English

دانشگاه شیراز

بخش فیزیک

جایزه نوبل فیزیک در سال 2019 میلادی

جایزه نوبل فیزیک ۲۰۱۹ برای کشفیات کیهان‌شناسی

برای سومین بار در یک دهه گذشته جایزه نوبل فیزیک به اخترفیزیکدانان و کیهان شناسان رسید.
بعد از جایزه نوبل فیزیک سال 2011 برای کشف انبساط شتابان جهان از طریق رصد ابرنواخترهای
دور دست، و جایزه نوبل فیزیک سال 2017 برای آشکارسازی امواج گرانشی، امسال نیز برای
سومین بار در یک دهه گذشته، جایزه نوبل فیزیک را اخترفیزیکدانان و کیهان شناسان به خود
اختصاص دادند. نیمی از این جایزه یک میلیون و یکصد و ده هزار دلاری، به جیمز پیبلز استاد
بازنشسته کرسی علوم آلبرت اینشتین در دانشگاه پرینستون، به پاس کشفیات نظری در زمینه کیهان
شناسی فیزیکی و نیمی دیگر جایزه به صورت مشترک به مایکل مایو استاد بازنشسته رصد خانه ژنو
سویس و دیدیه کوئولز استاد دانشگاه های ژنو وکمبریج به پاس کشف یک سیاره فراخورشیدی در حال
گردش به دور ستار ه ای شبیه خورشید، اعطا شد.
دیدگاه های جیمز پیبلز در مورد کیهان شناسی فیزیکی، زمینه های تحقیق در حوزه کیهان شناسی را
غنی تر کرده و درک بهتری برای شناخت کیهان بر اساس یافته های علمی فراهم آورده است. چارچوب
نظری او که از اواسط دهه 1960 توسعه یافته است، اساس ایده های معاصر ما در مورد کل جهان می
باشد.
بر اساس نظریه انفجار بزرگ (بیگ بنگ) جهان ما از حدود 7/13 میلیارد سال پیش با یک انفجار
بزرگ و از یک نقطه با چگالی بی نهایت، انبساط خود را شروع نموده است. در لحظه انفجار بزرگ،
دمای کیهان و انرژی آن بی نهایت بوده و به تدریج با گسترش کیهان، دمای آن رفته رفته کاهش یافته و
کیهان سردتر گردیده است. دمای فعلی کیهان حدود 7/2 درجه کلوین است که در حقیقت همان دمای
تابش زمینه کیهانی برجای مانده از جهان اولیه است. در ابتدا کیهان به دلیل دمای بالا، اتم ها به
صورت یونیزه و فوتون های کیهانی به شدت در حال برهمکنش با این یون ها بوده اند. در این حالت به
دلیل این که فوتون های آزاد کمتری وجود دارد، کیهان غیر شفاف بوده است. با انبساط کیهان و کاهش
انرژی و دمای آن، به تدریج الکترون های آزاد در دام هسته ها افتاده، اتم های خنثی تشکیل و سرانجام
ماده کیهانی از حالت یونیزه خارج شده است. هنگامی که سن کیهان در حدود 400000 سال و دمای آن
کمتر از3000 درجه کلوین بوده است، بیشتر یون ها به شکل اتم های خنثی هیدروژن و هلیم در آمده و
بر همکنش فوتون ها با ماده کیهانی بسیارکاهش یافته و به اصطلاح جهان شفاف شده است. این فوتون
های سرگردان همسان گرد برجای مانده از آن دوران اولیه، به صورت آزادانه در سراسر کیهان شروع
به گسترش کرده اند و امروزه تحت عنوان تابش زمینه کیهانی با دمای 7/2 درجه کلوین در همه جهت
ها، قابل آشکار سازی بوده و یکی از شواهد اصلی مدل انفجار بزرگ در کیهان شناسی می باشند.

کیهان شناسان با تجزیه و تحلیل تابش زمینه کیهانی اطلاعات بسیار ارزشمندی از تحول کیهان از آغاز
تا کنون به دست می آورند، زیرا این پرتوی باستانی، حامل بسیاری از رموز و اسرار در مورد
چگونگی تحول کیهان در طول تاریخ آن، از حدود 7/13 میلیارد سال پیش تا کنون، و همچنین نشان
دهنده ترکیبات کیهان ما می باشد. جیمز پیبل با استفاده از ابزارهای نظری و محاسبات خود توانست
این ردپاها را از بدو تولد عالم تعبیر كند و فرآیندهای جدید فیزیکی را كشف نماید. نتایج به دست آمده
نشان می دهد که فقط 5 درصد از محتوای ماده و انرژی کیهان ما شناخته شده است. ماده ای كه
کهکشان ها، ستاره ها، سیارات، درختان و موجودات و بدن خود ما را تشکیل می دهد. 95 درصد باقی
مانده محتوای کیهان شامل ماده تاریک و انرژی تاریک ناشناخته است. ماده تاریک که حدود 25 درصد
کل کیهان را تشکیل می دهد به صورت هاله ای اطراف کهکشان ها را فراگرفته است و سرعت لازم
برای چرخش ستارگان دور دست به دور مرکز کهکشان را فراهم می کند، درحالی که انرژی تاریک
که خدود 70 درصد کل کیهان را شامل می شود مسئول انبساط شتابدار کیهان است. معمای بخش
تاریک کیهان یکی از بزرگترین اسرار و چالش های پیش رو برای کیهان شناسی نوین است.

در اکتبر 1995، مایکل مایو و دیدیه کوئولز برای اولین اعلام کردند که سیاره ای را در خارج از
منظومه شمسی ما کشف کرده اند. یک سیاره فرا خورشیدی که در حال گردش به دور یک ستاره مانند
خورشید در کهکشان راه شیری می باشد. سیاره فراخورشیدی به سیاره ای گفته می شود که خارج از
سامانه خورشیدی قرار گرفته و به دور یک ستاره در حال گردش است. مطالعه سیاره‌های
فراخورشیدی یکی از موضوعات نوین در دانش اخترشناسی‌است و شامل دو شاخه کلی کشف و
شناخت ترکیبات این‌گونه سیاره ها می‌شود. رصد زمینی و فضایی سیارات فراخورشیدی به دو دلیل
عمده کار چندان آسانی نیست. نخست این که به طور کلی، اندازه سیارات نسبت به ستاره ها ، بسیار
کوچک تر است و سیارات فراخورشیدی در فاصله‌های بسیار دوری از زمین واقع‌اند. دوم اینکه
سیارات با ستاره میزبانشان اختلاف درخشندگی  بسیار زیادی دارند. وابسته به‌نوع ستاره و اندازه و
دمای سیاره، ستاره می‌تواند از حدود هزار تا یک میلیون برابر درخشان تر از سیاره‌های پیرامون
خود باشد. این بدان معناست که تفکیک نور بازتاب شده از سیاره از نور ستاره ای که سیاره به دور آن
در حال گردش است، بسیار دشوار می باشد. به عنوان یک تشبیه، رصد یک سیاره غول‌پیکر مانند
مشتری در مدار نزدیکترین ستاره‌ها به خورشید، مانند این‌است که در تهران بایستیم و بخواهیم سر
یک مورچه، که در جزیره کیش در حال راه رفتن در کنار یک نورافکن به شدت پرنور است را مشاهده

کنیم! با وجود تمام این سختی‌ها، اخترشناسان توانسته‌اند روش‌ها و ابزارهایی برای آشکارسازی و
مطالعه خصوصیات سیارات فراخورشیدی ابداع کنند.

مایو و کوئولز این کشف را در رصدخانه هاوت-پروونس در جنوب فرانسه، با استفاده از ابزار های
رصدی پیشرفته، انجام دادند. آنها یک سیاره غول پیکر گازی را کشف کردند. این توپ گازی با
بزرگترین غول گازی منظومه شمسی، یعنی سیاره مشتری قابل مقایسه است. جرم سیاره مشتری که
بیشتر از هیدروژن و هلیم تشکیل شده است بیش از 318 برابر جرم زمین و 5/2 برابر جرم همه
سیارت منظومه شمسی می باشد. با این حال شعاع مشتری یک دهم شعاع خورشید و جرم آن یک هزارم
جرم خورشید می باشد.
کشف سیارات فراخورشیدی باعث آغاز یک انقلاب در اخترشناسی شده است. از آن زمان تاکنون
بیش از 4000 سیاره فراخورشیدی در کهکشان راه شیری یافت شده است. در حال حاضر همچنان
دنیاهای عجیب و غریب جدید هنوز هم کشف می شوند، با تصور باورنکردنی از اندازه ها، اشکال و
مدارها. آنها ایده های از پیش تصور شده ما در مورد سیستم های سیاره ای را به چالش می کشند و
دانشمندان را وادار می کنند تا نظریه های خود را درباره فرآیندهای فیزیکی منشا وجود سیارات و منشا
حیات در کیهان اصلاح نمایند. با پروژه های متعددی که برای شروع جستجوی سیارات فرا خورشیدی
برنامه ریزی شده اند، ممکن است در نهایت پاسخی برای این سوال اساسی بیابیم که آیا حیات منحصرا
در سیاره زمین وجود دارد؟ یا امکان وجود آن در سیارات فراخورشیدی نیز محتمل است؟ این یکی از
سوالات اساسی در اخترفیزیک نوین و از کنجکاوی های همیشگی ذهن بشر می باشد. جستجو برای
یافتن حیات زمینی یا اشکال دیگری از حیات در سایر سیارات فراخورشیدی کماکان ادامه دارد.

برندگان امسال جایزه نوبل فیزیک، دیدگاههای ما را در مورد کیهان متحول کرده اند. در حالی که
اکتشافات نظری جیمز پیبلز به درک ما در مورد چگونگی تکامل جهان پس از بیگ بنگ کمک می کند،
مایکل مایو و دیدیه کوئولز اطراف کهکشان ما را برای کشف سیارات ناشناخته کاوش کردند. اکتشافات
آنها برای همیشه برداشتهای ما از جهان را تغییر داده است. آیا ما در این جهان تنها هستیم؟ آیا
موجودات هوشمند دیگری در سایر نقاط کیهان زندگی می کنند؟... شاید روزی بشر بتواند پاسخی برای
این سوالات خود پیدا کند.

احمد شیخی
استاد فیزیک دانشگاه شیراز