کاشفان قلب های تاریک - مواد روی سیاهچاله ها به بیرون پرتاب می شوند _ شنبه ها روزنامه اعتماد

(هر شنبه صفحه علم روزنامه اعتماد)

کاشفان قلب های تاریک

مواد روی سیاهچاله ها به بیرون پرتاب می شوند

امین حمزه ئیان / www.Nutshell.ir

سیاهچاله ها اجرامی در فضا هستند که به سبب گرانش فوق العاده شان همه چیز را در اطراف خود می بلعند. اما آیا این بلعیدن ها تا زمانی بی نهایت توسط سیاهچاله ها ادامه دارد؟ سرانجام سیاهچاله ها چه می شوند؟ آیا آنان هم پایانی خواهند داشت؟

اولین ایده وجود اشیایی که ماده اطراف خود را می بلعند در سال 1784 میلادی مطرح شد. در آن سال ها «جان میشل» توانست با استدلال و محاسبات خود نشان دهد اگر گرانش جسمی، فوق العاده قوی باشد به صورتی که سرعت فرار از آن جسم بیش از سرعت نور باشد، حتی نور هم نمی تواند از آن بگریزد و دست آخر به سمت آن جسم برمی گردد. در سال 1796 میلادی «لاپلاس» ریاضیدان مشهور فرانسوی نظریه یی مشابه همان نظریه «جان میشل» مطرح کرد. این ایده ها موجب تشکیل مفهومی به نام «ستاره تاریک» شد که با نظریه های فیزیک نیوتنی توضیح داده می شد. اما مفاهیم اصلی سیاهچاله ها تا سال 1915 میلادی که «اینشتین» نظریه نسبیت عام خود را مطرح کرد به صورت جدی مورد بررسی و آزمایش قرار نگرفته بود. با وجود نظریه نسبیت عام، دانشمندان زیادی با در دست داشتن معادلات این نظریه، سعی در شناخت هر چه کامل تر چنین پدیده های شگفت انگیزی در کیهان کردند.

در هر سیاهچاله فاصله یی به نام شعاع «شوارتزشیلد» یا «افق رویداد» وجود دارد که اگر جسمی از مرز آن عبور کند دیگر هیچ امیدی برای برگشتش وجود ندارد. برای درک اتفاقات نزدیک به افق رویداد یک سیاهچاله، فرض کنید فضانوردی هستید که به سمت یک سیاهچاله سفر می کند. هرچه به این مکان تاریک بیشتر نزدیک می شوید به دلیل گرانش فوق العاده زیاد سیاهچاله، کشش بیشتری در بدن خود احساس می کنید. در این حالت اگر شخصی از بیرون به شما تماشا کند، متوجه کشش بدن شما می شود. همچنین شما از دید ناظر خارجی، هر لحظه کم فروغ تر دیده خواهید شد زیرا هر چه به افق رویداد سیاهچاله نزدیک تر می شوید نوری که از سطح لباس فضانوردی شما بازتاب پیدا می کند، سخت تر می تواند از دام سیاهچاله بگریزد و همچنین با نزدیک شدن به سیاهچاله دیگر نمی توانید به راحتی توسط سیستم رادیویی خود با همراهان تان ارتباط برقرار کنید زیرا امواج رادیویی، نور و دیگر امواج الکترومغناطیسی همان طور که گفتیم با نزدیک شدن به سیاهچاله آهسته توان گریز خود را از دست می دهند و به درون سیاهچاله کشیده می شوند.

هنوز هیچ فیزیکدانی نتوانسته است اتفاقات و سازوکار درون یک سیاهچاله (بعد از افق رویداد) را به طور دقیق پیش بینی کند. در سال 1920 میلادی فیزیکدانی به نام «چاندرا اسخار» طبق محاسبه های خود و با کمک نظریه نسبیت به این نتیجه رسید که جرم درون یک سیاهچاله باید دست کم 1.4 برابر جرم خورشید باشد. او دریافت که مرگ ستارگانی که بیشتر از 1.4 برابر خورشید جرم دارند دیگر به آرامی و در نهایت یک کوتوله سفید نخواهد بود. از این رو به این حد «حد چاندرا» می گویند. هرچند ایده او در آن زمان با مخالفت های زیادی روبه رو شد اما او سرانجام به این خاطر جایزه نوبل را دریافت کرد. در سال 1939 میلادی «اپنهایمر» توانست پیش بینی کند سیاهچاله ها از فروریزش و رمبش ماده درون یک ستاره بزرگ که سوخت خود را به پایان رسانده است، به وجود می آیند.

دهه ها بود که اکثر فیزیکدانان تصور می کردند هر چیزی که به درون یک سیاهچاله کشیده می شود، نابود شده و دیگر امکان بازگشت آن نخواهد بود. از این رو فیزیکدان ها تصوری هم از سرانجام سیاهچاله ها نداشتند. آنها نمی دانستند سیاهچاله ها، که روزی از مرگ ستارگان پرجرم به وجود آمده اند، آیا خود مرگی هم دارند یا خیر. به این منظور ایده هایی بیان شده بود، اما این ایده ها توان کاملی برای توضیح آینده چنین اجرام شگفت انگیزی نداشتند.

در این سال ها «استفن هاوکینگ» که دارای کرسی ریاضیات دانشگاه کمبریج است (مقامی که روزی «نیوتن» دارای آن بوده است) نظریه یی را بیان کرد که 30 سال با آن مخالف بوده است. او 30 سال از عمر خود روی برگشت ناپذیر بودن اطلاعات و ماده یی که به درون سیاهچاله ها کشیده می شود، پافشاری می کرد. اما در سال 1974 او توانست نشان دهد سیاهچاله ها خلاف آنچه خودش و بسیاری از دانشمندان دیگر تصور می کردند مانند یک جاروبرقی ابدی، عمل نمی کند. او نشان داد سیاهچاله ها به آرامی نشت و مواد درون خود را به فضای بیرون پرتاب می کنند. امروز چنین تابش هایی به نام «تابش هاوکینگ» معروف است. «تابش هاوکینگ» موجب می شود مواد درون یک سیاهچاله طی میلیاردها سال به بیرون پرتاب شود، به طوری که بعد از گذر این سال ها، در انتها سیاهچاله با انفجاری به عمر خود پایان می بخشد. «استفن هاوکینگ» دریافت که هرچه سیاهچاله یی بزرگ تر باشد روند تابش های آن آهسته تر است و با گذر زمان سیاهچاله پیوسته کوچک تر می شود و در نتیجه این تابش ها بیشتر شده و سیاهچاله با سرعت بیشتری به سوی نابودی می رود. هرچند امروز تنها 13.7 میلیارد سال از عمر کیهان می گذرد، اما دانش امروز می گوید احتمالاً بزرگ ترین سیاهچاله های کیهان که نیرومندترین انرژی را در کیهان دارند هم روزی خواهند مرد. 

نظری بر دو پرسش درباره سیاهچاله ها - تماشای تاریکی در ظلمات کیهانی _ شنبه ها روزنامه اعتماد

(هر شنبه صفحه علم روزنامه اعتماد)

نظری بر دو پرسش درباره سیاهچاله ها

تماشای تاریکی در ظلمات کیهانی

امین حمزه ئیان / www.Nutshell.ir

آیا سیاهچاله هایی که در کهکشان ها وجود دارند همه چیز را آنچنان در خود می بلعند که فضای بیکران اطراف را تهی می کنند؟

معمولاً زمانی که از سیاهچاله ها صحبت می شود، شیئی شگفت انگیز که همه چیز را در خود می کشد، در ذهن ها تصور می شود. اما در واقعیت چنین تصوری صحت ندارد. برای درک این مساله فرض کنید در منظومه شمسی، خورشید را برداشته و به جای آن یک سیاهچاله بگذاریم. در این صورت چه اتفاقی رخ خواهد داد؟ آیا زمین و دیگر سیاره های منظومه شمسی ناگهان به سمت سیاهچاله سقوط می کنند؟

خیر، اگر به جای خورشید سیاهچاله یی در حدود 10 برابر جرم خورشید قرار بدهیم، افق رویداد آن سیاهچاله (شعاعی که در صورت گذر از آن، برای فرار از سیاهچاله سرعتی بیش از سرعت نور می خواهیم) تنها در حدود 30 کیلومتر است. دقت داشته باشید میانگین فاصله نزدیک ترین سیاره به خورشید، عطارد (تیر)، 58 میلیون کیلومتر و فاصله میانگین زمین از خورشید 150 میلیون کیلومتر است.

سیاهچاله ها از آن جهت که گرانشی فوق العاده قوی دارند (که حتی نوری که از میان آنها می گذرد به درون خود می کشند) از خود نور یا امواج خاصی ساطع نمی کنند. پس دانشمندان چگونه این اجرام را در فضا می یابند؟

بسیاری از ستارگان کهکشان ها به صورت منظومه های دوتایی هستند یعنی دو ستاره طوری در دام گرانشی یکدیگر قرار گرفته اند که به دور یکدیگر می چرخند و تشکیل یک منظومه ستاره یی را می دهند. از آنجایی که معمولاً جرم دو ستاره در چنین منظومه هایی یکسان نیست، آن ستاره یی که جرم بیشتری دارد بر اثر فشار بیشتر، سوخت خود را با سرعت بیشتری نسبت به همدم دیگر خود به اتمام می رساند. اگر ستاره مورد نظر جرمی بیش از سه برابر جرم خورشید داشته باشد، پس از مرگ تبدیل به سیاهچاله می شود و به این ترتیب مواد روی سطح ستاره همدم خود را به آهستگی می بلعد. طی چنین فرآیندی پرتوهای ایکس منتشر می شود که اخترشناسان رصدی با دریافت این امواج الکترومغناطیس قوی و همچنین چرخش ستاره درخشان به دور جرمی نامعلوم، حدس می زنند که باید در آن منطقه از فضا، سیاهچاله یی قرار داشته باشد. همچنین گاهی با رصدها و تحلیل های دقیق، گویی غبار و ذراتی به دور جرمی نامعلوم می چرخند که وجود چنین حالتی معمولاً نشان از وجود یک سیاهچاله در بین آن ذرات و غبار دارد یا دانشمندان با مشاهده و محاسبه اثرات گرانشی قوی سیاهچاله ها بر فضای اطراف خود به وجود چنین اجرام تاریکی پی می برند.

آشنایی با ابعاد دیگر جهان و توضیح فیزیکدانان در این باره

آشنایی با ابعاد دیگر جهان و توضیح فیزیکدانان در این باره

ابدیتی نهفته در هر لحظه

گابریل والکر - ترجمه؛ شهاب شعری مقدم

www.NewScientist.com

(لینک مطلب در روزنامه اعتماد)

 

 

فیزیکدان ها از ابتدای شکل گیری دانش فیزیک تا به امروز همواره بر این تصور بوده اند که زمان، یک بعدی است. اما طی یک دهه اخیر همه چیز تغییر کرده است چراکه «کامران وفا» فیزیکدان مشهور ایرانی دانشگاه هاروارد با ارائه نظریه یی به نام نظریه F، احتمال دوبعدی بودن زمان را مطرح کرده است. اگر چنین باشد در این صورت زمان به جای خطی، صفحه یی خواهد بود. به این ترتیب نه تنها امکان سفر در زمان و رفتن به گذشته و آینده وجود خواهد داشت بلکه حتی می توان در درون تک تک لحظه ها در جهت عمود بر سیر زمان نیز حرکت کرد. بنابراین شاید درون هر لحظه، ابدیتی نهفته باشد.

---

سالیان سال تصور فیزیکدان ها آن بود که فضا سه بعدی است، اما از ابتدای قرن بیستم این تصور کم کم تغییر کرد. در ابتدا این نظریه مطرح شد که شاید 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 سر و کله 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 حل نشده فیزیک امروز را حل کرد. این فیزیکدان جسور کسی نیست جز «کامران وفا» فیزیکدان برجسته ایرانی دانشگاه هاروارد.

البته نظریه «وفا» نیز مانند تمامی نظریه های بزرگ دیگر با چالش هایی روبه رو است که باید به آنها پاسخ داد. سوالاتی از قبیل اینکه؛ چرا این بعد زمانی اضافی تاکنون از نگاه تیزبین دانشمندان پنهان مانده بود؟ آیا این بعد اضافی صرفاً یک سازوکار ریاضی است یا واقعاً نشان دهنده یک بعد زمانی جدید در کائنات است؟ ارتباط این بعد زمانی جدید با ادراک متعارف ما نسبت به گذشته و آینده چگونه است؟ تعامل این بعد زمانی با مساله موجبیت در فیزیک به چه صورت است؟ و سوالاتی از این قبیل. «مایکل داف» نظریه پرداز دانشگاه تگزاس در این باره می گوید؛ «وجود بیش از یک بعد زمانی در کائنات، مساله یی بسیار حیرت انگیز و گیج کننده است.»

ایده وجود ابعاد بالاتر جهان از تلاش فیزیکدان ها برای کشف نیروی واحد و بنیادین کائنات ریشه گرفته است. از دهه 1920 میلادی فیزیکدان ها دریافته بودند که چنانچه فضازمان به جای چهاربعدی، پنج بعدی باشد، می توان نظریه یی واحد ارائه داد که نظریه های الکترومغناطیس و گرانش را توامان دربر بگیرد. 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 کنیم. تنها در این صورت است که به ارتباط پنهان موجود بین بخش های مختلف عملیات پی برده و درخواهیم یافت که چگونه نیروهای به ظاهر مختلف درگیر در صحنه جنگ، همگی به صورتی واحد و منسجم عمل می کنند.

طی سال های اخیر، باز هم ابعاد بیشتری وارد صحنه این نبرد شده اند. در سال 1984 انقلاب ابرریسمان ها به وقوع پیوست. نظریه ریسمان ها تمامی جهان را متشکل از ریسمان های انرژی مرتعش یک بعدی می داند که در 9 بعد مکانی و یک بعد زمانی در حال ارتعاش هستند. سپس در سال 1995، «ادوارد ویتن» از موسسه پژوهش های پیشرفته پرینستون امریکا و «پائول تاونسند» از دانشگاه کمبریج، بعد فضایی دیگری را نیز به نظریه ریسمان ها اضافه کرده و نظریه دیگری به نام نظریه M را ارائه کردند. این نظریه در واقع تعمیمی از نسخه های متفاوت نظریه ریسمان بود. اما به رغم موفقیت های ارزنده نظریه M، این نظریه نیز نتوانست تفاوت های موجود میان نسخه های مختلف نظریه های ریسمان را حذف کند و دقیقاً در همین جا بود که سر و کله «کامران وفا» و نظریه اش یعنی نظریه F پیدا شد؛ نظریه یی که با افزودن یک بعد جدید به نظریه M، تصویری 12 بعدی از کائنات ارائه می دهد. نظریه پردازان مشتاقانه از نظریه F استقبال کردند، چراکه این نظریه با بعد اضافی خود، مسائل باقیمانده 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 یی، مسائل عجیب و غریب بسیاری سر بر می 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. به این ترتیب، آینده و گذشته به خوبی قابل تعریف خواهند بود و هر مجموعه یی 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 بین رویدادهای هستی را مشخص کرد، در حالی که نحوه ارتباط میان علت و معلول اساساً برای ما ناشناخته باقی مانده است؟

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، سر و کله 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 می دارد که 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. به این 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، درحالی که در نظریه 11 بعدی M، اصل نسبیت «اینشتین» همچنان پابرجاست، در نظریه 12 بعدی «وفا» این اصل اعتبار خود را 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 پژوهش های 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 یی 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 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 کردند. اما امروزه اغلب فیزیکدان ها معتقدند 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 باز کردن 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 توامان به جلو و عقب، بالا و پایین و چپ و راست حرکت کرد و این درحالی 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. به این 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 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، مرکز سیاهچاله ها است. 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.»

نسخه الکترونیکی سخنرانی ریچارد فاینمن در هنگام دریافت جایزه ی نوبل

نسخه الکترونیکی "سخنرانی ریچارد فاینمن در هنگام دریافت جایزه ی نوبل" را به زبان فارسی در اینترنت یافتم که سخنرانی ای جالب می باشد. فاینمن فیزیکدانی است که کار های مفیدی در مبحث فیزیک کوانتوم و نسبیت انجام داده است.

البته در نسخه الکترونیکی حاضر در رابطه با فیزیک صحبت نشده است و در رابطه با چیستی و چرایی علم از دیدگاه خویش سخن گفته است. این متن کوتاه الکترونیکی برای درک صحیح تر از علم بسیار جالب و مفید است.

سایت انتشارات الکترونیکی این نسخه
دانلود این سخنرانی

بعد از خواندن صفحات کم متن متوجه می شویم که بسیاری از تفکراتی که در رابطه با علم، امروزه در کشور ما جا افتاده است چگونه خالی از معناست. به طوری که گاه هرگز ما علمی واقعی را در برنمی گیریم.

وضعیت دانشجویان و حتی دانش آموزان امروزی ما در موضوعات علمی مثلا در رشته بنده فیزیک کاملا مشخص است. دانشجو خسته و با هزار درد و بی هیچ شوری پای به کلاس گذاشته و تا لحظه ی فراغت بی تابی می کند. مرگ انگیزه ها چهره ی خود را بر سر کلاس ها به خوبی نشان می دهد. مشخص است بنده هم خسته خواهم شد از ریاضیات و فرمول هایی که هیچ مفهومی از آن را در ذهن ندارم ما تنها می دانیم که کدام اعداد در مسئله به جای کدام حروف در فرمول ها باید قرار گیرند و آنکه کلا از هر جنبه هیچ درکی از مفهوم ها نمی بریم.  و هیچ کس از استادان تا مراجع بالا تر دانشگاه هیچ کدام ارزشی مهم نه به علم و نه به علم آموز می گذارند. گاهی با تماشای نزول دانشجویان و صرف شدن بیهوده پتانسیل هایشان در این سرزمین، عذابی همه را فرا می گیرد. این پتانسیل ها گاه در راه رقابت و حسودی هایشان هم بیش از حد هرز می رود.

بعضی از پیامد های جالب نسبیت خاص و عام

امین حمزه ئیان

 

تصمیم گرفتم بخشی از پیامد های فیزیک نوین را بنویسم. فیزیک جدید یا نوین در حدود سال های 1900 بعد از فیزیک کلاسیک یا نیوتونی مطرح شد و نشان می دهد که بسیاری از مسائل و رویداد هایی که می شناسیم روندی به کلی متفاوت از چیزی که در ذهن داریم دارند. در فیزیک جدید کمی تخیل کردن پدیده ها دشوار است و بعضی از مسائل را واقعا نمی توان تصور کرد و نیروی تخیل ذهن در برابرشان عاجز می ماند مانند بعد پنجم یا بالا تر.

 

اما امروز می خواهم به صورت خیلی ساده به بعضی از پیامد های بسیار شگفت انگیز نظریه ی نسبیت خاص و عام اینشتین بپردازم

 

اینشتین در سال 1905 نظریه ی نسبیت خاص را مطرح کرد که دید ما را به کلی از تغییر داد و پایه ی فیزیک نوین را ریخت. این تئوری به طور کلی در مورد سرعت های بسیار زیاد تا حدود سرعت نور است و بیان می کند که مکان و زمان در هر شی نسبی است یعنی به ناظر بستگی دارد. در تئوری نسبیت سرعت نور را سرعت مطلق می نامیم به طوری که بالا ترین سرعت در عالم به حساب می آید و بیش تر از آن نمی توان سرعت گرفت.

 

با این فرض اگر ما سرعتمان از صفر صعود کند و بالا رود یعنی سرعتمان بیش تر شود زمان برایمان کند تر می شود مثلا اگر با سرعت حدود 99 درصد سرعت نور با فضاپیمایی حرکت کنیم و داخل این فضاپیما یک ساعت اتمی داشته باشیم و با آن زمان را اندازه گیری کنیم به طوری که زمانی که 68 سال را نشان داد به زمین باز گردیم متوجه می شویم که در زمین حدود 2000 سال گذشته است. در واقع فضانورد از دید خود واقعا تنها 68 سال در فضا بوده است اما چون سرعت آن بالا بوده زمان برایش کندتر از زمین که سرعتی کم داشته پیش رفته است و این پیامد تئوری نسبیت خاص به صورت عملی با آزمایش هایی و مخصوصا با حرکت ذراتی به نام میون ها در جو زمین تصدیق شده است.

پیامد بعدی نسبیت خاص در رابطه با جرم اشیا است به صورتی که اگر سرعت شئ ای هر چه بیش تر شود سنگین تر خواهد شد. مثلا یک جسم حدود 1 کیلویی در سرعت نزدیک به سرعت نور از نظر ما می تواند حدود 60 کیلو شود.

پیامد دیگر این است که هر چه به سرعت نور نزدیک تر شویم اشیا منقبض تر می شوند مثلا یک فضاپیما با طول 70 متر که با سرعتی برابر 99 درصد سرعت نور حرکت می کند از دید ناظر روی زمین که حرکتی ندارد 10 متر دیده می شود.

 

دقت داشته باشید که اگر شما بر داخل آن فضاپیما بودید هر سه مولفه ی زمان و جرم و فضا برای شما عادی بود یعنی هرگز متوجه این تغییراتی که بیان کردم نمی شدید. این تغییرات تنها از دید ناظری که بیرون است و سرعت کمی دارد دیده می شود و از این رو است که در تئوری نسبیت خاص می گوییم مکان و زمان نسبی است و به ناظر بستگی دارد. مثلا فرض کنید در خیابان هستید و فضاپیمایی با سرعت نزدیک به نور از جلوی شما می گذرد و شما می توانید از پنجره فضانورد را ببینید، در این حالت شما او را می بینید که منقبض شده و به یک حالت خشکیده است و هیچ حرکتی ندارد اما اگر داخل فضاپیما شوید و با همان سرعت حرکت کنید متوجه هیچ گونه تغییری در اجسام نشده و به صورت عادی مثلا می نشینید و یا آب می نوشید، از نظر شما که داخل فضاپیمایید در عرض چند ساعت می بینید که زمین سال ها گشته است و بارها رئیس جمهور ها عوض شدند و بسیاری به دنیا می آیند و سریع در عرض چند دقیقه می میرند در واقع سرعت را بسیار سریع می بینید اما اگر کسی از روی زمین به فضاپیما نگاه کند شاید سال ها یا هزاران سال باید بنشیند تا بتواند ببیند یک فضانورد مثلا یک یک لیوان آب خورد یا یک پلک زد.

 

اینشتین در سال 1915 نظریه ی نسبیت عام را مطرح کرد که از لحاظ ساختار ریاضی بسیار پیچیده تر از نسبیت خاص است. در نسبیت خاص به مسائلی در رابطه با اجرام بسیار بزرگ مانند خورشید و زمین و اثرات گرانشی آن ها بر فضا و زمان رو به رو هستیم.

 

نسبیت عام به ما می گوید که هر چه نزدیک به میدان گرانشی قوی تری باشید سرعت زمان برای شما کند تر است. مثلا زمان در پایین کوه به دلیل نزدیک بودن به سطح زمین و میدان گرنشی قوی تر، کند تر از زمانی می گذرد که شما در قله ی کوه باشید. البته توجه داشته باشید که در مقیاس های کوچک مانند آن چه مطرح شد این اثرات واقعا نا محسوس است اما در آزمایش هایی که در این رابطه انجام شده یک ساعت اتمی را در نزدیک زمین و دیگری را در ارتفاعات بسیار زیاد در هواپیمایی حدود 10 کیلومتر بالا تر از سطح زمین قرار دادند و متوجه این تغییر زمان شدند که نشان می داد سرعت زمان در سطح زمین به دلیل وجود گرانش قوی تر، کند تر است.

 

با توجه به این مسئله بسیار جالب است که در رابطه با اجرامی که نزدیک به سیاه چاله ها هستند تحقیق کنیم زیرا در سیاه چاله ها آن چنان جاذبه زیاد است که حتی نور هم نمی تواند از آن بگریزد.

 

به همین دلایل در نسبیت خاص و عام است که می گویند رسیدن به سرعت مطلق یعنی نور نا ممکن است زیرا شی ای که به آن سرعت برسد بعد از 99/99 درصد سرعت نور هر چه به سرعتش اضافه کند تنها جرمش بیش تر و طولش کم تر شده و زمان برایش کند تر می شود به همین دلیل است که می گویند زمان برای جسمی در نزدیک سیاه چاله می ایستد. و به همین دلایل است که می گویند رسیدن به سرعت نور ناممکن است زیرا برای رسیدن به 100 درصد سرعت نور ما احتیاج به بی نهایت انرژی داریم تا جسمی به جرم بینهایت را حرکت دهیم و این عملا ناممکن است.

 

از دیگر پیامد های نسبیت عام این است که امواج الکترومغناطیسی در میدان های گرانشی قوی منحرف می شوند و این پیامد با مواردی طبیعی تصدیق شده است. در این پیامد ما متوجه می شویم که مثلا اگر در یک ستاره ی نوترونی که جرمی بسیار بسیار زیاد دارد و بسیار چگال است و گرانش زیادی دارد باشیم می توانیم پشت سر خود را ببینیم زیرا نور خمیده شده و دور ستاره را زده و از رو به روی ما می گذرد به طوری که ما می توانیم در جلوی خود پشت سرمان را ببینیم.

 

 

 

موارد بالا تنها موارد بسیار اندکی از پیامدهای فیزیک جدید است که سخت انسان را متعجب کرده و دیدگاه های ما را در کل علوم حتی در فلسفه و هنر تغییر داده است. مثلا زمان بررسی ابعاد بالاتر از سه بعد طول و عرض و ارتفاع در فیزیک، می بینیم که سبک کوبیسم به وجود آمده است مانند کار های پیکاسو. زمانی که به بعضی از آثار پیکاسو نگاه می کنیم متوجه می شویم که مثلا چهره ای، در آنِ واحد از چند زاویه کشیده شده است و یا در بخشی از فلسفه ما آنچنان دچار پارادوکس شده ایم که حتی به خیلی از مسائلی که زمانی آن ها را عینی می پنداشتیم چنان شک کرده ایم که دیگر به هیچ چیز را عینی نمی پنداریم و این تنها بخشی از تاثیر علم بر کل علوم و هنر و فرهنگ جامعه ی بشری است.