فیزیک

دماسنجی از مولکول‌ها

ترجمه‌ی احسان سنایی: نتلسون، به‌همراه دستیارش «دن وارد» که دانشجوی فوق‌دکترای پژوهشی‌ست، و نیز همکاران‌شان دریافتند که هرچند تعیین دما در مقیاس‌های نانو، به‌مراتب می‌تواند پیچیده‌تر از دماسنجی از اجسام بزرگ‌تر باشد؛ اما می‌توان آن را تا ترازی از دقت انجام داد؛ آنچنان‌که مورد توجه جامعه‌ی مهندسین الکترونیک مولکولی یا هرکس که خواهان دانستن نحوه‌ی کارکرد گرمازایی و یا گرماگیری یک جسم در مقیاس‌های شدیداً ریز است؛ قرار گیرد.

سفر به سردتر از صفر مطلق

ترجمه‌ی احسان سنایی: دما، بر اساس نحوه‌ی تأثیر افزایش و یا کاهش انرژی بر میزان بی‌نظمی محیط؛ یا «آنتروپی» آن سامانه، تعریف می‌شود. برای سامانه‌هایی با دماهای مثبت و مشابه، افزودن انرژی موجب افزایش بی‌نظمی می‌شود: مثلاً گرمابخشی به یک بلور یخی، آن را ذوب کرده و به حالتِ بی‌نظم‌تر ِ مایع بدل می‌کند. با سلب انرژی از سویی، به صفر مطلق (دمای ۲۷۳.۱۵- درجه‌ی سلسیوس) نزدیک و نزدیک‌تر می‌شوید که در آن نقطه، انرژی‌ و آنتروپی سامانه، هر دو در حداقل‌اند.

کشف سازوکار گرداب‌ها

ترجمه‌ی احسان سنایی: جو زمین و هسته‌ی مذاب بیرونی‌اش علی‌رغم اینکه هیچ ارتباط مستقیمی ندارند، در یک خصیصه مشترک‌اند: هر دو میزبان جریانات مارپیچ و گرداب‌مانندند. در جو، به‌شکل گردبادها و هاریکان؛ و در هسته‌ی بیرونی، به‌شکل جریانات مولد میدان مغناطیسی زمین. به‌گفته‌ی فیزیکدانان نظری دانشگاه کالیفرنیا-سانتاباربارا که با گروهی محاسباتی از هلند همکاری می‌کرده‌اند؛ این پدیده‌ها در درون زمین و در جو آن؛ هر دو تابع سازوکارهایی مشابه‌اند.

هبوط نسبیت

برگردان: احسان سنایی: بر اساس پیش‌بینی‌های اینشتین، اندکی سرعت کمتر حین رانندگی یا یک پله صعود از نردبانی عادی، برای ایجاد تأخیر در سیر زمان از دید خودمان کافی‌ست.هیچ‌گاه هبوط عملی «نسبیت» آلبرت اینشتین، که تأثیر سرعت و گرانش نسبی بر سیر زمان را وصف می‌کند؛ از پندار خیال‌پرور مردم به حد و ابعاد خانه‌هایشان ممکن نبوده است.

پروتون، ریزتر است؟

ترجمه‌ی احسان سنایی: پژوهش‌گران اخیراً با اعلام کوچک‌تر بودن ابعاد بنیادین‌ترین ساختار سازنده‌ی جهان مرئی‌مان یعنی پروتون از آنچه تا پیش‌تر تصورش می‌رفت؛ حقیقتاً بمبی را میان فرضیات حاکم بر جهان ریز ذرات زیراتمی منفجر کردند. بر اساس محاسبات مجدّدی که در نشریه‌ی علمی نیچر انتشار یافته‌، تا ۴ درصد از شعاع متصوّره‌ی پیشین پروتون تراشیده شده است. چنانچه این پژوهش ثابت شود، هرآنچه از محاسبات پیشین بدست‌ آمده، نادرست خواهد بود.

ثوابتی که دگرگون شدند

ترجمه‌ی احسان سنایی: ثوابت بنیادین طبیعت همچون ثابت پلانک، بی‌سبب «ثابت» خوانده نمی‌شوند. بلکه گمان می‌رود که فیزیک، رفتاری مشابه از خود بروز دهد؛ اما محاسبات جدید صورت‌پذیرفته بر طیف رادیویی یک ابر گازی دوردست، اشاره بر بی‌ثباتی برخی کمیات بنیادین طبیعت، و در نتیجه رشد احتمال نیازمان به بازنگاهی ریشه‌ای در مدل استاندارد ذرات بنیادین دارند؛ مدلی که پذیرفته‌ترین قوانین حاکم بر جهان ریز ذرات زیراتمی را در هم‌اکنون ائتلافی واحد، گرد هم آورده است.

«این فقط انگشت خداست»

ترجمه‌ی احسان سنایی: هفته‌ی گذشته، فیزیکدانان آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده‌ی فرمی از کشف مدرکی جدید در حل یکی از گسترده‌ترین رازهای دیرپای فیزیک و کیهان‌شناسی خبر دادند: این‌که چرا جهان از ماده و نه از خواهر شیطان‌صفت‌اش، پادماده، تشکیل شده است؟ اگرچنانچه کشف مزبور، از زیر ذره‌بین تیزبین آزمایشات این حوزه از فیزیک نیز بگذرد، تفسیری جدید از دلیل «بودن»مان را نیز ارائه خواهد داد.

شعله‌‌های پنجاه‌ساله

ترجمه‌ی احسان سنایی: در ۱۹۶۰، دانشمند آزمایشگاه تحقیقاتی هیوز، دکتر «تئودور مایمن» پژوهشی را در نشریه‌ی علمی نیچر به چاپ رسانید که در آن به توصیف آزمایشات‌اش با «تشعشع نوری تحریک‌شده در یاقوت» پرداخته بود. با این پژوهش او «لیزر» – که در اصل مخفف عبارت «تقویت نور، با تشعشع تحریک‌شده» است – را از قید و بند تخیلات علمی خارج نمود و دست به ساخت ابزاری زد که جهان را به راه‌هایی که شمار اندکی از مردم زمان بدان واقف بودند؛ رهنمون ساخت.

در جهان نسبی اینشتین، همیشه حق با ناظر است

احسان سنایی: اساس نسبیت خاص اینشتین، بر اصل نسبیت گالیله که تا دیرزمانی به دست فراموشی سپرده شده بود، استوار گشت و در یک کلام، اندیشه‌ی دیرپای وجود یک چارچوب مطلق جهانی به نام «اتر» را با فرض نسبی بودن چارچوب‌های بی‌شمار پیرامون‌مان منسوخ کرد و در عوض سرعت نور، به‌عنوان کمیتی مطلق و غیرقابل‌تغییر معرفی شد. به‌طور خلاصه می‌توان گفت در جهان نسبی اینشتین، همیشه حق با ناظر است.

غبارروبی از «نسبیت»

احسان سنایی: اول‌بار که واژه «نسبیت» رسماً در علم فیزیک به‌کار برده شد، به حدود سیصد سال پیش از زمان اینشتین باز می‌گردد. گالیله، با فرض اینکه یک جسم، در اتاقی بسته به‌هیچ وجه نمی‌تواند دریابد که با سرعتی ثابت در حال حرکت است یا ایستاده؛ «اصل نسبیت» خود را معرفی کرد که بعدها به «نسبیت گالیله‌ای» نیز شهرت یافت. بعدها «چارچوب مرجع» اهمیت بیشتری در اصول فیزیکی، بالاخص قانون اول نیوتن پیدا کرد

در ستایش مردی که زیاد می‌دانست

احسان سنایی: این‌ روزها دست‌نوشته‌های اینشتین طی تدوین نهایی فرضیه‌ی نسبیت عام، به نمایش عمومی درآمده تا در آستانه‌ی اعلام موفقیت جدیدترین و دقیق‌ترین آزمایش صورت‌پذیرفته برای اثبات آن، نگاهی به مفاهیم بنیادین جهان نسبی این دانشمند سرشناس داشته باشیم؛ غولی که در مواجهه‌ با سؤالات بی‌پایان مردم خیابان از فرضیه‌ی معروفش، همیشه می‌گفت: «من را ببخشید؛ همیشه با پروفسور اینشتین اشتباه گرفته می‌شوم»!

زمین، در تنگنای هلیوم

ترجمه‌ی احسان سنایی: دو درجه بالاتر از پایین‌ترین دمای ممکن طبیعت و در محیطی که گویی سیر زمان نیز انجماد یافته؛ استمرار جریان بی‌آرام خونی حیات‌‌بخش در رگ‌های پولادین شتاب‌دهنده‌های عظیم است که ستون‌های دانش‌مان از ذرات بنیادین را برپانگه داشته است. این خون بی‌رنگ، همان هلیوم مایع است. ذخیره‌ی جهانی این گاز کمیاب تدریجاً رو به اتمام نهاده؛ و فیزیک‌دانان باید گام‌های بلندی را جهت حفظ این عنصر بردارند.

روزی سیبی افتاد...

ترجمه‌ی احسان سنایی: معروف‌ترین حکایت تاریخ علم، حکایت «ایزاک نیوتن» است که در باغ مادری‌اش نشسته و به‌ناگاه، سیبی از درخت کناری به سرش می‌خورد. او در چشم‌برهم‌زدنی به راز نیروی جاذبه پی برده و تئوری معروفش را عرضه می‌دارد. بی‌تردید این قصه‌ی کوتاه تحریف گشته، اما از امروز هر کسی بوسیله‌ی اینترنت خواهد توانست از نخستین دست‌نوشته‌‌ای که به داستان معروف سیب و نیوتن اشاره دارد دیدن نماید.

«همیشه چند سال از دیگران جلوتر بودم»

ترجمه‌ی احسان سنایی: مردی مهربان و بامزه که شاید از زیرک‌ترین فیزیک‌دانان زمین باشد: «فرانک ویلک‌زک»، ۵۸ ساله، استاد فیزیک انیستیتو فناوری ماساچوست و از سه برنده‌ی نوبل فیزیک سال ۲۰۰۴ به سبب کاری که در دومین دهه از عمرش به کمک «دیوید گراس» از پرینستون، به انجام رساند. روزنامه‌ی نیویورک تایمز چندی پیش در گفت‌وگویی با وی، ما را به جهان پررمز و راز این فیزیک‌دان صاحب‌نام برد.

غول بیدار شد ـ بخش پایانی

احسان سنایی: زمانی‌که صحبت از ابعاد انرژی سرسام‌آور برخوردها و ارقام‌ بلندبالای مرتبط با نیروی ویرانگر جاری در تونل‌های ابرتصادم‌گر هادرونی می‌شود، تصور سلسله انفجارهای هولناک و زنجیرواری که با غرش و درخشش فراوان همراه‌اند آن‌چنان دشوار نیست. اما حقیقت از داستان دیگری حکایت می‌کند.

جهان، پر از تاریکی است

احسان سنایی: تا ۱۹۳۳، جهان‌مان را خوب می‌شناختیم؛ جهانی بی‌دغدغه با حقایقی برملا و مشخص. جهانی که اگر پذیرای ذهن کنجکاو کسانی چون «فریتز زوئیکی» نبود، نمی‌شد آن را با تنها یک مقاله‌ی ۲۷ صفحه‌ای و مختصر، از انبوه سؤالات بی‌پاسخ انباشت. سؤال این بود: چرا به رغم جرم اندک کهکشان‌ها، اجتماعاتِ فشرده‌ی کهکشانی از هم نمی‌گسلند؟

دنیای پرآشوب کوانتوم

احسان سنایی: با انبساط جهان، بر فضای مابین ذرات افزوده شد و دما نیز کاهش یافت؛ آن‌چنان که برای پرتوهای گاما دیگر رمقی برای ادامه فرآیند جفت‌سازی وجود نداشت. این در حالی بود که هنوز ماده و پادماده در حال نابودی یک‌دیگر بودند و جهان از فوتون‌ها اشباع می‌شد. تمام این اتفاقات در حالی رخ داد که جهان هنوز یک ثانیه از عمرش نگذشته بود! در همین یک ثانیه بود که در فرآیندی مرموز، ماده از پادماده پیشی جست.

اصل عدم قطعیت و جهانی از ماده و پادماده

احسان سنایی: اصل عدم قطعیت، ریشه‌ای‌ترین اصل مکانیک کوانتومی است که در دهه ۳۰ میلادی توسط فیزیک‌دانی به نام «ورنر هایزنبرگ» ارائه شد. عدم قطعیت حاکم بر جهان کوانتومی ناشی از نقص دانسته‌های ما نیست؛ بل‌که این جزئی از رفتار ذاتی تمامی اجزای این جهان شگفت‌انگیز است. این معادله گویای حقیقت حیرت‌انگیزی است: برای فواصل زمانی بسیار کوتاه، نمی‌توان مطمئن بود در نقطه خاصی از فضا چقدر ماده موجود است!

نظریه ریسمان‌ها و ابعاد اضافی

احسان سنایی: سه بعد آشنای جهان‌ را بی‌ هیچ مانعی همیشه آزموده‌ایم . بعد چهارم زمان هم به ابتکار آلبرت اینشتین به معادلات فیزیکی وارد شد. اما بعد پنجم و ششم را چگونه می‌توان در ذهن جای داد؟ این سؤالی‌ست که به نظر پاسخش را در نظریه ریسمان‌ها می‌توان یافت. شاید ابعاد اضافی را در ابتدا متناقض با واقعیات بدانیم اما جالب این‌جاست که بدانیم حوزه تحت پوشش ریسمان‌ها همین جهان ماست.

آیا ذره متواری «هیگز بوزون» به دام خواهد افتاد؟

احسان سنایی: در نخستین لحظاتی که جهان بوجود آمد، هیچ ذره‌ای جرم نداشت. زمانی که جهان سردتر شد، «میدان هیگز»، هم‌چون توری بر جهان ما مسلط شد و ذرات «هیگز بوزون» هم در جهان پراکنده شدند. از آن پس هر ذره بی‌جرمی که با میدان هیگز واکنش می‌داد، از راه «هیگز بوزون» جرم می‌یافت؛ به‌طوری‌که هر چه میزان این واکنش بیشتر، جرم آن ذره نیز بیشتر می‌شد. اما هنوز هیچ‌کس هیگز بوزون را ندیده است.