2.قانون کیهان شناسی
بعد از معرفی نسبیت عام چند تن از دانشمندان از جمله انیشتین سعی در اجرای مکانیک گرانشی جدیدی بر تمام جهان کردند. در آن زمان نیاز به فرضی در مورد چگونگی توزیع جهان بود. ساده ترین فرضی که میتوانست داشت این بود که اگر شما با دیدی به قدر کافی ضعیف به دنیا نگاه کنید تمام قسمت های آن و در تمام جهات به طور ناهموار یکسان به نظر می آیند. پس مواد جهان اگر در یک مقیاس بزرگ قرار گیرند ، مشابه و دارای خواص فیزیکی یکسان هستند. به این قانون کیهان شناسی گویند. این فرض به طور مداوم در حال آزمایش است همان طور که ما توزیع جهان را در مقیاس بزرگ مشاهده می کنیم. این عکس نشان می دهد که چگونه توزیع کهکشان های شمرده شده در نوار 30 درجه ی آسمان یکسان است. به علاوه تششعات زمینه ریزموج کیهانی ، بازمانده گرمای انفجار بزرگ ، دمایی یکسان در سراسر آسمان دارند. این واقعیت ، تصور این که گاز خارج شده از تششعات مدتها پیش به طور یکسان توزیع شده را تایید کرد.
این دو ایده تمام پایه های تئوری های کیهان شناسی انفجار بزرگ را شکل داد و به سمت پیش بینی های خیلی علمی برای ویژگی های قابل مشاهده تمام جهان هدایت کرد.
* اساس کیهان شناسی انفجار بزرگ:
اساس کیهان شناسی انفجار بزرگ به ده ایده ی کلیدی در اوایل قرن 20 برمی گردد : نسبیت عام و قوانین کیهان شناسی . با فرض این که ماده در جهان در مقیاس بزرگ به طور یکسان توزیع شده است می توان با استفاده از نسبیت عام اثر گرانشی متناظر با ماده را محاسبه کرد. از آنجاکه جاذبه ویژگی فضا-زمان در نسبیت عام است این با محاسبه حرکت شناسی خود فضا-زمان معادل است. داستان به صورت زیر آشکار شد:
با دادن این فرضیه که مواد جهان همگن و دارای خواص فیزیک متشابه است ( قانون کیهان شناسی) می توان نشان داد که انحراف متناسب فضا-زمان ( که به اثر گرانشی ماده بستگی دارد ) می تواند تنها سه شکل– همان طور که به طور قیاسی در شکل آورده شده-. داشته باشد . می تواند مانند سطح یک توپ به طور مثبت خم شود و سطحش محدود باشد ، می تواند مانند یک زین به طور منفی خم شود و سطحش نامحدود باشد یا می تواند صاف باشد و سطح نامحدود داشته باشد – مانند تصور معمولی فضا. یک محدودیت کلیدی در تصاویر نشان داده شده وجود دارد که تنها می توان انحنای 2-بعدی را برای انحنای 3-یعدی حقیقی تصاویر تصور کرد! به یاد داشته باشید که اگر در فضای بسته یک سفر را در یک جهت آغاز کرده و زمان اجازه دهد ، سرانجام به نقطه شروع خود بازمیگردید در حالی که در جهان نامحدود شما هیچ گاه بازنمی گردید.
قبل از این که توضیح دهیم کدام تصویر جهان ما را توصیف می کند ( اگر بکند ) باید مقداری توضیح داده شود:
·به دلیل عمد محدود جهان ( حدود 13.7 بیلیون سال) تنها می توانیم مسافتی محدود را در فضا مشاهده کنیم : حدود 13.7 بیلیون سال نوری. این افق رویداد ماست.مدل انفجار بزرگ تلاشی برای توصیف ناحیه ی خارج از افق رویداد نمیکند. فضا-زمان میتواند در آنجا کاملا متفاوت باشد.
·این امکان دارد که جهان از آن جا که هنوز همان انحنای محلی را دارد، توپولوژی جهانی پیچیده تری در مقایسه با آنچه در اینجاتصور می شود ، داشته باشد. برای مثال میتواند شکل یک ماهیچه (دنات= نان شیرینی گرد و حلقه مانند ) را داشته باشد. میتواند راه حل هایی برای آزمایش این ایده باشد اما اکثر مباحث دنبال شده ساده هستند.
ماده نقش مهمی را در کیهان شناسی بازی می کند . ماده به این نتیجه میرسد که چگالی متوسط ماده به طور یکتا هندسه جهان را ( بر اساس حدود درج شده در بالا ) تعیین می کند. اگر چگالی ماده کمتر از چگالی بحرانی باشد ، جهان نامحدود و باز است. اگر چگالی بیشتر از چگالی بحرانی باشد جهان بسته و محدود است. اگر چگالی برابر چگالی بحرانی باشد ، جهان تخت است اما احتمالا هنوز نامحدود است. مقدار چگالی بحرانی بسیار کوچک است : مقدار آن برابر 6 اتم هیدرژن ناهموار در متر مکعب است ، یک خلاء خوب متحیر کننده در استاندارد های زمینی! یکی از سوالات کلیدی علمی در کیهان شناسی کنونی این است که : چگالی متوسط مواد جهان ما چقدر است؟ هرچند پاسخی تا اکنون برای این سوال داده نشده است اما به نظر می رسد که پاسخ به طور آزار دهنده ای به چگالی بحرانی ارتباط دارد.
