جهان در عصر تاریکی گرم بود، نه سرد

با استفاده از رصدخانه رادیویی Murchison Widefield Array (MWA) در مرکز اخترشناسی رادیویی Murchison زیرمجموعه CSIRO، اخترشناسان در جستجوی دوران بازیونش (Epoch of Reionization) هستند، دوره‌ای بسیار نخستین در تاریخ جهان که نظریه آن را پیش‌بینی می‌کند اما تاکنون با تلسکوپ‌های رادیویی کشف نشده است؛ این دوره پایان «عصر تاریک کیهانی» است، تقریباً یک میلیارد سال پس از بیگ‌بنگ، زمانی که گاز میان کهکشانی از حالت کدر به حالت شفاف تغییر کرد و اجازه داد نور اولین ستارگان و کهکشان‌ها در سراسر جهان پخش شود.

دکتر ریدهیما نونهُکی (Ridhima Nunhokee) می‌گوید: "در مرحلهٔ اولیهٔ تحقیق، ما اولین شواهد گرم شدن محیط میان‌کهکشانی، یعنی گازی که بین کهکشان‌ها قرار دارد را تقریباً ۸۰۰ میلیون سال پس از بیگ‌بنگ به‌دست آوردیم."

برای مطالعه این دورهٔ اولیهٔ جهان، باید سیگنال ضعیف دوران بازیونش را از سیگنال‌های رادیویی دیگر در جهان جدا کنیم، و همه منابع رادیویی مزاحم را حذف کنیم:
این منابع شامل انتشار از ستارگان و کهکشان‌های نزدیک، تداخل اتمسفر زمین و حتی نویز تولیدشده توسط خود تلسکوپ است و فقط پس از حذف دقیق این سیگنال‌های پیش‌صحنه‌ای (foreground) است که داده‌های باقی‌مانده می‌توانند سیگنال دوران بایونش را آشکار کنند.

به گفته تیم، آن‌ها روش‌هایی برای مقابله با آلودگی پیش‌صحنه‌ای توسعه داده‌اند، سیگنال‌های نامطلوب را حذف کرده‌اند، و همچنین درک بهتری از تلسکوپ خود به دست آورده‌اند تا سیگنالِ تمیزتری استخراج کنند. علاوه بر این، توانسته‌اند تقریباً ده سال داده MWA را یکپارچه کنند و آسمان را به مدت طولانی‌تری نسبت به گذشته مشاهده کنند. این یکی از دلایلی است که به نزدیک‌ترین حد ممکن به کشف سیگنال رسیده‌اند.

اگر جهان سرد شروع می‌شد، سیگنال واضحی در داده‌های فعلی مشاهده می‌شد. نبود چنین سیگنالِ آشکاری، آغاز سرد برای بازپریونی شدن را مردود می‌کند، و بدین معناست که جهان پیش از دوره بازیونش «گرم‌شده» بود.

پروفوسور کاترین تروت (Cathryn Trott) می‌گوید: "با گذر زمان، گاز بین کهکشان ها منبسط و سرد می‌شود، پس انتظار داریم بسیار، بسیار سرد باشد. اندازه‌گیری‌های ما نشان می‌دهد که حداقل تا حدی گرم شده است. نه زیاد، اما به ما می‌گوید که دوره بازیونش به‌صورت سرد کامل پذیرفتنی نیست. این خیلی جالبه."

تحقیقات پیشنهاد می‌کنند این گرمایش احتمالاً ناشی از انرژی منابع ابتدایی اشعهٔ ایکس از سیاه‌چاله‌های اولیه و بازماندگان ستاره‌ای است که در سراسر جهان منتشر شدند.

لینک خبر

@cosmos_physics

🎥 به مناسبت ۱۹ اکتبر زادروز فیزیکدان بزرگ هندی سوبرامانیان چاندراسخار.

در دهه سی میلادی، چاندراسخار جوان بر روی نحوه تشکیل و مرگ ستارگان و چگونگی تغییرات آنها تحقیق می‌کرد.  طی چندین مقاله بسیار مهم، چاندراسخار موفق شد آنچه امروز به عنوان اصول علمی پذیرفته شده تشکیل و مرگ ستارگان است را پایه‌ریزی کند.

فیلم در مورد نحوه تشکیل ستارگان و سرنوشت آنها بر اساس جرم آنها بحث می‌کند. سرنوشت ستارگان یا "کوتوله سفید" است یا "ستاره نوترونی" و یا "سیاهچاله".
چاندراسخار در سال ۱۹۸۳ موفق به دریافت جایزه نوبل فیزیک شد.

زبان اصلی

@cosmos_physics

‌‌ناسازگاری  اصل عدم قطعیت و نسبیت عام

یکی از آزمون های اولیه نسبیت عام، مشاهده خمش نور به دور خورشید بود - خورشید گرفتگی کامل در سال 1919 این فرصت را برای مشاهده نور ستاره‌ای با خمیدگی نوری 1.75 ثانیه قوسی ( یک دقیقه قوسی 1/60 یک رادیان است)  بعلت گرانش خورشید، را فراهم کرد . نور توسط گرانش خورشید  یا به بیانی که متناوبا معادل آن در نظر گرفته می شود و در واقع مطابق با نسبیت انحنای فضای اطراف خورشید بعلت جرم خورشیدی ایجاد شده و نور از آن انحنای فضا پیروی می کند.

بخشی از تصویری که نسبیت عام از فضا ارائه می دهد این است که نور در خطوط مستقیم به جز در مجاورت جرم گرانشی حرکت می کند. این اغلب با گفتن اینکه فضا در غیاب جرم گرانشی « تخت flat » است توصیف می‌شود.

حتی در فضای خالی احتمالاً، اگر فضا را در مقیاس های بسیار کوچک بررسی کنید، این "تختی flatness" با اصل عدم قطعیت زیر سوال می رود. دو شکل اصل عدم قطعیت و مفاهیم تکمیلی در مورد مناطق کوچک فضا-زمان دارند. ذره ی محصور در یک فضای کوچک، دارای عدم قطعیت زیادی در تکانه و در نتیجه عدم قطعیت زیادی در انرژی خواهد بود. در مقیاس زمانی کوتاه، عدم قطعیت در انرژی به علاوه رابطه انیشتین اجازه ایجاد ذرات جرم دار  را می‌دهد. هر چه مقیاس در فضا و زمان کوچکتر باشد، ذراتی که می توانند ایجاد شوند، جرم بیشتری دارند، و وجود آن جرم به این معنی است که فضا دیگر در این مقیاس های کوچک «تخت » نیست.
برایان گرین با بیان جالبی در «جهان زیبا the elegant universe » بیان می کند  تا این مفاهیم اصل عدم قطعیت را توصیف کند. "انرژی ...  پارامتر در گردش currency   تبدیل پذیر اصلی است. E=mc²  به ما می گوید که انرژی می تواند به ماده تبدیل شود و بالعکس."

بنابراین اگر ناحیه فضا و زمان به اندازه کافی کوچک باشد، می توان به طور مداوم جفت ذره-پاد ذره ایجاد و از بین برود .  این فرآیندها اغلب به عنوان "نوسانات Fluctuations " خلاء توصیف می شوند. گرین با گفتن اینکه «قلمرو میکروسکوپی ذاتاً متلاطم است»، استدلال می‌کند که «مکانیک کوانتومی نشان می‌دهد که هیچ چیز دوست ندارد در ساکن و بی حرکت بماند ،   تمرکز فضایی منجر به موج‌های بزرگ‌تر می‌شود».

جان ویلر این دنیای ماوراء میکروسکوپی را پر از "فوم کوانتومی Quantum Foam " توصیف می‌کند، زیرا جفت‌های ذره- ضد ذره به طور مداوم در حال ایجاد و نابودی هستند.
ممکن است استدلال کنید که تا زمانی که به مقیاس‌های کوچک‌تر از ذرات بنیادی، کوارک‌ها و لپتون‌ها نروید، چنین اثراتی قابل توصیف نیستند. اما آزمایش های  پراکندگی با بالاترین انرژی  تا به امروز به وضوح و تفکیک پذیری در حدود هزار بار کوچکتر از یک پروتون رسیده است ، و در چنین تفکیک پذیری بزرگی  هنوز هیچ مدرکی از ساختار الکترون ( یک لپتون) یا کوارک ها نمی بینیم، بنابراین به نظر می رسد همه چیز ، از ذرات نقطه ای تشکیل شده است. اما ذرات با وسعت فضایی صفر  ، دلالت بر نوساناتی با انرژی بی نهایت دارند.( مطابق با اصل عدم قطعیت)

گرین و دیگران برای جلوگیری از انفجار قدرتمند "نوسانات خلاء"  در مورد محدودیت در مقیاس کوچکی که می توانید با ماده دست یابید استدلالاتی بیان می کنند. آنها پیشنهاد می کنند که ماده در بنیادی ترین شکل خود از "ریسمان string " یا "ابر ریسمان super string " تشکیل شده است. با توجه به مخالفت بسیار اولیه ، در برابر"نظریه ابر ریسمان" اکنون با دقت بیشتری به عنوان راهی برای جلوگیری از تضاد شدید بین نسبیت عام و مکانیک کوانتومی در مقیاس تحت میکروسکوپی مورد بررسی قرار می گیرد.‌‌

اصل عدم تعیین یا عدم قطعیت :
Δx Δp > ħ/2

Δt ΔE > ħ/2

@cosmos_physics

آقای کامران وفا به همراه سه نفر دیگه به عنوان
University Professor
در دانشگاه هاروارد انتخاب شدند.
این عنوان بالاترین عنوان برای اعضای هیات علمی در هاروارد هست، که نشون دهنده شایستگی بالای این افراد، اعتبار علمی شون و تاثیرگذاری شون هست.
سه نفر دیگه در زمینه زیست شناسی، حقوق و اقتصاد کار می کنند.

لینک خبر


@cosmos_physics

🎥 کارلو روولی از پایه گذاران نظریه گرانش کوانتومی حلقوی معتقد است که درک ما از زمان اشتباه است.



@cosmos_physics

🎥 دنباله‌دار هالی و ماجرای آن: موفقیت عظیم دانش در توجیه پدیده ها

ستاره های دنباله دار از شگفتی های پدیده های نجومی تلقی میشده‌اند. یکی‌از مهمترین آنها، دنباله دار هالی است. شواهد رویت این دنباله‌دار به حدود ۴۶۷ قبل از میلاد می‌رسد! از آن زمان تاکنون این دنباله دار هر ۷۵ تا ۷۹ سال رویت شده است. آخرین بار در سال ۱۹۸۶ رویت شد. سال ۲۰۶۱ این دنباله‌دار دوباره رویت خواهد شد.

در سال ۱۷۰۵، ادموند هالی در کتاب
Synopsis of the astronomy of comets
با استفاده از قانون جاذبه نیوتون توانست ثابت کند دنباله‌داری که در سال‌های ۱۵۳۱، ۱۶۰۷ و ۱۷۸۲ دیده شده است در واقع یک دنباله‌دار است. با محاسبات دقیق و بسیار سخت و طاقت فرسا هالی پیش‌بینی کرد که دوباره در ۱۷۵۸ رویت خواهد شد.
مشاهده مجدد این دنباله‌دار تقریبا در زمان پیش‌بینی شده (هالی اثر جاذبه مشتری را در نظر نگرفته بود) یکی‌ از موفقیت‌های عظیم مکانیک نیوتونی و به طور کلی دانش است.


فیلم در مورد تاریخچه دنباله‌دار هالی و بصورت زبان اصلی است


@cosmos_physics

مکانیک کوانتومی بدون عملگر مکان!

مقاله مکانیک کوانتومی غیرهایزنبرگی در مجله معتبر Quantum توسط دکتر قدیر جعفری و دکتر محمدجواد کاظمی چاپ شد.

در این مقاله نشان داده شده است که چگونه می توان مکانیک کوانتومی را به صورت سازگار بدون داشتن عملگر بنیادی مکان فرمول بندی کرد. در چنین فرمول بندی بدون عملگر مکان طبیعتا فرمول جابجایی مشهور هایزنبرگ را نیز نخواهیم داشت به همین دلیل مکانیک کوانتومی غیرهایزنبرگی نام گذاری شده است. همچنین نشان داده شده است که این فرمول بندی یک تعمیم از نظریه کوانتومی خواهد بود برای مثال در این نظریه یک طول کمینه و روابط عدم قطعیت اصلاح شده را خواهیم داشت.

لینک مقاله

@cosmos_physics

🎥 چگونه اصل پنجم اقلیدس به نسبیت عام منجر شد!

اقلیدس در کتاب "اصول" هندسه را بر مبنای پنج اصل موضوعه بنا نهاد.
او اصل پنجم را بر خلاف سایر اصول تا اواسط کتاب به کار نبرد.

"اگر دو خط راست را خط سومی قطع کند، در همان طرفی که زوایای داخلی، مجموع کوچک تر از دوقائمه تشکیل می‌دهند یکدیگر را قطع می‌کنند."
دو هزار سال دانشمندان تلاش کردند اصل پنجم را اثبات کنند ولی موفق نشدند. اصل پنجم در واقع معادل است با "از هر نقطه خارج یک خط فقط یک خط موازی میتوان رسم کرد"
در قرن ۱۹ بولیایی و لباچفسکی به طور مجزا نشان دادند که اصل "از هر نقطه خارج یک خط میتوان بیش از یک خط موازی کشید" یک هندسه بدون تناقض به نام هندسه هذلولوی ایجاد کند!
در نهایت ریمان نشان داد که میتوان هندسه هایی داشت که خمیدگی سطوح در آنها از یک نقطه تا نقطه دیگر متفاوت است  که قابل تعمیم به بیش از ۳ بعد است.
آینشتاین با استفاده از همین هندسه نسبیت عام را بنا نهاد.
باید دانست طبق محاسبات بر اساس تابش پس زمینه کیهانی، هندسه کیهان اقلیدسی و بدون خمیدگی است!

زبان اصلی


@cosmos_physics

انرژی نقطه‌ صفر و نوسانات فضا–زمان

در چارچوب فیزیک کوانتومی میدان‌ها (Quantum Field Theory)، «خلأ» به‌معنای نبود ماده یا تابش نیست، بلکه حالتی است که در آن تمام میدان‌های کوانتومی در پایین‌ترین سطح انرژی خود قرار دارند. این پایین‌ترین سطح انرژی، موسوم به انرژی نقطه‌ صفر (Zero-Point Energy)، منشأ نوساناتی است که حتی در غیاب هر ذرهٔ واقعی  actual particle نیز وجود دارند.

مطابق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ :
Δt ΔE ≥ ħ/2
در نتیجه، خلأ از جفت‌ذرات مجازی‌ای تشکیل می‌شود که به‌صورت مداوم از انرژی نقطه‌ صفر برمی‌خیزند و در بازه‌های زمانی بسیار کوتاه نابود می‌شوند.

این نوسانات خلأ اثرات فیزیکی قابل‌مشاهده‌ای دارند، مانند اثر کازیمیر (Casimir Effect) که نیرویی میان دو صفحهٔ رسانا در خلأ ایجاد می‌کند، صرفاً به‌دلیل تغییر چگالی مودهای میدان در فضای میان آن‌ها.

در مقیاس کیهانی، جمع این نوسانات می‌تواند به چگالی انرژی خلأ (Vacuum Energy Density) بینجامد، که در نسبیت عام به‌صورت «ثابت کیهان‌شناختی Λ» ظاهر می‌شود و ممکن است عامل انبساط شتاب‌دار جهان باشد.

برخی نظریه‌ها، از جمله اصل هولوگرافیک (Holographic Principle)، بر این باورند که اطلاعات مربوط به نوسانات کوانتومی فضا–زمان بر سطح مرزی جهان رمزگذاری شده‌اند.
در این دیدگاه، فضا–زمان و گرانش نه پدیده‌هایی بنیادی، بلکه نتایج آماری از درجات آزادی کوانتومی زیرین هستند، مشابه چگونگی ظهور دما از رفتار جمعی مولکول‌ها.

به این ترتیب، مفهوم انرژی نقطه‌ صفر نه صرفاً یک پدیدهٔ نظری، بلکه سرنخی از پیوند عمیق میان مکانیک کوانتومی، نسبیت عام، و ساختار بنیادین واقعیت به‌شمار می‌رود.

اندکی ژرف تر :
برخی فیزیکدان ها  مانند جان ویلر و دیوید بوهم باور داشتند که آنچه ما "ماده" می‌نامیم، فقط اغتشاشات موضعی در اقیانوس انرژی خلأ است، همان‌طور که موج، فقط لحظه‌ای از خودِ دریا است. بنا بر این دیدگاه:

آنگاه، نه تنها  "ما" در فضا–زمان زندگی نمی‌کنیم، بلکه خودِ فضا–زمان در حال زندگی از طریق ماست.
و آنگاه حیات بازتابی از نوسانات بنیادین و پنهان انرژی خلاء است.


@cosmos_physics

🎥 مدل استاندارد کیهان‌شناسی، بهترین توصیف ما از تحول کیهانی است. در این مدل کیهان ما بطور عمده از دو جزء ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل یافته است. این مدل با وجود تطابق بسیار خوبی که با انواع رصدهای کیهانی دارد، دچار مشکلاتی نیز هست.
در سال‌های اخیر با هرچه دقیق‌تر شدن و گسترده شدن داده‌های رصدی، شکاف‌هایی در این مدل ایجاد شده که غیر قابل انکارند. با وجود تلاش‌های بسیار فیزیکدانان و گستره وسیع مدل‌ها و راه حل‌هایی که برای ترمیم این شکاف‌ها مطرح شده، اما، به نظر می‌رسد نمی‌توان به سادگی چشم بر این اشکالات بست.
در جامعه علمی، عده‌ای از دانشمندان به این نتیجه رسیده‌اند که وقت تحول در کیهان‌شناسی و جایگزینی مدل استاندارد با مدل بهتری رسیده است. این ویژگی علم است که همواره پویا و در حال تغییر است و وقتی نظریه‌ای دیگر کار نمی‌کند، نظریه‌ای بهتر جایگزین آن می‌شود.

این ویدئو به مشکلات اخیر نظریه استاندارد کیهان‌شناسی اختصاص دارد.


@cosmos_physics

کشف یکی از بزرگ‌ترین ساختارهای چرخان شناسایی‌شده در جهان

ستاره‌شناسان موفق شدند رشته‌ای از کهکشان‌ها، بخشی از شبکه‌ی کیهانی (Cosmic web) را کشف کنند که دست‌کم ۵۰ میلیون سال نوری طول دارد و در فاصله حدود ۱۴۰ میلیون سال نوری از ما قرار دارد و این رشته با سرعتی محسوس در حال چرخش است.
در مطالعه‌ی تازه‌ای، دانشمندان به رهبری University of Oxford موفق شدند زنجیره‌ای از ۱۴ کهکشان سرشار از هیدروژن را شناسایی کنند که در یک ردیف بسیار باریک و کشیده قرار گرفته‌اند، تقریباً ۵.۵ میلیون سال نوری طول و ۱۱۷٬۰۰۰ سال نوری عرض دارند. این گروه باریک از کهکشان‌ها، بخشی از یک رشته‌ی عظیم‌تر است که بیش از ۲۸۰ کهکشان دیگر را در خود جا داده و تقریباً ۵۰ میلیون سال نوری امتداد دارد.
نکته‌ی شگفت‌انگیز این است که بسیاری از این کهکشان‌ها تقریباً هم‌جهت با جهت چرخش رشته می‌چرخند، بسیار بیشتر از حالتی که اگر جهت چرخش آن‌ها تصادفی بود انتظار می‌رفت.
با بررسی حرکت کهکشان‌های دو طرف ستون مرکزی رشته، پژوهشگران دریافتند که آن‌ها در جهت‌های مخالف حرکت می‌کنند؛ نشانه‌ای واضح از چرخش کل ساختار. با استفاده از مدل‌های دینامیک رشته‌ها، سرعت چرخش رشته حدود ۱۱۰ کیلومتر بر ثانیه (km/s) تخمین زده شد و شعاع منطقه‌ی متراکم مرکزی آن تقریباً ۱۶۳٬۰۰۰ سال نوری است.

به گفته‌ی دکتر Lyla Jung از دانشگاه آکسفورد:
«آنچه این ساختار را استثنایی می‌کند، نه فقط اندازه‌اش، بلکه ترکیب جهت چرخش هم‌راستا و حرکت چرخشی کل آن است. می‌توان آن را به ماشین "فنجان چرخان" در یک شهربازی تشبیه کرد: هر کهکشان مثل یک فنجان جداگانه می‌چرخد، اما کل ساختار آن، یعنی همین رشته کیهانی هم دارد می‌چرخد.»
این ساختار به نظر می‌رسد که جوان و نسبتاً دست‌نخورده باشد. وجود تعداد زیاد کهکشان‌های غنی از گاز و حرکت داخلی پایین، حالتی که به آن "دینامیک سرد" (cold dynamics) گفته می‌شود، نشان می‌دهد که این شبکه احتمالاً در مراحل اولیه تکامل خود قرار دارد.
هیدروژن اتمی (neutral hydrogen) به عنوان ماده‌ای است که به آسانی توسط حرکت تحت تأثیر قرار می‌گیرد. بنابراین حضور آن کمک می‌کند تا چگونگی جریان گاز از طریق شبکه‌های کیهانی به درون کهکشان‌ها و تأثیر آن بر شکل، چرخش و تشکیل ستاره را ردیابی کنیم.

شبکه‌های کیهانی بزرگ‌ترین ساختارهای شناخته‌شده در کیهان هستند: تشکیل‌شده از کهکشان‌ها و ماده‌ی تاریک، که همانند اسکلتِ عظیمی در سراسر کیهان عمل می‌کنند. این ساختارها مانند «بزرگراه‌هایی» هستند که ماده و تکانه را به سمت کهکشان‌ها هدایت می‌کنند.

لینک خبر

@cosmos_physics