نام دارد، نشان داد که کهکشانها با سرعت زيادي در حال دور شدن از زمين هستند.

جهان زماني کوچکتر از هسته يک اتم بود.

هر چه ما بيشتر به عمق کيهان نظاره مي‌کنيم در واقع بيشتر به عمق زمان گذشته مي‌نگريم. يک ستاره را که در فاصله 10 سال نوري قرار دارد به همان صورتي مي‌بينيم که 10 سال نوري قبل بوده است. دورترين اجرامي را که انسان مي‌تواند با تلسکوپهاي بزرگ نجومي نظاره کند کوازارها هستند. (Quasar مخفف عبارت نجومي Quasistallar object و عبارت است از عضوي از گروههاي گوناگون ستاره مانند که داراي پرتوهاي قرمز استثنايي مي‌باشند و غالبا از خود فرکانسهاي راديويي و نيز امواج نوري قابل ديدن منتشر مي‌کنند.)
آنها در واقع کهکشانهاي کاملا جواني هستند که در مراحل اوليه شکل گيري به سر مي‌برند. حال اگر انسان نگاهش را در سمت دلخواهي به دورتر و بازهم دورتر متوجه کند بايد به مرزي برسد که در آنجا آغاز خلقت را مشاهده کند و به عبارت ديگر آن گاز داغ اوليه را ببيند که تمام کهکشانها ، ستارگان ، سيارات و موجودات از آن ايجاد شده‌اند. بنابراين مي‌بايست پيرامون ما را پيوسته پوسته کاملا درخشاني در دور دست احاطه مي‌کرد و آسمان هم مي‌بايست شبها همچون روز روشن مي‌شد اما اين ديوار آتشين با سرعت زيادي از ما دور مي‌شود زيرا که عالم لحظه به لحظه انبساط مي‌يابد.
سرعت دورشدن به قدري زياد است که نور اين پوسته داراي طول موج بلندتري مي‌شود که ما آن را فقط به صورت تشعشعات و امواج راديويي دريافت مي‌کنيم. وجود اين پرتوها را مي‌توان با راديو تلسکوپها به سادگي اثبات کرد اين تشعشعات تکيه گاهي مهم براي اثبات فرضيه انفجار اوليه مي‌باشد.
اگر جسمي با سرعت زياد در حال دور شدن از ما باشد طول موجهاي نور دريافتي از آن به سمت قسمت قرمز رنگ طيف و اگر جسم در حال نزديک شدن باشد به سمت آبي رنگ طيف متمايل مي‌شوند.

سرانجام جهان

ستاره شناسان سه نظريه در مورد نحوه پايان جهان ارائه کرده‌اند:
1. جهان براي هميشه گسترش خواهد يافت؛
2. هنگامي که جهان به اندازه معيني رسيد، انبساط آن متوقف شده و در همان حال ثابت مي‌ماند؛
3. جهان سرانجام از انبساط باز مي‌ايستد و انقباض (فروپاشي دروني) آن آغاز مي‌گردد. بعضيها اين پديده را فروپاشي (تلاشي) بزرگ (big chrunch) ناميده‌اند.

شواهدي در اثبات انفجار بزرگ

تشعشع مايکروويو زمينه کيهاني بهترين دليل اثبات نظريه انفجار بزرگ مي باشد. اين تشعشع بسيار ضعيف بوده و طول موج بسيار بلندي دارد. اين مشخصات، کشف ادوين هابل (1952 - 1889) ، ستاره شناس آمريکايي ، را که گفته بود جهان در حال انبساط است، تأييد مي‌کند. اين تشعشع همچنين نظريه جورج گاموف (68 - 1904) ، فيزيکدان آمريکايي اوکرايني تبار را تأييد مي‌کند.
او پيش بيني کرده بود که در صورت وجود آغازي براي جهان ، تشعشعاتي که به ما مي‌رسند بايستي از دورترين نقاط آن که با سرعتي زياد در حال دور شدن هستند، باشند. چنين تشعشعاتي به شدت مستعد قرمز گرايي (ميزان گرايش نور اجسام دور شونده به سمت قسمت قرمز رنگ طيف الکترومغناطيسي) بوده و بنابراين انتظار مي‌رود که داراي طول موجهاي بلند باشند.
فروپاشي بزرگ نيروهاي جاذبه باعث خواهند شد تا جهان ، سرانجام منقبض شود و به يک نقطه واحد مبدل گردد.
با مطالعه کهکشانهاي دور شواهد بيشتري در اثبات نظريه انفجار بزرگ بدست آمده است. بعضي از اين کهکشانها 13 ميليلاردسال نوري با ما فاصله دارند، يعني 13 ميليارد سال طول مي‌کشد تا ما نور آنها را ببينيم. حال ما اين کهکشانها را به همان شکلي که 2 ميليارد سال بعد از انفجار بزرگ بوده‌اند، مشاهده مي‌کنيم. اين واقعيت که آنها فشرده‌تر از کهکشانهاي نزديکتر به نظر مي‌رسند نشان مي‌دهد که حجم جهان زماني کوچکتر و متراکمتر بوده و حال با گذشت زمان اين حجم در حال افزايش است.
دانشمندان با اميد به کشف منشأ جهان ، تلاش مي‌کنند تا شرايطي را که بلافاصله بعد از انفجار بزرگ وجود داشت، باز سازي کنند. براي اينکار ، آنها دو اشعه از ذرات بنيادي را در جهات متضاد ، حول دستگاهي به نام شتاب دهنده (دستگاهي براي آشکار ساختن ذرات) مي‌فرستند؛ اين دو اشعه وقتي به سرعت نور مي‌رسند، به هم برخورد مي‌کنند که از انرژي حاصل از اين برخورد، ذرات جديدي بوجود مي‌آيند. اين ذرات ردي از برخورد ، ذرات جديدي بوجود مي‌آيند.
اين ذرات ردي از خود در محفظه حباب (وسيله‌اي که در آن ذرات بنيادي از ميان هيدروژن مايع عبور و باعث جوشيدن آن شده و ردي از حباب از خود بر جاي مي‌گذارند) باقي مي‌گذارند و داشنمندان مي‌توانند انها را ببينند. نتايج اين آزمايش حقايق بسياري راجع به آغاز جهان در اختيار ما مي‌گذارد، زيرا انرژي آزاد شده از تصادم ذرات بنيادي شبيه به انرژي ذراتي است که در لحظات اوليه انفجار بزرگ حاصل شده است.

عالم در ابتدا چگونه به نظر مي‌آمد؟

آشکار است براي آگاهي از چگونگي اولين ثانيه‌ها و يا بهتر بگوييم اولين اجزاي ثانيه‌هاي پس از انفجار اوليه نبايد از ستاره شناسان پرسيد، بلکه در اين مورد بايد به فيزيکدانهاي متخصص در امر فيزيک ذرات مراجعه کرد که در مورد تشعشعات و ماده در شرايط کاملا سخت و غير عادي تحقيق و تجربه مي‌کنند. تاريخ کيهان معمولا به 8 مقطع کاملا متفاوت و غير مساوي تقسيم مي‌شود:

مرحله اول (صفر تا 43-10 ثانيه)

اين مسأله هنوز برايمان کاملا روشن نيست که در اين اولين اجزاي ثانيه‌ها چه چيزي تبديل به گلوله آتشيني شد که کيهان بايد بعدا از آن ايجاد گردد. هيچ معادله و يا فرمولهاي اندازه گيري براي درجه حرارت بسيار بالا و غير قابل تصوري که در اين زمان حاکم بود در دست نمي‌باشد.

مرحله دوم (43-10 تا 32-10 ثانيه)

اولين سنگ بناهاي ماده مثلا کوارکها و الکترونها و پاد ذره‌هاي آنها از برخورد پرتوها با يکديگر بوجود مي‌آيند. قسمتي از اين سنگ بناها دوباره با يکديگر برخورد مي‌کنند و به صورت تشعشع فرو مي‌پاشند. در لحظه‌هاي بسيار بسيار اوليه ذرات فوق سنگين - x نيز مي‌توانسته‌اند بوجود آمده باشند. اين ذرات داراي اين ويژگي هستند که هنگام فروپاشي ماده بيشتري نسبت به ضد ماده و مثلا کوارکهاي بيشتري نسبت به آنتي کوارکها ايجاد مي‌کنند. ذرات x که فقط در همان اولين اجزاي بسيار کوچک ثانيه‌ها وجود داشتند براي ما ميراث مهمي به جا گذاردند که عبارت بود از: (افزوني ماده در برابر ضد ماده).

مرحله سوم (از 32-10 ثانيه تا 6-10 ثانيه)

کيهان از مخلوطي از کوارکها ، لپتونها - فوتونها و ساير ذرات ديگر تشکيل شده که متقابلا به ايجاد و انهدام يکديگر مشغول بوده و ضمنا خيلي سريع در حال از دست دادن حرارت هستند.

مرحله چهارم (از 6-10 ثانيه تا 3-10 ثانيه)

تقريبا تمام کوارکها و ضد کوارکها بصورت پرتو ذره‌ها به انرژي تبديل مي‌شوند. کوارکهاي جديد ديگر نمي‌توانند در درجه حرارتهاي رو به کاهش بوجود آيند ولي از آن جايي که کوارکهاي بيشتري نسبت به ضد کوارکها وجود دارند. برخي از کوارکها براي خود جفتي پيدا نکرده و بصورت اضافه باقي مي‌مانند. هر 3 کوارک با يکديگر يک پروتون با يک نوترون مي‌سازند. سنگ بناهاي هسته اتمهاي آينده اکنون ايجاد شده‌اند.

مرحله پنجم (3-10 ثانيه تا 100 ثانيه)

الکترونها و ضد الکترونها در برخورد با يکديگر به اشعه تبديل مي‌شوند. تعدادي الکترون باقي مي‌ماند، زيرا که ماده بيشتري نسبت به ضد ماده وجود دارد. اين الکترونها بعدا مدارهاي اتمي را مي‌سازند.

مرحله ششم (از 100 ثانيه تا 30 دقيقه)

در درجه حرارتهايي که امروزه مي‌توان در مرکز ستارگان يافت اولين هسته‌هاي اتمهاي سبک و بويژه هسته‌هاي بسيار پايدار هليوم در اثر همجوشي هسته‌اي ساخته مي‌شوند. هسته اتمهاي سنگين از قبيل اتم آهن يا کربن در اين مرحله هنوز ايجاد نمي‌شوند. در آغاز خلقت عملا فقط دو عنصر بنيادي که از همه سبکتر بودند وجود داشتند: هليوم و هيدروژن.

مرحله هفتم (از 30 دقيقه تا يک ميليون سال پس از خلقت)

پس از گذشت حدود 300000 سال گوي آتشين آنقدر حرارت از دست داده که هسته اتمها و الکترونها مي‌توانند در درجه حرارتي در حدود 3000 درجه سانتيگراد به يکديگر بپيوندند و بدون اينکه دوباره فورا از هم بپاشند اتمها را تشکيل دهند. در نتيجه آن مخلوط ذره‌اي که قبلا نامرئي بود اکنون قابل ديدن مي‌شود.

مرحله هشتم (از يک ميليون سال پس از خلقت تا امروز)

از ابرهاي هيدروژني دستگاههاي راه شيري ستارگان و سيارات بوجود مي‌آيند. در داخل ستارگان هسته اتمهاي سنگين از قبيل اکسيژن و آهن توليد مي‌شوند. که بعدها در انفجارات ستاره‌اي آزاد مي‌گردند و براي ساخت ستارگان و سيارات و حيات جديد بکار مي‌آيند.