دماسنج، مایکروویو و چند فرضیه
تصور کن وارد یه آزمایشگاه شدی که داخلش یه اتاق عجیب وجود داره و ازت میخوان که دمای این اتاق رو در یک میلیون سال پیش محاسبه کنی!
تصور کن وارد یه آزمایشگاه شدی که داخلش یه اتاق عجیب وجود داره و ازت میخوان که دمای این اتاق رو در یک میلیون سال پیش محاسبه کنی!
طبیعتا تو که نمیتونی دماسنج دستت بگیری، سوار ماشین زمان بشی و بری یک میلیون سال قبل و دمای اتاق رو اندازه بگیری، ولی به جاش میتونی از همین امروز شروع کنی!
چطور؟ یعنی امروز دمای اتاق رو اندازه بگیری، فردا دوباره اندازه بگیری، پس فردا هم همینطور و این کار رو ده سال ادامه بدی و متوجه بشی که دمای اتاق به طور مرتب داره پایین میاد.
حالا یه فرضیه به ذهنت میرسه:
اگه دمای اتاق امروز کمتر از دیروز بوده، و دیروز هم کمتر از پریروز، میتونیم فرض کنیم که این روند در گذشته هم برقرار بوده. یعنی هرچی به عقب برگردیم، دمای اتاق بالاتر میره و گرم تر میشه.
حالا از کجا معلوم که واقعا این روند همیشه همینطوری بوده؟ شاید صد سال پیش یه اتفاقی افتاده که دمای اتاق رو تغییر داده و شاید اصلا هزار سال پیش اتاق شرایط متفاوتی داشته و همه چیز به شکل دیگه ای بوده!
پس نمیتونی صرفا با اندازه گیری های ده سال اخیر، بیای در مورد یک میلیون سال پیش حرف بزنی.
ولی شاید یه راه دیگه هم وجود داشته باشه؟
فرضیه تو اینه که هرچی به عقب برگردیم، دمای اتاق بالاتر میره. اگه این فرض درست باشه، یعنی ده هزار سال پیش دمای اتاق اونقدر بالا بوده که مولکول های هوا دیگه نمیتونستن به شکل امروزی خودشون وجود داشته باشن و ماده باید رفتار کاملا متفاوتی از خودش نشون میداده.
حالا باید دنبال نشونه هایی از اون گذشته بگردی و مثلا اگه اتاق در گذشته به شدت داغ بوده، انتظار داری آثاری از یه سوختگی یا آتش سوزی یا تخریب ناشی از دمای خیلی بالا پیدا کنی و فقط چنین شواهدی میتونن فرضیه ات رو ثابت کنن.
حالا من توی پست قبلی گفتم که کیهان در حال انبساطه و با گذشت زمان سردتر میشه. کهکشان ها هم در مقیاس های بزرگ دارن از هم فاصله میگیرن. پس هرچی به عقب برگردیم، این فاصله ها کمتر میشه و کیهان متراکم تر میشه.
و اگه این روند رو به عقب دنبال کنیم، به کیهانی میرسیم که بسیار متراکم تر و داغ تر از چیزیه که امروز میبینیم.
حالا میتونیم همون سوال آزمایشگاه رو درباره کیهان بپرسیم و آیا میتونیم چیزی پیدا کنیم که بهمون ثابت کنه که کیهان در گذشته بسیار داغ و متراکم بوده؟
سخت شد!
خب خیلی از شما با چشم و نظر آشنایی دارید و یک راهکار علمی برای جلوگیری از چشم نظر، اینه که اسفند دود کنین و دور کله مبارکتون اسفند بچرخونین.
عکس درست حسابی از اسفند پیدا نکردم، بجاش عکس فشفشه گذاشتم!
حالا شما لابد دیدی که اسفند خودش سیاهه و رنگی نداره، ولی همینکه زیرش آتیش روشن میکنی و داغش میکنی، نه تنها رفتارش تغییر میکنه و جلز ولز میکنه بلکه رنگشم تغییر میکنه و قرمز و نارنجی میشه و حتی اگه چراغ هم خاموش کنی باز اون میتونی اون رنگ نارنجی رو در تاریکی تشخیص بدی.
همین اسفند مذکور، از ذرات مختلفی تشکیل شده و این ذرات در دماهای مختلف انرژی متفاوتی دارن و وقتی دمای یک جسم بالا میره، بخشی از انرژی اون میتونه به شکل تابش الکترومغناطیسی ازش خارج بشه و ما اون امواج رو به شکل نور میبینیم.
پس خیلی ساده میشه نتیجه گرفت که نور نه تنها باعث روشنایی محیط میشه بلکه میتونه اطلاعاتی درباره جسمی که اون نور رو تولید کرده هم بهمون بده.
اگه کیهان در گذشته اینقدر که ما فکر میکنیم داغ بوده، باید یه مقدار زیادی تابش هم در اون وجود داشته باشه و اگه فرضیه ما درست باشه، پس باید یه اثری ازون تابش وجود داشته باشه!
ولی ما چجور میخوایم یه تابشی رو ببینیم که کیهان در اینهمه میلیارد سال قبل از خودش در کرده؟؟
هوووووم! 🤔
وقتی اسم نور میاد شما ذهنت میره سمت نور خورشید و نور شمع و چراغ و این حرفا ولی در واقع اون خورشید و چراغ، یه طیف بسیار کوچک از یه خانواده بزرگ تر هست و این خانواده انواع جور واجوری داره که شامل امواج رادیویی و مایکروویو و فرابنفش و حتی پرتوهای اکس هست ولی خب نور مرئی هم جزوی از این خانواده هست.
این خانواده که میگم منظورم همون تابش الکترومغناطیسی هست که قاطی خزعبلات مدرسه بهمون یاد دادن و اعضای این تابش الکترومغناطیسی از یک جنس هستن ولی یه تفاوت مهم باهم دارن و اونم طول موج و فرکانسشون هست.
این لفظ الکترومغناطیس هیچوقت تو کتم نرفت و خودم در محاوره بهش میگم الکترومگنتیک، ولی بگذریم!
حالا الان شاید بگی که ای بابا این طول موج و فرکانس چه کوفتیه؟ :)))
شما الان یه طناب بگیر دستت و اون سرشم بده دست رفیقت و شروع کنید به تکون دادن طناب، هرچی طناب رو آروم تر بالا پایین کنین، فاصله بین قله های موج بیشتر میشه و هرچه سرعت رو ببرید بالاتر، اون قله ها بهم نزدیک تر میشن.
حالا ما به فاصله دو قله متوالی موج میگیم طول موج یا wavelength و به تعداد موج هایی که در هر ثانیه از یک نقطه عبور میکنن میگیم فرکانس.
طبق همون مثال طناب، شما میتونی نتیجه بگیری که فرکانس و طول موج باهمدیگه رابطه معکوس دارن و هرچی طول موج بیشتر باشه، فرکانس کمتره و برعکس.
یادت باشه که هنوز داریم راجع به خانواده تابش الکترومغناطیسی حرف میزنیم و منم گفتم که نور مرئی هم هم جزو همین خانوادس پس نور مرئی هم یه طول موج داره که چشم آدمیزاد میتونه ببینه ولی امواج مایکروویو طول موج خیلی بلندتری دارن و چشم ما نمیتونه اونارو ببینه!
دقیقا همون دستگاه مایکروویو که غذاتو گرم میکنه هم داره از امواج مایکروویو استفاده میکنه تا انرژی رو به غذا منتقل کنه و سریع تر گرمش کنه ولی شما نمیتونی اون نور مایکروویو رو ببینی، فقط میبینی که غذات داغ شده!
خیلی لازم دیدم که منشن کنم اون نوری که شما داخل دستگاه میبینی، نور چراغ هست که جداگانه داخل دستگاه گذاشتن و بدون اون چراغ هم غذای شما داغ میشه :))))
برگردیم سر بحث کیهان، خب من گفتم که کیهان در حال انبساط هست، و این انبساط همونطور که باعث افزایش فاصله بین کهکشان ها میشه، روی طول موج نور هم تاثیر میذاره!
شما تصور کن که یه موج نور از یک نقطه در کیهان منتشر شده و داره در فضا حرکت میکنه و در طول مسیر، خود فضا هم منبسط میشه خب طبیعتا نور هم همراه انبساط فضا کشیده میشه و وقتی نور کش بیاد، یعنی طول موجش بیشتر شده و منم گفتم که طول موج و فرکانس باهم رابطه عکس دارن پس با افزایش طول موج، فرکانس نور هم میاد پایین.
از اونجایی که انرژی نور به فرکانسش بستگی داره، وقتی فرکانس کاهش پیدا کنه، انرژی نور هم کمتر میشه و هر چی انرژی نور کمتر بشه، طبیعتا سخت تر دیده میشه اما این به معنی ناپدید شدن نور نیست!
اون تابش همچنان وجود داره و فقط طول موجش تغییر کرده و دیگه در محدوده ای نیست که چشم آدمیزاد بتونه اون رو ببینه.
حالا برگردیم سراغ همون فرضیه اولیه خودمون.
اگه کیهان در گذشته واقعا اینقدر داغ بوده پس حتما مقدار زیادی تابش در اون وجود داشته و اگه انبساط کیهان باعث کشیده شدن طول موج این تابش شده باشه پس باید امروز بتونیم اثری از اون پیدا کنیم؟
این درسته که چون طول موج اون تابش زیاد شده الان دیگه مرئی نیست بلکه به شکل امواج خیییلی بلندتر هست که چشم ما نمیبینه، مثل همون نور مایکروویو که غذاتو گرم میکنه!
حالا این مثال نبود، واقعا اون تابش اولیه کیهان، به شکل مایکروویو تو هوا هست :)))))))
اینو دانشمندا تونستن در آسمان پیدا کنن و از تمام جهات آسمان، یک تابش ضعیف و تقریبا یک نواخت دریافت میشه که به این تابش میگیم cosmic microwave background یا به اختصار cmb و من خودم بهش میگم تابش کیهانی.
این تابش کیهانی یکی از قدیمی ترین نورهایی هست که ما میتونیم در کیهان مشاهده کنیم و این نور از حدود ۳۸۰ هزار سال بعد از آغاز انبساط کیهان به حرکت آزادانه در فضا ادامه داده و بعد از میلیارد ها سال به ما رسیده!
این cmb که میگم یه همچین شکلی هست و اینکه چرا بعضی جاهاش کمرنگه و بعضی جاهاش پررنگه خودش میتونه موضوع یه پست جداگانه باشه:
این خودش خیلی بنظرم باحاله و اینکه ما واقعا داریم تابشی رو دریافت میکنیم که از دوران کهن باقی مونده و به ما رسیده و بعد از ما هم به حرکتش ادامه میده!
حالا این خودش شاید هزاران سوال در ذهن شما ایجاد کنه مثلا اینکه چرا این تابش از تمام جهات آسمون دریافت میشه؟ اصلا چجور بوجود اومده؟ ۳۸۰ هزار سال از کجا اومده؟ چجور این نور متوقف نشده و میلیارد ها سال به حرکتش ادامه داده؟ قبل اون ۳۸۰ هزار سال اون نور کجا بوده و چکار میکرده؟
هووووووم 🤔