MRT
23rd September 2009, 04:58 PM
تابش پس زمينه كيهاني يا اثر دوپلر ( داپلر ) در سرعتهاي بالاي منابع نوري
طبق مفاهيم فعلي " همانطور كه ميدانيم كشف تابش زمينه كيهاني تصادفي بوده است . اخترشناسان امريكايي ، آرنو پنزياس و رابرت ويلسون ، با استفاده از يك آنتن بشقابي ( گيرنده مايكروويو ) سعي داشتند با ماهواره ارتباط برقرار كنند و آنچه به جاي سيگنالهاي ماهواره دريافت كردند تابشي بود كه در سراسر جهان پراكنده است . ستارگان ، كهكشانها ، خوشه‌ها و ابر خوشه‌ها در اين پرتوها غوطه‌ورند . اين موج الكترومغناطيس ( مايكروويو ) فوق‌العاده سرد و كم انرژي است . دماي آن 0.010±2.726 درجه كلوين ميباشد . يك جسم سياه در اين برد حرارتي اين امواج را منتشر مي‌كند . اما سي سال قبل از كشف اين تشعشع يك اختر فيزيكدان به نام ژرژ گاموف آن را پيش بيني كرده بود . گاموف با اعتقاد به گسترش جهان ، همراه با اخترشناس روسي ، آلكساندر فريدمن و كشيش بلژيكي لماتيره ، سعي كرد با كمك علم فيزيك مسير زمان را به گذشته دنبال كند ، درست همانطور كه يك كاشف مسير يك رودخانه را در جهت عكس جريان تا سرچشمه آن دنبال مي‌كند . با دنبال كردن مسير زمان آنها چنين استنباط كردند كه كهكشانها به يكديگر ميرسند ، در نتيجه چگالي متوسط كاينات افزايش پيدا مي‌كند و بر اساس قوانين فيزيك درجه حرارت نيز زياد ميشود . طبق نظر آنها گذشته متراكم و داغ بوده است و با افزايش درجه حرارت ، نور شديدتر ميشود . به گفته نيوتن ماده ، ماده را جذب مي‌كند . هر چيزي همواره در حال حركت است ، هر جسمي كه سريع‌تر حركت كند ، بيشتر جذب ميشود و بيشتر جذب مي‌كند . همچنين هر چيزي ، اجسام بدون جرم را نيز شامل ميشود . ماده نور را جذب مي‌كند ، نور ماده را جذب مي‌كند و حتي نور ، خود نور را جذب مي‌كند !
امروزه كاينات زير سيطره ماده ، يعني اتم‌ها ، ستارگان و كهكشانها است . نور انرژي نسبتا اندكي را حمل مي‌كند . سهم نور در نيروي جذب كنندگي جهان يك هزار بار ضعيف‌تر از سهم اتم‌ها است . اما اگر طبق نظر ايشان در مسير زمان به گذشته حركت كنيم اين وضعيت معكوس خواهد شد . در نقطه‌اي كه كاينات يك ميليارد مرتبه متراكم‌تر از امروز است ، انرژي نوراني سيطره پيدا مي‌كند ، در اينجاست كه بايد به نسبيت رجوع كنيم . كاينات در نخستين ميليونها سال موجوديت خود پيش از آن كه ستارگان و كهكشانها متولد شوند زير سيطره نور بوده‌اند . بر اساس پيشگويي گاموف اين نور اوليه امروزه هم وجود دارد اما با گذشت زمان ضعيف ميشود . يعني گسترش كاينات آن را به سطح يك تابش پريده رنگ تقليل داده است . اين نور را با تلسكوپ نوري نمي‌توان ديد ، بلكه با استفاده از راديو تلسكوپ ( آنتن بشقابي ) ميتوان به‌وجود آن پي‌برد . با كشف اين امواج ، نظريه گسترش كاينات دوباره مطرح شد و طرفداران پروپا قرصي هم پيدا كرد . به نظر بسياري از انسانها به سادگي ميتوان گفت كه كشف تابش زمينه كيهاني گوياي آن است كه گسترش كاينات از وضعيت اوليه آغاز شده است كه دست كم يك ميليارد مرتبه متراكم‌تر و هزاران مرتبه گرم‌تر از امروز بوده است . به مرور زمان و به موازات گسترش كاينات اين تشعشع سرد شده است . درجه حرارت به آهستگي اما بلاانقطاع كاهش يافته است . "
اما اين نظريه چند ايراد جدي دارد كه اين ايرادها را مطرح مي‌كنيم :
1- طول موج تابش كيهاني بلندتر از طول موج طيفهاي مريي نور و اشعه مادون قرمز است و همچنين فركانس و انرژي آن كمتر ميباشد ، يعني محدوده‌اي مربوط به امواج مايكروويو كه اگر امواج الكترومغناطيس ميلياردها سال در راه باشند هيچ افزايش يا كاهش طول موج و انرژي كوانتومي در آنها مشاهده نخواهد شد . يعني طول موج آنها دست نخورده باقي مي‌ماند ، البته به شرطي كه از خلاء عبور كرده باشند و فقط سرعت دور شدن ( فرار ) منبع نور از ناظر است كه ميتواند اينچنين تاثيري و تغييري در طول موج نور داشته باشد ، آنهم با سرعت بسيار زياد منبع نور ، يعني همان اثر يا پديده دوپلر ( داپلر ) نوري در فركانس و طول موج كه باعث ميشود با سرعت دور شدن منبع نور ، طيف آن به طرف قرمز كشيده شود ، يعني همان پديده قرمز گرايي در اختر فيزيك كه ميتوان با آن سرعت دور شدن اجرام سماوي از يكديگر و همچنين فاصله آنها را محاسبه كرد . اگر چشمه نور از ناظر ، يا ناظر از چشمه نور دور شود ، با افزايش طول موج نور دريافتي يك انتقال به سمت قرمز در طيف نشري آن چشمه ديده ميشود كه طبق رابطه زير داده ميشود :
http://ki2100.com/images/physics/einstein/3.gif
كه در آن http://ki2100.com/images/physics/einstein/einste3.gif طول موج دريافتي و http://ki2100.com/images/physics/einstein/einste4.gif طول موجي است كه چشمه نور ارسال مي‌كند . v سرعت دور شدن و c سرعت نور است . هر چند كه رابطه زير را پيشنهاد خواهيم كرد كه نتيجه مشابهي در بر دارد :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/9.gif
'λ طول موج رسيده يا دريافتي و λ طول موجي است كه چشمه يا منبع نور ارسال مي‌كند .
2- گرانش و يا انحناي فضا - زمان نيز نميتواند در كل كيهان اين پديده را سبب شده باشد ، براي اينكه درست است كه با ورود نور به ميدان گرانش علي‌رغم انحراف مسير پرتو ، طول موج نور نيز كاهش و انرژي آن افزايش پيدا مي‌كند ، ولي با خروج اين پرتو از ميدان گرانش ، طول موج افزايش و انرژي كاهش مي‌يابد ، يعني طول موج و انرژي نور ورودي با خروجي در نهايت يكيست و در كل تغييري ايجاد نخواهد شد مگر اينكه منبع نور در بطن يك ميدان گرانشي بسيار قوي واقع شده و ناظر در خارج ميدان باشد . و اينچنين خواهد بود براي ميدان گرانش منفي .
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/2.gif
'v فركانس ثانويه ، v فركانس اوليه ، G ثابت جهاني گرانش ، M جرم جسم ، R شعاع و c سرعت نور است . علامت مثبت در هنگام سقوط نور به مركز جاذبه و علامت منفي در هنگام فرار نور از مركز جاذبه كاربرد دارد . هر چند كه رابطه فوق را به صورت زير اصلاح خواهيم كرد :
http://ki2100.com/images/physics/gravity_time/13.gif
f فركانس نور و 'f فركانس تغيير يافته در هنگام فرار نور از ميدان گرانشي است .
3- تنها در صورتي ميتوان تئوري فوق در مورد تابش پس زمينه را قبول كرد كه توسعه كيهان مربوط به انبساط فضا - زمان باشد كه به اين دليل ، طول موج نور كشيده ( بلند ) شده و به امواج مايكروويو تبديل شود كه به دنبال آن زمان نيز تندتر حركت خواهد كرد تا در اندازه گيري سرعت نور به همان نتايج قبلي برسيم كه اين خود باعث بوجود آمدن مشكلات جدي در كيهانشناسي ميشود كه اين موضوع در مبحث انبساط فضا - زمان ناشي از نظريه انفجار بزرگ ، توجيهي غير موجه براي توسعه كيهان است (http://ki2100.com/physics/micro_waves2.htm) كاملا تشريح ميشود .
4 - همانطور كه اين نظريه به آن اشاره كرده است اگر ما مسير زمان را به گذشته تعقيب كنيم ، ستارگان تبديل به توده‌هاي گازي و كم نور يا بي نور ميشوند و اصولا هيچ ستاره و يا كهكشاني وجود نخواهد داشت تا نور افشاني كند و تنها نور متصور ، نور حاصل از خود انفجار بزرگ فرضي در نظر گرفته شده است و لازم به توضيح است كه سرعت انتشار انرژي انفجار ( نور ) خيلي بيشتر از سرعت حركت ذرات انفجار ( ماده اوليه يا ماده باريوني ) است و اگر نظريه انفجار بزرگ درست بوده باشد ، انرژي انفجار ( نور يا تابش پس زمينه كيهاني ) خيلي وقت پيش از مكاني كه ما فعلا در آن هستيم گذر كرده بود . اگر امواج پس زمينه كيهان ناشي از نور انفجار بزرگ بوده باشد ، جهت انتشار اين امواج ميتواند ما را به طرف منبع آن يعني مركز انفجار بزرگ راهنمايي كند كه چنين نيست ، بلكه امواج پس زمينه كيهان از هر جهت به ما ميرسند و طبق نظريات فعلي اصولا هيچ مركزي را در عالم نمي‌توان براي نقطه انفجار بزرگ پيدا كرده و يا در نظر گرفت . براي درك اين ادعا مثال بادكنك ارايه شده است !
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/1.jpg
طبق اين نظريه كيهان كروي شكل و در عين نامحدود ( بيكران ) بودن ، بسته است . يعني همانند سطح سياره زمين كه ما در روي آن هستيم و هر قدر مسافرت كنيم به انتهاي آن نخواهيم رسيد ، بلكه برمي‌گرديم سر جاي اول خودمان . در اين وضعيت ديد ما محدود ميشود به خط افق ، براي اينكه نور نيز همانند ما در سطح كره حركت خواهد كرد و ما هيچگاه بالا و پايين خود را نخواهيم ديد ( يعني بالا و پاييني اصلا وجود ندارد كه بيشتر مربوط ميشود به هندسه بيضوي ) . در نهايت اينكه كيهان به صورت يك كمربند 360 درجه پيرامون ما ديده خواهد شد كه چنين ديده نميشود . زيرا همانطور كه ميدانيم در هندسه اقليدسي از دو نقطه واقع در فضا ، فقط يك خط عبور مي‌كند ، ولي در هندسه بيضوي از دو نقطه واقع در فضا بينهايت خط گذر مي‌كند يعني شكل زير :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/3.jpg
كه اگر هندسه كيهان چنين باشد ، با چرخش 360 درجه ديد ما ، در نهايت ميبايست به نقطه واحدي متمركز شويم و جالب اينجاست كه با هر درجه چرخش ، اين تصوير واحد ميبايست از ما دور يا نزديك شود ، براي اينكه طول پرتوهاي نور رسيده با هم برابر نيستند ، زيرا هيچ لزومي ندارد كه اين دو نقطه متقابل هم باشند ، به طور مثال در شمال و يا جنوب اين كره واقع شوند و اگر اين دو نقطه متقابل هم باشند ، با چرخش 360 درجه ديد ما ، مجددا به نقطه واحدي متمركز خواهيم شد و يا پشت سر خود را خواهيم ديد كه چنين نيست ! اينها در كل نگرشي انتزاعي به هندسه كيهان است ، هر چند كه اين موضوعات در هندسه ، طبيعي و منطقي بنظر برسند . در حقيقت ما ميتوانيم كيهان را در سطح كره‌اي كه داخل آن هستيم مشاهده كنيم ( كره آسمان يا فضا ) . و نكته خيلي مهم كه نياز به يادآوري و تذكر دارد اينكه در پديده داپلر نوري دور شدن ناظر از منبع نور و يا دور شدن چشمه نور از ناظر باعث بلند شدن طول موج ميشود يعني پديده قرمز گرايي و دور شدن خود پرتو نور از ناظر اينچنين اثري را بدنبال نخواهد داشت بر خلاف تصور بعضي‌ها كه دور شدن ديواره آتشين ناشي از انفجار بزرگ را دليل اين امواج پس زمينه مي‌دانند .
http://ki2100.com/images/forum/4.jpg
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/3.gif
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/4.gif
همانطور كه ميدانيم محيط يك دايره از رابطه :
d=2πR
بدست مي‌آيد . اگر شعاع يا قطر دايره دو برابر شود مسلما محيط نيز دو برابر خواهد شد ، براي اينكه 2π در اين معادله ضريب ثابتي ميباشد . و اينچنين است براي وتر مثلث قائم‌الزاويه متساوي‌الساقين ، اگر اضلاع دو برابر شوند وتر نيز دو برابر خواهد شد :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/7.gif
در اين صورت با دور شدن از مركز ، سرعت دور شدن و فرار اجرام سماوي از يكديگر از هر جهت افزايش مي‌يابد . در اين وضعيت اگر فاصله جسمي از ما دو برابر باشد مسلما سرعت دور شدن آن نيز دو برابر خواهد شد . همانطور كه ميدانيم مشاهدات فيزيكداني به نام هابل نشان داد كه كهكشانها با سرعت V در حال دور شدن از ما هستند كه از رابطه ساده :
V=HX
به دست مي‌آيد كه در آن H ثابت هابل و X فاصله از زمين است . در واقع اين رابطه را براي هر نقطه از جهان ميتوان بكار برد . به طور خلاصه به ازاي هر يك ميليون سال نوري فاصله از ما ، سرعت تقريبا 21.77 كيلومتر در ثانيه افزايش پيدا مي‌كند .
5 - ايراد بعدي مشكل افق است : در سال 1969 تقريبا 4 سال بعد از كشف تابش زمينه كيهاني ، اخترشناسان به تحقيق درباره اين موضوع عجيب كه چرا تابش زمينه در همه جهات كاملا يكنواخت است پرداختند و بسيار مشكل بود تا قبول كنيم كه تابش زمينه در تمامي فاصله‌ها يكنواخت باشد . همين طور جهان خيلي بزرگتر از آنست كه نور بتواند در سراسر عمر انفجار بزرگ آنرا طي كند و از يك نقطه در يك طرف جهان به هر نقطه‌اي در طرف ديگر برود . متخصصان فيزيك نجومي موفق به نظاره حاشيه جهان شده‌اند . آنان به اين محدوده قابل مشاهده افق مي‌گويند . اگر در يك جهت خاص به افق نظر بياندازيم و آنگاه نگاه را به سوي ديگر از جهان معطوف كنيم ، آنوقت خواهيم ديد كه در تمامي جهات تابش زمينه به طور يكنواخت از دماي 2.735 كلوين برخوردار است . اين موضوع را چگونه ميتوان توضيح داد كه ميلياردها سال پيش تمام هستي بدون اين كه با هم تماس داشته باشند اكنون در تمام جهات به طور يكسان از يكنواختي دما برخوردارند ؟ افق كه اكنون تقريبا 15 ميليارد سال نوري از هر سويي امتداد يافته ، موجب شده است تابش زمينه نيز كه از حاشيه جهان به طرف ما مي‌آيد ، از هر سو با ما نيز در حدود پانزده ميليارد سال نوري فاصله داشته باشد . تابشي كه جهان را فرا گرفته است ، دو سوي آن بايد 30 ميليارد سال نوري از هم فاصله داشته باشد .اگر جهان نزديك به 15 ميليارد سال عمر دارد ، اين سوال پيش مي‌آيد كه اين مناطق كه در اين مدت طولاني كاملا جدا از هم بوده‌اند و هرگز در اين مدت با هم تماس نداشته‌اند ، چگونه از دماي يكنواختي برخوردارند ؟ زيرا افق‌هاي جهان با اختلاف مسافتي حدود سي ميليارد سال نوري كه با هم دارند ، امكان تبادل هيچگونه سيگنالي را نداشته‌اند . چرا كه در غير اين صورت اين سيگنال بايد سرعتي فراتر از سرعت نور داشته باشد و اين امر خلاف قانون نسبيت است كه در آن سرعت نور بالاترين سرعت در عالم است .
6- قابل قبول ترين نظريه براي توجيه پديده امواج پس زمينه كيهان تا به امروز ، نظريه انبساط فضا - زمان و نور بسيار شديد ناشي از نظريه انفجار بزرگ فرضي است كه به عقيده بسياري از فيزيكدانان اين امواج پس زمينه نيز مدركي براي اثبات نظريه انفجار بزرگ است و برعكس . به طور خلاصه قبل از انفجار بزرگ تنها يك تكينگي به نام انفراد بوده است كه تمام انرژي و ماده فعلي موجود در كيهان در آن متراكم بوده است البته به اندازه و حجم تقريبا صفر و بعد از انفجار بزرگ نور بسيار شديدي حاصل شده و بدنبال آن ماده پديدار شده و فضا - زمان نيز از حالت بسته گشوده و شروع به باز شدن و انبساط نموده است . در اين رابطه نه تنها فضا - زمان انبساط پيدا مي‌كند بلكه اجرام سماوي عملا از هم شروع به فاصله گرفتن مي‌كنند و از همديگر دور ميشوند كه در اينجا پديده داپلر سبب بلند شدن طول موج نور اوليه انفجار بزرگ ميشود كه امروزه به صورت امواج مايكروويو مشهود است . به شكل زير توجه كنيد :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/10.gif
دايره سياه رنگ در مركز شكل ، تكينگي يا همان گويچه چگال و نقطه صفر فضا - زمان را نشان مي‌دهد ( t0 ) . لحظاتي بعد از انفجار بزرگ را در نظر مي‌گيريم كه طيف بنفش مريي در آن توليد و منتشر شده است يعني t1 . با گذشت زمان و انبساط فضا - زمان به لحظه t2 ميرسيم كه طول موج بلند شده و طيف بنفش به طيف قرمز مريي تبديل ميشود و الا آخر تا اينكه طيف قرمز به امواج مايكروويو ، راديويي و ... تبديل شود . همانطور كه ميدانيم انرژي هر نوسان يا سيكل موج الكترومغناطيس در محدوده فيزيك كوانتوم معادل h يا همان ثابت پلانك است ، پس تعداد نوسانات يا طول موجها را در هر مرحله از زمان ثابت فرض و رسم كرديم چون فرض مي‌كنيم همان مقدار انرژي اوليه انفجار بزرگ بعد از بوجود آمدن ماده در كيهان ثابت مانده است ولي با انبساط كيهان چگالي آن كم شده است . ولي نبايد فراموش كنيم كه سرعت نور همواره مقدار ثابتي اندازه گيري ميشود چون با بلند شدن متر ما ، زمان ما نيز تند حركت خواهد كرد و در انبساط فضا - زمان كيهان همين اتفاق براي متر و زمان ما مي‌افتند ، يعني به تناسب افزايش طول متر يا بعد مكاني ما ، بعد زماني ما نيز بلند شده و زمانمان تندتر حركت خواهد كرد كه در اين صورت علي‌رغم اينكه متوجه انبساط كيهان نخواهيم شد به هيچ وجه ما متوجه بلند شدن طول موج نور انفجار بزرگ هم نخواهيم شد چون به نسبت بلند شدن طول موج نور ، متر ما نيز بلندتر شده و زمان ما نيز تندتر حركت خواهد كرد .
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/11.gif
d1 طول متر ما در زمان t1 و d2 طول متر ما در زمان t2 ميباشد . دليل اصلي اين مشكل جدي در اين تئوري اين است كه علت پديدار شدن امواج پس زمينه كيهان تاثير پديده داپلر در نور اوليه انفجار بزرگ به علت سرعت فرار اجرام سماوي از يكديگر ارايه شده است كه علت اين دور شدن اجرام نيز انبساط فضا - زمان ارايه شده كه از بلند شدن واحد اندازه گيري طول ما يعني متر و تند شدن واحد اندازه گيري زمان ما يعني ثانيه چشم پوشي شده و بهتر است بگوييم كه اين پديده كلا ناديده و يا فراموش شده است و در محاسبات لحاظ نميشود كه اگر بلند شدن متر و تند شدن زمان را لحاظ كنيم ، اين نظريه به طور كلي مردود و نقض ميشود .
اگر نگاهي به معادله هابل داشته باشيم در فاصله 15 ميليارد سال نوري از ما ، سرعت دور شدن به سرعت نور ميرسد ، حتي بيشتر از آن كه نسبيت آن را مقدور نمي‌داند . ولي به هرحال در اين صورت :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/5.gif
در ابتدا چنين به نظر ميرسد كه طول موج نور دريافتي بينهايت و فركانس آن صفر شود . و طبق معادلات نسبيت چنين به نظر ميرسد كه برد نهايي ديد ما ، يعني همان افق ديد در كيهان ، 15 ميليارد سال نوري باشد و فرارتر از آن ، نميتوانيم هيچ موج الكترومغناطيسي را دريافت كنيم و چيزي را شناسايي و يا رديابي كنيم . علت بر اينكه در نظريه نسبيت ، حد مجاز سرعت ، كمتر از سرعت نور بوده و اگر فرض كنيم جرم سماوي بيشتر از سرعت نور دور شود ، معادله فوق موهومي شده و ديگر كاربردي نخواهد داشت . اينك اين موضوع را برسي مي‌كنيم :
همانطور كه ميدانيم محدوده امواج مريي براي ما از طول موج 7-^10*4 الي 7-^10*8 متر ميباشد كه متوسط آن 7-^10*6 متر خواهد بود . همچنين محدوده امواج مايكروويو 3-^10*3 الي 1-^10*3 متر ميباشد كه متوسط آن 0.1515 متر خواهد شد . اينك سرعت فرار براي تبديل شدن طول موج 7-^10*6 متر به 0.1515 متر را محاسبه مي‌كنيم :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/6.gif
لازم به توضيح نيست كه در محاسبه فوق از دو مقدار خرد 4-^10*1.08 و 13-^10*3.6 صرف نظر كرده و به سرعت نور دست يافته‌ايم . با توجه به اينكه اجرام سماوي منجمله ستارگان كه با سرعت نزديك به سرعت نور در حال فرار از ما هستند ، تنها نور مريي توليد نمي‌كنند كه ما از حد متوسط آن يعني 7-^10*6 متر در اين محاسبه استفاده كرديم ، اينك اين سوال مطرح ميشود كه تكليف طيفهاي ماوراي بنفش و احيانا اشعه ايكس و گاماي منتشره از يك طرف و همچنين طيف مادون قرمز و حتي امواج مايكروويو توليد شده چيست ؟
جواب سوال اين است كه ما امروزه محدوده وسيعي از امواج الكترومغناطيسي از راديويي با محدوده فركانس 4^10 الي 8^10 گرفته تا تابش فرو سرخ از 13^10 الي 14^10*4 را دريافت مي‌كنيم كه همگي آنها مربوط به تاثير سرعت فرار اجرام پيرامون ما ميشود كه طول موج امواج انتشاري آنها افزايش و فركانس و انرژي آنها افت مي‌كند .
ربط دادن تابش پس زمينه كيهاني به نظريه انفجار بزرگ بسيار نامربوط ، نادرست و نامعقول به‌نظر ميرسد و ابعاد هستي خيلي بيشتر از اينها حدس زده ميشود ، براي اينكه تا محدوده 15 ميليارد سال نوري آن براي ما فعلا قابل شناسايي با دريافت امواج الكترومغناطيس است . فعلا با امكانات موجود روز نميتوانيم خارج از اين محدوده ، اطلاعاتي بدست آوريم و نظري بدهيم ، و اگر ما با سرعتهاي نزديك به سرعت نور به سمت اطراف خود در كيهان حركت كنيم ، مسلما محدوده بيشتري از عالم براي ما قابل مشاهده و شناسايي خواهد بود براي اينكه نسبت به اجرام دور دست ساكن شده و تاثيرات داپلر خنثي خواهد شد و اگر مبدلي بتواند تاثير اثر داپلر ( قرمز گرايي ) بر اين امواج ريز موج يا راديويي را برطرف و آنها را تبديل به طيفهاي مريي كند ، اجرام فراتر از افق ديد ما مشاهده خواهند شد . اصولا انتخاب واژه تابش پس زمينه كيهان براي اين امواج اشتباه به‌نظر ميرسد و ميتوان نام آن را به امواج رسيده از افق ديد تغيير داد . و اما موضوع بسيار مهم اينكه امواج مايكروويو بيشتر از اينكه خاصيت جذبي داشته باشند ، خاصيت انعكاسي و انكساري هم دارند ( رادار ) . اين موضوع به اين معني است كه اين امواج ميتوانند به دفعات ، منعكس و منكسر شوند و به اين دليل مهم است كه اين امواج بعد از توليد در افق ديد ما توسط اجرام سماوي به هر سو و هر جهت منعكس و از هر طرف و هر سو به ما يا هر نقطه يا ناظر ديگري در عالم ميرسند . تركيباتي همچون آب يا بخار آن قدرت جذب اين امواج را دارند كه در كل كيهان بسيار نادر و كمياب ميباشند و هر كجا كه باشند چنين به نظر خواهد رسيد كه آن منطقه فاقد تابش است . در حقيقت امواج مايكروويو در كيهان به دام مي‌افتند و مجبورند در يك محيط بسته تا نهايت آفرينش ، انكسار و انعكاس داشته باشند و در محيط‌هايي كه تراكم ماده كم است ، چگالي و يا شدت كم اين امواج مشهود خواهد بود و برعكس در محيطي كه تراكم ماده بيشتر است انعكاس و انكسار اين امواج باعث تشديد چگالي و شدت اين امواج خواهد شده .
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/1.gif
فلش‌هاي قرمز رنگ بيانگر رخنه امواج ريز موج بوده و خطوط باريك قرمز رنگ مسير فرضي انعكاس و انكسار امواج مايكروويو را نشان مي‌دهد . به تصاوير زير توجه نماييد .
http://ki2100.com/images/physics/univers.jpg
اسكنر ريز موج كاوشگر تحقيقاتي WMAP با به پايان رساندن اولين سال ماموريت چهار ساله‌اش ، نقشه‌اي تماشايي از جهان تهيه كرده است كه در تصوير فوق مشاهده ميشود . همانطور كه مشهود است در هر نقطه كيهان كه تراكم اجرام سماوي زياد است ، چگالي و شدت امواج ريز موج نيز افزايش دارد ، علت بر اينكه هر كجا تراكم اجرام سماوي زياد باشد ، چگالي امواج فرو سرخ نيز افزايش مي‌يابد كه گيرنده فرو سرخ COBE نيز تصوير مشابهي از كيهان تهيه نموده است . در واقع كل كيهان همانند يك خازن و منبع بزرگ يا تشديد كننده امواج ريز موج عمل مي‌كند كه امواج در اين حالت به دام بسته‌اي فرو مي‌افتند و چون اين امواج انرژي كمي دارند هيچ مشكلي براي كيهان بوجود نخواهد آمد . اگر دقت كنيد شدت تابش يكدست نيست ، صرف نظر از كمربند افقي كه مربوط به راه كهكشان ( ديسك كهكشان راه شيري ) ماست ، هر جا ماده از تراكم بيشتري برخوردار است تراكم امواج و شدت تابش نيز بيشتر است .
امواج مايكروويو بهترين محدوده فركانس شناخته شده براي رادارهاي هوا - فضا و همچنين ابزار تحقيقات هواشناسي شناخته شده‌اند و دلايل آن با توضيحات فوق كاملا روشن است . اين امواج با انعكاس پي در پي خود ، مكان ، سرعت و سمت حركت اشيا هوايي و يا فضايي را در هر مرحله از زمان مشخص مي‌كنند و همچنين اين امواج مكان ، سرعت و سمت حركت و حجم ابرها را در آسمان در هر مرحله از زمان شناسايي مي‌كنند .
پديده امواج پس زمينه كيهان هيچگاه تئوري انفجار بزرگ را ثابت نمي‌كند ، براي اينكه تمامي عناصر در هر شرايطي كه باشند از خود امواج الكترومغناطيسي توليد و منتشر مي‌كنند كه تجميع ، تداخل ، انعكاس ، انكسار و تاثيرات متقابل اينها بر يكديگر در لايه‌ها و زير لايه‌ها ( ترازهاي انرژي ) ، شايد در كل بتواند امواج پس زمينه كيهان را به‌وجود آورد ، همچون اقيانوسهاي سياره زمين كه هميشه متلاطم بوده و هيچ آرام و قراري هم ندارند . در واقع فضا نيز اينچنين است و ما از تمامي منابع و شرايط توليد و انتشار امواج در عالم باخبر نيستيم و بسياري از آنها براي ما ناشناخته باقيمانده است .
در انيميشن فوق ، كره قرمز رنگ را ناظر متحرك در نظر مي‌گيريم كه دايره قرمز رنگ محيط ديد او را نشان مي‌دهد كه حداكثر 15 ميليارد سال نوري خواهد بود و ميتواند صرفا بخش كوچكي از كل كيهان را تشكيل دهد ، همانطور كه كاملا مشخص و معلوم است در ديد اين ناظر ، تمام اجرام به استناد قانون ثابتي در حال دور شدن از او و يكديگر هستند و چنين خواهد پنداشت كه در مركز انبساط كيهان يا مركز عالم قرار گرفته است .
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/2.jpg
فرض كنيم ناظر C با 3/1 سرعت نور و ناظر B با 3/2 سرعت نور از نقطه A در حال دور شدن هستند . مسلما اين دو ناظر با سرعت نور در حال دور شدن از يكديگر بوده و همديگر را رصد نخواهند كرد . براي اينكه طول موج نورشان به طرف بينهايت و فركانس نورشان به طرف صفر ميل مي‌كند . ولي نكته جالب اينجاست كه متر براي اين دو ناظر كوتاه و زمان نيز كندتر ميشود . و طبق معادله جمع سرعتها :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/8.gif
هر يك از ناظرين سرعت 245.900 كيلومتر بر ثانيه را براي خود و يا ديگري درك خواهد كرد .
http://ki2100.com/physics/micro_waves.htm
محمدرضا طباطبايي 29/9/86
طبق مفاهيم فعلي " همانطور كه ميدانيم كشف تابش زمينه كيهاني تصادفي بوده است . اخترشناسان امريكايي ، آرنو پنزياس و رابرت ويلسون ، با استفاده از يك آنتن بشقابي ( گيرنده مايكروويو ) سعي داشتند با ماهواره ارتباط برقرار كنند و آنچه به جاي سيگنالهاي ماهواره دريافت كردند تابشي بود كه در سراسر جهان پراكنده است . ستارگان ، كهكشانها ، خوشه‌ها و ابر خوشه‌ها در اين پرتوها غوطه‌ورند . اين موج الكترومغناطيس ( مايكروويو ) فوق‌العاده سرد و كم انرژي است . دماي آن 0.010±2.726 درجه كلوين ميباشد . يك جسم سياه در اين برد حرارتي اين امواج را منتشر مي‌كند . اما سي سال قبل از كشف اين تشعشع يك اختر فيزيكدان به نام ژرژ گاموف آن را پيش بيني كرده بود . گاموف با اعتقاد به گسترش جهان ، همراه با اخترشناس روسي ، آلكساندر فريدمن و كشيش بلژيكي لماتيره ، سعي كرد با كمك علم فيزيك مسير زمان را به گذشته دنبال كند ، درست همانطور كه يك كاشف مسير يك رودخانه را در جهت عكس جريان تا سرچشمه آن دنبال مي‌كند . با دنبال كردن مسير زمان آنها چنين استنباط كردند كه كهكشانها به يكديگر ميرسند ، در نتيجه چگالي متوسط كاينات افزايش پيدا مي‌كند و بر اساس قوانين فيزيك درجه حرارت نيز زياد ميشود . طبق نظر آنها گذشته متراكم و داغ بوده است و با افزايش درجه حرارت ، نور شديدتر ميشود . به گفته نيوتن ماده ، ماده را جذب مي‌كند . هر چيزي همواره در حال حركت است ، هر جسمي كه سريع‌تر حركت كند ، بيشتر جذب ميشود و بيشتر جذب مي‌كند . همچنين هر چيزي ، اجسام بدون جرم را نيز شامل ميشود . ماده نور را جذب مي‌كند ، نور ماده را جذب مي‌كند و حتي نور ، خود نور را جذب مي‌كند !
امروزه كاينات زير سيطره ماده ، يعني اتم‌ها ، ستارگان و كهكشانها است . نور انرژي نسبتا اندكي را حمل مي‌كند . سهم نور در نيروي جذب كنندگي جهان يك هزار بار ضعيف‌تر از سهم اتم‌ها است . اما اگر طبق نظر ايشان در مسير زمان به گذشته حركت كنيم اين وضعيت معكوس خواهد شد . در نقطه‌اي كه كاينات يك ميليارد مرتبه متراكم‌تر از امروز است ، انرژي نوراني سيطره پيدا مي‌كند ، در اينجاست كه بايد به نسبيت رجوع كنيم . كاينات در نخستين ميليونها سال موجوديت خود پيش از آن كه ستارگان و كهكشانها متولد شوند زير سيطره نور بوده‌اند . بر اساس پيشگويي گاموف اين نور اوليه امروزه هم وجود دارد اما با گذشت زمان ضعيف ميشود . يعني گسترش كاينات آن را به سطح يك تابش پريده رنگ تقليل داده است . اين نور را با تلسكوپ نوري نمي‌توان ديد ، بلكه با استفاده از راديو تلسكوپ ( آنتن بشقابي ) ميتوان به‌وجود آن پي‌برد . با كشف اين امواج ، نظريه گسترش كاينات دوباره مطرح شد و طرفداران پروپا قرصي هم پيدا كرد . به نظر بسياري از انسانها به سادگي ميتوان گفت كه كشف تابش زمينه كيهاني گوياي آن است كه گسترش كاينات از وضعيت اوليه آغاز شده است كه دست كم يك ميليارد مرتبه متراكم‌تر و هزاران مرتبه گرم‌تر از امروز بوده است . به مرور زمان و به موازات گسترش كاينات اين تشعشع سرد شده است . درجه حرارت به آهستگي اما بلاانقطاع كاهش يافته است . "
اما اين نظريه چند ايراد جدي دارد كه اين ايرادها را مطرح مي‌كنيم :
1- طول موج تابش كيهاني بلندتر از طول موج طيفهاي مريي نور و اشعه مادون قرمز است و همچنين فركانس و انرژي آن كمتر ميباشد ، يعني محدوده‌اي مربوط به امواج مايكروويو كه اگر امواج الكترومغناطيس ميلياردها سال در راه باشند هيچ افزايش يا كاهش طول موج و انرژي كوانتومي در آنها مشاهده نخواهد شد . يعني طول موج آنها دست نخورده باقي مي‌ماند ، البته به شرطي كه از خلاء عبور كرده باشند و فقط سرعت دور شدن ( فرار ) منبع نور از ناظر است كه ميتواند اينچنين تاثيري و تغييري در طول موج نور داشته باشد ، آنهم با سرعت بسيار زياد منبع نور ، يعني همان اثر يا پديده دوپلر ( داپلر ) نوري در فركانس و طول موج كه باعث ميشود با سرعت دور شدن منبع نور ، طيف آن به طرف قرمز كشيده شود ، يعني همان پديده قرمز گرايي در اختر فيزيك كه ميتوان با آن سرعت دور شدن اجرام سماوي از يكديگر و همچنين فاصله آنها را محاسبه كرد . اگر چشمه نور از ناظر ، يا ناظر از چشمه نور دور شود ، با افزايش طول موج نور دريافتي يك انتقال به سمت قرمز در طيف نشري آن چشمه ديده ميشود كه طبق رابطه زير داده ميشود :
http://ki2100.com/images/physics/einstein/3.gif
كه در آن http://ki2100.com/images/physics/einstein/einste3.gif طول موج دريافتي و http://ki2100.com/images/physics/einstein/einste4.gif طول موجي است كه چشمه نور ارسال مي‌كند . v سرعت دور شدن و c سرعت نور است . هر چند كه رابطه زير را پيشنهاد خواهيم كرد كه نتيجه مشابهي در بر دارد :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/9.gif
'λ طول موج رسيده يا دريافتي و λ طول موجي است كه چشمه يا منبع نور ارسال مي‌كند .
2- گرانش و يا انحناي فضا - زمان نيز نميتواند در كل كيهان اين پديده را سبب شده باشد ، براي اينكه درست است كه با ورود نور به ميدان گرانش علي‌رغم انحراف مسير پرتو ، طول موج نور نيز كاهش و انرژي آن افزايش پيدا مي‌كند ، ولي با خروج اين پرتو از ميدان گرانش ، طول موج افزايش و انرژي كاهش مي‌يابد ، يعني طول موج و انرژي نور ورودي با خروجي در نهايت يكيست و در كل تغييري ايجاد نخواهد شد مگر اينكه منبع نور در بطن يك ميدان گرانشي بسيار قوي واقع شده و ناظر در خارج ميدان باشد . و اينچنين خواهد بود براي ميدان گرانش منفي .
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/2.gif
'v فركانس ثانويه ، v فركانس اوليه ، G ثابت جهاني گرانش ، M جرم جسم ، R شعاع و c سرعت نور است . علامت مثبت در هنگام سقوط نور به مركز جاذبه و علامت منفي در هنگام فرار نور از مركز جاذبه كاربرد دارد . هر چند كه رابطه فوق را به صورت زير اصلاح خواهيم كرد :
http://ki2100.com/images/physics/gravity_time/13.gif
f فركانس نور و 'f فركانس تغيير يافته در هنگام فرار نور از ميدان گرانشي است .
3- تنها در صورتي ميتوان تئوري فوق در مورد تابش پس زمينه را قبول كرد كه توسعه كيهان مربوط به انبساط فضا - زمان باشد كه به اين دليل ، طول موج نور كشيده ( بلند ) شده و به امواج مايكروويو تبديل شود كه به دنبال آن زمان نيز تندتر حركت خواهد كرد تا در اندازه گيري سرعت نور به همان نتايج قبلي برسيم كه اين خود باعث بوجود آمدن مشكلات جدي در كيهانشناسي ميشود كه اين موضوع در مبحث انبساط فضا - زمان ناشي از نظريه انفجار بزرگ ، توجيهي غير موجه براي توسعه كيهان است (http://ki2100.com/physics/micro_waves2.htm) كاملا تشريح ميشود .
4 - همانطور كه اين نظريه به آن اشاره كرده است اگر ما مسير زمان را به گذشته تعقيب كنيم ، ستارگان تبديل به توده‌هاي گازي و كم نور يا بي نور ميشوند و اصولا هيچ ستاره و يا كهكشاني وجود نخواهد داشت تا نور افشاني كند و تنها نور متصور ، نور حاصل از خود انفجار بزرگ فرضي در نظر گرفته شده است و لازم به توضيح است كه سرعت انتشار انرژي انفجار ( نور ) خيلي بيشتر از سرعت حركت ذرات انفجار ( ماده اوليه يا ماده باريوني ) است و اگر نظريه انفجار بزرگ درست بوده باشد ، انرژي انفجار ( نور يا تابش پس زمينه كيهاني ) خيلي وقت پيش از مكاني كه ما فعلا در آن هستيم گذر كرده بود . اگر امواج پس زمينه كيهان ناشي از نور انفجار بزرگ بوده باشد ، جهت انتشار اين امواج ميتواند ما را به طرف منبع آن يعني مركز انفجار بزرگ راهنمايي كند كه چنين نيست ، بلكه امواج پس زمينه كيهان از هر جهت به ما ميرسند و طبق نظريات فعلي اصولا هيچ مركزي را در عالم نمي‌توان براي نقطه انفجار بزرگ پيدا كرده و يا در نظر گرفت . براي درك اين ادعا مثال بادكنك ارايه شده است !
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/1.jpg
طبق اين نظريه كيهان كروي شكل و در عين نامحدود ( بيكران ) بودن ، بسته است . يعني همانند سطح سياره زمين كه ما در روي آن هستيم و هر قدر مسافرت كنيم به انتهاي آن نخواهيم رسيد ، بلكه برمي‌گرديم سر جاي اول خودمان . در اين وضعيت ديد ما محدود ميشود به خط افق ، براي اينكه نور نيز همانند ما در سطح كره حركت خواهد كرد و ما هيچگاه بالا و پايين خود را نخواهيم ديد ( يعني بالا و پاييني اصلا وجود ندارد كه بيشتر مربوط ميشود به هندسه بيضوي ) . در نهايت اينكه كيهان به صورت يك كمربند 360 درجه پيرامون ما ديده خواهد شد كه چنين ديده نميشود . زيرا همانطور كه ميدانيم در هندسه اقليدسي از دو نقطه واقع در فضا ، فقط يك خط عبور مي‌كند ، ولي در هندسه بيضوي از دو نقطه واقع در فضا بينهايت خط گذر مي‌كند يعني شكل زير :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/3.jpg
كه اگر هندسه كيهان چنين باشد ، با چرخش 360 درجه ديد ما ، در نهايت ميبايست به نقطه واحدي متمركز شويم و جالب اينجاست كه با هر درجه چرخش ، اين تصوير واحد ميبايست از ما دور يا نزديك شود ، براي اينكه طول پرتوهاي نور رسيده با هم برابر نيستند ، زيرا هيچ لزومي ندارد كه اين دو نقطه متقابل هم باشند ، به طور مثال در شمال و يا جنوب اين كره واقع شوند و اگر اين دو نقطه متقابل هم باشند ، با چرخش 360 درجه ديد ما ، مجددا به نقطه واحدي متمركز خواهيم شد و يا پشت سر خود را خواهيم ديد كه چنين نيست ! اينها در كل نگرشي انتزاعي به هندسه كيهان است ، هر چند كه اين موضوعات در هندسه ، طبيعي و منطقي بنظر برسند . در حقيقت ما ميتوانيم كيهان را در سطح كره‌اي كه داخل آن هستيم مشاهده كنيم ( كره آسمان يا فضا ) . و نكته خيلي مهم كه نياز به يادآوري و تذكر دارد اينكه در پديده داپلر نوري دور شدن ناظر از منبع نور و يا دور شدن چشمه نور از ناظر باعث بلند شدن طول موج ميشود يعني پديده قرمز گرايي و دور شدن خود پرتو نور از ناظر اينچنين اثري را بدنبال نخواهد داشت بر خلاف تصور بعضي‌ها كه دور شدن ديواره آتشين ناشي از انفجار بزرگ را دليل اين امواج پس زمينه مي‌دانند .
http://ki2100.com/images/forum/4.jpg
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/3.gif
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/4.gif
همانطور كه ميدانيم محيط يك دايره از رابطه :
d=2πR
بدست مي‌آيد . اگر شعاع يا قطر دايره دو برابر شود مسلما محيط نيز دو برابر خواهد شد ، براي اينكه 2π در اين معادله ضريب ثابتي ميباشد . و اينچنين است براي وتر مثلث قائم‌الزاويه متساوي‌الساقين ، اگر اضلاع دو برابر شوند وتر نيز دو برابر خواهد شد :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/7.gif
در اين صورت با دور شدن از مركز ، سرعت دور شدن و فرار اجرام سماوي از يكديگر از هر جهت افزايش مي‌يابد . در اين وضعيت اگر فاصله جسمي از ما دو برابر باشد مسلما سرعت دور شدن آن نيز دو برابر خواهد شد . همانطور كه ميدانيم مشاهدات فيزيكداني به نام هابل نشان داد كه كهكشانها با سرعت V در حال دور شدن از ما هستند كه از رابطه ساده :
V=HX
به دست مي‌آيد كه در آن H ثابت هابل و X فاصله از زمين است . در واقع اين رابطه را براي هر نقطه از جهان ميتوان بكار برد . به طور خلاصه به ازاي هر يك ميليون سال نوري فاصله از ما ، سرعت تقريبا 21.77 كيلومتر در ثانيه افزايش پيدا مي‌كند .
5 - ايراد بعدي مشكل افق است : در سال 1969 تقريبا 4 سال بعد از كشف تابش زمينه كيهاني ، اخترشناسان به تحقيق درباره اين موضوع عجيب كه چرا تابش زمينه در همه جهات كاملا يكنواخت است پرداختند و بسيار مشكل بود تا قبول كنيم كه تابش زمينه در تمامي فاصله‌ها يكنواخت باشد . همين طور جهان خيلي بزرگتر از آنست كه نور بتواند در سراسر عمر انفجار بزرگ آنرا طي كند و از يك نقطه در يك طرف جهان به هر نقطه‌اي در طرف ديگر برود . متخصصان فيزيك نجومي موفق به نظاره حاشيه جهان شده‌اند . آنان به اين محدوده قابل مشاهده افق مي‌گويند . اگر در يك جهت خاص به افق نظر بياندازيم و آنگاه نگاه را به سوي ديگر از جهان معطوف كنيم ، آنوقت خواهيم ديد كه در تمامي جهات تابش زمينه به طور يكنواخت از دماي 2.735 كلوين برخوردار است . اين موضوع را چگونه ميتوان توضيح داد كه ميلياردها سال پيش تمام هستي بدون اين كه با هم تماس داشته باشند اكنون در تمام جهات به طور يكسان از يكنواختي دما برخوردارند ؟ افق كه اكنون تقريبا 15 ميليارد سال نوري از هر سويي امتداد يافته ، موجب شده است تابش زمينه نيز كه از حاشيه جهان به طرف ما مي‌آيد ، از هر سو با ما نيز در حدود پانزده ميليارد سال نوري فاصله داشته باشد . تابشي كه جهان را فرا گرفته است ، دو سوي آن بايد 30 ميليارد سال نوري از هم فاصله داشته باشد .اگر جهان نزديك به 15 ميليارد سال عمر دارد ، اين سوال پيش مي‌آيد كه اين مناطق كه در اين مدت طولاني كاملا جدا از هم بوده‌اند و هرگز در اين مدت با هم تماس نداشته‌اند ، چگونه از دماي يكنواختي برخوردارند ؟ زيرا افق‌هاي جهان با اختلاف مسافتي حدود سي ميليارد سال نوري كه با هم دارند ، امكان تبادل هيچگونه سيگنالي را نداشته‌اند . چرا كه در غير اين صورت اين سيگنال بايد سرعتي فراتر از سرعت نور داشته باشد و اين امر خلاف قانون نسبيت است كه در آن سرعت نور بالاترين سرعت در عالم است .
6- قابل قبول ترين نظريه براي توجيه پديده امواج پس زمينه كيهان تا به امروز ، نظريه انبساط فضا - زمان و نور بسيار شديد ناشي از نظريه انفجار بزرگ فرضي است كه به عقيده بسياري از فيزيكدانان اين امواج پس زمينه نيز مدركي براي اثبات نظريه انفجار بزرگ است و برعكس . به طور خلاصه قبل از انفجار بزرگ تنها يك تكينگي به نام انفراد بوده است كه تمام انرژي و ماده فعلي موجود در كيهان در آن متراكم بوده است البته به اندازه و حجم تقريبا صفر و بعد از انفجار بزرگ نور بسيار شديدي حاصل شده و بدنبال آن ماده پديدار شده و فضا - زمان نيز از حالت بسته گشوده و شروع به باز شدن و انبساط نموده است . در اين رابطه نه تنها فضا - زمان انبساط پيدا مي‌كند بلكه اجرام سماوي عملا از هم شروع به فاصله گرفتن مي‌كنند و از همديگر دور ميشوند كه در اينجا پديده داپلر سبب بلند شدن طول موج نور اوليه انفجار بزرگ ميشود كه امروزه به صورت امواج مايكروويو مشهود است . به شكل زير توجه كنيد :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/10.gif
دايره سياه رنگ در مركز شكل ، تكينگي يا همان گويچه چگال و نقطه صفر فضا - زمان را نشان مي‌دهد ( t0 ) . لحظاتي بعد از انفجار بزرگ را در نظر مي‌گيريم كه طيف بنفش مريي در آن توليد و منتشر شده است يعني t1 . با گذشت زمان و انبساط فضا - زمان به لحظه t2 ميرسيم كه طول موج بلند شده و طيف بنفش به طيف قرمز مريي تبديل ميشود و الا آخر تا اينكه طيف قرمز به امواج مايكروويو ، راديويي و ... تبديل شود . همانطور كه ميدانيم انرژي هر نوسان يا سيكل موج الكترومغناطيس در محدوده فيزيك كوانتوم معادل h يا همان ثابت پلانك است ، پس تعداد نوسانات يا طول موجها را در هر مرحله از زمان ثابت فرض و رسم كرديم چون فرض مي‌كنيم همان مقدار انرژي اوليه انفجار بزرگ بعد از بوجود آمدن ماده در كيهان ثابت مانده است ولي با انبساط كيهان چگالي آن كم شده است . ولي نبايد فراموش كنيم كه سرعت نور همواره مقدار ثابتي اندازه گيري ميشود چون با بلند شدن متر ما ، زمان ما نيز تند حركت خواهد كرد و در انبساط فضا - زمان كيهان همين اتفاق براي متر و زمان ما مي‌افتند ، يعني به تناسب افزايش طول متر يا بعد مكاني ما ، بعد زماني ما نيز بلند شده و زمانمان تندتر حركت خواهد كرد كه در اين صورت علي‌رغم اينكه متوجه انبساط كيهان نخواهيم شد به هيچ وجه ما متوجه بلند شدن طول موج نور انفجار بزرگ هم نخواهيم شد چون به نسبت بلند شدن طول موج نور ، متر ما نيز بلندتر شده و زمان ما نيز تندتر حركت خواهد كرد .
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/11.gif
d1 طول متر ما در زمان t1 و d2 طول متر ما در زمان t2 ميباشد . دليل اصلي اين مشكل جدي در اين تئوري اين است كه علت پديدار شدن امواج پس زمينه كيهان تاثير پديده داپلر در نور اوليه انفجار بزرگ به علت سرعت فرار اجرام سماوي از يكديگر ارايه شده است كه علت اين دور شدن اجرام نيز انبساط فضا - زمان ارايه شده كه از بلند شدن واحد اندازه گيري طول ما يعني متر و تند شدن واحد اندازه گيري زمان ما يعني ثانيه چشم پوشي شده و بهتر است بگوييم كه اين پديده كلا ناديده و يا فراموش شده است و در محاسبات لحاظ نميشود كه اگر بلند شدن متر و تند شدن زمان را لحاظ كنيم ، اين نظريه به طور كلي مردود و نقض ميشود .
اگر نگاهي به معادله هابل داشته باشيم در فاصله 15 ميليارد سال نوري از ما ، سرعت دور شدن به سرعت نور ميرسد ، حتي بيشتر از آن كه نسبيت آن را مقدور نمي‌داند . ولي به هرحال در اين صورت :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/5.gif
در ابتدا چنين به نظر ميرسد كه طول موج نور دريافتي بينهايت و فركانس آن صفر شود . و طبق معادلات نسبيت چنين به نظر ميرسد كه برد نهايي ديد ما ، يعني همان افق ديد در كيهان ، 15 ميليارد سال نوري باشد و فرارتر از آن ، نميتوانيم هيچ موج الكترومغناطيسي را دريافت كنيم و چيزي را شناسايي و يا رديابي كنيم . علت بر اينكه در نظريه نسبيت ، حد مجاز سرعت ، كمتر از سرعت نور بوده و اگر فرض كنيم جرم سماوي بيشتر از سرعت نور دور شود ، معادله فوق موهومي شده و ديگر كاربردي نخواهد داشت . اينك اين موضوع را برسي مي‌كنيم :
همانطور كه ميدانيم محدوده امواج مريي براي ما از طول موج 7-^10*4 الي 7-^10*8 متر ميباشد كه متوسط آن 7-^10*6 متر خواهد بود . همچنين محدوده امواج مايكروويو 3-^10*3 الي 1-^10*3 متر ميباشد كه متوسط آن 0.1515 متر خواهد شد . اينك سرعت فرار براي تبديل شدن طول موج 7-^10*6 متر به 0.1515 متر را محاسبه مي‌كنيم :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/6.gif
لازم به توضيح نيست كه در محاسبه فوق از دو مقدار خرد 4-^10*1.08 و 13-^10*3.6 صرف نظر كرده و به سرعت نور دست يافته‌ايم . با توجه به اينكه اجرام سماوي منجمله ستارگان كه با سرعت نزديك به سرعت نور در حال فرار از ما هستند ، تنها نور مريي توليد نمي‌كنند كه ما از حد متوسط آن يعني 7-^10*6 متر در اين محاسبه استفاده كرديم ، اينك اين سوال مطرح ميشود كه تكليف طيفهاي ماوراي بنفش و احيانا اشعه ايكس و گاماي منتشره از يك طرف و همچنين طيف مادون قرمز و حتي امواج مايكروويو توليد شده چيست ؟
جواب سوال اين است كه ما امروزه محدوده وسيعي از امواج الكترومغناطيسي از راديويي با محدوده فركانس 4^10 الي 8^10 گرفته تا تابش فرو سرخ از 13^10 الي 14^10*4 را دريافت مي‌كنيم كه همگي آنها مربوط به تاثير سرعت فرار اجرام پيرامون ما ميشود كه طول موج امواج انتشاري آنها افزايش و فركانس و انرژي آنها افت مي‌كند .
ربط دادن تابش پس زمينه كيهاني به نظريه انفجار بزرگ بسيار نامربوط ، نادرست و نامعقول به‌نظر ميرسد و ابعاد هستي خيلي بيشتر از اينها حدس زده ميشود ، براي اينكه تا محدوده 15 ميليارد سال نوري آن براي ما فعلا قابل شناسايي با دريافت امواج الكترومغناطيس است . فعلا با امكانات موجود روز نميتوانيم خارج از اين محدوده ، اطلاعاتي بدست آوريم و نظري بدهيم ، و اگر ما با سرعتهاي نزديك به سرعت نور به سمت اطراف خود در كيهان حركت كنيم ، مسلما محدوده بيشتري از عالم براي ما قابل مشاهده و شناسايي خواهد بود براي اينكه نسبت به اجرام دور دست ساكن شده و تاثيرات داپلر خنثي خواهد شد و اگر مبدلي بتواند تاثير اثر داپلر ( قرمز گرايي ) بر اين امواج ريز موج يا راديويي را برطرف و آنها را تبديل به طيفهاي مريي كند ، اجرام فراتر از افق ديد ما مشاهده خواهند شد . اصولا انتخاب واژه تابش پس زمينه كيهان براي اين امواج اشتباه به‌نظر ميرسد و ميتوان نام آن را به امواج رسيده از افق ديد تغيير داد . و اما موضوع بسيار مهم اينكه امواج مايكروويو بيشتر از اينكه خاصيت جذبي داشته باشند ، خاصيت انعكاسي و انكساري هم دارند ( رادار ) . اين موضوع به اين معني است كه اين امواج ميتوانند به دفعات ، منعكس و منكسر شوند و به اين دليل مهم است كه اين امواج بعد از توليد در افق ديد ما توسط اجرام سماوي به هر سو و هر جهت منعكس و از هر طرف و هر سو به ما يا هر نقطه يا ناظر ديگري در عالم ميرسند . تركيباتي همچون آب يا بخار آن قدرت جذب اين امواج را دارند كه در كل كيهان بسيار نادر و كمياب ميباشند و هر كجا كه باشند چنين به نظر خواهد رسيد كه آن منطقه فاقد تابش است . در حقيقت امواج مايكروويو در كيهان به دام مي‌افتند و مجبورند در يك محيط بسته تا نهايت آفرينش ، انكسار و انعكاس داشته باشند و در محيط‌هايي كه تراكم ماده كم است ، چگالي و يا شدت كم اين امواج مشهود خواهد بود و برعكس در محيطي كه تراكم ماده بيشتر است انعكاس و انكسار اين امواج باعث تشديد چگالي و شدت اين امواج خواهد شده .
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/1.gif
فلش‌هاي قرمز رنگ بيانگر رخنه امواج ريز موج بوده و خطوط باريك قرمز رنگ مسير فرضي انعكاس و انكسار امواج مايكروويو را نشان مي‌دهد . به تصاوير زير توجه نماييد .
http://ki2100.com/images/physics/univers.jpg
اسكنر ريز موج كاوشگر تحقيقاتي WMAP با به پايان رساندن اولين سال ماموريت چهار ساله‌اش ، نقشه‌اي تماشايي از جهان تهيه كرده است كه در تصوير فوق مشاهده ميشود . همانطور كه مشهود است در هر نقطه كيهان كه تراكم اجرام سماوي زياد است ، چگالي و شدت امواج ريز موج نيز افزايش دارد ، علت بر اينكه هر كجا تراكم اجرام سماوي زياد باشد ، چگالي امواج فرو سرخ نيز افزايش مي‌يابد كه گيرنده فرو سرخ COBE نيز تصوير مشابهي از كيهان تهيه نموده است . در واقع كل كيهان همانند يك خازن و منبع بزرگ يا تشديد كننده امواج ريز موج عمل مي‌كند كه امواج در اين حالت به دام بسته‌اي فرو مي‌افتند و چون اين امواج انرژي كمي دارند هيچ مشكلي براي كيهان بوجود نخواهد آمد . اگر دقت كنيد شدت تابش يكدست نيست ، صرف نظر از كمربند افقي كه مربوط به راه كهكشان ( ديسك كهكشان راه شيري ) ماست ، هر جا ماده از تراكم بيشتري برخوردار است تراكم امواج و شدت تابش نيز بيشتر است .
امواج مايكروويو بهترين محدوده فركانس شناخته شده براي رادارهاي هوا - فضا و همچنين ابزار تحقيقات هواشناسي شناخته شده‌اند و دلايل آن با توضيحات فوق كاملا روشن است . اين امواج با انعكاس پي در پي خود ، مكان ، سرعت و سمت حركت اشيا هوايي و يا فضايي را در هر مرحله از زمان مشخص مي‌كنند و همچنين اين امواج مكان ، سرعت و سمت حركت و حجم ابرها را در آسمان در هر مرحله از زمان شناسايي مي‌كنند .
پديده امواج پس زمينه كيهان هيچگاه تئوري انفجار بزرگ را ثابت نمي‌كند ، براي اينكه تمامي عناصر در هر شرايطي كه باشند از خود امواج الكترومغناطيسي توليد و منتشر مي‌كنند كه تجميع ، تداخل ، انعكاس ، انكسار و تاثيرات متقابل اينها بر يكديگر در لايه‌ها و زير لايه‌ها ( ترازهاي انرژي ) ، شايد در كل بتواند امواج پس زمينه كيهان را به‌وجود آورد ، همچون اقيانوسهاي سياره زمين كه هميشه متلاطم بوده و هيچ آرام و قراري هم ندارند . در واقع فضا نيز اينچنين است و ما از تمامي منابع و شرايط توليد و انتشار امواج در عالم باخبر نيستيم و بسياري از آنها براي ما ناشناخته باقيمانده است .
در انيميشن فوق ، كره قرمز رنگ را ناظر متحرك در نظر مي‌گيريم كه دايره قرمز رنگ محيط ديد او را نشان مي‌دهد كه حداكثر 15 ميليارد سال نوري خواهد بود و ميتواند صرفا بخش كوچكي از كل كيهان را تشكيل دهد ، همانطور كه كاملا مشخص و معلوم است در ديد اين ناظر ، تمام اجرام به استناد قانون ثابتي در حال دور شدن از او و يكديگر هستند و چنين خواهد پنداشت كه در مركز انبساط كيهان يا مركز عالم قرار گرفته است .
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/2.jpg
فرض كنيم ناظر C با 3/1 سرعت نور و ناظر B با 3/2 سرعت نور از نقطه A در حال دور شدن هستند . مسلما اين دو ناظر با سرعت نور در حال دور شدن از يكديگر بوده و همديگر را رصد نخواهند كرد . براي اينكه طول موج نورشان به طرف بينهايت و فركانس نورشان به طرف صفر ميل مي‌كند . ولي نكته جالب اينجاست كه متر براي اين دو ناظر كوتاه و زمان نيز كندتر ميشود . و طبق معادله جمع سرعتها :
http://ki2100.com/images/physics/micro_waves/8.gif
هر يك از ناظرين سرعت 245.900 كيلومتر بر ثانيه را براي خود و يا ديگري درك خواهد كرد .
http://ki2100.com/physics/micro_waves.htm
محمدرضا طباطبايي 29/9/86