از شکافتن اتم تا متر کردن کهکشان

«علم، ماجراي تمامي بشريت است براي آموختن، براي زيستن در جهان و شايد براي دوست داشتن آن. براي آنکه جزيي از اين ماجرا باشيم بايد بفهميم، خود را درک کنيم، به اين احساس نزديک شويم که در آدمي ظرفيتي است بسيار بيشتر از آنچه تاکنون حس کرده است، ظرفيتي از امکانات انساني به وسعت نامتناهي… پيشنهاد من اين است که علم را در هر سطح، از پايين ترين تا بالاترين آن، به طريقي بشردوستانه بياموزيم، با نوعي فهم فلسفي، با فهمي اجتماعي و فهمي انساني از سرگذشت و گوهر کساني که اين بنا را ساخته اند، با پيروزي ها، تلاش ها و شکست هايي که داشته اند بياموزيم.»

شايد اين گفته آيزاک رابي، فيزيکدان برجسته و برنده جايزه نوبل فيزيک، بهترين پاسخ را براي سوال «فيزيکدان ها چه مي کنند؟» ارائه دهد. جهاني که ما هم اکنون در سياره اي کوچک در يکي از کهکشان هاي آن زندگي مي کنيم، پر از اسرار و ناشناخته ها است.

انسان از بدو کودکي در مواجهه با شگفتي هاي جهان پيرامون خود با پرسش هايي مواجه مي شود. پرسش هايي کودکانه نظير اينکه چرا ستاره ها پايين نمي افتند؟ رنگين کمان چگونه شکل مي گيرد؟ چرا رعد و برق مي شود؟ و هزاران پرسش ديگر. اما اغلب اشخاص، خيلي زود اين سوال هاي کودکانه را در لابه لاي ديگر مسائل زندگي از ياد مي برند.

 شايد مهم ترين وجه تمايز فيزيکدان ها نسبت به بقيه آدم ها اين باشد که آنها اين کنجکاوي هاي کودکانه خود را در برابر عظمت آفرينش، تا آخر عمر همچنان حفظ مي کنند. همان طور که نيوتن در جمله مشهور خود مي گويد؛ «نمي دانم از نگاه ديگران چگونه هستم، اما از نگاه خودم صرفاً به پسرک کوچکي مي مانم که در ساحل دريا مشغول بازي کردن است. هر از چندگاه، قلوه سنگ جالب يا صدف زيبايي را از لابه لاي شن ها پيدا مي کنم و اين درحالي است که اقيانوسي ناشناخته از حقيقت در پيش رويم کشف نشده باقي مانده است.»

بنابراين در يک پاسخ کلي مي توان گفت که کار فيزيکدان ها، کاوش در اين اقيانوس لايتناهي است. آنها اتم ها را شکافته اند، سرزمين هاي اسرارآميز سياره هاي ديگر را جست و جو کرده اند، ابعاد کهکشان را اندازه گرفته اند، آواي آفرينش کيهان را ثبت کرده اند، امکان مسافرت در زمان را بررسي کرده اند، از جهان هاي ديگر سخن گفته اند و هزاران هزار کار شگفت انگيز ديگر. آنها هرچه در کاوش در جهان به پيش رفته اند، گستره کاوش نشده وسيع تري را پيش روي خود ديده اند، گويي که اين اقيانوس ناشناخته انتهايي ندارد. در اين مقاله تصميم داريم با بررسي زندگي، تلاش ها و دستاورد هاي چند تن از بزرگترين دانشمندان و فيزيکدانان با حوزه مختلف پژوهش در فيزيک و دشواري هاي آن آشنا شويم.

 نامدارترين فيزيکدان مسلمان، محمد عبدالسلام (1996 – 1926)

محمد عبدالسلام در سال 1304 شمسي در شهر ساهيوال در نزديکي لاهور (که در آن زمان متعلق به هند بود و بعدها جزء پاکستان شد) به دنيا آمد. دوره دبيرستان را در همانجا به پايان برد. محمد 14 سال بيشتر نداشت که در آزمون ورودي دانشگاه پنجاب لاهور شرکت کرد و بالاترين نمره اي را که تاکنون کسي در اين آزمون کسب کرده بود، به دست آورد. پس از اخذ کارشناسي ارشد از اين دانشگاه، موفق به دريافت بورس تحصيلي شد و بدين ترتيب عازم دانشگاه کمبريج انگلستان شد. در کمبريج، عالي ترين نمرات را در رياضيات و فيزيک کسب کرد.

پس از گرفتن دکترا به پاکستان بازگشت و در فاصله سال هاي 1330 تا 1334 شمسي، رياست بخش رياضيات دانشگاه پنجاب را برعهده داشت. پس از آن براي تدريس در امپريال کالج لندن به انگلستان دعوت شد و براي همين مجدداً به انگلستان بازگشت و در آنجا استاد فيزيک نظري شد. عبدالسلام با همکاري فيزيکدان ديگري به نام استيون واينبرگ توانست فرمول بندي واحدي را براي تبيين رفتار دو نيروي بنيادين جهان يعني نيروي الکترومغناطيسي و هسته اي ضعيف ارائه کند. به واسطه ارائه همين نظريه که نظريه الکتروضعيف نام گرفت، جايزه نوبل 1979 فيزيک مشترکاً به عبدالسلام، واينبرگ و فيزيکدان ديگري به نام شلدون گلاشو اهدا شد. نظريه الکتروضعيف، گامي در جهت رسيدن به نظريه اي واحد در فيزيک بود که سعي دارد رفتار تمامي نيروهاي جهان را در قالب رياضي واحدي تبيين کند. محمد عبدالسلام تنها فيزيکدان مسلماني است که تاکنون جايزه نوبل فيزيک را دريافت کرده است. کاوش در اسرار جهان، تنها دلمشغولي عبدالسلام نبود، چراکه او يک دغدغه خاطر ديگر هم داشت و آن، ريشه يابي عقب ماندگي علمي کشورهاي جهان سوم و تلاش براي جبران اين عقب ماندگي بود. با همين آرمان بود که عبدالسلام پس از مدت ها بحث و تکاپو در محافل بين المللي و گفت وگو با سياستگذاران علمي در کشورهاي شمال و جنوب، بالاخره موفق شد در سال 1343 شمسي، مرکز بين المللي فيزيک نظري (ICTP) را در تريست ايتاليا تاسيس کند.

 اين مرکز در زير چتر حمايتي يونسکو ولي عمدتاً با پشتيباني مالي ايتاليا به وجود آمد. سال هاست که دانش پژوهان و خصوصاً فيزيکدانان و رياضي دانان کشورهاي در حال توسعه به سهولت به اين مرکز سفر مي کنند و با پيشروترين چهره هاي علمي جهان در شاخه هاي مختلف علمي به بحث و تبادل نظر مي پردازند.

عبدالسلام تا پايان عمر، شخصاً مديريت اين مرکز را برعهده داشت. بايد گفت که حتي اگر عبدالسلام، برنده جايزه نوبل هم نبود، صرفاً به خاطر تاسيس ICTP و سي سال رهبري معنوي اين مرکز، باز هم به چهره اي ماندگار تبديل مي شد.

مرکز بين المللي فيزيک نظري در توسعه علم در بخشي از جهان که شايد به علت اوضاع و احوال اجتماعي و سياسي، همواره نسبت به توسعه علوم پايه بي توجه بوده، تاثير انکارناپذيري داشته است. عبدالسلام در سال 1362 شمسي، فرهنگستان علوم جهان سوم را بنياد نهاد. هدف اين نهاد، شناسايي و ارج نهادن به دانش پيشگان کشورهاي در حال توسعه و کمک به تقليل مشکلات کاري آنها است. اعضاي اين فرهنگستان از ميان دانش پيشگان برجسته کشورهاي در حال توسعه در رشته هاي علوم پايه، پزشکي، کشاورزي و مهندسي انتخاب مي شوند.

 عبدالسلام در سال 1367 شمسي نيز شبکه سازمان هاي علمي کشورهاي جهان سوم را تاسيس کرد. اعضاي اين شبکه، وزارتخانه هاي علوم، سازمان ها و شوراهاي علمي، فرهنگستان ها و موسسات تحقيقاتي بزرگ کشورهاي جهان سوم اند. هدف از اين اقدام، گردهم آوردن سياستگذاران عرصه دانش و فناوري در کشورهاي جهان سوم بود، به اين اميد که با تعامل افکار بتوانند راه حل هايي مناسب براي توسعه بومي دانش و فناوري بيابند. از کشور ما نيز وزارت علوم، تحقيقات و فناوري و نيز سازمان انرژي اتمي ايران عضو اين شبکه هستند.

محمد عبدالسلام در سال 1375 شمسي پس از يک عمر تلاش در راه توسعه علم بشر و توسعه علمي جهان سوم، دار فاني را ترک کرد.

در جست وجوي اشباح، فردريک راينز (1998 – 1918) و کلايد کوان (1974 – 1919)

هم اکنون که در حال خواندن اين مطلب هستيد، در هر ثانيه، ميلياردها نوترينو در حال عبور از بدن شما هستند. اغلب اين ذرات شبح گون که به ما مي رسند، در واکنش هاي گرماهسته اي که در قلب خورشيد انجام مي شود، توليد شده اند.

اين نوترينوها از خورشيد به تمامي جهت هاي پهنه کيهان گسيل مي شوند و هيچ چيز جلودار آنها نيست. نوترينوهايي که در مسير حرکت خود به سياره ما مي رسند، از يک طرف وارد کره زمين شده و به راحتي از طرف ديگر آن بيرون مي روند، گويي که هيچ چيز در مسير حرکت آنها نبوده است. محاسبه ها نشان مي دهند که حتي يک سپر فرضي سربي به ضخامت يک سال نوري هم نمي تواند بيش از نيمي از اين نوترينوهاي خورشيدي را متوقف کند. وجود نوترينو براي نخستين بار در سال 1930 توسط ولفگانگ پائولي پيش بيني شده بود.

داستان از اين قرار بود که نتايج آزمايش هاي صورت گرفته بر روي واپاشي بتا، با قوانين مشهور پايستگي انرژي و تکانه جور درنمي آمد. پائولي بر اين باور بود که نقض ظاهري اين دو قانون بدان علت است که در واپاشي بتا، ذره اي شبح مانند نيز توليد مي شود که بدون آنکه با هيچ يک از دستگاه هاي آشکارساز ما برهم کنشي داشته باشد، مقداري از انرژي و تکانه واکنش را با خود مي برد.

رفتار شبح مانند اين ذرات، به دام انداختن آنها را براي فيزيکدان ها غيرممکن کرده بود تا نهايتاً 25 سال بعد، دو فيزيکدان به نام هاي فردريک راينز (Frederick Reines) و کلايد کوان (Clyde Cowan) موفق شدند با کمک گروه تحقيقاتي تحت سرپرستي خود، تعدادي از اين ذرات گريزپا را صيد کنند. دستاورد راينز و کوان، گام مهمي در شناخت فيزيک نوترينوها محسوب مي شد.

 اين دستاورد، راه را براي توسعه سيستم هاي آشکارساز نوترينو باز کرد. با توسعه چنين سيستم هايي مشخص شد که نوترينوها علاوه بر قلب خورشيد و ستارگان، در انفجارهاي عظيم ابرنواختري نيز به ميزان بسيار فراوان ايجاد مي شوند. در واقع بيش از 99 درصد انرژي خارق العاده اين انفجارهاي کيهاني توسط نوترينوها حمل مي شود. امروزه مي دانيم که نوترينو، يکي از فراوان ترين ذرات جهان است به طوري که به ازاي هر پروتون، چيزي در حدود يک ميليارد نوترينو در جهان وجود دارد.

با توجه به اهميت بسيار زياد دستاورد راينز و کوان، جايزه نوبل 1995 فيزيک مشترکاً به آنها اهدا شد. (البته کوان در آن زمان زنده نبود ولي نام او در فهرست دريافت کنندگان اين جايزه بزرگ علمي قرار گرفت.) از زمان آشکارسازي اولين نوترينوها تا به امروز، دستگاه هاي آشکارساز نوترينو، روزبه روز پيچيده تر و کامل تر شده اند، تا جايي که امروزه رصدخانه هاي عظيم نوترينو را حتي در زير يخ هاي قطبي و يا اعماق درياها نيز نصب مي کنند. در سايه تلاش هاي اين فيزيکدانان، شگفتي هاي بيشتري از ويژگي هاي اسرارآميز نوترينوها بر بشر آشکار شده است. اکنون مي دانيم که 3 نوع نوترينو در جهان وجود دارد و اينکه نوترينوها برخلاف تصور اوليه، فاقد جرم نيستند بلکه جرم اندکي دارند. اما تمامي اين ويژگي ها، ارتباط تنگاتنگي با بنيادي ترين نظريات موجود در مورد ذرات بنيادي و کيهان شناسي دارند.

 از انبساط بادکنک ها تا انبساط جهان، ادوين هابل (1953 – 1889)

ادوين هابل (Edwin Hubble) در نوامبر 1889 در ايالت ميسوري امريکا به دنيا آمد. بعدها با خانواده اش به حومه شيکاگو رفت و تحصيلات دبيرستاني اش را در همانجا به پايان رساند. سپس با يک بورس تحصيلي وارد دانشگاه شيکاگو شد و در 1910، مدرک کارشناسي خود را در اخترشناسي و رياضيات از اين دانشگاه گرفت. هابل در کنار درس خواندن، ورزشکار هم بود و در رشته هاي بسکتبال و بوکس به چهره اي شناخته شده تبديل شده بود.

موفقيت هاي هابل در عرصه هاي دانش و ورزش، بورس تحصيلي براي ادامه تحصيل در دانشگاه آکسفورد را برايش به ارمغان آورد و بدين ترتيب روانه انگلستان شد. در آکسفورد بنابر وصيت پدرش رشته حقوق را برگزيد و پس از سه سال با مدرک کارشناسي ارشد حقوق به امريکا بازگشت.

 علاقه هابل به کشف شگفتي هاي جهان، خيلي زود او را دوباره به عرصه اخترشناسي بازگرداند، به طوري که تنها پس از يک سال از بازگشت به امريکا، براي ادامه تحصيل در اخترشناسي در رصدخانه مشهور مرکز ثبت نام کرد. هابل در سال 1917، دکتراي خود را دريافت کرد و پس از گذراندن دوره سربازي در نيروي دريايي به رصدخانه عظيم کوه ويلسون ملحق شد. در آن زمان اين رصدخانه با تلسکوپ 5/2 متري خود، بزرگ ترين رصدخانه جهان محسوب مي شد.

تا آن زمان اخترشناسان هنوز نمي دانستند که کهکشان هاي ديگري هم در خارج از راه شيري وجود دارند. در واقع آنها راه شيري را معادل کل جهان مي پنداشتند و تمامي کهکشان هايي که با تلسکوپ هاي آن زمان قابل مشاهده بود را به عنوان سحابي هايي در داخل راه شيري محسوب مي کردند. اما اندازه گيري هاي هابل بر روي ستارگان متغير قيقاووسي در سحابي آندرومدا نشان داد که اين سحابي، دورتر از آن است که در داخل کهکشان ما باشد و بنابراين بايد آن را به عنوان يک کهکشان مستقل محسوب کرد. رصدهاي بعدي هابل نشان دادند که نه تنها کهکشان هاي بسياري در جهان وجود دارند، بلکه اين کهکشان ها همگي در حال دورشدن از کهکشان ما هستند. آري، هابل، انبساط جهان را مشاهده کرده بود.

در واقع انبساط جهان، چند سال پيش از مشاهده رصدي آن توسط هابل، از سوي يک رياضي دان و کيهان شناس روسي به نام الکساندر فريدمن پيش بيني شده بود. فريدمن با استفاده از معادلات نسبيت عام اينشتين نشان داده بود که جهان، برخلاف تصور موجود، ايستا نيست، بلکه بايد همانند يک بادکنک در حال انبساط باشد. اگرچه هابل به خاطر کشف مهم خود شايسته دريافت جايزه نوبل بود، اما در آن زمان کميته نوبل جايزه اي را به تحقيقات اخترشناسي اختصاص نمي داد.

 نهايتاً در سال 1953 اين کميته تصميم گرفت اخترشناسي را نيز به عنوان زيرشاخه اي از فيزيک به رسميت بشناسد. بدين ترتيب، نام هابل در فهرست نامزدهاي آينده دريافت اين جايزه مهم قرار گرفت اما او فرصت نکرد آن را دريافت کند. اگرچه ادوين هابل در 28 سپتامبر همان سال از دنيا رفت، اما کشف بزرگش يعني انبساط جهان براي هميشه در تاريخ علم ماندگار شد.

 مرد هسته اي جهان، انريکو فرمي (1954 – 1901)

انريکو فرمي (Enrico Fermi) در 29 سپتامبر 1901 در شهر رم ايتاليا به دنيا آمد. او از کودکي به خواندن کتاب هاي علمي علاقه زيادي داشت. انريکو دو جلد کتاب قديمي آموزش فيزيک مقدماتي را از يک دست فروش تهيه کرد و با علاقه فراوان شروع به مطالعه آنها کرد. بعدها به خواهر بزرگترش ماريا گفت که آن زمان آنچنان مجذوب فرمول هاي کتاب شده بود که تا پايان کتاب اصلاً متوجه نشده بود که کتاب، به زبان لاتين نوشته شده است.

پيشرفت فرمي در فراگيري فيزيک و رياضيات، خارق العاده بود. انريکو پس از پايان دبيرستان در آزمون ورودي دانشگاه پيزا شرکت کرد. در آن زمان متقاضيان ورود به دانشگاه پيزا بايد علاوه بر شرکت در آزمون ورودي، يک مقاله علمي نيز به دانشگاه ارائه مي دادند. مقاله علمي فرمي از چنان سطح بالايي برخوردار بود که حتي براي آزمون ورودي دکترا نيز مناسب بود. فرمي 19 ساله بود که عملاً به اساتيد خود در دانشگاه درس مي داد. او درحاليکه هنوز يک دانشجوي دوره کارشناسي بود، کار بر روي اولين نظريه ماندگار خود در عرصه فيزيک را آغاز کرد. بدين ترتيب انريکو فرمي در 24 سالگي استاد فيزيک دانشگاه رم شد.

در آن زمان ايجاد راديواکتيويته مصنوعي با کمک پرتودهي عناصر با ذرات آلفا به تازگي توسط فردريک ژوليو و ايرن کوري (داماد و دختر ماري کوري) کشف شده بود. انريکو فرمي در موسسه فيزيک دانشگاه رم، به سرعت متوجه کاربرد بسيار مهم راديواکتيويته مصنوعي شد؛ توليد ايزوتوپ هاي جديد به کمک پرتودهي. بدين ترتيب فرمي بي درنگ مشغول کار شد، اما به جاي استفاده از ذرات آلفا براي پرتودهي از نوترون استفاده کرد، زيرا به اين نتيجه رسيده بود که نوترون به دليل خنثي بودن، از سوي هسته پس رانده نخواهد شد و بنابراين کارآمدتر خواهد بود.

فرمي از 1934 به کمک دستياران خود به بمباران تک تک عنصرهاي شناخته شده به ترتيب شماره شان در جدول تناوبي مشغول شد، به اين اميد که از هريک از آنها ايزوتوپ هاي جديدي به دست آورد و موفق هم شد. او در ماه ژوئن همان سال اعلام کرد که براي 47 عنصر از 68 عنصر مطالعه شده، ايزوتوپ هاي راديواکتيو ايجاد کرده است. در پايان ژوئن نوبت به اورانيوم، يعني سنگين ترين عنصر شناخته شده آن زمان رسيد. مطالعه رفتار هسته اورانيوم با 92 پروتون براي فرمي بسيار جالب بود، زيرا او تصور مي کرد که احتمالاً هسته اورانيوم با جذب يک نوترون، ناپايدار شده و در نتيجه يکي از نوترون هاي آن به واسطه واپاشي بتا، به پروتون تبديل شده و هسته اي با 93 پروتون ايجاد مي شود (يعني يک عنصر جديد که پيش از آن در طبيعت موجود نبوده است).

اما پس از بمباران اورانيوم با نوترون، فرمي به جاي يک عنصر جديد با چند عنصر متفاوت مواجه شد و اين، نقطه عطفي در تاريخ فيزيک هسته اي بود، چراکه فرمي بدون آنکه بداند، اولين واکنش شکافت هسته اي تاريخ را انجام داده بود (در واقع هسته اورانيوم آن قدر سنگين بود که بر اثر برخورد نوترون، به جاي جذب آن، شکافته مي شد).

انريکو فرمي در 1938 به خاطر کشف ارزشمند خود يعني کشف ايزوتوپ هاي راديواکتيو عنصر ها، جايزه نوبل فيزيک را دريافت کرد، اما با توجه به روي کار آمدن دولت فاشيستي موسيليني در ايتاليا، فرمي ديگر به کشور خود بازنگشت، بلکه مستقيم از استکهلم عازم امريکا شد. فرمي در امريکا آزمايش هاي خود را بر روي شکافت هسته اي ادامه داد و در نهايت در دوم دسامبر 1942، اولين راکتور هسته اي جهان توسط گروه تحقيقاتي فرمي در دانشگاه شيکاگو به کار افتاد و اين، سرآغازي بود براي آشکاري انرژي عظيمي که در قلب اتم نهفته است.

 دخترکي با فرفره هاي کيهاني، سوزان جاسلين بل (1943)

سوزان جاسلين بل (Susan Jocelyn Bell) در 15 جولاي 1943 در شهر بلفاست در ايرلند شمالي به دنيا آمد. پدرش معمار رصدخانه آرما بود که در حومه شهر قرارداشت و سوزان اغلب اوقات با او به رصدخانه مي رفت. مصاحبت با کارکنان رصدخانه، سوزان را از همان کودکي شيفته اخترشناسي کرد. او پس از اتمام دبيرستان به دانشگاه گلاسکو رفت و در سال 1965 مدرک کارشناسي خود را در رشته فيزيک از اين دانشگاه اخذ کرد و در همان سال در دوره دکتراي اخترشناسي دانشگاه کمبريج پذيرفته شد.

جاسلين بل در کمبريج، زير نظر آنتوني هويش، ساخت راديوتلسکوپ بزرگي را براي رصد اختروش ها آغاز کرد. ساخت اين راديوتلسکوپ که ارائه اي عظيم متشکل از 2 هزار آنتن دوقطبي در زميني به مساحت تقريبي دو هکتار بود و در طول موج 7/3 متري کار مي کرد، دو سال تمام طول کشيد. در نهايت در ماه جولاي 1967 کار رصد آسمان با اين راديوتلسکوپ جديد آغاز شد.

علائم راديويي دريافت شده از اعماق آسمان توسط اين راديوتلسکوپ به کمک قلم هاي آغشته به مرکب بر روي کاغذهاي ثبات متحرک مخصوصي ثبت مي شد. جاسلين بل بايد در هر هفته تقريباً يکصد متر نمودار ثبت شده بر روي کاغذ ثبات را به دقت تحليل کند.

در يکي از شب هاي تابستان در ماه آگوست، جاسلين بل به يک سيگنال راديويي عجيب برخورد کرد. تحليل سيگنال نشان مي داد که احتمالاً از يک منبع راديويي چشمک زن در پهنه آسمان حاصل شده است. طي هفته هاي بعد نيز اين منبع راديويي اسرارآميز همچنان به چشمک زدن خود ادامه داد. براي تحليل دقيق تر اين منبع به دستگاه ثباتي نياز بود که کاغذ را با سرعت بسيار بيشتري عبور دهد. متأسفانه ساخت اين دستگاه کمي طول کشيد و منبع از حوزه ديد آسمان محل خارج شد.

اواخر نوامبر بود که منبع دوباره از سوي ديگر آسمان پديدار شد. رصد اين منبع با سيستم ثبات جديد، بسيار شگفت انگيز بود. اين منبع کيهاني اسرارآميز تقريباً هر 3/1 ثانيه يک پالس منظم از خود گسيل مي کرد. خبر اين کشف حيرت انگيز، در ميان اخترفيزيکدان ها غوغايي برپا کرد. به زودي مشخص شد که اين منبع ناشناخته در واقع يک ستاره نوتروني در حال دوران است که در هربار چرخش خود، پرتوهايي را همانند يک فانوس دريايي عظيم در پهنه کيهان گسيل مي کند.

 بدين ترتيب جاسلين بل اولين تپ اختر شناخته شده توسط انسان را صيد کرده بود. از آن زمان تاکنون چند صد نمونه ديگر از اين فرفره هاي کيهاني کشف شده اند که سريع ترين آنها در هر ثانيه هزار بار به دور خود مي چرخد. به پاس اين کشف مهم، جوايز مهمي نظير جايزه اوپنهايمر، جايزه انجمن سلطنتي نجوم، جايزه انجمن اخترشناسي امريکا و دکتراي افتخاري دانشگاه هاروارد به جاسلين بل اهدا شد. او هم اکنون نيز در انواع طول موج ها، جست و جوي خود را در پهنه کيهان ادامه مي دهد.

 پدر سياهچاله ها، جان ويلر (1911 )

شايد هيچ چيز در دنياي فيزيک همانند سياهچاله ها اسرارآميز نباشد، پديده هايي کيهاني که همه چيز را به درون خود مي کشند و حتي زمان را نيز در دل خود متوقف مي سازند. بنابراين حتماً برايتان جالب خواهد بود که بدانيد واژه سياهچاله توسط کدام فيزيکدان پا به عرصه فيزيک گذاشت. اين فيزيکدان کسي نبود جز جان ويلر (John Wheeler). جان ويلر، يکي از آخرين بازماندگان نسل فيزيکداناني است که مستقيم با اينشتين همکاري داشته اند.

در واقع ويلر را مي توان ادامه دهنده راه اينشتين در دست يابي به نظريه ميدان واحد در فيزيک محسوب کرد. جان ويلر در نهم جولاي 1911 در فلوريدا ديده به جهان گشود. 22 سال بيشتر نداشت که دکتراي خود را از دانشگاه معروف جان هاپکينز امريکا دريافت کرد. او نزديک به چهل سال تمام، استاد فيزيک دانشگاه پرينستون بود. ويلر برخلاف اغلب دانشگاهيان آن دوران، در کنار تحقيق، اهميت بسيار زيادي براي تدريس و آموزش نيز قائل بود.

 روش تدريس ويلر مملو از خلاقيت، تخيل و ابتکار بود تاجايي که مي توان او را علاوه بر يک فيزيکدان فوق العاده، يکي از شاخص ترين چهره ها در عرصه آموزش فيزيک نيز محسوب کرد. شايد به همين دليل بود که فيزيکدانان بزرگي نظير ريچارد فاينمن و کيپ ثورن (Kip Thorne) نزد او پرورش يافتند. ويلر در سال 1957، تعميم نظريه نسبيت عام را آغاز کرد و بدين ترتيب از پديده حيرت انگيز ديگري در پهنه کيهان پرده برداشت؛ کرمچاله ها. کرمچاله ها تونل هايي فضازماني هستند که بخشي از جهان را به صورت ميان بر به بخشي ديگر از آن متصل مي کنند.

کرمچاله ها حتي مي توانند با اتصال يک لحظه زماني به لحظه اي ديگر در گذشته يا آينده، نقش ماشين زمان را ايفا کنند. از آن عجيب تر آنکه کرمچاله ها ممکن است کانال هايي براي خروج از اين جهان و ورود به جهان هاي ديگر باشند. ويلر در يک سخنراني عمومي در سال 1967 براي نخستين بار واژه «سياهچاله» را به جهان فيزيک معرفي کرد. در ضمن، ويلر را مي توان جزء يکي از پيشگامان نظريه گرانش کوانتومي به حساب آورد.

 او زماني در جمله مشهوري چنين گفت؛ «در کائنات چيزي جز فضازمان وجود ندارد. ماده، بار الکتريکي، الکترومغناطيس و تمامي ميدان هاي ديگر همگي صرفاً تجلياتي از همين فضازمان هستند.» جالب اينجا است که جديدترين دستاوردهاي فيزيکدانان در عرصه گرانش کوانتومي، اين سخن ويلر را که مدت ها پيش بيان شده بود، تاييد مي کند. اگر چنين باشد بايد گفت که ما حقيقتاً با تمامي کائنات يگانه ايم.

معادله اي براي ابديت، آلبرت اينشتين(1955 – 1879)

آلبرت اينشتين در چهاردهم ماه مارس سال 1879 در شهر قديمي و کوچک اولم در کوهپايه هاي آلپ و در کرانه رود دانوب به دنيا آمد. يک ساله بود که خانواده او به مونيخ نقل مکان کردند. چهار سال بعد، پدر و عموي آلبرت با کمک همديگر کارخانه اي کوچک را براي توليد وسايل الکتريکي در حومه مونيخ راه اندازي کردند.

 آلبرت تحصيلات خود را تا اواخر دبيرستان در همين شهر ادامه داد اما ازآنجايي که کارخانه لوازم الکتريکي خانوادگي آنها چندان سودآور نبود، خانواده اينشتين تصميم گرفتند بخت خود را در جاي ديگري امتحان کنند و به همين دليل در سال 1894 به ميلان ايتاليا نقل مکان کردند. اينشتين مدتي را در ايتاليا در کنار خانواده خود گذراند و سپس تصميم به ادامه تحصيل در دانشگاه گرفت. بنابراين براي تکميل تحصيلات دبيرستاني خود به مدرسه ايالتي شهر کوچک آراو در سوئيس رفت. در همين زمان بود که اينشتين شانزده ساله اولين مقاله علمي اش را با عنوان «بررسي وضعيت اتر در حضور ميدان مغناطيسي» نوشت.

اينشتين در 1896 تحصيلات خود را در آراو به پايان رساند و سپس وارد پلي تکنيک زوريخ شد. او در پاييز 1900، امتحان دولتي را گذراند و مدرک دکتراي خود را از پلي تکنيک دريافت کرد. پس از فارغ التحصيلي، جست و جو براي يافتن کار را آغاز کرد و سرانجام در تابستان 1902 با سمت کارشناس فني درجه سه و با حقوق ساليانه 3500 فرانک به استخدام اداره ثبت اختراعات سوئيس در برن درآمد. اينشتين 8 ساعت از روز را به کار در اداره ثبت اختراعات برن مشغول بود و مابقي زمان روز در اختيار خودش بود و مي توانست به ايده هايي که در سر داشت بينديشد. همين زمان هاي فراغت بود که در نهايت يکي از بزرگ ترين دستاوردهاي تاريخ انديشه يعني «نظريه نسبيت» را براي بشريت به ارمغان آورد.

اينشتين سه سال تمام بر روي معادلاتي که بيان رياضي جديدي از «زمان» و «فضا» ارائه مي دادند کار کرد و هر دقيقه از فراغت خود را بر سر آن گذاشت. در نهايت اينشتين در سال 1905که اکنون 26 سال بيشتر نداشت، مجموعه مقاله هاي «نسبيت خاص» را در نشريه اي تخصصي و آلماني زبان در زمينه فيزيک به نام «آنالن در فيزيک» (Annalen der Physik) منتشر کرد. همين مجموعه مقاله ها بود که با ارائه تصويري جديد از بنيادي ترين مفاهيم فيزيک يعني «زمان» و «فضا» و با نسبي دانستن آنها، بنيادهاي فيزيک مطلق گراي نيوتني را فروريخت و ديدگاه انسان را نسبت به جهان تغيير داد…

تا پيش از زمان ارائه نظريه نسبيت، فيزيک با مسائل لاينحلي روبه رو شده بود. يکي از اين مسائل، تبيين نتيجه آزمايش مايکلسون و مورلي در مورد سرعت نور بود. اما نظريه نسبيت توانست به خوبي بخش مهمي از مسائل مزبور را حل کند و همين امر، در جلب توجه زودهنگام دانشمندان به نظريه اينشتين موثر بود. ماکس پلانک، فيزيکدان برجسته دانشگاه برلين، در مورد او گفت؛ «کپرنيک تازه اي متولد شده است.» بدين ترتيب، با شناسايي، پذيرش و تکامل نظريه اينشتين، آوازه او در مراکز بزرگ علمي اروپا پيچيد.

در 1914، با پيشنهاد ماکس پلانک (که اعتبار و مقام علمي اش در محفل هاي آکادميک، چون و چرا نداشت) اينشتين استاد دانشگاه برلين شد و به عضويت فرهنگستان علوم پروس درآمد. در 1916، با انتشار مقاله اي، نظريه نسبيت خاص را تعميم داد و «نسبيت عام» را ارائه کرد. اين نظريه که رفتار نيروي گرانش را با ديدگاهي کاملاً متفاوت و به صورت انحناي فضا- زمان تبيين مي کرد، بار ديگر جهان علم را دچار حيرت کرد و ديدگاه بشر را نسبت به جهان، تغيير داد (همين نظريه بود که بعدها از پديده هاي شگفت انگيزي نظير سياهچاله ها، انبساط جهان، امواج گرانشي و… پرده برداشت). در 1917، اينشتين در مقاله اي براي نخستين بار، مباني نظري تابش ليزر را تبيين کرد (بعدها ليزر، انقلابي در عرصه علوم و فناوري ايجاد کرد).

با فرارسيدن دهه 1920، شهرت اينشتين گوي سبقت را از شهرت هر دانشمند زنده ديگري ربود. اکنون خانه اينشتين در برلين به زيارتگاه مردان و زناني با حرفه ها، دلبستگي ها، نظرها و انگيزه هاي مختلف بدل شده بود که در جست وجوي پاسخ مسائل فيزيکي، رياضي، فلسفي، اخلاقي، مذهبي، سياسي و يا حتي شخصي بودند. چيزي نگذشت که اينشتين به يک جاذبه سياحتي شهر تبديل شد و خانه اش در شماره 5 خيابان هابر لانداشتراسه يکي از جاهايي بود که هر توريستي که به برلين مي آمد بايد ببيند. در سال 1921، جايزه نوبل فيزيک به خاطر خدماتي که اينشتين در فيزيک نظري ارائه داده بود، به وي اهدا شد.

با به قدرت رسيدن هيتلر در 1933، «پاک سازي هاي» گسترده در دانشگاه هاي آلمان آغاز شد. در آن زمان، اينشتين به دعوت موسسه فناوري کاليفرنيا به عنوان استاد ميهمان در امريکا به سر مي برد. اينشتين طي نامه اي از عضويت در فرهنگستان علوم آلمان استعفا داد و رسماً اعلام کرد که در رژيم کنوني ديگر نمي تواند در خدمت دولت آلمان باشد. در ابتدا فرهنگستان نمي دانست چه کار کند، اما نهايتاً تحت فشار نازي ها بيانيه اي انتشار داد و اينشتين را به انجام فعاليت هاي ضدآلماني متهم کرد. پليس آلمان در ماه مارس 1933 خانه اينشتين و تمامي دارايي او را در برلين مصادره کرد و نوشته هاي او را (و از جمله مقاله هايش در زمينه نسبيت) در يکي از ميدان هاي برلين به آتش کشيدند. از آن پس، در دوران سلطه رژيم نازي، هرچند تدريس نسبيت در دانشگاه هاي آلمان ادامه داشت اما از اينشتين، هيچ نامي نمي بردند.

بدين ترتيب، اينشتين ديگر براي اقامت به اروپا بازنگشت. در همان سال، «موسسه پژوهش هاي پيشرفته پرينستون» در نيوجرسي امريکا که به تازگي کار خود را آغاز کرده بود، از اينشتين دعوت کرد که به عنوان پژوهشگر ارشد موسسه به آنجا برود و بدين ترتيب اينشتين به پرينستون رفت و تا آخر عمر به مدت 22 سال در همانجا ماند. بدين ترتيب، تصوير پيرمردي مهربان و دوست داشتني که هر روز صبح، بدون توجه به خوبي يا بدي هوا، مسير خانه خود در شماره 112 خيابان مرسر را تا مرکز پژوهش هاي پيشرفته پرينستون پياده مي پيمود، به منظره اي آشنا براي اهالي شهر پرينستون تبديل شده بود.

 آلبرت اينشتين هيچگاه از جست و جوي پاسخ براي رازهاي عالم باز نايستاد. ازجمله آخرين کارهايش، تلاش براي دستيابي به نظريه اي وحدت يافته در فيزيک بود که او آن را «نظريه ميدان واحد» ناميد. اينشتين با ارائه اين نظريه سعي داشت به تبيين رياضي واحدي از تمامي قوانين فيزيک دست يابد، تلاشي که هنوز هم توسط فيزيکدانان بزرگ معاصر ادامه دارد.

اينشتين، مواجهه با اسرار جهان را زيباترين تجربه انسان مي داند و مي نويسد؛ «مواجهه با اسرار، زيباترين تجربه اي است که انسان مي تواند داشته باشد. ذات علم و هنر حقيقي در چنين تجربه اي نهفته است. کسي که از اين حس عاري باشد و قابليت آن را نداشته باشد که محو حيرت و شگفتي هاي جهان گردد، مرده اي بيش نيست، شمعي است که به خاموشي گراييده است…»

اينشتين در يک صبح بهاري در 18 آوريل 1955 در سن 76 سالگي از دنيا رفت. وصيتنامه اش صبح روز بعد خوانده شد. او درخواست کرده بود که تدفين ، بدون هيچگونه تشريفات رسمي برگزار شود. زمان و مکان تدفين بايد از همه به جز تني چند از دوستان نزديک که جسدش را تا محل سوزاندن آن همراهي مي کردند، پنهان نگاه داشته شود. مرگ اينشتين، مردم سراسر جهان را عميقاً متاثر ساخت.

همانطور که لئونيد آندريف در حکايت خود نوشته بود که وقتي گاليور زنده بود، مردم لي لي پوت شب ها صداي تپش قلبش را مي شنيدند، اين را مي توان درباره اينشتين گفت. مردم جهان با علم به اينکه چنين انساني در ميانشان مي زيست، به بزرگي و تعالي خرد اعتقاد پيدا کردند. اکنون اگرچه قلب اين بزرگمرد از تپش بازايستاده بود، اما نامش در قلب تاريخ انديشه ابدي شد…

 بانويي که از يکي از بزرگ ترين رازهاي کيهان پرده برداشت، ورا روبين (1928)

ورا روبين (Vera Rubin) در 23 جولاي 1928 در شهر فيلادلفيا به دنيا آمد. او از همان کودکي شيفته دنياي اسرارآميز ستاره ها بود، به طوري که شب ها به زحمت بيدار مي ماند تا چرخش تدريجي صورت هاي فلکي را حول ستاره قطبي از پنجره اتاق خواب خود که رو به شمال باز مي شد، تماشا کند.

روبين در سن 17 سالگي وارد دانشگاه واسار شد و سه سال بعد با مدرک کارشناسي اخترشناسي از آنجا فارغ التحصيل شد. او جز به ادامه تحصيلاتش در دانشگاه پرينستون که در آن زمان به مرکز اخترشناسي معتبري در سطح جهان تبديل شده بود، به چيز ديگر نمي انديشيد. بنابراين با اشتياق فراوان، تقاضانامه اي را براي دريافت فرم هاي ثبت نام در دوره تحصيلات تکميلي به دانشگاه پرينستون ارسال کرد، اما اين فرم ها هيچگاه به دستش نرسيد چرا که پرينستون تا سال 1971، زنان را در دوره هاي تحصيلات تکميلي خود نمي پذيرفت. بدين ترتيب روبين سرانجام به دانشگاه کورنل رفت. در کورنل به او چندان اهميت نمي دادند.

او زن بود و گذشته از آن، گروه اخترشناسي کورنل در آن دوران، گروه کوچکي بود که تنها دو مدرس داشت. اما از آنجايي که وي بيشتر در فيزيک کار کرده بود، اين فرصت را به دست آورد تا با هانس بته – که بعدها به سبب تشريح واکنش هاي گداخت هسته اي در خورشيد، جايزه نوبل گرفت – درس مکانيک کوانتومي پيشرفته را بگذراند. روبين الکتروديناميک کوانتومي را نيز از ريچارد فاينمن مشهور فراگرفت. روبين پس از اتمام دوره کارشناسي ارشد، براي گرفتن دکترا به دانشگاه جورج تاون رفت. تز دکتراي او در مورد نحوه توزيع کهکشان ها در جهان بود.

 پس از اتمام دکترا وارد بخش اخترشناسي موسسه تحقيقاتي کارنگي در واشنگتن شد و در آنجا بود که تحقيق بر روي چرخش کهکشان هاي مارپيچي را آغاز کرد، تحقيقي که نهايتاً يکي از بزرگ ترين معماهاي فيزيک از دل آن سر برآورد. اندازه گيري هاي روبين نشان داد که کهکشان ها با چنان سرعتي در حال چرخشند که قاعدتاً بايد تاکنون مضمحل مي شدند. پس بايد ماده اي ناشناخته و تاريک، فضاي درون کهکشان ها را پر کرده باشد تا با نيروي گرانش خود، از اضمحلال کهکشان ها جلوگيري کند. اينگونه بود که معمايي به نام «ماده تاريک» پا به عرصه فيزيک گذاشت، ماده اي اسرارآميز و ناشناخته که 90 درصد جرم کل جهان را تشکيل مي دهد اما ما هنوز هم از ماهيت آن هيچ نمي دانيم.


شهاب شعري مقدم عصر ايران

1,171 total views, 2 views today

Share

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *