رازهای گرانش

در میان چهار نیروی اصلی طبیعت گرانش با نیروهای دیگر تفاوت های محسوسی دارد. (در بخش دوم “۲- رازهای گرانش “ در این مورد توضیح کافی خواهیم داد)نیروی گرانش با “قانون جاذبه عمومی نیوتن ”درسال ۱۶۸۷در کتاب“ اصول ریاضی فلسفه طبیعت “ فرمول بندی و به جهانیان معرفی شد و پایه و اساس مکانیک کلاسیک گذاشته شد.در زمان های بعد اندازه گیری های دقیق (مانند مدار عطارد) نشان داد که قانون جاذبه عمومی چندان هم دقیق نبوده و باید اطلاح شود که این کوشش ها منجربه تولد نظریه نسبیت عام شد.
در این مقاله در مورد رازها و اسراری که در مورد نیروی گرانش وجود دارد توضیح می دهیم . و در بخش ششم “۶-گرانش و نسبیت عام “ در مورد نسبیت عام و گرانش توضیح می دهیم . البته قبل از آن خلاصه ای از مقالات قبلی که در فصل گرانش منتشر شده داده (برای دسترسی به کل لینک های فصل گرانش به “جمع بندی مقاله های فصل هفتم – گرانش “ مراجعه کنید)در پایان هم خلاصه بخش های مختلف مقاله را می آوریم .

۱- مروری به مقاله های گذشته

گرانش یکی از مهمترین نیروهای جهان می باشد. که بدون نیروی گرانش نه تنها ستارگان و سیارات و…بلکه اتم هائی که امروزه در بدن ما و…اطراف ما وجود دارند نیز شکل نمی گرفتند . ما در فصل گرانش تا جائی که امکان داشت مطالب مختلف را به صورت ساده و خلاصه جمع آوری کردیم و ابتدا از تاریخ گرانش شروع کردیم

۱) تاریخچه نجوم و مکانیک کلاسیک

گرانش و اسرار آسمان و ستارگان از مهمترین و اسرارآمیزترین موضوعاتی بوده که همیشه مورد بحث فلاسفه و دانشمندان بود. از این رو ما این فصل را با تاریخ گرانش شروع کردیم . در این مقاله به بحث در مورد تاریخچه نجوم و گرانش پرداختیم . برای مطالعه به مقاله “ تاریخچه گرانش قبل از نیوتن “ مراجعه کنید .

۲) زندگینامه نیوتن

نیوتن بنیانگزار مکانیک کلاسیک بود و نقش بسیار موثری در پیشبرد فیزیک و کلاسیک داشت از این رو یک مقاله را با نام زندگینامه نیوتن” اختصاص داده که در آن به همه ابعاد زندگی نیوتن پرداختیم .

۳) نیوتن و گرانش

در مقاله “نیوتن و گرانش“داستان کشف و فرمول بندی نیروی گرانش جهانی را توسط نیوتن شرح می دهیم.  از داستان اقتادن سیب شروع کرده تا مقایسه نیروی جاذبه زمین در مدار ماه و… و همچنین داستان چرخش سطل های آب و…که منجر به کشف گرانش شد. همچنین در مقاله “قانون جاذبه عمومی نیوتن“ ابتدا فرمول قانون گرانش جهانی را شرح داده و بسیاری از پدیده های مربوط به آن را توضیح دادیم .

۴) مکانیک مداری و قوانین کپلر

در مقاله “مکانیک مداری و قوانین کپلر”ضمن توضیح بسیاری از مسائل در رابطه با مکانیک مداری قوانین سه گانه کپلر را هم آورده و توضیح کاملی در مورد آنها می دهیم .

۵) گرانش و انرژی

درمقاله“ گرانش و انرژی “حرکت سیاره هاو…راباتوجه به قوانین وفرمول های انرژی موردبررسی قرارداده و درمقاله “کمک گرانشی“ با روش زیرکانه ای برای فرستادن سفینه ها و فضاپیماها به اعماق فضا آشنا میشویم .

۶) نیروی های کِشندی

نیروی کِشندی یک اثر ثانویه از نیروی جاذبه و باعث به وجود آمدن پدیده های مختلفی ازجمله :جزر و مدو قفل کشندی و…می شوددر مقاله “نیروهای کشندی(۱) دراین رابطه توضیح می دهیم.
همچنین در مقاله “نیروهای کشندی(۲)  “به پدیده های دیگری درارتباط با نیروهای کشندی می پردازیم.

۷) گرانش سطحی

در مقاله “ گرانش سطحی “ موضوع مورد بحث نیروی جاذبه و شتابی است که به اجسام ریز وخرد درسطح سیارات و اقمار و…اجسام عظیم سماوی واردمی شود.ما این شتاب رابه نام شتاب جاذبه شناخته وبا gنشان میدهیم. مقدار این شتاب در اطراف زمین حدود ۹٫۸ m/s2 می باشد . ولی در سیارت دیگر متفاوت است .

۸) سرعت فرار

 تعریف سرعت فرار درفیزیک و ستاره‌شناسی به این صورت است : «سرعت فرار به حداقل سرعتی گفته می‌شود که یک جسم باید داشته باشد تا بتواند از چنگ نیروی گرانش جسم دیگر بگریزد. » در مقاله “ سرعت فرار “ در مورد سرعت فرار و ابعاد محتلف آن و پدیده های در ارتباط با آن توضیح می دهیم.

۹) صعود و فرود

فرار ازجاذبه زمین و رفتن به آسمان و دستیابی به کرات آسمانی یکی از آرزوهای بشر نخستین و انسان متمدن بوده و هست. ولی آنچه باید بدانیم این است که فرار ازجاذبه زمین سخت ترازچیزی می باشد که فکر میکنیم. در مقاله “صعود “نشان می دهیم چرا فرار از گرانش زمین اینقدر مشکل می باشد .* همچنین برگشت به جو زمین هم اگر بدون تمهیدات ایمنی صورت گیرد می تواند بسیار خطرناک باشد در مقاله “ فرود “ توضیح می دهیم یک سفینه فضائی که از زمین خارج شده چگونه باید به جو برگشته تا دچار حادثه نشود.

۱۰) نقاط لاگرانژی

نقاط لاگرانژی نقاطی است که اثر نیروی جاذبه دو جسم عظیم روی یک ذره همدیگر را خنثی می کنند این نقاط خواص شگفت انگیز و کاربردهای فراوانی دارند در مقاله “ نقاط لاگرانژی “ به این مسئله می پردازیم .

۱۱) شتاب گرانشی زمین

شتاب گرانشی زمین که ما آن را با g نشان میدهیم شتابی است که به همه اشیاء پیرامون زمین وارد میشود مقدار این شتاب در همه جای زمین یکسان نبوده و به عوامل مختلفی(ارتفاع و عمق و …) بستگی دارد در مقاله “ شتاب گرانشی زمین “ دلائل این پدیده را نشان می دهیم . همچنین در مقاله “ ثقل سنجی “ با روش های اندازه گیری مقدار دقبق g و کاربرد این اندازه گیری ها در علم و تکنولوژی آشنا می شویم .

۱۲) نیروی جاذبه زمین

پیشینیان ما هیچگونه درکی از نیروی گرانش نداشتند و نمی توانستند بفهمند که چرا زمین همه چیز را به سوی خود می کشد بنابر این یکی معماهای قدیم این بود که چرا هرچه را رها کنیم به سوی زمین سقوط می کند؟ از طرفی عدم درک ما از نیروی جاذبه باعث یک سری ابهامات و تصورات اشتباه در مورد « زمین و آسمان ، بالا وپائین و…» می شود.در مقاله“ نیروی جاذبه زمین “توضیحات کاملتری درارتباط با نیروی جاذبه زمین و مسائل مربوط به آن(تفاوت جرم و وزن و سقوط آزاد و…)داده و بعد به یکسری از سوالات عوام در مورد کروی بودن زمین و جاذبه ( این که چرا افرادی که آن سوی کره زمین بوده و سروته هستند نمی افتند )دادیم .

۲- رازهای گرانش

گرانش ویژگی های منحصر به فردی دارد که در نیروهای دیگر نمی بینیم . اول آن که این نیرو همیشه جاذبه می باشد در حالی که مثلا الکترومغناطیس هم به صورت جاذبه و هم دافعه ظاهر می شود دیگر این که برد نیروهای دیگر محدود بوده ولی برد نیروی گرانش محدود نیست و…در این بخش در مورد نیروی گرانش و تفاوت این نیرو با نیروهای دیگر توضیح می دهیم . 

۱) نیروهای بنیادی طبیعت

نیروهای بنیادی نیروهائی هستند که نتوان آنها را توسط نیروهای دیگر توصیف کرد . در طبیعت چهار نیروی بنیادی وجود دارد که عبارتند از : نیروی الکترومغناطیسی ، نیروی گرانش،نیروی هسته‌ای ضعیف و نیروی هسته‌ای قوی ، نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف را به ترتیب با نام‌های نیروی قوی و ضعیف هم می‌شناسند. تمام آنچه در جهان می بینیم و وجود دارند توسط این چهار نیروی بنیادی بوجود آمده و حفظ می شوند بدون وجود این نیروها هیچ جهانی نمی توانست بوجود بیاید . برای مطالعه بیشتر در مورد نیروهای بنیادی به مقاله “ دینامیک “ بخش هشتم (۸- نیروهای بنیادی طبیعت ) مراجعه کنید .

شکل شماره۱ – چهار نیروی بنیادی که جهان ما را شکل داده اند

جدول شماره ۱ – مشخصات نیروهای بنیادی طبیعت

۲) نظریّهٔ وحدت بزرگ (Grand unified theory)

نظریه وحدت بزرگ (Grand unified theory) یا (همه چیز) نظریه ای است که می گوید تمام نیروهای بنیادی طبیعت (الکترومغناطیسی ، گرانش، هسته‌ای ضعیف و هسته‌ای قوی)در انرژی های بسیار بالا (۱۰۱۴ Gev) با هم یکی شده و نیروی واحدی را تشکیل می دهند این شرایط در ابتدای پیدایش جهان وجود داشته (برای مطالعه در مورد خلقت جهان به مقاله “مه بانگ و خلقت جهان “ مراجعه کنید) و بعد از سرد شدن جهان نیروها از همدیگر جدا شده اند بنابر این می توان به نظریه واحدی دست پیدا کرد که همه نیروهای بنیادی طبیعت را در آن جای داد (همچنان که قبلا تصور می شد الکتریسیته و مغناطیس دو پدیده جدا از هم هستند و با آزمایشات و کشفیات ماکسول در سال ۱۸۷۳ ثابت شد که این دو پدیده و نیرو منشاء واحدی دارند)پرفسور عبدالسلام (متولد۲۹ ژانویه ۱۹۲۶-درگذشته۲۱نوامبر۱۹۹۶)فیزیکدان پاکسانی توانست نیروهای الکترومغناطیس و هسته ای ضعیف را با هم متحد کرده(نیروی الکتروضعیف) و جایزه نوبل فیزیک را بگیرد (درسال۱۹۷۹)تلاش برای متحدکردن نیروی هسته ای قوی با “نیروی الکتروضعیف “ نتیج مثبتی داشته و بزودی نظریه آن ارائه می شود.ولی هر گونه تلاش برای متحدکردن نیروی گرانش با نیروهای دیگر تاکنون با شکست مواجه شده است و امیدی نیست که بزودی به موفقیت دست پیدا کند و این نشان می دهد که گرانش در اساس با نیروهای دیگر تفاوت بنیادین دارد. (در مورد نظریه وحدت بزرگ در مقاله های آینده توضیح کاملتری خواهیم داد ) 

  

شکل شماره۲ – پرفسور عبدالسلام فیزیکدان برجسته پاکستانی

نمودار شماره ۱ – نظریه وحدت بزرگ

۳) تفاوت گرانش با نیروهای دیگر

گرانش با نیروهای دیگر تفاوت بنیادی دارد . گرانش ويژگی های منحصر به فردی دارد که در دیگر نیروهای بنیادی وجود ندارد . در حالی که نیروهای الکترومغناطیس هم به صورت جاذبه و هم دافعه ظاهر می شوند گرانش فقط جاذبه است. همچنین برد نیروی گرانش برخلاف نیروهای هسته ای ضعیف و قوی که محدود بوده نامحدود می باشد با این وجود نیروی گرانش بسیار ضعیف تر از نیروهای دیگر می باشد به صورتی که تنها اجسام بسیار بزرگ و غول آسا (ستارگان و سیارات و … ) می توانند نیروی گرانش محسوسی داشته باشند . ولی یکی از مهمترین ویژگی های منحصر به فرد نیروی گرانش در این است که حائل گرانشی وجود ندارد که نظر به اهمیت آن در قسمت بعدی توضیح کامل تر می دهیم .

۴) حائل گرانشی چیست ؟

بگذارید از مثالی شروع کنیم همه شما آهن ربا را دیده اید که چگونه اشیاء آهنی را جذب خودش می کند همچنین دیده اید که اگر یک ورق کاغذ بین آهن ربا و آهن قرار دهیم نیروی آهن ربا ضعیف می شود هر چه ورقه کاغذ ضخیم تر باشد نیروی آهن ربا هم ضعیف تر می شود اگر بجای کاغذ یک جسم ضخیم و غیر آهنی ( مثلا یک قطعه چوب یا یک کتاب کلفت) قرار دهیم نیروی آهن ربا به اندازه ای تضعیف می شود که عملا خنثی می شود در این صورت می توانیم بگوئیم آن جسم حائل ( مثلا کتاب ) یک نوع حائل مغناطیسی می باشد نیروی الکتریکی هم به همین گونه عمل می کند و یک جسم قطور می تواند حائل الکتریکی باشد همچنین نیروهای دیگر هم می توانند حائل نیرو داشته باشند  ولی تمام کوشش ها برای ساخت حائل گرانشی با شکست مواجه شده و نه در گذشته و نه در آینده امکان ساخت چنین جسمی وجود ندارد. و این یک تفاوت مهم بین نیروی گرانش و نیروهای دیگر می باشد .
اگر چنین جسمی (حائل گرانشی ) وجود داشت در درجه اول جلو رسیدن نیروی جاذبه زمین را گرفته و بنابر این جسمی که از این حائل استفاده  می کند عملا بدون وزن می شد بنابر این ما می توانستیم بدون صرف نیرو و انرژی از روی زمین بلند شده به فضا رفته و هر جا می خواهیم حرکت کنیم .
یکی از مسائلی که قانون جاذبه عمومی نیوتن نمی توانست به آن پاسخ دهد همان حائل گرانشی و پاد گرانش بود. (درمورد پاد گرانش درمقاله “ پاد گرانش“ به طور کامل توضیح می دهیم .) بعد از کشف نسبیت عام انشتین دیدگاه جدید نسبت به گرانش پیدا شدکه توانست به این قبیل پرسش ها پاسخ دهد.

شماره ۳ – آهن ربا و حائل مغناطیسی

شماره ۴ – اگر ساخت حائل گرانشی امکان پذیر بود بدون هزینه براحتی پرواز می کردیم .

۶) تاثیر گرانش و سرعت نور

یکی از عجائب گرانش در این است که به صورت آنی منتقل می شود یعنی اگر  مثلا خورشید ما محو شد اثر آن بلافاصله به زمین می رسد در حالی که نور این فاصله را در ۸ دقیقه طی می کند و اگر قرار باشد اثر محو شدن خورشید به زمین برسد حداقل ۸ دقیقه زمان می برد این یعنی انتقال با سرعت بالاتر از نور آیا این قانون نسبیت خاص را که می گوید هیچ چیزی سریعتر از نور حرکت نمی کند نقص می کند؟!

 ۷) گرانش و نسبیت عام

قانون جاذبه عمومی نیوتن یک شاهکار به حساب آمده و درک جهانیان را از طبیعت دگرگون کرد قانون جاذبه عمومی توانست بسیاری از پدیده های طبیعت را که تا آن زمان مرموز و اسرار آمیز بودند توجیه کند با پیشرفت علم و افزایش وسائل اندازه گیری مسائل جدیدی مطرح شد که قانون جاذبه عمومی نیوتن دیگر نمی توانست به آنها پاسخ دهد از این رو لازم بود با یک قانون جدید جایگزین شود . سرانجام این کار توسط آلبرت اَینشتَین (دانشمند بزرگ آلمانی آمریکائی )دراوائل قرن بیستم انجام شدو “نسبیت عام” جای “قانون جاذبه عمومی نیوتن” را گرفت.نظربه اهمیت این مطلب در بخش ششم(۶-گرانش و نسبیت) در مورد نسبیت عام توضیح می دهیم . همچنین در مورد نسبیت عام درمقاله “  نسبیت و گرانش “به طور کامل توضیح خواهیم داد.

۸) انبساط جهان

ادوین هابل ستاره شناس آمریکائی(۱۸۸۹ – ۱۹۵۳) با بررسی کهکشان های دور دست و اندازه گیری سرعت آن ها دریافت که کهکشان ها از زمین دور میشوند و بر اساس آن نظریه انبساط جهان را پیش کشید طبق این نظریه دور شدن کهکشان ها از یکدیگر در نتیجه انفجار بزرگی بوده که ۸/۱۳میلیارد سال پیش بوقوع پیوست ولی بعدا مشخص شد این دورشدن کهکشان ها بخشی بخاطر انبساط جهان می باشد و بخش دیگر آن بخاطر نیروی مرموزی می باشد که “ انرژی تاریک “ نام دارد. نظربه اهمیت این موضوع در یک بخش جداگانه در مورد انبساط جهان همچنین ماده و انرژی تاریک توضیح می دهیم .

۹) ماده و انرژی تاریک

دانشمندان با اندازه گیری سرعت ستارگانی که در نقاط انتهائی کهکشان ها در حال گردش می باشند متوجه شدند میزان جرم کهکشان ها باید بسیار بیشتر از جرم مشاهده شده باشد از این رو فرض را بر این قرار دادند که باید ماده ای ناشناخته به نام “ ماده تاریک “ که دیده نمی شود وجود داشته باشد تا این همه گرانش اضافی را تولید کند تمام تلاش ها برای شناختن ماده تاریک تاکنون بی نتیجه مانده است .
از آن عجیب تر انرژی تاریک می باشد.طبق نظریه انبساط جهان کهکشان ها ازیکدیگر دور میشوند از طرفی گرانش کهکشان ها همانند ترمز بازدارنده ای ،باید این سرعت دور شدن را کند و کندتر بکند ولی در کمال تعجب مشاهده شدکه نه تنها سرعت دورشدن کهکشان ها ازیکدیگر کاهش نمییابدکه بیشتر هم میشودبنابر این آنها این دورشدگی رابه نوعی نیروی ناشناخته به نام“ انرژی تاریک“نسبت دادند. که هیچ چیز در مورد آن نمیدانند.  

۱۰) دانشمندان نمی‌توانند به‌طور کامل جاذبه را توضیح دهند

گرانش نیروی مرموزی است که هنوز همه ابعاد آن شناسائی نشده است ازاین رو علی رغم نظریه های نوینی همچون نسبیت عام (که جایگزین قانون جاذبه عمومی شد)دانشمندان هنوز نتوانستند دقیقا همه ابعاد گرانش را شناسائی کنند. و بگویند گرانش دقیقا چیست؟رفتار گرانش با نیروهای دیگر به کلی متفاوت میباشد نظریه‌ فعلی، گرانش را چیزی مابین تئوری نسبیت و تئوری کوانتومی عنوان می‌کند.ولی پدیده های مرموزی همچون ماده و انرژی تاریک(که همچنان ناشناخته مانده است)نشان دادند که در این زمینه هنوز بایدکار شود . شاید درک ما ازگرانش تاکنون اشتباه بوده است و باید یک انقلاب علمی دیگر در این زمینه انجام شود . این کار در حال انجام شدن است. پروفسور اریک ورلیند، کارشناس برجسته نظریه ریسمان در دانشگاه آمستردام و موسسه فیزیک نظری دلتا، در مقاله پژوهشی جدیدی که منتشر کرده است. ادعا کرده است که گرانش وجود ندارد و تمام آن یک توهم است .

۳- پارادوکس بنتلی

بعد از انتشار کتاب “اصول ریاضی فلسفه طبیعت“ که به صورت خیلی کامل و جامع قوانین حرکت و قانون گرانش جهانی و همچنین قوانین کپلر را توضیح داده و در نوع خود شاهکار به حساب می آمد و نیوتن را به اوج شهرت و محبوبیت رساند یک سری سوال های عجیبی را هم مطرح شد که آشکارا قانون جاذبه عمومی را نقض میکرد.یکی ازاین سوال ها توسط منجمی به نام بنتلی مطرح شده که به پارادوکس بنتلی مشهورگشت.   

شکل شماره ۵- ریچارد بنتلی

۱) پارادوکس چیست ؟

پارادوکس یا متناقض‌نما به هر گزاره یا نتیجه‌ای گفته می‌شود که با گزاره‌هایِ قبلیِ گفته شده در همان نظریه یا دستگاهِ نظری، یا با یکی از باورهایِ قویِ پیش‌زمینه، شهودِ عقلی یا باورِ عمومی در تناقض باشد.
این جمله به این معنی است که اگر ما یک گزاره (یک متن معمولی ، یک نظریه و یا قانون علمی و… ) را درست در نظربگیریم از داخل این گزاره می توانیم نتایجی بدست آوریم که آشکارا با حقیقت و یا عقل سلیم در تناقض باشد بنابراین پارادوکس ها راهی برای زیر سوال کردن و بی اعتبار کردن نظریه های علمی می باشند .

۲) پارادوکس بنتلی

در سال ۱۶۹۲ (یعنی۶سال بعد از انتشارکتاب نیوتن) کشیشی به نام “ ریچارد بنتلی “ که به نجوم هم علاقه داشت در یک نامه به نیوتن چنین نوشت : همانطور که شما نشان دادید گرانش همواره یک نیروی جاذبه می باشد و حالت دافعه ندارد حال دو حالت در نظر می گیریم .
۲-۱) با فرض متناهی بودن جهان : اگر جهان متناهی باشد مجموعه ستارگان عالم بر اثر نیروی جاذبه باید جذب هم شده و در نهایت به هم برخورد کرده و در هم فرو ریخته و در نهایت به یک توپ آتشین تبدیل شوند .
۲-۲) با فرض نامتناهی بودن جهان : حال فرض کنیم جهان نامتناهی باشد در این صورت نیروهای وارده به هر ستاره از هر طرف باید بی نهایت باشد و این موجب پاره پاره شدن ستاره ها و منظومه ستاره ای شده و جهان به گرد و غباری یکنواخت تبدیل می شد .

۳) راه حل نیوتن

از نظر نیوتن جهان نمی تواند متناهی و محدود باشد پس فرض اول غلط است در فرض دوم در جهانی نامتناهی اگر چه نیروهای وارده بر تک تک سیاره ها و ستاره ها بینهایت است ولی برآیند آنها صفر می باشد بنابراین هیچ اتفاقی نمی افتد.ولی خود او نیز می دانست که این راه حل اساسی نیست چنین جهانی بشدت ناپایدار است یعنی کافی است بر اثرحرکت ستاره ها برآیند نیروها از صفرخارج شده وجهان شروع به فروپاشی کند این بودکه ضمن اعتراف به این مسئله تایید کرد که خداوند همواره نظارت می کند تا این اتفاق نیفتد .

۴) راه حل امروز

در زمان نیوتن  فرضیه بیگ بنگ و انبساط جهان هنوز مطرح نشده بود. امروزه می دانیم که نه تنها جهان به واسطه گرانش در هم فرو نمی ریزد بلکه براثر انبساط جهان همواره در حال بزرگ شدن است. با این حال دانشمندان تاکید داشتند که اگر جرم جهان به اندازه کافی زیاد باشد انبساط به انقباض تبدیل شده و جهان در هم فرو می ریزد . با کشف ماده تاریک و انرژی تاریک مشکل بزرگتر شد .
برای توضیحات بیشتر به مقاله  “مه بانگ و خلقت جهان “ مراجعه کنید .

۴- پارادوکس البرس« چرا آسمان شب تاریک است؟ »

پارادوکس آلبرس یکی دیگر از ایرادهای قانون جاذبه عمومی می باشد این پارادوکس با یک سوال به ظاهر بچه گانه و عوامانه شروع می شود ولی اگر دقت کنیم پاسخ آن چندان ساده نخواهدبود در واقع تا قبل از نظریه نسبیت عام و انبساط جهان دانشمندان پاسخ درستی نتوانستند به آن بدهند.در این بخش به طورخیلی خلاصه به این پارادوکس می پردازیم . سوال ازاینجا شروع می شود: «چرا آسمان شب تاریک است؟» شما هم اگر فکر می کنید این سوال پاسخ ساده ای دارد این بخش از مقاله را حتما مطالعه کنید.

شکل شماره ۶ – چرا آسمان شب تاریک است ؟

۱) هاینریش ویلهلم ماتیاس اُلبرس(Heinrich Wilhelm Matthias Olbers)

اُلبرس در۱۱اکتبر ۱۷۵۸دربرمن آلمان متولد شد ابتدا به تحصیل پزشکی پرداخت و بعد به نجوم روی آورد در ۲۸مارس۱۸۰۲سیارک پالاس را کشف ونامگذاری کرد و در۲۹مارس۱۸۰۷سیاره کوتوله وستا را کشف کرد.اما مهمترین دلیل شهرتش پارادوکسی می باشد که به پارادوکس اُلبرس مشهور است و صورت کلی آن به این صورت می باشد : « چرا آسمان شب تاریک است؟ »

شکل های -شماره ۷ و ۸ – هاینریش البرس

۲) چرا آسمان شب تاریک است؟

پاسخ عوام به این سوال خیلی ساده است شب تاریک است چون خورشید غروب کرده است. ولی مسئله به این سادگی نیست در شب ستارگان می درخشندو چون جهان نامتناهی می باشد (همچنان که در بخش پارادوکس بنتلی گفته شدنیوتن و دانشمندان آن زمان مجبور بودند بپذیرند جهان نامتناهی است)بنابر این تعداد ستارگان هم نامتناهی می باشند و اگر چه نور تک تک این ستارگان کم می باشد ولی مجموع نور آنها بقدری زیاد می شود که از نورخورشید هم بیشتر شده و آسمان شب مانند روز روشن می شود.

۳) موضوع از چه زمانی شروع شد؟

بر خلاف آن چه بسیاری می پندارند موضوع از زمان گالیله شروع شد و او اولین کسی بود که جسته گریخته این موضوع را پیش کشید و نتیجه گرفت جهان باید متناهی باشد.کپلر هم در سال ۱۶۱۰این موضوع را پیش کشید و همین نتیجه را گرفت . ولی متناهی بودن جهان طبق پارادوکس بنتلی باعث می شد همه ستاره ها جذب هم شده و جهان درهم فرو بریزد .

۴) پاسخ های نادرست

بسیاری سعی کردند به این سوال پاسخ دهند ولی بعضا پاسخ های نادرست دادند. در اینجا فقط به دو مورد از این پاسخ ها اشاره می کنیم
۴-۱)غبار کیهانی : گرد و غبار کیهانی مانع از رسیدن نور ستارگان میشود.در پاسخ باید گفت : درابتدا گرد و غبارهای کیهانی جلو نور ستارگان را میگیرد ولی جذب نور توسط همین غبارها باعث افزایش دمای غبارها شده و بعد از مدتی تمام تابشی را که غبارها دریافت می کنند از طریق نورافشانی از دست داده و دیگر نمی توانند نور را جذب کنند . بنابر این نور تمام ستارگان دوباره به زمین رسیده و آسمان شب را روشن می کند .
۴-۲) تبدیل تابش ها به فرو سرخ : یکی از پاسخ های نادرستی که به این سوال داده می شود این است :
«به علت دوربودن کهکشان ها نوررهای مرئی ستاره های دور دست (در آن زمان هنوز کهکشان ها شناخته شده نبودند )به مادون قرمز تبدیل شده و بنابر این قابل دیدن نیستند.درپاسخ باید گفت : دراین صورت هم به همان اندازه نورهای فرابنفش باید وارد طیف مرئی شوند وجای نورهائی که به مادون قرمز تبدیل شده بگیرند.

۵) پاسخ آلبرس

خود البرس بهترین پاسخ را به این سوال داد : « آسمان شب به دو دلیل تاریک است اول این که عمر کیهان نامحدود نیست و جهان آغازی داشته است و دوم این که جهان هم نامحدود نیست و مرزی دارد نور دورترین ستارگان هنوز فرصت کافی پیدا نکرده اند تا به ما برسند.همچنین اولبرس عنوان کرد که « آسمان شب تنها زمانی تاریک خواهد بود که جهان درحال انبساط باشد.» بدین گونه آلبرس اولین کسی بود که نظریه انبساط جهان را پیش کشید .

۶) اهمیت پارادوکس البرس

این پرسش که “چرا آسمان شب تاریک است ؟  حداقل از زمان گالیله مطرح شد و نیوتن و کپلر هم نتوانستند پاسخ درستی به این پرسش بدهند . این پرسش خیلی مسائل را روشن می کند اول این که جهان نمی تواند از نظر زمانی و ابعاد نامتناهی باشد همچنین عمر ستارگان و کهکشان ها و تعداد آنها نمی تواند نامتناهی باشد .جهان آغازی داشته و اگر چه فضا ممکن است نامتناهی باشد ولی جهان مادی (جهان شامل تمام ماده و انرژی موجود) نمی تواند نامتناهی باشد بنابر این پاسخ به این پرسش مقدمه ای برای پی بردن به ساختار جهان شد و بعدها در قرن بیستم نظریه انبساط جهان و مه بانگ از دل آن بیرون امد .

۷) پاسخ درست

بعدازپی بردن دانشمندان به انبساط جهان و نظریه بیگ بنگ و تولد و مرگ ستارگان مسائل بسیاری روشن شد و پاسخ به این پارادوکس (و پارادوکس های مشابه)ساده تر شد (در بخش هفتم « ۷- انبساط جهان» به طور دقیقتری به این سوال پاسخ میدهیم) و اما پاسخ صحیح :
۷-۱)متناهی بودن جهان قابل رویت : از عمر جهان ۸/۱۳میلیارد سال میگذرد و نور کهکشان ها باید با سرعت نورحرکت کرده و به ما برسند از این رو نور کهکشان هائی درخارج از این محدوده ( ۸/۱۳میلیارد سال نوری) هنوز به ما نرسیده و با توجه به انبساط شتابدار عالم هرگز هم نخواهد رسید .
۷-۲)سن کهکشان ها و ستارگان : عمر کهکشان ها و ستارگان محدود بوده و نامحدود نیست ستارگان کهکشان ها می میرند و روشنائی خود را از دست می دهند و اگر چه ستارگان جدید متولد می شوند ولی در کل نور کهکشان ها و تعداد آنها نامحدود نیست .
۷-۳) انبساط جهان و از دست درفتن نور کهکشان های دور دست : یه علت فاصله زیاد ما با کهکشان های دور دست نور این کهکشان ها به امواج مادون قرمز و رادیوئی تبدیل شده و نورهای فرابنفش و امواج کمتر از نور مرئی آنقدر نیست که جای خالی آنها را پر کند .
نکته : شعاع جهان ۴۶میلیارد سال نوری میباشد ولی شعاع جهان قابل رویت ۸/۱۳میلیارد سال نوری میباشد.

۵- ایرادهای دیگر قانون جاذبه عمومی نیوتن

نیوتن توانست با قانون جاذبه عمومی درکی نوین از جهان ارائه دهد.(برای مطالعه در مورد قانون جاذبه عمومی به مقاله “قانون جاذبه عمومی نیوتن “ مراجعه کنید) قانون جاذبه عمومی توانست بسیاری از پدیده های طبیعت را (همچون گردش زمین و سیارات به دور خورشید و نیروی جاذبه زمین و… ) را توجیه کند و اندازه گیری های نسبتا دقیقی ارائه دهد ولی به مرور که اندازه گیری ها دقیق تر شده و پدیده های جدیدی کشف شد این قانون با چالش های متعددی مواجه شدبه طوری که لازم شد این قانون با قانون دیگری جایگزین شود .
این کارتوسط دانشمند بزرگ “آلبرت اَینشتَین “انجام شد. در بخش بعدی (۶-گرانش و نسبیت) به این موضوع خواهیم پرداخت . در این بخش توصیحات مختضری در باره ایرادهای قاون جاذبه عمومی نیوتن داده و در بخش های بعدی نشان خواهیم داد که چگونه این ایرادها با نسبیت عام حل شده است 

۱)آنی بودن اثر گرانش

طبق قانون جاذبه عمومی نیوتن اگر مثلا گرانش خورشید ناگهان قطع شود اثر آن بر روی زمین به صورت آنی خواهد بود و این یکی از مهمترین قوانین طبیعت را که هیچ چیزی نمی تواند سریعتر از سرعت نور حرکت کند( یکی از اجزاء مهم نسبیت خاص این است که سرعت نور بالاترین سرعت در طبیعت است) نقض می کند. با توجه به این که نسبیت خاص قبل از نسبیت عام توسط اَینشتَین فرمول بندی و تدوین شد همین اَینشتَین را به فکر انداخت که قانون جدید برای گرانش تدوین کند .

۲)مدار حرکت عطارد

در سال ۱۸۵۹ستاره شناس معروف فرانسوی اوربن لاوریه (متولد ۱۱مارس۱۸۱۱ وفات ۲۳سپتامبر ۱۸۷۷)کشف کرد که مدارعطاردبا محاسباتی که قانون جاذبه عمومی میداد همخوانی ندارد تا زمان وضع و تدوین نسبیت عام دانشمندان نتوانستنددلیل این پدیده را کشف کنند و سرانجام با نسبیت عام این مسئله کامل توضیح داده شد.

۳) جابجا شدن ستاره ها در هنگام کسوف

در سال ۱۸۰۱(حدود ۱۱۵سال قبل از نظریه نسبیت عام)ستاره شناس معروفی به نام سولدنر در ۲۵سالگی این پدیده را عنوان کرد که درهنگام کسوف ستارگانی که دیده می شوند متفاوت از موقعی می باشند که خورشید در آن مکان قرار نداشته ولی این مسئله جدی گرفته نشد چون باورکردنی نبود مشکل در اینجا بود که فوتون های نور جرم ندارند و بنابر این نمی توانند تحت تاثیر جاذبه قرار بگیرند .

۴) انتقال به سرخ گرانشی

یکی از پدیده هائی که با قانون جاذبه عمومی نیوتن همخوانی نداشت و موجب حیرت دانشمندان شده بود انتقال به سرخ گرانشی بود در این پدیده موقعی که نور در مسیر مخالف جاذبه حرکت می کرد از انرژی آن کاسته شده و بنابر این به طول موج آن افزوده می شد و بنابر این پرتو نور به سمت قرمز میل می کرد درست همانند موقعی که یک سنگ را به بالا پرتاب کرده و بر اثر گرانش از سرعت آن کاسته می شد . عجیب بودن این پدیده هم مانند خمیده سدن پرتوهای نور بدون جرم بودن فوتون ها نور بود .

۵)آیا قانون جاذبه عمومی نیوتن باید کنار گذاشته شود؟

در گرانش های کم و معمولی فرمول ها و محاسباتی که از قانون جاذبه عمومی نیوتن بدست می آید با دقت بالائی با فرمول های نسبیتی هماهنگی دارد و نیازی به استفاده از فرمول های نسبیتی نیست ولی در گرانش های بالا (ستاره های غول آسا و سیاه چاله ها و…) به جای فرمول های نیوتنی باید از فرمول های نسبیتی استفاده کرد همچنان که در سرعت های کم می توان از فرمول های مکانیک کلاسیک استفاده کرد ولی در سرعت های نزدیک سرعت نور باید از فرمول های نسبیت خاص استفاده کرد .

۶- گرانش و نسبیت عام

نسبیت عام نظریه ای بود که توسط دانشمند بزرگ آلمانی آلبرت اَینشتَین (Albert Einstein) متولد ۱۴مارس ۱۸۷۹وفات ۱۸ آوریل ۱۹۵۵برای پاسخ دادن به مسائلی و پدیده هائی که قانون جاذبه عمومی نیوتن قادر با پاسخگوئی به آن نبود تدوین شد. نظریه‌ی نسبیت اینشتین یکی از مهم‌ترین و جهان‌شمول‌ترین نظریه‌ها‌ی تاریخ علم است؛ نظریه‌ای که دید ما را نسبت به فضا و زمان به‌کلی تغییر داد. در این بخش از مقاله توضیح کوتاهی در مورد نسبیت عام داده و در مقاله “ نسبیت و گرانش “ توضیح کاملتری در مورد نسبیت عام و پدیده های در ارتباط با آن می دهیم .

۱) از فرضیه اتر تا آزمایش مایکلسون-مورلی

از زمان نیوتن فیزیکدان ها پی برده بودند که برای انتشار امواج صوتی(و همینطور امواج دیگری نظیر امواج آب ) محیط مادی مورد نیاز می باشد همچنین این مسئله نیز مشخص شده بود که بین زمین و خورشید(همچنین زمین و ستارگان) هیچگونه محیط مادی وجود ندارد بنابر این نور خورشد و همینطور سنارگان چگونه به زمین می رسند؟ برای حل این موضوع فرض کردند که همه جهان (حتی درون اتم ها و مولکول ها ) را ماده ای بدون جرم و شفاف به نام اتر پوشانده است و همه پدیده ها را با اتر توجیه می کردند . ولی تمام آزمایشات برای آشکار کردن اتر با شکست مواجه شد. در سال ۱۸۸۷دو دانشمند به نام مایکلسون-مورلی آزمایشی را ترتیب دادند که به نام “آزمایش مایکلسون-مورلی “  شناخته شد در این آزمایش سرعت نور را در دو راستای مختلف (درجهت حرکت زمین و خلاف جهت حرکت زمین) اندازه گرفتند و مشاهده کردند که سرعت نور در هر دو راستا مقداری ثابت است و هیچ تفاوتی ندارد از این رو مهمترین مدرک برای رد فرضیه اتر اثبات شد .( شکل شماره ۹ )

 

شکل شماره ۹ – عبور زمین از میان اتر

۲) مستقل بودن سرعت نور

مایکلسون همچنین سرعت نوررا درراستاهای مختلف و از روی اشیاء متحرک اندازه گیری کرد و نشان داد سرعت نور بدون توجه به سرعت و جهت وسیله نقلیه همواره ثابت است به عنوان مثال در یک کامیون حتی با سرعت بسیار بالا سرعت نورچراغ های جلو و عقب بدون توجه به سرعت کامیون همواره یکسان میباشد یعنی بر خلاف اجسام متحرک دیگر (مثلا گلوله توپ یا تفنگی که از روی کامیون شلیک می شود)سرعت نور با سرعت کامیون جمع و تفریق نمی شود . ( شکل شماره ۱۰ )

شکل شماره ۱۰ – مستقل بودن سرعت نور

۳) نسبیت خاص

پدیده عجیبی پیش آمده بود یعنی چه؟چرا نور برخلاف اشیاء دیگر رفتار می کند چه چیز عجیبی در مورد نور وجود دارد و… در پاسخ یه این سوال ها اینشتین با تاکید بر ثابت و مستقل بودن سرعت نور معادلات جدیدی نوشت و در سال ۱۹۰۵فرضیه نسبیت خاص را تدوین کرد . ثابت نگه داشتن سرعت نور منجر به نتایج شگفت انگیزی شدمانند : افزایش جرم و کوتاه شدن اشیاء متحرک و همچنین کند شدن تا توقف ساعت های متحرک

۴) نسبیت عام و فضا زمان

بعد از وضع نظریه نسبیت خاص اَینشتَین این سوال را مطرح کرد که آیا این نظریه با قانون گرانش جهانی نیوتن همخوانی دارد ، پاسخ منفی بود از این رو اَینشتَین درصدد شد تا نظریه کاملتری برای گرانش وضع کند تا هم گرانش رابا نسبیت خاص سازگار کندهم پدیده هائی که باقانون جاذبه عمومی نیوتن توجیه نمیشدرا توجیه کند.
از این رو نظریه نسبیت عام را بین سال های ۱۹۰۵ و ۱۹۱۵در مورد گرانش وضع کرد اصل و اساس نسبیت عام به صورت خیلی ساده و خلاصه به این صورت می باشد:« گرانش بیش از این که یک نیرو باشد یک عامل هندسی در فضا زمان میباشد به این صورت که گرانش فضا زمان را خمیده کرده و انحنای فضا زمان را ما ، به عنوان نیروی گرانش می بینیم . (در مورد فضا زمان در مقاله “ گرانش و نسبیت “ نوضیح  بیشتری میدهیم ) شکل شماره ۱۱

شکل شماره ۱۱ – انحنای فضا زمان

۵) اثرات نسبیت عام

نسبیت عام یک سری نتایج به دنبال دارد و بنابر این یک سری پیش بینی هائی می تواندانجام دهد(نتایجی که قانون جاذبه عمومی توضیحی برای آن ندارد) این اثرات به صورت خلاصه عبارتد از : حرکت تقدیمی اوج و حضیض( که نمونه بارز ان در مورد عطارد می باشد)، خمیده شدن پرتوهای نور بر اثر انحنای فضا زمان(که خود منجر به پدیده های شگفت انگیزی چون سراب های کیهانی و عدسی های گرانشی می شود) ، انتقال به سرخ گرانشی ، تأخیر گرانشی شاپیرو ، امواج گرانشی و پدیده سیاه چاله ها

۶) آزمون های نسبیت عام

هر نظریه ای برای این که تایید شود باید بتواند از بوته آزمایش سربلند بیرون بیاید و یکسری آزمون ها را پشت سربگذارد . نظریه نسبیت هم از این امر مستثنتا نبوده و باید آزمون هائی را پشت سر بگذارد پیش بینی های مهمی که نسبیت عام ارائه داد و از بوته آزمایش سربلند بیرون آمد از این قرار است :
۶-۱) حرکت تقدیمی حضیض خورشیدی مدار سیاره تیر : طبق قانون اول کپلر مدار سیاره ها به دور خورشید بیضی می باشد ولی باید توجه کرد که این مدار دقیقا بیضی نیست بلکه گلبرگی می باشد یعنی مدار سیاره در یک صفحه ثابت نیست بلکه بیضی مدار یک حرکت تقدیمی را حول کانون بیضی(که محل قرار گیری خورشید می باشد طی می کند)چنین حرکتی را “حرکت تقدیمی اوج و حضیض” می نامند که بارزترین نمونه آن حرکت اوج و حضیض عطارد می باشد . معادلات نسبیت عام نشان داد که این مقدار همان ۴۳ ثانیه فوسی در هر قرن می باشد( همان که اندازه گیری شده بود ) بنابر این معمای مدار عطارد هم حل شد .
۶-۲)خمیده شدن نور توسط خورشید: طبق پیش بینی های نسبیت عام ، خورشید در هر نقطه از آسمان که قرارداشته باشدنورستارگان اطراف خورشیدبخاطر انحنای فضا زمان خمیده میشود بنابر این ستارگان اطراف خورشید درجای واقعی خود دیده نشده وجابجا می شوند درخورشید گرفتگی سال ۱۹۱۹این مسئله ثابت شد.
۶-۳) انتقال به سرخ گرانشی نور : نور هم مانند هر جسم دیگری اگر در مسیر مخالف گرانش بخواهد حرکت کند انرژی از دست می دهد که این از دست دادن انرژی باعث افزایش طول موج نور شده که این پدیده را انتقال به سرخ گرانشی می نامند .
۶-۴) تاخیر زمانی شپیرو : طبق این پدیده گرانش اجسام عظیم باعث انحنای فضا زمان شده و این انحنا مانع از این می شود که نور و امواج الکترومغناطیس ( که از جنس نور هستند ) به خط مستقیم حرکت کنند و مسیر طولانی تری را طی کرده تا به هدف برسند این پدیده به نام “ تاخیر زمانی شپیرو “  نامیده شده و باعث می شود سیگنال های رادیوئی دیرتر به مقصد برسند . این پیش بینی توسط اَینشتَین مطرح نشد و ۵۰ سال بعد در سال ۱۹۶۴ توسط “ اروین شاپیرو “ دانشمند آمریکائی مطرح و با موقیت آزمایش شد .
این چهار آزمون ، به نام آزمون های نسبیت عام شناخته می شود .

۷- انبساط جهان 

جهان در حال گسترش و انبساط است درست مانند بادکنکی که باد می کنیم و کهکشان ها با سرعت در حال دورشدن از یکدیگر هستند.نظریه انبساط جهان یکی از مهمترین و شگفت انگیز ترین نظریاتی بود که در اوائل قرن بیستم مطرح شد و هنوز هم همه ابعاد آن شناخته نشده است.انبساط جهان مبنا و پایه ای شدبرای نظریه بیگ بنگ و خلقت جهان ، در این بخش به صورت بسیار مختصر در مورد انبساط جهان توضیح می دهیم . توضیح کاملتر در این مورد در مقاله “مه بانگ و خلقت جهان “ داده می شود .

۱) روش های اندازه گیری فاصله ها و سرعت ها در کیهان

در نجوم و کیهان شناسی اندازه گیری فاصله بسیار مهم است و با اندازه گیری های زمینی بسیار متفاوت است (برای مطالعه در مورد روش های اندازه گیری زمینی به فصل سوم مقاله های نجومی  “جمع بندی کلیه مقاله های نجومی فصل سوم – محاسبات زمینی” مراجعه کنید) زیرا اجرام آسمانی در دسترس نیستند و بیشتر آنها بسیار بسیار دور می باشند بنابر این برای اندازه گیری فاصله باید ازروش های غیر مستقیم استفاده کرد(در مقاله “ اندازه گیری های نجومی “ به طور کامل به این مسئله خواهیم پرداخت) 

۲) دورشدن سحابی های مارپیچی (کشفیات اسلیفر )

در اوائل قرن بیستم ستاره شناسان اجرامی را که امروزه ما آنها را کهکشان می نامیم “سحابی های مارپیچی” نامیده و فکر می کردند سحابی هائی در درون کهکشان راه شیری هستند . درسال ۱۹۱۴ وستو اسلیفر ستاره شناس نامدار آمریکائی (۱۱ نوامبر ۱۸۷۵ – ۸ نوامبر ۱۹۶۹) با اندازه گیری انتقال به قرمز ۱۲عدد از سحابی های مارپیچی اعلام کرد که بجز یک مورد که به زمین نزدیک می شود (آندرو مدا ) همه آنها از زمین دور می شوند و بنابر این سنگ بنای نظریه انبساط جهان را ریخت .

۳) کشف کهکشان ها

ادوین هابِل ستاره شناس نامدار آمریکائی (۲۰نوامبر ۱۸۸۹- ۲۸ سپتامبر ۱۹۵۳) اعلام کرد که برای پی بردن به ماهیت سحابی های مارپیچی باید با تلسکوپ قوی تری آنها را رصد کرد و سرانجام موفق شد با بزرگترین تلسکوپ نوری آن زمان(تلسکوپ مونت ویلسون با آینه ای به قطر ۲/۵متر)سحابی های مارپیچی را رصد کند. در سال۱۹۲۲با پیدا کردن یک ستاره متغیر (به کمک دوره تناوب ستاره های متغیر می توان فاصله آنها را اندازه گرفت )در کهکشان آندرو مدا توانست فاصله آن کهکشان را تا زمین اندازه بگیرد و دید این فاصله میلون ها سال نوری می باشد و نمی توانسد یکی از اجرام راه شیری باشد بنابر این مانند راه شیری کهکشانی مجزا میباشد به همین ترتیب هاۤبِل ثابت کرد که بیشتر این سحابی ها کهکشان هائی مجزا ازراه شیری می باشند .  

شکل شماره ۱۲ – ادوین هابِل کاشف کهکشان ها و نظریه انبساط جهان

شکل شماره ۱۳ – رصد خانه مونت ویلسون( در این رصدخانه هابِل ثابت کرد سحابی های مارپیچی کهکشان های مجزائی هستند )

۴) انبساط جهان

هابِل با استفاده از روش های اندازه گیری فاصله توانست فاصله کهکشان های نزدیکتر را اندازه گیری کرده و با استفاده از انتقال به قرمز کهکشان ها سرعت کهکشان ها را نیز اندازه بگیرد و بعد با آوردن آنها در نمودار توانست رابطه ای خطی بین فاصله کهکشان ها و سرعت آنها پیدا کند. او به این نتیجه رسید که همه کهکشان ها از همدیگر دور شده و به این وسیله نظریه انبساط جهان را با مدارک و شواهد کافی ارائه داد .

۸- مه بانگ و خلقت جهان

در گذشته ای بسیار دور تمام جهان در یک نقطه متمرکز بوده نقطه ای که از یک پروتون کوچکتر بوده و بعد بر اثر عامل و یا عوامل ناشناخته شروع به تورم و انبساط کرد و تمام ماده و انرژی که ما می بینیم بوجود آورد . از آن زمان تا کنون ۸/۱۳میلیارد سال گذشته است . از این رو سن جهان را ۱۳/۸میلیارد سال درنظر می گیرند تورم کیهانی را مه بانگ یا بیگ بنگ می نامند . در مقاله “مه بانگ و خلقت جهان “ به طور مفصل در مورد مه بانگ توضیح می دهیم آنچه در این بخش توضیح می دهیم فشرده ای از این مقاله می باشد .

۱) اندیشه انفجار بزرگ مه بانگ چگونه شکل گرفت ؟

هایِل کشف کرد که کهکشان ها از همدیگر دور می شوند و بدون توجه به جهتشان هر چه دورتر باشند سرعت دور شدنشان از یکدیگر بیشتر می شود بر این اساس اگر بخواهیم به گذشته برگردیم (مانند فیلمی که از آخر به اول نشان می دهند )کهکشان ها به همدیگر نزدیک و نزدیکتر می شوند تا سرانجام در یک نقطه متمرکز می شوند . پس می توان نتیجه گرفت در گذشته ( ۱۳/۸ میلیارد سال پیش ) همه جهان در یک نقطه متمرکز بوده  و با  “مه بانگ “ گسترشش پیدا کرده تا به امروز رسیده است .

۲) مه بانگ چیست ؟

نظریه مِه‌بانگ یا بیگ بنگ (Big Bang)بیان می کند که جهان ما در ۱۳/۸میلیارد سال پیش ، از انفجار یک نقطه بسیار ریز و چگال (کوچکتر از پروتون ) بوجود آمده و بسط پیدا کرده است . برای اولین بار که ژرژ لومتر(۱۷ژوئیه ۱۸۹۴- ۲۰ ژوئن ۱۹۶۶) کشیش و اخترشناس بلژیکی عنوان کرد که انبساط بزرگ را می توان در زمان به عقب برد و به جائی رسید که همه جهان در یک نقطه متمرکز بوده است از آن زمان نظریه مه بانگ عنوان شد.

۳) مه بانگ و خلقت جهان

بعد از شروع مه بانگ جهان ذره ذره شکل گرفت «در ابتدا هیچ چیز نبود جز یک نقطه بعد در حالی که دمای جهان میلیاردها درجه بود نیروهای اصلی عالم از یکدیگر جدا شدند و بعد ذرات بنیادی شکل گرفتند و بعد از آن موقعی که جهان به اندازه کافی سرد شداتم های اولیه (هیدروژن و هلیم) بوجود آمدند و بعد اولین کهکشان ها و ستارگان و…تا به زمان مارسیدند»در مقاله “ مه بانگ و خلقت جهان “ میتوانید ماجرا را کامل دنبال کنید.

شکل شماره ۱۴ – مه بانگ

۴) مرکز عالم کجاست؟

مه بانگ را نمی توان انفجار ماده در فضای خالی در نظر گرفت «مه بانگ انبساط ناگهانی فضا زمان میباشد» بنابر این هیچ مرکزی نمی توان برای آن در نظر گرفت دور شدن کهکشان ها در همه جهات می باشد و فرقی نمی کندکه در کجای جهان باشیم مانند نقاط روی بادکنک که باد می شود هر نقطه می تواند خود را مرکز جهان تصور کند(شکل شماره ۱۵)

شکل شماره ۱۵ – برای عالم نمی توان مرکزی در نظر گرفت

۵) شواهد مه بانگ

هر نظریه را یکسری شواهد باید پشتیبانی کند مهمترین شواهد مه بانگ “تابش پس زمبنه کیهانی” می باشد که در سال۱۹۶۴توسط دو ستاره شناس آمریکائی (جرج گاموف و آرنو پنزیاس)در سال۱۹۶۴کشف کردند و آن بازمانده تشعشعات مه بانگ می باشد که به شکل تابش ماکرو  امروزه در همه جهات می توانیم ببینیم .

۹- ماده و انرژی تاریک

حال سوالی در اینجا مطرح می شود این انبساط عالم تا کجا ادامه پیدا می کند؟ آیا جرم جهان بقدری میباشد که سرعت انبساط عالم را متوقف کرده و بعد از توقف انبساط بر اثر نیروهای گرانشی عالم دوباره شروع به انقباض کند و به جای انبساط بزرگ انقباض بزرگ شروع شود برای پاسخ به این سوال کیهان شناسان ابتدا باید سرعت انبساط عالم را اندازه گرفته و بعد جرم جهان را تعیین کنند موضوعی که در ادامه به آن خواهیم پرداخت. 

۱) ماده تاریک

برای اندازه گیری جرم جهان کیهان شناسان نه تنها جرم ماده مرئی بلکه جرم ماده نامرئی را هم باید اندازه گیری می کردند ستاره شناسان با اندازه گیری سرعت کهکشان ها در خوشه های کهکشانی به این نتیجه رسیدند که سرعت کهکشان های اقماری بسیار بیشتر از مقداری است که باید باشد(حدود ۴۰۰ برابر) همچنین با اندازه گیری سرعت ستارگان در لبه های کهکشان های مختلف به همین نتیجه رسیدند بنابر این مقدار زیادی ماده گمشده و نامرئی (حدود ۵ برابر ماده مرئی)در این میان وجود دارد که آن را ماده تاریک نام گذاشتند . تمام تلاش ها تاکنون برای پیدا کردن ماده تاریک با شکست روبرو شده است .

۲) انرژی تاریک

سرعت انبساط جهان هر چه باشد بخاطر گرانش کهکشان ها بایدکند شونده باشد حال این انبساط متوقف و انقباض بزرگ شروع شود و یا تا ابد ادامه پیدا کند ولی اندازه گیری هائی که از سرعت انبساط جهان در سال ۱۹۹۸توسط تلسکوپ هابِل انجام شدنشان داد که با کمال تعجب سرعت انبساط جهان در گذشته های بسیار دور(میلیاردها سال گذشته) بسیار کمتر از امروز بوده است بنابر این کیهان شناسان نتیجه گرفتند باید عامل ناشناخته ای وجود داشته باشد که انبساط جهان را سرعت می دهد آنها این عامل ناشناخته را انرژی تاریک نام نهادند که همانند ماده تاریک تاکنون هیچ نشانه ای از آن پیدا نشده است .     

۳) مقدار ماده و انرژی جهان

کیهان شناسان به این نتیجه رسیدند که ماده و انرژی معمولی تنها ۵ درصد ماده و انرژی جهان را تشکیل می دهد و بیش از ۹۵ درصد ماده و انرژی جهان به صورت ماده و انرژی تاریک می باشند که دانشمندان هیچ اطلاعاتی در مورد آن ندارند و تنها می دانند که وجود دارند .

نمودار شماره ۲ – ماده و انرژی موجود در جهان

۴) نظریه های جدیدی برای گرانش

جستجوها برای کشف ماده و انرژی تاریک تاکنون با شکست مواجه شده است از این رو بسیاری از دانشمندان فرضیه های جدیدی در ارتباط با گرانش مطرح کرده اند ازجمله این که نیروی گرانش در فواصل کوتاه از قانون جاذبه عمومی و نسبیت عام پیروی می کند و شاید در فواصل دور چنین نباشد و باید یک نظریه جدید در مورد گرانش نوشته شود شاید اشتباه از اندازه گیری فواصل کیهانی باشد در این صورت باید در محاسبه فاصله ها تجدید نظر کرد و…

۱۰ – خلاصه بخش های مقاله

در میان چهار نیروی اصلی طبیعت گرانش با نیروهای دیگر تفاوت های محسوسی دارد. نیروی گرانش با “قانون جاذبه عمومی نیوتن ”درسال ۱۶۸۷در کتاب“ اصول ریاضی فلسفه طبیعت “ فرمول بندی و به جهانیان معرفی شد و پایه و اساس مکانیک کلاسیک گذاشته شد.در زمان های بعد اندازه گیری های دقیق (مانند مدار عطارد) نشان داد که قانون جاذبه عمومی چندان هم دقیق نبوده و باید اطلاح شود که این کوشش ها منجربه تولد نظریه نسبیت عام شد.در این مقاله درمورد رازها و اسراری که در مورد نیروی گرانش وجود دارد توضیح میدهیم.

۱)مروری به مقاله های گذشته

گرانش یکی از مهمترین نیروهای جهان می باشد. که بدون نیروی گرانش نه تنها ستارگان و سیارات و…بلکه اتم هائی که امروزه در بدن ما و…اطراف ما وجود دارند نیز شکل نمی گرفتند . ما در فصل گرانش تا جائی که امکان داشت مطالب مختلف را به صورت ساده و خلاصه جمع آوری کردیم و ابتدا از تاریخ گرانش شروع کردیم

۲) رازهای گرانش

گرانش ویژگی های منحصر به فردی دارد که در نیروهای دیگر نمی بینیم . اول آن که این نیرو همیشه جاذبه می باشد در حالی که مثلا الکترومغناطیس هم به صورت جاذبه و هم دافعه ظاهر می شود دیگر این که برد نیروهای دیگر محدود بوده ولی برد نیروی گرانش محدود نیست و…

۳) پارادوکس بنتلی

بعد از انتشار کتاب “اصول ریاضی فلسفه طبیعت“ که به صورت خیلی کامل و جامع قوانین حرکت و قانون گرانش جهانی و همچنین قوانین کپلر را توضیح داده و در نوع خود شاهکار به حساب می آمد و نیوتن را به اوج شهرت و محبوبیت رساند یک سری سوال های عجیبی را هم مطرح شد که آشکارا قانون جاذبه عمومی را نقض میکرد.یکی ازاین سوال ها توسط منجمی به نام بنتلی مطرح شده که به پارادوکس بنتلی مشهورگشت.   

۴) پارادوکس البرس «چرا آسمان شب تاریک است؟»

پارادوکس آلبرس یکی دیگر از ایرادهای قانون جاذبه عمومی می باشد این پارادوکس با یک سوال به ظاهر بچه گانه و عوامانه شروع می شود ولی اگر دقت کنیم پاسخ آن چندان ساده نخواهدبود در واقع تا قبل از نظریه نسبیت عام و انبساط جهان دانشمندان پاسخ درستی نتوانستند به آن بدهند.در این بخش به طورخیلی خلاصه به این پارادوکس می پردازیم .سوال ازاینجا شروع می شود: «چرا آسمان شب تاریک است؟» شما هم اگر فکر می کنید این سوال پاسخ ساده ای دارد این بخش از مقاله را حتما مطالعه کنید.

۵) ایرادهای دیگر قانون جاذبه عمومی نیوتن

نیوتن توانست با قانون جاذبه عمومی درکی نوین از جهان ارائه دهد. قانون جاذبه عمومی توانست بسیاری از پدیده های طبیعت را (همچون گردش زمین و سیارات به دور خورشید و نیروی جاذبه زمین و… ) را توجیه کند و اندازه گیری های نسبتا دقیقی ارائه دهد ولی به مرور که اندازه گیری ها دقیق تر شده و پدیده های جدیدی کشف شداین قانون با چالش های متعددی مواجه شدبه طوری که لازم شد این قانون با قانون دیگری جایگزین شود .در طی همین کاستی ها و نقایض قانون جاذبه عمومی بود که نظریه نسبیت خاص توسط آلبرت اَینشتَین جایگزین قانون جاذبه عمومی نیوتن شد .

۶) گرانش و نسبیت عام

نسبیت عام نظریه ای بود که توسط دانشمند بزرگ آلمانی آلبرت اَینشتَین (Albert Einstein) متولد ۱۴مارس ۱۸۷۹وفات ۱۸ آوریل ۱۹۵۵برای پاسخ دادن به مسائلی و پدیده هائی که قانون جاذبه عمومی نیوتن قادر با پاسخگوئی به آن نبود تدوین شد. نظریه‌ی نسبیت اینشتین یکی از مهم‌ترین و جهان‌شمول‌ترین نظریه‌ها‌ی تاریخ علم است؛ نظریه‌ای که دید ما را نسبت به فضا و زمان به‌کلی تغییر داد.

شکل شماره ۱۶ – تفاوت بین گرانش نیوتن با انیشتین

۷)انبساط جهان 

جهان در حال گسترش و انبساط است درست مانند بادکنکی که باد می کنیم و کهکشان ها با سرعت در حال دورشدن از یکدیگر هستند.نظریه انبساط جهان یکی از مهمترین و شگفت انگیز ترین نظریاتی بود که در اوائل قرن بیستم مطرح شد و هنوز هم همه ابعاد آن شناخته نشده است.انبساط جهان مبنا و پایه ای شدبرای نظریه بیگ بنگ و خلقت جهان ، در بخش هفتم این مقاله (۷- انبساط جهان )به صورت بسیار مختصر در مورد انبساط جهان توضیح می دهیم .

۸) مه بانگ و خلقت جهان

در گذشته ای بسیار دور تمام جهان در یک نقطه متمرکز بوده نقطه ای که از یک پروتون ( هسته اتم هیدروژن و یکی از مهمترین ذرات بنیادی هسته اتم ) کوچکتر بوده و بعد بر اثر عامل و یا عوامل ناشناخته شروع به تورم و انبساط کرد و تمام ماده و انرژی که ما می بینیم بوجود آورد. از آن زمان تا کنون ۱۳/۸میلیارد سال گذشته است. از این رو سن جهان را ۱۳/۸میلیارد سال درنظر می گیرند تورم کیهانی را مه بانگ یا بیگ بنگ می نامند .
توضیح کاملتر در این مورد در مقاله “مه بانگ و خلقت جهان “ داده می شود .

۹) ماده و انرژی تاریک

حال سوالی در اینجا مطرح می شود این انبساط عالم تا کجا ادامه پیدا می کند؟ آیا جرم جهان بقدری میباشد که سرعت انبساط عالم را متوقف کرده و بعد از توقف انبساط بر اثر نیروهای گرانشی عالم دوباره شروع به انقباض کند و به جای انبساط بزرگ انقباض بزرگ شروع شود برای پاسخ به این سوال کیهان شناسان ابتدا باید سرعت انبساط عالم را اندازه گرفته و بعد جرم جهان را تعیین کنند موضوعی که در ادامه به آن خواهیم پرداخت. 

برای مطالعه سایر مقاله های نجومی روی شکل زیر کلیک کنید.

برای مطالعه مقاله های روانشناسی اینجا  را کلیک کنید .

عکس های طبیعت, طبیعت خوانسار , شکوفه های بهاری  , گلستان کوه ,دانلود آلبوم های کامل بهترین و زیباترین عکس ها ,آلبوم هائی با صدها عکس کیفیت بالا ,  در هیچ کجای اینترنت این عکسها را پیدا نمیکنید , عکس هابدون استفاده از تکنیک های فتوشاپ تهیه شده , کاملا طبیعی 

برای آموزش کامل و حرفه ای گوگل مپ روی شکل زیر کلیک کنید

همه جیز در مورد گوگل مپ

۱) هر گونه اظهار نظر را در فرم اظهار نظر کاربران وارد کنید .
۲) نظرات بعد از تایید مدیریت نشان داده می شود .
۳) با انتقادات و پیشنهادات سازنده خود ما را هرچه بیشتر  همراهی کنید . مدیریت از انتقادات و پیشنهادات سازنده شما استقبال میکند .
۴) نوشته های قرمز پر رنگ ارجاع به لینک هستند که هنوز لینک آنها قرار داده نشده است ( هنوز صفحه آنها منتشر نشده است )
۵) نوشته های آبی پر رنگ ارجاع به لینک هستند که لینک آنها قرار داده شده است (صفحه آنها منتشر شده است )
۶) هرگونه بهره برداری : کپی تمام و یا قسمتی از مطالب این سایت بدون ارجاع منبع آن ممنوع می باشد .
۷) تکثیر فایل های Pdf با ذکر منبع آزاد ولی فروش آن تحت هر عنوان و با ذکر منبع هم ممنوع می باشد.

 

 

 

 

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *