راه ترقی - بیگ بنگ شاید شروع کل جهان نباشد؛ اما شروع جهانی است که ما می‌شناسیم. در این مقاله با تعریف این نظریه، تاریخچه آن، اثبات و مشکلات آن آشنا خواهید شد.

از بین تمام سؤالاتی که تاکنون ذهن بشر را به خود مشغول کرده است (از جمله «بودن یا نبودن، مسئله این است!»)، شاید مهم‌ترین آن‌ها این باشد: این جهان از کجا آمده است؟ تا همین چند وقت پیش، فکر اینکه بتوانیم جواب این سؤال را از مشاهدات واقعی خود از جهان به دست آوریم، کاملا بیگانه بود؛ تا اینکه محاسبات علمی در قرن بیستم با تکیه بر نسبیت عام، فیزیک کوانتومی و نظریه بیگ‌ بنگ در کنار مشاهدات کیهانی به کمک تلسکوپ‌ها و ماهواره‌ها موفق شد برای این معماها، جوابی قانع‌کننده پیدا کند و پیش‌بینی‌های قابل اثباتی ارائه بدهد. بیش از 50 سال است شواهد علمی به ما نشان داده جهان هستی با انفجاری بزرگ آغاز شده است. جهان به این خاطر امروز در حال انبساط و خنک شدن و پر از سیارات،‌ ستاره‌ها و کهکشان‌ها است چون در گذشته کوچک‌تر، داغ‌تر، متراکم‌تر و یکدست‌تر بوده است. اگر به اولین لحظه ممکن و شروع همه چیز برگردیم، می‌توانیم تصور کنیم تمام چیزهایی که امروز در جهان هستی می‌بینیم، روزی تنها در یک نقطه واحد متمرکز شده بودند: نقطه تکینگی (singularity) که فضا و زمان از آن زاده شده است. یا حداقل این چیزی بود که تا همین چند وقت پیش فکر می‌‌کردیم داستان واقعی پیدایش جهان است؛ اینکه جهان همیشه به این شکل امروزی نبوده، بلکه میلیاردها سال پیش با انفجار بزرگی معروف به بیگ بنگ یا مه‌بانگ به وجود آمده است؛ اما امروز بسیار بیشتر از گذشته می‌دانیم و تصویری که از پیدایش جهان داریم، آنقدرها که بیگ بنگ ادعا می‌کرد، واضح نیست. این نظریه به خودی خود دیگر نمی‌تواند توصیف قانع‌کننده‌ای برای نقطه آغازین همه چیز باشد و نمی‌توان گفت بیگ بنگ دقیقا مساوی با تولد فضا و زمان است؛ اما اگر بیگ بنگ واقعا نقطه شروع همه چیز نبود، چه بود؟ و پیش از این انفجار بزرگ، در فضا چه خبر بود؟ عناوینی که در این مقاله خواهید خواند: بیگ بنگ چیست اثبات نظریه بیگ بنگ مشکلات نظریه بیگ بنگ قبل از بیگ بنگ چه بود تاریخچه پیدایش نظریه بیگ بنگ جهان چه طور تمام می‌شود نتیجه‌گیری
بیگ بنگ چیست

افزایش سرعت گسترش جهان؛ بحرانی در دنیای کیهان‌شناسی آیا نسخه‌های بی‌شماری از ما در دنیاهای موازی وجود دارد؟
اصول این نظریه نسبتا ساده است. به‌طور خلاصه، فرضیه بیگ بنگ می‌گوید تمام مواد فعلی و قدیمی در جهان هم‌زمان با هم چیزی حدود 13٫8 میلیارد سال پیش ایجاد شده‌اند. در این زمان، تمام ماده در گلوله‌ی بسیار بسیار کوچکی (کمتر از یک میلیون میلیارد میلیاردیم اندازه یک اتم) با تراکم بی‌نهایت و گرمای بی‌نهایت شدید جمع شده بود که به آن نقطه تکینگی (singularity)‌ می‌گویند. تصور می‌شود که در چنین حالت بیش از حد متراکم و پرانرژی، چهار نیروی اصلی، یعنی گرانش، الکترومغناطیس و نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف، به‌صورت یک نیروی واحد کنار هم جمع شده بودند؛ اما نظریه‌های فعلی ما هنوز نتوانسته‌اند سازوکار یک نیروی واحد را توضیح دهند، چون نمی‌دانیم گرانش در مقیاس زیراتمی چگونه کار می‌کند. دوره تکینگی که به آن پلانک (Planck) هم می‌گویند، از نقطه صفر تا حدود 10 به توان منفی 43 ثانیه بعد از بیگ بنگ ادامه داشت. از 10 به توان منفی 43 تا 10 به توان منفی 36 ثانیه، جهان به دمای انتقال می‌رسد و نیروهای بنیادی که امروز بر دنیا حکم‌فرما هستند، شروع به جدا شدن از همدیگر می‌کنند؛ ابتدا نیروی گرانش، بعد نیروی الکترومغناطیس و در آخر نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف. جهان رفته‌رفته سردتر، متراکم‌تر و منبسط‌تر شد تا کوارک‌ها و گلوئون‌ها به هم بپیوندند و پروتون‌ها و نوترون‌ها تشکیل شوند. 180 میلیون سال طول کشید تا اولین ستاره شکل بگیرد. 400 میلیون سال بعد از بیگ بنگ، اولین کهکشان متولد شد. میلیاردها سال بعد از آن، ستاره‌ها، کهکشان‌ها و خوشه‌های کیهانی تشکیل شدند تا سرانجام کهکشان راه شیری و منظومه شمسی متولد شود. در واقع بیگ بنگ، 13٫8 میلیارد سال پیش به وقوع پیوست؛ اما تقریبا 10 میلیارد سال طول کشید تا منظومه شمسی ایجاد شود. انفجار بیگ بنگ کسری از ثانیه بود؛ اما شکل‌گیری کهکشان‌ها فرایندی میلیارد ساله.
اثبات نظریه بیگ بنگ

فرمول قانون هابل؛ d فاصله کهکشان، v سرعت دور شدن کهکشان و H0 ثابت هابل است که سرعت گسترش هستی را نشان می‌‌دهد‌ (برابر با 4±71 کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک در سال 2003) براساس قانون هابل. هرچه کهکشان از ما دورتر باشد، نور آن بیشتر به سمت طول موج‌های بزرگ‌تر متمایل می‌شود (پدیده انتقال به سرخ یا redshift). در مفهوم نسبیت عام، این پدیده نشانگر جهانی است که تاروپود آن در طول زمان در حال انبساط است. با گذشت زمان، آن دسته از نقاط جهان که به کمک نیرویی به هم متصل نیستند، از نقاط دیگر دور می‌شوند و هر نور ساطع‌شده تا زمانی که به چشم بیننده برسد، به سمت طول موج‌های بزرگ‌تر می‌رود.

مشکلات نظریه بیگ بنگ 

بُعد پنجم؛ فرضیه‌ی علمی یا داستان تخیلی؟ هر آنچه باید در مورد نسبیت خاص و عام اینشتین بدانید
ما می‌دانیم گرانش و فیزیک کوانتومی در این شرایط عجیب، معنی نمی‌دهند و این همان تکینگی است:‌ جایی که قوانین فیزیک دیگر کاربردی ندارند. در این شرایط، حتی این امکان وجود دارد که خود فضا و زمان متولد شود. بیگ بنگ ابتدا نظریه‌ای در مورد تولد فضا و زمان بود. اما تمام این ایده‌ها بر پایه این تصور بود که ما واقعا می‌توانیم سناریو بیگ بنگ را به هر اندازه که می‌خواهیم در زمان عقب ببریم: یعنی به زمان انرژی‌ها، دماها و تراکم‌های بی‌نهایت بالا. در واقع ژرژ لومتر، اولین فردی که ایده انبساط تاروپود فضازمان را مطرح کرد، گفت بیگ بنگ «روزی بدون دیروز» بوده است؛ اما این موضوع منجر به بروز معماهایی فیزیکی شد که هیچ توضیحی برای آن‌ها وجود نداشت. معماهایی از جمله: چرا مناطقی در فضا که به هم اتصالی نداشتند و برای تبادل انرژی، وقت کافی نداشتند‌ (حتی اگر با سرعت نور در حرکت بودند)، دماهای یکسانی داشتند؟ چرا سرعت اولیه انبساط جهان در تعادل کامل با مقدار کل انرژی جهان بود تا در نهایت جهان مسطح امروزی حاصل شود؟ و چرا، اگر آن اوایل چنین دماها و تراکم بیش از حد بالایی در فضا بود، هیچ آثاری از آن دوران را در جهان امروزی خود نمی‌بینیم؟ اگر بخواهیم تنها به نظریه معمول بیگ بنگ اکتفا کنیم، جواب این سؤال‌ها این است: چون جهان به همین شکل متولد شده و هیچ دلیلی هم برای آن نیست. اما در دنیای فیزیک چنین جوابی شبیه تسلیم شدن است. در عوض رویکرد دیگری برای حل این معماها وجود دارد؛ ایجاد مکانیزمی که می‌تواند این خصوصیات مشاهده‌شده را توضیح بدهد و در عین حال تمام ایده‌های موفق بیگ بنگ را هم بازتولید کند. این رویکرد جدید به «تورم کیهانی» شهرت یافته است.
قبل از بیگ بنگ چه بود؟

تاریخچه پیدایش نظریه بیگ بنگ

هویل در این برنامه رادیویی گفته بود: یکی از ایده‌ها این بود که جهان، هستی خود را مدت‌ها پیش در اثر یک انفجار بزرگ آغاز کرده و انبساط فعلی آن به‌جامانده از آن انفجار بزرگ است. این ایده بیگ بنگ حتی قبل از اینکه بررسی‌های دقیق، مشکلات جدی آن را برملا کند، از نظر من قانع‌کننده نبود. سرانجام، مشاهدات کیهانی به نفع بیگ بنگ رأی داد. کشف و تأیید تابش زمینه کیهانی در سال 1965، موقعیت بیگ بنگ را به‌عنوان بهترین نظریه مبدأ و تکامل جهان هستی محکم کرد. از اواخر دهه 1960 تا دهه 90، ستاره‌شناسان و کیهان‌شناسان با حل مشکلات نظری بیگ بنگ، این نظریه را قابل‌اعتمادتر کردند. از جمله مقالاتی که برای حل مشکلات بیگ بنگ منتشر شد، مقالات استیون هاوکینگ و سایر فیزیکدان‌هایی بود که نشان دادند تکینگی، شرط اولیه و اجتناب‌ناپذیر نسبیت عام و مدل کیهانی بیگ بنگ است. در سال 1981، آلن گوت فیزیکدان آمریکایی با مطرح کردن نظریه «تورم کیهانی» و دوره انبساط سریع کیهانی سایر مشکلات نظری بیگ بنگ را برطرف کرد. در دهه 1990، پدیده انرژی تاریک مطرح شد تا مسائل بزرگی را که در کیهان‌شناسی وجود دارد، حل کند. انرژی تاریک (همراه با ماده تاریک که ایده آن توسط یان اورت در سال 1932 مطرح شد) هم توجیهی برای «جرم گمشده» جهان بود، هم راه‌حلی برای ثابت کیهانی اینشتین و هم توضیحی برای اینکه چرا جهان همچنان در حال شتاب گرفتن است. به لطف پیشرفت‌هایی که در تلسکوپ‌ها، ماهواره‌ها و شبیه‌سازی کامپیوتر اتفاق افتاد، ستاره‌شناسان و کیهان‌شناسان موفق شدند بخش بیشتری از جهان را ببینند و درک بهتری از سن واقعی آن داشته باشند. توسعه تلسکوپ‌های فضایی مثل کاوشگر زمینه کیهان (COBE)، تلسکوپ فضایی هابل، کاوشگر ویلکینسون و ماهواره پلانک در این زمینه بسیار ارزشمند بوده‌اند. امروزه، کیهان‌شناسان اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق و درستی از بسیاری از پارامترهای مدل بیگ بنگ انجام داده‌اند و سن خود جهان را هم به دست آوردند (13٫8 میلیارد سال). و همه این ماجراهای شگفت‌انگیز تنها با این مشاهده ساده شروع شد که اجرام عظیم کهکشانی که میلیون‌ها سال نوری از ما فاصله دارند، به‌آرامی در حال دورتر شدن از کهکشان ما هستند. اگرچه مطمئن نیستیم این داستان کیهانی چه طور به پایان می‌رسد؛ اما می‌دانیم تا رسیدن به این پایان، صدها تریلیون سال مانده است.
جهان چه طور تمام می‌شود؟

نتیجه‌گیری