پاسخ به 20 سوال جدید در مورد علم اختر و کیهان شناسی

سایت وزین پارس اسکای مقاله ای منتشر کرد تحت عنوان ۲۰ سئوال در زمینه اختر فیزیک و کیهان شناختی. در این نوشته تلاش می شود این سئوالات با استفاده از نظریه سی. پی. اچ. پاسخ داده شود. قضاوت توانایی نظریه سی. پی. اچ. در پاسخگویی به مشکلات موجود فیزیک نظری و اختر فیزیک را به خوانندگان و صاحب نظران محترم واگذار می کنم. اما ذکر این نکته را لازم می دانم که هر نظریه ی جدید برای پاسخ دادن به مشکلات موجود ارائه می گردد. تجارب قرون اخیر نشان داده که یک نظریه در دو جهت زمینه بحث و تلاش بیشتر را فراهم می آورد. یکی اینکه چگونه به مشکلات موجود پاسخ می دهد و دیگر اینکه خود نظریه جدید دارای ابهاماتی است که زمینه ی یکسری سئوالات جدید را فراهم می آورد. تلاش در این دو زمینه روند تکامل علم است که در نهایت زمینه ی یک نظریه کاملتر را فراهم می آورد. این روند تاریخ علم است. نظریه سی. پی. اچ. نیز از این قاعده مستثنا نیست

همچنین توجه شود که پاسخ هرکدام از این سئوالات نیاز به یک تجزیه تحلیل و متن طولانی دارد که از حد یک مقاله ی اینترنتی خارج است. بنابراین الزاما به اشاراتی کوتاه بسنده می کنم و امیدوارم لینک های مورد اشاره بتواند پاسخگوی کنجکاوی خوانندگان عزیز باشد

۱-بیگ بنگ: آیا واقعاً بیگ بنگ نخستین تکینگى بوده است؟

۲-قبل از بیگ بنگ چه رخ داده است:اگر تا ابد با زمان به عقب برگردیم آیا همچنان شاهد وقایع و رخدادهایى خواهیم بود که درطول عمرعالم اتفاق افتاده است. یا نه ، جهان داراى یک عمرمتناهى با آغازى مشخص است. و بیگ بنگ در حقیقت نقطه شروع زمان به حساب مى آید و قبل از آن هیچ چیز نبوده است؟

پاسخ

هر دوی این سئوالات پاسخ مشترکی دارند. بحث تکینگی یا آغاز جهان قابل مشاهده، با سئوال مشابهی که در زمان نیوتن هنگام ارائه ی قانون گرانش عمومی مطرح شد، شباهت و جواب یگانه ای دارند.

نیوتن دریافت که بر اثر قانون جاذبه او، ستارگان باید یکدیگر را جذب کنند و بنابراین اصلاً به نظر نمی رسد که ساکن باشند. نیوتن در سال ۱۶۹۲ طی نامه ای به ریچارد بنتلی نوشت “که اکر تعداد ستارگان جهان بینهایت نباشد، و این ستارگان در ناحیه ای از فضا پراکنده باشند، همگی به یکدیگر برخورد خواهند کرد. اما اکر تعداد نامحدودی ستاره در فضای بیکران به طور کمابش یکسان پراکنده باشند، نقطه مرکزی در کار نخواهد بود تا همه بسوی آن کشیده شوند و بنابراین جهان در هم نخواهد ریخت

این برداشت نیز با یک اشکال اساسی مواجه شد. بنظر سیلیجر طبق نظریه نیوتن تعداد خطوط نیرو که از بینهایت آمده و به یک جسم می رسد با جرم آن جسم متناسب است. حال اگر جهان نامتناهی باشد و همه ی اجسام با جسم مزبور در کنش متقابل باشند، شدت جاذبه وارد بر آن بینهایت خواهد شد

مشکل بعدی قانون جاذبه نیوتن این است که طبق این قانون یک جسم به طور نامحدود می تواند سایر اجسام را جذب کرده و رشد کند، یعنی جرم یک جسم می تواند تا بینهایت افزایش یابد. این نیز با تجربه تطبیق نمی کند، زیرا وجود جسمی با جرم بینهایت مشاهده نشده است

مشکل گرانش نیوتنی در نسبیت عام نیز همچنان باقی ماند. در نسبیت فضا-زمان دارای انحناست. هرچه ماده بیشتر و چگالتر باشد، انحنای فضا بیشتر است. سئوال این است که این انحنای فضا تا کجا می انجامد؟ در نسبیت فضا می تواند چنان تابیده شود که حجم به صفر برسد. برای آنکه ماده بتواند چنان بر فضا اثر بگذارد که حجم به صفر برسد، باید جرم به سمت بی نهایت میل کند. یعنی نسبیت نتوانست مشکل قانون گرانش را در مورد تراکم ماده در فضا حل کند. علاوه بر آن بر مشکل نیز افزود. زیرا قانون نیوتن می پذیرد که ماده تا بی نهایت می تواند متمرکز شود، اما حجم صفر با آن سازگار نیست. اما نسبیت علاوه بر آن که می پذیرد ماده می تواند تا بی نهایت متراکم شود، پیشگویی می کند که حجم آن نیز به صفر می رسد

این مشکل در نظریه سی. پی. اچ. به سادگی و با توجه به اسپین سی. پی. اچ. قابل حل است. در نظریه سی. پی. اچ. همه ذرات موجود در جهان از ذره ی واحدی تشکیل شده که سی. پی. اچ. نامیده می شود. سی. پی. اچ. با مقدار سرعت ثابت نسبت به دستگاه لخت حرکت می کند و تحت تاثیر نیروهای خارجی سرعت انتقالی آن به اسپین و بالعکس تبدیل می شود. هنگامیکه جرم در یک محدوده ی فضایی به اندازهی لازم افزایش یافت، جسم تبدیل به سیاه چاله می شود. با افزایش جرم سیاه چاله، اسپین سی. پی. اچ. نیز افزایش می یابد و سیاه چاله بتدریج به سمت یک سیاه چاله ی مطلق میل کرده و سرانجام در سیاه چاله ی مطلق، اسپین به حداکثر ممکن می رسد و در این شرایط سی. پی. اچ. از نیروی خارجی تبعیت نمی کند و سیاه چاله ی مطلق منفجر می شود. لذا بیگ بنگ ناشی ار انفجار یک سیاه چاله ی مطلق است

۳-فضا – زمان: آیا آن گونه که ادعا مى شود ، جهان از ۴ بعد ساخته شده است؟، سه بعد فضا و یک بعد زمان؟ اگر چنین است چرا باید جهان در ۴ بعد ظاهر شود ؟

پاسخ

در نظریه سی. پی. اچ. تعداد ابعاد جهان ثابت نیست و تابع محیط و شرایط آزمایش و ناظر است. در محدوده ی اجسام چگال حداقل پنج بعدی است و اسپین بعد پنجم است. در چنین شرایطی هرچه بیشتر از محدوده ی اجسام بزرگ وارد دنیای ذرات شویم، بر تعداد ابعاد افزوده می شود. بنابراین می توان گفت تعداد ابعاد با منطق فازی قابل توجیه است. علاوه بر آن در نظریه سی. پی. اچ. زمان یک کمیت مستقل نیست و ناشی از اسپین است. از طرف دیگر چون مقدار سرعت سی. پی. اچ. همواره ثابت است و همه ی اجسام از سی. پی. اچ. ساخته شده اند، زمان بر آنها جاری است و گذشت زمان شامل سی. پی. اچ. نمی شود. با این دیدگاه هر ذره/جسمی در جهان یک ساعت است. اما خود جهان ساعت نیست و هیچ لحظه ای از عمر جهان نمی گذرد. آنچه که در فیزیک و کیهان شناختی راجع به عمر جهان می گویند، مربوط به جهان قابل مشاهده است که قسمتی از کل جهان محسوب می شود. تعداد جهان ها (نظیر جهانی که کهکشان راه شیری در آن است) بیشمار است. هر جهانی بر اثر انفجار یک سیاه چاله ی مطلق به وجود آمده است

۴-جهان از نظر وسعت و اندازه: آیا وسعت فضاى جهان بى نهایت است؟ توپولوژى یا وضعیت جغرافیاى فضاى عالم چگونه است؟

پاسخ

در نظریه سی. پی. اچ. جهان بیکران است و یک قسمت آن، جهانی است که ما مشاهده می کنیم. بنابراین در جهان هستی یک بیگ بنگ وجود ندارد، بلکه بنگ های (انفجارات) زیادی وجود دارد که دائماً تکرار می شوند. همچنین هندسه ی جهان و خواص توپولوژیک آن از یک مکان به مکان دیگر تغییر می کند و تابع محیط، یعنی جرم موجود در آن محدوده ی فضایی است که بر اسپین تاثیر دارد. لذا هندسه هر محدوده ای از فضا، تابع اسپین آنجا است. اما در کل جهان، فضا را می توان تخت در نظر گرفت که از هندسه ی اقلیدسی تبعیت می کند. یعنی انحنای کل جهان هستی، صفر است و هیچگونه انحنایی وجود ندارد

۵ -نظریۀ کوانتومى گرانش:چقدر مى توان نظریۀ مکانیک کوانتومى را با نسبیت عام ادغام کرد که منجر به پیدایش نظریۀ کوانتومى گرانش شود؟ آیا مى توان این نظریه را آزمود؟ در صورت تدوین تئورى کوانتومى گرانش چقدر این تئورى مى تواند در توضیح و تشریح منشاء و مبداء خلقت کائنات ما را یارى دهد؟

پاسخ

مشکل این دیدگاه در این است که گرانش و نیروی الکترومغناطیس را دو پدیده ی مجزا در نظر می گیرند و تلاش می کنند تا این دو نیرو را در یک نظریه ی وحدت بخش یکی کنند. در واقع گرانش و نیروی الکترومغناطیس از یکدیگر جدا نیستند و می توان نشان داد که گرانش نیز آثار الکتریکی و مغناطیسی از خود نشان می دهد. این کاری است که تحت عنوان بار-رنگ و مغناطیس رنگ و با توجه به نظریه سی. پی. اچ. توضیح داده شده است.

۶-توانایى علم فیزیک: چگونه فیزیک مى تواند ناهمخوانى بزرگ بین مقیاس بسیار عظیم گرانشى و مقیاس جرمى فوق العاده ناچیز ذرات بنیادى را تشریح کند؟

پاسخ

اگر ما بپذیریم که همه ی اجسام موجود در جهان، در نهایت از ذرات تشکیل شده اند و ذرات در هر کجا که باشند از قوانین ثابتی تبعیت می کنند، آنگاه می توانیم این نا همخوانی را برطرف کنیم. ناسازگاری نسبیت عام با مکانیک کوانتوم ناشی از برخورد دوگانه به پدیده های فیزیکی است. در مکانیک کوانتوم با کمیت های گسسته سروکار داریم و در نسبیت عام با کمیت پیوسته فضا – زمان روبرو هستیم. چنین برخوردی موجب بروز مشکلات موجود شده است. در نظریه سی. پی. اچ. این ناسازگاری برطرف شده و مکانیک کوانتوم و نسبیت را می توان به عنوان حالت خاصی از آن استنتاج کرد

۷-آنتروپى و زمان:چرا هرچه به گذشته برمى گردیم بى نظمى و آنتروپى جهان کمتر مى شود، با این وجود آیا قانون دوم ترمودینامیک مى تواند تفاوت چشمگیر بین گذشته و آیندۀ عالم را توضیح دهد؟

پاسخ

آنتروپی ناشی از تغییر اسپین سی. پی. اچ. های موجود در سیستم است. در لحظه ی بیگ بنگ، اسپین در حالت بیشنه بوده و بر اثر انفجار بزرگ، اسپین تغییر کرده و دایما نیز در حالت تغییر است. بهمین دلیل با گذشت زمان، آنتروپی جهان نیز در حال افزایش است. با چنین نگرشی که زمان و آنتروپی، هردو وابسته به اسپین سی. پی. اچ. هستند، لذا منطقی است که با گذشت زمان، آنتروپی نیز افزایش یابد

۸-مادۀ تاریک:مادۀ تاریک چیست؟ و چگونه بوجود آمده است ؟ آیا وجود و پیدایش آن را مى توان مربوط به ابر تقارن دانست؟

پاسخ

اگر به ابر تقارن از دیدگاه سی. پی. اچ. نگاه کنیم، جواب سئوال بالا مثبت خواهد بود. در نظریه سی. پی. اچ. گرانش دارای جرم است. لذا برای محاسبه ی جرم واقعی جهان، بایستی جرم گرانش را نیز منظور کرد که در این صورت مسئله ی ماده ی تاریک نیز قابل حل خواهد شد.

۹-انرژى تاریک:چرا آن گونه که ما مشاهده مى کنیم انبساط جهان اینگونه سریع و شتابان است ؟ آیا ما انتقال به قرمز را بطور کامل فهمیده ایم ؟ در این صورت انرژى تاریک داراى چه ماهیتى است که نیروى محرکه را براى این انبساط شتابان فراهم مى کند ؟ آیا واقعاً انرژى تاریک تمام عالم را پر کرده است؟ منشاء آن چه مى تواند باشد؟

پاسخ

در نظریه سی. پی. اچ. انتقال به قرمز ناشی از دو پدیده است، یکی انبساط جهان و دیگری افزایش حجم اتمها. یعنی با انبساط جهان، حجم اتم نیز افزایش می یابد که آن نیز بر انتقال به قرمز تاثیر می گذارد. بنابراین تا زمانیکه افزایش حجم اتها منظور نگردد، با انتقال به قرمز برخورد واقعی صورت نخواهد گرفت و محاسباط ما با اشکال جدی رو برو است. همچنین اگر برای گرانش جرم قائل شویم (که خود نوعی انرژی است) مسئله ی انرژی تاریک نیز در مسیر جدیدی قابل بررسی خواهد شد که می تواند راه پاسخگویی به بسیاری از رموز جهان را آشکار کند.

۱۰-نظریۀ تورم:چرا جهان در مقیاس بزرگ اینچنین تقریباً، نه کاملاً، یکنواخت و همگن به نظر مى رسد آیا واقعاً این نتییجۀ یک دورۀ تورمى است که جهان در نخستین لحظات پیدایش خود سریعاً پشت سر گذرانیده است؟ آیا نظریۀ تورمى جهان درست است ؟ اگر اینچنین است جزئیات این دوره از سرگذشت جهان چیست؟

پاسخ

نظریه ی تورم به عنوان حالت خاصی از نظریه سی. پی. اچ. قابل توضیح است. اگر به سرعت سی. پی. اچ. ها توجه کنیم، آنگاه انبساط سریع جهان در نخستین لحظات بیگ بنگ می بایست بسیار سریعتر از آن چیزی باشد که با سرعت حد (سرعت نور) قابل توجیه است.

۱۱-سیاه چال ها:آیا براستى سیاه چال ها وجود دارند ؟ آیا آنگونه که هاوکینگ ادعا دارد آنها انرژى تابش مى کنند و تبخیر مى شوند؟ آیا سیاه چال ها بجز از قوانین پایستگى انرژى ، اندازه حرکت ، اندازه حرکت زاویه ایى ، و بار الکتریکى از سایر قوانین پایستگى تخطى مى کنند ؟ برسر اطلاعاتى که در درون این حفره هاى اسرار آمیز بدام مى افتند چه روى مى دهد ؟ راه حل پارادوکس “اطلاعات حفرۀ سیاه” چیست ؟

پاسخ

در نظریه سی. پی. اچ. سیاه چاله ها وجود دارند و جهان قابل مشاهده بر اثر انفجار یک سیاه چاله ی مطلق به وجود آمده است. همچنین تبخیر سیاه چاله نیز پذیرفتنی است. از دیدگاه نظریه سی. پی. اچ. هیچکدام از قوانین بقا و در هیچ کجا نقض نمی شوند. در مورد اطلاعات باید به این موضوع توجه داشت که اصولاً اطلاعات چگونه تولید و منتقل می شوند. اطلاعات توسط امواج الکترومغناطیسی منتشر می شوند و با در نظر گرفتن اینکه گرانش نیز نوعی موج الکترومغناطیسی است، لذا گرانش نیز در انتقال و حفظ اطلاعات نقش دارند.

۱۲-پرتو هاى کیهانى: منشاء و ماهیت پرتو هاى پر انرژى کیهانى چیست؟

پاسخ

سئوالات مربوط به پرتوهای کیهانی و منشاء آنها در زمینه فیزیک نظری قابل طرح نیست. بلکه بایستی از طریق تحقیقات تجربی مشخص گردد

۱۳-امواج گرانشى:آیا با قاطعیت مى توان از وجود امواج گرانشى دفاع کرد ؟ اگر چنین است جزئیات این امواج چیست و چقدر این امواج مى توانند آگاهى ما را نسبت به ماهیت جهان افزایش دهند.؟ آیا امکان دارد موفق به ساخت دستگاهى شویم که بتواند امواج گرانشى را آشکار سازى کند؟

پاسخ

در نظریه سی. پی. اچ. امواج گرانشی همواره در اطراف اجسام وجود دارد و این امواج ناشی از تبادل سی. پی. اچ. بین اجسام است. با توجه به هم ارزی نیرو و انرژی که نظریه سی. پی. اچ. مطرح کرده برای تبادل ذرات بین اجسام که نیروی گرانش را حمل می کنند نیازی به نقض قانون بقای انرژی نیز نمی باشیم

توضیحات بیشتر را در نیروهای اساسی و امواج گرانشی ملاحظه کنید

۱۴-ستاره ها:اولین ستاره چه وقت شروع به درخشیدن کرد و چرا همۀ ستارگان به هم شبیه هستند؟

پاسخ

در نظریه سی. پی. اچ. نخستین ستارگان و کهکشانها در لحظه ی آغاز بیگ بنگ و از بقایای سیاه چاله ی مطلق پدید آمدند

۱۵- مسافرت در زمان: آیا مسافرت در زمان از نظر تئوریک امکان پذیر است ؟از لحاظ تجربى و عملى چه؟ اگر این امر امکان پذیر باشد چه کسى از ما حاضر مى شود این پارادوکس مسافرت زمان را عملى سازد ، به گذشته سفرکند و پدر بزرگ خود را بکشد و دوباره به زمان حال برگردد؟

پاسخ

از نظر سی. پی. اچ. زمان ناشی از اسپین است و منشاء زمان نیز نیروی خارجی است. اما در مورد سفر در زمان ترجیح می دهم سکوت کنم.

۱۶-ثابت کیهانی:چرا مقدار ثابت کیها نى مقدارى بسیار کوچک است که هرگز به صفر نمى رسد ؟ چرا آن گونه که تئورى کوانتومى میدان پیش بینى مى کند مقدار آن خیلى بزرگ نیست ، یا آن گونه که ابر تقارن پیش بینى مى کند مقدار آن برابربا صفر نیست؟

در این مورد به ثابت آلفای گرانشی مراجعه کنید.

۱۷-جهان و پایان آن: سرانجام جهان چیست؟ آیا جهان در خود فرو خواهد ریخت؟ یا براى همیشه به انبساط خود ادامه خواهد داد ؟ و یا سرنوشتى دیگر ممکن است در انتظار جهان باشد؟

پاسخ

اگر جهان قابل مشاهده (جهانی که ما در آن به سر می بریم) یگانه بود، می توانستیم با توجه به جرم (چگالی ماده) و سرعت فرار کهکشانها نظر قطعی بدهیم. هرچند که این کار هم چندان ساده به نظر نمی رسد. اما با در نظر گرفتن اینکه جهان ما یکی از بیشمار جهان های موجود در هستی است، فروپاشی جهان نیز باید در رابطه با سایر جهان های اطراف آن بررسی گردد که از حد دانش امروزی خارج است

۱۸-کهکشان ها: چرا کهکشان ها توده وار و به صورت رشته اى در فضا توزیع شده اند؟

پاسخ

این مورد را نیز بایستی با توجه به لحظه ی آغاز جهان مورد بررسی قرار داد. پاسخ به سئوالاتی از این دست، بیشتر کار تجربی است تا نظری

۱۹-جرم و گرانش:چرا جرم گرانشى کهکشان ها بیشتر از تمامى جرمى است که ما قادر به دیدن آن هستیم؟ آیا این مربوط به مادۀ تاریک است؟ ماده اى مرموز و ناشناخته؟ آیا این مشکل نمىتواند ناشى از برداشت ما از گرانش باشد ؟ شما چه فکر مى کنید؟

پاسخ

قطعاً نگرش ما به گرانش بایستی تغییر کند. باور عادی در فیزیک، گرانش را فاقد جرم می داند و با چنین دیدگاهی نمی توان به پاسخ مناسبی دست یافت. اگر گرانش را دارای جرم در نظر بگیریم، همان کاری که در نظریه ی سی. پی. اچ. انجام شده است، می توان پاسخ مناسبی برای این سئوال یافت

۲۰- طبیعت و ابرتقارن:آیا ابرتقارن یک تقارن طبیعى است؟ در این صورت چگونه این ابر تقارن شکسته شده است ؟ و چرا؟ آیا ابرتقارن مى تواند ذرات جدیدى پیش بینى کند که بتوان آنها را آشکار سازى کرد؟

پاسخ

برای پاسخ به این سئوال به مقاله ی تقارن، وحدت، ابر تقارن و ابر وحدت مراجعه فرمایید