تصور کنید که می توانستیم جهانمان را در 14 میلیارد سال پیش زمانی که کودکی بیش نبود ببینیم. اگر یک ماشین زمان داشتیم، می توانستیم به عقب برگردیم و چگونگی ظهور خصوصیات جنینی اش را بعد از مِهبانگ ببینیم. سوالات زیادی درباره آن لحظه ی آغازین وجود دارد: کدامیک ابتدا بوجود آمدند؟ ستاره ها یا کهکشانها؟ آیا ستارگان هر یک در زمانی ظاهر شدند یا به طورهمزان در غبارهای تودای ِ ایجاد شده؟ دانشمندان نظریاتی دارند، اما این شگفت انگیز می نماید که به طور واقعی در زمان به عقب نگاه کنیم و به یقین ببینیم.

باور کنید یا نه، ماشین زمان وجود دارد- دانشمندان آن را تلسکوپ می نامند. ستاره شناسانی که ستارگان و کهکشانها را رصد می کنند، آنها را آنگونه که اکنون هستند نمی بینند، بلکه آنها به مانند زمانیکه نور ستاره سفرش را آغاز کرد ظاهر می شوند. با تلسکوپها، ستاره شناسان می توانند میلیاردها سال به گذشته سفر کنند.

اخیرا ستاره شناسی به نام ریچارد اِلیس از انجمن فن آوری کالیفرنیا از تلسکوپ فضایی هابل ناسا برای سفر به گذشته تا نزدیکی زمان مِهبانگ استفاده کرد. او و همکارانش برای رصد ستارگان نوزاد -اولین ستارگانی که در جهانمان ظاهر شدند- جستجوی خود را آغاز کرد. الیس توضیح می دهد که: « در برخی نقاط یک میلیارد یا همین حدود سال بعد از مِهبانگ، جاذبه ی گرانشی سبب شده است که گازی که جهان را پر کرده بود فروپاشیده و اولین ستارگان را تشکیل دهد». جستجو به دنبال نشانه های این ستاره ها، که نور اول خوانده می شوند، یکی از چالشهای جالب توجه در ستاره شناسی جدید است.

الگوی مِهبانگ نظریه ای در سطح وسیع پذیرفته شده برای منشاء و تکامل جهان است. این الگو فرض می کند که 12 تا 14 میلیارد سال پیش، این بخش از جهان که اکنون می بینیم تنها چند میلیمتر وسعت داشته است. جهان از این حالتِ چگال و داغ به کیهانی سردتر و وسیعتر که در حال حاضر در آن ساکنیم، گسترش یافت. ما می توانیم باقیمانده ی این ماده چگال و داغ را به صورت تابش زمینه ی ریزموج کیهانی خیلی سردِ کنونی ببینیم که هنوز جهان را فرا گرفته است و برای گیرنده های ریزموج به صورت تابشی یکنواخت در سراسر آسمان قابل رویت است.

الگوی مِهبانگ بر دو پایه ی نظری تکیه دارد. این دو ایده، کلّ مبنای نظری کیهانشناسی مِهبانگ را شکل می دهند و ما را به سوی پیشگویی های بسیار ویژه در خواص قابل مشاهده ی جهان هدایت می کنند. اولین ایده ی کلیدی در سال 1916 رقم خورد- زمانیکه اینشتین نظریه ی نسبیت عام خود را که توسعه داده بود به عنوان یک نظریه ی جدید گرانشی پیشنهاد کرد. در نظریه ی او- که نظریه ی ابتدایی گرانش اسحاق نیوتن، به سال 1680، را تعمیم می داد- فرض می شد که نظریه برای اجسام در حال حرکت به همان میزان صادق است که در مورد اجسام در حال سکون صدق می کند. گرانش نیوتنی تنها برای اجسام در حال سکون یا در حال حرکت خیلی آهسته نسبت به سرعت نور معتبر است (که معمولا یک فرض خیلی محدود کننده نیست). یک مفهوم کلیدی نسبیت عام این است که دیگر گرانش بوسیله ی یک "میدان" گرانشی توصیف نمی شود بلکه بیشتر فرض می شود که گرانش یک تغییر شکل فضا و زمان خود به خودی است. جان میلر - فیزیکدان - در عبارت "ماده چگونگی خمیدگی فضا را تعیین می کند، و فضا چگونگی حرکت ماده را" بخوبی این مطلب را گنجانده است. در اصل، نظریه تونایی محاسبه ی حالت ویژه ی مدار عُطارد و انحراف نور بوسیله ی خورشید را داشت، که این دو در نظریه ی گرانش اسحاق نیوتن توضیحی نداشتند. در سالهای اخیر، نظریه از یک سری آزمایشهای سخت سربلند در آمده است.

بعد از معرفی نسبیت عام جمعی از دانشمندان، از جمله اینشتین، سعی کردند تا دینامیک گرانشی جدید را به کل جهان اعمال کنند. این کار در آن زمان نیاز به فرضی در مورد چگونگی پخش شدن ماده در جهان داشت. ساده ترین فرض این است که اگر محتویات جهان را بقدر کافی کم تراکم دیدید، تقریبا واضح خواهد بود که در همه جا و در همه ی جهات همین گونه است. این یعنی زمانیکه ماده ی موجود در جهان در مقیاسهای خیلی بزرگ مقدار میانگینی دارد، همگن و همسانگرد است. این فرض، اصل کیهانی نام گرفت و به طور مکرر مورد آزمایش قرار گرفت همانطور که به واقع توزیع کهکشانها در هر مقیاس بزرگی مشاهده شد. بعلاوه تابش زمینه ی ریز موج کیهانی، باقیمانده ی گرمای مِهبانگ، دمایی دارد که در تمام آسمان خیلی یکنواخت است. این حقیقت شدیدا بر این نکته تاکید دارد که گازی که این تابش را خیلی پیش ساتع کرد، بسیار یکنواخت پخش شده است.

 در چند ثانیه آغازین بعد از مِهبانگ، جهان خیلی متفاوت از امروز بود. در حقیقت جهان از موادی به كلی متفاوت تشكیل شده بود: پلاسمای كوارك-گلوئون، یك سوپ "خارق العاده" از كواركها و گلوئونها كه به طور دیوانه واری در دمای بالاتر از 1000.000.000.000 درجه در جوش و خروش بود.

كواركها ذرات ریزی هستند (تقریباً هم اندازه ی الكترونها) كه پروتونها، نوترونها و دیگر ذراتی كه "هادورن" نامیده می شوند از آنها ساخته شده اند. همانطور كه فوتونها ذرات "حامل نیرو"ی الكترومغناطیسی هستند، گلوئونها ذرات حامل نیروی قوی اند. قویترین نیرویی كه در جهان وجود دارد همین نیروی قوی است كه مسئول به هم چسباندن كواركهای داخل پروتونها و نوترونها است. نیروی قوی بقدری قوی است كه كسی موفق به جداسازی كواركها بطور منفرد نشده است،‌ كواركها همیشه به طور جفت شده ی دوتایی و سه تایی یافت می شوند.

بلافاصله بعد از مِهبانگ دما بقدری بالا بود كه بر چسبندگی گلوئونها چیره شد و كواركها آزادانه به جوشش در آمدند. در نتیجه محصول بدست آمده "سوپی" از كواركها و گلوئونها بود؛ پلاسمای كوارك-گلوئون. این پلاسما با سرد شدن جهان به سرعت محو شد. در حقیقت، در صد هزارم ثانیه ی آغازین -- زمانی كه گلوئونها شروع به "گیراندازی" كواركها در هادرونها كردند (فرایندی كه هادرونیزاسیون خوانده می شود-- پلاسمای كوارك-گلوئون از بین رفت. كمی بعد از یك ثانیه آغازین بود كه اولین هسته شروع به شكل گیری از آن هادرونها كرد، و این فرایند تقریبا یك میلیارد سال طول كشید تا اینكه اولین اتمها شكل گرفتند. باور كنید یا نه، انسان سعی در تولید پلاسمای كوارك-گلوئون در آزمایشگاه دارد! پروژه ای به نام فنیكس در آزمایشگاه ملی بروكهاون در لانگ آیلند با در هم شكستن ذرات در سرعتهای بی نهایت در درون شتابدهنده ای به نام "برخورد دهنده ی یون سنگین نسبیتی" سعی در تولید پلاسمای كوارك-گلوئون دارد. با توجه به تقاضای همگانی بعد از فراموشی میلیارد ها و میلیاردها ساله ، شاید بزودی سوپ جهان اولیه در بروكهاون سرو شود.

The Early Universe Soup


In the first few millionths of the second after the Big Bang, the universe looked very different than today. In fact the universe existed as a different form of matter altogether: the quark-gluon plasma or QGP, a weird 'soup' of quarks and gluons buzzing around frantically at temperatures of over 1,000,000,000,000 degrees.

Quarks are tiny particles (approximately same in size to electrons) which make up protons, neutrons and other so called 'hadron' particles. Just like photons are 'force carrier' particles for the electro-magnetic force, gluons are force carrier particles for the strong force. The strong force is the strongest force in the universe and is responsible for keeping the quarks 'glued' together inside protons and neutrons. The strong force is actually so strong that no one has even succeeded in separating individual quarks, they always come in pairs of two or three.

Immediately after the Big Bang the temperature was so high that it overpowered the gluons and freed the quarks to buzz around. The result was a dense 'soup' of free quarks and gluons; the quark-gluon plasma. This plasma quickly disappeared as the universe cooled. In fact, the QGP was gone within the first hundred-thousandth of a second when the gluons started 'trapping' all the quarks into hadrons (process called hadronization). After the first second or so the first nuclei started forming from those hadrons, and it took almost a billion years for the first atoms to form. Believe it or not, humans are trying to reproduce this QGP in the laboratory! A project called Phenix at the Brookhaven National Laboratory in Long Island is trying to produce QGP by smashing particles at extreme speeds inside an accelerator called RHIC (Relativisting Heavy Ion Collider). The early universe soup may be soon served at Brookhaven, back by popular demand after being forgotten for billions and billions of years!