کیهان شناسی (Cosmology)

[رزیتا]

کیهان شناسی (Cosmology)



کیهان شناسی یا Cosmologgy از واژه یونانی cosmas به معنای عالم گرفته شده است. پس کیهان شناسی به مطالعه عالم می‌پردازد. در واقع کیهان شناسی شاخه‌ای از علم ستاره شناسی است که مدبر او ساختار جهان را مطالعه می‌کند. موضوعات مربوط به مبدأ آفرینش و سیر تکاملی جهان بوسیله ستاره شناسی ، فلسفه و دین بررسی می‌شود.




نگاه اجمالی

مطالعه کائنات از زمین و آسمان و خورشید آغاز شد. انسانهای دوره ما قبل علم عقیده داشتند که در مرکز جهان هستند و خورشید و سایر سیارات به گرد زمین مرکزی می‌گردند. کپرنیک مرکز عالم را در نزدیکی خورشید فرض کرد که زمین نیز همراه سایر سیارات به گرد آن می‌چرخد. گالیله هم به کمک تلسکوپ خود واقعیاتی را جهت نظام جهانی پیشنهادی کپرنیک کشف کرد.

کپلر ، اسحاق نیوتن ، … کائنات را فراتر از گذشته گسترش دادند و درگیری با مسایل کیهانی ادامه داشت تا اینکه آلبرت انیشتین در 1915 با ارائه نظریه نسبیت عام نشان داد که فضا و ماه محدود ، ولی نامحصور است که می‌تواند منبسط یا منقبض شود. او کائنات را دارای تاریخ دانست. در این دوره که به دوره کیهانی معروف شده فکر بشر معطوف به گذشته جهان شد و دانشمندان در سراسر جهان اکنون در فکر پاسخ به این سوالات هستند که :

• جهان در گذشته چگونه بوده است؟
• آینده جهان چه خواهد بود؟
• فرآیند تکوین کیهان تا کی ادامه خواهد یافت؟ و …

علم کیهان شناسی

کیهان شناسی شاخه‌ای از علم ستاره شناسی است که به مطالعه آغاز ساختار کلی و تکاملی جهان می‌پردازد. ستاره شناسان با استفاده از علم ریاضی‏‏‏‏ الگوهایی فرضی از جهان ساخته و مشخصات این الگوها را با جهان شناخته شده مقایسه می‌کنند. کیهان شناسی ، گذشته ، حال و آینده کائنات را بررسی می‌کند. کائنات تمام چیزهای موجود در عالم را شامل می‌شود: چه مرئی باشد چه نامرئی ، چه کشف شده باشد چه کشف نشده باشد.

تاریخچه و سیر تحولی کیهان شناسی

• اقلیدس ، ریاضیدان یونانی ، (حدود 300 سال قبل از میلاد) ، با استفاده از سه بعد طول ، عرض و ارتفاع ، فضا را تعریف کرد. تعریفی که اسحاق نیوتن (1727 - 1643) ، فیزیکدان و ریاضیدان انگلیسی ، از جهان ارائه داد. مطابق با نظریات اقلیدس بود . فضایی لایتناهی که با استفاده از سه بعد طول ، عرض و ارتفاع تعریف می شد. اما نظریه فضای لایتناهی عاری از مشکل نیست. طبق قضیه اولبرس که از نام ستاره شناس آلمانی ، ویلهلم اولبرس (1840 - 1758) گرفته شده ، اگر ستارگان به یک شکل در تمام فضای لایتناهی پراکنده شوند، در تمامی جهات ستاره‌ای وجود خواهد داشت. اگر چیزی در مسیر ستارگان دور دست قرار نگیرد تمام آسمان درخشندگی خورشید را خواهد داشت که عملا چنین نیست.

• آلبرت انیشتین (1955 - 1879) ، دانشمند آمریکایی آلمانی تبار ، با ارائه نظریه نسبیت عام در سال 1915 مشکل نظریه نیوتن را حل کرد. آلبرت انیشتین نشان داد که فضا و ماده موجود در آن ، محدود اما نامحصور است (یک جهان دو بعدی به شکل سطح یک کره را تصور کنید، این جهان محدود خواهد بود اما هیچ لبه یا حصاری نخواهد داشت). جهان محدود اما نامحصور آلبرت انیشتین ، ساکن است اما به آسانی می‌تواند منبسط یا منقبض شود.

• نظریه انبساط جهان با کشفی که ادوین هابل (1953 - 1889) ، ستاره شناس آمریکایی ، به عمل آورد، قوت گرفت. او دریافت که کهکشانها در حال حرکت در جهان هستند. او همچنین متوجه شد که کهکشانهای دورتر ، سریعتر از کهکشانهای نزدیکتر حرکت می‌کنند. در سال 1931 ، ژرژ لومتر (1966 - 1894) ، دانشمند بلژیکی ، اعلام کرد که عامل این انبساط ، تجزیه خود بخود آنچه که او اتم اولیه نامیده است (اتم اولیه یک ماهیت تنهاست که در برگیرنده تمام ماده و انرژی موجود در جهان است).

• فرد هویل ، ستاره شناس انگلیسی ، حاضر به پذیرفتن نظریه انفجار بزرگ نبود و آنرا به تمسخر گرفت. در عوض او معتقد به یک اصل کامل ستاره شناسی بود و در سال 1948 اعلام کرد که جهان در هر زمان و مکانی که مورد آزمایش قرار گیرد باید یکسان به نظر رسد. یا به عبارت خلاصه‌تر ، جهان دارای حالتی پایدار است. طبق نظر هویل ، بوجود آمدن مداوم ماده در سرتاسر فضا باعث ایجاد توازن در انبساط جهان شده و حالت پایای آنرا حفظ می‌کند (سرعت بوجود آمدن ماده که حدود یک اتم هیدروژن در یک لیتر در هر 20 سال می‌باشد بقدری کند است که قابل مشاهده در آزمایشگاه نیست). بین نظریه‌های جهان پایدار و انفجار بزرگ چند تفاوت اساسی وجود دارد. مثلا طبق نظریه حالت پایا ، اندازه و چگالی کهکشانهای جدید و قدیم در سراسر جهان بایستی یکسان باشد. اما طبق نظریه انفجار بزرگ ، اندازه و چگالی اجسام جدیدتر بایستی مطابق با میزان فاصله‌شان افزایش یابد.

نظریه‌های متداول در پیدایش جهان

نظریه انفجار بزرگ (Big Bang)

طبق این نظریه که مقبولترین نظریه در پیدایش جهان است، همه ماده و انرژی که هم اکنون در جهان وجود دارد، زمانی در گوی کوچک بی‌نهایت سوزان ولی فوق‌العاده چگال متمرکز بوده است. این آتشگوی کوچک حدود 15 میلیارد سال قبل منفجر شد و همه مواد در فضا پخش شدند. با گذشت زمان این گسترش و پراکندگی ادامه یافت. تراکم توده‌هایی از این مواد در نواحی مختلف باعث بوجود آمدن ستارگان و کهکشانها در فضا شد، ولی گسترش همچنان ادامه دارد.

نظریه جهان نوسان کننده

مطابق این نظریه ، انبساطی که با انفجار بزرگ آغاز شد، بر اثر نیروی گرانشی سرانجام

[رزیتا]

اصل کیهان شناسی

دید کلی

در گذشته برای توضیح مقیاس بزرگ ساختمانی و تکامل جهان مدلهای کیهانشناختی گوناگون پیشنهاد شده بود. در میان این مدلهای پیشنهادی ، مدلهایی وجود دارند که بر پایه نظریه نسبیت عام بنا شده‌اند. این نظریه از یک زبان هندسی استفاده می‌کند. به این مفهوم که حضور ماده ، ویژگیهای مادی فضا - زمان فضای چهار بعدی که زمان به عنوان (بعد چهارم به ابعاد سه گانه فضایی استفاده می‌شود) را تعیین می‌کند. مشکلات بزرگی که در سر راه بودند، به میزان قابل توجهی ، با توجه به این فرض که جهان در مقیاس بزرگ از لحاظ فضایی همسان و همگن است کاهش یافته‌اند. فرض یکنواختی جهان در مقیاس بزرگ اصل کیهان شناسی خوانده می‌شود.

اصل کیهان شناسی

فرض یکنواختی جهان در مقیاس بزرگ ، مبین این مطلب است که اگر از بی‌نظمیهای محلی چشمپوشی کنیم، جهان از هر محلی که بدان نگریسته شود یک صورت ثابت را عرضه می‌کند. تصویر جهان برای ناظرانی که در کهکشانهای دیگر هستند باید همچون تصویر ما از جهان باشد. آنها صورتهای فلکی دیگر و دسته بندیهای دیگری از کهکشانها را خواهند دید. لیکن بر طبق اصل کیهانشناسی ، می‌بایست ویژگیهای بزرگ ‌مقیاسی از قبیل انبساط جهان ، ثابت هابل ، پارامتر شتاب منفی و چگالی متوسط ، در همه جا یکسان باشد. هیچ کهکشان ارجحی در جهان وجود ندارد.

مبانی اصل کیهان شناسی

اصل کیهان شناسی ، بر مبنای مشاهده استوار است. هابل ، شاپلی و همکاران دانشگاهی آنها مشاهده کردند که تعداد کهکشانها تا یک اندازه محدود ، بطور مستقیم با حجم فضای متناظر با آن اندازه ، تغییر می‌کند. مشاهده بعدی آنها مبنی بر این که کهکشانها به گونه‌ای همسان در پهنه آسمان توزیع شده‌اند، به این نتیجه منتهی شد که جهان بطور یکنواخت (یعنی بطور همگن و همسان) از ماده پوشیده شده ‌است.

[رزیتا]

ماده در کیهان

دید کلی

• آیا مهتاب را در شب دیده‌اید؟
• آیا ستاره‌ها قابل شمارش هستند؟
• آیا می‌دانید عمر ستاره‌ها چقدر است؟
• کهکشانها چگونه بوجود آمده‌اند؟

کهکشانها

در شبهای بدون مهتاب منظره واضحی از نوار ابری شکل راه شیری را مشاهده می‌نمائیم. این کهکشان ماست و حاوی نه تنها خوشه دماغی از شهابی بلکه تعداد بی‌شماری ستاره است که بصورت برآوردهای اخیر تعداد ستارگان 200 میلیون است. پرتوی نور با سرعت 300.000 کیلومتر در ثانیه ، طول کهکشان را در مدت 100.000 سال می‌پیماید. کهکشان ما با اندازه شگفت انگیزش ، تنها یکی از جزایر ستاره‌ای بی شمار را در جهان تشکیل می‌دهد.

این کهکشان دارای همراهانی است که بزرگترین آنها ابرهای ماژلانی بزرگ و کوچک می‌باشند. که به همراه کهکشان به هر یک مرکز ثقل مشترک می‌چرخند مجموعه کهکشان ، ابرهای ماژلانی و همچنین چند منظومه ستاره‌ای که شامل سحابی زن به زنجیر بسته نیز می‌گردد. گروه محلی کهکشانها نامیده می‌شوند.

ابرکهکشان

دوربینهای نجومی پیشرفته و دوربینهای نجومی رادیویی و سایر وسایل مطالعات نجومی می‌توانند منطقه عظیمی را مورد برسی قرار دهند که شعاع آن بین 10 تا 12 سال نوری است. چنین وسعتی بیلیونها کهکشان را بوجود آورده‌اند ابرکهکشان (فراکهکشان) می‌باشد در بر می‌گیرد.
قیاس جهان نجومی با جهان مادی

علم در ضمن مطالعه دنیای مادی فوق العاده متنوع به تشخیص اجسام پدیده‌ها ، ارتباطات و برهمکنشها می‌پردازد و همچنین در یک مقیاس وسیعتر مفاهیم دنیای نجومی را از تمام مفاهیم دنیای مادی جدا می‌سازد. آگادیسین پیوتر فدرسیف (Pyoter Fedoseyev) فیلسوف پیشگام تئوری سابق می‌نویسد: «از دیدگاه اصول تکاملی دلایل زیادی برای قبول این مطلب وجود دارد، جهانی که بوسیله علوم طبیعی جدید مورد مطالعه قرار می‌گیرد. موجودیتی است که از نظر زمانی در حال توسعه می‌باشد موجودیتی که از حالتها و اشکال قبلی ماده پدید آمده و بوسیله حالتها و اشکال بعدی جایگزین می‌گردد.»
فلسفه ماده گرایی

فلسفه ماده گرایی چنین تصوری را که جهان مادی به نحوی آگاهانه بوسیله مثال آفریده نمی‌پذیرد. اگر قبول کنیم که جهانی که امروزه به مطالعه آن می‌پرداخته‌ایم در بیست بیلیون سال پیش بوجود آمده ، آنگاه این موضوع از نقطه نظر فلسفی اهمیت پیدا می‌کند، تا ماهیت عینی این فرآیند را به عنوان مرحله‌ای از تکامل خود به خود ماده در جهان ، مورد تأیید قرار دهیم.

بنابراین وظیفه علم واقعی و مستحکم این است که بوسیله روابط فیزیکی به بررسی و توضیح چنین فرآیندی اقدام نماید. می‌توان وجود جهانهای متعدد را بوسیله قیاس پیچیده‌ای درک نمود. بنابراین عاقلانه است که بین تفاسیر جهان از نظر دانشنمدان علوم طبیعی (که نشانگر اندوخته دانش کنونی است) با مفاهیم فلسفی دنیای مادی (که تمام موفقیتهای آتی علوم طبیعی را در مطالعه جهان ، در نهفته دارد) تمایز قائل شویم.

[رزیتا]

سراب کیهانی

دید کلی

با وجود پیشرفتهای زیادی در زمینه کیهان شناسی ، معمایی که هنوز هم حل نشده ، مقدار چگالی ماده موجود در جهان است. چون قسمت نامشخصی از ماده بصورت نامرئی است، امکان دستیابی به مقدار آن برای اخترشناسان تقریبا غیر ممکن است. ولی اخیرا آنها پدیده تازه‌ای کشف کرده‌اند که نوید روشن کردن بسیاری پرسشها را پیرامون مقدار تام ماده مرئی و نامرئی در کائنات و پراکندگی آن را در فضا به ما می‌دهد. این کشف عبارتست از پدیده سرابهای جاذبه‌ای.

سرابهای گرانشی

"سرابهای جاذبه‌ای" زمانی حاصل می‌شوند که دو ستاره یا بیشتر که در فاصله‌های متفاوتی از زمین واقع شده‌اند، بصورت کامل با کره زمین روی یک خط قرار گیرند و به نظر برسد که در آسمان باهم برخورد کرده‌اند. روشنایی دورترین ستاره برای رسیدن به ما باید از میدان گرانشی نزدیکترین ستاره بگذرد و در این عبور منحرف می‌شود. این انحراف روشنایی یک تغییر شکل و حتی نوعی تکثیر تصویر از ستاره پدید می‌آورد.



پیش بینی سراب جاذبه‌ای

آلبرت انیشتین در سال 1936 با استفاده از نسبیت عمومی نشان داد که اگر از دید ناظر رصد کننده ، دو ستاره با کره زمین روی یک خط قرار گیرند، دورترین ستاره علاوه بر تصویر عادی خود که یک نقطه است، تصویر دیگری به شکل یک حلقه نورانی در اطراف آن نقطه روشن ، پیدا خواهد کرد. این حلقه نورانی ، نوعی سراب کیهانی و نوعی توهم بصری است زیرا در عالم حقیقت وجود ندارد. آلبرت انیشتین همخط شدن دو ستاره با زمین را امری بسیار غیر محتمل می‌دانست و این پدیده را فقط بصورت تئوری ارائه داده بود.



عدسی گرانشی

در پدیده سراب کیهانی ، ستاره نزدیکتر که قوه جاذبه آن ، روشنایی ستاره دورتر را منحرف می‌کند، "عدسی جاذبه‌ای" نامیده می‌شود. این ستاره مانند عدسی عینک ، روشنایی ستاره را منحرف می‌کند تا سراب جاذبه‌ای را پدید آورد. یک سال بعد از ارایه نظریه آلبرت انیشتین ، "فریتز زوایکی" همان کسی که موضوع ماده نامرئی را مطرح کرد با قبول تئوری آلبرت انیشتین ، به جای ستاره‌ها ، کهکشانها و انبوه‌های کهکشانی را به عنوان عدسی گرانشی پیشنهاد کرد.



کشف سراب کیهانی

42سال بعد از ارائه این نظریات ، در سال 1979 یک جفت کویزار اجسام ستاره مانند بسیار دور کشف شد که خیلی به هم نزدیک و شبیه بودند. فیزیکدانان بر این اعتقاد شدند که این شباهت حیرت انگیز حاصل تصادف نیست، یکی از این کویزارها می‌تواند سراب گرانشی کویزار دیگر باشد، ولی در این مورد باید عدسی گرانشی آنرا هم کشف می‌کردند. پس از رصدهای دقیق ، کهکشانی کشف شد که روی یکی از کویزارها قرار گرفته بود.

بدین ترتیب نخستین سراب کیهانی کشف شد. در واقع آنچه دیده می‌شد یک کویزار بیش نبود و کهکشانی که بین این کویزار و زمین بصورت هم خط واقع شده بود، به عنوان عدسی گرانشی عمل کرده و دومین کویزار را بصورت سراب پدید آورده بود. پس از آن سرابهای دیگری نیز کشف شد. حتی حلقه‌های نورانی که آلبرت انیشتین پیش بینی کرده بود در جهت انبوه‌های کهکشانی دیده شدند.



رابطه بین سراب کیهانی و ماده نامرئی

یک سراب کیهانی ، حاصل و نتیجه تداخل عمل پیچیده میان روشنایی یک جسم نورانی سماوی (ستاره ، کویزار ، کهکشان یا انبوه کهکشانها) و میدان گرانشی یک عدسی گرانشی است. میدان جاذبه به توده تمام ماده (مرئی یا نامرئی) و تقسیم پراکندگی فضایی آن در عدسی بستگی دارد. از طرف دیگر ، مسیر روشنایی نیز تحت تاثیر میدان جاذبه گرانشی تمام مواد بین کهکشانی (مرئی یا نامرئی) است که می‌تواند میان جسم نورانی و عدسی و میان عدسی و زمین وجود داشته باشد.

بنابراین سرابهای کیهانی قادرند مارا نه تنها در مورد توده نامرئی در عدسیها ، بلکه درباره فضای میان کهکشانی نیز آگاه سازند. ولی یافتن سرابهای کیهانی کار آسانی نیست و مقدار سرابهایی که تا کنون یافته شده‌اند، انگشت شمار می‌باشند. این کمیابی دلیل آنست که فضای میان کهکشانی نمی‌تواند پر از سیاهچاله‌های یک تکه توده‌دار (حدود یک میلیارد برابر توده خورشید) باشد، زیرا این سیاهچاله‌ها عدسیهای گرانشی بسیار خوبی هستند. فیزیکدانها امیدوارند با کشف سرابهای کیهانی ، بیشتر اسرار توده نامرئی کائنات را آشکار کنند.

[رزیتا]

رقص کیهانی

مقدمه

کهکشانها ، تنهایی را دوست ندارند و به نظر می رسد که مایلند به گرد هم آیند. بهترین جا برای یک کهکشان ، همسایگی با کهکشان دیگر است. به این ترتیب است که کهکشانها در ساختمان و چارچوبی هر چه بزرگتر ، به مجتمعها تبدیل می‌شوند. کهکشان ما خود جزیی از یک مجموعه محلی است، یعنی مجموعه کهکشانهایی که قدرت جاذبه ، آنها را گرد هم آورده است و علاوه بر راه شیری ما ، کهکشان آندرومدا و حدود پانزده تایی کهکشان کوتوله از جمله اقمار کهکشان خود ما و ابرهای بزرگ و کوچک ماژلان را که همگی بر پهنای ده میلیون سال نوری گسترده شده‌اند، شامل می‌شود و این گسترش همچنان ادامه پیدا می‌کند.
علت رقص کیهانی

نیروی جاذبه به صورتی عمل می‌کند که کهکشانها ، در این مجموعه‌ها ، بسوی یکدیگر ‌تمایل پیدا کنند، و بطرف یکدیگر بیافتند و این حرکتهای سقوطی بر جنبش گسترشی خود کهکشانها افزوده می‌شود. در واقع کره زمین نیز در این رقص حیرت انگیز کیهانی شرکت دارد. به این ترتیب که کره خاکی ما نخست مارا با سرعتی معادل سی کیلومتر در ثانیه در سفر سالیانه‌اش بر گرد خورشید به فضا می‌برد و خورشید به نوبه خود ، زمین را در گردش خویش بر اطراف مرکز راه شیری با سرعت دویست و سی کیلومتر در ثانیه با خود می‌برد.

راه شیری با سرعت نود کیلومتر در ثانیه بسوی رفیق همراه خود آندرومدا می‌افتد و این امر همچنان ادامه پیدا می‌کند تا جایی‌ که به ابرانبوه‌های هیدرو قنطوره می‌رسیم. از مشاهدات رصدخانه‌ای چنین بر می‌آید که این رقص بزرگ کیهانی به همین جا محدود نمی‌شود و ابرانبوه‌های باکره ، و ابرانبوه‌های هیدرو قنطوره خود بسوی مجموعه عظیم دیگری از کهکشانها سقوط می‌کنند که ستاره شناسان ، به دلیل نداشتن اطلاعات کافی اضافی ، آن را فعلا جذب کننده بزرگ یا جذاب کبیر نام گذاشته‌اند.

[رزیتا]

مدلهای کیهانشناسی

مقدمه

کشف اینکه جهان در حال گسترش است، یکی از انقلابهای فکری بزرگ قرن بیستم بود. حتی نیوتن و انیشتین تصور جهان گسترش یابنده را نداشتند. مدلهایی برای تبیین عالم توسط اندیشمندان صورت گرفته‌اند؛ در اینجا پاره‌ای از این مدلها را عرضه می‌کنیم.

اولین مدل ارائه شده

اولین مدل ریاضی برای عالم توسط انیشتین صورت گرفت؛ در مدل ایشان عالم مسدود (فضای بسته و بدون مرز) و کروی و در عین حال ایستاست، و به نام جهان استاتیک انیشتین آن را می‌شناسیم؛ هنگامی که انیشتین مشغول ساختن معادلات ریاضی برای این مدل بود، بطور اشتباهی "ثابت کیهانی شناختی" را در معادله خویش وارد کرد؛ و از طرفی نیرویی بنام پاد گرانش معرفی کرد که برخلاف دیگر نیروها ، از منبع خاصی ناشی نمی‌شد، بلکه در کالبد فضا - زمان نهفته بود؛ انیشتین بعدا از این کارش افسوس خورد. این مدل ؛ جهان را نه در حال انقباض و نه انبساط می‌داند و به عبارتی دیگر جهان نه کوچکتر و نه بزرگتر می‌شود.


مدل دویستر

مدل دویستر ، که از پس انشتین وضع شد، ادامه کارهای انشتین بود؛ بعلاوه هویل تز جهان ساکن و نامحدود را ارائه داد و از طرفی فرضیه جهان نوسانی توسط تولمان وضع شد و ساندیچ آن را بسط داد، و افزون آنکه کسانی امثال، هابل مدل جهان را محدود و گسترش یابنده پیشنهاد کرده اند.


مدلهای فریدمان

از میان مدلهای موفق دیگر می‌توان به مدلهای فریدیمان دانشمند روسی اشاره کرد؛ این مدلها در واقع بر اساس همان معادلات انیشتین استوار است، منتها فریدیمان ثابت کیهان شناختی و نیروی پاد گرانش را در معادلات و نظریات خویش وارد نکرده است؛ در این باره به توضیحات استاد هاوکینگ ، می‌پردازیم:

"هر چند فریدمان تنها یک مدل ارائه داد، اما سه نوع مدل مختلف وجود دارد که بر دو فرض اساسی فریدمان مبتنی هستند. در نوع اول (که فریدمان ارائه کرد) جهان با سرعت نسبتا کمی در حال گسترش است و جاذبه گرانشی بین کهکشانهای مختلف باعث کندی گسترش شده و سرانجام آن را متوقف می‌سازد. آنگاه کهکشانها بسوی یکدیگر شروع به حرکت می‌کنند و جهان انقابض می‌یابد. و...در دومین مدل ، جهان چنان با آهنگ تند گسترش می یابد که جاذبه گرانشی هرگز قادر به باز داشتن آن از انبساط نیست، هر چند اندکی از سرعت آن می‌کاهد ... .

و بالاخره راه حل سومی نیز وجود دارد که در آن ، سرعت گسترش جهان به اندازه‌ای است که گیتی از فروپاشی بپرهیزد ... . مشخصه بارز اولین نوع مدل آن است که جهان در پهنه فضا ، بیکرانه نیست، اما فضا خود حد مرزی ندارد. گرانش چنان نیرومند است که فضا را به دور خود خم کرده و کم و بیش چیزی مثل سطح زمین بوجود آورده است. اگر روی سطح زمین در جهت معینی به راه بیفتیم هرگز به مانعی غیر قابل بوجود آورده است. اگر روی سطح زمین در جهت معینی به راه بیافتیم، هرگز به مانعی غیر قابل عبور یا پرتگاهی بر کرانه آن بر نخواهیم خورد، اما عاقبت به همان نقطه شروع خواهیم رسید. در نخستین مدل فریدمان ، فضا همچون مثال بالاست، اما بجای آنکه مثل سطح زمین دو بعد داشته باشد، سه بعدی است.

بعد چهارم آن یعنی زمان نیز در امتداد خود محدود و معین است، اما همچون پاره خطی است که آغاز و انجامی دارد. اگر نسبیت عمومی را با اصل عدم قطعیت مکانیک کوانتومی در هم آمیزیم، فضا و زمان ، هر دو می‌توانند معین بود، و در عین حال هیچ انتها و مرزی نداشته باشند. در نخستین نوع از مدلهای فریدمان ، که منبسط می‌شود و فرو می‌پاشد. فضا مثل سطح کره زمین بر روی خود خمیده است و بنابراین در امتداد خود متناهی است. در دومین نوع از مدلها ، که برای همیشه گسترش می‌یابد، فضا به گونه‌ای دیگر و همانند سطح یک زین خمیده است. بنابراین ، در این حالت فضا نامتناهی است. سرانجام در سومین نوع از مدلهای فریدمان ، گسترش جهان با سرعت بحرانی انجام می‌پذیرد، فضا تخت و مسطح (و در نتیجه نامتناهی) است.

کدامیک از مدلهای فریدمان تصویر واقعی جهان ماست؟

آیا سرانجام جهان از انبساط باز خواهد ایستاد و منقبض خواهد شد یا آنکه برای همیشه منبسط خواهد شد؟ برای پاسخ دادن به این سوال باید نرخ کنونی انبساط جهان و چگالی متوسط فعلی‌اش را بدانیم. اگر چگالی از مقدار بحرانی معینی که بوسیله نرخ انبساط تعیین می‌شود، کمتر باشد، جاذبه گرانش ضعیف‌تر از آنست که بتواند گسترش عالم را متوقف کند. اگر چگالی از آن مقدار بحرانی بیشتر باشد، روزی گرانش جهان را از گسترش باز خواهد داشت و باعث فروپاشی آن خواهد گردید."

البته، در حال حاضر برای تعیین مقدار دقیق دو پارامتر ، نرخ کنونی انبساط جهان و چگالی متوسط جهان ، با مشکلاتی مواجه هستیم، هر چند که بطور تقریب ، برخی از اندیشمندان ، مقادیری ایستا ، بزودی زیر تأثیر گرانش شروع به انقباض می‌کند؛ و اگر فرض کنیم جهان در حال گسترش است، اگر سرعت آن بطور نسبی پایین باشد، سرانجام نیروی گرانش موجب توقف و سپس انقباض آن خواهد گردید.

یا به عبارتی دیگر اگر نیروی گرانش از انبساط جهان بتدریج بکاهد، بالاخره روزی انبساط متوقف می‌شود و انقباض و فرو ریختگی آغاز می‌گردد. در صورتی که جهان با سرعتی بیش از یک سرعت بحرانی در حال گسترش باشد، گرانش هرگز نخواهد توانست آن را متوقف کند و جهان تا ابد به گسترش خود ادامه خواهد داد. به هر صورت ، این سوال مطرح می‌گردد که کدامیک از این تئوریها در حال حاضر می‌توانند بهترین کاندیدای پاسخ برای چگونگی و سرنوشت پایانی کائنات باشد؟!


سرنوشت کائنات

قدر مسلم کیهان شناسی مدرن با یافته‌های علمی بسیاری که در دست دارد، همراه با توافق اکثریت پژوهشگران طراز اول در سطح جهان ، می‌توان به این نظریه باور داشت که گسترش جهان در نهایت روزی متوقف می‌گردد و جهان دچار انقباض می‌شود و مقارن آن فرو ریختگی مجموعه‌ها و زیر مجموعه‌های جهان یعنی کهکشانها و منظومه‌ها شروع می‌شود. و تکیه همگان بر این است که میدان گرانشی کل جهان ، (چگالی کنونی جرم جهان و یا جاذبه گرانشی متقابل ماده) انبساط جهان را کند می‌کند و در نهایت متوقف خواهد ساخت و جهان دچار فرو ریختگی عظیم خواهد گشت و در نهایت به شکل سیاهچاله در خواهد آمد و ... .


مدل باز

جهان همیشه در حال انبساط ، که در نهایت به جهان سرد و بی رمق منجر می‌شود، بنام "مدل باز" هم خوانده می‌شود و کسانی امثال لیف شیتز و تنیکوف هم از این "مدل باز" جانبداری کرده‌اند؛ عکس نظریه "مدل باز" بنام "مدل بسته" هم خوانده می‌شود که چنانچه توضیح دادیم در این مدل بسته ، جهان روزی دچار انقباض و فرو ریختگی می‌گردد و این نظریه توسط استاندارد کیهان شناسی مورد پیش بینی و تأیید قرار گرفته است.

انقباض بزرگ "Big Crunch"

کرنگ به معنی در هم شکسته است، Crunch نیز دقیقا به همین معنی است. "Big Crunch" را تخریب بزرگ و انقباض بزرگ نیز معنی کرده‌اند، در واقع Big Crunch همان نظریه انشتین در مورد بسته شدن مجدد جهان است؛ به نظر بعضی از دانشمندان پس از Big Crunch مجددا یک Big Bang (یا مهبانگ) رخ خواهد داد و دوباره آغازی دیگر. بسیاری از دانشمندان می‌پرسند که اگر ما به این دوره انفجار و خرد شدگی معتقد باشیم مهبانگی را که ما از آن مطلعیم چندمین مهبانگ است؟ و آیا اصولا چنین سوالی می‌تواند صحیح باشد، وقتی که مبدأ زمانی ما از شروع مهبانگ است؟

از دیدگاه عده‌ای از دانشمندان ، بر اثر عمل و عکس العمل دو نیروی گرانشی (حاصل از مجموعه اجرام آسمانی) و انبساطی (حاصل از انفجار بزرگ) امکان دارد که در هر شصت هزار میلیون سال یکبار انفجار بزرگ بوقوع بپوندد. در واقع مهبانگ (انفجار بزرگ = بانگ اکبر = Big-Bang) در مبدأ جهان و "Big Crunch" را مهگرنگ (انقباض بزرگ) معنی کرده‌اند که در پایان جهان است.