آیا نظریه بیگ بنگ صحت دارد؟ چه کسی تئوری مه بانگ را مطرح کرد؟

اکثریت جامعه نجومی این نظریه را پذیرفته‌اند، اما برخی از نظریه پردازان نظریه بیگ بنگ را زیر سؤال می‌برند. آیا جهان هستی، در اثر انفجار یک توده متراکم به وجود آمده است؟ ایده بیگ بنگ اولین بار به ذهن چه کسی خطور کرد؟ در مقاله امروز نجوافکت نگاهی به تئوری بیگ بنگ و سؤالاتی که پیرامون آن وجود دارند، خواهیم داشت و دیدگاه قرآن درباره نظریه مه بانگ را بررسی خواهیم کرد.

چه کسی اولین بار نظریه بیگ بنگ را مطرح کرد؟

نظریه بیگ بنگ از کیست؟ برای اولین بار، در سال 1912 نظریه بیگ بنگ در جوامع علمی مطرح شد. ستاره شناسی به نام وستو اسلایفر (Vesto Slipher) طبق مشاهدات خود از کهکشان‌های مارپیچی (که تصور می‌شد سحابی هستند) آنالیزهایی برای اندازه گیری انتقال قرمز داپلر آنها انجام داد. تقریباً در همه موارد، مشاهده کرد که کهکشان‌های مارپیچی در حال دور شدن از کهکشان ما هستند. بعداً در دهه 1930، ادوین هابل با استفاده از بزرگترین تلسکوپ جهان نشان داد که به نظر می‌رسد کهکشان‌های پیرامون، مدام درحال دور شدن از منظومه شمسی هستند.

اولین و مطمئن‌ترین شواهدی که از تئوری مه بانگ به دست آورده‌ایم متعلق به سال 1964 هستند. در این زمان، دانشمندان در آزمایشگاه‌های Bell تابش پس‌زمینه مایکروویو کیهانی را کشف کردند. این یافته مهر تاییدی بر نظریه انفجار اولیه بود و نگاه انسان به کیهان‌شناسی، چگونگی عملکرد جهان و جایگاه انسان در این عالم را تغییر داد. حال می‌رسیم به این سوال که تئوری بیگ بنگ چیست؟

توضیح تئوری مه ‌بانگ درباره آغاز جهان

بیگ بنگ تئوری چیست؟ نظریه بیگ بنگ به صورتی که امروز شناخته می‌شود، توسط فیزیکدانی به نام آلن گوث در سال 1980 مطرح شد و طرز فکر ما را در مورد بیگ بنگ برای همیشه تغییر داد. طبق تئوری مه ‌بانگ حدود 13.7 میلیارد سال پیش، ماده تشکیل دهنده کل جهان در قالب یک تکینگی بی نهایت کوچک با دمای فوق العاده بالا و جرم عظیم، وجود داشت. ناگهان فرایند انبساطی انفجاری آغاز شد و جهان ما با سرعتی بیشتر از سرعت نور به سمت بیرون منبسط شد. این دوره، تورم کیهانی بود و تنها کسری از ثانیه طول کشید.

چیزی که بلافاصله پس از انفجار بزرگ رخ داد، عصر پلانک نامیده می‌شود؛ یعنی اولین دوره زمانی شناخته شده. بر اساس تئوری‌های فیزیک، یک ثانیه پس از انفجار بزرگ، گرمای جهان باعث شد اتم‌ها با نیروی کافی برخورد کنند تا یک ترکیب ده میلیارد درجه‌ای از نوترون‌ها، پروتون‌ها، الکترون‌ها، پوزیترون‌ها، فوتون‌ها و نوترینوهای آزاد ایجاد شود که آن را به نام «سوپ» کیهانی می‌شناسیم. به گفته ناسا، همه اینها تنها در اولین ثانیه پس از شروع جهان اتفاق افتاده‌اند.

دیدن این «سوپ» اولیه غیرممکن بود، چون نمی‌توانست نور مرئی را در خود نگه دارد. طبق اظهار NASA، الکترون‌های آزاد باعث می‌شدند ذرات نور (فوتون) به همان روشی که ذرات بخار آب در ابرها نور خورشید را می‌پراکنند، در فضا پراکنده شوند. اما با گذشت زمان این الکترون‌های آزاد با هسته‌های پروتونی برخورد کردند و اتم‌های خنثی یا اتم‌هایی با بارهای الکتریکی مثبت و منفی برابر به وجود آوردند.

طبق تئوری مه ‌بانگ اساساً تورم‌های کیهانی، مسبب ایجاد سوپ پلاسمای ذرات زیر اتمی بودند. ادعا می‌شود که این پدیده باعث پیدایش ماده تاریک شده است. همچنین احتمالاً مرحله‌ای است که در آن، ماده بر پادماده برتری پیدا می‌کند و واحدهای تشکیل دهنده جهان امروز را وارد عرصه هستی می‌نماید.

تشکیل اولین عناصر طبق نظریه بیگ بنگ

در 300 ثانیه اول وجود جهان، عناصر هیدروژن، هلیوم و مقداری لیتیوم از پروتون‌ها و نوترون‌ها تشکیل شدند. این فرآیند، نوکلئوسنتز نامیده می‌شود و نظریه‌ای است که فراوانی عناصر و ایزوتوپ‌های موجود در نمونه‌های اولیه کیهان (مانند برخی از قدیمی‌ترین ستارگان) را به دقت پیش‌بینی می‌کند.

سرانجام حدود 380000 سال پس از بیگ بنگ، نور مرئی پدید آمد. این نور که گاهی اوقات به آن «پس درخشش» بیگ بنگ هم می‎‌گویند، به عنوان پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) شناخته می‌شود. اولین بار این پدیده توسط رالف آلفر و دانشمندان دیگر در سال 1948 پیش بینی گردید اما تقریباً 20 سال بعد به طور تصادفی یافت شد.

طبق مقالات ناسا، این کشف تصادفی زمانی اتفاق افتاد که آرنو پنزیاس و رابرت ویلسون از آزمایشگاه‌های Bell در نیوجرسی، در سال 1965 در حال ساخت یک گیرنده رادیویی بودند و ناگهان دمایی بالاتر از حد انتظار را دریافت کردند. ابتدا تصور می‌کردند که این ناهنجاری به دلیل لانه‌سازی کبوترها داخل آنتن و انباشتن فضولات آنهاست. اما حتی بعد از نظافت فضولات و دور کردن کبوترها این ناهنجاری همچنان ادامه داشت.

دوران تاریکی قبل از تولد ستاره ها

حدود یک میلیون سال پس از انفجار بزرگ، وارد دوره‌ای به نام قرون تاریک می‌شویم که به عنوان مرز نهایی کیهان شناسی و برهه زمانی پیش از تولد اولین ستارگان شناخته می‌شود. اطلاعات کمی در مورد این دوره وجود دارد، اما تصور می‌شود حدود 100 میلیون سال طول کشیده است. با این حال به دلیل محدودیت مشاهدات کنونی، قدیمی‌ترین جرمی که می‌توان دید متعلق به زمانی است که کیهان تنها چند صد میلیون سال قدمت داشت.

درحال حاضر پروژه‌های بیشتری برای کشف پاسخ‌های سؤالات نظریه بیگ بنگ در جریان هستند و امیدواریم روشنگری‌هایی انجام بدهند. اگر مایلید درباره فرایند تولد جهان کنونی و اجزای آن بیشتر بدانید، پیشنهاد می‌کنم مقاله چگونگی پیدایش جهان را از دست ندهید.

قبل از بیگ بنگ چه چیزی وجود داشت؟

پاسخ این سؤال نیز همچنان در هاله‌ای از ابهام قرار دارد و در حال حاضر فراتر از محدوده درک علمی ماست. نظریه بیگ بنگ، آغاز جهان قابل مشاهده ما را توصیف می‌کند و بنابراین شواهدی که خبر از وجود ماهیتی بالقوه قبل از انفجار بزرگ دهند، در دست نیست.

در پاسخ به این سؤال، چند پاسخ مطرح شده‌اند که صحت و سقم آنها، طبق استدلال و منطق هر شخصی متفاوت خواهد بود.

• عدم وجود زمان قبل از بیگ بنگ: بر اساس برخی تفاسیر این نظریه، زمان خود با بیگ بنگ آغاز شد. بدون مفهوم زمان، مسئله اینکه «قبل» از مهبانگ چه چیزی وجود داشته بی‌معنا می‌شود.
• نوسانات کوانتومی: برخی از دانشمندان این نظریه را مطرح می‌کنند که ممکن است حالت کوانتومی بدون فضا، زمان یا ماده حاکم بوده باشد. طبق این تئوری، ممکن است نوسانات کوانتومی منجر به پیدایش جهان ما شده باشند. با این حال ما درک کاملی از گرانش کوانتومی و نحوه تعامل آن با کیهان‌شناسی برای بیان اظهارات قطعی نداریم.
• مدل‌های چرخه‌ای: برخی از مدل‌های کیهان‌شناختی جایگزین، جهان‌های چرخه‌ای را پیشنهاد می‌کنند. طبق این مدل‌ها، جهان ما ممکن است فقط یک تکرار در مجموعه‌ای از انفجارهای بزرگ بوده باشد.

آیا نظریه انفجار اولیه ثابت شده است؟

این سؤال بارها در جوامع علمی مطرح شده که آیا می‌توان به ادعای نظریه بیگ بنگ اعتماد کرد؟ چگونه می‌توان اثبات کرد که مه بانگ رخ داده است؟

در حقیقت، این پرسش خیلی کلی است و هنوز پاسخ قطعی برای آن وجود ندارد. بهترین کاری که می‌توانیم انجام دهیم این است که بگوییم شواهد محکمی برای تایید تئوری بیگ بنگ وجود دارد. هر آزمایش و پژوهشی که انجام می‌شود، در راستای تأیید این نظریه صورت می‌گیرد. ریاضیدانان و انجمن‌های فیزیک کیهانی چیزهایی را ثابت می‌کنند، اما درصد اطمینان شواهد همیشه کمتر از 100% خواهد بود.

برای اینکه بتوانیم پاسخی بیابیم، باید سؤال را اندکی متفاوت مطرح کنیم: نظریه بیگ بنگ چقدر صحت دارد؟

یک پاسخ کوتاه این است که تمام شواهد جمع‌آوری شده از رصد وقایع در طی دهه‌های متمادی، با پیش‌بینی‌های نظریه انفجار اولیه مطابقت دارد. سه مشاهده مهم که تأثیر بسزایی در قضاوت صحت این تئوری دارند عبارتند از:

• قانون هابل: طبق این قانون، اجسام با سرعتی متناسب با فاصله خود از ما دور می‌شوند. این زمانی اتفاق می‌افتد که انبساط یکنواخت در همه جهات وجود داشته باشد. در نتیجه قانون هابل می‌تواند حاکی از تاریخی باشد که در آن، زمانی فاصله اندکی بین مواد وجود داشت و انبساط تدریجی اجزا را از یکدیگر دور کرده است.
• خواص تابش پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB): طبق تئوری بیگ بنگ، جهان از یک گاز یونیزه شده (پلاسما) و یک گاز خنثی عبور کرده است. چنین انتقالی دلالت بر یک جهان اولیه داغ و متراکم دارد که در طی انبساط سرد شده است. این انتقال پس از حدود 400000 سال پس از انفجار بزرگ اتفاق افتاد.
• فراوانی نسبی عناصر سبک (He-4، He-3، Li-7 و دوتریوم): این عناصر در دوران بیگ بنگ هسته‌ای (BBN) طی چند دقیقه اول پس از انفجار بزرگ شکل گرفتند. فراوانی آن‌ها نشان می‌دهد که جهان در گذشته واقعاً داغ و متراکم بوده است (بر خلاف شرایطی تشکیل CMB که در آن زمان فقط گرم بود و تراکمی معمولی داشت. حدود یک میلیون درجه تفاوت دمایی بین زمان رخداد BBN و CMB وجود دارد.)

صدای بیگ بنگ چگونه بود؟

یکی از مواردی که ذهن بسیاری از دانشمندان و جوامع علمی را به خود مشغول می‌کند این است که صدای بیگ بنگ چیست؟ فرض‌های متنوع و متناقض زیادی در این مورد وجود دارد. برخی معتقدند به دلیل عدم وجود اکسیژن، این «انفجار» نمی‌توانست صدایی مشابه انفجارهای معمول داشته باشد.

در سال 2013 جان جی. کرامر فیزیکدان از دانشگاه واشنگتن، در طی پژوهش‌های خود کوشید صدای مهبانگ را شبیه سازی نماید. آقای کرامر داده‌های مربوط به ریزامواج پس‌زمینه کیهانی (CMB) را از تلسکوپ فضایی پلانک ESA گرفت و فرکانس‌های انرژی را به صدای قابل شنیدن تبدیل کرد. خروجی صوتی 100 ثانیه‌ای حاصل، صدای حدود 380000 سال پس از بیگ بنگ تا حدود 760000 سال پس از انفجار بزرگ را نشان می‌دهد. در ادامه می‌توانید ویدیوی شبیه‌سازی صدای بیگ بنگ را ببینید.

نظریه بیگ بنگ در قرآن

خود قرآن به صراحت به تئوری بیگ بنگ اشاره ای نکرده، اما برخی از علما و معتقدان آیات آن را حاوی اشاراتی به خلقت و انبساط کیهان تفسیر کرده‌اند. توجه به این نکته مهم است که این تفاسیر می‌توانند به طور گسترده‌ای متفاوت باشند و اظهارات قطعی هیچ مرجع واحدی نیستند. چند دیدگاه مختلف در این زمینه وجود دارند.

• آیاتی در مورد خلقت: در برخی از آیات، شروع جهان به عنوان یک موجود واحد توصیف شده است که سپس «منفجر» یا «جدا» شده‌اند. مثلاً سوره نبأ آیه 30 می‌فرماید: «آیا کافران نمی‌پندارند که آسمان‌ها و زمین به هم پیوستند و ما آنها را از هم جدا کردیم و از آب هر موجود زنده‌ای را آفریدیم، آیا ایمان نمی‌آورند؟» برخی این را کنایه‌ای از تکینگی اولیه و گسترش بعدی بیگ بنگ می‌دانند.
• آیات حاکی از انبساط جهان: آیات دیگری به انبساط دائمی هستی اشاره می‌کند، مانند سوره فصلت آیه 11، که می‌فرماید: «به علاوه، آسمان را در حالی که دود شده بود، درک کرد و به آن و زمین گفت: با میل و رغبت با هم بیایید. یا ناخواسته.» و گفتند: «ما به اطاعت از روی میل آمده ایم.» این را می‌توان به عنوان همسویی با انبساط کیهانی مشاهده شده تفسیر کرد.

دیدگاه‌های قرآن درباره تئوری مه ‌بانگ، چند وجهی و قابل تفسیر هستند. برخی از افراد آیات قرآن کریم را با نظریه انفجار اولیه سازگار می‌دانند و برخی دیگر بر ماهیت استعاری قرآن و تمرکز آن بر مسائل دینی تأکید دارند. در نهایت این به هر فردی بستگی دارد که بر اساس درک خود از قرآن و اعتقادات خود نتیجه گیری کند.

تناقض‌های وارد بر تئوری مه بانگ

تناقضات بین پیش بینی‌ها و مشاهدات نظریه بیگ بنگ، به هیچ وجه محدود به مواردی نیست که به طور گسترده «بحران در کیهان شناسی» نامیده می‌شوند. با وجود محبوبیت این نظریه، اساساً داده‌های فراوانی ارائه شده‌اند که صحت و سقم نظریه مهبانگ را زیر سؤال می‌برند. از سوی دیگر، برخی مشاهدات موجود با جهانی ساکن که در حال انبساط نباشد و بدون یک انفجار بزرگ شکل گرفته باشد، سازگارند. بحران واقعی در کیهان شناسی این است که آیا بیگ بنگ اصلاً اتفاق افتاده است یا خیر.

1. تولید عناصر سبک لیتیوم و هلیم

پیش‌بینی: هر انفجار فوق داغی مانند انفجار بزرگ، مقدار معینی از عنصر سبک لیتیوم و مقدار زیادی هلیوم را ایجاد می‌کند.

مشاهده: طبق دیتای به دست آمده از ترکیب ستارگان پیرتر و مسن‌تر، مقدار لیتیوم به تدریج کمتر و کمتر شده و در قدیمی ترین ستارگان، کمتر از یک دهم سطح پیش بینی شده گزارش می‌شود. قدیمی ترین ستاره‌های نزدیک به ما کمتر از نصف محتوای هلیوم پیش بینی شده را دارند. با این حال، فرآیندهای همجوشی در ستارگان و واکنش‌هایی که توسط پرتوهای کیهانی آغاز شده اند، مقادیر صحیح این عناصر و سایر عناصر نوری را به دقت پیش بینی کرده‌اند.

2. پادماده و نابودی ماده

پیش‌بینی: از آنجایی که تابش شدید بیگ بنگ می‌تواند ماده و پادماده را در مقادیر مساوی تولید کند، ابطال متقابل جفت‌های ذره و ضد ذره، چگالی ماده باقی‌مانده را به حدود 10-17 پروتون بر سانتی‌متر مکعب کاهش می‌دهد.

مشاهده: چگالی ماده در جهان حداقل 7-10 یون بر سانتی متر مکعب تخمین زده شده که بالغ بر 10 میلیارد برابر بیشتر از پیش بینی تئوری انفجار بزرگ است.

3. سطح روشنایی

پیش‌بینی: در هر جهان در حال انبساط، یک توهم نوری باعث می‌شود طبق اصل انتقال به موج سرخ اجسام دورتر، بزرگ‌تر و با شدت نور کمتر به نظر برسند. بنابراین روشنایی سطحی آنها (یعنی نسبت روشنایی مشاهده شده به مساحت ظاهری) متناسب با انتقال به سرخ به شدت کاهش می‌یابد.

مشاهده: بر اساس مشاهدات هزاران کهکشان، رابطه روشنایی سطح با فاصله کاملاً ثابت است. در جهانی که در حال انبساط نیست، همین امر انتظار می‌رود.

4. ساختارهای خیلی بزرگ

پیش بینی: در نظریه بیگ بنگ، جهان قرار است کاملاً صاف و همگن شروع شود. ساختارها از حجم کوچک شروع می‌شوند و در طول زمان رشد می‌کنند.

مشاهده: در فواصل دورتر فضا، ساختارهای عظیمی در کهکشان‌ها کشف شده‌اند که برای شکل‌گیری در زمان پس از بیگ بنگ، زیادی بزرگ هستند.

5. تشعشع پس زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) و ناهمسانگردهای آن

پیش بینی: CMB یادگاری از تابش اولیه بیگ بنگ است.

مشاهده: CMB در مقیاس‌های بزرگ می‌تواند صاف باشد. اما در تئوری بیگ بنگ، به تعادل رسیدن یا حتی تبادل انرژی بین مناطق مختلفی که امروزه در آسمان می‌بینیم زمان خیلی بیشتری می‌طلبد. سرعت نور برخلاف تضادهای متعدد نظریه بیگ بنگ CMB با پیش‌بینی‌های «فوق‌العاده دقیق» اما اشتباه، فرآیندهای غیر بیگ بنگ توضیح بهتری ارائه می‌دهند. انرژی آزاد شده در تولید هلیوم مشاهده شده در جهان برابر با انرژی در CMB است. هر تابشی اگر در محیطی حرکت کند که باعث پراکنده شدنش گردد، همسانگرد خواهد شد. شواهد رصدی فراوانی وجود دارد که نشان می‌دهند تشعشعات فرکانس مایکروویو در محیط بین کهکشانی پراکنده شده است.

پایان جهان هستی چطور رخ خواهد داد؟

طبق تئوری بیگ بنگ، سرنوشت نهایی جهان همه به انرژی تاریک بستگی دارد. اگر جهان تقریباً با همین سرعت به انبساط خود ادامه دهد، 30 میلیارد سال بعد همه کهکشان‌ها از دید ما خارج خواهد شد و تمام شواهد مربوط به انفجار بزرگ برای همیشه از بین خواهد رفت. به عبارتی این وضعیت منجر به سوختن آخرین ستاره‌ها در حدود 100 تریلیون سال بعد می‌شود، بنابراین زمان زیادی برای ما باقی مانده است.

انرژی تاریک همچنین می‌تواند تشدید شود و در نتیجه یک سناریوی مه‌گسست (Big Rip) ایجاد شود. نظریه بیگ ریپ بیان می‌کند که در آینده، انبساط شتابان جهان به حدی خواهد رسید که باعث گسستن تمام مواد تشکیل‌دهنده جهان، از ستارگان و کهکشان‌ها گرفته تا اتم‌ها و ذرات زیراتمی، خواهد شد. این اتفاق در حدود 50 میلیارد سال آینده رخ خواهد داد. انرژی تاریک همه چیز را، از ابرخوشه‌ها گرفته تا اتم‌ها، از هم می‌پاشد.

برعکس، اگر سرعت انبساط انرژی تاریک کند شود، گرانش تا چندین برابر افزایش خواهد یافت و طی 30 میلیارد سال آینده باعث فروپاشی جهان هستی خواهد شد. این سناریو به عنوان مه‌رمب (Big Crunch) مطرح شده و یکی از سناریوهای احتمالی برای سرنوشت نهایی جهان است. این سناریو در نقطه مقابل مه‌گسست قرار دارد. مه گسست به نابودی کامل جهان از طریق انبساط شتابان اشاره می‌کند، اما نظریه بیگ کرانچ انقباض و فشردگی جهان تا نقطه ای به نام تکینگی (singularity) را پیش‌بینی کرده است.

بر اساس نظریه نسبیت عام انیشتین، گرانش باعث جذب و انقباض اجرام در جهان می‌شود. اگر چگالی جهان به اندازه کافی بالا باشد، این انقباض می‌تواند به طور فزاینده‌ای ادامه یابد و منجر به بیگ کرانچ شود. البته در حال حاضر، مشخص نیست که آیا بیگ کرانچ واقعاً رخ خواهد داد یا خیر. این موضوع به مقدار دقیق چگالی جهان و سایر پارامترهای کیهان‌شناسی بستگی دارد.

جمع بندی

نظریه بیگ بنگ نه تنها به عنوان یک تئوری صرف، بلکه به عنوان یک فلسفه ما را به تأمل در عظمت هستی، خاستگاه کیهان و جایگاه خود دعوت می‌کند. دعوتی به کاوش، پرسشگری و جستجوی بی‌وقفه برای یافتن پاسخ‌هایی به پرسش‌های بنیادین جهان.

همانطور که ستارگان در گذر زمان تکامل می‌یابند و درخشش خود را به ارمغان می‌آورند، تئوری مه ‌بانگ نیز در گذر زمان، با رصدها، اکتشافات و نظریه‌های نوین، تکامل خواهد یافت و درخشش فزاینده‌ای در درک ما از کیهان خواهد داشت.

البته همچنان تناقض‌های زیادی پیرامون ماهیت تئوری انفجار اولیه، سرآغاز و پایان کار جهان وجود دارند که شاید هرگز پاسخی برای آنها کشف نشود. اما همانطور که نیوتن در وصف علم می‌گوید، علم دریایی بی‌کران است که ما در ساحل آن قدم می‌زنیم. تئوری بیگ بنگ، گامی جسورانه در این عرصه به حساب می‌آید که شاید ما را از کیهان شناسی، به خودشناسی برساند.

سؤالات متداول

فیزیک و فضاعلمی و جهان