جایگزین های نظریه مهبانگ

نظریه مهبانگ (Big Bang) اساسی ترین توضیح در مورد آغاز جهان در 13.8 میلیارد سال پیش است. گرچه نظریه پیشرو تبیین جهان به شمار می رود، نظریات دیگری نیز وجود دارند که ایده های متفاوتی مطرح کرده یا نظریه مهبانگ را توسیع می دهند.

برای بررسی نحوه بوجود آمدن جهان ابتدا باید ماهیت کنونی آن را دریابیم. عبارت "جهان مشهود" (observable universe) به هر آن چیزی اشاره دارد که می توانیم ببینیم.

بواسطه وابستگی میان مسافت و سرعت نور، دانشمندان می توانند به ناحیه ای از فضا بنگرند که 13.8 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد، به این معنا که ما می توانیم در هر جهت تا فاصله 13.8 میلیارد سال نوری را بنگریم. اما موضوع به این سادگی نیست. به علت انبساط جهان تخمین های اخیر قطر جهان قابل مشاهده را حدود 90 میلیارد سال قرار داده اند.

دانشمندان سه فرض بنیادی درباره جهان برپایه نظریات و مشاهدات خود قرار داده اند:

قوانین فیزیک جهان شمول هستند و با زمان یا مکان در فضا تغییر نمی کنند.

جهان همگن است، یا به عبارت ساده تر در هر جهتی یکسان است (گرچه بر حسب زمان ممکن است تغییر کند)

انسانها از هیچ نقطه ممتازی در جهان به آن نمی نگرند، به عبارتی انسان در مرکز جهان قرار ندارد.

معادلات اینشتاین خواص متعددی برای جهان بر می شمرند که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. جهان در حال انبساط است.
2. جهان از یک نقطه داغ و چگال در زمان بسیار دوری در گذشته بوجود آمده است.
3. سبکترین عناصر، هیدروژن و هلیوم در نخستین لحظات پیدایش جهان بوجود آمدند.
4. یک تابش پس زمینه ای مایکروویو سراسر جهان را پر کرده است.

جایگزین های نظریه مهبانگ

اگر هرکدام از این مفروضات نادرست باشند، نظریه مهبانگ قادر به توضیح تمامی خواص جهان نخواهد بود. در این صورت این پرسش پیش می آید که "آیا ممکن است مهبانگ هیچگاه رخ نداده باشد؟"

یک نظریه جایگزین، جهان حالت پایدار است (Steady State Universe). این نظریه خلق مداوم ماده در سراسر جهان را توضیحی بریا انبساط دائمی آن می داند. این نوع جهان می تواند نامحدود بوده ولی هیچ آغاز یا انتهایی نداشته باشد. لیکن کوهی از شواهد یافت شده از میانه دهه 1960 به بعد بر نادرستی این نظریه دلالت داشته اند.

نظریه دیگر، نظریه تورم ازلی و ابدی است. پس از مهبانگ، جهان در طی یک دوره کوتاه به نام تورم بسرعت انبساط یافته است. این نظریه چنین مطرح می سازد که تورم جهان هیچگاه متوقف نمی شود و مدت نامحدودی است که ادامه داشته است. حتی همین اکنون جهان های جدیدی در یک مجتمع وسیع به نام "چندجهان" (multiverse) در حال پدید آمدن هستند. این جهان های متعدد م یتوانند قوانین فیزیکی متفاوتی داشته باشند.

مدل نوسانی جهان اما شامل تعداد بی پایانی مهبانگ است که به دنبال آن تراکم جهان پیش آمده و جهان پس از انبساطی عظیم و رسیدن به انتهای ابعاد خود، دوباره منقبض شده و به شکل نقطه ابرداغ-ابرچگال اولیه در آمده و مجددا منفجر می شود و این چرخه بطور بی پایان تکرار می شود. مدل چرخه ای نوین شامل یک غشا همراه با حجمی از بعد بالاتر به نام توده (bulk) است.

مفاهیم استخراج شده از گرانش کوانتومی و نظریه ریسمان، ما را وسوسه می کنند به جهانی فکر کنیم که در واقعیت هیچ شباهتی به جهان مشهود توسط ما انسانها ندارد. ممکن است یک هولوگرام باشد که بر سطح کره ای تصویر شده یا یک شبیه سازی کاملا دیجیتال باشد که بر روی کامپیوتری عظیم اجرا می شود.

منابعی برای مطالعه بیشتر:

• Nicolai, Hermann. "Complexity and the Big Bang.(opens in new tab)" Classical and Quantum Gravity 38.18 (2021): 187001. 
• Netchitailo, Vladimir S. "World-Universe Model—Alternative to Big Bang Model.(opens in new tab)" Journal of High Energy Physics, Gravitation and Cosmology 6.01 (2020): 133. 
• Wallace, David. The emergent multiverse: Quantum theory according to the Everett interpretation.(opens in new tab) Oxford University Press, 2012. 
• Linde, Andrei. "A brief history of the multiverse.(opens in new tab)" Reports on Progress in Physics 80.2 (2017): 022001. 
• ·    Bostrom, Nick. "Are we living in a computer simulation?(opens in new tab)." The philosophical quarterly 53.211 (2003): 243-255.  

ترای سراتوپس، علفخوار ماقبل تاریخ با ظاهری هراس انگیز

با سه شاخ تیز و صفحه دندانه دار پشت سر، ترای سراتوپس هوریدوس (Triceratops horridus) با ظاهر مرعوب کننده خود سراسر آمریکای شمالی را در دوره کرتاسه، حدود 69 میلیون سال پیش در می نوردید. با وجود ظاهر خشن خود، این سراتوپسین (دایناسور شاخ دار) یک علف خوار بود.

ترای سراتوپس که عبارت لاتینی به معنای صورت سه شاخی است، در زمره دایناسورهای غیرپرنده ای بود که پیش از انقراض جمعی 66 میلیون سال پیش زندگی می کرد. یکی از فراوانترین دایناسورهایی است که سنگواره آن توسط دیرین شناسان یافت شده و در سراسر چینه بندی غنی از سنگواره هل کریک در مونتانای شمالی یافت می شود، یعنی جایی که آخرین هزاره قلمرو دایناسورها را در خود ثبت کرده است. حتی با وجود این فراوانی شواهد، دانشمندان هنوز چیزهای زیادی درباره ترای سراتوپس باید یاد گیرند.

کاملترین فسیل ترای سراتوپس

شواهدی مبنی بر نبردهای حماسی میان ترای سراتوپس و تیرانازوروس رکس وجود ندارد. ترای سراتوپس غول آسا با طول هشت متر و وزنی بین 6 تا 8 تن در چشم انداز ماقبل تاریخ یک موجود مهیب بود. پاهای ستبر کمک می کرد این چهارپا وزنش را هنگام گردش در بوته زارهای آمریکای شمالی تحمل کند.

سر عظیم ترای سراتوپس شاید کمک می کرد سایر دایناسورها از او هراس داشته باشند. برخی جمجمه های کشف شده حدود 3 متر طول داشته اند. تاج پشت سر او از استخوان و دادانه های کوچک ساخته شده بود. شاید این زواید برای جفت یابی بکار می رفته است اما دانشمندان بعید می دانند نقش دفاعی داشته است.

سنگواره های ترای سراتوپس اغلب بصورت منفرد یافت شده که حاک یاز زندگی انفرادی این موجودات است. دهان آنها شبیه منقار پرندگان بوده و دندانهایی بسیار پیچیده داشته اند که برای برش علف های متراکم و سخت مناسب بوده است.

شصت و شش میلیون سال پیش، یعنی حدود سه میلیون سال پس از نخستین باری که این دایناسور پدیدار شد، یک سیارک 12 کیلومتری در خلیج یوکاتان مکزیک به زمین برخورد کرد. فاجعه زیست محیطی متعاقب آن به نابوذی بیش از سه چهارم تمامی گونه های زنده انجامید که شامل ترای سراتوپس و تمامی دایناسورهای دیگر غیرپرنده می شد.

https://www.nationalgeographic.com/animals/facts/triceratops-horridus

زمین، ماه و سیارک بنو در یک قاب تصویر

نوزدهم دسامبر 2018 فضاپیمای OSIRIS-Rex ناسا از 114 میلیون کیلومتری زمین و فاصله 43 کیلومتری سیارک بنو (Bennu) عبور کرده و این تصویر خیره کننده را ثبت کرد. در این تصویر زمین و ماه به صورت دو نقطه نزدیک به هم در سمت چپ و سیارک بنو در سمت راست دیده می شود. سیارک بنو 500 متر قطر دارد. فضاپیمای مزبور هم اکنون در فاصله 1.6 کیلومتری بالای سطح سیارک بنو در حال گردش و مطالعه این سیارک است. مطالعه این سیارک به شناختن مراحل شکل گیری دستگاه خورشیدی و نقش سیارک های غنی از کربن مانند بنو در شکل گیری حیات بر روی زمین کمک خواهند کرد.

سیارک ها چیستند و چه خطراتی برای کره زمین دارند؟

تصویری از سیارک اروس، ناسا سال 2000

یک سیارک جسم سنگی نسبتا کوچک و غیرفعال است که به دور خورشید می گردد. بیشتر سیارکها در ناحیه ای بین مریخ و مشتری به دور خورشید دوران می کنند. هر روزه زمین توسط بیش از 100 تن غبار و ذراتی به اندازه دانه شن بمباران می شود.

تقریبا سالی یک بار، یک سیارک به اندازه یک خودرو به اتمسفر زمین برخورد کرده و یک توپ آتشین خیره کننده تولید می کند و پیش از رسیدن به سطح زمین می سوزد.

تقریبا هر 200 سال یکبار یک سیارک به اندازه یک زمین فوتبال به زمین برخورد کرده و ویرانی قابل توجهی در یک نقطه به بار می آورد.

تنها هر چند میلیون سال یکبار شیئی به اندازه ای بزرگ که کل تمدن موجود بر روی زمین را تهدید کند، به سوی زمین می آید. برخورد آن یک حفره بزرگ ایجاد می کند. ماه . ساید اجرام سیاره ای شواهدی بر این رویدادها هستند.
صخره های فضایی کوچک کوچکتر از 25 متر به هنگام ورود به جو زمین سوخته و آسیب مشهودی ایجاد نخواهند کرد. اگر یک شهاب سنگ بزرگتر از 25 متر و کوچکتر از 1000 متر قطر داشته و به زمین برخورد نماید، باعث صدمات محلی در ناحیه برخورد خود خواهد شد.
هر جسمی بزرگتر از 1 یا 2 کیلومتر در اثر برخورد با زمین آثار جهانی ایجاد خواهد کرد. بزرگترین سیارک بالقوه خطرناکی که می شناسیم، توتاتیس (Toutatis) با قطر 5.4 کیلومتر است.

تصویر رادار گلداستون از توتاتیس

در مقام مقایسه، سیارک هایی که کمربند سیارکی اصلی میان مریخ و مشتری را اشغال کرده اند و تهدیدی متوجه زمین نمی سازند، می توانند تا 940 کیلومتر قطر داشته باشند.

مهمترین مثال قابل ذکر از برخورد یک سیارک، برخوردی در 65 میلیون سال قبل بود که به انقراض تمامی دایناسورهای غیرپرنده انجامید. دانشمندان تخمین می زنند که آن سیارک بین 11 تا 12 کیلومتر پهنا داشته است. با برخوردش به زمین یک ستون عظیم از غبار روانه اتمسفر کرد که بطور کامل سیاره زمین را پوشانده، مانع رسیدن نور خورشید به زمین شده و دمای مجاور ناحیه برخورد را تا اندازه ای بالا برد که همه موجودات زنده بخار شدند.

اگر امروزه چنین فاجعه ای رخ دهد میلیاردها نفر از انسانها نابود خواهند شد و بخش عمده ای از حیات بر روی سیاره ناپدید می شود. اما بازماندگانی هم وجود خواهند داشت.

و بالاخره دانشمندان بر این باورند که برخورد یک سیارک بزرگتر از پهنای 96 کیلومتر عملا تمامی آثار حیات بر رو یسیاره ما را از بین خواهد برد.

اما سیارکهای کوچکتر هم می توانند صدمات عظیمی ببار آورند. یک شهاب سنگ 800 متری در اثر برخورد با زمین انرژی معادل 100 میلیارد تن تی ان تی آزاد خواهد کرد. سیارکی به اندازه یک خانه که با سرعت 48000 کیلومتر بر ساعت به زمین برخورد می کند تمامی سازه های ساخت انسان را تا 800 متری محل برخورد تبخیر خواهد کرد.

نزدیکترین زمانی که یک سیارک از نزدیکی زمین عبور کند، 26 اکتبر 2028 خواهد بود. پیش بینی می شود که سیارکی با قطر حدود 1600 متر از فاصله حدود 400 هزار کیلومتری زمین با سرعت 48000 کیلومتر بر ساعت عبور کند. البته به گفته ناسا این سیارک هیچ تاثیری بر روی زمین نخواهد داشت.

مدار یک سیارک چگونه محاسبه می شود؟

مدار یک سیارک با یافتن مسیر بیضوی آن به دور خورشید و انطباق آن با مشاهدات انجام شده محاسبه می شود. به عبارتی، مسیر محاسبه شده شیء به دور خورشید با مکان های مشاهده شده از آن در آسمان مقایسه می شود. با تکرار مشاهدات مسیر آن بطور پیوسته اصلاح می شود تا با درک صحیح تری از مسیر آتی آن برسیم.

ناسا دارای یک دفتر هماهنگی دفاع سیاره ای است که اشیای بطور بالقوه خطرناک – سعنی سیارک ها و ستاره های دنباله داری که ممکن است به فاصله 8 میلیون کیلومتری زمین رسیده و بزرگتر از 30 تا 50 متر باشند را شناسایی می کند. ناسا درباره اسن اجرام آسمانی هشدارای بهنگام صادر کرده و با دولت آمریکا برای برنامه ریزی مواجهه با خطرات احتمالی برخورد اشیای آسمانی هماهنگی می نماید.

منابع:

https://www.nasa.gov/mission_pages/asteroids/overview/fastfacts.html

https://futurism.com/19943

---

تدریس دروس ریاضیات دانشگاه و دبیرستان

توسط مدرس خصوصی با تجربه با سابقه کار درخشان

09360771981

---

محاسبه انرژی آزاد شده از برخورد یک ستاره دنباله دار با زمین

در فیلم سینمایی "بالا را نگاه نکن" (Don’t Look Up) یک ستاره شناس و دستیار جوانش ستاره دنباله داری با قطر تقریبی 5 تا 10 کیلومتر کشف می کنند که در مسیر برخورد مستقیم با زمین قرار دارد. یکی از بزرگترین چالش های دانشمندانی که متوجه این واقعیت شده بودند، قبولاندن میزان وخامت اوضاع به سیاستمداران وقت بود. آنها اصرار داشتند که برخورد چنین جرم آسمانی می تواند کل گونه های زنده بر روی زمین را از میان ببرد اما عموم مردم فریفته بازی های سیاسی حاکمان شده و غافل از آینده هولناکی بودند که انتظار آنها را می کشید.  گرچه این فیلم را می توان هجویه ای بر تقابل سیاست و علم دانست، اما برخی مطالب مطرح شده در آن با واقعیات علمی همخوانی دارند. اما از نقطه نظر علمی اگر یک ستاره دنباله دار به قطر 5 کیلومتر با زمین برخورد کند چه میزان انرژی رها خواهد شد؟

ستاره های دنباله دار بیشتر از عناصر سنگی با چگالی حدود 7000 کیلوگرم بر متر مکعب ساخته شده اند. برای محاسبه جرم ستاره دنباله دار باید حجم آن را در این چگالی ضرب کنیم:

Volume=(4/3)*(3.1416)*(5000) ³= 524(10)⁹

M=Volume*Density=524(10)⁹*7000=3.67(10)¹⁵   Kg

برای محاسبه انرژی این ستاره دنباله دار باید از فرمول انرژی جنبشی استفاده کنیم. یک ستاره دنباله دار که از فضای دور دست می آید هنگام برخورد با زمین سرعتی حدود 52 کیلومتر بر ثانیه خواهد داشت.

K=(1/2)MV² = 0.5*3.67(10)¹⁵*(52000)²=4.96(10)²⁴   Jouls

انرژی آزاد شده در طی انفجار بمب هیروشیما (جنگ جهانی دوم) حدود 1.5 (10)¹³ ژول بوده است. با تقسیم عدد بالا بر این مقدار انرژی خواهیم داشت:

4.96(10)²⁴  / 1.5(10)¹³ = 330(10)⁹

به عبارتی چنین ستاره دنباله داری در اثر برخورد با زمین انرژی معادل انفجار 330 میلیارد بمب اتمی هیروشیما آزاد خواهد کرد! این مقدار انرژی می تواند حیات را بر روی کره زمین بطور کلی نابود سازد.

منابع استخراج داده ها:

https://www.britannica.com/technology/atomic-bomb

https://serc.carleton.edu/quantskills/activities/botec_earthquake.html

---

تدریس دروس ریاضیات دبیرستان و دانشگاه

توسط مدرس خصوصی مجرب با بیش از بیست و چهار سال سابقه مفید

09360771981

---