جهان چگونه آغاز شد؟ چنین رویدادی را چگونه می توان تصور کرد؟ امروز بیشتر دانشمندان بر این عقیده اند که قراین خوبی وجود دارد که نشان می دهد گذشتة جهان بسیار متفاوت بوده است و همة مادة جهان از انفجاری عظیم نشأت کرده و جهان از آن پس پیوسته انبساط یافته است.
در خیال ، زمان را تا انفجار بزرگ به عقب می بریم و چون به اندازة کافی به عقب باز گردیم ـ یعنی به زمانی پیش از پیدایش کهکشانها که جهان بسی کوچکتر از حال بود ـ آنچه می بینیم گاز سوزانی از اتمها و فوقونها یعنی ذرات نور است . چون باز هم به عقب رویم، جهان همچنان انقباض می یابد، ذرات گاز به یکدیگر نزدیکتر و در نتیجه برانگیخته تر می شوند و دمایشان افزایش پیدا می کند. هر چه بیشتر به عقب رویم، گاز داغتر و سوزانتر می شود[1]. با افزایش دمای گاز، هر چیز به ذرات تشکیل دهنده اش « ذوب » می شود. اتمها به الکترونها و هسته ها «ذوب[2]» می شوند ؛ هسته ها به پروتونها و نوترونهای سازندة خود تجزیه می شوند و چون دما باز هم افزایش یابد پروتونها و نوترونها به کوارکها و گلوئونهایی تجزیه می شوند که آنها را تشکیل داده اند . جهان در بیشترین دمای ممکن متشکل است از آتشگوی آغازینی از همة ذرات بنیادی. امروزه مطالعة جهان آغازین عبارتست از ساختن مدلهایی ریاضی برای این آتشگوی بر اساس نظریه های جدید ذرات کوانتومی ( ذرات بنیادی ). وقتی که در سال 1964 آرنو پنزیاس و رابرت ویلسن در آزمایشگاههای بل در نیوجرزی، اشعة میکروموجی باقیمانده از انفجار بزرگ را کشف کردند ، این نظریه سخت تقویت شد. به دنبال این تأیید تجربی، فیزیکدانان و اختر فیزیکدانان نظری با اطمینان به انجام محاسبات پیچیدة خواص انفجار آغازین پرداختند. آنان با استفاده از قوانین شناخته شدة فیزیک هسته ای محاسبه کردند که چگونه ممکن است عنصرهای شیمیایی ـ هسته های اتمی ـ از آتشگوی آغازینی متشکل از پروتونها و نوترونها بوجود آمده باشد؛ و از روی این محاسبات، فراوانی نسبی عناصر سبک نظیر ئیدروژن، هلیوم و دوتریوم را پیش بینی کردند . این پیش بینی ها دقیقاً با فراوانیهائی که امروزه مشاهده می شود, وفق می دهد . فکر انفجار بزرگ[3] از برکت این پیش بینیهای موفقیت بار اعتبار زیادی کسب کرد بطوری که در اوایل دهة 1970 بر نظریه های دیگر مربوط به پیدایش جهان چیره شد. چیزی که به «مدل متعارف انفجار بزرگ سوزان» معروف شده است نشان دهندة توافق نظر عمومی جدیدی است دربارة وضع جهان آغازین. فرضیة اصلی « مدل متعارف » آن است که جهان سوزان اولیه به سرعت و بطرزی یکنواخت، در حالیکه دما بطور یکنواخت کاهش پیدا می کرد، انبساط یافت.
هر نظریة موفق معمولاً دیدگاهی تازه را می گشاید و مسائل جدیدی را بهمراه می آورد؛ نظریة انفجار بزرگ نیز از این قاعده مستثنی نیست. دو مسألة چالش طلبی که این نظریه مطرح می کند عبارتند از «مسأله علیت» و«مسأله تخت بودن فضا».
مسأله علیت این است که جهان به اندازه ای بزرگ است که نواحی بسیار دور از هم آن نمی توانند با یکدیگر مرتبط باشند، یعنی بطور فیزیکی با هم به کنش متقابل بپردازند، حتی اگر چنین ارتباطی با سرعت نور ـ بیشترین سرعت ممکن ـ انجام گیرد. اگر جهان 10 تا 15 بیلیون سال پیش (بیشتر تخمینها در این حدودند) بوجود آمده باشد، نور یا هر نوع وسیلة ارتباط دیگر در این مدت نمی تواند مسافت بین دو کهکشان را که فرضاً بیست میلیون سال نوری ـ رقمی بزرگتر از سن جهان ـ از هم فاصله دارند بپیماید. و اگر قسمتهای مختلف جهان مرئی کنونی نتوانند با هم کنش متقابل داشته باشند، پس چرا این قدر به هم شبیهند؟ منظور از شباهت این است: در هر امتداد که بنگریم می بینیم که دمای زمینة میکروموجی یکی است و به هر جا که نگاه کنیم کهکشانهایی را می بینیم که با وجود تفاوتهای اندک، اساساً مانند یکدیگرند.
دومین مشکل مدل متعارف انفجار بزرگ، یعنی مسأله تخت بودن فضا، این است که چرا در زمان حاضر فضای جهان در مقیاسهای بزرگ تا این حد تخت و مسطح است. بنا بر نظریة نسبیت عمومی[4] اینشتاین، فضا می تواند خم شود، و این نکته را آزمایش در همسایگی خورشید تأیید کرده است. اما در پهنه های وسیعتر، مانند فضای میان کهکشانها، انحنای فضایی بقدری کم است که آن را نمی توان ردیابی کرد. حتی در مقیاس مجموعه های کهکشانی نیز فضا را می توان به تقریب خوب یک فضای تخت اقلیدسی عادی دانست. ولی بنابر افکار متداول در فیزیک نظری و کیهانشناسی، تخت بودن فضا چیزی است فوق العاده نامحتمل و در نتیجه فهم علت آن دشوار است. بسیار محتملتر آن است که جهان چنان پیچ و تاب یابد و فضایی چنان خمیده را بوجود آورد که به آنچه دیده می شود شباهتی نداشته باشد .
اینها مسائلی نیست که مایة نگرانی بیشتر مردم شود، اما اسباب ناراحتی اخترفیزیکدان و کیهانشناس را فراهم می آورد . آلن گوث، فیزیکدانی نظری ، که اکنون در ام . آی . تی است ، به سال 1981 در نظریه ای که آن را «جهان متورم» نامید ، پاسخی برای این سؤالها پیشنهاد کرد. نظریة گوث را به حق می توان اولین اندیشة نو کیهانشناسی در چند دهة اخیر دانست .
بنا بر نظریة گوث، تکامل جهان آغازین ـکه گهگاه جهان رویانی نیز نامیده می شودـ انبساطی یکنواخت در گازی سوزان و متشکل از ذرات، نبود. بلکه حالت جهان، در حالیکه هنوز آتشگویی بود، دستخوش تغییر و تحولی بنیادی شد، تحولی که یک تغییر حالت [5] نامیده می شود. بعد از این تغییر حالت بود که جهان، در حالت متعارفی انفجار بزرگ سوزان، با انبساطی نسبتاً یکنواخت قرار گرفت. اما پیش از این تغییر حالت، جهان در حالتی بود کاملاً متفاوت موسوم به «حالت متورم » . جهان در این دوران تورم ، دچار انبساطی عظیم شد .
اگر وجود حالت متورم را در زمانی که دمای جهان یک میلیون بیلیون درجة کلوین بود بپذیریم، می توانیم مسألة علیت را به صورت زیر حل کنیم . در حالت متورم همة نواحی جهان مرئی کنونی ، حتی کهکشانهایی که اکنون 20 میلیون سال نوری از هم فاصله دارند ، می توانستند از طریق علایم نوری با هم مرتبط باشند . البته جهان در آن زما مانند امروز نبود . کهکشانها وجود نداشتند ، ولی افت و خیزهای کوچکی که در این گاز ذرات وجود داشت بر یکدیگر اثر می کردند و همین افت و خیزها بودند که رشد کردند و کهکشانها را بوجود آوردند . پس از تغییر حالت مفروض گوث پیوند این افت و خیزها با یکدیگر از هم گسست و دیگر ارتباط آنها با هم از دوردست به ما می رسد ، آن افت و خیزهای ـ که اکنون کهکشان شده اند ـ با ما تماس حاصل می کنند .
وجود یک حالت متورم در گذشته این نکته را نیز توضیح می دهد که چرا در حال حاضر هندسة بزرگ مقیاس جهان اینقدر تخت است . نظریة متعارف انفجار بزرگ ، شرایطی را در جهان آغازین فرض می کند که تختی کنونی جهان عملاً ناممکن بنظر می رسد . اما فرض تورم گوث، پیوند میان روال کنونی جهان و شرایط اولیه ای را که برای جهان در نظر می گیریم ، از میان برمی دارد . مطابق نظر گوث هر قدر هم که در یک مدل ، جهان آغازین ـ ففط یک میلیونیم ثانیة پس از آغاز ـ « به دقت تنظیم شود » . حاصل نهایی جهانی است از لحاظ فضایی تخت ، مشروط بر آنکه در ابتدا تورم بزرگ اقتصادی توسل جست ، تورمی نه ده برابر ، بلکه بیلیونها برابر . در این صورت دیگر فرقی نمی کند که مردم در آغاز تورم غنی بوده اند یا فقیر . پول همه بی ارزش می شود و هر کس بی چون و چرا ورشکسته است .
«فهرست مندرجات»
پیشگفتار
چکیده
بخش اول : کلیّات ستاره شناسی
فصل اول : ستاره شناسی 2
مقدمه 3
1-1 پیشینه ستارگان 4
1-2 ستاره چیست؟ 11
1-3 اندازه گیری فاصله ستارگان 14
1-4 رصد خانه ها و تلسکوپ ها 18
فصل دوم : انواع ستارگان 21
مقدمه 22
2-1 ستاره ای به نام خورشید 23
2-2 ستاره های هالی 28
2-3 ستاره های دنباله دار و شهابها 30
2-4 ستارگان متغییر 40
2-5 نواخترها، ابر نو اخترها 41
2-6 خوشه پروین 45
2-7 ستارگان تپنده 47
2-8 ستاره نوترونی 49
نتیجه گیری بخش اول 51
بخش دوم : تحولات ستارگان
فصل سوم : ویژگی های ستارگان 57
مقدمه 58
3-1 طیف ستارگان 59
3-2 دمای ستارگان 61
3-3 جرم ستارگان 64
3-4 رنگ ستارگان 66
3-5 درخشندگی ستارگان 67
3-6 حرکت ستارگان 71
3-7 نیرو گرانشی ستاره 74
3-8 مختصات استوایی ستارگان 77
فصل چهارم : از تولد تا مرگ 80
مقدمه 81
4-1 نحوه تشکیل ستاره 81
4-2 منابع انرژی ستاره 86
4-3 زندگی ستاره 87
4-4 واکنش زنجیری 89
4-5 انفجار ستارگان 91
4-6 تکامل ستارگان 94
4-7 تحول ستارگان 98
4-8 مرگ ستارگان 99
4- 9 سیاه چاله ها 105
4-10 کوتوله سفید 105
نتیجه گیری بخش دوم 107
بخش سوم : نجوم، فیزیک ستاره
فصل پنجم : فیزیک ستاره 111
مقدمه 112
5-1 ابرهای گازی بین ستاره ای 113
5-2 ستاره های دوتایی 115
5-3 اجتماعات ستارگان 119
5-4 ستارگان جوان 122
5-5 ستارگان خاموش 122
نتیجه گیری بخش سوم 129
فصل ششم : نتایج و ضمائم 132
ضمائم 133
واژه نامه فارسی به انگلیسی 140
منابع 147
سؤالات مصاحبه
1- نحوه ی تشکیل یک ستاره چگونه است؟
2- آیا ستارگان در تمامی نقاط آسمان به طور یکنواخت پراکنده شده اند یا به علت خطای دید است که ستارگان انبوهی را در یک قسمت از آسمان مشاهده می کنیم؟
3- مهم ترین ویژگی ها برای شناسایی یک ستاره چیست؟
4- چه عواملی باعث تفاوت میان ستارگان می شود؟
5- آیا احتمال دارد که خورشید پس از تبدیل به غول سرخ، نواختر شود.
6- هر ستاره از تولد تا مرگ خود چه مراحلی را طی می کند؟
7- با توجه به اینکه نمودار HR یکی از مهم ترین نمودارها برای تعیین درخشندگی ستارگان برحسب رده ی طیفی آن ها است در این باره توضیح دهید.
8- آیا مراحل تحول برای تمامی ستارگان یکسان است و به چه عواملی بستگی دارد؟
9-چه چیز ترکیبات شهاب سنگی را که ما مشاهده می کنیم ایجاد کرده است؟
10- آیا مرگ ستاره به معنی نابود شدن و ناپدید شدن آن از آسمان است؟
تقدیر و تشکر
حمد و سپاس پروردگار متعال را که به ما توفیق داد تا در زمرة پویندگان راه علم و معرفت باشیم. شایسته است از عزیزانی که اینجانب را در مراحل مختلف اجرای این تحقیق یاری و مساعدت نموده اند، کمال و تشکر و قدردانی را بنماییم :
از جناب آقای دکتر شادمهری، دکتر مطیعی استادان راهنمای گرامی که با بزرگواری و صمیمیت در تمام مراحل این تحقیق مرا یاری و مساهدت نمودند، کمال تشکر و امتنان را داریم.
از جناب آقایان صفاران ، تقی پور و عتیقی استادان مشاور عزیز که با دلسوزی بی شائبه در کلیه مراحل کار همراه و مشاورمان بودند نهایت تقدیر و سپاس را داریم.
تقدیم به :
ساحت مقدس آقا امام زمان (عج)
عنوان تحقیق : بررسی سیر تحولات ستارگان
هدف های انجام تحقیق :
1- آشنایی با ستارگان و نجوم
2- نحوه تشکیل تا انهدام ستارگام
3- شناخت انواع ستارگان
4- آشنایی با ویژگی ها و خصوصیات ستارگان
سؤالات یا (فرضیه) تحقیق :
1- آیا علت تحولات ستارگان ناشی از انرژی درونی آن هاست.
2- میزان عمر، درخشندگی، رنگ ها و سایر ویژگی های ستارگان به چه عواملی بستگی دارد؟
3- فاصله ی ستارگان تا زمین را چگونه و با چه وسایلی می توان اندازه گیری کرد؟
4- خورشید به عنوان یک ستاره چه ویژگی هایی دارد؟ و جزء کدام دسته از ستارگان قرار می گیرد؟
5- چه تفاوتی میان ستاره ها، سیاره ها، شهاب سنگ ها و دیگر اجرام آسمانی وجود دارد؟
6- هر ستاره از زمان تولد تا مرگ خود چه مراحلی را طی می کند؟
7- آیا مراحل تحول برای تمامی ستارگان در هر نقطه آسمان یکسان است؟
8- چه شواهدی حاکی از آنند که نواخترها، ستاره های دوتایی هستند؟
9- آیا محتمل است که خورشید پس از تبدیل به غول سرخ نواختر شود؟