خرید و دانلود فایل پاورپوینت کامل آغاز جهان و کیهان شناسی نوین

تحولی در ارائه‌ها با فایل پاورپوینت کامل آغاز جهان و کیهان شناسی نوین!

اگر به دنبال یک روش ساده اما حرفه‌ای برای ارائه‌ی مطالب خود هستید، فایل پاورپوینت کامل آغاز جهان و کیهان شناسی نوین بهترین انتخاب شما خواهد بود. فایل پاورپوینت کامل آغاز جهان و کیهان شناسی نوین از پایه بر اساس اصول طراحی مدرن ساخته شده و تضمین می‌کند که اسلایدهای شما جذاب، منظم و آماده‌ی استفاده باشند.

فایل پاورپوینت کامل آغاز جهان و کیهان شناسی نوین شامل 120 اسلاید است که با ترکیب بصری زیبا و چیدمانی حرفه‌ای، ارائه‌ی شما را به سطحی بالاتر می‌برد.

چرا باید از فایل پاورپوینت کامل آغاز جهان و کیهان شناسی نوین استفاده کنید؟

✔ طراحی حرفه‌ای: هر اسلاید فایل پاورپوینت کامل آغاز جهان و کیهان شناسی نوین با دقت بالا تنظیم شده تا بیشترین تأثیر را روی مخاطبان بگذارد.

✔ صرفه‌جویی در زمان: نیازی نیست ساعت‌ها وقت خود را برای طراحی پاورپوینت بگذارید، همه چیز آماده است.

✔ استفاده‌ی آسان: بدون نیاز به ویرایش‌های پیچیده، کافی است فایل را باز کنید و ارائه دهید.

✔ فایل پاورپوینت کامل آغاز جهان و کیهان شناسی نوین قابل استفاده در هر محیطی: چه در دانشگاه، چه در جلسات کاری، فایل پاورپوینت کامل آغاز جهان و کیهان شناسی نوین حرفه‌ای نیاز شما را کاملاً برآورده خواهد کرد.

متمایز باشید!

دیگر نگران بهم‌ریختگی یا طراحی‌های غیرحرفه‌ای نباشید. فایل پاورپوینت کامل آغاز جهان و کیهان شناسی نوین به شما این امکان را می‌دهد که بدون دغدغه روی محتوای خود تمرکز کنید و ارائه‌ای تأثیرگذار داشته باشید.

همین حالا دریافت کنید و تجربه‌ای متفاوت از ارائه‌های حرفه‌ای را داشته باشید!

بخشی از متن فایل پاورپوینت کامل آغاز جهان و کیهان شناسی نوین :

تاریخ دریافت: ۱۵/۱۱/۷۹
تاریخ تایید: ۲۵/۲/۸۰
چکیده
کیهان شناسی و بحث از آغاز و انجام جهان از مقولات مشترک سه حوزه معرفت بشری یعنی علم، دین و فلسفه است که از قدیم مورد عنایت صاحب نظران این سه حوزه بوده است، هرچند تا قبل از رنسانس و حتی تا اوایل قرن بیستم، کیهان شناسی فیزیکی جایگاه پایین تری نسبت به کیهان شناسی های دینی و فلسفی داشت . در این مقاله، اصول و مبانی بنیادین و مهمترین مدلهای کیهان شناسی نوین علمی مطرح شده اند و در پی آن اشکالات و نارسائیهای علمی و در حد ضرورت مبانی و مشکلات فلسفی آنها مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند .
واژگان کلیدی: کیهان شناسی، نسبیت عام، مکانیک کوانتومی، فضا و زمان، انفجار بزرگ، تکینگی، نظریه حالت پایدار، جهان نوسانی، جهان تورمی، افت وخیز خلاء کوانتومی، گرانش کوانتومی، خلق از عدم . درآمد
فلسفه علم و فلسفه دین هر تعریفی داشته باشند و هر قدر در مورد نوع و سعه و ضیق حیطه های پژوهشی آنها اختلاف نظر باشد، فلاسفه علم و فیلسوفان دین در این نکته اتفاق نظر دارند که بحث و بررسی پیرامون نقاط اشتراک علم و دین و فلسفه و ملزومات فلسفی و دینی نظریه های علمی از وظایف و دل مشغولیهای اصلی آنها باید باشد .
کیهان شناسی و بحث از آغاز و انجام جهان از همین دسته مقولات است که پیوند و مرز مشترک بین علم (فیزیک) و فلسفه و دین در آن به خوبی نمایان و هویدا است; لذا دور از انتظار نیست که مباحث آن به عنوان یکی از مهمترین مسائل در فلسفه های علم و دین مورد بحث و بررسی قرار گیرد . چنین رویکرد فلسفی و دینی به کیهان شناسی بویژه پس از ظهور و شیوع نظریه انفجار بزرگ در زمینه پیدایش عالم گسترش فراوانی یافته است . همین نکته، نشان دهنده ضرورت و اهمیت آشنائی دانشجویان فلسفه و طلاب علوم دینی با نظریه های جدید علمی پیرامون آغاز جهان است; بطوری که امروزه هرگونه بحث در این مقوله بدون آگاهی از مباحث علمی پیرامون آن ابتر و ناقص خواهد بود .
قبل از رنسانس و ظهور علم نوین و در طول دوران سیطره فلسفه افلاطونی و فیزیک ارسطوئی بر دانش بشری، فلسفه محوریت اصلی را در مباحث کیهان شناسی عهده دار بود و علم و دین متناسب با نگرشهای فلسفی تفسیر می شدند . اما ، پس از رنسانس که علوم تجربی جایگاه رفیع تری یافتند، هرچند با تغییر جایگاه، فلسفه ناچار شد خود را با علم هماهنگ سازد و با همین انگیزه کانت کوشید تا متافیزیکی متناسب با فیزیک نیوتنی بنا کند، اما کیهان شناسی همچون گذشته به تبعیت از طبقه بندی کریستین ولف که کانت نیز از وی پیروی نمود، در طبقه بندی علوم و در تمایز صریح با فیزیک در عداد الهیات و روانشناسی از بخشهای متافیزیک خاص به شمار آمد که با جهان طبیعت در کلی ترین وجوه آن سروکار داشت . ^(۱) این تقسیم بندی تا اوایل قرن بیستم دست نخورده باقی ماند تا این که با ظهور دو نظریه اساسی کیهان شناسی نوین یعنی نسبیت عام و کوانتوم مکانیک، کیهان شناسی به یکی از شاخه های مهم و اساسی علوم نوین تبدیل شد و همراه آن، اصطلاحات فلسفی نیز وارد حیطه فیزیک و کیهان شناسی شدند .
در این مقاله، ابتدا اصول و مبانی نظریه های علمی و همچنین فرضهای بنیادین کیهان شناسی نوین که مدلهای جدید کیهان شناسی مبتنی بر آنها هستند، به اجمال مطرح شده اند و در پی آن مهمترین مدلهای کیهان شناسی نوین، که امروزه مقبولیت بیشتری دارند به همراه نارسائیها و اشکالات علمی آنها مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند . برای پرهیز از دشواری بحث، حتی الامکان از طرح روابط و معادلات ریاضی اجتناب شده است که البته طالبان مباحث عمیقتر چاره ای جز رجوع به آنها ندارند . پی نوشتهای مفصل مقاله راهنمای خوبی در این زمینه می تواند باشد . بحث گسترده پیرامون ملزومات و نتایج فلسفی و دینی این مدلها خود مقاله مستقلی می طلبد که با امید به لطف خداوند، تدوین و منتشر خواهد شد . کیهان شناسی نوین و مبدا عالم
کیهان شناسی در معنای عام آن مطالعه ساختار و تحول جهان به مثابه یک کل در مقیاس کلان است ^(۲) که از دو واژه یونانی به معنای نطق و سخن مشتق شده است . ^(۳) هرچند جاذبه آسمان پرستاره به گونه ای بوده است که پیشینه مطالعه و بررسی کیهان به قدمت تمدن و فرهنگ بشری است، بطوری که در برخی از تمدنهای کهن اندازه گیریهای به عمل آمده در مورد پدیده های نجومی با توجه به مقادیر فعلی از دقت حیرت آوری برخوردار بوده است، ^(۴) اما شروع کیهان شناسی نوین از مقاله ای است که در سال ۱۹۱۷ توسط آلبرت اینشتین تحت عنوان «ملاحظات کیهان شناختی در نظریه نسبیت عمومی » انتشار یافت . وی در این مقاله کوشید با استفاده از معادلات میدان و چند پیش فرض دیگر از قبیل توزیع یکنواخت ماده در سراسر فضا، ایستا بودن عالم و یا ثابت بودن چگالی جهان در زمان و برخی مقبولات دیگر، خواص فیزیکی عالم را استنتاج کند . ^(۵) این معادلات با اصلاحات به عمل آمده در آن و به همراه چند فرض بنیادین، زیربنای تمام مدلهای کیهان شناسی نوین هستند . فرضهای بنیادین کیهان شناسی نوین
فیزیکدانان در مطالعات کیهان شناسی با طرح و حل مدلهای فرضی ریاضی درباره جهان به دنبال جوابهایی هستند که در حد امکان بیشترین پدیده های تجربی و مشاهده شده را توضیح دهد . برای جلوگیری از پیچیدگی بیش از حد معادلات، مهمترین فرضهای ساده کننده عبارتند از: ^(۶)
۱- جهان، همگن (Homogeneous) است . هنگام مطالعه کیهان به عنوان یک کل، باید از جزئیات آشفته کننده صرف نظر کنیم . ساده ترین راه چنین کاری توزیع غیر یکنواختیهای موضعی در کل پهنه آسمان است که با توجه به وسعت کیهان، معقول و منطقی است . جهان همگن، جهانی است که در آن توزیع ماده، یکنواخت و در نتیجه چگالی ماده در تمام قسمتهای آن کم و بیش ثابت است .
۲- جهان، همسانگرد (Isotropic) است . همسانگردی جهان به معنای یکسانی خصوصیات آن در تمام جهات فضائی است . به عبارت دیگر، الگوی سرعتها در مناطق مختلف جهان یکسان است .
۳- جهان، یکنواخت است . چنین جهانی تا فواصل بی اندازه زیاد، خواص یکنواختی دارد و کهکشانهای مختلف دوردست به غیر از تفاوتهای قابل پیش بینی نظیر اثرات ناشی از تحول آنها، تفاوت اساسی با کهکشانهای نزدیک ندارند .
۴- همواره قوانین یکسانی بر جهان حاکم است . جهان شمولی و عمومیت قوانین فیزیکی و شیمیائی که تا کنون کشف شده اند ویا در آینده کشف خواهند شد، فرض بنیادی دیگر در بررسی جهان است . هر چند این فرض قابل اثبات نیست، اما بررسی پدیده های آسمانی با توجه به مقدار و ثبات سرعت نور، چیزی جز مطالعه حوادث گذشته نیست و اگر قوانین شناخته شده فعلی، حاکم بر جهان گذشته و یا مناطق دوردست جهان نباشد، کیهان شناسی دانشی لغو و باطل خواهد بود . برخی از کیهان شناسان با تعمیم فرض جهان شمولی، قوانین فیزیک را بر جهان به مثابه یک کل نیز صادق می دانند .
۵- جهان، ناهمدوس (Incoherent) است . منظور از ناهمدوسی، استقلال بخشهای مختلف جهان از هم و عدم تاثیر حوادث واقع در آنها بر یکدیگر است; به غیر از گرانش و پدیده های نوری، که در سراسر عالم به یکسان اثر می کنند . این جهان، همچون جسم یکپارچه نیست که هر آشفتگی محلی قسمت دیگر را آشفته و متاثر سازد، بلکه اختلال صرفا در خود آن محل محسوس است .
مجموع پیش فرضهای فوق را – که داده های کیهانی نیز به نحوی آنها را تایید می کنند، – می توان در اصلی موسوم به «اصل کیهان شناختی » یا «اصل کپرنیکی » بیان کرد: «عالم، همگن و همسانگرد است . در چنین جهانی هیچ محل ممتازی وجود ندارد و از هر نقطه که نگاه کنیم، جهان به یک شکل است » . ^(۷) کیهان شناسی نوین با این پیش فرضها و معادلات نسبیت عام بایستی بتواند مشکلات کیهان شناسی را حل و پدیده هایی چون انبساط عالم، تشعشع میکروموجی زمینه کیهانی و فراوانی نسبی عناصرخاص را تبیین نماید .
۱- قانون هابل و انبساط عالم: ادوین هابل (۱۸۸۹- ۱۹۵۳م) در اواخر دهه ۱۹۲۰ متوجه شد انتقال به سمت قرمز کهکشانها بر حسب فاصله شان افزایش می یابد; یعنی کهکشانها از ما دور می شوند و هر چه کهکشان دورتر باشد، سرعت دور شدن آن بیشتر است . ^(۸) این کشف، موسوم به «قانون هابل » دلیل محکمی بر انبساط عالم است . باید توجه داشت که قانون هابل برای تمام کهکشانها صادق است و هیچ نقطه ای را نمی توان به عنوان نقطه مرکزی و یا متمایز در نظر گرفت . این ویژگی، بیان دیگر اصل همگنی جهان است . ارقامی که امروزه برای سرعت انبساط کیهان محاسبه می شوند، مقادیر قابل توجهی را نشان می دهند . کوازارها (اخترنماها) که بنا به قولی دورترین اجسام عالم به ما هستند، باسرعتی نزدیک به ۹۰ تا ۹۵ درصد سرعت نور (۰۰۰ر۳۰۰ کیلومتر در ثانیه) از ما دور می شوند .
۲- تابش زمینه ای کیهانی: جورج گاموف در دهه ۱۹۴۰ پیش بینی کرد که جهان در گذشته بسیار دور به شدت داغ و متراکم بوده و بر اثر انفجاری عظیم، انبساط آن شروع شده و ادامه یافته است . بعلاوه، تشعشع باقی مانده از آن جهان بسیار داغ اولیه اینک سرد شده و در دمای حدود ۵ K قابل دریافت است . ^(۹) در ژوئیه سال ۱۹۶۵ همزمان دو مقاله ، یکی مبنی بر پیش بینی وجود اشعه جسم سیاه از «دیکی » و «پی بلز» و دیگری مبنی بر کشف این اشعه از «پنزیاس » و «ویلسن » در مجله آستروفیزیکال جورنال منتشر شد . در سال ۱۹۹۲ نیز یافته های ماهواره COBE و تحقیقات همزمان اخترشناسان مؤیدهای بیشتری مبنی بر تطبیق مشاهدات انجام شده در مورد این اشعه با پیش بینیهای نظریه انفجار بزرگ فراهم آورد . ^(۱۰)
۳- فراوانی هلیوم و دوتریم: هلیوم از عناصری است که به استثناء دسته خاصی از ستارگان، به وفور در تمام اجرام موجود در کهکشان ما و در کهکشانهای مجاور با مقادیر تقریبا یکسان ۲۵ تا ۳۰ درصد جرم مواد کیهانی یافت می شود . هیدروژن نیز ۷۰ تا ۷۵ درصد جرم کیهان را تشکیل می دهد . توضیح علت وفور این مواد با استفاده از فرآیندهای هسته ای درون ستارگان و سنتز هیدروژن دشوار است و باید به دنبال منشا پیدایش آنها در آغاز عالم بود .
قبل از بررسی مدلهای کیهان شناسی و چگونگی تبیین آنها از پدیده های فوق، ضروری است مروری اجمالی بر نظریه های سبیت خاص و عام و مفاهیم فضا و زمان در فیزیک جدید داشته باشیم . نسبیت خاص، نسبیت عام، فضا و زمان
در اواسط سده نوزده میلادی، جورج کلارک ماکسول (۱۸۳۱- ۱۸۷۹ م) با استفاده از مفهوم میدان، پدیده های الکتریکی و مغناطیسی را تحت نظریه واحد الکترومغناطیس در چهار معادله، مشهور به معادلات میدان ماکسول، صورت بندی کرد . از پیش گوئیهای مهم این معادلات انتشار امواج الکترومغناطیسی در فضای تهی با سرعت ثابت c بود که دانشمندان می توانستند با استفاده از آن، چارچوب اینرسی سکون مطلق را بطور نظری و تجربی تعیین کنند . از طرف دیگر، تصور می شد امواج الکترومغناطیس با استفاده از محمل اتر که سراسر عالم را پوشانده است، در فضا منتشر می شوند . تلفیق معادلات ماکسول و فرض وجود اتر نشان داد که سرعت نور نسبت به اتر ثابت و برابر مقدار c است، اما نسبت به ناظرانی که با سرعتهای متفاوت نسبت به اتر حرکت می کنند، باید متفاوت باشد .
در سال ۱۸۸۷ علی رغم تلاش مایکلسون و مورلی برای آشکار ساختن وجود اتر، این نتیجه خلاف انتظار به دست آمد که سرعت نور در جهات مختلف، یعنی در جهت حرکت زمین و در راستای عمود بر آن یکسان است و هر گونه تلاش برای یافتن اتر به شکست انجامید . در سال ۱۹۰۵، آلبرت اینشتین (۱۸۷۹- ۱۹۵۵ م) طی مقاله ای اعلام کرد با تجدیدنظر در مفهوم زمان و همزمانی مطلق نیازی به فرض وجود اتر نخواهیم داشت . وی با دو پیش فرض، که تجربه به گونه ای آنها را تایید کرده بود، کار خود را شروع کرد:
اول، قوانین طبیعت برای تمام دستگاههای ماندی یکسان است:
دوم، سرعت نور برای تمام دستگاههای ماندی یکسان است . ^(۱۱)
دستگاه ماندی دستگاهی است که با سرعت یکنواخت در خط مستقیم حرکت می کند، یعنی برآیند نیروهای وارد بر آن صفر است . این دو پیش فرض با قانون تبدیل کلاسیک سرعتها و مکانها از یک دستگاه ماندی به یک دستگاه ماندی دیگر یعنی تبدیلات گالیله در تعارض بود و اینشتین برای حل تعارض به ناچار قانون تبدیلات دیگری موسوم به تبدیلات لورنتس را جایگزین آن نمود . این جایگزینی مستلزم تغییراتی در مفروضات اساسی فیزیک نیوتنی بود .
از پیامدهای این نظریه که به نسبیت خاص مشهور شد، جایگزینی همزمانی نسبی به جای همزمانی مطلق با توجه به سرعت وموقعیت ناظر، هم ارزی جرم و انرژی، کند شدن زمان و کوتاه شدن طول و بزرگتر شدن جرم ناظر متحرک نسبت به ناظر ساکن است . از طرف دیگر، در مکانیک نیوتنی هیچ گونه محدودیتی برای سرعت انتقال و یا تاثیر اجسام وجود ندارد; اما در نسبیت خاص هیچ تاثیری سریعتر از سرعت نور ممکن نیست . دیگر پیامد مهم نسبیت خاص، ملهم از مقاله هرمان مینکوفسکی در سال ۱۹۰۸، تلفیق فضا و زمان در یکدیگر به صورت پیوستار چهار بعدی فضا – زمان است .
پس از نسبیت خاص، اینشتین طی ده سال کار مستمر تلاش کرد تا اصل هم ارزی قوانین طبیعت را به تمام دستگاهها و ناظران تعمیم دهد . وی که از برابری غیر قابل توضیح جرم ماندی و جرم گرانشی در مکانیک نیوتنی شروع کرده بود، به این نتیجه رسید که گرانش نیرویی چون سایر نیروها نیست، بلکه نتیجه این واقعیت است که فضا زمان مسطح نیست و بر اثر توزیع جرم و انرژی خمیده است .
نتیجه این رویکرد اصل هم ارزی است که بر مبنای آن، رویدادهای فیزیکی در دستگاههای شتاب یافته و در میدانهای گرانشی هم ارزند . اینشتین با استفاده از آنالیز تانسوری، معادلات میدان نسبیت عام را تدوین کرد . این معادلات خمیدگی فضا زمان توسط میدان گرانش را نشان می دهند و حل همزمان آنها با معادلات ژئودزی که نحوه حرکت اجرام را بیان می کنند، جواب کامل مسئله را به دست می دهد . در نسبیت عام، ماده، شکل فضا زمان و فضا زمان نحوه حرکت ماده را مشخص می کند . به این ترتیب، فضا دیگر موجودی مستقل از ماده و میدان نیست (برخلاف مکانیک نیوتنی و نسبیت خاص) و چیزی به نام فضای تهی، یعنی فضای تهی از میدان وجود ندارد; بلکه فضا زمان صرفا کیفیتی از ساخت میدان است . به همین دلیل سخن گفتن از فضا – زمان فراتر از مرزهای جهان بی معناست . اما مهمترین پیش بینی نسبیت عام را باید در مورد چگونگی ساختار کل عالم دانست که تصویر جهانی پویا، شروع شده در زمانی معین و پایان یابنده را جایگزین جهانی ایستا، ازلی و ابدی کرده است .
معادلات نسبیت عام، هندسه فضا – زمان را توصیف می کنند و طبیعی بود که اینشتین بخواهد آنها را به کل عالم تسری دهد . ملاحظات اولیه وی مبتنی بر دو پیش فرض بود:
اول، ماده دارای چگالی متوسطی در فضاست که همه جا یکسان است و صفر نیست;
دوم، بزرگی فضا (عالم) به زمان بستگی ندارد .
وی با پیش فرض دوم می خواست در همان مسیر مقبول عصر خود که جهان را ایستا و پایدار می دانست، قدم بگذارد . این دو پیش فرض در صورتی با معادلات میدان وی سازگار می شدند که جمله ای فرضی به معادلات اضافه می شد . این جمله که بعدها به «ثابت کیهان شناختی » معروف شد، نیرویی ضدگرانش را باعث می شد که بر خلاف سایر نیروها ناشی از منبع خاصی نبود، بلکه در ساختار فضا زمان نهفته بود . افزودن «ثابت کیهان شناختی » زیبایی معادلات را برهم زد و تا حد زیادی از سادگی منطقی آنها کاست . ^(۱۲) بعدها که هابل پدیده انبساط عالم را کشف کرد، اینشتین که از پیش بینی یکی از مهمترین رخدادهای فیزیک محروم شده بود، دست بردن در معادلاتش را بزرگترین اشتباه علمی زندگیش نامید . ^(۱۳) دیگر نوآوری مهم اینشتین در همان مقاله، کشف امکان ساخت غیر اقلیدسی عالم بود . چنین عالمی، جهانی است کروی که مطابق هندسه ریمانی سه بعدی است و در عین این که متناهی و بسته است، هیچ گونه مرز و کرانه ای ندارد; در چنین فضائی اگر به طور مستقیم پیش برویم، پس از مدتی مجددا به نقطه عزیمت خود خواهیم رسید . مدلهای کیهان شناسی – مدلهای فریدمان
در سال ۱۹۲۲ آلکساندر فریدمان (۱۸۸۸- ۱۹۲۵ م) با کنار گذاشتن پیش فرض دوم اینشتین و حذف ثابت کیهان شناختی، به جوابهایی دست یافت که جوابهای متعارف معادلات میدان اینشتین شدند . ^(۱۴) این جوابها که رفتار جهانهای همگن را بیان می کنند، امروزه پایه کیهان شناسی نوین به شمار می روند . وی با حل همزمان معادلات، در نهایت ده معادله اصلی نسبیت عام را به دو معادله کاهش داد و با حل آنها، هفت سال پیش از کشف ادوین هابل، انبساط عالم را پیش بینی کرد . حل معادلات فریدمان متناسب با مقدار «ثابت انحناء فضا» به جوابهای مختلف می انجامد . این ثابت می تواند یکی از سه احتمال انحنای مثبت، منفی و یا صفر را بپذیرد .
در انحناء مثبت، عالم فضایی کروی است که تمام سطوح مقطع آن هندسه کره حجمی متناهی دارد که فاقد کرانه است . گرانش در چنین جهانی آن چنان نیرومند است که فضا را به دور خود خم کرده و کمابیش چیزی چون سطح زمین به وجود آورده است . فضایی با انحنای صفر همان فضای اقلیدسی است که قوانین معمولی هندسه اقلیدسی در آن صادقند . بالاخره سومین حالت، فضایی با انحنای منفی است که تعداد سحابیها بر حسب فاصله سریعتر از تعداد آنها در صفحه زیاد می شود .
تمام راه حلهای فریدمان و مدلهای به دست آمده مستلزم آنند که جهان در گذشته ای دور (ده تا بیست میلیارد سال پیش) بسیار کوچک و در عین حال بسیار داغ بوده و سپس شروع به انبساط نموده است . البته لحظه شروع عالم را می توان دو گونه تصویر کرد: ^(۱۵) در مدل اول، جهان از اندازه ای متناهی و در مدل دوم، موسوم به مدل انفجار بزرگ، جهان از مقیاس صفر شروع می شود . مدل اول چندان مورد پسند فیزیکدانان نیست، زیرا مستلزم فرضهای بیشتر درباره شرایط اولیه است . اما مدل دوم که امروزه مورد قبول اکثر فیزیکدانان است، همان نظریه انفجار بزرگ است که بنابر آن در آغاز، ابعاد عالم صفر و چگالی و انحناء فضا – زمان بی نهایت بود . این شرایط بسیار ناپایدار به انفجار مهیبی منجر شد که همه عالم کنونی ما، شامل فضا، زمان و ماده، نتیجه آن انفجار اولیه است . نظریه نسبیت عام پیش بینی می کند که در آن نقطه آغازین به دلیل صفر شدن ابعاد فضا و همبستگی فضا، زمان و ماده، زمان نیز به سمت صفر میل می کند و چون تمام قوانین فیزیکی بر مبنای فضا و زمان صورت بندی شده اند، نظریه از تبیین باز می ماند و درهم می شکند . ^(۱۶) این نقطه که به آن تکینگی گفته می شود، مرزی است که بر اساس حوادث پس از آن، نمی توان به حوادث پیش از آن پی برد و همچنین بالعکس .
بنابراین، حوادث پیش از انفجار بزرگ را نمی توان با قوانین موجود صورت بندی کرد و مدلی برای آن ارائه داد . بعلاوه، چون فضا و زمان نیز همراه با انفجار بزرگ پدید آمده اند، سؤال از زمان و مکان انفجار بزرگ بی معناست . ^(۱۷) مدل انفجار بزرگ
اگر جهت انبساط عالم را معکوس کنیم، به نقطه زمان صفر می رسیم که چگالی و انحناء فضا زمان بی نهایت و دما بسیار زیاد بوده است . خصوصیات این ماده آغازین که به اسامی گوناگونی چون ماده آغازین اولیه (Ylem) ، آتشگوی آغازین، اتم آغازین و . . . . نامیده شده است، منجر به تکینگی در آغاز زمان می شود که «راجر پن رز» و «استیون هاوکینگ » طی مقاله مشترکی در سال ۱۹۷۰ نشان دادند که با فرض صحت نسبیت عام و مقدار ماده موجود در جهان و انبساط عالم، گریزی از آن نیست . ^(۱۸) چنانچه بخواهیم از آغاز جهان شروع کنیم، با محدودیتهایی که قواعد مکانیک کوانتومی اعمال می کنند، راهی برای درک آنچه در زمان صفر و یا زمان کمتر از ۴۳- ۱۰ ثانیه مشهور به زمان پلانک، اتفاق افتاده است، نداریم . حتی برخی از فیزیکدانان در مورد چگونگی توضیح حوادث پس از زمان پلانک نیز تردیدهای جدی دارند . با این حال، با تقریب مناسبی می توان وقایع پس از انفجار بزرگ، یعنی حوادث پس از زمان پلانک را توضیح داد . ^(۱۹)
با عبور از زمان پلانک می توان گفت که اولین تجزیه در طبیعت رخ داده و نیروی گرانش از مابقی نیروها جدا شده است . بین این زمان تا ۳۵- ۱۰ ثانیه پس از انفجار بزرگ موسوم به دوره GUT ، سه نیروی هسته ای قوی، هسته ای ضعیف و الکترومغناطیس از هم غیر قابل تشخیص بوده اند . در زمان ۳۴- ۱۰ ثانیه پس از انفجار بزرگ، در دمای حدود ۱۰۲۸ درجه کلوین، نیروی قوی هسته ای از نیروی الکتروضعیف جدا شده و وجود مستقل یافته است . در ۱۰- ۱۰ ثانیه پس از انفجار بزرگ، در دمای ۱۰۱۵ درجه کلوین، کوارکها ظاهر شده و نیروهای هسته ای ضعیف و الکترومغناطیس از هم تمایز یافته اند . در ۴- ۱۰ ثانیه پس از انفجار بزرگ، در دمای ۱۰۱۲ درجه کلوین، کوارکها به تدریج به پروتونها و نوترونها تبدیل شده اند .
در این لحظه، جهان توده ای بود جوشان از ذرات و اشعه که پیوسته جفتهای ذره – پادذره از فوتونهای پرانرژی خلق می شدند و یکدیگر را از بین می بردند و انرژی برخورد به صورت اشعه ساطع می شد . بعلاوه، در این زمان ذراتی چون الکترون و نوترینو همراه با پادذراتشان به وجود آمده اند . در دمای ۱۰۱۱ درجه کلوین یعنی ۱/۰ ثانیه پس از انفجار بزرگ، به ازاء هر یک میلیارد فوتون، الکترون و یا نوترینو، یک پروتون و یا نوترون وجود داشت و چگالی عالم هنوز بسیار زیاد و معادل ۸/۳ میلیارد برابر چگالی آب در شرایط معمولی زمین بود . با سرد شدن عالم، زمانی که دما به ۱۰۱۰ درجه کلوین تنزل یافت، یعنی در حدود ۱ ثانیه پس از انفجاربزرگ، کلیه زوجهای الکترون – پوزیترون نابود شدند و فرآیند خلق ماده متوقف گردید .
در این دوره، فراوانی فوتون به سایر ذرات در حدود ۱۰۹ برابر بود و به همین دلیل این دوره را عصر تابش می نامند . چگالی جهان در این زمان تقریبا ۳۸۰ هزار برابر چگالی آب بود و کاهش دما باعث تغییر نسبت پروتون – نوترون به ۲۴ درصد نوترون و ۷۶ درصد پروتون شده بود . تقریبا ۱۴ ثانیه پس از انفجار بزرگ، دمای جهان به حدود ۳ میلیارد درجه کلوین کاهش یافت و به دلیلی ناشناخته کسر کوچکی از ذرات الکترون و پوزیترون باقی ماند . در این دما هسته های دوتریوم به محض تشکیل شدن، از هم می پاشیدند و لذا هسته های سنگین تر فرصت به وجود آمدن پیدا نکردند .
فرایند تبدیل نوترونها به پروتونها علی رغم کم شدن سرعت، همچنان ادامه داشت . نسبت آنها در این زمان ۱۷ درصد نوترون و ۸۳ درصد پروتون بود . بعد از گذشت حدود ۳۰ ثانیه از آغاز جهان و با کاهش دما به یک میلیارد درجه یعنی در حدود هفتاد برابر دمای کنونی مرکز خورشید، بسیاری از پروتونها و نوترونها در یکدیگر گداختند و هسته های هلیم را پدید آوردند . برخورد نوترونها و پروتونها با الکترونها، نوترینوها و پادذره هایشان تقریبا قطع شده بود، اما واپاشی نوترون به تدریج اهمیت می یافت: در هر ۱۰۰ ثانیه، ۱۰ درصد نوترونهای باقیمانده به پروتون واپاشی می یافتند . نسبت نوترون – پروتون به ۱۴ درصد نوترون و ۸۶ درصد پروتون رسیده بود .
در پایان سه دقیقه نخستین، دیگر نوترون آزادی به جا نمانده بود و فرآیندهای هسته ای متوقف شدند . در این زمان حدود ۷۵ درصد از جرم جهان به صورت پروتونها و الکترونها (که سرانجام به هم پیوستند و هیدروژن را به وجود آوردند) و ۲۵ درصد جرم باقیمانده به هلیوم تبدیل شده بود . در حدود ۳۰ دقیقه پس از انفجار بزرگ، دمای جهان به ۳۰۰ میلیون درجه کلوین و چگالی آن به ۹/۹ برابر چگالی آب کاهش یافت . از این مقدار ۳۱ درصد به صورت نوترینوها و پادنوترینوها و ۶۹ درصد به صورت فوتونها بودند . جهان هنوز آن قدر داغ بود که اتمهای پایدار دوام نمی آوردند . پس از گذشت ۵۰۰ هزار سال، جهان در حال انبساط به اندازه ای سرد شده بود که الکترونها می توانستند در دمای حدود ۵۰۰۰ درجه کلوین، یعنی دمای سطح خورشید، به هسته های هلیم و هیدروژن پیوسته و اتمها را تشکیل دهند .
تشکیل اتمها نشانه گسست آخرین حلقه های پیوند میان اشعه و ماده در مقیاس کیهانی بود، چرا که اتمها به دلیل خنثی بودن، دیگر با اشعه به کنش متقابل نمی پرداختند . از آن پس اشعه زمینه ای کیهانی مدام رو به سردی و رقت گذاشت تا امروزه که به صورت نجوای ضعیفی در دمای تقریبا ۷/۲ درجه کلوین ردیابی می شود . از پانصد هزار تا یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ، موسوم به عصر ستاره ای، کهکشانها، ستاره ها و همچنین عناصر سنگین شروع به شکل گیری کردند . پس از آن تا ده میلیارد سال بعد سیارات شکل گرفتند و ۱۲ میلیارد سال پس از انفجار بزرگ، حیات به صورت جانداران میکروسکوپی پا به عرصه وجود گذاشت . فسیلها و استخوانهای کشف شده از موجودات آدم نما نزدیک به یک الی دو میلیون سال قدمت دارند .
توضیح مطلوب پدیده هایی چون انبساط عالم، تشعشع زمینه ریزموجی و توزیع نسبی هلیوم – هیدورژن ^(۲۰) و حل معضلاتی چون باطلنمای البرز ^(۲۱) توسط نظریه انفجار بزرگ، باعث شده است اکثر قریب به اتفاق فیزیکدانان آن را به عنوان نظریه مقبول در مورد تطور عالم بپذیرند و نظریه های رقیب را کنار گذارند . یکی از مهمترین نظریه های رقیب که در لفافه دلایل علمی ولی در واقع با انگیزه های فلسفی و کلامی پا به عرصه گذاشت، نظریه حالت پایدار (Steady – State Theory) است . مدل حالت پایدار
در سال ۱۹۴۸ میلادی توماس گلد، هرمان باندی و فرد هویل، نظریه ای موسوم به «نظریه حالت پایدار» در توجیه پدیده های کیهان شناختی و نحوه تطور عالم تدوین کردند . آنها با فرض ثبات ازلی جهان، چهارمین فرض از فرضیه های بنیادین کیهان شناسی را در اصلی معروف به «اصل کامل کیهان شناختی » چنین تعمیم دادند که: «جهان نه فقط در هر سو همسانگرد واز هر جاکه بنگریم همگن است، بلکه هر زمان نیز که نظر شود، چنین است .» ^(۲۲) بنابراین، مفهوم همگنی و همسانگری به بعد زمان نیز تعمیم می یابد . تصویر جهان متناسب بااین اصل همچون تصویر ساکن در رودخانه ای جاری است که هرچند حرکت را طرد و نفی نمی کند، اما جهان را در کل بدون تغییر می بیند . ^(۲۳)
نظریه حالت پایدار در عین قبول جهان در حال انبساط، آن را ناشی از انفجار بزرگ و شروع از یک تکینگی نمی داند، بلکه معتقد است تمامی پارامترها وهمچنین ثابت هابل در تمام زمانها در جهان یکسان بوده است . برای یکسان ماندن همواره جهان در حال انبساط، این نظریه فرض می کند که همواره کهکشانهای جدیدی خلق می شوند و جای کهکشانهای قدیمی و دورشونده را می گیرند . آهنگ آفرینش در این مدل بسیار کند است; یعنی یک اتم هیدروژن در حجم یک لیتر در هر ۱۰۱۲ سال و لذا آزمون آن تقریبا غیرممکن است . ^(۲۴) به جز آفرینش مدام ذرات، یکی از پیش بینیهای قابل آزمون این مدل یکسان بودن شمار کهکشانها و اشیاء مشابه آن در تمام زمانها در هر حجم مفروضی از فضا است .
بنابراین در صورت مشاهده تفاوت بین یک ویژگی ستاره شناختی در گذشته دور با مناطق مجاور، یکسان بودن جهان نقض خواهد شد . در اوایل دهه شصت، تحقیق گروهی از ستاره شناسان به رهبری مارتین رایل در مورد امواج رادیویی فضاهای دوردست نشان داد که تعداد منابع معمولی این امواج در هر واحد حجم فضا برای منابع نزدیک کمتر از منابع دور است . ^(۲۵) چنین نتیجه ای می توانست دو گونه تعبیر شود: یا این که ما در مرکز خاصی از جهان واقع شده ایم که در آن تعداد منابع رادیوئی از مناطق دیگر کمتر است و یا این که در حال نگریستن به حوادث زمان گذشته هستیم و در آن زمان تعداد منابع بیش از زمان حال بوده است . هر دو تعبیر با نظریه حالت پایدار ناسازگار است . مدافعین نظریه حالت پایدار در مقام پاسخگوئی، این مشکل را ناشی از عدم دقت در اندازه گیریها و عدم قطعیت در ابعاد فضائی و زمانی جهت صدق نظریه دانستند و مدعی شدند با افزایش در دقت و مقیاس اندازه گیری، نظریه صادق خواهد بود . پاسخ اول با توجه به دقت مناسب وسایل اندازه گیری و پاسخ دوم به دلیل ابطال ناپذیر کردن نظریه، غیر قابل قبول هستند .
نظریه حالت پایدار در دهه های چهل و پنجاه میلادی رقیبی جدی برای نظریه انفجار بزرگ شمرده می شد، اما با کشف اشعه زمینه کیهانی ضربه ای اساسی به آن وارد آمد . این اشعه در نظریه انفجار بزرگ با منشا جهان مرتبط است، اما در مدل حالت پایدار چنین توضیحی را ابدا نمی توان مطرح کرد . با تمام این ایرادات فردهویل از پای ننشست . وی اواسط دهه هفتاد به اتفاق جایانت نارلیکار فرمول بندی دیگری برای مدل حالت پایدار عرضه کردند . ^(۲۶) آنهابا این استدلال که جرم ذرات (مثل الکترون و پروتون) بر اثر اندرکنشهای متقابل با ماده دوردست جهان به وجود می آید، نسبیت عام را مجددا صورت بندی کردند . معادلات آنها بسیار شبیه معادلات اینشتین است، با این تفاوت که جرم ذرات مسن تر به دلیل افزایش اندرکنشها بیشتر از جرم ذرات جوان تر است . بر این مبنا انتقال به قرمز کهکشانها ناشی از فرار آنها و انبساط عالم نیست، بلکه به جرم کم الکترونها در اتمهای آن کهکشانها و افزایش آن در طول زمان ارتباط دارد .
از طرف دیگر، افزایش جرم ذرات به معنای کوچکتر شدن اندازه اتمها و در نتیجه اندازه همه چیز از جمله کهکشانها با گذشت زمان است . بنابراین، کهکشانها در حال دور شدن از همدیگر نیستند، بلکه خطکشهای ما در حال جمع شدن و چروکیدن هستند . در واقع چون کهکشانها در گذشته دور بسیار بزرگتر بوده اند، چنین به نظر می رسد که در حدود ۱۵ میلیارد سال پیش در یک محل اجتماع کرده بودند و امروزه چون بسیار کوچکترند، به نظر می رسد که دورتر هستند . بطور خلاصه، انبساط جهان یک خبط بصری است .
در برابر این ایده یک مشکل اساسی بروز می کند: در جهان ازلی تعداد اندرکنش متقابل بین ذرات بی نهایت است و لذا جرم ذرات امروزی بایستی بی نهایت باشد . هویل – نارلیکار در برابر این اشکال ایده غریبی را مطرح کردند . آنها زمانی را به صورت t = 0 در نظر گرفتند که در آن، جرم تمام ذرات صفر است . اجسام قبل از زمان t = 0 نقش منفی واجسام بعد از آن نقش مثبت دارند . با این تقسیم بندی، طبیعت اندرکنش اجسام در گذر از مرز t = 0 تغییر می کند . چون تمام فضا – زمان در این کیهان شناسی به مناطقی با تجمع مثبت و تجمع منفی تقسیم شده است، در سطوحی که روی آنها نقشهای مثبت و منفی همدیگر را کاملا خنثی می کنند، یعنی سطوح t = 0 ، جرم ذرات صفر است .
هنگامی که ستاره شناسان به عقب باز می گردند تا حد فاصل بین تجمعات مثبت و منفی را ببینند، پدیده هایی را مشاهده می کنند که آنها را به اشتباه به جانب انفجار بزرگ هدایت می کند . اما در واقع، ما در نزدیک سطحی با جرم صفر قرار گرفته ایم و مشاهدات را باید با این حقیقت که جرم ذرات در چنین سطوحی صفر می شود، توضیح داد .
این سخنان به معنی آن است که برای پرهیز از یک وضعیت غیر عادی یعنی تکینگی، می توان حالتهای غیرعادی بسیاری را پذیرفت: صفر شدن تمام جرمها در سطح ۰ = t ، زمان منفی در t، دوگانه بودن کیفیت اثرگذاری جرمها به صورت منفی و <0 >مثبت در tو t>0 ، بزرگ شدن جرم ذرات و کوچک شدن ابعاد کهکشانها با مرور زمان و . . . بیهوده نیست که تی . اس . <0 >الیوت این مدل را کیهان شناسی غریب نام نهاده است!
واقعیت این است که نگرانی اصلی مدافعین نظریه حالت پایدار ورود متافیزیک به عرصه فیزیک با استفاده از نظریه انفجار بزرگ است . هویل – نارلیکار نارضایتی اصلی خود از نظریه انفجار بزرگ را چنین اعلام می کنند: «بسیاری از پذیرش چنین موقعیتی (نظریه انفجار بزرگ) خرسند هستند . آنها آن را بدون این که در جستجوی هر گونه توصیف فیزیکی برای شروع ناگهانی ذرات باشند، می پذیرند . شروع ناگهانی فوق عالما و عامدا متافیزیکی در نظر گرفته می شود – چیزی که در ورای فیزیک قرار دارد . لذا قوانین فیزیکی به این نحو تصور می شوند که در t = 0 می شکنند و این شکست، ذاتی آنهاست . در نظر بسیاری از مردم این سیر فکری به ظاهر کاملا خرسند کننده است، زیرا با آن می توان «چیزی » خارج فیزیک را در t = 0 معرفی کرد و افزود . در یک بازی می دهد; اما آن را به صورت «الله » (God) می نویسند تا به ما اخطار کنند که نباید موضوع را بیش از این دنبال کنیم . تلاشهای انجام شده به منظور توضیح پدیده ها از طریق ورود متافیزیکی به جهان، در گذشته همواره با شکست مواجه بوده است . . . ما اعتقاد نداریم که برای حل هر مساله ای که به ذهن می رسد، لازم است به متافیزیک متوسل شویم .» ^(۲۷) نظریه حالت پایدار به دلیل مشکلات نظری امروزه طرفدار چندانی ندارد . ^(۲۸) مدل جهان تورمی (Inflationary Universe) و تورم آشوبناک (Chaotic Inflation)
نظریه متعارف انفجار بزرگ از ارائه راه حل برای چند مساله حل ناشده ناکام ماند، از جم ^(۲۹) له: «مشکل افق » (Horizon Problem) و «مشکل تخت بودن جهان » . (Flatness Problem) ^(۳۰)
مشکل افق، ناشی از محدودیت سرعت نور است . دورترین فاصله از مشاهده گر که نور فرصت داشته است از زمان مهبانگ به این سو طی کند، موسوم به افق مشاهده گر، برابر است با سن عالم ضربدر سرعت نور، که با این ترتیب شعاع جهان قابل مشاهده امروزین در حدود ۱۰۲۷ سانتی متر می شود . ^(۳۱) زمانی که از عمر عالم فقط ۳۵- ۱۰ ثانیه می گذشت، کل جهان قابل مشاهده کنونی در فضائی به قطر تقریبی یک سانتی متر جای گرفته بود، حال آن که علائم نوری می توانستند صرفا مسافتی در حدود ۲۵- ۱۰ سانتی متر را طی می کنند . ^(۳۲) بنابراین، در جهان کوچک که به جهان بزرگ کنونی انجامیده، مناطق بزرگی وجود داشته است که فراتر از افق مشاهده بوده اند و به دلیل عدم انتقال نور، ماده و یا هر علامت دیگر هیچ ارتباط علی با یکدیگر نداشته اند . اما در حال حاضر، دما و تشعشع زمینه ریزموجی مناطقی که قبلا خارج از افق مشاهده یکدیگر بوده اند و در حال حاضر معادل دو برابر افق مشاهده از هم فاصله دارند، همانگونه که داده های ماهواره COBE نیز نشان داده اند، ^(۳۳) بسیار یکسان و همانند به نظر می رسند، به طوری که اختلاف بین آنها چیزی در حدود یک قسمت درصد هزار است . ^(۳۴) نظریه متعارف مهبانگ پاسخی برای این معضل، موسوم به مشکل افق یا مشکل همگنی، (Isotropy Problem) ندارد .
دومین معضل مدل متعارف انفجار بزرگ، تخت و مسطح بودن جهان در مقیاس بزرگ است به گونه ای که ردیابی انحناء فضا در چنین مقیاسی تقریبا غیرممکن است . اگر انحناء عالم مثبت بود، جهان مدتها پیش د