فیزیکسرا
گروهی از محققان از کشفی خبر داده اند که قوانین شناخته شده فیزیک را نقض می کند. روز جمعه، 1 مهرماه (23 سپتامبر)، پژوهشگران موسسه اروپایی تحقیقات هسته ای - سرن - در ژنو، سوئیس، که از پیشرفته ترین مراکز تحقیقات فیزیک ذرات بنیادی در جهان است، گفتند که در جریان آزمایش هایی که در این مرکز صورت گرفته کشف شده است که ذرات بنیادی "نوترینو" با سرعتی بیش از سرعت نور حرکت کرده اند!! براساس قوانین رایج فیزیک، سرعت نور یعنی سرعت حرکت ذرات نور در خلاء، که حدود سیصد هزار کیلومتر در ثانیه است، حد سرعت ممکن محسوب می شود و هیچ شکلی از ماده، انرژی و اطلاعات نمی تواند با سرعتی بیش از این حرکت کند. به این ترتیب، اگر یافته جدید محققان سرن تایید شود، فرضیه نسبیت اینشتین و در نتیجه، نگرش بشر امروز نسبت به جهان هستی و رفتار پدیده های کیهانی به گونه ای اساسی دگرگون خواهد شد. در حال حاضر، تنها دو آزمایشگاه دیگر در جهان، یکی آزمایشگاه فرمیلب (Fermilab) در نزدیکی شیکاگو در آمریکا و دیگری آزمایشگاهی در ژاپن، امکان آن را دارند تا آزمایشی مشابه آنچه را که در سرن اجرا شد تکرار کنند هر چند فعالیت آزمایشگاه ژاپنی از زمان وقوع زمین لرزه و سونامی در ماه مارس موقتا متوقف شده است. در مورد کشف جدید، پژوهشگران سرن گفته اند که در این آزمایش، شعاعی از ذرات بنیادی نوترینوس از شتاب دهنده ای در ژنو به سوی آزمایشگاهی در ایتالیا پرتاب شد و اندازه گیری ها نشان داد که سرعت حرکت این ذرات اندکی بیش ار سرعت نور بوده است. نوترینو ذره ای بنیادی و دارای جرمی اندک اما غیر صفر، فاقد بار الکتریکی و قادر به عبور از تقریبا تمامی اشکال ماده است و در آزمایش مرکز سرن، پرتویی از این ذرات با حرکت در زیر سطح زمین، به آزمایشگاه "گران ساسو" در فاصله بیش از هفتصد کیلومتری رسید. به گفته پژوهشگران، حتی با منظور کردن ضریب خطا در این آزمایش، فزونی سرعت حرکت این ذرات از سرعت نور قابل قبول بوده است. آنان گفته اند که با توجه به اهمیتی که چنین کشفی داشته، مدتی را به بررسی آن پرداختند تا اطمینان حاصل کنند در جریان انجام آزمایش و اندازه گیری نتیجه آن، اشتباهی روی نداده است. چند سال پیش، آزمایشگاه فرمیلب در شیکاگو نیز به کشف مشابهی دست یافت اما به دلیل خطای قابل ملاحظه ای که در اندازه گیری وجود داشت، آن را معتبر ندانست. در صورتی که این آزمایشگاه در صدد تکرار آزمایش انجام شده در سرن برآید، بی تردید آن را با دقت بیشتری اجرا خواهد کرد. همچنین، انتظار می رود که فیزیکدانان ژاپنی نیز با استفاده از امکاناتی که در اختیار دارند، در صدد تکرار این آزمایش برآیند. یژوهشگران سرن، ضمن ابراز تعجب از چنین کشفی، وعده داده اند که به زودی جزئیات بیشتری را در این زمینه منتشر کنند تا سایر فیزیکدانان نیز بتوانند به تکرار آزمایش و بررسی مستقل این پدیده بپردازند. یکی از دست اندرکاران این آزمایش گفته است که چنین کشفی چنان غیرمنتظره و نامحتمل است که بدون بررسی های بعدی و تایید نتیجه آن توسط کسان دیگر هرگز نمی توان آن را نهایی تلقی کرد. دانشمندان به تازگی مقدار جدیدی را برای ثابت جهانی نیوتن G گزارش داده‌اند که تفاوت فاحشی با مقدار قبلی آن دارد. گرانش ضعیف‌ترین نیروی شناخته شده است، و اندازه‌گیری اثرات آن بر روی اجسام در مقیاس آزمایشگاهی واقعا دشوار است. برای تعیین مقدار G، محققان از ابزاری به نام ترازوی چرخشی استفاده می‌کنند که در آن به چیدمانی از چند جرم معلق، گشتاوری ناشی از نیروهای گرانش وارد می‌شود. اگرچه، یکی از مشکلات موجود در این آزمایش تغییرات دما است، که باعث انبساط یا انقباض مولفه‌های مشخصی در ترازو می‌شود. با وجودی که انحرافات اندازه‌گیری شده بسیار کوچک هستند-درحدود یک صدم درجه-اما افت‌وخیزها می‌توانند اثر قابل‌ملاحظه‌ای بر روی نتایج داشته باشند. سیب نیوتن که او را به فکر فرو برد و کارهای اینشتین که فیزیک را متحول کرد هر دو مفهومی را در دل خود نهان دارند و آن هم گرانش است. گرانشی که ضعیف‌تر از آن چیزی است که فکرش را می‌کنید و عجیب‌تر از آن‌چیزی است که تصورش را می‌کنید. دانشمندان دانشگاه ایست‌آنگلیا مدعی‌اند، شرایط قابل‌زیستن بر روی زمین برای دست کم 1.75 میلیارد سال دیگر ممکن خواهد بود. بر اساس گزارش لایو‌ساینس، باوجود اینکه برخی از معادلات از قبیل معادله E = mc^2 آلبرت اینشتین از شهرت عمومی بسیار زیادی برخوردارند، اما بسیاری از فرمول‌های کمتر شناخته شده در میان دانشمندان از محبوبیت زیادی برخوردارند. لایو‌ساینس مجموعه‌ای از این فرمول‌های دوست‌داشتنی را با پرسش از فیزیکدانان، اخترشناسان و ریاضیدانان جمع‌آوری کرده‌است: معادله نسبیت عام این معادله در سال 1915 و طی ارائه نظریه جنجالی نسبیت عام توسط اینشتین خلق شده‌است. این نظریه درک دانشمندان از گرانش زمین را به واسطه شرح آن به عنوان عامل انحنا دادن تار و پود فضا و زمان متحول ساخت. به گفته دانشمندان تمامی نبوغ انیشتین در این فرمول گنجانده شده‌است. نیمه سمت راستی این معادله محتوی انرژی در جهان را توضیح می‌دهد و بخش چپ آن هندسی فضا- زمان را شرح می‌دهد. تساوی این دو بخش بازتابنده این حقیقت است که در نظریه نسبیت عام انیشتین، جرم و انرژی به صورت همزمان شکل هندسی و انحنا را تعیین می‌کنند، که این مفهومی به نام گرانش را آشکار می‌سازد. به گفته کایل کرانمر فیزیکدان دانشگاه نیویورک این معادله زیبا ارتباط میان فضا-زمان و ماده و انرژی را آشکار می‌سازد؛ نشان می‌دهد چگونه این رویداد‌ها با یکدیگر در ارتباطند، چگونه حضور خورشید منجر به ایجاد انحنا در فضا-زمان شده و از این رو زمین به دور آن در مداری حرکت میکند، همچنین این معادله توضیح می‌دهد که جهان چگونه پس از انفجار بزرگ تکامل یافته‌است و وجود سیاه‌چاله‌ها را پیش‌بینی می کند. مدل استاندارد یکی دیگر از نظریه‌های برتر فیزیکی، مدل استاندارد مجموعه‌ای از ذرات بنیادین را توضیح می‌دهد که گفته می‌شود سازنده جهان هستند. این نظریه در دل معادله‌ای گنجانده شده که لاگرانژ مدل استاندارد نامیده می‌شود. این معادله به گفته فیزیکدانان به خوبی تمامی ذرات ابتدایی و نیروهایی که دانشمندان تا به امروز در فضای آزمایشگاهی مشاهده کرده‌اند را توضیح می‌دهد، به جز گرانش. این ذرات شامل ذره بوزون هیگر که به تازگی کشف شده نیز خواهد شد. با این‌همه مدل استاندارد تا کنون نتوانسته با نسبیت عام یکی شود و از این رو است که نمی‌تواند گرانش را توضیح دهد. حسابان این معادله می‌تواند در هر وضعیتی کاربرد داشته باشد. قضیه بنیادین حسابان پشتوانه تکنیکی ریاضیاتی به نام انتگرال و دیفرانسیل است که دو محتوی اصلی این متد، یعنی انتگرال و مشتق را به یکدیگر ارتباط می‌دهد. این معادله به بیانی ساده تغییرات خالص کمیتی پیوسته از قبیل مسافت طی شده، طی دوره‌های زمانی داده شده برابر انتگرال میزان تغییرات آن کمیت است. جوانه‌های اولیه حسابان در عهد قدیم زده شد اما بیشترین بخش‌های آن در قرن 17 میلادی توسط آیزاک نیوتن که از این معادله برای توضیح حرکت سیاره‌ها به دور خورشید استفاده کرد، گرد‌هم آمد. قضیه فیثاغورس یکی از قدیمی‌ترین و محبوب‌ترین معادله‌ها در میان دانشمندان قضیه فیثاغورس است که هر دانش‌آموز تازه‌کار هندسه آن را فرا می‌گیرد. این فرمول نشان می‌دهد در یک مثلث قائم‌الزاویه، مجموع توان‌های دوم دو ضلع برابر با توان دوم ضلع سوم همیشه است. معادله اولر این معادله ساده حقیقتی خالص درباره طبیعت کره‌ها را در خود گنجانده‌است: این معادله می‌گوید که اگر سطح یک کره را به وجه‌ها، ضلع‌ها و رئوس تبدیل کنیم و F را به وجه، E را به ضلع‌ها و V را به رئوس اختصاص دهیم همیشه V-E+F=2 را خواهیم داشت. برای مثال یک چهاروجهی را در نظر بگیرید، از چهار مثلث، 6 ضلع و چهار راس برخوردار است. اگر در میان این چهار وجهی دمیده شود به یک کره تبدیل خواهد شد که می‌توان آن را به چهار وجه، 6 ضلع و چهار راس تبدیل کرد و V-E+F نیز برابر 2 خواهد شد. همیت ترتیب برای هرم‌های پنج وجهی نیز صادق است. نسبیت خاص انشتین با این فرمول بازهم مورد توجه دانشمندان قرار گرفته است، فرمولی که شرح می‌دهد زمان و فضا مفاهیمی مطلق نیستند بلکه نسبی و وابسته به سرعت مشاهده‌کننده هستند. این فرمول نشان می‌دهد زمان چگونه با افزایش یا کاهش حرکت یک فرد در هر زاویه‌ای منبسط شده و یا کند می‌شود. بسیاری از دانشمندان این معادله را به فرمول‌های پیچیده تر انیشتین ترجیح می‌دهند. 0?999999999=1 این معادله ساده یکی از محبوب ترین معادلات استیون استورگتز ریاضیدان دانشگاه کرنل است زیرا به اعتقاد وی این معادله بسیار ساده،قابل فهم و متعادل است. بخش چپ معادله نشانگر آغاز ریاضیات و بخش راست آن نشانگر اسرار بی‌نهایت بودن است. معادله اولر-لاگرانژ و قضیه نوتر نکته جالب توجه درباره این معادلات این است که این‌نوع تفکر درباره فیزیک توانسته از میان تحولات بزرگی در جهان فیزیک از قبیل ماشین‌های کوانتومی و نسبیت، جان سالم به در ببرد. در این معادله L عدد لاگرانژ است که انرژی را در یک سیستم فیزیکی از قبیل فنر یا اهرم‌ها یا ذرات بنیادین محاسبه میکند. حل کردن این معادله چگونگی تکامل سیستم در زمان را آشکار خواهد کرد. قضیه نوتر نیز در فیزیک و تقارن قضیه‌ای بنیادین به شمار می‌رود. این قضیه به صورت غیر‌رسمی بیان میکند زمانی که سیستم از تقارن برخوردار باشد، در این صورت قانون پایستگی مرتبط با آن وجود خواهد داشت. معادله کالان-سیمانژیک به گفته دانشمندان این معادله به سال 1970 تعلق دارد. این معادله کارایی‌های متعددی دارد،از جمله تخمین جرم و ابعاد پروتون و نوترون که سازنده هسته اتم هستند. معادله خط اولر معادله هندسی دیگری که در میان ریاضیدانان از محبوبیت خاصی برخوردار است و نام فیزیکدان قرن هجدهمی سوئیسی، لئونهارد اویلر را با خود به همراه دارد. به گفته ریاضیدانان این قضیه زیبایی و قدرت ریاضیات را در خود دارد که معمولا آشکار‌کننده الگوهای شگفت‌انگیز در اشکال ساده و آشنا است.
به گزارش انجمن فیزیک ایران، G ثابت گرانش نیوتن، یکی از ثابتهای بنیادینِ طبیعت است که نیروی گرانش بین دو جسم جرم‌دار را تعیین میکند. اگر چه این ثابت اولین بار حدود 200 سال پیش توسط نویل ماسکلاین(Nevil Maskelyne) اندازه‌گیری شد، اما تعیین ِمقدار دقیق آن همواره یکی از اهداف فیزیکدانانِ تجربی بوده است: گزارش‌های اخیر نشان می‌دهد که مقدار G بیش از 400 میلیونیوم متفاوت است، یعنی 20 برابر بزرگتر از خطای موجود در هر اندازه‌گیری است. برای فهم بهتر این مغایرت، تری کویین (Terry Quinn) به همراه همکارانش در دفتر بین‌المللی وزن‌ها و اندازه‌گیری‌ها در فرانسه، به دنبال خطاهای سیستماتیک موجود در آزمایش، ابزار اندازه‌گیری و آزمایش را مجدد سرهم‌بندی کردند و نتایج بدست آمده را با وسیله‌ای که دوازده سال پیش برای اندازه‌گیری G استفاده شده بود مقایسه کردند.
در این آزمایش جدید، کویین و همکارانش از یک ترازوی چرخشی با روبانی معلق استفاده کردند که امکان اندازه‌گیری G را از دو طریق ممکن می‌سازد: با استفاده از انحراف زاویه‌ای و نیز از طریق نیروی الکتروستاتیکی لازم برای خنثی کردن اثرات نیروی گرانش. همان‌طور که در Physical Review Letters گزارش شده، مقدار جدیدِ G که توسط این محققان بدست آمده برابر با 10 -11 m3/(kg s2) 6.67545(18) X است. کویین و همکارانش علت این اختلاف زیاد در مقدار G را نمی‌دانند، اما گمان می‌کنند این اختلاف ناشی از خطاهای ناشناخته آزمایشگاهی باشد.
1- آبی ون کنوبی? شخصیت فیلم جنگ ستارگان در جایی گفت: «این نیرو ما را دربر می‌گیرد و در ما نفوذ میکند؛ این نیرو کهکشان را در کنار یکدیگر منسجم نگه می‌دارد.» او احتمالاً داشت درباره‌ی گرانش صحبت می‌کرد. ویژگی جذبی گرانش? اساساً نه تنها سبب منسجم نگه‌داشتن کهکشان می‌شود بلکه در ما نفوذ میکند? به‌طور فیزیکی در ما گسترش می‌یابد و ما را روی زمین نگه می‌دارد.
2- نیروی گرانش دوگانگی ندارد؛ یعنی فقط جذب میکند? دفع نمی‌کند.
3- ناسا در تلاش است تا تراکتور پرتویی Tractor Beam بسازد تا با کمک آن بتواند اجرام را به‌طور فیزیکی جابه‌جا کند و نوعی نیروی جذبی برای غلبه بر گرانش ایجاد کند.
4- مسافران قطارهای هوایی شهربازی‌ها و فضانوردان ایستگاه فضایی? ریزگرانش را تجربه می‌کنند – که به اشتباه گرانش صفر گفته می‌شود- زیرا آنها با همان سرعت وسیله حرکت می‌کنند.
5- اگر فردی که وزنش روی زمین حدود 68 کیلوگرم است این امکان را داشت که روی سیاره‌ی مشتری بایستد? وزنش به 160 کیلوگرم افزایش می‌یافت. هرچقدر جرم یک سیاره‌ی بیشتر باشد گرانش‌اش هم بیشتر می‌شود.
6- برای اینکه بتوانید بر جاذبه‌ی گرانش غلبه کنید باید با سرعت 11 کیلومتر بر ثانیه حرکت کنید. این سرعت همان سرعت فرار زمین است.
7- از میان چهار نیروی اساسی? گرانش ضعیف‌ترین نیرو است. سه‌تای دیگر عبارت‌اند: الکترومغناطیس? نیروی هسته‌ای ضعیف (مسئول واپاشی اتم) و نیروی هسته‌ای قوی که هسته‌های اتم‌ها را کنار یکدیگر نگه‌می‌دارد.
8- آهن‌ربایی به‌اندازه‌ی یک سکه‌ی 10 سنتی آن‌قدر نیروی الکترومغناطیسی دارد که بر همه‌ی نیروی گرانشی زمین غلبه کند و آن را به یخچال بچسباند.
9- سیبی بر سر آیزاک نیوتن اصابت نکرد? اما سبب شد تا فکر کند که این نیرویی که باعث سقوط سیب می‌شود ممکن است حرکت ماه به دور زمین را هم تحت تأثیر خود داشته باشد.
10- این سیب در تفکر نیوتن به‌گونه‌ای بود که وی را به سوی نگارش نخستین قانون مربع معکوس علم هدایت کرد:F = G * (mM)/r² . به عبارت دیگر اگر جسمی دو برابر دورتر شود نیروی جاذبه‌ی گرانش یک‌چهارم برابر خواهد شد.
11- همچنین قانون مربع معکوس گرانش بیان میکند که از نظر فنی? تأثیر جاذبه‌ی گرانش تا بی‌نهایت ادامه دارد!
12- لغت گرانش Gravity از واژه‌ی لاتین gravis به معنی سنگین? ریشه گرفته است.
13- گرانش? به هرچیزی بدون توجه به میزان جرم? با نرخ ثابتی شتاب وارد میکند. اگر شما دو توپ یک‌اندازه اما با جرم‌های متفاوت از بام منزل‌تان به سمت پایین رها کنید? آنها در یک زمان به زمین برخورد می‌کنند. هرچقدر جسمی سنگین‌تر باشد اینرسی بزرگ‌تری خواهد داشت که از سرعت بیشتری که ممکن است نسبت به جرم سبک‌تر داشته باشد جلوگیری میکند.
14- نخستین‌بار? در نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین از گرانش به عنوان خمیدگی فضا-زمان یاد شد که چارچوب فیزیکی عالم را شکل می‌دهد.
15- هر چیزی که جرم داشته باشد فضا-زمان پیرامون خود را خم میکند. در سال 2011 ? آزمایش فضاپیما B گرانش ناسا نشان داد که زمین فضای اطراف خود را می‌کشد مانند این می‌ماند کهتیله‌ای در حال چرخش در عسل باشد؛ دقیقاً همان چیزی که اینشتین پیش‌بینی کرد.
16- اجرام سنگین همان‌طور که فضای اطراف خود را خم می‌کنند گاهی اوقات می‌توانند نوری که از کنار آنها در حال عبور است را از مسیرش منحرف کنند؛ شبیه به کاری که عدسی‌های شیشه‌ای انجام می‌دهند. عدسی‌های گرانشی می‌توانند کهکشان‌ها دوردست را بزرگتر کنند یا با خمیده کردن نورشان اشکال غیرعادی از آنها نمایان کنند.
17- مسئله‌ی اجسام سه‌گانه حدود 300 سال است که فیزیکدانان را به‌چالش کشیده است. این مسئله به محاسبه‌ی همه‌ی الگوهایی می‌پردازد که سه جسم در حالی که فقط از گرانش تأثیر می‌گیرند بتوانند به‌دور یکدیگر بگردند. تا به امروز فقط 16 الگو برای این مسئله مطرح شده است که از 13تای آنها در مارس امسال کشف شد.
18- هرچند آن سه نیروی اساسی دیگر به‌زیبایی با مکانیک کوانتوم تطابق دارند? گرانش به طور لجوجانه‌ی با آن مطابق نمی‌شود؛ اگر معادلات کوانتوم گرانش را وارد بازی خود کنند? دیگر صادق نخواهند بود. اینکه چگونه بتوان این دو مفهوم کاملاً دقیق اما متناقض عالم را با یکدیگر آشتی داد یکی از بزرگ‌ترین پرسش‌های فیزیک است.
19- طبق گفته‌ی آمبر استور? فیزیکدان رصدخانه‌ی امواج گرانشی LIGO : برای اینکه بهتر گرانش را درک کنیم? دانشمندان به‌دنبال امواج گرانشی یا لرزه‌هایی در فضا-زمان هستند که از چیزهایی مانند برخورد سیاه‌چاله‌ها و انفجار ستاره‌ها سرچشمه می‌گیرند.
20- اگرمحققان امواج گرانشی را آشکار کنند? می‌توانند با کمک آنها کیهان را به‌گونه‌ای بینند که هرگز پیش از این دیده نشده است. استور می‌گوید: « هر زمانی که ما به روش جدید به عالم نگاه کردیم? درک‌مان از آن کاملاً دگرگون شده است.»
این یافته‌ها عمر قابل‌زیستن زمین را بر اساس فاصله این سیاره از خورشید و دماهایی که در آنها آب مایع برای گیاهان وجود خواهد داشت، آشکارسازی کرده است.
تیم تحقیاتی برای انجام مطالعه خود از ستارگان الهام گرفت و با استفاده از سیاره‌های تازه‌کشف‌شده در خارج از منظومه شمسی (سیارات فراخورشیدی) به عنوان نمونه‌های مورد مطالعه، پتانسیل این سیارات را برای میزبانی حیات بررسی کرد.
این تحقیق که به رهبری آندرو راشبی از مدرسه علوم محیطی دانشگاه ایست‌آنگلیا صورت گرفت، از مفهوم «دامنه قابل‌زیستن» برای انجام تخمین‌های خود استفاده کرد.
این تئوری بر فاصله سیاره از ستاره میزبان و دماهایی استوار است که در آنها آب مایع بر روی سطح وجود دارد.
محققان از مدل‌های تکامل ستاره‌ای برای تخمین پایان عمر قابل‌زیستن از طریق تعیین زمانی که در آن سیاره دیگر قابل‌زیستن نخواهد بود، استفاده کردند.
آنها تخمین زدند که زمین در جایی بین 1.75 تا 3.25 میلیارد سال دیگر قابل‌زیست نخواهد بود.
پس از این نقطه زمین به "حوزه داغ" خورشیدی با دماهایی بسیار بالا وارد خواهد شد، به طوری که دریاها تبخیر می‌شوند. در این نقطه رویدادهای فاجعه‌آمیز و انقراض گرمایی برای تمامی حیات وجود خواهند داشت.
این در حالی است که شرایط زیستن برای انسان‌ها و دیگر ارگانیسم‌های پیچیده بسیار زودتر از این زمان، غیرممکن خواهد شد.
انسان‌ها حتی با افزایش کوچک دما دچار مشکل می‌شوند و در نزدیکی این انتها فقط میکروب‌های موجود در محیط‌های نامحسوس قادر به تحمل گرما خواهند بود.
میزان زمان قابل‌زیستن بر روی یک سیاره از اهمیت فراوانی برخوردار است، زیرا نکاتی را درخصوص پتانسیل تکامل زندگی پیچیده در اختیار می‌گذارد.
تقربیا هزار سیاره در خارج از منظومه شمسی توسط ستاره‌شناسان شناسایی شده‌اند و تیم تحقیقاتی تعدادی از آنها را به عنوان نمونه موردی آزمایش کرد.
| :قالبساز: :بهاربیست: |
