بررسی گستران بودن کیهان :
یک چیز که شاید از دوران کهن آشکار بوده ،این است که یا کیهان آفرینش اخیر بوده ،یا این که آدمیان تنها در دوران بسیار کوچکی از کیهان زیسته اند .دلیل آن پیشرفت روز افزون دانش می باشد چرا که اگر مردم میلیون ها سال وجود داشتند ،نژاد آدمی در سروری خود بسیار جلوتر از این بود.
نخستین گواه دانشیک که کیهان یک آغاز داشته است ،در دهه 1920 به دست آمد .بیشتر دانشمندان به یک کیهان ایستا باور داشتند که همیشه وجود داشته است .اما هابل با تحلیل بیناب های نوری که آن ها می تابیدند ،به این نتیجه رسید که نزدیک به همه کهکشان ها در حال دور شدن از ما هستند و هر چه از ما دورتر باشند ،با سرعت بیشتری حرکت می کنند .در سال 1929 ،هابل قانونی را منتشر کرد که نرخ دور شدن آنها را به فاصله آنها از ما ربط می داد و نتیجه گرفت که کیهان گستران است.
اکر این درست باشد ، پس کیهان باید که در گذشته کوچکتر بوده باشد . در واقع ،اگر به تناسب گذشته دور تخمین بزنیم ،همه ماده وانرژی موجود در کیهان بایستی که در منطقه بسیار کوچکی با چگالی و دمایی تصور ناپذیر متمرکز بوده باشد و اگر بسان ده دور به عقب بر گردیم ،زمانی خواهد بود که همه چیز آغاز شده است .رویدادی که اکنون انفجار بزرگ می خوانیم.
منظور ما این نیست که کیهان گستران است ،آن گونه که مثلا کسی خانه خود را با تخریب یک دیوار و افزودن یک اتاق در جایی که یک درخت قرار داشته ،گسترده می کند .به جای این که فضای خود را امتداد بدهد ، آن فاصله میان هر دو نقطه درون کیهان است که افزایش پیدا می کند.
یکی از بهترین تشبیه ها در سال 1931 توسط آرتور ادینگتون ،مطرح شد .ادینگتون کیهان را به شکل سطح یک بادکنک در حال گسترش تجسم کرد که همه کهکشان ها نقطه های بر رویه آن هستند . این تصویر به خوبی نشان می دهد چرا کهکشان ها ی دورتر سریع تر دور می شوند تا آنها که نزدیکند .برای مثال ،اگر شعاع بادکنک در هر ساعت دو برابر شود ،فاصله میان هر دو کهکشان روی بادکنک هر ساعت دو برابر خواهد شد .اگر در زمانی دو کهکشان یک اینچ از هم جدا باشند ،یک ساعت بعد فاصله آن ها از هم دو اینچ خواهد بود و به نظر می رسد آن دو نسبت به یکدیگر با سرعت 1 اینچ در ساعت در حرکت هستند .ولی اگر آن ها با 2 اینچ فاصله آغاز کرده باشند ،یک ساعت بعد آن ها 4 اینچ جدا خواهند بود و به نظر می رسد با سرعت 2 اینچ در ساعت از هم دور می شوند. این همان چیزی است که هابل دریافت : هر چه یک کهکشان دورتر باشد ،با سرعت بیشتر از ما دور می شود.
مهم است درک کنیم که گسترش فضا ،روی اندازه جسم های مادی مانند کهکشان ها ،ستاره ها ،سیب ها ،اتم ها یا جسم های دیگری که به وسیله گونه ای نیرو به هم نگه داشته شده اند ،تاثیری ندارد .برای مثال ،اگر ما یک خوشه از کهکشان های روی بادکنک را دور بزنیم ،با گسترش بادکنک آن دایره گسترش نخواهد یافت. ولی از آنجا که کهکشان ها در بند نیروی گرانشی هستند ،آن دایره و کهکشان های درون آن با بزرگ شدن بادکنک اندازه و پیکربندی خود را نگه خواهد داشت . این مهم است ،زیرا ما تنها زمانی می توانیم گسترش را آشکارسازی کنیم که ابزار اندازه گیری ما اندازه های ثابت داشته باشند.
در سال 1922 ،الکساندر فریدمن ،یک مدل کیهان بر پایه دو پیش فرض مطرح کرد . کیهان از هر سو یکسان دیده می شود و این که از دیدگاه هر ناظر هم ،همان گونه یکسان دیده خواهد شد.
ما می دانیم که فرض نخست فریدمن کاملا درست نیست یعنی کیهان خوشبختانه در همه جا یک ریخت نیست !اگر ما در یک سو به بالا خیره شویم ،شاید خورشید را ببینیم ،ولی در سویی دیگر ماه را ببینیم .ولی کیهان به نظر می رسد که از هر سو یکسان باشد ،وقتی در مقیاسی بسیار بزرگتر به آن نگریسته می شود .همانند نگاه کردن به یک جنگل ،اگر خیلی نزدیک باشید هر برگ را می بینید ولی اگر بسیار بالا برویم ،جنگل به صورت یک رنگ سبز دیده خواهد شد .در این مقیاس خواهیم گفت جنگل ،یک ریخت است.
یعنی مدل کیهان فریدمن ،با اندازه صفر آغاز می کند و گسترش می یابد تا هنگامی که ربایش گرانشی آن را آهسته می کند و سر انجام باعث می شود که به درون خود فرو ریزد .( دو راه حل دیگر هم برای معادله های اینیشتن یافت شده که آن ها نیز فرض های مدل فریدمن را برآورده می کنند ، یکی که در آن گسترش کیهان برای همیشه ادامه دارد ،هر چند اندکی کاهش یابد ، و دیگری کیهانی که در آن نرخ گسترش به سوی صفر کاهش پیدا می کند ولی هرگز به آن نمی رسد )
عبارت انفجار بزرگ نخستین بار در سال 1949 توسط فردهویل که باور داشت کیهان برای همیشه گستران است مطرح شد . نخستین مشاهدات مستقیم که این انگاره را پشتیبانی کند انجام نشد تا سال 1965 که وجود پس زمینه محسوسی از ریزموج ها در سراسر فضا کشف شد .سرچشمه تابش ریزموج پس زمینه ،تابش باقیمانده از کیهان خیلی داغ و چگال کیهان نخستینی است که بی درنگ پس از انفجار بزرگ وجود داشته است . همچنان که کیهان گسترش یافت ،خنک شد تا این که تابش همین باقی مانده خفیفی شد که امروز مشاهده می کنیم .اخترشناسان هم رد پاهایی دیگر در پشتیبانی از چشم انداز یک کیهان داغ و ریز نخستینی انفجار بزرگ یافته اند . درازای حدود یک دقیقه نخستینی ،دمای کیهان داغ تر از مرکز یک ستاره کنونی بوده است. در طی آن زمان ،تمامی کیهان بایستی همانند یک راکتورگداخت هسته ای کنش کرده بوده باشد.
واکنش ها هنگامی تمام شده اند که کیهان بسنده گسترش یافته و خنک شده بوده باشد ولی تئوری پیش بینی می کند که این بایستی که کیهانی بر جای گذاشته باشد که عمدتا از هیدروژن و حدود 23 درصد هلیوم با آثاری ازلیتیوم بوده باشد.
هر چند میتوان تصویر انفجار بزرگ را توصیف معتبری از زمان های نخستینی اندیشید ،ولی قطعی پنداشتن انفجار بزرگ نادرست است ، زیرا نسبیت کلی پیش بینی می کند که نقطه ای از زمان وجود داشته که در آن دما ،چگالی و خمیدگی کیهان همه نامتناهی بوده اند وضعیتی که ریاضیدانان آن را تکینگی می خوانند . از دید یک فیزیکدان ،تئوری اینیشتن در آن نقطه فرو می شکند بنابراین نمی توان آن را برای پیش بینی چگونگی آغاز کیهان به کار برد.
