قبل از بیگ بنگ چه اتفاقی افتاد و زندگی چگونه روی زمین به وجود آمد؟ اینها تنها بخشی از سوالاتی است که دانشمندان در حال حاضر با آن روبرو هستند. در این گزارش به 11 سوال علمی بی پاسخ می پردازیم.
ستاره شناسان زندگی خود را وقف درک جهان می کنند. حوزه نجوم و اخترفیزیک با سرعتی سرگیجه‌آور در حال پیشرفت است و نتایج اخیر مانند اولین تصویر از یک سیاهچاله و مشاهدات بی‌سابقه کیهان باستانی به دست آمده است.
جهان آنقدر وسیع است که ما فقط بخش کوچکی از آن را کشف کرده ایم. تخمین زده می شود که 100 میلیارد ستاره تنها در کهکشان راه شیری وجود دارد و تعداد ستارگان در جهان مرئی بیشتر از دانه های شن روی زمین است. در اینجا به برخی از بزرگترین اسرار کیهانی که در حال حاضر هیچ پاسخی برای آنها نداریم نگاه می کنیم.
1. بیگانگان کجا هستند
پارادوکس فرمی که توسط فیزیکدان انریکو فرمی پیشنهاد شده است، این سوال را مطرح می کند: همه بیگانگان کجا هستند؟ بشریت هنوز نشانه‌هایی از فناوری را که از یک گونه بیگانه هوشمند می‌آید شناسایی نکرده است، و اگر به تکامل کهکشان راه شیری فکر کنید، عجیب به نظر می‌رسد.
کهکشان راه شیری تقریبا 13 میلیارد سال قدمت دارد. چهار میلیارد سال سن، زمین سیاره ای جوان در کهکشان راه شیری است. تقریباً 400 میلیارد ستاره در کهکشان راه شیری وجود دارد و حدود 20 میلیارد از آنها ستاره هایی شبیه به خورشید خود ما هستند.
بر اساس برآوردها، حدود یک پنجم از این ستاره ها میزبان سیاره ای به اندازه زمین هستند که در منطقه قابل سکونت آن ستارگان قرار دارد. بنابراین اگر فقط 0.1 درصد از این سیارات در منطقه قابل سکونت بتوانند حیات را پشتیبانی کنند، یک میلیون سیاره حیات در کهکشان ما وجود خواهد داشت. از آنجایی که زمین یک سیاره جوان است، بیشتر این سیارات باید دارای تمدن های پیشرفته ای باشند که فناوری لازم برای کشف کیهان را توسعه داده باشند. پس این همه بیگانه کجا هستند؟
2. قبل از بیگ بنگ چه اتفاقی افتاد؟
این سوالی است که قرن ها بشریت با آن دست به گریبان بوده است. امروزه دانشمندان چندین نظریه دارند، از جمله نظریه ریسمان، که فرضیه ای را مطرح می کند که جهان ما یکی یکی از جریان های بی پایانی است که ایجاد شده است.
نیل دگراس تایسون، اخترفیزیکدان مشهور، این سوال را از استیون هاوکینگ پرسید. هاوکینگ توضیح داد که معتقد است قبل از انفجار بزرگ «هیچ چیز» وجود نداشته است. هاوکینگ اظهار داشت که او معتقد است که جهان هیچ مرزی ندارد و پیوستار فضا-زمان یک سطح بسته بی پایان مانند یک جسم کروی است.
هاوکینگ توضیح داد: زمان واقعی و معمولی را می توان از قطب جنوب آغاز کرد، که نقطه نرمی در فضا-زمان است که در آن قوانین عادی فیزیک برقرار است. هیچ چیزی در جنوب قطب جنوب وجود ندارد، بنابراین قبل از انفجار بزرگ چیزی در اطراف وجود نداشت.
3. انرژی تاریک چیست؟
در دهه 1920، مشاهدات ادوین هابل، ستاره شناس، نشان داد که جهان در حال انبساط است. بعدها، دانشمندان امیدوار بودند که کشف کنند که این روند به دلیل اثرات گرانش در حال کند شدن است. با این حال، در سال 1998، مطالعات نشان داد که گسترش در واقع سرعت گرفته است. نیروی نامرئی که این شتاب را ایجاد کرد، انرژی تاریک نام داشت.
محاسبات بعدی نشان داد که تقریباً 70 درصد جهان از انرژی تاریک تشکیل شده است، و با این حال ما هنوز نمی دانیم این ماده چیست. انرژی تاریک برای تلسکوپ ها نامرئی است و نور مرئی یا هر شکل دیگری از تابش الکترومغناطیسی را ساطع یا جذب نمی کند. ما فقط می دانیم که به دلیل تأثیر گرانشی آن بر حرکت خوشه های کهکشانی و ستارگان منفرد وجود دارد.
اگرچه مطالعه چیزی که اساساً برای چشم و تلسکوپ ما نامرئی است بسیار دشوار است. برخی از دانشمندان بر این باورند که از ذرات زیر اتمی تشکیل شده است که با ذرات تشکیل دهنده ماده ای که ما می توانیم در دنیای اطراف خود ببینیم متفاوت هستند.
بیشتر بخوانید: ماه گرفتگی در دوران بارداری، خرافات یا واقعیت؟
4. ماده تاریک چیست؟
مانند انرژی تاریک، ما فقط می دانیم که ماده تاریک به دلیل تأثیر گرانشی آن بر ستاره ها و کهکشان ها وجود دارد. با این حال، تخمین زده می شود که 25 درصد از جهان را تشکیل می دهد. این بدان معناست که ماده تاریک و انرژی تاریک با هم حدود 95 درصد از همه چیز را تشکیل می دهند.
تا به امروز، هیچ آزمایشی روی زمین شواهد قطعی از ماده تاریک را شناسایی نکرده است. اما در آینده، رصدخانه های فضایی مانند تلسکوپ اقلیدس و تلسکوپ فضایی رومی نانسی گریس قادر خواهند بود ماده و انرژی تاریک را مشخص کنند.
اقلیدس نقشه ای سه بعدی از کیهان ترسیم خواهد کرد که شامل یک سوم آسمان شب و تقریباً دو میلیارد کهکشان است. این نقشه تا فاصله حدود 10 میلیارد سال نوری از زمین گسترش خواهد یافت. امید این است که بینش جدیدی در مورد تکامل جهان 13.8 میلیارد ساله و نقش ماده تاریک و انرژی ارائه کند.
5. ماه چگونه تشکیل شد؟
ماه مسئول جزر و مد اقیانوس است و ممکن است نقش مهمی در تکامل حیات روی زمین داشته باشد، اما ما نمی دانیم چگونه به وجود آمده است. تخمین زده می شود که ماه 100 میلیون سال پس از شروع شکل گیری منظومه شمسی شکل گرفته است و چندین نظریه در مورد منشاء آن وجود دارد، اگرچه هیچ کدام ثابت نشده است.
یک نظریه نشان می دهد که ممکن است زمین میلیاردها سال پیش با جسمی به اندازه مریخ به نام Theia برخورد کرده باشد. در یک مطالعه جدید، شبیه‌سازی‌هایی که جرم، مدار و ترکیب ماه را در نظر گرفتند، نشان دادند که این برخورد می‌تواند ماه را در عرض چند ساعت تشکیل دهد.
6. آیا منشا حیات روی زمین بوده است؟
ممکن است حیات روی زمین ایجاد نشده باشد. در سال‌های اخیر، مطالعات متعددی نشان داده‌اند که سیارک‌ها و شهاب‌سنگ‌ها ممکن است سال‌ها پیش مواد لازم برای شکل‌گیری حیات را از مکان‌های دیگر به زمین آورده باشند.
سال گذشته، دانشمندان دو واحد از پنج واحد اطلاعاتی نائه و آرانه را که هنوز در نمونه‌های شهاب‌سنگ شناسایی نشده بودند، کشف کردند. اکنون نمونه‌ها نشان می‌دهند که تمام بخش‌های ژنتیکی مورد نیاز برای تشکیل دی‌ن‌ها در شهاب‌سنگ‌ها وجود دارند، به این معنی که بلوک‌های سازنده حیات ممکن است توسط سنگ‌های فضایی به زمین منتقل شده باشند.
ماموریت‌های نمونه‌برداری از سیارک‌ها، مانند Hayabusa-1 آژانس فضایی ژاپن، که نمونه‌ای را در سال 2010 جمع‌آوری کرد، وجود آب و مواد آلی را در سنگ‌های فضایی نیز نشان داده‌اند.
7. انفجارهای رادیویی سریع چیست؟
انفجارهای رادیویی سریع (FRBs) انفجارهای شدید و درخشان نور هستند که در جهان دور شناسایی می شوند. آنها برای اولین بار در سال 2007 کشف شدند. آنها از همه کهکشان ها درخشان تر هستند و می توانند به اندازه خورشید ما در سه روز انرژی تولید کنند.
اگرچه انفجارهای رادیویی سریع فوق‌العاده درخشان هستند، اما تشخیص آنها دشوار است زیرا فقط چند میلی ثانیه دوام می‌آورند. دانشمندان پیشنهاد می کنند که ممکن است روزانه 10000 انفجار رادیویی سریع از آسمان زمین قابل مشاهده باشد، اما بیشتر آنها مورد توجه قرار نمی گیرند.
ما نمی‌دانیم منشأ آنها کجاست، اگرچه گزینه‌های احتمالی شامل مگنتارها، ستارگان نوترونی در حال فروپاشی و برخورد کهکشان‌ها است. در موارد نادر، برخی از این فوران‌ها سیگنال‌های مکرری ارسال می‌کنند که توجه جستجوی هوش فرازمینی (SETI) را نیز به خود جلب کرده است.
8. حباب فرمی چیست؟
حباب های فرمی دو ساختار عظیم کشف شده در مرکز کهکشان راه شیری هستند که تقریباً 20000 سال نوری در بالا و پایین صفحه کهکشانی امتداد دارند. اولین بار در سال 2010 کشف شد، آنها از پرتوهای گاما بسیار پرانرژی و اشعه ایکس تشکیل شده اند که با چشم غیر مسلح دیده نمی شوند.
برخی از دانشمندان پیشنهاد می کنند که این امواج ممکن است امواج ضربه ای باشند که از ستارگانی که توسط سیاهچاله قوسی در مرکز کهکشان راه شیری در حال فروپاشی هستند، نشات می گیرند.
9. میدان مغناطیسی ماه
یکی یکی از بزرگترین اسرار ماه تا حدی الهام بخش فیلم علمی تخیلی کلاسیک آرتور سی کلارک 2001: یک ادیسه فضایی بود. این معما حول این واقعیت می چرخد که فقط بخش هایی از پوسته ماه دارای میدان مغناطیسی هستند.
در حالی که ما علت دقیق این پدیده را نمی دانیم، برخی از دانشمندان پیشنهاد کرده اند که ممکن است به دلیل برخورد سیارکی باشد که مواد مغناطیسی را در سطح ماه پراکنده می کند.
10. چرا تپ اخترها به طور مداوم چشمک می زنند؟
تپ اخترها ستارگان نوترونی هستند که با سرعت بسیار بالایی می چرخند. آنها همچنین پرتوی از تابش الکترومغناطیسی را در فواصل زمانی منظم ساطع می کنند، آنقدر منظم که با دقت یک ساعت اتمی رقابت می کنند. این آنها را به ابزاری ارزشمند برای ستاره شناسان و اخترفیزیکدانانی تبدیل می کند که از آنها برای اندازه گیری فواصل در فضا استفاده می کنند.
اولین تپ اخترها در سال 1967 کشف شدند، اما دانشمندان هنوز نمی دانند چه چیزی باعث درخشش این ستاره ها می شود. با این حال، در سال 2008، ستاره شناسان مشاهده کردند که یک تپ اختر خاص به طور ناگهانی به مدت 580 روز تابش خود را متوقف کرد. در طول مشاهدات آنها متوجه شدند که این ارتباط با جریان های مغناطیسی دارد که چرخش ستارگان را کند می کند، اگرچه آنها نمی دانند این جریان ها از کجا می آیند.
11. این دنیای ماست یکی زیاد است؟
نظریه ریسمان بیان می کند که ذرات زیر اتمی اجزای سازنده ماده نیستند. در عوض، همه چیز از رشته های بسیار نازکی تشکیل شده است که ارتعاشات آنها اثراتی را ایجاد می کند که ما به عنوان اتم، الکترون و کوارک تفسیر می کنیم. این امکان وجود تعداد نامحدودی از ابعاد را فراهم می کند، که نشان می دهد جهان ما به تنهایی ایستاده است. یکی موارد زیادی است.
اگر نظریه ریسمان ثابت شود، این به دانشمندان اجازه می دهد تا قوانین نسبیت و مکانیک کوانتومی را متحد کنند و همچنین به این سوال پاسخ می دهد که قبل از انفجار بزرگ چه اتفاقی افتاده است. مشکل اینجاست که نظریه ریسمان برای اولین بار در دهه 1960 مطرح شد، اما تا کنون دانشمندان نتوانسته‌اند هیچ مدرک مشخصی برای اثبات آن ارائه دهند.