مواد تشكيل دهنده جهان

جهان از اتمها و ساختارهای زیر اتمی تشکیل شده، این آخرین کلام فیزیک است.

ماده تاریک
اطلاعات دریافتی بسیارزیادی حاکی ازآنست که 90 در صد جهان از ماده غیرقابل مشاهده ای تشکیل شده که خصوصیات عجیبی دارد و کلا" نمیتواند از ماده مرئی معمولی باشد .
ماده تاریک برای ما ناشناخته است و ذراتی هستند که برهمکنش ضعیف دارند و در مراحل بسیار اولیه تحول عالم، به مقدار خیلی زیادی تولید شده اند و بر دینامیک عالم حاکم میباشد .
یکی از بزرگترین دستآوردها ی علم در قرن بیستم، تشخیص عناصر شیمیائی بود. با کمی بیش از یکصد عنصر، دانشمندان توانستند ترلیونها ترلیون امکان شکل گیری ماده ، ازdna تا جانوران و ستاره هائی را که منفجر میشوند توضیح دهند. عناصر گوناگونی که زمین را تشکیل میدهند و ما با آنها آشنا هستیم ما نند کربن ، اکسیژن و آهن . اینها همان عناصری هستند که کهکشا نها ی دور را تشکیل میدهند . با تحلیل نوری که از ستارگان درخشنده ، با فاصله چند میلیارد سال نوری ، از کهکشانها به ما رسید ، دانشمندان دقیقا" همان عناصری را که در اطراف خود با آنها آشنا هستیم پیدا کردند . درواقع هیچ عنصر اسرار آمیزی در تمام عالم پیدا نشده که ما در روی زمین با آن آشنا نباشیم .
اما نحوه حرکت و دوره تناوبی چرخش ستاره ها نشان میدهد که مقدار ماده تاریک بسیار زیادی درکهکشان ها وجود دارد و باعث شده است که ستا ره های دور از مرکز کهکشانها ، سریعتر از آنی بگردند که نیروی گرانش ماده مرئی بتواند سبب آنها باشد و میبایست که 90 درصد جرم خوشه ها بصورت ماده تاریک باشد تا نیروی گرانش لازمه را تامین نماید ، که هیچگونه نور یا تا بش الکترو مغناطیسی دیگری منتشر نمیکند . درغیر این صورت خوشه کهکشانها نمیتوانند بصورت یک مجموعه بسته باقی بمانند و از یکدیگر گریخته و متلاشی میشوند .
این ماده تاریک چیزعجیبی است و با آنچه که قبلا" گفته شد علم شیمی با آن آشنا است کاملا" متفاوت است. مقدار آن در حدود 10 الی 100 برابر ماده مرئی وبجای پروتون و نوترون ، از ذرات عجیب دیگری ساخته شده است . این ماده وزن دارد اما قابل مشاهده نیست . مشخص نیست که چه نوع است وبه چه شکلی در عالم توزیع گردیده است . این ماده بر عالم ما یعنی عالم مرئی حاکمیت دارد ودینامیک عالم را تعین و مانند گودالهائی است که سبب شده عالم ما مانند آب این گودالها را پر کند . کلیه قوانین عالم ما را این ماده تعین کرده و سرنوشت نهائی جهان بستگی به ماهیت دقیق این ماده دارد ، که در آتشی سخت خرد شود و از بین برود و یا در اثر سرمای سهمگینی با ناله های کیهانی محو شود .

ادامه دارد...

--------------------------------------------------------------------------------


خم شدن نور ستارگان
بررسیها و پیشرفتهای جدید نشان میدهند که وسعت هاله ماده تیره تا حدود شش برابر اندازه کهکشان میرسد . درحقیقت اخترشناسان تاکنون نتوانسته اند لبه های ماده تاریک را در اطراف هیچ یک از کهکشان های مارپیچی تعیین کنند . وجود ماده تاریک بر پایه مشاهدات مربوط به جابجائی های اثر داپلری تابش 21 سانتیمتر ابرهای هیدروژنی میباشد . این ابرهای هیدروژنی تا فاصله مشخصی ازکهکشان قابل آشکارسازی هستند و نمیتوان به ناحیه هائی فراتر از جاهائی که ابرهای هیدروژنی حضور دارند گسترش داد.
برای برخی از کهکشان ها این فاصله در حدود 70 کیلو پارسک میباشد ، در حالیکه اندازه خود کهکشان تنها 20 کیلو پارسک است . بنظر میرسد که هاله ماده تاریک تا فراتر از فاصله 70 کیلو پارسک هم گسترش دارد و هیچ اطلاعی وجود ندارد که در این ناحیه چه اتفاقی رخ میدهد . البته این اعداد در مورد هر کهکشان فرق میکند ، ولی چیزی که در مورد کلیه کهکشانها کاملا" مشخص و مشترک میباشد این استکه ، ماده مرئی تنها بخش بسیار کوچکی از جرم کهکشانها را تشکیل میدهد و بخش عمده آ ن ماده تاریک است .
اگر نور ستاره بسیار دوری از نزدیکی هاله ماده تاریک عبور کند ، نور خمیده میشود . ماده تاریک همچنین گاهی اوقات بصورت یک عدسی گرانشی بزرگ عمل میکند و باعث میشود که یک ستاره درخشنده تر از وضع طبیعی خود ظاهر شود . باین طریق با مشاهده ستارگان کم نور که ناگهان درخشنده تر میشوند ، میتوان به وجود ماده تاریک پی برد . اندازه گیری میزان خمیدگی نور ، میتواند بعنوان روشی برای محاسبه وزن کهکشانها و وزن ماده تاریک بکار رود ، که رصدها نشان میدهند که این خمیدگیها بسیار بیشترازوزن کهکشانهاست و 90 درصد خمیدگیها ناشی ازوجود ماده تاریک است .



--------------------------------------------------------------------------------


ماده تاریک داغ و سرد
در حالیکه وجود ماده تاریک مورد تائید همگان میباشد ولی بحث برسرماهیت آن ادامه دارد .
یک نظریه " ماده تاریک داغ " وجود دارد که معتقد است این ماده از ذرات ریز سبک وزنی بنام نوترینو تشکیل شده که آشکار سازی آن بسیار دشوار است . یعنی اگر معلوم شود که الکترون ـ نوترینو جرمی هر چند بسیار کم داشته باشد ، جهان را سیل عظیمی از نوترینو فرا گرفته و بدینوسیله مسئله کمبود جرم عالم حل میشود .
نظریه دیگر " ماده تاریک سرد " است که این ماده را " ذرات پرجرم با برهمکنش ضعیف "
WIMPs و یا “اجسام هاله فشرده پر جرم اختر فیزیکی" MACHOs میداند.
اما مشخص است که در خوش بینانه ترین حا لت ماچوها تنها میتوانند 20 درصد ماده تاریک را تشکیل دهند . امید بخش ترین آنها ویمپ ها هستند با ابرذره ای بنام S و دیگری Photino که شاید ماهیت ماده تاریک را تشکیل داده باشند .
ماده تاریک در درک ما ازسرنوشت نهائی جهان درحال انبساط ، بسیارپراهمیت وتعین کننده است .
برای تشخیص سرنوشت عالم از پارامتر امگا که شا خص چگالی ماده در جهان است استفاده میشود .
اگر امگا بزرگتر از یک باشد ، ماده باندازه کافی برای برگشت دادن انبساط وجود دارد . در این صورت جهان در جهت معکوس گسترش میابد و فروکش میکند تا به مرحله "خرد شدن بزرگ" Big Crunch برسد . محاسبا ت نشان میدهند که مقدار "چگالی بحرانی" مورد نیاز برای توقف انبساط عالم ( 30 - ) 10 × 5 گرم بر سا نتیمترمکعب یا بیشتر است .
اگر امگا کوچکتر از یک باشد ، نیروی گرانش ضعیفتر از آن خواهد بود که جلوی انبساط جهان را بگیرد و جهان برای همیشه انبساط خواهد یافت تا به ناله های کیهانی و دمای صفر مطلق برسد .
اگر امگا برابر یک باشد ، جهان در حالت تعادل بین این دو وضعیت قرار میگیرد و جهان بصورت تخت کامل و بدون هیچگونه خمیدگی خواهد بود . برای اینکه امگا برابر یک باشد میبایست چگالی عالم تقریبا" سه اتم هیدرژن در هر متر مکعب باشد .
یا ماده و گرانش باندازه کافی برای اینکه انبساط برگشت داده شود وجود دارد و یا اینکه چگالی جهان بسیار پائین تر از آنستکه بتواند جلوی انبساط را بگیرد و انبساط آنقدر ادامه خواهد داشت که دما در تمام نقاط جهان به صفر برسد .

ادامه دارد...

--------------------------------------------------------------------------------


محاسبات چگالی میانگین عالم این مورد اخیر را تا ئید میکند ومقدار امگا را برابر 0.1 برآورد نموده است که برای برگشت انبساط بسیار کوچک میباشد وجهان با ناله های کیهانی ، در سرمای صفر مطلق خواهد مرد ، در حا لیکه تا ابد در حال گسترش و انبساط است .
نکته مهم اینجاست که حتی اگر جرم هاله های ماده تاریک که کهکشانها را احاطه کرده است اضافه کنیم تنها 10 در صد به مقدار بحرانی اضافه میشود ، بنا بر این ماده تاریک در هاله ها نمیتواند بتنهائی مسئله کمبود جرم عالم را حل کند .
اضافه بر مسئله ماده تاریک ، یک معمای دیگر هم وجود دارد که بهم پیوستن کهکشانها و تشکیل خوشه های عظیم است . حل این مسئله ممکن است بکار گیری نوع دیگری از نظریه ریسمان بنام "ریسمانهای کیهانی" را در بر گیرد .
ریسمانهای عظیم کیهانی که پس از مهبانگ در فضا متلاطم شدند و حرکات پر پیچ و خم آنها خوشه های کیهانی را بوجود آوردند . نقشه های تهیه شده نشان میدهند که آنها بطور یکنواخت در عالم توزیع نشده اند ، بلکه بشکل کپه ای جمع شده اند که ممکن است عامل آن ، همان ریسمانهای کیهانی باشند .
از طرف دیگرعامل کپه ای بودن عالم میتواند ماده تاریک باشد . ماده تاریک که دارای نیروی گرانش است ، احتمالا" بلافاصله پس از مهبانگ ، شکل کپه ای بخود گرفته ، و پس از سپری شدن 300000 سال از زمان مهبانگ ، که ماده معمولی شکل گرفت ، بسمت این کپه های تاریک جذب و کهکشانها و خوشه های کهکشانها ی امروزه را تشکیل داده اند که ما با تلسکوپ هایمان آنها را مشاهده میکنیم . بهر حال مشخص استکه ، ماده تاریک ، ریسمانهای کیهانی و کپه ای بودن کهکشانها ، موضوعاتی خواهند بود که مدتها ذهن کیهانشناسان را بخود مشغول خواهد داشت .
فریتزتسویکی سوئیسی اولین اختر شناسی بود که با معمای سرعت چرخش ستارگان یک کهکشان حول مرکزآن مواجه گردید . وی ابتدا به دو روش مختلف وزن کل یک کهکشان را محاسبه کرد .



--------------------------------------------------------------------------------


روش اول : چگالی میانگین کهکشان که مقداری معلوم و معین است را درحجم کهکشان ضرب و بدینوسیله وزن کل کهکشان را محاسبه نمود .

روش دوم : با بررسی و اندازه گیری دوره تناوب ستارگان دور دست که در بازوی مارپیچ کهکشان، با سرعتهای مختلفی حول مرکزآ ن گردش میکنند ، و دوره تناوب کهکشانها و خوشه های ستارگان که در اطراف یکدیگر میچرخند ، وهمچنین دوره تناوب ستارگان دوتائی Binary Stars واستفاده ازقوانین نیوتون ، میا نگین جرم یک ستاره را معین و سپس آنرا در تعداد ستارگان کهکشان ضرب و جرم کل کهکشان را بدست آورد .
تسویکی وزن لازم برای پیوند این خوشه ها را با تحلیل آهنگ دوران آنها به دور یکدیگر را محاسبه کرد . او دریافت که این جرم بیست برابر بزرگتر از جرم واقعی ستاره هائی استکه میدرخشند . بدین ترتیب بود که وی نتیجه گرفت که نیروی گرانشی ستارگان برای یکپارچه نگهداشتن کهکشان کافی نیست و شکل اسرار آمیزی از ماده ( ماده تاریک ) وجود دارد که نیروی گرانش آن ، این خوشه کهکشانها را در کنار هم وابسته نگه داشته و بدون این ماده تاریک کهکشانها از یکدیگر میگریزند و یک کهکشان زمانی پایداری دارد که با یک هاله پر جرم غیر قابل مشاهده ، بصورت ماده تاریک احاطه شده باشد که 90 درصد جرم آن کهکشان را تشکیل میدهد