زمان : 19 Dey 1390 - 13:28
شناسه : 43970
بازدید : 2731
گیتی گیتی

گیتی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
برای دیگر کاربردها، جهان (ابهام‌زدایی) را ببینید.
نوشتاری از مجموعه‌ی
کیهان‌شناسی فیزیکی
Ilc 9yr moll4096.png

گیتی و یا جهان هستی به طور عمومی به عنوان کلیت وجود تعریف می شود،[۱][۲][۳][۴] که شامل سیاره ها، ستاره ها، کهکشانها، محتویات فضای میان کهکشانی و کل ماده و انرژی می شود.[۵][۶] در زبان فارسی گاهی واژگان دنیا، جهان، کیهان و طبیعت نیز به همین معنی به کار رفته‌اند.

جهان قابل مشاهده شعاعی در حدود ۴۶ میلیارد سال نوری دارد،[۷] مشاهدات علمی جهان به نتیجه گیریهایی در مورد شرایط گذشته آن انجامیده است. این مشاهدات علمی پیشنهاد می‌دهند که قوانین فیزیکی یکسانی در بیشتر نقاط و تاریخ جهان بر آن حاکم بوده‌اند. نظریه مهبانگ مدل غالب در کیهان‌شناسی امروزی است و پیدایش نخستین جهان را توصیف می کند که بنا بر یافته های دانش کیهان شناسی فیزیکی در ۰٫۰۳۷ ± ۱۳٫۷۹۸ میلیارد سال قبل رخ داده است.[۸][۹] مشاهدات مربوط به یک ابرنواختر نشان داد که جهان در حال انبساطی با نرخ فزاینده (انبساط شتابدار) می‌باشد.[۱۰]

در مورد سرانجام جهان، نظریه‌های رقیب بسیاری وجود دارد. فیزیکدانان در مورد این که چه چیزی پیش از مهبانگ -اگر چیزی بوده باشد- وجود داشته است، به اطمینان نرسیده‌اند. بسیاری نیز در اینکه هرگز دسترسی به اطلاعاتی از وضعیت پیشین آن امکانپذیر باشد، تردید دارند و از گمانه‌زنی در مورد آن خودداری می‌کنند. فرضیه‌های چندجهانی مختلفی نیز موجودند که پیشنهاد می‌دهند جهان ما تنها یکی از جهان‌های بسیار دیگری است که به همین صورت وجود دارند. [۱۱][۱۲]

تاریخ

تاریخ مشاهدات

زمینه فراژرف هابل (ایکس‌دی‌اف)

اندازه ایکس‌دی‌افهابل در مقایسه با اندازه ماه – چندهزار کهکشان که هر یک چند میلیارد ستاره دارند٬ در این منظره کوچک قرار دارند.
نمای ایکس‌دی‌اف (۲۰۱۲) – هر لکه نور یک کهکشان است  – برخی از این کهکشانها ۱۳،۲ میلیارد سال سن دارند.[۱۳] – تعداد کهکشانها در جهان به ۲۰۰ میلیارد تخمین زده‌می‌شود.
تصویر ایکس‌دی‌اف کهکشانهای کاملاً بالغ٬ کهکشانهای نیمه بالغ و نیاکهکشان‌ها را در ۳ صفحه نشان می دهد.

در سراسر تاریخ ثبت شده٬ کیهان‌شناسی ها و کیهان‌زایی های گوناگونی برای توضیح مشاهدات جهان٬ معرفی شده‌اند. نخستین مدلهای زمین مرکزی توسط فیلسوفان یونان باستان بوجودآمد. با گذشت قرنها٬ انجام مشاهدات دقیق‌تر و نظریه‌های بهبودیافته گرانش به ترتیب به پیدایش نظریه خورشید مرکزی کوپرنیکی و مدل نیوتنی منظومه شمسی انجامیدند. با پیشرفتهای بیشتر در اخترشناسی٬ این آگاهی به‌دست‌آمد که منظومه شمسی درون کهکشانی به نام راه شیری قرارگرفته‌است که دربرگیرنده میلیاردها ستاره دیگر نیز می باشد و کهکشانهای دیگری در خارج از آن قرارگرفته‌اند. مطالعات دقیق پراکندگی کهکشانها وخطوط طیفی آنها بخش بزرگی از کیهان‌شناسی نوین را تشکیل می دهد. کشف انتقال به سرخ و تابش زمینه کیهانی بیانگر آن‌اند که جهان در حال انبساط است و آغازی داشته است.[۱۴]

تاریخ جهان

نوشتار اصلی: گاه‌شمار مهبانگ


بر طبق مدل علمی متداول برای توصیف جهان که مهبانگ نام دارد٬ جهان از یک وضعیت بسیار داغ و فشرده اولیه انبساط یافت که دوره پلانک نامیده می‌شود و در آن کل ماده و انرژی موجود در جهان قابل مشاهده به میزان تصورناپذیری متراکم بود. پس از دوره پلانک، در گذر زمان جهان پیوسته در حال انبساط بوده تا به شکل کنونی خود رسیده و احتمالاً در این میان دوره بسیار کوتاهی(کمتر از −۳۲۱۰ ثانیه) از تورم کیهانی را نیز پشت سر گذاشته‌است. آزمایشهای متعددی به طور جداگانه این انبساط نظری جهان و به طور کلی‌تر نظریه مهبانگ را تایید کرده‌اند. ۵٪ از کل ماده و انرژی جهان را ماده معمولی تشکیل می‌دهد که شامل اتمها، ستارگان و کهکشانها می‌شود. ۲۵٪ کل ماده و انرژی جهان از ماده تاریک تشکیل می شود که ذره‌ای فرضی است که هنوز آشکارسازی نشده‌است، [۱۵] و ۷۰٪ آن نیز از نوعی انرژی به نام انرژی تاریک تشکیل شده‌است که به نظر می‌رسد در همه‌جا حتی فضاهای کاملا خالی وجود دارد. مشاهده‌های جدید دلالت بر آن دارند که آهنگ این انبساط به دلیل وجود انرژی تاریک در حال افزایش است و انبساط جهان شتابدار است و همچنین بیشتر ماده موجود در جهان در شکلی از ماده به نام ماده تاریک است که با تجهیزات کنونی قابل آشکارسازی نیست. [۱۶] استفاده عمومی از واژگان ماده تاریک و انرژی تاریک که نام‌هایی موقتی برای دو موجودیت ناشناخته ای هستند که ۹۵٪ کل چگالی جرم-انرژی جهان را تشکیل می دهند، روایتگر عدم قطعیت و کاستی‌های مفهومی و مشاهده‌ای کنونی در مورد ماهیت و سرانجام جهان می باشد.[۱۷]

در ۲۱ مارس ۲۰۱۳، گروه پژوهشی اروپایی پروژه کاوشگر کیهانی پلانک نقشه تابش زمینه کیهانی سراسر آسمان را منتشر نمودند.[۱۸][۱۹][۲۰][۲۱][۲۲] بنا بر گواهی این نقشه، به نظر می‌رسد سن جهان کمی از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد بیشتر است. روی این نقشه٬ ردپای نوسان های خفیفی در دما در ژرفای آسمان ثبت شده‌اند که مربوط به زمانی هستند که جهان ۳۷۰۰۰۰ ساله بود. این ردپاها بازتابی از ارتعاشاتی هستند که در یک نانیلیونیم ثانیه پس از پیدایش جهان بوجود آمده‌اند. این ارتعاشات باعث بوجود آمدن وب کیهانی خوشه‌های کهکشانی و ماده تاریک شده‌است. مطابق نظر این گروه سن جهان ۰٫۰۳۷ ± ۱۳٫۷۹۸ میلیارد سال است[۹][۲۳] و شامل ۴٫۹٪ ماده معمولی، ۲۶٫۸٪ ماده تاریک و ۶۸٫۳٪ انرژی تاریک می باشد. همچنین، برای ثابت هابل مقداری برابر با ۰٫۷۷ ± ۶۷٫۸۰ کیلومتر بر ثانیه بر مگاپارسک اندازه گیری شد. .[۱۸][۱۹][۲۰][۲۲][۲۳]

تفسیری قدیمی‌تر از مشاهدات اخترشناسی، سن جهان را ۰٫۰۵۹ ± ۱۳٫۷۷۲ میلیارد سال [۲۴] و قطر جهان قابل مشاهده را نیز به حداقل ۹۳ میلیارد سال نوری[۲۵] برآورد کرده‌بود. طبق نسبیت عام، فضا ممکن است با سرعتی بیشتر از سرعت نور منبسط شود گرچه به دلیل محدودیت تحمیل شده توسط سرعت نور، ما تنها قادر به دیدن بخش کوچکی از جهان هستیم، از آنجا که نمی‌توانیم فضایی فراتر از فضای محدود تعیین‌شده توسط محدودیت سرعت نور(و یا هر تابش الکترومغناطیسی دیگر) را ببینیم، متناهی یا نا متناهی بودن جهان نیز قابل تعیین نیست.

واژه‌شناسی، مترادف‌ها و تعریف‌ها

نوشتار(های) وابسته: کیهان، طبیعت، جهان و کره‌های آسمانی

واژه گیتی معادل واژه universe در زبان انگلیسی می باشد. واژه universe برگرفته از واژه کهن فرانسوی Univers است که خود از واژه لاتین universum برآمده است. [۲۶] این واژه لاتین توسط سیسرون و بعد ها توسط نویسندگان لاتین پس از وی در معانی کم وبیش یکسانی با معنی امروزی آن در زبان به کار رفته‌است.[۲۷] واژه universum در واقع شکل ک.تاه شاعرانه واژه Unvorsum — که برای نخستین بار توسط لوکرتیوس در کتاب چهارم (خط ۲۶۲) از «دیره‌روم ناتورا» (در باره ماهیت چیزها) به‌کاررفت — است که از پیوند دادن un یا uni (شکل ترکیبی unus به معنی «یک») با vorsum یا versum (وجه وصفی مجهول کامل vertere، به معنی "آنچه چرخیده، غلتیده و یا تغییر یافته‌باشد.) ساخته می شود.[۲۷]

تصویرسازی هنری (بسیار اغراق‌آمیز از پاندول فوکو که نشان می دهد زمین ثابت نیست بلکه می چرخد

معنی دیگر unvorsum، «هرچیزی که به صورت یک کل چرخیده» یا «هرچیزی که توسط یک چیز چرخانده شده» می باشد. در این مفهوم، می‌توان آن را ترجمه‌ای از واژه یونانی کهن‌تر περιφορα(پریفورا) به معنی جهان دانست که در اصل به نوعی مراسم شام گفته‌می‌شد که در آن غذا در میان جمعی دایره‌وار از میهمان‌ها می‌گردد. [۲۸] این واژه یونانی به یک مدل باستانی کهن از جهان به نام کره‌های آسمانی اشاره دارد. ارسطو در رابطه با استعاره خورشید افلاطون پیشنهاد داد که چرخش کره ستارگان ثابت توسط محرک نخست آغاز شده و به نوبه خود باعث تغییرات بر روی زمین از طریق خورشید می‌شود. برای اثبات اینکه زمین روی محور خود می چرخد،اندازه‌گیریهای اخترشناسی و فیزیکی دقیقی (مانند پاندول فوکو) مورد نیاز می‌باشد.

یکی از واژگان رایج برای جهان در میان یونانیان باستان واژه το παν(تلفظ: توپان، همه، پان (اسطوره‌شناسی)) بود. واژگان مرتبط با آن، ماده(το ολον (تو اولون)) و مکان (το κενον (تو کِنون)) هستند.[۲۹][۳۰] دیگر واژگان مترادف برای جهان در میان فیلسوفان یونان باستان شامل κοσμος (کیهان) و φυσις (به معنی طبیعت، که کلمه فیزیک نیز از آن گرفته شده‌است) می‌باشند. همان مترادف ها را می‌توان در میان آثار نویسندگان لاتین یافت (totum ، mundus ، natura)، [۳۱] و به زبان‌های امروزی نیز راه‌یافته‌اند، به عنوان مثال می‌توان به استفاده از واژگان Das All ،Weltal و Natur که در آلمانی به معنی جهان استفاده می‌شوند، اشاره کرد. مترادفهای مشابهی نیز در زبان انگلیسی وجود دارند، مانند همه‌چیز (به انگلیسی: everything) (مانند نظریه همه‌چیز (به انگلیسی: theory of everything))، کیهان(به انگلیسی: cosmos) (مانند در کیهان‌شناسی (به انگلیسی: cosmology))، دنیا(به انگلیسی: world) (مثلاً در تفسیرهای دنیاهای چندگانه (به انگلیسی: many-worlds interpretation)) و طبیعت (مانند قوانین طبیعی یا فلسفه طبیعی).[۳۲]

گسترده‌ترین تعریف: واقعیت و احتمال

گسترده ترین تعریف برای گیتی را می توان در کتاب «naturae divisione de» یافت که توسط جوهانس اسکوتوس اریجینا، فیلسوف قرون وسطی، نوشته شده است. وی در این کتاب گیتی را به این صورت تعریف می کند: به زبان ساده، همه چیز. هرآنچه بوجودآمده و هرآنچه بوجود نیامده است.

تعریف به عنوان واقعیت

نوشتار(های) وابسته: واقعیت و فیزیک

به طور معمول، جهان به عنوان هر آنچه که وجود دارد(وجود داشته یا وجود خواهد داشت) تعریف می شود. با توجه به این تعریف و درک حال حاضر ما، جهان متشکل از سه عنصر اساسی است : فضازمان، صورتهای مختلف انرژی شامل تکانه و ماده و قوانین فیزیکی است که آنها را با هم مرتبط می سازند .

تعریف به عنوان فضا-زمان پیوسته

می توان فضازمان های منفصلی را تصور نمود که همگی وجود دارند اما توانایی برهمکنش با یکدیگر را ندارند. این ایده را می توان به حبابهای کف صابون مختلفی تشبیه نمود که در آن ناظرینی که روی یک حباب زندگی می کنند قادر به برهمکنش با ناظرین ساکن در حبابهای دیگر نخواهند بود. بنابر ادبیات رایج از هریک از این حبابها به عنوان یک جهان یاد می شود و فضا-زمان خاص ما همان جهان ماست که در ان زندگی می‌کنیم؛ درست همانگونه که که قمر سیاره خود را ماه می نامیم. مجموعه این فضازمان های گسسته، چندجهانی نام دارد. [۳۳] از لحاظ نظری این جهانهای گسسته از هم ممکن است از لحاظ بعد ها، صورتهای ماده و انرژی، قوانین و ثابتهای فیزیکی و توپولوژی فضا-زمان باهم تفاوت داشته باشند، اگرچه که این احتمالات همگی در حد گمانه زنی هستند.

تعریف به عنوان واقعیت قابل مشاهده

نوشتار(های) وابسته: جهان قابل مشاهده و کیهان‌شناسی مشاهده‌ای

بنا بر تعریفی حتی محدودتر از تعاریف قبلی جهان عبارت است از هرآنچه در فضازمان پیوسته ما قرار دارد و امکان برهمکنش با ما و بالعکس را داراست. طبق نظریه نسبیت عام، به دلیل محدودیت سرعت نور و انبساط فضا، برخی از نواحی فضا ممکن است هرگز امکان برهمکنش با یکدیگر را نداشته باشند. مثلا امواج رادیویی که از زمین فرستاده می شوند ممکن است هرگز به برخی از نواحی فضا نرسد. حتی اگر جهان همیشه پابرجا باشد ممکن است فضا با سرعتی بیشتر از سرعت نور (و در نتیجه سرعت امواج رادیویی) منبسط شود و امواج رادیویی هرگز به این نواحی دور نرسد.

نواحی بسیار دور فضا وجود دارند و همانند ما بخشی از واقعیت هستند، اما ما هرگز قادر به برهمکنش با این نواحی نیستیم. محدوده فضایی که ما در آن امکان تاثیرگذاری و تاثیرپذیری داریم جهان قابل مشاهده نام دارد. به بیان دقیقتر محدوده جهان قابل مشاهده به مکان ناظر بستگی دارد. یک ناظر متحرک می تواند نسبت به ناظر ساکن با جا به جا شدن با ناحیه بزرگتری از فضا در تماس باشد؛ هر چند که حتی سریعترین ناظر نیز قادر به برهمکنش با کل فضا نخواهد بود. به طور معمول در تعریف جهان قابل مشاهده نقطه مبدا مکان ما در کهکشان راه شیری در نظر گرفته می شود.

ابعاد، سن، محتویات، ساختار و قوانین

نوشتارهای اصلی: جهان قابل مشاهده، سن جهان، و فراوانی عنصرهای شیمیایی


اندازه واقعی جهان هنوز ناشناخته ‌است و حتی ممکن است بی‌نهایت باشد. جهان قابل رویت از زمین (جهان قابل مشاهده)، کره‌ای به شعاع تقریبی ۴۶ میلیارد سال نوری است. [۳۴] این بدین معنی‌است که انبساط فضا دورترین شیء مشاهده‌شده را به این اندازه دور کرده‌است. برای درک بزرگی این عدد در نظر بگیرید که قطر یک کهکشان در حدود ۳۰۰۰۰ سال نوری و فاصله دو کهکشان همسایه به طور معمول در حدود ۳ میلیون سال نوری است.[۳۵] به عنوان مثال،قطر کهکشان راه شیری تقریباً ۱۰۰٫۰۰۰ سال نوری است، [۳۶] و نزدیکترین کهکشان خواهر آن، کهکشان زن برزنجیر است، که تقریباً ۲.۵ میلیون سال نوری از آن فاصله دارد. [۳۷] احتمالاً بیش از ۱۰۰ میلیارد (۱۰۱۱) کهکشان در جهان قابل مشاهده وجود دارند. [۳۸] اندازه کهکشان‌ها به طور معمول در محدوده‌ای از کهکشانهای کوتوله با کمتر از ده میلیون (۱۰۷) ستاره گرفته، [۳۹] تا کهکشانهای غول‌پیکری با یک تریلیون [۴۰] (۱۰۱۲) ستاره، تغییر می‌کند. اخترشناسان طی مطالعه‌ای که در سال ۲۰۱۰ انجام شد، تعداد ستارگان موجود در جهان قابل مشاهده را ۳۰۰ سکستیلیون (۳‎×۱۰۲۳) تخمین زده‌اند. [۴۱]

اینگونه پنداشته می‌شود که بیشتر جهان از انرژی تاریک و ماده تاریک تشکیل یافته‌است که از هر دو در حال حاضر شناخت بسیار اندکی در دست است. کمتر از ۵٪ جهان از ماده معمولی تشکیل شده‌ که سهم نسبتا کوچکی است.

چنانچه میانگین ماده موجود را در فواصلی بیشتر از ۳۰۰ میلیون سال نوری محاسبه کنیم، می‌توان به این نتیجه رسید که ماده قابل مشاهده به طور همگن(یکنواخت) در جهان پخش شده‌است.[۴۲] هرچند که بنا بر مشاهدات در مقیاس‌های طولی کوچکتر، این یکنواختی وجود ندارد و مواد تشکیل توده‌ می‌دهند ؛ بسیاری از اتمها فشرده شده و تشکیل ستاره می‌دهند، بیشتر ستاره‌ها درون کهکشانها قرار می‌گیرند، بیشتر کهکشانها درون خوشه‌ها و ابرخوشه‌ها، و در نهایت، درون بزرگترین ساختارهای موجود در جهان مانند دیوار بزرگ سی‌اف‌ای۲ قرار می‌گیرند. علاوه بر این، در بازه‌های بزرگتر از ۳۰۰ میلیون سال نوری، ماده قابل مشاهده به صورت همسانگرد در سراسر جهان توزیع شده‌است؛ این بدان معنی‌است که هیچ جهت مشاهده‌ای با جهتهای دیگر تفاوتی ندارد و محتویات هر ناحیه بزرگی از آسمان با محتویات هر ناحیه بزرگ دیگری تقریباً یکسان است.[۴۳] یک تابش الکترومغناطیسی ریزموج همسانگرد سراسر جهان را فراگرفته‌است که معادل تعادل گرمایی طیف جسم سیاه با دمای در حدود ۲٫۷۲۵ کلوین می‌باشد. [۴۴] این فرضیه که جهان در مقیاسهای بزرگ (بیشتر از ۳۰۰ میلیون سال نوری) همگن و همسانگرد است، اصل کیهان‌شناختی نام دارد، [۴۵] که توسط مشاهدات تجربی تایید می‌شود.

چگالی کلی کنونی جهان بسیار اندک است، تقریبا ۹٫۹ × ۱۰−۳۰ گرم در هر سانتیمتر مکعب.به نظر می‌رسد که این ترکیب جرم-انرژی از ۷۳٪ انرژی تاریک، ۲۳٪ ماده تاریک سرد و ۴٪ ماده معمولی (باریونی) تشکیل شده‌است. بنابراین چگالی اتم در جهان قابل مشاهده در مرتبه یک اتم هیدروژن در هر چهار متر مکعب می‌باشد. [۴۶] ویژگیهای انرژی تاریک و ماده تاریک تا حدود زیادی ناشناخته مانده‎است. ماده تاریک مانند ماده معمولی جاذبه گرانشی دارد و در نتیجه سبب کندتر شدن انبساط جهان می‎گردد، در مقابل، انرژی تاریک سبب افزایش آهنگ انبساط جهان می‎شود.

تخمین‎های کنونی سن جهان را در حدود ۰٫۰۳۷ ± ۱۳٫۷۹۸ میلیارد سال برآورد می‎کنند. [۹] جهان در تمام طول تاریخ خود یکسان نبوده؛ مثلا جمعیت اختروش‎ها و کهکشان‎ها تغییر کرده و خود فضا نیز منبسط شده‎است. این انبساط می‌تواند پاسخی برای این پرسش باشد که چرا دانشمندان روی زمین می توانند نور کهکشانی را که ۳۰ میلیارد سال نوری با آنها فاصله دارد، ببینند؛ در حالیکه نور حداکثر در حدود ۱۳ میلیارد سال (به اندازه سن جهان) برای انتشار و رسیدن به آنها زمان داشته است. پاسخ این پرسش این است که خود فضای بین زمین و کهکشان مزبور منبسط شده و آنها را از هم دور کرده‎است. انبساط فضا همچنین با این مشاهده تجربی همخوانی دارد که نور دریافتی از کهکشانهای دور دچار پدیده انتقال به سرخ می‎گردد؛ از آنجا که جهان در انبساط است و این کهکشانها در حال دور شدن از ما هستند، طول موج فوتونهای منتشر شده از این منبع نور متحرک در طول سفر خود کشیده شده و افزایش می‎یابد و بسامد کاهش می‎یابد. بر پایه مطالعات انجام شده بر روی ابرنواختر نوع Ia و داده‎های دیگر، آهنگ این انبساط فضایی در حال افزایش است.

این‌طور به نظر می‌رسد که فراوانی نسبی عناصر شیمیایی مختلف - به‌ویژه سبکترین اتمها مانند هیدروژن، دوتریم، هلیم - در سراسر جهان و در طول تاریخ قابل مشاهده آن یکسان است. [۴۷] میزان ماده از ضدماده در جهان بسیار بیشتر است. این عدم تقارن ممکن است به مشاهدات مربوط به نقض سی‌پی مرتبط باشد. [۴۸] بار الکتریکی خالص جهان صفر است و از این رو در مقیاسهای فواصل کیهانی، تنها نیروی گرانش حکمفرماست. همچنین تکانه و تکانه زاویه‌ای خالص جهان صفر است. اگر جهان متناهی باشد، عدم وجود بار الکتریکی و تکانه جهان را می‌توان از قوانین فیزیکی پذیرفته شده (به ترتیب از قانون گاوس و عدم واگرایی شبه-تنسور استرس-تکانه-انرژی) نتیجه‌گرفت. [۴۹]

ذرات بنیادی که جهان را می‌سازند. بخش اعظم ماده از شش لپتون و شش کوارک تشکیل شده‌است؛ به عنوان مثال، پروتونها ونوترونهای هسته اتم از کوارک تشکیل شده‌اند، و الکترون از یک لپتون. این ذرات توسط بوزون‌های پیمانه‌ای که در ردیف وسط نشان داده‌ شده‌اند با یکدیگر برهمکنش دارند، هریک از آنها متناظر با یک نوع تقارن پیمانه‌ای هستند. تصور می‌شود که بوزون هیگز به ذراتی که به آنها متصل است، جرم می‌بخشد. گراویتون, که بوزون پیمانه‌ای فرضی مربوط به گرانش است، در این تصویر نمایش داده نشده‌است.

جهان فضازمان همواری دارد که سه بعد فضایی و یک بعد زمان است. به طور میانگین فضا بسیار نزدیک به تخت (خمش تقریباً صفر) است. این بدان معناست که هندسه اقلیدسی با دقت بالایی در سراسر جهان با مشاهدات تجربی سازگاری دارد. [۵۰] به نظر می‌رسد که فضازمان، حداقل در مقیاس فواصل در حد جهان قابل مشاهده دارای توپولوژی فضای همبند ساده است. هرچند که با تکیه بر مشاهدات کنونی نمی‌توان این احتمالات را رد نمود که فضازمان ممکن است دارای تعداد ابعاد بیشتری باشد و یا توپولوژی کلی فضا ممکن است همبند چندگانه باشد [۵۱]

جهان به گونه‌ای رفتار می‌کند که به نظر می‌رسد به‌طور منظم از یک سری قوانین و ثابتهای فیزیکی پیروی می‌کند. [۵۲] بنا بر مدل استاندارد پذیرفته‌شده در فیزیک، همه مواد از سه نسل از لپتونها و کوارکها تشکیل می‌شوند که هردوی آنها فرمیون هستند. این ذرات بنیادی از طریق سه نیروی بنیادی با یکدیگر برهمکنش دارند:

دو نیروی اول را می‌توان با استفاده از نظریه میدان‌های کوانتومی بازبه‌هنجارسازی شده توضیح داد. این دو نیرو توسط تعدادی بوزون پیمانه‌ای منتقل می‌گردند. هر یک از این بوزونها با یک نوع تقارن پیمانه‌ای متناظر هستند. هنوز دستیابی به یک نظریه میدان کوانتومی بازبه‌هنجارسازی‌شده برای نسبیت عام محقق نشده‌است، هرچند که اشکال مختلف نظریه ریسمان تا حدودی نویدبخش هستند. تا زمانی که مقیاس فواصل فضایی و زمانی به اندازه کافی کوچک باشد، نظریه نسبیت خاص در سراسر جهان برقرار است؛ در غیر این صورت باید از نظریه تعمیم‌یافته تر نسبیت عام استفاده نمود. تاکنون هیچ توضیح خاصی برای این موضوع که چرا ثابتهای فیزیکی مانند ثابت پلانک h و ثابت گرانش G این مقادیر خاص را دارا هستند، در دست نیست. چندین قانون پایستگی تا کنون شناسایی شده‌اند. از جمله این قوانین می توان به قانونهای پایستگی بار، پایستگی تکانه و تکانه زاویه‌ای و پایستگی انرژی اشاره نمود. در بسیاری موارد قوانین پایستگی با تقارن و هویتهای ریاضی مرتبط‌اند.

تنظیم مقادیر

نوشتار اصلی: نظریه جهان تنظیم‌شده


به گواهی مشاهدات، بسیاری از پارامترهای جهان دارای مقادیر بسیار ویژه‌ای هستند، زیرا اگر مقادیر این پارامترها کمی با مقدار کنونی آن تفاوت داشت، امکان پیدایش حیات هوشمند در جهان وجود نداشت. [۵۳][۵۴] البته همه دانشمندان با وجود داشتن جهان تنظیم‌شده موافق نیستند. [۵۵][۵۶] به‌طورخاص اینکه حیات هوشمند چه شکلهایی می‌تواند داشته‌باشد و تحت چه شرایطی به‌وجود می‌آید، هنوز نادانسته مانده‌است. یکی از مشاهدات مرتبط با این مبحث این است که برای اینکه ناظر وجود داشته‌باشد و بتواند جهان تنظیم‌شده را مشاهده نماید، باید جهان امکان حیات هوشمند را دارا باشد؛ ازاین‌رو احتمال شرطی مشاهده یک جهان تنظیم‌شده برابر با ۱ است. این موضوع با نام اصل انسان‌نگر شناخته می‌شود.

مدل‌های تاریخی

نوشتار(های) وابسته: کیهان‌شناسی و گاه‌شمار کیهان‌شناسی

در طول تاریخ با توجه به داده‌های در دسترس و درک موجود از کیهان در هر زمان، مدل‌های بسیاری برای کیهان (کیهان‌شناسی) و چگونگی پیدایش آن (کیهان‌زایی) ارائه شده‌اند. از لحاظ تاریخی ، کیهان‌شناسی‌ها و کیهان‌زایی‌ها بر پایه روایاتی از خدایانی بنا می‌شد که به گونه‌های مختلفی عمل می‌کردند. نظریه‌ها ی شامل یک جهان غیرشخصی که قوانین فیزیکی بر آن حکمفرماست، نخستین بار توسط یونانی‌ها و هندی‌ها ارائه شدند. با گذشت قرن‌ها و پیشرفت مشاهدات نجومی و نظریه‌های حرکت و گرانش به دقیقترین توصیف جهان در حال حاضر انجامیده‌است. دوران کیهان‌شناسی نوین با نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۵ آغاز شد، که این امکان را بوجود آورد که بتوان به صورت کمی سرآغاز، تکامل و سرانجام جهان به عنوان یک کل را توضیح داد. بیشتر نظریات نوین در کیهان‌شناسی بر پایه نسبیت عام و یا به طور خاص بر پایه مهبانگ بنا شده‌اند.

آفرینش

نوشتارهای اصلی: اسطوره‌های آفرینش و الهه آفرینش


در بسیاری از فرهنگ‌ها داستان‌هایی در توصیف سرآغاز جهان وجود دارند که ممکن است بتوان آنها را در چند گونه گروه‌بندی نمود. در یک گونه این داستان‌ها جهان از یک تخم کیهانی زاییده می‌شود. از زمره اینگونه داستان‌ها می‌توان به شعر حماسی فنلاندی کالوالا، افسانه چینی پانگو و یا افسانه هندی براهماندا پورانه اشاره نمود. در افسانه‌های مشابهی جهان به‌دست یک موجودیت یکتا آفریده‌ شده‌است که از خود چیزی پراکنده و یا تولید می نماید، مانند مفهوم آدی بودا در بودیسم تبتی، افسانه گایا(مادر زمین) در یونان باستان، الهه آزتک در افسانه کواتلیکوئه، داستان خدای مصر باستان به نام آتوم و یا روایت آفرینش در کتاب آفرینش. در گونه‌ای دیگر از این داستان‌ها جهان از اجتماع خدایان مونث و مذکر پدیدآمده‌است، مانند رنگی و پاپا در افسانه مائوری. در دیگر داستانها جهان با استفاده از مواد از پیش موجود همچون پیکر خدایان درگذشته - مثلا از پیکر تیامات در حماسه بابلی انوما الیش و یا از یمیر غول‌پیکر در اساطیر اسکاندیناوی - و یا مواد پرهرج‌ومرج مانند ایزاناگی و ایزانامی در اساطیر ژاپن. در سایر داستانها جهان از عناصری بنیادی منتشر می‌شود، مانند برهمن و پراکریتی [۵۷] و یا یین و یانگ در تائو.

مدل‌های فلسفی

نوشتار(های) وابسته: کیهان‎شناسی، فلسفه پیشاسقراطی، فیزیک (ارسطو)، کیهان‌شناسی هندو، کیهان‌شناسی اسلامی و زمان

از قرن ششم پیش از میلاد فیلسوفان یونانی پیشاسقراطی نخستین‌ مدل‌های فلسفی شناخته شده از جهان را ایجاد نمودند. فیلسوفان یونانی نخستین متوجه شده‌بودند که ظاهر می‌تواند گمراه‌کننده باشد و از همین رو به دنبال درک واقعیت نهفته در پشت ظاهر بودند. مثلا آنها متوجه قابلیت تغییر شکل ماده(مثلا یخ به آب به بخار) شده‌بودند و چندین فیلسوف بر پایه این مشاهده پیشنهاد دادند که همه مواد که در ظاهر متفاوت، شکلهای مختلفی از یک ماده اولیه یا آرخه(به انگلیسی: arche) هستند. نخستین کسی که چنین پیشنهادی داد تالس بود که پیشنهاد نمود این ماده آب است. آناکسیماندروس، شاگرد تالس، پیشنهاد داد که همه چیز از آپایرون نامحدود آمده‌است. آناکسیماندروس عقیده داشت که باد به دلیل کیفیتهای جاذبه و دافعه آن باعث می شود که آرخه فشرده شود یا به شکل دیگری درآید. آناکساگوراس عنصر نوس(ذهن) را معرفی‌نمود. هراکلیتوس آتش را معرفی کرد و از لوگوس سخن گفت. امپدوکلس چهار عنصر پیشنهاد نمود: خاک، آب، باد و آتش. نظریه عناصر چهارگانه وی بسیار مورد توجه قرارگرفت. همانند فیثاغورس، افلاطون نیز بر این باور بود که همه چیز از عدد تشکیل شده‎است و عناصر امپدوکلس به شکل اجسام افلاطونی هستند. دموکریتوس و فیلسوفان بعدی - که مهمترینشان لئوکیپوس بود - ئیشنهاد دادند که جهان از اتم‎های تجزیه‎ناپذیری تشکیل شده‎است که در خلاء حرکت می‎کنند. ارسطو باور نداشت که چنین چیزی امکانپذیر باشد زیرا هوا نیز مانند آب دربرابر حرکت مقاومت می‎کند.

اگرچه هراکلیتوس به تغییر ابدی اعتقاد داشت، پارمنیدس، فیلسوف تقریبا هم‌دوره او بر این باور بود که تغییر تنها یک توهم است. واقعیت نهفته تا ابد بدون تغییر و در سکون می‌ماند و ماهیت یکتایی دارد. پارامنیدس این واقعیت یکتا را به صورت τὸ ἐν (آن یگانه) نمایش داده‌است. نظریه پارامنیدس به نظر بسیاری از فیلسوفان ناپذیرفتنی می‌نمود، اما یکی از شاگردان او به نام زنون الئایی با چندین پارادوکس معروف آنها را به مجادله فراخواند. ارسطو با معرفی مفهوم بی‌نهایت قابل‌شمارش و همچنین پیوستار تقسیم‌پذیر تا بی‌نهایت، به این پارادوکس‌ها پاسخ داد.

کانادا، فیلسوف هندی و بنیانگذار مدرسه وایششیکا، یک نظریه اتم‌گرایی معرفی کرد و پیشنهاد داد که نور و گرما اشکال مختلف یک ماده واحد هستند. [۵۸] در قرن پنجم پیش از میلاد، دیگناگا،‌فیلسوف بودایی اتم‌گرا پیشنهاد نمود اکه اتمها به اندازه نقطه و بدون زمان هستند و از انرژی ساخته شده‌اند. آنها وجود ماده اولیه را رد کردند و اعتقاد داشتند حرکت در واقع برقهای لحظه‌ای جریانی از انرژی هستند. [۵۹]

نظریه متناهی‌گرایی زمانی برآمده از دکترین آفرینش مشترک در بین سه دین ابراهیمی بود: یهودیت، مسیحیت و اسلام. جان فیلوپونوس، فیلسوف مسیحی، استدلال‌هایی بر علیه مواضع فیلسوفان یونانی در مورد نامتناهی بودن گذشته و آینده ارائه داد. این استدلال‌ها توسط یکی از فیلسوفان اسلامی نخستین به نام ابویوسف کندی، فیلسوف یهودی به نام سعادیا گائون و متکلم اسلامی به نام امام محمد غزالی نیز استفاده شده‌است. آنها از فیزیک و متافیزیک ارسطو بهره جستند و دو استدلال منطقی در رد گذشته نامتناهی ارائه دادند. استدلال نخست در باب ناممکن بودن وجود بی‌نهایت واقعی است، که این‌گونه بیان می‌شود: [۶۰]

«یک بی نهایت واقعی وجود ندارد»
«سیر نامتناهی روبه‌گذشته رویدادها در زمان یک بی‌نهایت واقعی است»
« \therefore سیر نامتناهی رو به گذشته رویدادها وجود ندارد»

دومین استدلال در باب ناممکن بودن تکمیل یک بی‎نهایت از طریق افزودن‎های پیاپی است. این استدلال به این صورت بیان شده‎است:

«یک بی‎نهایت واقعی را نمی‎توان از طریق افزایش‎های پیاپی کامل نمود»
«سریهای زمانی اتفاقات گذشته با افزایش‎های پیاپی کامل شده‎اند»
« \therefore سریهای زمانی از اتفاقات گذشته نمی‎تواند بی‎نهایت واقعی باشد»

هردوی این استدلال‎ها توسط فیلسوفان و خداشناسان مسیحی نیز مورد اقتباس قرارگرفته‎اند. به‎ویژه استدلال دومی که کانت در رساله آنتی‎نومی خود در مورد زمان از آن استفاده نمود.

مدل‎های نجومی

نوشتار اصلی: تاریخ اخترشناسی
محاسبات اندازه نسبی از چپ به راست: خورشید، زمین و ماه.آریستارخوس ساموسی در قرن سوم پیش از میلاد، که از یک کپی یونانی در قرن دهم پس از میلاد گرفته شده است.

نخستین مدل‎های نجومی جهان اندکی پس از شروع اخترشناسی توسط اخترشناسان بابلی پیشنهاد شد. آنها جهان را به شکل یک صفحه تخت می‎پنداشتند که در اقیانوسی غوطه‎ور است واین پیش‎زمینه نقشه‎های یونانی مانند نقشه‎های آناکسیماندروس و هکاتئوس بود.

بعدها اخترشناسان یونانی با مشاهده حرکت اجرام آسمانی به این اندیشه افتادند که مدلهای ژرفتری از جهان را بر پایه شواهد تجربی ابداع کنند. نخستین مدل منطقی توسط اودوکسوس کنیدوسی ارائه شد. طبق تعبیر فیزیکی ارسطو از این مدل کره‌های آسمانی تا ابد با سرعت یکنواخت به دور زمین ثابت می‌گردند. ماده عادی کاملا در درون کره خارجی قرارگرفته‌است. این مدل توسط کالیپوس اصلاح شد و بعد از اینکه کره‌های هم مرکز از آن حذف شد با مشاهدات نجومی بطلمیوس تقریبا در سازگاری کامل بود. موفقیت این مدل تا حدود زیادی مدیون این اصل ریاضی است که هر تابعی (مثلا تابع موقعیت یک سیاره) را می‌توان به صورت مجموعه‌ای از توابع دایره‌ای (حالات فوریه) درآورد. سایر دانشمندان یونانی مانند فیلسوف مکتب فیثاغوری، فیلولائوس به این اصل رسیدند که در مرکز جهان یک آتش مرکزی قرار دارد که زمین، خورشید، ماه و سایر سیارات در حرکت دایره‌ای با سرعت یکنواخت به دور آن می‌چرخند. [۶۱] آریستارخوس ساموسی، اخترشناس یونانی نخستین فرد شناخته‌شده‌ایست که مدلی خورشید مرکزی برای جهان راائه داد. اگرچه متون اصلی وی گم‌شده‌اند، اما ارشمیدس در کتاب «جدول اعداد ماسه» به این مدل اشاره کرده و نظریه خورشید-مرکزی وی را توصیف می‌کند. ارشمیدس چنین می‌نویسد(ترجمه از متن انگلیسی):

شما شاه گلون مستحضر هستید که جهان نامی‌است که بیشتر اخترشناسان برای کره‌ای برگزیده‌اند که مرکز آن مرکز زمین است و شعاع آن برابر طول خط مستقیمی است که از مرکز زمین به مرکز خورشید می‌رسد. همانگونه که از اخترشناسان به گوشتان رسیده‌است عقیده عموم بر این است. حال آنکه آریستارخوس کتابی بیرون داده‌است که شامل فرضیات مشخصی است که در آن به نظر می‌رسد در نتیجه فرضهای صورت‌گرفته، جهان در حقیقت بسیار یزرگتر از «جهانی» است که پیشتر عرض کردم. فرضیات آن بر این است که ستارگان ثابت و خورشید حرکتی نداشته و زمین به دور خورشید و بر روی محیط یک دایره می‌گردد و خورشید در مرکز این مدار قرار دارد و کره ستارگان ثابت که در اطراف مرکز خورشید قرار گرفته‌اند به قدری بزرگ است که که دایره‌ای که بنا بر فرضیات وی زمین در آن به دور خورشید می گردد تنها کسر کوچکی از فاصله ستارگان ثابت است.

آریستاخوس اعتقاد داشت که ستارگان بسیار دور هستند و به همین دلیل هیچگونه اختلاف منظری مشاهده نمی‌شود. یعنی ستارگان هنگامی که زمین به دور خورشید می‌گردد هیچ حرکتی نسبت به یکدیگر ندارند. ستارگان در واقع از آنچه به‌طور عمومی در دوران باستان می‌پنداشتند، بسیار دورتر هستند و به همین دلیل اختلاف منظر ستاره‌ای تنها با ابزارهای دقیق قابل اندازه‌گیری است. در آن دوران مدل زمین-مرکز که با اختلاف منظر سیاره‌ای همخوانی داشت را به عنوان توضیحی برای علت عدم مشاهده اختلاف منظر ستاره‌ای در نظر می‌گرفتند. آنچنانکه از ظواهر بر‌می‌آید مدل خورشید-مرکز قویا رد شده‌بود، چنانچه در پاراگرافی از افلاطون چنین آمده است:

کلئانتس [یکی از فیلسوفان هم‌دوره آریستارخوس و سردسته رواقیون ] فکر می‌کرد که وظیفه یونانیها این بود که آریستارخوس ساموسی را به اتهام حرمت‌شکنی از طریق نسبت دادن حرکت به قلب جهان [زمین] محاکمه نمایند... او فکر می‌کند که آسمان ثابت است و زمین در مسیر دایره‌ای می‌گردد و همزمان به دور محور خویش نیز می‌چرخد.

تنها نام شناخته شده دیگر از اخترشناسانی که از مدل خورشید-مرکز آریستارخوس حمایت نمود، سلوکوس سلوکیه‌ای است که اخترشناسی یونانی‌گرا (هلنیست) بود. [۶۲][۶۳][۶۴] بنا بر نظر پلوتارک، سلوکوس نخستین کسی بود که مدل خورشید-مرکز را از راه استدلال اثبات نمود اما چگونگی استدلالش مشخص نیست. احتمالا استدلال سوکوس مرتبط با پدیده جزر و مد بوده است. [۶۵] به نظر استرابو، سلوکوس نخستین کسی بود که بیان نمود جزر و مد ناشی از جاذبه ماه است و ارتفاع آن به موقعیت نسبی ماه به خورشید بستگی دارد[۶۶]. احتما دیگر آن است که سلوکوس نظریه خورشید-مرکز را با استفاده از تعیین ثوابت یک مدل هندسی برای این نظریه و ابداع روشهایی برای محاسبه موقعیت سیارات با استفاه از این مدل، اثبات نموده باد، همانند کاری که کوپرنیک در قرن شانزدهم انجام داد.[۶۷] در خلال قرون وسطی مدل‌های خورشید مرکز توسط آریابهاتا، اخترشناس هندی[۶۸] و همچنین ابوسعید سجزی و ابومعشر بلخی[۶۹] ، اخترشناسان ایرانی نیز پیشنهاد شده‌اند. [۷۰]

مدل کوپرنیکی جهان از توماس دیگز در سال ۱۵۷۶، با این اصلاح که ستارگان دیگر در یک کره قرار نمی‌گیرند، بلکه به طور یکنواختی در فضایی که سیارات را دربر می‌گیرد پخش شده‌اند.

مدل ارسطویی تقریبا به مدت تقریبا دو هزاره مور پذیرش جهان غرب بود تا اینکه کوپرنیک نظریه آریستارخوس را احیا نمود و بیان نمود که داده‌های نجومی با فرض چرخش زمین به دور خود و با فرض قرارگرفتن خورشید در مرکز جهان همخوانی بهتری دارد.

” خورشید در مرکز می‌آرمد. چه کسی می‌تواند این فانوس یک معبد بسیار زیبا را در جای دیگر و بهتری از اینجا قرار دهد که از آن بتواند همه‌چیز را همزمان روشنایی بخشد؟ “

—نیکلاس کوپرنیک، فصل ۱۰ از جلد اول «گردش افلاک آسمانی» (۱۵۴۳)

چنانچکه خود کوپرنیک اشاره می‌کند ایده چرخش زمین، ایده‌ای بسیار کهن است که دست‌کم به فیلولائوس (۴۵۰ پیش از میلاد)، هراکلیدس پونتیکوس (۳۵۰ پیش از میلاد) و اکفانتوس برمی‌گردد. یک قرن پیش از کوپرنیک نیز یک دانش‌پژوه مسیحی به نام نیکلاسِ کوسا نیز در کتاب «نادانی فراگرفته‌شده» (۱۴۴۰) خود پیشنهاد داد که زمین به دور محور خویش می‌چرخد. [۷۱] آریابهاتا(۴۷۶-۵۵۰)، براهماگوپتا(۵۹۸-۶۶۸)، ابومعشر بلخی و ابوسعید سجزی نیز چنین پیشنهادی را مطرح نموده‌بودند. نخستین شواهد تجربی برای چرخش زمین به دور خود با استفاده از پدیده دنباله‌دارها توسط خواجه نصیرالدین طوسی (۱۲۰۱-۱۲۷۴) و ملا علی قوشچی (۱۴۰۳-۱۴۷۴) ارائه شد.

یوهانس کپلر کتاب «جدول‌های رودولفین» را منتشر نمود که شامل یک کاتالوگ ستاره‌ها و جدولهای سیارات با استفاده از اندازه گیریهای تیکو براهه بود.

این کیهان‌شناسی از جانب اسحاق نیوتن، کریستیان هویگنس و دانشمندان آتی مورد پذیرش قرار گرفت. [۷۲] ادموند هالی(۱۷۲۰)[۷۳] و ژان-فیلیپ دو چساکس(۱۷۴۴)[۷۴] هریک به طور جداگانه اشاره نمودند که فرضیه یک فضای بی‌نهایت که به طور یکنواخت از ستارگان پر شده است به این می‌انجامد که آسمان شب باید به روشنی خود خورشید باشد. این موضوع در قرن نوزدهم با نام پارادوکس اولبرس شهرت یافت. [۷۵] نیوتن باور داشت که یک فضای بی‌نهایت که به طور یکنواخت از ماده پر شده باشد باعث می‌شود که نیروهای بی‌نهایت و ناپایداری‌ها سبب می‌گردد که ماده تحت نیروی گرانش خود به درون خرد شود.[۷۲] این ناپایداری در سال ۱۹۰۲ با معیار ناپایداری جینز روشن شده‌بود. [۷۶] یک پاسخ ممکن به این پارادوکس‌ها جهان شارلیه است که در آن ماده به صورت سلسله‌مراتبی و به شکل فراکتالی تنظیم شده‌است، به گونه‌ای که چگالی جهان آنقدر اندک است که قابل صرفنظر کردن است. چنین مدل کیهانی پیش از این در سال ۱۷۶۱ توسط یوهان هاینریش لمبرت نیز پیشنهاد شده‌بود.[۳۵][۷۷] مهمترین پیشرفت اخترشناسی در قرن هجدهم کشف سحابیها توسط توماس رایت و ایمانوئل کانت و دیگران بود.[۷۳]

دوران نوین کیهان‌شناسی فیزیکی از سال ۱۹۱۷ و از زمانی آغاز شد که آلبرت اینشتین نظریه نسبیت عام خود را برای نخستین بار برای مدل کردن ساختار و دینامیک جهان به‌کاربرد.[۷۸]

مدل‎های علمی و نظری

گرانش یکی از چهار نیروی بنیادی است که در مقیاسهای فواصل کهکشانی نقش اثرگذار و تعیین کننده دارد. نقش سایر نیروها در ساختارهای در اندازه سیارات و کهکشانها قابل چشم‎پوشی است. دلیل این موضوع آن است که تمام ماده و انرژی موجو در جهان گرانی دارند و گرانش تنها جاذبه است در حالیکه بارهای مثبت و منفی اثر یکدیگر را خنثی می کنند و در نتیجه الکترومغناطیس در مقیاس کیهانی و فواصل دور تاثیرگذار نیست. دو نیروی بنیادی دیگر که برهمکنش ضعیف و قوی هسته‎ای هستند اثرشان با افزایش فاصله به شدت کاهش می‎یابد و برد کمی دارند.

نظریه نسبیت عام

نوشتارهای اصلی: آشنایی با نسبیت عام، نسبیت عام، و معادلات میدان اینشتین

 

آزمونهای با دقت بالای نسبیت عام توسط کاوشگر کاسینی (تصویر هنری): سیگنالهای رادیوی مبادله شده بین زمین و کاوشگر (موجهای سبز) بر اثر پیچش فضا و زمان ناشی از جرم خورشید دچار تاخیر میشوند

با توجه به نقش گرانش در شکل‎دهی ساختارهای کیهانی، برای پیش‎بینی دقیق گذشته و آینده جهان نیاز به نظریه دقیقی برای گرانش داریم. بهترین نظریه در دست نظریه نسبیت عام آلبرت اینشتین است که تا کنون از همه آزمون‎های تجربی سربلند خارج شده‎است. هرچند از آنجا که آزمایشهای استواری در مقیاس طولهای کیهانی انجام نشده‎است، ممکن است نظریه نسبیت کاملا دقیق نباشد اما به دلیل اینکه به نظر می‎رسد پیش‎بینی‎های کیهانی آن با مشاهدات تجربی همخوانی دارد، ضرورتی برای یک نظریه متفاوت احساس نمی‎گردد.

نظریه نسبیت عام مجموعه‎ای از ده معادله دیفرانسیل جزئی غیرخطی (معادلات میدان اینشتین) برای متریک فضازمان است که باید از طریق توزیع ماده-انرژی و تکانه در سراسر جهان حل شوند. از آنجا که این توزیعها را نمی توان به صورت دقیق باجزئیات کامل به‎دست آورد، مدلهای کیهان‎شناسی بر پایه اصل کیهان‎شناختی بنا شده‎اند که بیان می‎دارد که جهان همگن و همسانگرد است. در واقع اصل کیهان‎شناسی چنین فرض می‎کند که آثار گرانشی کهکشانهای مختلفی که جهان را تشکیل می‎دهند را می‎توان معادل آثار گرانشی غبارهای ریزی در نظر گرفت که سراسر جهان را به شکل یکنواخت پرنموده‎اند. با این فرض یکنواختی پراکندگی غبارها حل معادلات میدان اینشتین ساده‎تر می‎گردد و امکان پیشبینی گذشته و آینده جهان در مقیاسهای زمانی کیهانی را با این نظریه محقق نمود.

معادلات میدان اینشتین شامل یک ثابت کیهانی (Λ) هستند[۷۸][۷۹] که معادل با چگالی انرژی در فضای خالی می‎باشد.[۸۰] بسته به علامت آن، ثابت کیهانی می‎تواند باعث کندتر شدن(Λ منفی) و یا تندترشدن (Λ مثبت) انبساط جهان گردد. اگرچه بسیاری از دانشمندان از جمله اینشتین انتظار داشتند که مقدار Λ برابر صفر باشد. [۸۱] مشاهدات نجومی اخیر مربوط به ابرنواختر نوع Ia میزان زیادی از انرژی تاریک را آشکار ساخت که باعث شتابدار بودن انبساط جهان می‎گردد. [۸۲] مطالعات اولیه پیشنهاد می‎دهند که این انرژی تاریک متناظر با Λ مثبت است اما هنوز نمی‎توان سایر نظریات را نیز رد نمود. [۸۳] زلدوویچ، فیزیکدان روس پیشنهاد نمود که Λ در واقع اندازه انرژی نقطه صفر مربوط به ذرات مجازی در نظریه میدان‎های کوانتومی است، یعنی یک انرژی خلاء فراگیر است که در همه‎جا حتی در فضاهای خالی وجود دارد. [۸۴] شواهد تجربی برای انرژی نقطه صفر در اثر کاسیمیر مشاهده‎شده‎است.

نسبیت خاص و فضازمان

نوشتارهای اصلی: آشنایی با نسبیت خاص‎ و نسبیت خاص

 

تنها خصوصیت ذاتی میله طول L است (که به رنگ سیاه نشان داده‎شده)؛ اختلاف مختصات بین دو سر آن (مثلا Δx, Δy or Δξ, Δη) به چارچوب مرجع آنها بستگی دارد (در شکل به ترتیب با رنگهای آبی و قرمز نمایش داده‎شده است. ).

جهان حداقل سه بعد فضایی و یک بعد زمانی دارد. برای مدتهای طولانی چنین پنداشته‎می‎شد که ابعاد فضایی و زمانی جهان دارای ماهیتهای متفاوت و مستقل از یکدیگر هستند، اما بنا بر نظریه نسبیت خاص اینشتین این دو بعد قابل تبدیل به یکدیگرند.

برای اینکه این تبدیلها را بهتر درک نمود می توان تبدیل مشابه بین ابعاد فضایی را در نظر گرفت. میله‎ای به طول L در نظر بگیرید. طول این میله را می توان از اختلافهای دو نقطه پایانی این میله در سه بعد مختصات Δy، Δx و Δz در یک چارچوب مرجع به دست آورد.

L^{2} = \Delta x^{2} + \Delta y^{2} + \Delta z^{2}

با استقاده از قضیه فیثاغورس می‎توان نشان داد که اگر چارچوب را بچرخانیم اختلاف مختصات تغییر می‎کند اما طول ثابت می‎ماند.

L^{2} = \Delta \xi^{2} + \Delta \eta^{2} + \Delta \zeta^{2}.

بنابراین اختلاف مختصات (Δx, Δy, Δz) و (Δξ, Δη, Δζ) جزو خصوصیات ذاتی میله نیستند بلکه به دستگاه مختصاتی که توصیف کننده آن است مرتبط‎اند. بر خلاف آن L طول میله جزو خصوصیات ذاتی میله است. اگر چارچوب مرجعی بچرخد اختلاف مختصات تغییر می کند اما طول میله ثابت می‎ماند.

مفهوم متناظر با طول میله در فضازمان، فاصله بین دو رویداد نامیده می شود. یک رویداد نقطه‎ای در فضازمان است: نقطه خاصی در مکان و لحظه خاصی در زمان.بازه فضازمان بین دو رویداد از رابطه زیر به‎دست می‎آید:

s^{2} = L_{1}^{2} - c^{2} \Delta t_{1}^{2} = L_{2}^{2} - c^{2} \Delta t_{2}^{2}

که در آن c سرعت نور است.

نسبیت خاص نظریه|نظریه‌ای دربارهٔ اندازه گیری در چارچوب مرجع لخت است که در سال ۱۹۰۵ میلادی توسط آلبرت اینشتین در نوشتاری با نام "درباب الکترودینامیک اجسام متحرک" مطرح شد..[۸۵] گالیلئو گالیله قبلا چنین اصلی را بیان نموده بود که تمام حرکات یکنواخت نسبی هستند و هیچ حالت سکون مطلق و تعریف شده‌ای وجود ندارد(چارچوب مرجع برتر وجود ندارد). این اصل امروزه اصل نسبیت گالیله خوانده می‌شود. انیشتین این اصل را با در نظرگرفتن پدیده سرعت ثابت نور گسترش داد؛ پدیده‌ای که به تازگی در آزمایش مایکلسون-مورلی مشاهده شده بود.[۸۶] او همچنین بیان نمود که این اصل برای تمام قوانین فیزیک صادق است که در آن زمان شامل قوانین مکانیک و الکترودینامیک می‌شد.[۸۷]

این نظریه پیامدهای گسترده‌ای دارد که مورد تایید داده‌های تجربی قرارا گرفته‌اند[۸۸] و شامل موضوعاتی غیر شهودی همچون انقباض طول، اتساع زمان و نسبیت همزمانی است. او مفهوم کلاسیک بازه زمانی ناوردا برای دو رویداد را با مفهوم ناوردایی بازه فضازمان تعویض کرد. می‌توان با استفاده از دو اصل نسبیت خاص و ترکیب آنها با سایر قوانین فیزیک به هم ارزی جرم و انرژی بر طبق اصل هم‌ارزی جرم و انرژی (E = mc۲) رسید که c در آن برابر با سرعت نور در خلا است.[۸۹][۹۰] پیش بینی‌های نسبیت خاص با مکانیک نیوتنی در قلمرو مشترکشان همخوانی دارند. به ویژه در مورد سرعتهایی که از سرعت نور بسیار کوچکتر هستند. تاثیر نسبیت خاص هنگام بررسی اجسام در حال حرکت با سرعت‌های بسیار زیاد (نزدیک به سرعت نور) قابل توجه می‌شود. بنابر این نظریهٔ نسبیت همانطور که اصل همخوانی فیزیک ایجاب می‌کند باید نتایج مشاهدات قبلی را به شکل کامل تری بیان کند. مقایسه رابطه بین مکانیک نیوتنی و مکانیک نسبیتی همانند مقایسه بین تبدیلات لورنتس و گالیله است و می‌توان مطلب فوق را به بیان ریاضی به شکل زیر نمایش داد:

‎ \lim_{c \to \infty}(تبدیلات لورنتس) = (تبدیلات گالیله) ‎

البته در نظر داشته باشید که هنگامی که c به سمت بی نهایت میل می‌کند (همانگونه که پیش از اثبات متناهی بودن سرعت نور پنداشته می‌شد) کسر v/c به سمت صفر می‌رود. این بدان معناست که تبدیلات لورنتس که اساس نظریهٔ نسبیت خاص هستند در سرعت‌های بسیار کم نسبت به نور، نتایج یکسانی را با معادلات گالیله که اساس نسبیت نیوتونی هستند به دست می‌دهند. نظریه نسبیت خاص به ما می‌گوید که c تنها سرعت یک پدیده مشخص نیست بلکه یکی از ویژگیهای بنیادی شیوه‌ای است که فضا و زمان با یکدیگر به شکل فضا زمان یکپارچه گشته‌اند. یکی از پیامدهای این نظریه است که ذره‌ای که جرم لختی دارد هرگز سرعتش به سرعت نور نمی‌رسد.

حل معادلات میدان اینشتین

نوشتار(های) وابسته: مهبانگ و سرانجام کیهان
انیمیشن انبساط جهان را نمایش می‌دهد.

فاصله میان کهکشانهای چرخان با گذشت زمان در حال افزایش است، اما فاصله میان ستارگان درون هر کهکشان به دلیل برهمکنشهای گرانشی، تقریبا ثابت است. این پویانمایی (انیمیشن) یک جهان بسته فریدمان با ثابت کیهانی Λ صفر را نمایش می‌دهد. چنین جهانی بین یک مه‌بانگ و مه‌رمب در نوسان خواهد بود.

در دستگاههای مختصات غیردکارتی (غیر قائم) یا خمیده، قضیه فیثاغورس تنها در مورد مقیاسهای طولی بی‌نهایت کوچک برقرار است و برای برقرار بودن باید یک تانسور متریک عمومی gμν به آن افزوده‌ شود. این تانسور هندسه محلی در یک دستگاه مختصات را توصیف می‌کند و ممکن است مقدار آن از مکانی به مکان دیگر تغییر نماید. هرچند که بنا بر اصل کیهان‌شناختی جهان همگن و همسانگرد است و از این رو هر نقطه در فضا مانند نقاط دیگر خواهد بود؛ و در نتیجه تانسور متریک همه‌جا یکسان است. پس به یک شکل یکتا برای تانسور متریک می‌رسیم که متریک فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر نام دارد:

ds^2 = -c^{2} dt^2 + R(t)^2 \left( \frac{dr^2}{1-k r^2} + r^2 d\theta^2 + r^2 \sin^2 \theta \, d\phi^2 \right)

که در آن (r, θ, φ) متناظر با یک دستگاه مختصات کروی می‌باشد. این متریک تنها دو پارامتر نامعلوم دارد: یک مقیاس کلی طول R که با زمان تغییر می‌کند و یک شاخص خمش k که تنها می‌تواند ۰ یا ۱ یا ۱− باشد که به ترتیب متناظر با فضای تخت اقلیدسی و یا فضاهای با خمش مثبت یا منفی است. در کیهان‌شناسی برای حل این معادلات در مورد گذشته جهان، R را به عنوان تابعی از زمان محاسبه و شاخص k و ثابت کیهان‌شناسی Λ را مشخص می‌کنیم. معادله‌ای که تغییر R با زمان را توصیف می‌کند معادلات فریدمان نام دارد که از روی پدیدآورنده آن الکساندر فریدمان نامگذاری شده‌است. [۹۱]

جوابهای R(t) به k و Λ بستگی دارد، اما برخی از ویژگی‌های کیفی همه جوابها یکسان‌اند. نخست و مهمتر از همه مقیاس طول R جهان تنها در صورتی ثابت می‌ماند که جهان کاملا همسانگرد با خمش مثبت باشد(k=1) و چگالی آن در همه جا یکسان باشد. اما این تعادل ناپایدار است و ازآنجا که جهان در مقیاسهای کوچکتر همگن نیست، بنا بر نسبیت عام R تغییر خواهد کرد. وقتی که R تغییر کند همه فواصل فضایی در جهان متقابلا تغییر خواهند نمود یعنی یک انبساط یا انقباض در کل فضا اتفاق می‌افتد. دلیل اینکه به نظر می‌رسد کهکشانها در حال دور شدن از یکدیگر هستند نیز همین موضوع است، یعنی فضای میان آنها در حال کشیده شدن است. انبساط فضا همچنین توجیهی برای این پارادوکس است که برخی کهکشانها ممکن است ۴۰ میلیارد سال نوری با هم فاصله داشته باشند، حال آنکه ۱۳.۷ میلیارد سال قبل در یک نقطه بوده‌اند [۹۲] و هرگز با سرعتی بالاتر از سرعت نور حرکت نکرده‌اند.

دوم اینکه تمام پاسخها نمایانگر این هستند که یک تکینگی گرانشی در گذشته و زمانی که R به صفر میل می کند و ماده و انرژی بی‌نهایت چگال می‌شوند، وجود دارد. ممکن است اینگونه به نظر برسد که این نتیجه‌گیری نامطمئن است زیرا بر پایه فرض سوال‌برانگیز همگنی و همسانگردی کامل جهان (اصل کیهان‌شناختی) و اینکه در مقیاس کیهانی تنها نیروی غالب گرانش است، بنا شده‌است؛ اما قضایای تکینگی پنروز-هاوکینگ نشان می‌دهد که شرایط بسیار عمومی بایستی دارای یک تکینگی باشند. بنا‌براین طبق معادلات اینشتین R به سرعت از جهان بسیار داغ و چگالی افزایش پیدا کرد که بلافاصله بعد از این تکینگی بوجود آمده‌بود. این مفهوم اساسی مدل مهبانگ است. یک اشتباه رایج در مورد مدل مهبانگ این است که برخی گمان می‌کنند این نظریه پیش‌بینی می‌کند که ماده و انرژی از انفجار در یک نقطه مشخص در فضا و زمان بوجود آمده‌‌است. این پندار نادرست است زیرا خود فضا نیز در نتیجه مهبانگ پدیدآمده‌است و از میزان ثابتی از ماده و انرژی پر شده‌ که با انبساط فضا به طور یکنواخت در سراسر جهان پخش‌ می‌شوند. همگام با انبساط فضا چگالی این ماده و انرژی کاهش می‌یابد.

فضا هیچ مرزی ندارد – این از لحاظ تجربی از هر مشاهده خارجی دیگری مطمئن‌تر است. هرچند که این به معنی بی‌نهایت بودن فضا نیست... (ترجمه‌شده از ترجمه انگلیسی از متن اصلی به زبان آلمانی)
برنهارد ریمان (Habilitationsvortrag، ۱۸۵۴)

سوم اینکه در فواصل بزرگتر از یک میلیارد سال نوری شاخص خمش k تعیین‌کننده علامت میانگین خمیدگی فضایی فضازمان می‌باشد. اگر k=1 باشد خمش مثبت و حجم جهان متناهی‌ است. چنین جهانی را می‌توان به صورت کره‌ای سه بعدی در یک فضای چهاربعدی تصویر نمود. اگر شاخص خمش منفی یا صفر باشد، بسته به توپولوژی فضایی آن حجم جهان ممکن است بی‌نهایت باشد. ممکن است دور از ذهن به نظر برسد که یک جهان بی‌نهایت و در عین حال با چگالی بی‌نهایت در یک لحظه در مهبانگ که R=0 است بوجود آید، اما این دقیقا چیزی است که ریاضیات برای مواردی که k صفر یامنفی باشد پیش‌بینی می‌کند.برای مقایسه درنظر بگیرید که یک صفحه تخت خمش صفر دارد اما مساحتش بی‌نهایت است در حالیکه یک استوانه بی‌نهایت در یک جهت متناهی است و یک چنبره در هر دو جهت متناهی است. یک جهان چنبره‌ای ممکن است مانند یک جهان عادی با شرایط مرزی متناوب رفتار کند. یعنی فردی که از یک مرز خارجی فضا به بیرون می‌رود به طور همزمان در نقطه مرزی دیگری به درون فضا وارد می‌شود.

نظریه مهبانگ به تصویر کشیده شده‌است، مدل غالب برای توصیف پیدایش و انبساط جهان و هر چه در آن است. در این نمودار زمان از چپ به راست افزایش می‌یابد و یکی از ابعاد فضایی در آن حذف شده، تا در هر زمان مشخص جهان به صورت برش دیسک مانند از نمودار باشد

سرانجام نهایی جهان هنوز ناشناخته است، زیرا به میزان زیادی به شاخص خمش k و ثابت کیهانی Λ بستگی دارد. اگر جهان به حد کافی چگال باشد، k برابر ۱ می‌شود و میانگین خمش جهان مثبت است و جهان در نهایت طی یک مه‌رمب در خود فرومی‌ریزد و احتملا طی یک مه‌جهش(به انگلیسی: Big Bounce) جهان دیگری بوجود می‌آید. اما اگر جهان به اندازه کافی چگال نباشد k برابر با ۰ یا ۱− می‌شود و جهان تا ابد منبسط می‌شود و دمای آن کاهش می‌یابد تا اینکه سرانجام برای همه حیات موجود در آن غیر قابل سکونت می‌شود و ستارگان می‌میرند و کل ماده به درون سیاهچاله‌ها سقوط می‌کند(انجماد بزرگ و مرگ گرمایی جهان). همانطور که پیشتر اشاره شد داده‌های جدید نشانگر آن است که بر خلاف انتظار سرعت انبساط جهان در حال کاهش نیست، بلکه افزایش می‌یابد و چنانچه این روند به مدت نامحدود ادامه یابد جهان سرانجام از هم خواهد گسست(مه‌گسست). بنا بر داده‌های تجربی جهان چگالی نزدیک به میزان بحرانی بین سقوط مجدد و انبساط ابدی دارد. برای پاسخ به این سوال به مشاهدات نجومی بیشتری نیاز است.

مدل مهبانگ

نوشتارهای اصلی: مهبانگ، گاه‌شمار مهبانگ، سنتز هسته‌ای، و لامبدا-سی دی ام


مدل غالب مهبانگ بسیاری از مشاهدات تجربی را که پیش‌تر بیان شدند، توضیح می‌دهد. مثلا رابطه فاصله و انتقال به سرخ کهکشانها، نسبت جهانی اتمهای هیدروژن-هلیم، و تابش ریزموج فراگیر همسانگرد پس‌زمینه توسط این مدل توجیه می‌شوند. همانطور که گفته شد انتقال به سرخ نتیجه انبساط جهان است. همگام با انبساط فضا، طول موج فوتون نوری که فضا را می‌پیماید افزایش یافته و انرژی‌اش کاهش می‌یابد. هر چقدر فوتون مسیر بیشتری را پیموده باشد طول موج آن در اثر انبساط فضا بیشتر می‌شود و از این رو فوتونهای نوری که از کهکشانهای دورتر می‌آیند، دچار انتقال به سرخ بیشتری می‌شوند. تعیین ارتباط میان فاصله و انتقال‌به‌سرخ از مسائل مهم کیهان‌شناسی فیزیکی است.

واکنش‌های هسته‌ای اصلی که مسئول فراوانی نسبی هسته‌های اتمی سبکتر هستند که امروزه در سراسر جهان مشاهده می‌شود.

مشاهدات تجربی دیگر را می‌توان با استفاده از ترکیب انبساط کلی فضا با فیزیک هسته‌ای و اتمی توضیح داد. با انبساط جهان چگالی انرژی تابش الکترومغناطیسی با سرعت بیشتری نسبت به چگالی ماده کاهش می‌یابد، زیرا انرژی یک فوتون با افزایش طول موج آن کاهش می‌یابد. بنابراین اگرچه چگالی انرژی جهان امروزه در تسخیر ماده است، روزگاری پیش‌تر اینگونه نبوده و چگالی انرژی جهان بیشتر از تابش تشکیل شده‌بود و احتمالا در زمانی نیز، تمامی آن نور بوده‌است. با انبساط جهان چگالی انرژی آن کاسته شد و دما کمتر شد و این امکان فراهم‌شد تا ذرات بنیادی ماده می‌توانستند در ترکیبات پایداری بزرگتر از پیش به هم مرتبط شوند. بنابراین در آغاز دوره برتری ماده پروتون‌ها و نوترون‌های پایداری تشکیل‌شدند که بعدها در هسته‌های اتمها گردهم‌آمدند. در این مرحله ماده موجود در جهان عبارت بود از یک پلاسمای داغ و چگال از الکترون‌های منفی، نوترینوهای خنثی و هسته‌های مثبت. واکنشهای هسته‌ای میان هسته‌ها به فراوانی نسبی هسته‌های اتمهای سبکتر و به‌طورخاص هیدروژن، دوتریم و هلیم در جهان کنونی انجامید. در نهایت الکترونها و هسته‌ها به‌هم پیوستند تا اتمهای پایدار تشکیل شوند که نسبت به بیشتر طول موجهای تابش شفاف هستند؛ در این نقطه، تابش از ماده جدا شد و تابش پس‌زمینه کیهانی همسانگرد و فراگیری را شکل داد که امروزه مشاهده می‌شود.

دانش فیزیک به سایر پرسشها نمی‌تواند با قطعیت پاسخ دهد. بنا بر نظریه حاکم، عدم توازن کوچکی بین ماده و ضدماده در زمان پیدایش جهان یا اندکی پس از آن بوجود آمده که احتمالا ناشی از نقض سی‌پی مشاهده‌شده توسط فیزیکدانان ذرات بنیادی است. اگرچه ماده و ضدماده عمدتاْ یکدیگر را نابود کرده و فوتون تولید می‌کردند، مقدار اندکی از ماده باقی‌مانده و باعث شده تا جهان امروز در تسلط ماده باشد. ردیف‌های متعددی از مشاهدات نیز بیانگر آن‌اند که در ابتدایی‌ترین لحظات پس از پیدایش جهان (تقریباْ ۱۰−۳۵ ثانیه پس از پیدایش) یک تورم کیهانی رخ داده‌است. مشاهدات تازه‌تر همچنین پیشنهاد می‌دهند که ثابت کیهانی (Λ) صفر نیست و اینکه بیشتر محتوای جرم-انرژی جهان از انرژی تاریک و ماده تاریک تشکیل شده‌است که هنوز ویژگیهای آنها به طور علمی مشخص نشده‌است. تفاوت آنها در تاثیر گرانشی آنهاست. اثر گرانشی ماده تاریک مانند ماده معمولی است و باعث کندتر شدن انبساط جهان می‌شود اما انرژی تاریک سبب افزایش سرعت آن می‌شود.

فرضیه چندجهانی

نوشتارهای اصلی: فرضیه چندجهانی، دنیاهای چندگانه، نظریه جهان حبابی، و جهانهای موازی(داستان تخیلی)

 

تصویر یک چندجهانه متشکل از هفت جهان حبابی که پیوستارهای فضازمان منفصل از هم هستند.هر کدام قوانین و ثوابت فیزیکی خاص خود را دارا هستند و حتی ممکن است از نظر تعداد بعد و توپولوژی متفاوت باشند.

برخی از نظریه‎پردازیهای برپایه گمان چنین پیشنهاد می‎دهند که این جهان تنها یکی از مجموعه جهانهای غیرمتصلی‎است که در مجموع از آنها با عنوان چندجهانه یاد می‎شود و از این طریق تعریفهای محدودتر از جهان را به چالش می‎کشند. [۳۳][۹۳] نظریه‎های علمی چندجهانی از مفاهیمی همچون واقعیت شبیه‎سازی‎شده متنایز هستند اما ایده جهان بزرگتر ایده تازه‎ای نیست. مثلا اسقف پاریس، اتین تاپیه، در سال ۱۲۷۷ چنین حکم کرد که خدا می‎توانسته به هر تعداد که مناسب بوده باشد، جهان خلق کند. این پرسش بحثهای داغی را در میان خداشناسان فرانسوی برانگیخت. [۹۴]

مکس تگمارک یک طرح طبقه‎بندی برای انواع مختلف نظریه‎های چندجهانی که دانشمندان مختلف در حوزه مسائل مختلف ارائه داده‎اند، ایجاد نمود. نمونه‎ای از این نظریه‎ها مدل انبساط بی‎نظم از جهان اولیه است. [۹۵] مثال دیگر تفسیر دنیاهای چندگانه در مکانیک کوانتومی است. جهانهای موازی به شیوه‎ای شبیه به برهم‎نهی کوانتومی و ناپیوستگی کوانتومی ایجاد می‎شوند، هر یک از حالات تابع موج در یک دنیای جداگانه به واقعیت می‎پیوندد. بخشی که در طبقه‎بندی تگمارک کمتر از بقیه بحث‎انگیز است، مرحله یک است که رویدادهای هوافضا را در این جهان و در نقاط دوردست توصیف می‎کند.

جستارهای وابسته

منابع

  1. Universe. ۲۰۱۰.
  2. «Universe». Encyclopedia Britannica. «تمام سامانه کیهانی ماده وانرژی که زمین و در نتیجه نژاد انسان بخشی از آن است»
  3. «Universe». Dictionary.com. بازبینی‌شده در ۲۰۱۲-۰۹-۲۱.
  4. «Universe». Merriam-Webster Dictionary. بازبینی‌شده در ۲۱-۰۹-۲۰۱۲.
  5. The American Heritage Dictionary of the English Language. Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company، ۲۰۱۰.
  6. Cambridge Advanced Learner's Dictionary.
  7. Extra Dimensions in Space and Time. Springer، نوامبر ۲۰۰۹. ۲۷–. شابک ‎۹۷۸-۰-۳۸۷-۷۷۶۳۷-۸. بازبینی‌شده در ۲۰۱۱-۰۵-۰۱.
  8. «Planck reveals an almost perfect universe». Planck. ESA، ۲۳-۰۱-۲۰۱۳. بازبینی‌شده در ۲۳-۰۱-۲۰۱۳.
  9. «Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters». Submitted to Astronomy & Astrophysics، 2013. arXiv:۱۳۰۳.۵۰۷۶.
  10. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/
  11. multiverse. Astronomy.pomona.edu. Retrieved 2011-11-28.
  12. Palmer, Jason. (2011-08-03) BBC News – 'Multiverse' theory suggested by microwave background. Retrieved 2011-11-28.
  13. Moskowitz، Clara. «Hubble Telescope Reveals Farthest View Into Universe Ever». اسپیس.کام، ۲۵ سپتامبر ۲۰۱۲. بازبینی‌شده در 2012-09-26.
  14. Brief History Of Time by Stephen Hawkings
  15. Sean Carroll, Ph.D., Cal Tech, 2007, The Teaching Company, Dark Matter, Dark Energy: The Dark Side of the Universe, Guidebook Part 1 pages 1 and 3, Accessed Oct. 7, 2013, “...only 5% of the universe is made of ordinary matter, with 25 percent being some kind of unseen dark matter and a full 70% being a smoothly distributed dark energy...”
  16. In contrast to dark energy, which is expansive ("negative pressure"), the dark matter leads to "clumping" through gravitation.
  17. Universe, ed. Martin Rees, pp. 54–55, Dorling Kindersley Publishing, New York 2005, ISBN 978-0-7566-1364-8
  18. «Planck Reveals An Almost Perfect Universe». ESA. 21 March 2013. بازبینی‌شده در 2013-03-21.
  19. «Planck Mission Brings Universe Into Sharp Focus». NASA. 21 March 2013. بازبینی‌شده در 2013-03-21.
  20. Empty citation (help)
  21. «Mapping the Early Universe». نیویورک تایمز. 21 March 2013. بازبینی‌شده در 2013-03-23.
  22. Boyle، Alan. «Planck probe's cosmic 'baby picture' revises universe's vital statistics». NBC News. 21 March 2013. بازبینی‌شده در 2013-03-21.
  23. «Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results». Astronomy & Astrophysics (submitted)، 20 March 2013. arXiv:۱۳۰۳.۵۰۶۲.
  24. Bennett، C.L.. Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Final Maps and Results. December 20, 2012. arXiv:۱۲۱۲.۵۲۲۵. بازبینی‌شده در 2013-01-01.
  25. Lineweaver، Charles. «Misconceptions about the Big Bang». Davis, Tamara M.. Scientific American، 2005. بازبینی‌شده در 2008-11-06.
  26. The Compact Edition of the Oxford English Dictionary, volume II, Oxford: Oxford University Press, 1971, p. 3518.
  27. Lewis, C. T. and Short, S A Latin Dictionary, Oxford University Press, ISBN 0-19-864201-6, pp. 1933, 1977–1978.
  28. Liddell and Scott, p. 1392.
  29. Liddell and Scott, pp. 1345–1346.
  30. An English-Greek lexicon. American Book Company، 1870.
  31. Lewis and Short, pp. 1881–1882, 1175, 1189–1190.
  32. OED, pp. 909, 569, 3821–3822, 1900.
  33. Ellis، George F.R.. U. Kirchner, W.R. Stoeger. «Multiverses and physical cosmology». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. U. Kirchner, W.R. Stoeger 347، ش. 3 (2004): 921–936. arXiv:astro-ph/۰۳۰۵۲۹۲. Bibcode: ۲۰۰۴MNRAS.۳۴۷..۹۲۱E. doi:10.1111/j.1365-2966.2004.07261.x.
  34. Lineweaver، Charles. «Misconceptions about the Big Bang». Tamara M. Davis. Scientific American، 2005. بازبینی‌شده در 2007-03-05.
  35. Rindler, p. 196.
  36. Christian، Eric. «How large is the Milky Way?». بازبینی‌شده در 2007-11-28.
  37. «First Determination of the Distance and Fundamental Properties of an Eclipsing Binary in the Andromeda Galaxy». Astrophysical Journal 635، ش. 1 (2005): L37–L40. arXiv:astro-ph/۰۵۱۱۰۴۵. Bibcode: ۲۰۰۵ApJ...۶۳۵L..۳۷R. doi:10.1086/499161.
    «Distances and metallicities for 17 Local Group galaxies». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 356، ش. 4 (2005): 979–997. arXiv:astro-ph/۰۴۱۰۴۸۹. Bibcode: ۲۰۰۵MNRAS.۳۵۶..۹۷۹M. doi:10.1111/j.1365-2966.2004.08514.x.
  38. Mackie، Glen. «To see the Universe in a Grain of Taranaki Sand». Swinburne University، February 1, 2002. بازبینی‌شده در 2006-12-20.
  39. «Unveiling the Secret of a Virgo Dwarf Galaxy». ESO، 2000-05-03. بازبینی‌شده در 2007-01-03.
  40. «Hubble's Largest Galaxy Portrait Offers a New High-Definition View». NASA، 2006-02-28. بازبینی‌شده در 2007-01-03.
  41. Vergano, Dan. Unknown parameter |پیوند= ignored (help); Unknown parameter |تاریخ= ignored (help); Unknown parameter |اثر= ignored (help); Unknown parameter |بازبینی= ignored (help); Unknown parameter |عنوان= ignored (help); Missing or empty |title= (help)
  42. Mandolesi, N.; Calzolari, P.; Cortiglioni, S.; Delpino, F.; Sironi, G.; Inzani, P.; Deamici, G.; Solheim, J. -E.; Berger, L.; Partridge, R. B.; Martenis, P. L.; Sangree, C. H.; Harvey, R. C. (1986). "Large-scale homogeneity of the Universe measured by the microwave background". Nature 319 (6056): 751. doi:10.1038/319751a0. ویرایش
  43. Hinshaw، Gary. «New Three Year Results on the Oldest Light in the Universe». NASA WMAP، November 29, 2006. بازبینی‌شده در 2006-08-10.
  44. Hinshaw، Gary. «Tests of the Big Bang: The CMB». NASA WMAP، December 15, 2005. بازبینی‌شده در 2007-01-09.
  45. Rindler, p. 202.
  46. Hinshaw، Gary. «What is the Universe Made Of?». NASA WMAP، February 10, 2006. بازبینی‌شده در 2007-01-04.
  47. Wright، Edward L.. «Big Bang Nucleosynthesis». UCLA، September 12, 2004. بازبینی‌شده در 2007-01-05.
    «Chemical Composition of the Early Universe». The Astrophysical Journal 589، ش. 1 (۲۰۰۳): 53–57. arXiv:astro-ph/۰۳۰۲۲۵۹. Bibcode: ۲۰۰۳ApJ...۵۸۹...۵۳H. doi:10.1086/374415.
    «Chemical Composition of the Early Universe». Bulletin of the American Astronomical Society 29 (1997). Bibcode: ۱۹۹۷AAS...۱۹۱.۷۶۰۳K.
  48. «Antimatter». Particle Physics and Astronomy Research Council، October 28, ۲۰۰۳. بازبینی‌شده در 2006-08-10.
  49. Landau and Lifshitz, p. 361.
  50. WMAP Mission: Results – Age of the Universe. Map.gsfc.nasa.gov. Retrieved 2011-11-28.
  51. . arXiv:astro-ph/9901364. Unknown parameter |نام= ignored (help); Unknown parameter |نام خانوادگی= ignored (help); Unknown parameter |bookعنوان= ignored (help); Unknown parameter |سال= ignored (help); Unknown parameter |عنوان= ignored (help); Unknown parameter |دیگران= ignored (help); Missing or empty |title= (help)
    Luminet، Jean-Pierre. J. Weeks, A. Riazuelo, R. Lehoucq, J.-P. Uzan. «Dodecahedral space topology as an explanation for weak wide-angle temperature correlations in the cosmic microwave background». Nature. J. Weeks, A. Riazuelo, R. Lehoucq, J.-P. Uzan 425، ش. 6958 (۲۰۰۳): 593–595. arXiv:astro-ph/۰۳۱۰۲۵۳. Bibcode: ۲۰۰۳Natur.۴۲۵..۵۹۳L. doi:10.1038/nature01944. PMID ۱۴۵۳۴۵۷۹.
  52. Strobel، Nick. «The Composition of Stars». Astronomy Notes، May 23, 2001. بازبینی‌شده در 2007-01-04.
    «Have physical constants changed with time?». Astrophysics (Astronomy Frequently Asked Questions). بازبینی‌شده در 2007-01-04.
  53. A Brief History of Time. Bantam Books، 1988. شابک ‎۰-۵۵۳-۰۵۳۴۰-X.
  54. Just Six Numbers. HarperCollins Publishers، 1999. شابک ‎۰-۴۶۵-۰۳۶۷۲-۴.
  55. Adams، F.C.. «Stars in other universes: stellar structure with different fundamental constants». Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 2008، ش. 8 (2008). arXiv:۰۸۰۷.۳۶۹۷. Bibcode: ۲۰۰۸JCAP...۰۸..۰۱۰A. doi:10.1088/1475-7516/2008/08/010.
  56. Harnik، R.. Kribs, G.D. and Perez, G.. «A Universe without weak interactions». Physical Review D. Kribs, G.D. and Perez, G. 74، ش. 3 (2006). arXiv:hep-ph/۰۶۰۴۰۲۷. Bibcode: ۲۰۰۶PhRvD..۷۴c۵۰۰۶H. doi:10.1103/PhysRevD.74.035006.
  57. (Henry Gravrand, "La civilisation Sereer -Pangool") [in] دانشگاه گوته فرانکفورت, Frobenius-Institut, Deutsche Gesellschaft für Kulturmorphologie, Frobenius Gesellschaft, "Paideuma: Mitteilungen zur Kulturkunde, Volumes 43–44", F. Steiner (1997), pp. 144–5, ISBN 3515028420
  58. ویل دورانت, Our Oriental Heritage:

    «دو سیستم تفکر هندو نظریه‌های فیزیکی مشابه یونان باستان ارائه می‌دهند. کانادا، بنیانگذار فلسفه وایششیکا، بر این گمان بود که جهان از اتمهایی تشکیل شده که گونه‌های آن به تعداد گونه‌های عناصر هستند. آیین جین بیش از همه نزدیک به [نظریات] دموکریتوس است زیرا می‌آموزد که تمامی اتم‌ها از یک گونه هستند و به وسیله حالت‌های مختلف ترکیب شدن، آثار گوناگون ایجاد می‌کنند. کانادا باور داشت نور و گرما گونه‌های مختلفی از یک ماده هستند، اودایانا می‌آموخت که کل گرما از خورشید می‌آید، و واچاسپاتی، همانند نیوتن نور را به صورت ذره‌های بسیار کوچکی تفسیر می‌نمود که از مواد منتشر می‌شوند به چشم برخورد می‌کنند.  »

  59. Stcherbatsky, F. Th. (1930, 1962), Buddhist Logic, Volume 1, p. 19, Dover, New York:

    «بودایی‌ها کلا وجود ماده مادی را رد کردند. حرکت برای آنها از لحظه‌ها تشکیل می‌شود، حرکت بریده-‌بریده است، برق‌های لحظه‌ای جریانی از انرژی...، به گفته بودیست‌ها "همه‌چیز ناپایدار است"، ... ، زیرا هیچ چیزی وجود ندارد... هر دو سیستم [سانکیها, و بعدها بودیسم هندی] درارای این گرایش مشترک‌اند که تحلیل وجود را تا ریزترین ذرات آن پیش ببرند، آخرین عناصری که به عنوان کیفیت‌های مطلق تصور می‌شوند، یا چیزهای که تنها یک کیفیت یکتا دارند. این چیزها در هر دو سیستم «کیفیت» (گونا-دارما) نامیده می‌شوند و به معنی کیفیت‌های مطلق هستند، نوعی انرژی‌های اتمی یا درون-اتمی که چیزهای تجربی از آنها تشکیل شده‌اند. بنابراین هر دو سیستم در انکار واقعیت عینی ماده یا کیفیت و رابطه‌ای که انها را به هم می‌پیوندد، هم‌نظرند. در فلسفه سانکهیا کیفیت‌ها وجود مستقل ندارند. آنچه ما کیفیت می‌نامیم چیزی جز یک تجلی خاص از یک موجودیت ظریف نیست. هر واحد جدیدی از کیفیت متناظر با یک کوانتوم از ماده‌ای است که کیفیت گونا نامیده می‌شود، اما نمایاننده یک موجودیت ذاتی ظریف است. همین در مورد بودیسم اولیه نیز صادق است که تمامی کیفیت‌ها ذاتی، ویا به بیان دقیقتر موجودیت‌های پویایی هستند، هرچند که با نام دارما (کیفیت) نیز شناخته می‌شوند.»

  60. Craig، William Lane. «Whitrow and Popper on the Impossibility of an Infinite Past». The British Journal for the Philosophy of Science ۳۰، ش. ۲ (ژوئن ۱۹۷۹): ۱۷۰-۱۶۵ (۶-۱۶۵). doi:10.1093/bjps/30.2.165.
  61. Boyer, C. (1968) A History of Mathematics. Wiley, p. 54.
  62. «The History of Ancient Astronomy Problems and Methods». Journal of Near Eastern Studies 4، ش. 1 (1945): 1–38. doi:10.1086/370729. JSTOR ۵۹۵۱۶۸. «سلوکوس کلده‌ای از سلوکیه»
  63. «Chaldaean Astronomy of the Last Three Centuries B. C». Journal of the American Oriental Society 75، ش. 3 (1955): 166–173 (169). doi:10.2307/595168. JSTOR ۵۹۵۱۶۸. «نظریه خورشید-مرکزی که توسط آریستارخوس ساموسی ابداع شد، یک قرن بعد هنوز توسط سلوکوس بابلی دفاع می‌شد»
  64. William P. D. Wightman (1951, 1953), The Growth of Scientific Ideas, Yale University Press p. 38, where Wightman calls him Seleukos the کلده (تمدن بابل)n.
  65. لوچیو روسو, Flussi e riflussi, Feltrinelli, Milano, ۲۰۰۳, ISBN 88-07-10349-4.
  66. Bartel, p. 527
  67. Bartel, pp. 527–9
  68. Bartel, pp. 529–34
  69. Bartel, pp. 534–7
  70. Nasr، Seyyed H.. An Introduction to Islamic Cosmological Doctrines. 1st edition by انتشارات دانشگاه هاروارد, 2nd edition by انتشارات دانشگاه ایالتی نیویورک، 1st edition in 1964, 2nd edition in 1993. 135–6. شابک ‎۰-۷۹۱۴-۱۵۱۵-۵.
  71. Misner, Thorne and Wheeler, p. 754.
  72. Misner, Thorne and Wheeler, p. 755–756.
  73. Misner, Thorne and Wheeler, p. 756.
  74. Traité de la Comète. Lausanne، 1744. 223ff.. Reprinted as Appendix II in The Bowl of Night: The Physical Universe and Scientific Thought. M.I.T. Press، 1969. شابک ‎۹۷۸-۰-۲۶۲-۵۴۰۰۳-۲.
  75. «Unknown عنوان». Bode's Jahrbuch 111 (1826).. Reprinted as Appendix I in The Bowl of Night: The Physical Universe and Scientific Thought. M.I.T. Press، 1969. شابک ‎۹۷۸-۰-۲۶۲-۵۴۰۰۳-۲.
  76. «The Stability of a Spherical Nebula». Philosophical Transactions of the Royal Society A 199، ش. 312–320 (1902): 1–53. Bibcode: ۱۹۰۲RSPTA.۱۹۹....۱J. doi:10.1098/rsta.1902.0012. JSTOR ۹۰۸۴۵. بازبینی‌شده در 2011-03-17.
  77. Misner, Thorne and Wheeler, p. 757.
  78. Einstein، A. «Kosmologische Betrachtungen zur allgemeinen Relativitätstheorie». Preussische Akademie der Wissenschaften, Sitzungsberichte (part 1) (1917): 142–152.
  79. Rindler, pp. 226–229.
  80. Landau and Lifshitz, pp. 358–359.
  81. Einstein، A. «Zum kosmologischen Problem der allgemeinen Relativitätstheorie». Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften, Physikalisch-mathematische Klasse 1931 (1931): 235–237.
    «On the relation between the expansion and the mean density of the Universe». Proceedings of the National Academy of Sciences 18، ش. 3 (1932): 213–214. Bibcode: ۱۹۳۲PNAS...۱۸..۲۱۳E. doi:10.1073/pnas.18.3.213. PMC ۱۰۷۶۱۹۳. PMID ۱۶۵۸۷۶۶۳.
  82. Hubble Telescope news release. Hubblesite.org (2004-02-20). Retrieved 2011-11-28.
  83. Empty citation (help)
  84. «Cosmological constant and elementary particles». JETP Letters 6 (1967): 316–317. Bibcode: ۱۹۶۷JETPL...۶..۳۱۶Z.
  85. آلبرت انیشتین (1905) "Zur Elektrodynamik bewegter Körper", Annalen der Physik 17: 891؛ ترجمه انگلیسی On the Electrodynamics of Moving Bodies توسط جرج بارکر جفری و ویلفرید پرت (۱۹۲۳)؛ یک ترجمه انگلیسی دیگر On the Electrodynamics of Moving Bodies از مق ند ساها (۱۹۲۰).
  86. Spacetime Physics: Introduction to Special Relativity. W. H. Freeman، 1992. شابک ‎۰-۷۱۶۷-۲۳۲۷-۱.
  87. Essential Relativity. Birkhäuser، 1977. شابک ‎۳-۵۴۰-۰۷۹۷۰-X.
  88. «What is the experimental basis of Special Relativity?». Usenet Physics FAQ. 2007. بازبینی‌شده در 2008-09-17.
  89. Relativity: The Special and the General Theory. Routledge، 2001. شابک ‎۰-۴۱۵-۲۵۳۸۴-۵.
  90. Six Not-so-easy Pieces: Einstein's relativity, symmetry, and space-time. Basic Books، 1998. شابک ‎۰-۲۰۱-۳۲۸۴۲-۹.
  91. «Über die Krümmung des Raumes». Zeitschrift für Physik 10، ش. 1 (1922): 377–386. Bibcode: ۱۹۲۲ZPhy...۱۰..۳۷۷F. doi:10.1007/BF01332580.
  92. «Cosmic Detectives». The European Space Agency (ESA)، 2013-04-02.
  93. «One Universe or Many?». Journal of the History of Ideas 12، ش. 2 (1959): 231–255. doi:10.2307/2707516. JSTOR ۲۷۰۷۵۱۶.
  94. Misner, Thorne and Wheeler, p. 753.
  95. «Eternal chaotic inflation». Mod. Phys. Lett. A1، ش. 2 (1986): 81–85. Bibcode: ۱۹۸۶MPLA....۱...۸۱L. doi:10.1142/S0217732386000129.
    «Eternally existing self-reproducing chaotic inflationary Universe». Phys. Lett. B175، ش. 4 (1986): 395–400. Bibcode: ۱۹۸۶PhLB..۱۷۵..۳۹۵L. doi:10.1016/0370-2693(86)90611-8. بازبینی‌شده در 2011-03-17.