فیزیک و نجوم

دانشمندان راهی برای مشاهدۀ داخل سیاهچاله ارائه دادند!

سیاهچاله هر چیزی که از افق رویدادش عبور کند را به داخل خود می کشد، حتی نور نیز نمی تواند از کشش گرانشی یک سیاهچاله بگریزد. این بدان معنی است که هیچ دستگاهی در زمین وجود ندارد تا بتوانیم متوجه شویم در داخل سیاهچاله ها چه می گذرد. مطالعه بر روی سیاهچاله ها بایستی از پایه صورت گیرد! محققان بطور خاص در علم چیزهای جدید و عجیبی مشاهده می کنند، سپس آنرا تجزیه و تحلیل می کنند، سپس فرضیه های جدیدی برای توضیح و طبقه بندی اش ارائه می دهند. در نهایت نیز برای این مفاهیم از ریاضیات پیچیده کمک می گیرند!

(بیشتر…)

چگونه اندازۀ کیهان از سنش می تواند بیشتر باشد؟

سرعت نور یکی از خواص اصلی و ویژه در جهان ماست که کاربردهای زیادی نظیر اندازه گیری فاصله، ارتباطات و… دارد. سرعت نور در خلا برابر ۱۸۶٫۲۸۲ مایل بر ثانیه یا ۲۹۹٫۷۹۲ کیلومتر بر ثانیه است که غیر قابل تغییر میباشد. حالا اگر این متغیر را حذف کنیم، بنیان فیزیک مدرن به هم خواهد ریخت، این مهم به دلایلی اتفاق خواهد افتاد، اما طبق یک قانون کلی داریم: هیچ چیزی در جهان سریع تر از نور حرکت نمی کند.

Vision-of-the-Observable-Universe-e1420559669915به گزارش بیگ بنگ، تصور کنید که برخی از چیزهای عجیب از این ناشی میشود که افرادی این واقعیت را در نظر میگیرند که اندازه ی کیهان ۱۳٫۸ میلیارد سال نوری نیست(یعنی به اندازه سن خویش باشد). طبق اطلاعات بدست آمده، این اندازه اندکی بیشتر است! پس چگونه ممکن است که طبق محاسبات کیهان شناسان اندازه و قطر کیهان ۹۳ میلیارد سال نوری میباشد؟ در حالیکه بایستی ۱۳٫۸ میلیارد سال نوری باشد؟ و اینکه هیچ چیزی نمی تواند سریعتر از نور حرکت کند؟ پس موضوع چیست؟ با بیگ بنگ همراه باشید تا این موضوع را بررسی کنیم:

مفهوم انتقال به سرخ کیهانی

قبل از اینکه بفهمیم چرا اندازه ی کیهان بزرگ تر از سنش است، بایستی ابتدا ویژگی های نور را بدانیم. سر آیزاک نیوتن دانشمند نامدار انگلیسی نخسین کسی بود که به ماهیت نور پی برد و دریافت که نور از چند جز تشکیل شده است. در نخستین گام در رابطه با ستارگان او پی برد که رنگ سیاه فقدان نور است و بر عکس نور سفیدی که از خورشید یا ستارگان ساطع می شود متشکل از چند رنگ است. با استفاده از این اطلاعات بدست آمده دانشمندانی که در این موارد کار میکنند به اطلاعاتی از قبیل دما و ترکیب ستاره مورد نظر و یا جسمی که در آن دگرگونی اتفاق افتاده، پی میبرند. برای شناخت خواص نور استفاده از منشور بسیار مفید است.

Light-Dispersion-Through-a-Prism

دانشمندان بزرگی نظیر نیلز بور، آلبرت اینشتین، ماکس پلانک، در این زمینه ها نتایج بسیار مفیدی بدست آوردند. برای فهمیدن این موضوع یکی از بزرگترین دانشمندان در این زمینه کریستین دوپلر بود که به نتایج در خور توجه ای دست یافت. دوپلر چیزی را کشف کرد که امروزه به آن “اثر دوپلر” می گویند، در واقع این اثر توضیح می دهد که چرا برخی از نورهایی که از منابع کهکشانی می آیند در طیف الکترومغناطیسی به سرخ متمایل می شوند و برخی هم مایل به رنگ آبی، هستند.

در حالت های ساده اثر دوپلر به این نکته اشاره دارد که طول موج نور بر پایه مستقیمی که از منبع در حال حرکت منتشر میشود، جابجا یا انتقال داده می شود. مثلا گاهی جسمی به سمت ما می آید یا از ما دور میشود. از طرفی، طول امواج نوری وقتی که از منبع مشاهده شونده دور شوند امتداد می یابند و بنابراین سرخ رنگ به نظر می رسند(به سمت طول موج بیشتر) و بطور برعکس آبی رنگ به نظر می رسند.

Absorption-Lines-in-Spectra-of-Distant-Galaxies

در ضمن یکی از دانشمندانی که در این زمینه مطالعاتی داشت اظهار کرد: تقریبا تمام چیزهایی که در کهکشان رویت میشوند تمایل دارند که به سمت طول موج بزرگتر بروند، بعبارتی دیگر سرخ رنگ به نظر میرسند. اما بسیاری از اجرام که تازه در حال دور شدن هستند قرمز شدنشان زیاد به چشم می آیند که این یعنی این اجسام سریعتر از بقیه از ما دور می شوند. این مهم به ما اجازه می دهد که بدانیم کیهان ثابت نیست بلکه در حال انبساط است.

مفهوم انبساط کیهان چیست؟

مشاهدات ما از انتقال سرخ نشان میدهند که اجسام دورتر در کهکشان سه برابر سریعتر از اجسامی که نزدیکتر حرکت میکنند-فاصله های دورتری را که مشاهده کردیم،اجسام سریعتر حرکت میکردند و آنها به آسانی این فاصله های زیاد را با سرعت نور طی می کردند. اما همانطور که قبلا گفته شد سرعت نور سرعت نهایی در پیمودن فواصل در کهکشان است. نخستین نکته ای که باید بدان توجه کنیم این است که جهان ما، سریعتر از آنچه تصور می کردیم بسط می یابد

نکات دیگر به شرح زیر است:

  • وجود ده میلیون ابرخوشه
  • وجود ۲۵ میلیارد گروه کهکشانی
  • وجود ۳۵۰ میلیارد کهکشان بزرگ
  • وجود ۷ تریلیون کهکشان کوتوله
  • وجود ۳۰ میلیارد تریلیون ستاره

بنابراین اگر همه این یافته های بالا در ۱۳٫۸ میلیارد سال نوری در فضا-زمان جمع شوند، جهان بسیار فشرده به نظر می رسد. اما یکی از تصورات غلط رایج در مورد جهان این است که اندازه آن باید برابر سنش باشد. همانطور که میدانید وقتی جهان با شوک ناشی از بیگ بنگ در حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش تشکیل و شروع به انبساط کرد، فضا- زمان خود در سرعتی بیشتر از سرعت نور خود شروع به گسترش کرد، این دوره زمانی به تورم کیهانی مشهور است که برای توضیح اندازه جهان بسیار مفید است اما بسیاری از پدیده های همگن طبیعی در فضا در مقیاس بزرگ در شرایطی بعد از آن به وجود آمدند. این موضوع ناقض گفته اینشتین نیست که هیچ چیز نمی تواند سریعتر از نور حرکت کند، زیرا این فضای خالی است که انبساط می یابد و تنها برای اجرام مادی است که سد سرعت نور نمی تواند شکسته شود.

Big-Bang1

در ابتدا کیهان از یک محیط داغ و متراکم تشکیل شده بود و بعد در ناحیه ای وسیع پروتون ها و نوترون ها –همان ذرات تشکیل دهنده اتمی- گسترش یافتند. پس از آنکه تورم کیهانی اولیه به اتمام رسید، انبساط کیهان هم آرام تر شد. اما اجرام در حال حرکت در حال حاضر توسط نیرویی مرموز بنام انرژی تاریک کشیده می شوند، این مفهوم هنوز برای ما به درستی روشن نشده است و از طرفی انبساط آن سریع تر از نور نیست، اما سرعت بالایی دارد که دانشمندان در مقاله ای جدیداین موضوع را بررسی کردند.

بطور خلاصه اندازه فضا در تضاد با فیزیک کلاسیک نیست، این به آن دلیل است که کهکشان ها به همراه اجرام داخلشان چیزی از قوانین را نقض نکردند چرا که هیچکدامشان در حال حاضر سریع تر نور حرکت نمی کنند، به هر حال تمامی اجرام موجود در کهکشان به همراه خود کهکشان در حال انبساط هستند. بطور خلاصه، فضا-زمان در حال انبساط می باشد و همه اجرام بزرگ مثل کهکشان ها را از هم دور می کند. انبساط کیهان نکات در خور توجه برای آینده جهان دارد، بعنوان مثال اگر انبساط کیهان تا بی نهایت و بدون آهستگی ادامه یابد، وسعت دید جهان قابل مشاهده کاهش خواهد یافت و موادی که ما امروز می بینیم از ما بسیار فاصله می گیرند و دورتر به نظر خواهند رسید. به سبب همین انبساط، اجرام از ما دورتر میشوند، برخی از کهکشان ها و اجرام به رنگ سرخ متمایل میشوند و از دید ما خارج میشوند. در واقع بیشترین فاصله کهکشان ها شامل قدیمی ترین اجرام در کیهان میشوند و میلیون ها سال بعد از تولد کیهان، شکل گرفته اند.

منبع: bigbangpage.com

تجربه نور از زمان چگونه است؟

فوتون

فوتون منتشر می شود و  برای میلیاردها سال می تواند وجود داشته باشد، اما بین مدتی که منتشر و سپس جذب میشود زمانی سپری نمی یشود. فوتون ها مسافت را هم تجربه نمیکنند. چون فوتون ها قادر به فکر کردن نیستند لازم نیست که زیاد نگران تجربیات ترسناک آنها باشیم. اما این موضوع اطلاعات زیادی را راجع به چگونگی پیوستن آنها به هم را به ما ارائه میدهد.

نظریه ی نسبیت اینشتین به ما کمک میکند که بفهمیم زمان و مسافت چگونه با هم مرتبط میشوند. بگذارید یک مرور سریع بکنیم ، اگر بخواهیم به یک نقطه ی دور دست در فضا سفر کنیم و سریع و سریعتر حرکت کنیم تا جائیکه  به سرعت نور نزدیک شویم، زمان برای ما نسبت به یک ناظر در سطح زمین کندتر میگذرد. با این حال ما زودتر از آنچه که انتظار داریم به مقصد می رسیم. مطمئنا جرم ما زیاد میشود و مقدار بسیار زیادی انرژی نیاز داریم اما در این مثال ما از اینها چشم پوشی میکنیم. اگر بتوانید با شتاب ثابت یک g سفر کنید میتوانید میلیاردها سال نوری را در مدت زمان یک نسل از بشر سپری کنید البته دوستانتان در غیاب شما میلیاردها سال را تجربه کرده اند اما چون به افزایش جرم و انرژی نیازمندیم لازم نیست که نگرانشان شویم.

هرچه به سرعت نور نزدیکتر میشویم زمان کمتر و مسافت کوتاهتری را تجربه می کنیم تا جائیکه می توان گفت این اعداد نزدیک به صفر است. بر اساس نظریه ی نسبیت جرم هیچگاه نمیتواند با سرعت نور جابجا شود. چرا که جرم به سمت بی نهایت میل میکند و مقدار انرژی لازم برای این حرکت سریع نیز بی نهایت است. اما برای نور که به خودی خود ، با سرعت نور حرکت میکند، فوتون ها به زمان صفر و مسافت صفر میرسند. برای فوتون ها سفر از هسته خورشید تا رسیدن به یک سطح میتواند صدها هزار سال طول بکشد. با این حال این سفر که میتواند میلیاردها سال نوری در فضا ادامه یابد  با پریدن از یک اتم به اتم دیگر هیچ فرقی ندارد. این موضوع ممکن است ذهن شما را درگیر کند ، همانطور که ذهن مرا درگیر کرد.