سرویس علم خبرگزاری کتاب ایران (ایبنا) -‌محمدحسن ابوالحسنی: کتاب «در جست‌وجوی فهم کیهان» نوشته بهرام مشحون و شانت باغرام در سال ۱۴۰۳ و در ۳۰۰ صفحه توسط فرهنگ نشر نو منتشر شده است. این کتاب یکی از بهترین مداخل به مباحث نجوم و کیهان‌شناسی است که موضوعات جدید این رشته را برای مطالعه عموم عرضه کرده و همچنین به تاریخ این علم نیز گریز می‌زند. در این کتاب درباره فیزیک نیوتنی، الکترومغناطیس، مکانیک کوانتومی، نسبیت خاص و عام و کیهان‌شناسی سخن گفته و مفاهیم بنیادی این زمینه‌ها برای افراد مبتدی، با حداقل جزئیات ریاضی، تشریح می‌شود.

بهرام مشحون استاد پیشکسوت و بازنشسته دانشگاه میزوری کلمبیا بوده و همچنین استاد معین پژوهشگاه دانش‌های بنیادی و دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف است. او دوره کارشناسی خود را در دانشگاه برکلی گذرانده و سپس به دانشگاه پرینستون رفته و در سال ۱۳۵۱ موفق به گذراندن رساله دکتری خود درباره سیاهچاله‌ها زیر نظر جان ویلر شده است. پژوهش وی درباره فیزیک نظری، گرانش و نسبیت عام بسیار تاثیرگذار بوده است. شانت باغرام کیهان‌شناس و عضو هیئت علمی دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف است. او در دانشگاه واترلو، موسسه فیزیک نظری پریمیتر در کانادا و همینطور پژوهشکده نجوم پژوهشگاه دانش‌های بنیادی محقق پسادکتری بوده است.

کتاب شامل ده فصل است با عناوین زیر: ۱) آغاز داستان از عالم جادو تا نیوتن، ۲) نگریستن به آسمان، ۳) ستارگان، ۴) کهکشان‌ها، ۵) مهبانگ، ۶) فیزیک پس از نیوتن، ۷) فضا و زمان و نسبیت، ۸) نسبیت عام، سیاهچاله‌ها، و امواج گرانشی ۹) مدل‌های کیهان‌شناسی، ۱۰) زندگی در کیهان: انتهای کیهان و نادانسته‌های کیهان‌شناسی.

کیهان و کیهان‌شناسی چیست؟

نویسنده بیان می‌کند که کیهان‌شناسی دانشی است که نظم فیزیکی و مادی جهان را مطالعه می‌کند؛ درواقع هدفش کشف نظمی است که در دنیا وجود دارد. برای کیهان دو کلمه یا معادل در زبان انگلیسی وجود دارد: cosmos و universe. کلمه cosmos از زبان یونانی آمده و به معنای نظم و الگوست و در مقابل chaos یعنی بی‌نظمی و آشوب قرار دارد. کلمه universe از ریشه لاتین آمده و به معنای همه چیز را از پوشیدگی و پیچیدگی درآوردن و یکپارچه کردن است. جالب است که لفظ دانشگاه university نیز از همین جاست: «یعنی جایی که آدمی بسیاری چیزها می‌آموزد و قرار است مطالب گوناگونی را که یاد می‌گیرد یکپارچه کند و در نهایت انسانیت از درونش ظاهر شود.» گاهی اوقات cosmology را با cosmetology اشتباه می‌گیرند؛ این واژه دوم علم یا هنری است که قرار است به ظاهر آدمی نظم بدهد.

تولد و مرگ ستارگان

کتاب اطلاعات جالبی را درباره زندگی و مرگ ستارگان عرضه می‌کند. اگر به آسمان شب نگاه کنیم، به شرطی که آلودگی نوری در محیط نباشد، کهکشان راه شیری را می‌بینیم. وقتی به سوی لبه کهکشان نگاه می‌کنیم ستارگان را می‌بینیم ولی وقتی به سمت مرکز و بخش میانی نگاه کنیم، یک ابر سفید و نورانی یعنی راه شیری را می‌بینیم. اگر با تلسکوپ و چشم مسلح نگاه کنیم ابرهای گازی را خواهیم دید که به آن nebula می‌گویند به معنای ابر یا سحابی. حدود ۷۵ درصد از اجرام آسمانی قابل رویت متشکل از هیدروژن است و حدود ۲۵ درصد متشکل از هلیوم. امانوئل کانت و پیر سیمون دولاپلاس فرضیه سحابی را مطرح کردند که طبق آن ابرهای گازی بر اثر جاذبه گرانشی دور هم جمع می‌شوند، این توده با فشرده و متراکم شدن، به دور خود می‌چرخد؛ هرچه این توده فشرده‌تر و متراکم‌تر باشد، چرخش سریع‌تر می‌شود و سرانجام در مرکز این دیسک گازی یک ستاره پدید می‌آید. تقریباً نیمی از ستارگانی که در آسمان می‌بینیم واقعاً تک‌ستاره و تنها هستند اما مابقی آنها سامانه‌های دوتایی، سه‌تایی و چندتایی‌اند. بسیاری از ستارگان، همانند خورشید، اطراف خود سیاراتی چرخان دارند اما از آنجایی که اغلب بسیار کم‌نوراند به راحتی قابل تشخیص نیستند. ستارگان معمولاً دمای بسیار بالایی دارند و دمای سطح آنها با مرکزشان متفاوت است؛ مثلاً دمای سطح خورشید حدود شش هزار کلوین است درحالی که دمای مرکز آن حدود یک میلیون کلوین می‌باشد. زندگی و عمر ستارگان با فرایندهای گداخت هسته‌ای که دورنشان رخ می‌دهد ربط تنگاتنگی دارد. تعداد فرایندهای درونی ستارگان آن قدر زیاد است که حساب کردن تمامی معادلات مربوط به آنها بدون استفاده از رایانه امکان‌پذیر نیست.

اگر جرم ستاره حدود ۰.۱ جرم خورشید یا کمتر باشد، فشار و دمای درون آن تسبتا کم است و گداخت هسته‌ای درون آن با سرعت کمی رخ می‌دهد. در این حالت می‌تواند عمر طولانی‌تری داشته باشد اما نور کمی از خود بروز دهد. به این ستارگان کوچک با دمای کم، کوتوله قهوه‌ای یا کوتوله سرخ گفته می‌شود. اگر اندازه یک ستاره حدود ۱ تا ۳ برابر خورشید باشد در بازه زمانی چند میلیارد ساله فرایندی را طی خواهد کرد که طی آن بسیار بزرگ شده و به یک غول سرخ بدل می‌شود. مثلاً پیش‌بینی می‌شود که خورشید حدود ۵ میلیارد سال دیگر آن اندازه بزرگ شود که زمین و سیاره‌های دیگر منظومه شمسی را ببلعد و به یک غول سرخ بدل شود. در این حالت، دو انفجار درون غول سرخ رخ می‌دهد، انفجاری که رو به بیرون است لایه‌های بیرونی را می‌پراکند و آنها را به ابر سیاره‌ای بدل می‌کند. انفجار درونی تراکم مواد داخلی را افزایش داده و آن را به یک کوتوله سفید تبدیل می‌کند که اندازه‌ای شبیه کره زمین دارد. دمای کوتوله سفید خیلی بالاست اما به علت کوچک بودنش نور کمی از خود ساطع می‌کند.کوتوله سفید یک ستاره مرده است چون که دیگر گداخت هسته‌ای در آن رخ نمی‌دهد.

اغلب ستاره‌هایی که در آسمان می‌بینیم شعاع ثابتی دارند چون نیروی گداخت هسته‌ای به سمت بیرون و نیروی گرانشی به سمت درون یکدیگر را خنثی می‌کنند اما تعداد محدودی از ستارگان هستند که شعاع متغیر داشته و میزان درخشندگی آنها نیز تغییر می‌کند. این ستارگان در دو دسته جای می‌گیرند؛ دسته اول ستارگان جفتی یا دوتایی هستند که به دور یکدیگر می‌چرخند و راستای آنها با زمین باعث افزایش یا کاهش درخشندگی‌شان می‌شود، اما دسته دوم ستارگانی‌اند که در آنها نیروی بیرونی حاصل از گداخت با نیروی درونی حاصل از گرانش خنثی نشده و بنابراین شعاع و درخشندگی متغیر آنها را رقم می‌زند.

وقتی ستارگان عمر طبیعی خود را طی کرده و می‌میرند ممکن است سه سرنوشت برایشان رقم بخورد؛ آنها می‌توانند به کوتوله سفید، ستاره نوترونی یا سیاهچاله بدل شوند.

سخن پایانی

در انتهای کتاب، مولف در مقام جمع‌بندی متذکر می‌شود: «… پرسش‌های بسیار مهمی که هنوز پاسخی برای آنها نداریم پیش روی ماست. مسئله آغاز کیهان، مولفه‌های تشکیل‌دهنده کیهان مانند ماده تاریک، مسئله انبساط تندشونده کیهان یا به معنای دیگر مسئله انرژی تاریک نمونه‌هایی از پرسش‌ها و نادانسته‌های ما هستند.... آیا حیات به نوع دیگری در این کیهان پهناور وجود دارد؟ آیا موجودات هوشمند دیگری در کیهان پهناور زندگی می‌کنند؟ چگونه می‌توانیم این حیات دیگر را کشف کنیم؟»

همچنین ۵۰ سوال در انتهای کتاب مطرح شده که خوانندگان با پاسخ دادن به آنها می‌توانند معلومات خود را محک بزنند. در کل، در جست‌وجوی فهم کیهان یک گردش علمی جذاب در کیهان‌شناسی، نجوم و تاریخ این علم است، کتابی که هم برای دانشجویان مفید است هم برای متفنن‌ها و مبتدیان.