Podcast: Play in new window | Download

آنچه می‌شنوید (و مقداری اطلاعات بیشتر)

خلاصه

جهان داغ آغازین، ستاره و سیاره‌ای شبیه چیزهایی که امروز می‌شناسیم نداشت. برای رسیدن به آسمون امروزی، باید چند مرحله رو پشت سر می‌ذاشت: شکل‌گیری ذرات و هسته‌های سبک، ساخته‌شدن اتم‌های خنثی و جمع‌شدن گاز در ناحیه‌هایی که گرانش اون‌ها رو فشرده‌تر می‌کرد. از دل این تحول، نخستین ستاره‌ها و کهکشان‌ها پدید اومدن.

در این قسمت، همین مسیر رو دنبال می‌کنیم و بعد اندازهٔ جهان رو با کمک نور می‌سنجیم. می‌بینیم چرا نگاه‌کردن به فاصله‌های دور، دیدن گذشته‌ست؛ چرا همهٔ مادهٔ جهان رو نمی‌بینیم؛ و چرا مادهٔ تاریک و انرژی تاریک، با وجود اسم مشابه، نقش متفاوتی دارن. در پایان، جای کوتاه تاریخ انسان رو در این داستان بلند مرور می‌کنیم.

برای ساختن یک ستاره، اول چه چیزهایی لازم داریم؟

از یک تکه مادهٔ معمولی شروع کنیم. آب، سنگ و هوای اطراف ما از اتم‌ها ساخته شده‌ان. اتم یک هسته داره و الکترون‌ها در حالت‌های کوانتومی پیرامون اون قرار می‌گیرن. ساده‌ترین اتم، هیدروژنه: در معمول‌ترین شکلش، هسته فقط یک پروتونه و اتم خنثی یک الکترون هم داره.

اگر دو اتم هیدروژن به هم پیوند شیمیایی بدن، مولکول هیدروژن ساخته می‌شه. این پیوند با پیوند میان ذرات داخل هسته فرق داره. اتم هیدروژن می‌تونه به شکل اتمی هم وجود داشته باشه؛ لازم نیست همیشه به یک اتم دیگه وصل باشه.

این تفاوت‌ها برای داستان ما ضروری‌ان. جهان برای ساختن مادهٔ آشنا، فقط یک اتفاق رو پشت سر نگذاشت. ذرات، هسته‌ها، اتم‌ها و مولکول‌ها در شرایط و زمان‌های متفاوت شکل گرفتن. وقتی این مرحله‌ها رو از هم جدا کنیم، روشن می‌شه چرا ستاره‌ها نمی‌تونستن از همون لحظه‌های آغازین وجود داشته باشن.

سردشدن جهان چطور زمینهٔ ساختن اتم‌ها رو فراهم کرد؟

در جهان بسیار داغ، برخوردها اون‌قدر پرانرژی بودن که بسیاری از پیوندهای پایدار دوام نمی‌آوردن. با انبساط، دما پایین اومد. در چند دقیقهٔ نخست، هسته‌های سبک، به‌ویژه هلیوم، شکل گرفتن؛ اما الکترون‌ها هنوز آزاد بودن و جهان بیشتر شبیه یک پلاسمای داغ بود تا گازی از اتم‌های خنثی.

حدود ۳۸۰ هزار سال بعد، شرایط برای پیوستن پایدارتر الکترون‌ها به هسته‌ها مناسب شد. حالا اتم‌های خنثی فراوان شدن و نور هم تونست آزادانه‌تر حرکت کنه. بیشتر مادهٔ معمولیِ این دوران هیدروژن و هلیوم بود. هنوز آهنِ استخوان‌بندی یک ساختمان یا اکسیژنِ هوایی که تنفس می‌کنیم، به فراوانی امروزی وجود نداشت.

پس تا اینجا مواد اولیه فراهم شده بودن، اما مواد اولیه به‌تنهایی ستاره نمی‌سازن. یک فرایند دیگه لازم بود تا گاز پراکنده رو دور هم جمع کنه: گرانش.

گرانش چطور از گاز پراکنده، ستاره می‌سازه؟

جهان اولیه کاملاً یکدست نبود. بعضی ناحیه‌ها کمی چگال‌تر از میانگین بودن. این تفاوت‌های کوچیک اهمیت زیادی داشتن، چون ناحیهٔ چگال‌تر می‌تونست با گرانش، مادهٔ بیشتری به سمت خودش جذب کنه. در نتیجه، اختلاف اولیه به‌تدریج بزرگ‌تر می‌شد.

گاز در ساختارهای در حال رشد جمع شد. بخشی از اون تونست گرما از دست بده و فشرده‌تر بشه. درون چنین ابرهایی، توده‌هایی شکل گرفتن که با ادامهٔ فشرده‌شدن، مرکز بسیار داغی پیدا کردن. وقتی دما و فشار مرکزی به شرایط مناسب رسید، همجوشی هسته‌ای آغاز شد و ستاره شروع به درخشیدن کرد.

همجوشی یعنی هسته‌های سبک از راه یک زنجیرهٔ واکنش به هسته‌های سنگین‌تر تبدیل بشن و انرژی آزاد کنن. خورشید عمدتاً با تبدیل هیدروژن به هلیوم انرژی می‌گیره. این فرایند با شکافت هسته‌ای، یعنی تقسیم یک هستهٔ سنگین، فرق داره. ناسا دربارهٔ خورشید

ستاره‌ها درون کهکشان‌های در حال شکل‌گیری به وجود اومدن و خود کهکشان‌ها هم با جذب ماده و ادغام رشد کردن. بنابراین یک ترتیب خیلی سادهٔ «اول همهٔ ستاره‌ها، بعد همهٔ کهکشان‌ها» تصویر دقیقی نمی‌ده. این فرایندها در تاریخ کیهان با هم پیش رفتن.

کهکشان فقط همون چیزی نیست که در عکس می‌بینیم

وقتی این جمعیت ستاره‌ای رو از دور می‌بینیم، با یک کهکشان روبه‌رو می‌شیم: مجموعه‌ای از ستاره‌ها، گاز، غبار و مادهٔ تاریک که گرانش در ساختارش نقش اصلی داره. کهکشان‌ها یک‌اندازه نیستن؛ بعضی کوچک‌ان و بعضی جمعیت ستاره‌ای بسیار بزرگی دارن.

از روی نور، بخشی از مواد اون‌ها رو می‌شناسیم. اما نور تمام داستان رو نمی‌گه. حرکت ستاره‌ها و گاز و همچنین اثر کهکشان بر مسیر نور اجرام پشت‌سرش، نشون می‌ده جرم بیشتری نسبت به مادهٔ معمولیِ شناسایی‌شده وجود داره. در مدل رایج، به این جزء مادهٔ تاریک می‌گیم. ناسا: مادهٔ تاریک

این اسم به معنی یک ابر سیاه نیست که جلوی ستاره‌ها رو گرفته باشه. ماهیت مادهٔ تاریک هنوز مشخص نشده و اثرش رو عمدتاً از گرانش می‌شناسیم. نسبت اون به مادهٔ معمولی هم در همهٔ کهکشان‌ها عدد یکسانی نیست. برای فهم ساختار جهان، باید هم نور رو اندازه بگیریم و هم حرکت رو.

حالا این ساختارها چقدر از هم فاصله دارن؟

برای اندازه‌گیری یک اتاق، متر مناسبه؛ برای فاصله‌های کیهانی، عددهای کیلومتری خیلی بزرگ می‌شن. اینجاست که سال نوری به کار میاد: فاصله‌ای که نور در خلأ طی یک سال می‌پیمایه. پس سال نوری واحد فاصله‌ست، نه واحد زمان.

نور برای پیمودن فاصلهٔ متوسط زمین تا ماه حدود ۱٫۳ ثانیه زمان لازم داره. پیام رادیویی هم از همین خانوادهٔ امواج الکترومغناطیسیه و در خلأ با سرعت نور حرکت می‌کنه. به همین دلیل، ارتباط با فضاپیماهای دور فوری نیست. تأخیر پیام میان زمین و مریخ با موقعیت دو سیاره تغییر می‌کنه و می‌تونه چندین دقیقه باشه. ناسا دربارهٔ تأخیر ارتباط فضایی

این تأخیر فقط یک مشکل ارتباطی نیست؛ یک ابزار شناخت هم هست. نور دوردست، خبر گذشته رو می‌آره. با تلسکوپ می‌تونیم کهکشان‌ها رو در دوره‌هایی ببینیم که جوان‌تر بودن. البته در فاصله‌های کیهانی، زمان سفر نور رو نباید ساده در سرعت نور ضرب کنیم و نتیجه رو فاصلهٔ امروزی جسم بدونیم؛ فضا در طول سفر نور هم منبسط شده.

از کهکشان‌ها به شبکهٔ بزرگ جهان

کهکشان‌ها هم به‌طور کاملاً یکنواخت پخش نشده‌ان. گروه‌ها و خوشه‌ها رو می‌سازن و در مقیاس بزرگ‌تر، رشته‌ها و ناحیه‌های نسبتاً خالی دیده می‌شن. به این آرایش، شبکهٔ کیهانی می‌گیم. این ساختار بزرگ، ادامهٔ همون رشد تفاوت‌های کوچیک چگالیه که پیش‌تر درباره‌اش حرف زدیم.

درون بعضی از این ساختارها، گرانش می‌تونه اعضا رو کنار هم نگه داره. برای همین کهکشان‌ها ممکنه به هم نزدیک بشن، برخورد کنن و ادغام بشن. انبساط جهان به معنی دورشدن اجباری همهٔ اجرام از یکدیگر نیست و زمین، منظومهٔ شمسی یا کهکشان رو به همان نسبت کش نمی‌ده. ناسا: ساختارهای بزرگ کیهانی

حالا می‌تونیم پرسش بزرگ‌تری مطرح کنیم: در مقیاسی فراتر از ساختارهای بستهٔ گرانشی، انبساط چه آینده‌ای داره؟ همین پرسش ما رو به انرژی تاریک می‌رسونه.

چرا انرژی تاریک با مادهٔ تاریک فرق داره؟

رصد ابرنواخترهای دوردست در اواخر دههٔ ۱۹۹۰ نشون داد که انبساط جهان شتاب‌دار شده. نام «انرژی تاریک» برای جزء یا سازوکاری به کار می‌ره که در مدل‌های کیهان‌شناسی این رفتار رو توضیح می‌ده. دربارهٔ ماهیتش هنوز پرسش‌های مهمی داریم. ناسا: انرژی تاریک

مادهٔ تاریک در جمع‌شدن ماده و ساختارهای گرانشی نقش داره؛ انرژی تاریک به رفتار انبساط در مقیاس بزرگ مربوطه. این دو رو نباید یک مادهٔ مرموز واحد تصور کنیم. انرژی تاریک هم به معنی نیرویی نیست که یک توپ رهاشده روی زمین رو رو به بالا پرتاب کنه.

با این تمایز، تصویر جهان روشن‌تر می‌شه: گرانش می‌تونه ساختارهای محلی بسازه و نگه داره، در حالی که فاصله‌های بزرگ کیهانی همچنان افزایش پیدا کنن. برای فهم آینده، باید هر دو رفتار رو در جای درست خودشون بررسی کنیم.

جای ما در این تاریخ طولانی کجاست؟

تمام این تحول زمان زیادی برده. سن جهان حدود ۱۳٫۸ میلیارد ساله و منظومهٔ شمسی حدود ۴٫۶ میلیارد سال پیش شکل گرفته. پیدایش زندگی هم یک لحظهٔ دقیق و کاملاً شناخته‌شده در تقویم ما نیست؛ دربارهٔ مراحل آغازین اون هنوز پژوهش می‌شه.

گونهٔ انسان امروزی، هومو ساپینس، حدود ۳۰۰ هزار سال قدمت داره. اگر ۱۳٫۸ میلیارد سال تاریخ جهان رو به یک سال فشرده کنیم، این بازه تقریباً در یازده دقیقهٔ آخر قرار می‌گیره. این یک تشبیه برای فهم مقیاسه؛ طول واقعی تاریخ انسان رو عوض نمی‌کنه. اسمیتسونین دربارهٔ هومو ساپینس

وجود تعداد بسیار زیاد سیاره‌ها هم جست‌وجوی زندگی در جاهای دیگه رو جذاب می‌کنه، اما زیادبودن فرصت‌ها به‌تنهایی مدرک پیدا‌شدن حیات نیست. شگفتیِ این داستان می‌تونه برداشت‌های شخصی و فلسفی متفاوتی ایجاد کنه؛ داده‌های نجومی به‌تنهایی اون برداشت‌ها رو اثبات یا رد نمی‌کنن.

منابع علمی و مطالعهٔ بیشتر

جمع‌بندی

سردشدن جهان، زمینهٔ شکل‌گیری اتم‌ها رو فراهم کرد. گرانش تفاوت‌های کوچیک چگالی رو بزرگ کرد و از دل گاز، ستاره‌ها و کهکشان‌ها پدید اومدن. نور این ساختارها هم فاصله‌ها رو به ما نشون می‌ده و هم گذشته رو؛ حرکتشون به مادهٔ تاریک اشاره می‌کنه و تاریخ انبساط، پرسش انرژی تاریک رو پیش می‌کشه. زندگی ما در فصل بسیار کوتاهی از این تاریخ بلند اتفاق می‌افته، اما مواد سازنده‌مون به فصل‌های خیلی قدیمی‌تر وصل‌ان.