مهر: گروهی از دانشمندان سازمان فضایی آمریکا با ارائه برنامه ای شگفت انگیز اعلام کردند به منظور نجات زمین از گرمای جهانی و افزایش طول عمر آن می توان این سیاره را به مداری دورتر انتقال داد.

دانشمندان به منظور جلوگیری از افزایش حرارت زمین شیوه ای غیر طبیعی را کشف کرده اند: حرکت دادن زمین به نقطه ای خنک تر از منظومه خورشیدی. تنها ابزاری که برای انجام این انتقال نیاز خواهد بود چند ستاره دنباله دار در نزدیکی زمین است و پس از آن سیاره زمین در منطقه ای ایمن و خنکتر از منظومه خورشیدی قرار خواهد گرفت.

ایده حرکت دادن زمین به منظور بهبود دادن موقعیت بین سیاره ای زاییده افکار گروهی از دانشمندان ناسا و اخترشناسان آمریکایی است که معتقدند با انجام چنین کاری می توان 6 بیلیون سال دیگر به عمر مفید زمین افزود.

گرگ لاگلاین از مرکز تحقیقاتی امز در این باره معتقد است تغییر مدار زمین نیازمند فناوریهای دور از ذهنی نیست، برای انجام چنین کاری می توان از شیوه ای که اکنون برای منحرف کردن شهاب سنگها و ستاره های دنباله دار استفاده می شوند کمک گرفت.

برنامه ای که توسط این محققان ارائه شده است هدایت کردن یک شهابسنگ یا ستاره دنباله دار است به شکلی که از نزدیک ترین فاصله ممکن از زمین عبور کند در این صورت بخشی از نیروی گرانشی آن به زمین منتقل شده و در نتیجه سرعت مداری زمین افزایش پیدا خواهد کرد. به این شکل سیاره زمین به مداری بالاتر از موقعیت کنونی خود و در فاصله ای بیشتر از خورشید قرار خواهد گرفت.

به گفته دانشمندان ناسا چنین راه حلی در کوتاه مدت می تواند برای جلوگیری از بحران گرمای جهانی بسیار موثر باشد. برای هدایت اجرام کیهانی باید از راکتی شیمیایی استفاده کرده و در زمان مناسب به شهاب سنگ یا ستاره دنباله داری ضربه زد.

بر اساس گزارش گاردین، با این حال برای انجام چنین برنامه ای محاسبات بسیار دقیقی لازم است زیرا یک اشتباه بسیار کوچک می تواند منجر به برخورد جرم کیهانی هدایت شده با زمین شود که بر اساس تخمینها، برخورد جرمی با قطر 100 کیلومتر با زمین با سرعتی در مقیاس سرعتهای کیهانی می تواند زمین را از حیات تهی کند.

منبع : www.fardanews.com

بنا بر نسبيت،  گرانش اثر هندسي جرم بر فضاي اطراف خود است. كه فضا-زمان ناميده مي شود. يعني جرم فضاي اطراف خود را خميده مي كند و مسير نور در اطراف آن خط مستقيم نيست، بلكه منحني است.

در سال 1919 انحنای فضا را هنگام كسوف كامل خورشید با نوری كه از طرف ستاره ی مورد نظری به سوی زمین در حركت بود و از كنار خورشيد می گذشت مورد تحقيق قرار دادند كه با پیشگویی نسبيت تطبیق می كرد. این موفقيت بسيار بزرگی برای نسبيت بود. از آن زمان به بعد توجه به ساختار هندسی و خواص توپولوژيك فضا بررسی واقعیت های فيز يكی  را به حاشیه راند. مضافاً اين كه گرانش را از فهرست نیروهای اساسی طبيعت در فيزيك نظری حذف كرد.

مشكلات اساسی نسبيت را می توان به صورت زير فهرست كرد:

 

1- مشكل نسبيت با مكانيك كوانتوم: مكانيك كوانتوم ساختار ریز و كوانتومی كميت ها و واكنش متقابل آنها را مورد بررسی قرار می دهد. به عبارت ديگر نگرش مكانيك كوانتوم بر مبنای كوانتومی شكل گرفته است. در این زمينه تا جايی پيش رفته كه حتی اندازه حركت و برخی دیگر از كميتها را كوانتومی معرفی می كند. این نتايج بر مبنای يكسری شواهد تجربی مطرح شده و قابل پذيرش است. علاوه بر آن تلاشهای زيادی انجام می شود تا پديده های بزرگ جهان را با قوانين شناخته شده در مكانيك كوانتوم توجيه كنند. حال به نسبيت توجه كنيد كه فضا-زمان را پيوسته در نظر می گيرد. بنابراين نسبیت با مكانيك كوانتوم ناسازگار است. تلاشهای زيادی انجام شده تا به طريقی يك همانگی منطقی و قابل قبول بين نسبيت و مكانيك كوانتوم ايحاد شود. در اين مورد كارهای ديراك شايان توجه است كه مكانيك كوانتوم نسبيتی را پايه گذاری كرد و آن را توسعه داد. اما در مورد نسبيت عام موفقیت چندانی نصيب فيزيكدانان نشده است.

 

2- پيچيدگی و عدم وجود تفاهم در نسبيت: پيچيدگی نسبيت موجب شده كه تفاهم منطقی بين فيزيكدانان در مورد نتايج و پيشگويی های نسبيت وجود نداشته باشد. به عبارت دیگر نسبيت شديداً قابل تفسير است. اين تفاسيرگاهی چنان متناقض هستند. البته اين برداشتهای متفاوت از نسبيت ناشی از گذشت زمان نيست، بلكه از آغاز حتی برای خود اينشتين كه نسبيت را مطرح كرد وجود داشت. به عنوان مثال: اينشتين از سال 1917 شروع به تدوين يك نظريه قابل تعميم به عالم کرد. وی با مشكلات حل نشدنی رياضی برخورد كرد. به همين دليل در معادلات گرانش عبارت مشهور " پارامتر عالم " را وارد كرد. ملاحظات وی در اين موضوع بر دو فرضيه مبتنی بود.

 

الف- ماده دارای چگالی متوسطی در فضاست كه در همه جا ثابت و مخالف صفر است.

ب- بزرگی " شعاع " فضا به زمان بستگی ندارد.

 

در سال 1922 فریدمان نشان داد كه اگر از فرضیه دوم چشم پوشی شود، می توان فرضیه اول را حفظ كرد بی آنكه در معادلات به پارامتر عالم نيازی باشد. فريدمان بر اين اساس يك معادله ی دیفرانسيل به صورت زير ارائه كرد:

 

(dR/dt)^2 - C/R+K=0

 

در واقع سالها قبل از كشف هابل در مورد انبساط فضا، فریدمان دقیقاً كشفيات او را پيش بينی كرده بود. معادله ی فريدمان معادله ی اصلی كيهان شناخت نيوتنی است و بدون تغيير در نظريه نسبيت عام نيز صادق است. اينشتين بر همه نتايج به دست آمده توسط فريدمان اعتراض كرد و مقاله ای نيز در اين باب انتشار داد. سپس حقايق را در فرضيه فريدمان ديد و با شجاعت كم نظيری طی نامه ای كه برای سردبير مجله آلمانی فرستاد به اشتباه خود در محاسباتش اعتراف كرد.

بيشتر مشکلات نسبيت ناشی از خواصی است كه به علت وجود ماده برای فضا قايل می شوند. كه در آن هندسه جای فیزيك را می گيرد. زمانی پوانكاره گفته بود كه اگر مشاهدات ما نشان دهد كه فضا نااقلبدسی است، فيزيكدانان می توانند فضای اقليدسی را قبول كرده و نيروهای جديدی وارد نظريه های خود كنند. اما نسبيت چنین نكرد و ماهيت پديده های فيزيكی را به دست فراموشی سپرد. هرچند پديده های فيزيكی را بدون ابزار محاسباتی، اعم از جبری و هندسی نمی توان توجيه كرد، اما فيزيك نه هندسه است و نه جبر، فيزيك، فيزيك است وبس!!!

 

 3- مشكل گرانش نيوتنی در نسبيت همچنان باقی است: در نسبيت فضا-زمان دارای انحناست. هرچه ماده بيشتر و چگالتر باشد، انحنای فضا بيشتر است. سئوال اين است كه اين انحنای فضا تا كجا می انجامد؟ در نسبيت فضا می تواند چنان تابيده شود كه حجم به صفر برسد. برای آنكه ماده بتواند چنان بر فضا اثر بگذارد كه حجم به صفر برسد، بايد جرم به سمت بی نهايت ميل كند. يعنی نسبيت نتوانست مشكل قانون گرانش را در مورد تراكم ماده در فضا حل كند، علاوه بر آن بر مشكل افزود. زيرا قانون نيوتن می پذيرد كه ماده تا بی نهايت می تواند متمركز شود، اما حجم صفر با آن سازگار نيست. اما نسبيت علاوه بر آن كه می پذيرد ماده می تواند تا بی نهايت متراكم شود، پيشگويی می كند كه حجم آن نيز به صفر می رسد.  

 

راه حل ها  

1- مشاهدات تجربی و قوانین شناخته شده در فیزیک کوانتوم نشان می دهد كه قانون جهانی گرانش نيوتن (يا حجم صفر نسبيت) بايد مجدداً مورد بررسی قرار گيرد.

2- قانون دوم نيوتن نياز به برسی مجدد دارد، اما نه به گونه  ایكه افزايش جرم (انرژی) را تا بینهايت بپذيرد. جرم-انرژی بينهايت در نسبيت مانند سرعت بی نهايت در مکانيك نيوتنی غير واقعی و با مشاهدات تجربی ناسازگار است.

 3- ساختار هندسی فضا تابع چگالی ماده است كه از نيروی گرانش آن ايجاد می شود. به عبارت ديگر اين نيروی گرانش است كه ساختار هندسی فضا را شكل می دهد، نه شكل هندسی فضا موجب ايجاد پديده ای می شود كه ما آن را گرانش می ناميم. در واقع گرانش نه تنها يك نيروی اساسی است، بلكه منشاء توليد انرژی است.

 4- در ساختار كلان حهان همان قانونی حاكم است كه در كوچكترين واحدهای كميت های طبيعت حاكم است. يعنی قوانين جهان ميكروسكپی را می توان به جهان ماكروسپی تعميم داد.

 

به طور سنتی فضایی که ریسمان‌ها در آن می‌زیند بیست و شش بعدی است )طبق نظريه ي ريسمان بوزوني). عدد بیست و شش از روی ضوابط ریاضی و نظریهٔ گروهها (برای حفظ تقارن لورنس) به‌ دست می‌آید. این امر ممکن است در ابتدا کمی ثقیل و مشکل‌زا به نظر برسد چرا که به هرحال ما در اطراف خود چهار بعد (سه بعد مکانی و یک بعد زمانی) بیشتر احساس نمی‌کنیم پس این بعدهای اضافه کجایند؟ جوابی که معمولاً به این سوال داده می‌شود اینست که این بعدها برخلاف چهار بعد دیگر) کوچک و نیز فشرده (معادل انگلیسی compact) هستند. فشرده یعنی آنکه اگر در جهت آنها به اندازهٔ کافی پیش‌روی کنید به جای اول خود باز می‌گردید. کوچک بودن هم معنایش اینست که برای آنکه به جای نخست بازگردید باید مسافت خیلی کمی را طی کنید.

برای نمونه یک لولهٔ بینهایت دراز را در نظر بگیرید. سطح این لوله مسلما دوبعدی است. یعنی مورچه‌ای که روی سطح این لوله قرار دارد می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند. فرض کنید که سر مورچه در راستای طول لوله‌است. مورچه می‌تواند یا عقب-جلو برود یا چپ-و-راست. اما اگر به‌فرض این مورچه به اندازهٔ کافی (یعنی به اندازهٔ محیط لوله) در جهت چپ حرکت کند به جای اول خود باز می‌گردد اما قضیه در مورد عقب جلو رفتن صدق نمی‌کند. پس یکی از بعدهای این فضای دوبعدی (یعنی یکی از بعدهای سطح لوله) فشرده و یکی نافشرده است.

اینک فرض کنید که این مورچه روی یک توپ قرار دارد. باز هم می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند منتهی این‌بار در هر جهتی روی سطح کره مستقیم حرکت کند، پس از طی مسافتی (برابر با محیط دایرهٔ عظیمهٔ کره) به جای نخست بازمی‌گردد. پس این بار هر دو بعد این فضای دوبعدی (یعنی سطح توپ) فشرده است.

بازگردیم به فضای دوبعدی سطح لوله. این بار فرض کنید که محیط این لوله خیلی کم باشد یا مثلاً به جای لوله یک کابل برق داشته‌باشیم. برای مورچه (اگر به اندازهٔ کافی کوچک باشد)این کابل هنوز یک سطح دو بعدی است یعنی وقتی که روی سطح کابل قرار دارد می‌تواند در دو راستای مستقل از هم حرکت کند. اما برای ما انسان‌ها کابل برق یک شی یک بعدی محسوب می‌شود چون فقط درازای آن قابل درک است.

حالتی بسیار شبیه به این در مورد این بعدهای اضافه در نظریه ریسمان رخ می‌دهد. به این معنی که ما به خاطر اندازهٔ بزرگ خود از درک این ابعاد اضافی عاجز هستیم اما این ابعاد برای ‌بعضی از ذره‌ها با انرژی زیاد قابل دسترسی است.

 

 

ادامه مطلب>>>

مفهوم تقارن از زمان های بسیار کهن در هنر وجود داشته است. اما بیش از یک و نیم قرن نمی شود که مفهوم تقارن به صورت نمادین در تئوری های ریاضی وارد شده است. حتی نمی توان دقیقا ادعا کرد که تا حدود یک قرن پیش چنین مفهومی به صورت کاملا دقیق و نمادین بر اساس اصول موضوعه ی ریاضی تعریف شده است.

 

رویکرد به تقارن بسیار ساده و عمیق است. در تعریف مفهوم تقارن از چند مفهوم دیگر استفاده می شود. اول یک شئ ریاضی object که تقارن برای آن تعریف می شود و در حالت کلی یک مجموعه از اشیاء ریاضی مختصر است. دوم یک تبدیل transformation که نوع تقارن را مشخص می کند و در حالت کلی یک نگاشت mapping است که شئ ریاضی مورد نظر را به تصویرش image می نگارد. سوم اتحاد، یکی بودن identity که ذات مفهوم تقارن از آن سرچشمه می گیرد. با داشتن چنین مفاهیمی، تقارن symmetry یعنی یکی شدن تصویر یک شئ با خود آن شئ وقتی یک تبدیل روی آن صورت می گیرد. به عبارتی اگر یک شئ با انجام یک تبدیل به خودش تبدیل شود می گوییم نسبت به آن تبدیل تقارن دارد.

 

همان گونه که مشاهده می شود معنی تقارن در عمق مطلب پنهان است. این معنی همان یکی شدن identity می باشد. یعنی تقارن یک نوع یکی بودن است. گاهی اوقات درباره ی تقارن های یک شئ صحبت می شود. روشن است که منظور مجموعه ی تمام تبدیلاتی است که شئ نسبت به آن ها تقارن داشته باشد. بنابراین وقتی از تقارن دایره صحبت می شود یعنی همه ی تبدیلاتی که دایره را دایره کند. و گاهی درباره ی حالت های متقارن یک تبدیل. در این صورت منظور مجموعه ای تمام اشیاء متمایزی است که نسبت به تبدیل مورد نظر تقارن دارند. مثلا در یک دوران 60 درجه تعداد نا محدودی از اشیاء تقارن دارند؛ بینهایت فرم از دانه های برف، دایره، ....

 

تا پیش از سال های 1960 مفهوم تقارن به صورت دقیق و کاربردی وارد فیزیک نشده بود. یعنی تا پیش از این تقارن در مفهومی ترین حالت خود یک تعریف ریاضی بود و در عمل و دنیای واقعی تعریف و پیدا کردن و آزمایش آن دور از انتظار می نمود. اما در همین سال ها با آشکار شدن تقارن های پی در پی در مکانیک کوانتم و دنیای ذرات بدون گسترش (بدون بعد) فردی به نام ویگنر E. P. Wigner مفهوم تقارن را به عنوان یک کمیت فیزیکی مطرح ساخت. این فیزیک دان با شرح و بسط یک تئوری قدیمی ریاضی که ظاهرا هیچ ارتباط جدیدی با فیزیک ندارد راهگشای سال های آینده ی فیزیک ذرات بنیادی شد. وی در کتاب

 

Group Theory, E. P. Wigner, 1959 (Academic Press)

 

از ریاضیات گروه و تقارن برای رسیدن به این هدف استفاده کرد. با گذر از این نکته می توان گفت تقارن یک کمیت فیزیکی مانند هر کمیت فیزیکی دیگر است که قابل اندازه گیری و آزمایش است و نتیجه ی ان نیز یک عدد حقیقی (در حالت کلی تر مختلط) است. حتی فراتر این که چنین تقارن هایی می توانند با زمان تغییر کنند یا حتی پایستگی داشته باشند. اما تقارن هایی که در فیزیک وجود دارند از چه دست تقارن هایی هستند.

 

همان طور که پیشتر ذکر شد تقارن های هندسی آشنا ترین تقارن ها هستند. در این این گونه تقارن های شئ مورد نظر یک فرم هندسی (یک مجموعه نقطه) است و تبدیل نیز یک تبدیل هندسی (تبدیل نقاط در یک فضای مختصات) است. مثلا یک خط مستقیم دارای تقارن جابه جایی است که تبدیل تقارن در آن جابه جایی به اندازه ی محدود است. در چنین حالتی می گوییم شئ مورد نظر یعنی خط مستقیم نسبت به تبدیل یعنی جابه جایی همگن است، یا در واقع فرقی نمی کند خط را کجا قرار داده باشیم. خط مستقیم نسبت به معکوس کردن مختصات نیر متقارن است. یعنی اگر تمام نقاط نسبت به یک نقطه روی خط به نقطه ی مقابل بروند خط به خورد تبدیل می شود.

 

اگر به جای خط مستقیم یک شکل متناوب مانند خطوط راه آهن را در نظر بگیریم تبدیل هایی که شکل را به خودش می نگارند محدودتر می شود. دقیق تر این که فقط به ازای بعضی جابه جایی ها با اندازه ی مشخص شکل به خودش تبدیل می شود ولی شکل هنوز متقارن است و تقارن متناوب دارد.

 

با یک بررسی مختصر و استقرایی به سرعت می توان دریافت که تقارن های هندسی اشکال به ترکیبی از دوران، انتقال (جابه جایی)، معکوس کردن ایجاد می شوند. در همه ی این تبدیلات اندازه ی اشکال ثابت می ماند. ولی اشکال دیگری نیز قابل تصورند که در تبدیل های مقیاس شدنی نیز متقارن می مانند. چنین اشکالی را با نام فراکتال می شناسیم. [تقارن طرح پیش بهانه ای بود برای آماده کردن این متن] به عبارتی اگر تبدیل مورد نظر اندازه ها را در ثابت مشخصی ضرب کند آن گاه اگر شکل نسبت به این تبدیل متقارن باشد ناچار در مقیاس های معینی شکل عینا تکرار می شود. یکی از بهترین نمونه های تابع نمایی است. y = exp( x ) به سادگی مشخص که اگر بنویسیم

y + exp( c ) = exp( x + c ) در این صورت تبدیل

 y2 = y + exp( c )

x2 = x + c

 

تابع را به خودش تبدیل می کند. یعنی اگر روی محور x به جلو رویم و همزمان محور y را فشرده کنیم همان شکل را خواهیم دید. بنابراین شکل از یک بعد خود دارای تقارن فراکتال است.

 

نمونه های پیچیده تر و البته معروف تر مثلث سرپینسکی، مجموعه ی مندل برت، ... هستند. تبدیل تقارن در مثلث سرپینسکی یک دوران 60 درجه به همراه یک مقیاس شدن به مرکزیت و میزانی مشخص است. ناگفته پیدا است که به خاطر وجود دوران 60 درجه در تبدیل تقارن چنین اشکالی باید شبیه دانه های برف باشند و البته همین گونه است.

 

به جز تقارن های هندسی تقارن های ملموس دیگری نیز وجود دارند، از جمله تقارن های زمانی. مثلا یک تابع که نسبت به زمان ثابت است دارای تقارن جابه جایی است و به عبارتی زمان برایش همگن می باشد. یا در تئوری سیستم ها اگر سیستمی نسبت به جابه جایی در طول زمان ثابت بماند time invariant (پاسخ آن نیز با جابه جایی زمانی جابه جا شود) متقارن است. به همین صورت توابع و سیگنال هایی که در طول زمان متناوب هستند دارای تقارن جابه جایی به مقدار مشخص طول تناوب می باشند. و یکی از جالب ترین تقارن های زمانی تقارن معکوس کردن زمان است. اگر رویدادی به گونه ای در طول زمان اتفاق افتد که با معکوس کردن جهت پیش روی زمان خودش نتیجه شود آن رویداد نسبت به معکوس کردن زمان متقارن است. که البته بسیار نادر است.

 

از آن جالب تر و البته کمتر قابل تجربه و لمس تقارن های زمانی با مقیاس زمان است. به عبارتی صریح تر رویدادی که در طول زمان فراکتال باشد. حتی پیدا کردن مشابه آن در واقعیت نیز کار سختی است. شاید بتوان به تاریخ اشاره کرد. تاریخ تا حدی دارای این ویژگی است که اگر در مقیاس های مختلف نظاره شود گاهی شبیه خودش می نماید [دنبال نمونه ی صدق نمی گردم]. اما جدا از مورد تاریخ اگر خواسته باشیم تابعی فراکتال نسبت به زمان داشته باشیم به توابعی از دست نمایی ها و توانی های می رسیم. مثلا اگر تبدیل در تقارن فراکتال زمانی مورد نظر این باشد که زمان جابه جا شود و همچنین رویداد نیز مقیاس شود می رسیم به تابع نمایی. اما اگر تبدیل این باشد که هر دوی زمان و رویداد مقیاس شوند به  توابع     توان       y = x^n می رسیم. همچنین اگر تبدیل مورد نظر مقیاسی با مقدار مشخص باشد (نه هر مقیاس) در حالت کلی رویدادی داریم که در بازه ی زمانی مشخصی روی داده است و پیشروی زمان در بازه های زمانی مقیاس شده ی بعدی نیز روی می دهد.

 

تقارن هایی که در پدیده ها و رویدادهای فیزیک وجود دارند نیز از همین دست تقارن های مکانی (هندسی) و زمانی هستند. یعنی گاهی در یک پدیده یک متغیر فیزیکی نسبت به تقارن های هندسی متقارن است یعنی با تبدیل های هندسی به خودش تبدیل می شود، به ویژه که معمولا این کمیت فیزیکی متقارن انرژی است. گاهی نسبت به زمان و گاهی تقارن های دیگری که نمونه های عینی آن در ذرات بنیادی وجود دارد. این آخرین تقارن به نام تقارن جایگشت permutation یا تبادل exchange شناخته می شود و به این معنی است که اگر در یک پدیده جای چند ذره را با هم تعویض کنیم همان پدیده را خواهیم داشت. تبدیل در این تقارن همان عمل جایگشت یا تعویض است. به طور مثال در مکانیک کلاسیک اگر دو جسم صلب یکسان با هم در کنش باشند پدیده ای خواهیم داشت که با عوض کردن دو جسم با همدیگر تفاوتی نخواهد کرد. گرچه در واقع یکسان بودن دو چیز عملی نیست ولی در مکانیک ذرات بنیادی با ذراتی رو به رو می شویم که به معنی واقعی یکسان هستند. جدای این مطلب تقارن جایگشت با نگاه دیگری نیز قابل طرح است. در توصیف ذرات بنیادی گروه هایی از آن ها می توان یافت که با جایگشت های خاصی از آن ها در آن گروه تمام پدیده های فیزیک بدون تغییر (متقارن) می مانند

داستان زمان کاملاً متفاوت است، چراکه از همان آغاز تاکنون، زمان در معادلات فیزیکدان ها همچنان یک بعدی باقی مانده است. در واقع در تمامی طول تاریخ علم، تصور فيزيكدان ها آن بوده که تمامی مسائل شان با همين زمان یک بعدی قابل حل است.

ايا ممكن است زمان همانند مكان چند بعدي باشد؟؟
ساليان سال تصور فيزيكدان ها آن بود که فضا سه بعدی است، اما از ابتدای قرن بیستم این تصور شروع به تغيير کرد. در ابتدا این نظریه مطرح شد که شايد فضا چهاربعدی باشد، ولی با گذشت زمان تعداد ابعاد فضا باز هم بیشتر شد تا اینکه امروزه بهترین نظریه های مطرح در فیزیک، فضا را ده بعدی می دانند. در این تصویر، جهان ما با سه بعد فضایی، تنها یک جهان از میان جهان های بی شمار شناور در پهنه کائنات است.
اما داستان زمان کاملاً متفاوت است، چراکه از همان آغاز تاکنون، زمان در معادلات فیزیکدان ها همچنان یک بعدی باقی مانده است. در واقع در تمامی طول تاریخ علم، تصور فیزیکدان ها آن بوده که تمامی مسائل شان با همین زمان یک بعدی قابل حل است.
اما احتمالاً همگی آنها در اشتباه بوده اند، چراکه تنها ظرف یک دهه اخیر، همه چیز تغییر کرده است. اکنون پس از قرن ها بالاخره سروکله یک فیزیکدان پرشهامت پیدا شد که معتقد است با افزودن یک بعد زمانی جدید به معادله های توصیف کننده کائنات می توان بسیاری از مسائل لاینحل موجود در فیزیک امروز را حل کرد. اين فيزيكدان جسور کسی نيست جز کامران وفا فيزيكدان برجسته ايرانی دانشگاه هاروارد.
البته نظريه «وفا» نيز مانند تمامی نظريه های بزرگ ديگر با چالش هایی مواجه است که باید به آنها پاسخ داد، سوالاتی از قبیل اینکه چرا این بعد زمانی اضافی تاکنون از نگاه تيزبين دانشمندان پنهان مانده بود؟ آیا این بعد اضافی صرفاً یک سازوکار رياضی است یا واقعاً نشان دهنده یک بعد زمانی جديد در کائنات است؟
ارتباط این بعد زمانی جديد با ادراک متعارف ما نسبت به گذشته و آینده چگونه است؟ تعامل این بعد زمانی با مساله موجبیت در فيزيک به چه صورت است؟ و سوالاتی از این قبیل. «مایکل داف» نظریه پرداز دانشگاه تگزاس در این باره می گوید:وجود بيش از يک بعد زمانی در کائنات، مساله ای بسيار حيرت انگيز و گيج کننده است.

«ايده ي وجود ابعاد بالاتر جهان از تلاش  فيزيكدانان براي كشف نيروي واحد و بنيادين کائنات ريشه گرفته است. از دهه ۱۹۲۰ ميلادی فيزيکدان ها دريافته بودند که چنانچه فضا - زمان به جای چهاربعدی، پنج بعدی باشد، می توان نظريه ای واحد ارائه داد که نظریه ها الکترومغناطيس و گرانش را تواماً دربربگيرد. این کار تا حدی شبیه آن است که از تپه مجاور میدان جنگ بالا رفته و از ارتفاع (یعنی بعد سوم)، صحنه دوبعدی جنگ را نظاره کنيم.
تنها در این صورت است که به ارتباط پنهان موجود مابين بخش های مختلف عمليات پی برده و در خواهيم یافت که چگونه نيروهای به ظاهر مختلف درگير در صحنه جنگ، همگی به صورتی واحد و منسجم عمل می کنند.
طی سال های اخير، ابعاد باز هم بيشتری وارد صحنه اين نبرد شده اند. در سال ۱۹۸۴ انقلاب ابرريسمان ها به وقوع پيوست.
نظریه ریسمان ها تمامی جهان را متشکل از ریسمان های انرژی مرتعش یک بعدی می داند که در ۹ بعد مکانی و یک بعد زمانی درحال ارتعاش هستند. سپس در سال ۱۹۹۵، «ادوارد ويتن» از موسسه مطالعات پیشرفته پرينستون امريکا و پائول تاونسند از دانشگاه کمبریج، بعد فضایی دیگری را نیز به نظریه ریسمان ها اضافه کرده و نظریه دیگری به نام نظريه M را ارائه کردند. این نظريه در واقع تعميمی از نسخه های متفاوت نظریه ریسمان بود.
اما به رغم موفقیت های ارزنده نظريه M، این نظریه نیز نتوانست تفاوت های موجود میان نسخه های مختلف نظريه های ریسمان را حذف کند و دقيقاً در همين جا بود که سر و کله «کامران وفا» و نظريه اش یعنی نظریه F پیدا شد، نظریه ای که با افزودن یک بعد جديد به نظریه M، تصویری ۱۲ بعدی را ازکائنات ارائه می دهد. نظريه پردازان مشتاقانه از نظريهF  استقبال کردند، چراکه اين نظريه با بعد اضافی خود، مسائل باقی مانده در نظریه M را به خوبی حل می کند. اما از آنجایی که بعد اضافی مطرح شده در نظریه F، نه یک بعد مکانی بلکه یک بعد زمانی است، بنابراین نظریه مزبور، پیامدها و چالش های فلسفی عمیقی را نیز با خود به میدان آورده است.
داف در مورد دوازدهمین بعد زمان گونه نظریه F می گوید؛ «اغلب نظریه پردازان از ایده وجود بیش از یک بعد زمانی در هستی چندان استقبال نمی کنند چراکه از درون چنین ایده ای، مسائل عجیب و غریب بسیاری سر در خواهند آورد.» علت این امر نیز کاملاً واضح است. اگر زمان همانند یک خط راست یک بعدی باشد، در این صورت هر لحظه زمانی روی این خط، یا قبل از یک لحظه مفروض دیگر قرار می گیرد یا بعد از آن. بدین ترتیب، آینده و گذشته به خوبی قابل تعریف خواهند بود و هر مجموعه ای از رویدادها الزاماً توالی مشخصی خواهند داشت.
اما با افزودن یک بعد زمانی دیگر، خط زمان تبدیل به صفحه زمان خواهد شد. اما در چنین جهانی چگونه می توان آینده و گذشته را مشخص کرد؟ چگونه می توان ارتباط مابین رویدادهای هستی را مشخص کرد، در حالی که نحوه ارتباط میان علت و معلول اساساً برای ما ناشناخته خواهد بود؟
اما همان طور که «داف» هم می گوید، مسائل فیزیکی موجود در جهانی با بیش از یک بعد زمانی، حتی از این هم پیچیده تر خواهند بود چراکه ابعاد زمانی، تفاوتی اساسی نسبت به ابعاد مکانی دارند؛ بعد زمان همواره به جای علامت مثبت، با علامت منفی در معادلات ظاهر می شود و به همین دلیل هم با وارد کردن ابعاد زمانی جدید به معادله ها، سروکله انواع و اقسام پدیده های عجیب و غریب دیگر هم به طور خود به خودی در معادلات پیدا می شود، پدیده هایی نظیر امکان سفر با سرعتی فراتر از سرعت نور، فوتون هایی با جرم منفی، رویدادهایی که مجموع احتمال وقوع تمامی حالت های ممکن آنها به یک نمی رسد و...  

● ابزارهای پیش پاافتاده
داف اذعان دارد ممکن است ریاضیاتی که ما اکنون برای توصیف جهان به کار می بریم، برای چنین کاری بیش از حد پیش پاافتاده باشد. بنابراین شاید روش ها و رهیافت های موجود برای تبیین رفتار جهانی با ابعاد زمانی چندگانه نیز بیش از حد ساده انگارانه باشد اما به هر حال چون فعلاً ابزار دیگری جز همین ابزار موجود در اختیار نداریم، پس شاید ناگزیر باشیم بعد زمانی جدید مطرح شده در نظریه «وفا» را صرفاً به عنوان یک سازوکار ریاضی صرف و نه نماینده یک هویت واقعی در نظر بگیریم. بدین ترتیب می توان بدون درگیر شدن با پیامدهای فلسفی این نظریه، از مزایای ریاضی آن بهره مند شد.
در واقع بعد زمانی جدید مطرح شده توسط «وفا» ویژگی های آنچنان اسرارآمیزی به جهان می دهد که فیزیکدان ها را از واقعی پنداشتن آن نگران می کند. به عنوان مثال، در حالی که در نظریه یازده بعدی M، اصل نسبیت اینشتین همچنان پابرجاست، در نظریه دوازده بعدی «وفا» این اصل اعتبار خود ر ا از دست می دهد (براساس اصل نسبیت، قوانین فیزیک برای تمامی ناظران یکسان است). همین امر یکی از عواملی است که فیزیکدان ها را در پذیرش بعد زمانی جدید دچار تردید می کند.
«فرانک ویلچک»از موسسه مطالعات پیشرفته پرینستون می گوید؛ «این بعد جدید را نمی توان همانند یک بعد زمانی معمولی در نظر گرفت.» «داف» نیز با این مساله موافق است. او نیز در این باره می گوید؛ «اگرچه این بعد شباهت هایی با بعد زمان دارد اما نمی توان آن را به عنوان یک بعد زمانی اضافی واقعی پذیرفت».
اما خود «کامران وفا» به گونه ای دیگر می اندیشد. هرچند او نیز قبول دارد که بعد زمانی اضافی از بسیاری جهات به یک ابزار ریاضی انتزاعی شبیه تر است تا به یک هویت فیزیکی واقعی، ولی در عین حال معتقد است که چنین برداشتی در آینده نزدیک تغییر خواهد کرد.
«وفا» در این باره می گوید؛ «در حال حاضر شاید به نظریه F صرفاً به عنوان یک سازوکار ریاضی مناسب تر برای تبیین رفتار کائنات نگاه شود، اما فراموش نکنیم که در تاریخ فیزیک، همواره پشت سر سازوکارهای ریاضی جدید، پدیده های فیزیکی جدیدی نیز کشف شده اند.» «وفا» در این مورد به عنوان مثال به کوارک ها اشاره می کند. تا همین چند دهه قبل به کوارک ها صرفاً به عنوان یک سازوکار ریاضی برای تبیین رفتار ذراتی نظیر پروتون ها نگاه می شد اما امروزه اغلب فیزیکدان ها معتقدند که کوارک ها واقعاً در جهان وجود دارند. ممکن است مشابه چنین سرنوشتی در انتظار بعد زمانی جدید و اسرارآمیز نظریه F نیز باشد.
اما اگر این بعد زمانی اضافی واقعاً وجود داشته باشد پس چرا تاکنون متوجه حضور آن نشده ایم؟ یک احتمال آن است که این بعد زمانی نیز همانند هفت بعد مکانی ناپیدای دیگر، آنچنان در خود پیچیده باشند که به چشم ما نمی آیند. اگر چنین باشد، تنها راه برای بازکردن این بعد زمانی درهم پیچیده، متمرکز کردن مقدار عظیمی از انرژی در حجمی بسیار کوچک خواهد بود، کاری که در صورت موفقیت آمیز بودن، نتایج شگرفی در پی خواهد داشت.
«وفا» در این باره می گوید؛ «اگر بتوان این بعد زمانی اضافی را از هم باز کرد، در آن صورت اشیا دیگر آن گونه که اکنون تصور می کنیم در زمان حرکت نخواهند کرد.» برای فهم بهتر این مساله به این نکته توجه داشته باشید که در بعد مکان می توان تواماً به جلو و عقب، بالا و پایین و چپ و راست حرکت کرد و این در حالی است که در حالت معمول در بعد زمان تنها می توان به سوی آینده حرکت کرد.
اما همان طور که «ویلچک» هم می گوید، چنانچه بیش از یک بعد زمانی وجود داشته باشد در آن صورت حتی می توان در درون یک لحظه نیز به مسافرتی ابدی پرداخت، سفری در امتداد عمود بر جهت سیر زمان. بدین ترتیب اگر چنانچه از وقوع رویدادی ناگوار در آینده باخبر شدیم می توان با حرکت در درون یک لحظه (به جای حرکت در امتداد لحظه ها و در جهت سیر زمان)، از مواجه شدن با واقعه مزبور اجتناب کرد.
البته باید گفت که تمرکز انرژی آنچنان عظیمی که بتواند بعد زمانی اضافی و درهم پیچیده نظریه F را از هم باز کند، کاری فوق العاده دشوار خواهد بود. به همین دلیل هم برخی فیزیکدان ها معتقدند تنها نقاطی در جهان ما که امکان ظهور آثار این بعد اضافی در آنجاها وجود دارد، قلب سیاهچاله ها هستند. در ضمن، بسیاری از کیهان شناسان بر این باورند که گذشته از جهان ما، جهان های بی شمار دیگری نیز در پهنه کائنات وجود دارند و هریک از این جهان ها ممکن است تعداد ابعاد مکانی و زمانی کاملاً متفاوتی نسبت به جهان ما داشته باشند.
اما واقعاً زندگی در جهانی با ابعاد زمانی چندگانه چگونه خواهد بود؟ «ویلچک» می گوید؛ «پاسخ این سوال، بسیار حیرت انگیز است» و ادامه می دهد؛«آیا وجود چنین جهانی غیرممکن است؟ نه، فکر نمی کنم چراکه می توان معادلات توصیف کننده چنین جهانی را نوشت. اما آیا پاسخ این معادلات، جهانی شبیه به جهان ما خواهد بود؟ من که بعید می دانم! »

در فصل پائيز اگر رو به جنوب باستيد صورت فلكي فرس اعظم يا اسب پرنده تقريبا بالاي سرتان قرار ميگيرد.چهار ستاره درخشان اين صورت فلكي مربع فرس اعظم را تشكيل مي دهند.

در شمال شرقي صورت فلكي فرس اعظم و نزديك به آن (بالا و در سمت چپ) إمره المسلسله يا دوشيزه ي به زنجير كشيده شده قرار گرفته است. إمره المسلسله صورت فلكي جالبي است زيرا مي توان بدون تلسكوپ لكه نوراني كوچك و مه مانندي را درون آن مشاهده كرد.

اگر با تلسكوپ اين مجموعه رو رصد كنيم در آن مجموعه ي عظيمي از ستاره را خواهيم ديد كه كهكشان إمره المسلسله ناميده مي شود.

اگر رو به جنوب بايستيد در قسمت زيرين جنوب شرقي صورت فلكي فرس اعظم صورت فلكي قيطس يا نهنگ را ميبينيد كه ستاره اي تقريبا كم نور دارد كه از ستارگان متغير است.ستاره ي متغير ستاره ايست كه نورش كم و زياد مي شود.هنگامي كه اخترشناسان نخستين بار اين ستاره را رصد كردند تغيير نور آن به حدي براي آنان غير عادي بود كه آن را شگفت اختر ناميدند. 

اگر نظريه تورمي كيهان شناسي درست باشد ، اين معنا را مي دهد كه كيهان بسيار بزرگتر از آنچه است كه تصور مي شود و احتمالا به همان اندازه هم پيرتر از سن كنوني است كه براي آن در نظر مي گيريم ، و تنها يك مهبانگ را به خود نديده است بلكه تا به حال شاهد بينهايت از مهبانگ ها بوده است .
نظريه تورمي به منظور توجيه خصوصيات قابل مشاهده كيهان مطرح شد و تا به حال نيز بسيار موفق بوده است . براي مثال مي توان بررسي ماهيت امواج پس زمينه كيهاني نام برد كه كيهانشناسان آن را به عنوان پس فروزشي ( تابشي ) به علت گرماي كيهان در زمان بيگ بنگ تفسير مي كنند .
منجمان با توجه به اندازه گيري هاي بسيار دقيقي كه از اين پرتو ها داشتند ، دريافتند كه اين پرتوها با شدتي يكسان وبا دقتي باور نكردني و در حدود 0.001 درصد ، از تمامي جهات به زمين مي رسند .با رد يابي گذشته ي پرتو ها و بازگشت در زمان ، كيهان شناسان به اين نتيجه مي رسند كه دما و چگالي ماده در كيهان نيز مي بايست با دقتي در همين حدود ، در زمان گسيل اين پرتوها ( در حدود 300.000 سال بعد از بيگ بنگ ) يكنواخت و همگن باشد .

بدون نظريه تورمي ، اين يكنواختي وهمگني تا به اين اندازه زياد كه بايد در نظر بگيريم ، قابل توجيه نيست .محاسبات نشان مي دهد كه بدون تورم كيهان زمان كافي را براي اينكه چنين همگني و يكنواختي در آن رخ دهد ندارد .بنا براين چيزي را كه به اجبار بايد در نظر بگيريم اين است كه كيهان بدون هيچ توضيحي از ابتدي آغازش يكنواخت و همگن بوده است .

دركل حالت كلاسيك نظريه مهبانگ بر خلاف نامش ، واقعا يك نظريه براي توضيح مهبانگ نيست بلكه بيشتر به پيامد ها و اثرات مهبانگ مي پردازد .اين نظريه بيان مي كند كه چگونه جهان نو بنياد ، داغ و چگال اوليه گسترش پيدا مي كند و از گرماي خود مي كاهد و يا چگونه عناصر سبك اوليه درطول انبساط كيهان با يكديگر تركيب مي شوند و يا چه طور ماده به وجود مي آيد تا كهكشان ها وستارگان را بنا نهد ، اما اين نظريه چيزي براي گفتن در مورد اينكه هسته ي اوليه مهبانگ چه بود و اينكه چه چيزي باعث شد كه مهبانگ رخ دهد ، ندارد . به علاوه محاسباتي نيز در مورد همگني كيهان ارائه نمي دهد .

اما در مقابل ، نظريه تورمي توان توجيه لحظه مهبانگ (BANG OF THE BIG BANG ) را دارد . اين نظريه بر پايه يك فرضيه بر گرفته شده از فيزيك نوين ذرات بنا شده است كه بيان مي كند كه ذرات در چگالي بالا مي توانند به طور شگفت انگيزي گرانش را از سر خود باز كنند ، به اين معنا كه باعث شوند كه گرانش بر خلاف خاصيت جاذبه ي خود حالت دافعه داشته باشد . (خطوط ژئودزيك به جاي همگرايي در يك نقطه ، پس از همگرايي در يك محدوده ، واگرا مي شوند )
به دلايلي كه خارج از موضوع اين مقاله است به اين حالت از ماده خلا كاذب گفته مي شود .نظريه تورمي بيان مي كند كه انبساط جهان كه امروزه شاهد آن هستيم نتيجه ي دافعه گرانشي اين خلا كاذب است كه جهان را در لحظات بسيار كوچك آغازين در بر داشته است .
در نظريه تورمي ،همگني جهان در همان لحظات ابتدايي و قبل از تورم رخ مي دهد .در آن زمان محدوده جهان ( (كه شروع به همگن شدن همانند آنچه كه مشاهده شده است مي كند ) بسيار كوچك بوده است ( بيش از يك ميليارد كوچك تر از اندازه يك پروتون ) و براي حجمي تا اين حد كوچك زمان زيادي براي رخ دادن همگني وجود داشته است در مقايسه با فرآيند هايي كه اكنون مي شناسيم مانند هوايي كه در اتاق حركت مي كند و با انتشار خود حالت يكنواختي را در اتاق به وجود مي آورد . بعد از اين همگني ، تورم باعث انبساط جهان تا به اندازه اي شد، كه بتواند تمامي كهكشان ها و ستارگاني را كه اكنون آنها را مي بينيم در خود جا دهد .
نظريه تورمي تنها همگني را كه در امواج پس زمينه كيهاني مي بينيم توجيه نمي كند بلكه اين نظريه همچنين مي تواند خصوصيات آماري اختلاف بسيار كم در شدت امواج پس زمينه كه توسط ابزارهاي بسيار دقيقي كه حتي نوسانات كمتر از 0.001 را نيز ثبت مي كنند، را نيز توضيح دهد .

ماداميكه كه نظريه تورمي مي بايست برپايه پيشگويي هايش در مورد خصوصيات قابل مشاهده جهان محك خورده و مورد قضاوت قرار گيرد ،كنجكاوي باعث مي شود كه از خود بپرسيم اين نظريه چه چيزي را در مورد جهان بيان مي كند؟ پاسخ اين سوال نا مانوس به نظر مي رسد .
دافعه گرانشي خلا كاذب ( كه باعث تورم شده است ) به اندازه اي قدرتمند است كه انبساط سريع و باور نكردني را به وجود مي آورد و وسعت جهان در مدت زمان 37-^10 ثانيه به دو برابر افزايش مي يابد و در 37-^10 ثانيه بعد نيز وسعت جهان باز هم دوبرابر مي شود و جهان مادامي كه خلا كاذب باقي مانده است هر 37-^10 ثانيه به دوبرابر شدن خود ادامه مي دهد اما خلا كاذب ناپايداراست و در نهايت در برهه اي از بين رفته و انرژي خود را تبديل به ذرات مادي مي كند . از اين نقطه به بعد اين نظريه با مدل استاندارد بيگ بنگ آتشين (standard hot big bang picture ) هم راي است . انبساط چشمگير اين نظريه اشاره بر اين موضوع دارد كه وسعت جهان بيش از آن است كه تصور مي شود بنا براين قسمت هاي مشاهده شده جهان صرفا مانند لكه اي هستند در يك فضاي بزرگتر .

اما تمامي داستان بسيار پيچيده تر از اين است . خلا كاذب ناپايدار است و در بيشتر مدل هاي اين نظريه مانند مواد راديو اكتيو شروع به واپاشي مي كند همانند اورانيم .اين واپاشي توسط نيمه عمر توضيح داده مي شود به اين معنا كه نيمي از خلا كاذب بعداز سپري شدن اولين زمان نيمه عمر باقي مي مانند و يك چهارم مقدار اوليه بعد از سپري شدن دومين زمان نيمه عمر و به همين تزتيب تا به آخر اما بر خلاف مواد راديو اكتيو ، خلا كاذب همراه با واپاشي منبسط نيز مي شود و سرعت منبسط شدن بيشتر از واپاشي خلا كاذب است .به نظر مي آيد كه نيمه از مقدار اوليه خلا كاذب پس از سپري شدن يك نيمه عمر باقي بماند اما اين مقدار خلا كاذب حجمي بيشتر از مقدار اوليه خود دارد .خلا كاذب هيچگاه نا پديد نمي شود بلكه به جاي آن همواره حجم آن به صورت نامحدود افزايش مي يابد .قسمت هاي مختلف پهنه خلا كاذب به طور نامنظم واپاشي مي كنند و جهان هاي "" حبابي "" جديد را در فرآيندي همواره رو به رشد توليد مي كنند . جهان ما تنها يكي از جهان هاي برخاسته از گروهي بينهايت از اين حباب هاست .




نمواردي كه در بالا مشاهده مي كنيد مدل ساده شده اي است كه نشان مي دهد سير تكاملي حباب ها و خلا كاذب چگونه است . رديف بالا حجم خلا كاذب را به تصوير مي كشد و رديف دوم همان منطقه را بعد از سپري شدن يك نيمه عمر نشان مي دهد .در رسم تصاوير هر مرحله 4 برابر بزرگتر فرض شده كه در واقعيت مي تواند بيشتر از اين مقدار نيز باشد .رديف دوم ناحيه اي از خلا كاذب را نشان مي دهد كه واپاشي كرده است و تبديل به جهان هاي حبابي شده است و دو قسمت از خلا كاذب كه همچنان باقي مانده اند .هر كدام از دو قسمت خلا كاذب باقي مانده حجمي معادل خلا كاذب اوليه دارند . رديف سوم قسمتي را نشان مي دهد كه بعد از نيمه عمر دوم واپاشي كرده است و دو جهان حبابي ديگر كه از خلا كاذب رديف دوم شكل گرفته اند به همراه 4 منطقه خلا كاذب ديگر كه هر كدام حجمي برابر خلا كاذب نخستين دارند .اين چرخه همواره ادامه خواهد داشت .خلا هاي كاذب در هم مي شكنند پس به ندرت مشاهده گري بتواند چيزي بيش از احتمال قابل صرف نظري براي ديدن نشانه اي از وجود آنها داشته باشد .با اين حال ، درك چرخه ي بينهايت جهان ها به منظور محاسبه آماري از خصوصيات جهان خودمان ، كه به نوعي شاخه اي از اين فرآيند است ، لازم به نظر مي رسد .

در مطالعه نظرياتي مانند نظريه تورمي ، كيهان شناسان فرض مي كنند كه قوانين فيزيك در اين جهان هاي چندگانه يكسان است . كيهان شناسان درواقع هيچ راهي براي فهميدن اين كه آيا به راستي اين گونه است يا خير ندارند اما هدف آنها مطالعه نتايج قوانين فيزيك به همين نحوي است كه آنها را مي شناسيم و نه انديشيدن بيهوده در مورد قوانين جهان هاي ديگر . با اين حال ، اين احتمال وجود دارد كه جهان هاي ديگر متفاوت از جهاني كه خودمان در آن زندگي مي كنيم باشند .
در حالي كه فضاي تهي خالي از هر گونه ويژگي در نظر گرفته مي شد، در فيزيك نوين ذرات ، فضاي تهي ، كه خلا نيز ناميده مي شود ، مقوله اي بسيار پيچيده است . زوج هاي ماده _پاد ماده به طور پيوسته در آن ظاهر و ناپديد مي شوند و خود فضا نيز به قسمت هاي كمتر شناخته شده اي به نام "" حباب هاي ريز كوانتمي "" تقسيم مي شود كه اگر به اندازه ي كافي بزرگنمايي داشته باشيم (تا اندازه هاي ( 36-^10 ) ) قابل مشاهده هستند . به دليل اين پيچيدگي ، فيزيكدانان نمي دانند كه آيا فقط يك نوع از فضاهاي تهي ( خلا ) پايدار است يا اينكه چند نوع هستند . انواع ديگر فضهاي تهي نمي توانند 3 بعدي باشند ، و احتمالا آنها جرم ذرات مادي و نيروي هايي كه بر رفتار هاي آنها حكمراني مي كنند ، را دگر گون مي كنند .اگر انواع مختلفي اگر فضا ها وجود دارند ، چرخه ي بينهايت جهان ها ( جهان اي جبابي ) مي توان معياري براي تمامي احتمالات ممكن باشد .

هنگامي كه به زمان عقب درگذشته هاي دور برميگرديم, جهان كوچكتر , چگالتر و بسيار داغ تر مي شود.

با اين شرايط بينهايت ( حداكثر ميزان چگالتر شدن و داغ شدن و كوچك شدن ), ماده موجود در جهان دستخوش تغييرات و تحولات فازي يا مرحله اي مي شود , شبيه آب .

وحدت بزرگ به همه نيروهاي فيزيكي ( كه همانند هستند ), بلافاصله بعد از انفجار بزرگ نياز دارد.

اين يگانگي با شكوه و عظيم بصورت يك همسازي فشرده شود .هنگامي كه عالم بعد از انفجار بزرگ سرد شد , گرانش اولين نيرويي بود كه از انجماد خارج شد و همسازي را برهم زذ و سپس نيروي قوي و بعد از آن نيروي ضعيف .

در دماهاي بسيار پايين , ما ماهيت ذراتي را كه مي شناسيم تحصيل مي كنيم .

عيوب كيهان شناسي مي توانند شكل بگيرند در حاليكه جهان به داخل تغييرات فازي وارد مي شود .

اين عيوب پيكره بندي هايي از ماده هستند كه همسازي يا فاز ( خواص مرحله هاي شكلگيري قبلي ) را حفظ مي كنند و هنگاميكه همسازي محوري يا استوانه اي شكسته مي شود ريسمانهاي كيهاني شكل مي گيرند . اين ريسمانها تريليون ها بار كوچكتر از شعاع اتم هيدروژن هستند و ممكن است در عرض جهان امتداد بيابند .

ترقي و تكامل تدريجي نظريه ريسمان كيهاني شامل 3 پروسه اصلي است .

انبساط كيهاني سبب مي شود ريسمانها كشيده شوند. هنگاميكه دو انتهاي ريسمانها بايكديگر برخورد مي كنند , آنها مي توانند به اشتراك گذارده شوند و انتها ها را بايكديگر مبادله كنند .

اشتراك گذاري در طبيعت در كريستالهاي مايع نيوماتيك مشاهده شده است .

 

همچنين يك ريسمان مي تواند با خودش , براي توليد يك حلقه , اثر متقابل داشته باشد . ريسمانها و حلقه ها مي توانند بوسيله ارتعاش , تشعشع بكنند و متشعشع بشوند و از اين رو انرژي از دست مي دهند .

نتيجه اين پروسه ها براينكه : ريسمانها رقيق تر مي شوند هنگامي كه زمان و جهان منبسط مي شوند و گسترش مي يابند , دلالت دارد .

شبيه سازي ها ( سيمولينك ها ) براي مطالعه ريسمانهاي كيهاني و فرضيه تكامل آنها , ساخته مي شوند.اين شبيه سازي ها ايده اي با اين عنوان كه : چه تعداد ريسمان كيهاني رها مي شوند و سرعت و فاصله بين آنها چقدر است , را بدست مي دهند . اين مساله در رديابي بررسي آنها كمك خواهد كرد .

 

يكي از مباحث جالب و در عين حال جنجالي در سال هاي اخير شتاب جهان ميباشد. كه هنوز فيزيكدانان نتوانسته اند علت و نحوه ي آن را توضيح دهند، در حاليكه نظريه ي سي . پي . اچ . به خوبي ميتواند توضيح و علت ان را بيان كند.

قبل از هر چيز اجازه دهيد انبساط و شتاب جهان را توضيح دهم.هنگامي كه نيوتن قانون گرانش عمومي را كشف كرد، اين سوال پيش امد كه اگر همه ي اجسام يكديگر را جذب كنند پس چرا جهان در هم فرو نمي ريزد؟ به عبارت ديگر همه ي بايد يكديگر را جذبكرده و تمام جهان يكپارچه باشد ، در حاليكه چنين نيست. زيرا گرانش يك نيروي جاذبه است و هيچگاه به حالت دافعه ديده نميشود تا بتواند مانع فرو ريختن جهان شود . از ان زمان تا كنون نيرو هاي دافعه مورد بحث بوده و هست كه ان را به نام انگليسي repulsive force مينامنند. پاسخ نيوتن به اين سوال اين بود كه اگر جهان نا محدود باشد و از هر طرف امتداد داشته باشد ، انگاه جهان دارا ي مركز نيست كه در هم فرو بريزد اما اين پاسخ با يك اشكال اساسي مواجه شد. اگر جهان نا محدود باشد در اين صورت چون همه ياجسام به يكديگر نيرو وارد ميكنند ، بنا بر اين نيروي وارد به هر جسمي بايد بي نهايت باشد كه با مشاهدات سازگار نيست از آن زمان بحث در مورد اينكه جهان نا محدود است يا محدود همواره يكي از سوالات مورد توجه بوده و هست.

بعد از آنكه انيشتين نسبيت را مطرح كرد ، باز بحث محدود يا نا محدود بودن جهان بطور جدي مطرح شد. انيشتين تلاش كرد ساختمان جهان را از نقطه نظر نسبيت عام توضيح دهد.بر اين اساس ديدگاه جهان شناختي نسبيت عام را بر مبناي دو اصل زير مطرح كرد.

ماده داري چگالي متوسطي در فضاست كه در همه جا يكي است و صفر هم نيست .

اين دو فرضيه مطابق نسبيت عام ، تنها در صورتي كه با هم سازگار بودند كه جمله اي فرضي به معادلات ميدان افزوده مي شد، جمله اي كه خود نظريه آن را ايجاب نمي كرد و از ديدگاه نظري هم طبيعي نبود كه انرا جمله ي " كيهان شناختي معادلات ميدان " مي نامند.

انيشتين در آن زمان تصور مي كرد كه جمله ي دوم اجتناب نا پذير است، زيرا اگر از آن صرف نظر كند گرفتار نظريه پرداز هاي بي نتيجه اي خواهد شد.

در همان زمان فربدمان رياضيدان روسي موتوجه شد كه اگر از فرضيه دوم صرف نظر شود مي توان فرضيه ي اول را حفظ كرد بي آنكه در معادلات ميدان به جمله ي كيهان شناختي نيازي باشد . به اين معني كه معادلات اوليه ي ميدان داراي جوابي هستند كه در ان شعاع جهان به زمان بستگي دارد، يعني فضا در حال انبساط است.

انيشتين طي مقاله اي نظر فربدمان را به شدت رد كرد . اما يك هفته بعد متوجه اشتباه خود شد و نظر فربدمان را پذيرفت.

چند سال بعد ، هابل با پژوهش هاي كيهان شناسي نشان داد كه خطوط طيفي گسيل شده به سمت سرخ از خود نشان مي دهند، يعني اين كهكشان ها در حال دور شدن از يكديگر هستند. مانند بادكنكي كه روي ان نقاط رنگي وجود داشته باشد و ان را باد كنيد، اين نقاط در حال دور شدن از يكديگر خواهند بود،به اين ترتيب پذيرفته شد كه جهان در حال انبساط است.

پژوهش هاي انجام شده در سال هاس اخير نشان مي دهد كه جهان علاوه بر انكه در حال انبساط است داراي شتاب نيز ميباشد .

هنگاميكه بحث انبساط جهان مطرح شد ، براي توجيح ان بايد يك نظريه منطقي و جديد ارائه ميشود تا بتوان انبساط جهان را توجيه كند.

اين نظريه بايد توضيح ميداد كه انبساط جهان از كجا و چه زماني آغاز شده است؟

براي توجيهانبساط جهان نظريه ي بيگ بنگ مطرح شد كه طبق ان جهان ازانفجار يك توده ي فوق العاده متراكم و با حجم نا چيز آغاز شده است.

پس از انكه شتاب جهان مطرح شد ، بايد يك دليل منطقي براي توجيه  ان ارئه ميشد.همچنان كه ميدانيد طبق قوانين فيزيك شتاب ناشي از اعمال نيرو يا انتقال انرژي صورت ميگيرد . بنابراين بايد نيرويي به جهان اعمال شود يا انرژي وجود داشته باشد تا بتواند شتاب جهان را توجيه كند. بر اين اساس بحث انرژي تاريك يا dark energy مطرح شد كه هنوز منشا و علت آن نا شناخته است . البته در اين زمينه نظريه هاي گوناگوني مطرح شده است ، اما هيچكدام نتوانسته پاسخ قانع كننده به ان بدهد.

 

نظريه ي سي.پي.اچ.و انزژي تاريك

CPH theory and Dark Energy

 

طبق نظريه ي سي.پي.اچ. همه ي ذرات موجود در جهان از سي.پي.اچ. تشكيل شده اند و سي.پي.اچ. همواره با مقدار سرعت ثابت حركت مي كنند و هنگاميكه يكديگر را جذب مي كنند مقداري از اين سرعت ثابت به حركت دوراني تبديل مي شود كه ان را اسپين مينامند به طوريكه :

gardVc=0 and summation velocity and spin is constant

طبق نظريه يسي.پي.اچ. پس از بيگ بنگ سي.پي.اچ. ها به همه ي اطراف جهان پراكنده شدند كه با سرعت ثابت

Vc,Vc>c

به حركت خود ادامه مي دادند.به تدريج سي.پي.اچ.ها يكديگر را جذب كردند و به انرژي تبديل شدند و انرژي نيز به ماده و پادماده تبديل شد. و انرژي نيز به پادماده تبديل شد . به تدريج غبار هاي اسماني تشكيل گرديد ستارگان و كهكشان ها پديد امدند . از انجايي كه همه ي اجسام و ذرات موجود در جهان از سي.پي.اچ. تشكيل شده اند و اين سي.پي.اچ. ها در ساختمان ماده داراي حركت دوراني يا اسپين هستند ، لذا هر انفجاري كه در جهان صورت گيرد، مقداري از حركت دوراني يا اسپين سي.پي.اچ. ها به حركت انتقالي تبديل ميشود.

چون بيشتر ماده ي موجود در جهان در ستارگان در حال انفجار است، لذا بطور مداوم حركت دوراني سي.پي.اچ. ها به حركت انتقالي تبديل مي شود و اين امر موجب انبساط و در عين حال شتاب جهان مي شود.

 

منبع:هوپا

محققان دانشگاه ژنو در سوئيس موفق به کشف سيگنالي شدند که سرعت حرکت آن از سرعت نور بيشتر است.
در دنياي خارق العاده کوانتوم و مکانيک کوانتومي، پديده اي به نام درگيري ذرات با يکديگر وجود دارد به اين معني که اگر دو ذره که به شدت با هم در ارتباطند را از يکديگر جدا کرده و در فاصله طولاني از هم نگه داريم ،علي رغم فاصله اي که بين آنها وجود دارد، در صورت بروز تغيير در يکي از ذره ها ديگري نيز دچار تغيير خواهد شد.

اين پديده توسط دکتر دانيل سالارت و همکارانش در دانشگاه ژنو مورد بررسي قرار گرفت. وي دو فوتون نور مرتبط و درگير به هم را در آزمايشگاه به فاصله 18 کيلومتر از يکديگر دور کرد و با بررسي خصوصيات هر يک از آنها دريافت که با تغيير در هر کدام ديگري نيز متحول مي شود.

وي اين آزمايش را بر روي جفتهاي زيادي از فوتونها انجام داد که نتايج به دست آمده مشابه نتيجه اوليه بود.

با مشاهده اين نتايج محققان به اين نتيجه رسيدند که بين اين دو ذره سيگنالي در حال حرکت است که خصوصيات يکي را به ديگري منتقل مي کند.

بر اساس گزارش NewScientist، محققان بر اين باورند که اين سيگنال بايد سرعتي 10000 بار بيشتر از سرعت نور داشته باشد تا بتواند خصوصيت يک فوتون را به ديگري منتقل کند.

نظريه ديگري که اين تيم ارائه داد مبني بر اين است که سنجش خصوصيات يک فوتون به سرعت بر روي فوتونهاي ديگر نيز تاثير مي گذارد.

يك گروه تحقيقاتي از دانشگاه ايالتي پن از محاسبات گرانشي كوانتومي استفاده كردند تا سر نخهائي در مورد زمان قبل از مهبانگ را پيدا كنند.

بر اساس فرضيه نسبيت عام انيشتين ، انفجار بزرگ آغاز هستي را رقم زده است. انفجار بزرگ رويدادي بزرگ بود كه نه تنها ماده بلكه فضا- زمان را بوجود آورد. در حاليكه فرضيه هاي كلاسيك هيچگونه سر نخي در مورد هستي قبل از اين رخداد را ارائه نمي دهند ، يك گروه تحقيقاتي از دانشگاه ايالتي پن از محاسبات گرانشي كوانتومي استفاده كردند تا سر نخهائي در مورد زمان قبل از مهبانگ را پيدا كنند. آبهي اشتكار ، مدير موسسه فيزيك و هندسه گرانشي از همين دانشگاه مي گويد" مي توان ازنسبيت عام براي توضيح كيهان در زمانيكه ماده آنقدر چگال شد كه هيچ معادله اي نمي تواند آن را توضيح دهد استفاده كرد. ما براي نگاه به وراي اين زمان و نقطه نياز به معادلات و ابزار كوانتومي داشتيم كه در زمان انيشتين در دسترس نبود." وي با همكاري پژوهشگران ديگر مدلي را تهيه كردند كه با دنبال كردن ردپاي مهبانگ و عبور از ميان آن به كيهان در حال چروكيده شدني بر مي خورد كه فيزيكي مشابه كيهان ما داشت.


اين گروه در تحقيق خود نشان دادند كه قبل از مهبانگ يك كيهان در حال منقبض شدن وجود داشت كه هندسه فضا-زمان آن مشابه كيهان در حال انبساط ما بود.زمانيكه نيروهاي گرانشي كيهان قبلي را به داخل مي كشاند ، به نقطه اي رسيد كه خواص كوانتومي فضا-زمان باعث مي شوند گرانش حالتي دافعه داشته باشد نه جاذبه. اشتكار مي گويد" ما با استفاده از اصلاحات كوانتمي معادلات كيهانشناسي انيشتين نشان داديم كه بجاي يك انفجار بزرگ كلاسيك ، درحقيقت يك "واگشت كوانتومي" وجود داشته است. سناريوي واگشت كوانتمي بسيار واقع گرايانه بنظر مي رسد.


در حاليكه ايده كلي وجود يك كيهان ديگر قبل از مهبانگ قبلا پيشنهاد شده بود ، اين نخستين توضيح رياضي است كه بطور روشمندي وجود يک كيهان ماقبل مهبانگ را تثبيت مي كند.

نظريه سي. پي. اچ. از سه كلمه C , Creation به معني آفرينش (توليد) بوجود آوردن ، P, particles ذرات Higgs تشكيل شده است كه آن را CPH Theory مي ناميم.

اما هگز به چه معني است؟
بسياري از فيزيكدانان اعتقاد دارند بزرگترين چالش فيزيك در قرن بيست و يكم به تحقيقات روي ذرات هگز مربوط مي شود .

اما سئوال اين است كه اصولاً هگز چيست؟

كلمه هگز اولين بار در سال 1960 توسط پتر هگز وارد فيزيك شد.

ايده اساسي چنين است كه تمام ذراتي كه با يكديگر كنش و واكنش دارند، كنش آنها توسط يك ميدان اعمال مي شود كه توسط ذرات هگز بوزون حمل مي شوند.

توضيح در مورد هگز و اشكالات بيگ بنگ

لازم است كمي در مورد هگز و اشكالات بيگ بنگ توضيح دهم :

Higgs هگز

تئوري هگز در سال 1960 توسط پتر هگز براي توجيح و تشريح ميدانها و نحوه كنش انها مطرح شد. اما قبل از آن بايد كمي در مورد تاريخچه ذرات تبادلي توضيح بدهم .

پس از آنكه مشخص شد هسته اتم از تعدادي پروتون و نوترون تشكيا مي شود، اين شئوال پيش آمد كه چرا پروتونها كه داراي باز الكتريكي مثبت هستند، در هسته اتم يكديگر را نمي رانند و هسته متلاشي نمي شود؟

نخستين گام در اين زمينه توسط هايزنبرگ در سال 1932 برداشته شد. وي نظر داد كه پروتونها توسط نيروهاي تبادلي در كنار يكديگر مي مانند. طبق اين طرح پروتونها و نوترونها در داخل اتم پيوسته به يكديگر تبديل مي شوند، بطوريكه يك ذره مورد نظر ابتدا پروتون است، سپس به نوترون تبديل مي شود و دوباره به پروتون تبديل مي شود. براي تصور آن ذره سومي در نظر بگيريد كه دو ذره به تبادل آن مي پردازند. اين ذره به شيوه اي از سوي يك ذره به سوي ذره ي ديگر پرتاب مي شود كه دو ذره را به سوي يكديگر مي راند.

مي دانيم كه امواج الكترومغناطيسي كوانتيده اند و از كوانتوم هايي تشكيل مي شود كه آن را فوتون مي نامند .
در حدود سال 1930 اين نظريه مطرح شد كه نيروي الكترومغناطيسي از تبادل فوتون بين دو ذره باردار ناشي مي شود .
يعني دو ذره باردار با تبادل فوتون (فوتون مجازي) بر يكديگر كنش دارند كه آنها را ذرات تبادلي مي نامند . Exchange Force ذراتي كه نيروها را حمل مي كنند، بوزون ناميده مي شوند و داراي اسپيني برابر يك عدد صفر، يك، دو... مي باشند .

اين نظريه كه نيروهاي الكتريكي توسط فوتون هاي مجازي منتقل مي شود، انگيزه اي شد تا يوكاوا فيزيكدان ژاپني طرح ذرات تبادلي را در مورد نيروهاي هسته اي بكار برد. يوكاوا با توجه به برد كوتاه نيروهاي هسته اي پيش بيني كرد ذره تبادلي نيروهاي هسته اي داراي جرمي حدود سيصد برابر جرم حالت سكون الكترون است كه بعدها چنين ذره اي كشف گرديد و آن را مزون مي نامند .

هگز تمام ذرات تبادلي را در نظريه خود جمع بندي كرد. بر اساس نظريه هگز نيروها توسط ميدانها اعمال مي شوند كه توسط ذراتي كه آنها را هگز بوزون مي نامند حمل مي شوند. علاوه بر آن هگز تلاش كرد رابطه اي بين فرميونها و بوزنها پيدا كند .

مشكلات بيگ بنگ

نظريه بيگ بنگ هنگامي مطرح شد كه مشاهدات هابل از كهكشانها نشان داد كه كهكشانها در حال دور شدن از يكديگر هستند .

بر اين اساس جهان در حال انبساط است . نظريه بيگ بنگ مدعي است جهان بر اثر يك انفجار مهيب از يك توده بسيار داغ و فوق العاده متراكم بوجود آمده است و در حال انبساط است. در اين مورد كارهاي ژرژ گاموف فيزيكدان روسي قابل تقدير است كه توانسته مراحل مختلف انفجار و انبساط جهان را تشريح كند .

اما نظريه بيگ بنگ هيچ دليل و توجيهي در مورد علت انفجار ارائه نمي دهد. علاوه بر آن تمركز تمام ماده اي كه در جهان مشاهده مي كنيم در يك حجم بسيار كوچك آنچنان كه نظريه بيگ بنگ ادعا مي كند، قابل توجيه نيست.

در حاليكه بر اساسي نظريه سي. پي. اچ. جهان بر اثر انفجار يك سياه چاله مطلق (و فوق العاده چگال) كه در آنجا سي. پي. اچ. ها فقط داراي اسپين بوده اند، ايجاد شده است و علت انفجار نيز اسپين سي. پي. اچ. ها بوده است لازم به يادآوري است كه نظريه سي. پي. اچ. نخستين نظريه اي است كه علت بيگ بنگ را بيان مي كند.

منبع:هوپا

تئورى نسبيت‏خاص اينشتين با توضيح حركت‏سروكار دارد و اينكه اشياء هنگاميكه نسبت‏به يكديگر در حركت هستند چگونه به نظر مى‏رسند. استدلالات اينشتين بر دو فرض استوار بود: حركت مطلق قابل اندازه‏گيرى نيست و سرعت نور براى تمامى مشاهده‏كننده‏ها ثابت است. قسمتى از اين تئورى پيش‏بينى‏اى در خصوص زمان بر اساس اين دو فرض است.

اينشتين نشان داد كه زمان در نظر يك مشاهده‏گر در سيستم‏هايى كه نسبت‏به او داراى حركت نسبى هستند كندتر جريان مى‏يابد. هر چه سيستم فوق حركت نسبى سريعترى داشته باشد به نظر مى‏رسد كه زمان در آن كندتر جارى مى‏شود تا اين كه اگر سيستم مزبور با سرعت نور حركت كند زمان در آن سيستم كاملا مى‏ايستد. جريان زمان در يك سيستم متحرك در مقايسه با زمان فرد مشاهده‏گر و از نظرگاه وى بر اساس فاكتور رياضى زير كند مى‏شود:؟؟؟... كه در آن c سرعت نسبى سيستم و v سرعت معادل صفر باشد زمان دو سيستم با هم برابر است و اگر c برابر سرعت نور باشد سيستم متحركت فاقد زمان مى‏باشد. چنانچه در يك ايستگاه فضايى قرار داشته باشيم و كشتى فضايى‏اى را كه با سرعت از ما دور مى‏شود نگاه كنيم، ملاحظه خواهيم كرد كه ساعت او كندتر از ساعت ما حركت مى‏كند، و به طريق مشابه سرنشينان كشتى فضايى نيز در خواهند يافت كه ساعت ما كندتر از ساعت آنها كار مى‏كند. اين به آن جهت است كه زمان (مانند حركت و سرعت) وابسته به مشاهده‏گر و نسبى است و تنها چيزى كه تشخيص داده مى‏شود چيزى است كه مشاهده‏گر مى‏بيند نه چيزى كه در واقع و به طور مطلق موجود است.

بر اساس اين تئورى اگر اشياء نسبت‏به يك مشاهده‏گر با سرعت‏هاى بالا حركت كنند، به نظر مى‏رسد طول آن‏ها كوتاهتر شده و جرم آنها - يعنى مقاومت آنها در برابر تغيير سرعت - بيشتر مى‏شود. اينشتين پيش‏بينى كرد كه اگر يك شى‏ء به سرعت نور دست‏يابد، آنگاه طول آن از بين رفته و جرم آن بينهايت‏شود. از آنجا كه اين چنين پديده‏اى غير ممكن است پس سرعت نور غير قابل دسترسى است.

اينشتين در تئورى عام خود نشان داد كه شتاب جريان زمان را كند مى‏سازد و چون شتاب و ثقل معادل هستند، او ثابت كرد كه ساعتها در ميدان ثقلى قوى‏تر، كند تر كار مى‏كنند. اين بدان معنى است كه به عنوان مثال ساعتى كه در فضاى دور قرار دارد با نرخى متفاوت از ساعت روى زمين كار خواهد كرد، و يك ساعت زمينى از ساعتى كه روى توده جرمى بزرگترى مانند خورشيد قرار دارد، تند تر حركت‏خواهد كرد.

قدرت يك ميدان ثقلى به جرم و اندازه شى‏ء بوجود آورنده ميدان بستگى دارد. هر چه جرم اين شى‏ء بيشتر باشد ميدان ثقلى قويتر خواهد بود و ساعت روى چنين شيئى كندتر حركت‏خواهد كرد. همچنين براى مقدار جرم معلوم هر چه اندازه شى‏ء كوچكتر باشد فشردگى و چگالى جرم آن بيشتر خواهد بود و بنابراين ميدان ثقلى قوى تر مى‏شود. و از اينجا نتيجه مى‏شود كه هر چه به مركز شى‏ء نزديك تر مى‏شويم ميدان قوى تر مى‏شود. بر اين اساس نيروى ناشى از جاذبه زمين در دامنه يك كوه قوى تر از قله آن است و در نتيجه زمان در سطح دريا كندتر از ارتفاعات جريان مى‏يابد. اين مطلب به طريق تجربى و به كمك ساعت اتمى تاييد شده است

ماهواره ها:

ما از اواخر دهه 1950 ماهواره هاي بسياري به مدار زمين فرستاديم . بيشتر آنها با وجود آنكه از كار افتاده اند همچنان به دور زمين مي گردند . دست كم هشتاد ماهواره متلاشي شده به مرور زمان به تكه هايي كوچكتر تبديل مي شوند . هم اكنون بيش از چهل هزار خرده ريز فضايي ، كه دست كم به اندازه يك توپ گلفند ، به دور زمين مي چرخند.

خرده ريز ها:

ميليارد ها قطعات ريز تر ، مانند ذرات رنگ ، در فضا هست . برخي از اين خرده ريزها سرانجام به زمين مي نشينند ، ولي تعداد ذراتي كه به وجود مي آيند بيش از ذراتي است كه بر زمين مي نشينند و در نتيجه مقدار كل > آشغال هاي فضايي < پيوسته در حال افزايش است.

خرده ريز هاي فضايي را نبايد آشغال هاي بي اهميت  رها شده در فضا به حساب آورد. لازم است محل آنها ، به ويژه محل بسته هاي بزرگ آشغال ، مشخص شود زيرا اگر قرار باشد ماهواره هاي بيشتري به فضا بفرستيم نبايد آنها را در مداري قرار دهيم كه با تكه اي آشغال تصادف كنند و از كار بيافتند . به همين دليل امواج راديويي به فضا مي فرستيم تا آشغال ها را رديابي كنيم.

شهاب واره ها:

در فضا شهاب واره هايي هست كه به سرعت حركت مي كنند و بيشتر آنها به اندازه ي يك ماسه اند . سرعت اين شهاب واره ها چندين كيلومتر در ثانيه  است و حتي يك شهاب واره كوچك مي تواند لباس فضايي را سوراخ كند و فضانورد را بكشد .

خرده ريز هاي فضايي نيز به همين اندازه خطرناكند . در سال 1983 يك ذره رنگ به شاتل فضايي برخورد كرد و سپر باد سفينه  را چنان شكافت داد كه مجبور شدند پنجاه هزار دلار خرج كنند و سپر باد ديگري به جاي آن نصب نمايند . اگر جسمي كمي بزرگ تر از آن ذره رنگ با سپر برخورد نمود آن راد سوراخ مي كرد و سر نشينان سفينه را مي كشت . هر قدر در فضا خرده ريز بيشتري بريزيم خطر بيشتري را آفريده ايم.

باد هاي خورشيدي :                                                                                

خورشيد دائما > خرده ريز هايي < از خدو بيرون مي كند كه ذرات بار دار زير اتمي هستند و باد خورشيدي ناميده مي شوند. تابش اين ذرات خطرناك است ولي نه تنها تا آن حد كه خطري متوجه آن فضانوردان كند . اما هر چند گاهي انفجاراتي در خورشيد صورت مي گيرد كه به شراره هاي خورشيدي معروف اند در اين مواقع تعداد ذرات مزبور تا حد مرگ آوري افزايش مي يابند .

پرتو هاي كيهاني :

پرتو هاي كيهاني از ذرات باد خورشيدي پر نفوذ تر و مرگ آور ترند . معمولا مقدار آنها آنقدر زياد نيست كه خطرناك باشد . اختر شناسان تصور مي كنند كه بسياري از پرتو هاي كيهاني  از ابر نواختر ها يا ستارگاني ناشي مي شوند كه با شدت منفجر مي شوند. يك ابر نواختر همسايه ممكن است مدتي فضا را مرگ آور كند . انفجار ستارگان به همان صورتي نيست كه ابر نواختر ان غالبا منجر مي شوند ، و از ميان ستارگان نزديك نزديك به زمين فقط چند ستاره ممكن است خطرناك باشند .