رادیو زمانه

تاریخ انتشار مطلب: ۲۳ آبان ۱۳۸۸

معمای بزرگ یک نیروی آشنا

برگردان؛ احسان سنایی

در سال ۱۹۹۰ میلادی، فضاپیمای گالیله با گذشت یک سال از زمان پرتاب، به ملاقات خانه‌اش آمد تا با کسب شتاب از میدان گرانشی زمین؛ با قوت بیشتری رهسپار مشتری شود. فضاپیما هم‌چون سنگی در قلاب از زمین شتاب گرفت و دور شد اما سؤالی را در ذهن فیزیک‌دانان زمین بر جانهاد: چرا گالیله ۳.۹ میلیمتر بر ثانیه بیشتر از آن‌چه تصورش می‌رفت، شتاب گرفته است؟


طرحی از عبور روزتا از نزدیکی زمین

دلیل این شتاب مرموز چیست؟ فضاپیمای اروپایی «روزتا» در مسیر سفرش به سمت دنباله‌دار چوريموف -گراسيمنكو، برای آخرین بار در سیزده نوامبر از نزدیکی زمین خواهد گذشت و فرصتی گران‌بها را برای آزمودن این معما فراهم خواهد آورد.

این در حالی است که در عبور پیشین روزتا از نزدیکی زمین در سال ۲۰۰۵، این فضاپیما به میزان ۱.۸ میلیمتر بر ثانیه افزایش شتاب مرموزی را تجربه کرده بود.

دانشمندان با بررسی‌های بسیار، احتمال تأثیرات عواملی چون اصطکاک با جو فوقانی زمین و نوسانات گرانشی سیاره را رد کرده‌اند.

برخی معتقدند پای قوانین ناشناخته فیزیک در میان است؛ شاید نسخه‌های اصلاح شده‌ای از نسبیت عام اینشتین نیاز است؛ نظریه‌ای که در توصیف رفتار گرانش، گوی سبقت را از دیگر رقبا ربوده است.

ساعت هفت و ۴۵ دقیقه روز ۱۳ نوامبر به وقت گرینویچ؛ روزتا از نزدیک‌ترین فاصله‌اش تا زمین خواهد گذشت. این اتفاق، ۲۵۰۰ کیلومتر بالاتر از سقف خانه‌های ما و با سرعتی در حدود ۱۳ کیلومتر بر ثانیه رخ خواهد داد.

اگر چنان‌چه روزتا ۱.۱ میلیمتر بر ثانیه بیشتر از حد معمول شتاب بگیرد؛ آن‌گاه فرمول جدیدی که بر اساس ناهم‌گونی‌های مشاهده شده از این دست پیشنهاد گردیده، صحیح خواهد بود.

این فرمول که توسط «جان اندرسون»، از دانشمندان اسبق سازمان فضایی آمریکا (ناسا) و گروهش در سال ۲۰۰۸معرفی شد؛ گویای بروز نوعی آشفتگی در ساختار «فضا - زمان»1 بواسطه چرخش زمین است که بر فضاپیماهای عبوری از نزدیکی آن تأثیر می‌گذارد؛ با این حال ساز و کار چنین تأثیری را کسی نمی‌داند.

بر اساس پیش‌بینی‌های نسبیت عام، اجسام چرخنده، فضا - زمان پیرامون‌شان را دچار آشفتگی می‌کنند، اما مقدار آن بسیار کمتر از آن چیزی است که به یک فضاپیما شتاب ببخشد.

اندرسون می‌گوید: «من، قاطعانه انتظار این یکی را می‌کشم.»

با این حال مقدار نابهنجاری‌های مشاهده شده آن‌قدر اندک است که سریعاً نمی‌توان به وجودشان پی برد و دست‌کم چندین روز تا چند هفته تا تشخیص قطعی‌شان زمان نیاز است.

از طرفی به طور شگفت انگیزی روزتا در عبور سال ۲۰۰۷ خود از نزدیکی زمین، هیچ شتاب مرموزی را نشان نداد. شاید علت آن را بتوان به فاصله بیشتر فضاپیما از زمین (۵۳۰۰ کیلومتر) مرتبط ساخت؛ چراکه اندرسون معتقد است:

«به احتمال بسیار زیاد نوعی وابستگی به فاصله وجود داد که ما از آن اطلاعی نداریم.»

روش «قلاب سنگ گرانشی» روشی معمول و بهینه در هدایت فضاپیماهای بین سیاره‌ای است که تا حد زیادی از مخارج مأموریت را کاهش می‌دهد و برای نخستین بار کاوش‌گر مارینر- ۱۰ در سال ۱۹۷۴، در مسیر سفرش به سمت عطارد از آن استفاده کرد.

اساس این کار، استفاده از نیروی گرانشی اجرام بزرگ غیرمقصد، با هدف کسب شتاب به سمت جرم مقصد است.

از دیگر معماهای بزرگ مطرح شده توسط فضاپیماها، «نابهنجاری پایونیر» است. مأموریت‌های پایونیر ۱۰ و ۱۱ در سال ۱۹۷۳ سفرشان را به دوردست‌های منظومه شمسی آغاز کردند و هم اکنون نیز مرزهای خانواده خورشید را ترک گفته‌اند؛ اما اندکی دیرتر از آن‌چه دانشمندان انتظارش را داشتند.

در واقع، نوعی نیروی مرموز از سرعت حرکت این فضاپیماها کاسته و تا به حال کسی توضیح قانع کننده‌ای در این خصوص ارائه نکرده است.


پاورقی:

۱- فضا-زمان: میدان یک‌پارچه‌ای که طبق نظریه نسبیت عام اینشتین در سرتاسر جهان پراکنده است و با بروز هر گونه انحنای فرضی در آن، نیروی جاذبه ای بوجود می آید که شدت این نیرو با میزان انحنای هندسی میدان فضا-زمان نسبت مستقیم دارد.

Share/Save/Bookmark

منبع:
NewScientist

نظرهای خوانندگان

پرسشي داشتم در رابطه باروش قلاب سنگي :
نيروي جاذبه فضاپيما را با شتاب به طرف خودش ميكشد ولي چه عاملي باعث ميشود كه باشتاب بيشتر ادامه مسير بدهد وجذب سياره نشود .
به عبارت ديگر در قلابسنگ دست قلاب را رها ميكند وسنگ با شتاب دور ميشود ولي در سياره فقط عامل جاذبه داريم و عامل رها كردن نداريم .

-- سورنا ، Nov 11, 2009 در ساعت 02:25 PM

سوالی دیگر از حادوی فضا..حرا کهکشان ما
با کهکشانهای دور فاصله ی14 میلیارد سال نوری دارد،هر حند از انفحار بزرگ کمی بیش از ان اتفاق افتاد.ایا دنیای مادی ما با سرعت نوری
به اینحا رسیده؟از دریافت هرگونه حواب ممنون
حواهم شد.

-- خسرو از بلژیک ، Nov 13, 2009 در ساعت 02:25 PM

سورنای عزیز؛
سؤال بسیار خوبی است. در واقع گرانش نیرویی جاذب است و در نگاه اول شاید تصور شتاب بخشیدن یک سیاره به فضاپیما از راه نیروی جاذبه اندکی نامفهوم به نظر برسد. بعنوان مثال فرض کنید که در حین مانور قلاب سنگ، از روی زمین در حال نگریستن به روزتا هستید. همچنان که فضاپیما به زمین نزدیک و نزدیک تر می شود؛ تا عبور از نزدیک ترین فاصله تا ما، همچنان بر میزان سرعت آن نیز افزوده می شود و این امری طبیعی است. اگرچنانچه سرعت حرکت روزتا از حدود 11 کیلومتر بر ثانیه کمتر باشد، بدون شک حرکتش را به سمت زمین ادامه داده و نهایتاً به آن برخورد خواهد کرد؛ اما سرعت روزتا بیشتر از این حد، یعنی سرعت فرار از زمین است. نتیجه آنکه بار دیگر فضاپیما از زمین دور می شود و رفته رفته سرعت دریافتی را از دست می دهد؛ بعبارتی آنچه در این میان تغییر کرده، مسیر حرکت روزتا بوده که اندکی دچار انحراف شده است؛ اما با این حال مانور قلاب سنگ به همین سادگی انجام شد! از نگاه ناظر زمینی، سیاره سرعتی را که به فضاپیما بخشیده، بی کم و کاست دریافت می کند و اصولاً نبایستی در سرعت فضاپیما تغییری ایجاد شود اما از نگاه یک ناظر بی طرف، فضاپیما در حین عبور خود از کنار ما، چند دقیقه ای زمین را در حرکت به دور خورشید همراهی کرده است.
سرعت حرکت زمین به گرد خورشید، 29.8 کیلومتر بر ثانیه است و از نگاه ما، تمامی اجرامی که در دام گرانشی این سیاره اند نیز با همین سرعت به دور خورشید می چرخند. مثلاً هیچگاه ماه در حین عبورش از نزدیکترین فاصله تا زمین، مانور قلاب سنگ را تجربه نمی کند چراکه سرعت چرخشش به دور زمین، تنها 1 کیلومتر بر ثانیه است و این برای فرار از دام گرانشی زمین کافی نیست. اما سرعت روزتا، بیش از اینهاست و در حین عبورش از کنار زمین، در واقع اندکی از سرعت زمین به دور خورشید را قرض گرفته و اینچنین در ادامه مسیر از زمین شتاب می گیرد؛ درست مانند سنگی که قلاب گرانشی زمین آزاد شده باشد.
بعنوان مثال پسربچه بازیگوشی را تصور کنید که توپی در دست دارد و همزمان با عبور قطار از کنارش آن را به پیشانی لوکومیتو در حال حرکت می زند. سرعت توپ در ابتدا در حد توان بازوهای پسربچه بوده اما پس از برخورد به قطار در حال حرکت، سرعت آن چندین برابر می شود؛ در حالیکه لوکوموتیو ران، سرعت توپ دورشونده را با همان سرعتی که برخورد کرده می بیند. پس بایستی توجه داشت که حقیقت را از زبان بی طرف باید شنید!

***
خسروی عزیز؛
پیش از پاسخ به سؤال شما، ذکر توضیحی را لازم می دانم. کیهان شناسان، پیش از بسط مباحثشان پیرامون جهان بزرگ-مقیاس، بایستی چند اصل را در ابتدا پذیرفته و سپس به استدلال بپردازند. یکی از مهمترین این اصول، "اصل کوپرنیکی" نام دارد. طبق این اصل، زمین و هر نقطه دیگری از جهان، هیچگونه برتری نسبت به هیچ نقطه دیگری ندارد. آلبرت اینشتین با بسط این اصل، "اصل کیهانشناختی" را معرفی کرد که به "همگن" و "همسانگرد" بودن جهان ما در مقیاس های بسیار وسیع اشاره دارد. همگن به این معنا که در یک نگاه، سهم ماده و انرژی توزیعی جهان ما در تمامی نقاط به یکسانی توزیع شده و همسانگرد به این معنا که در مقیاس های بزرگ، تمامی جهان، همشکل و یکدست است و هیچ نقطه ای جلب نظر نمی کند.
در پاسخ به سؤال شما نیز باید گفت که طبق این اصول ما نه در مرز جهان واقعیم و نه در میانه آن؛ پس گفتن عبارت "جهان به اینجا رسیده" از نقطه نظر اصل کیهانشناختی نادرست است؛ چراکه 13.7 میلیارد سال پیش، همان کهکشان های دوردست به ما چسبیده بودند و می توان نتیجه گرفت که جهان از همین جا شکوفا شد و گسترش یافت؛ در حالیکه اگر کسی در همان کهکشان زندگی کند نیز می تواند چنین ادعایی را بکند. پس در جهان بزرگ-مقیاس، در تمام نقاط و در تمامی مقیاس ها، یک "جا" داریم و آن "همین جاست" و از همین جا بود که انفجار بزرگ آغاز شد. پس به عبارتی اگرچنانچه نلسکوپ ها را به آسمان نشانه رویم و به دنبال محل وقوع انفجار آغازین بگردیم این نیز کاری بیهوده است؛ چراکه انفجار، در "همین جا" رخ داد.
پس در کلی ترین حالت، اجزای جهان دو حرکت را تجربه می کنند: یکی حرکت "نسبت به فضا" و یکی "حرکت فضا". حرکت نسبت به فضا قوانین خاص خود را دارد و برای مثال نمی توان سریعتر از سرعت نور حرکت کرد. تمامی حرکات روزانه و آنچه می بینیم از پیاده روی در خیابان تا برخوردهای کهکشانی نیز از این نوعند. اما نوع دوم حرکت، یعنی "حرکت فضا" تابع شرایط خاص "حرکت در فضا" نیست. مثلاً فضا می تواند با سرعت بیش از نور گسترش یابد و چون این حرکت در هر جای دنیا که برویم بواسطه انبساط جهان در حال رخ دادن است، مجموعاً می توان گفت که هر چه پوشش دید خود را وسیع تر کنیم، دو نقطه واقع در مرز دید ما با سرعت بیشتری از هم دور خواهند شد و این نتیجه مستقیم انبساط جهان است و کسی نمی تواند این حرکت را مثلاً با حرکت در جهت مخالف خنثی کند، چراکه فضا در بین این دو ذره در حال زایش است.
پس طبعاً دو نقطه ای وجود دارند که سرعت نسبی شان بیش از سرعت نور باشد و عملاً نبایستی آن را ببینیم چراکه نور آن، فرصت رسیدن به زمین را ندارد. از اینرو گرداگرد ما کره محدود کننده ای وجود دارد که ما در مرکز آن واقعیم و آنچه درون این کره قرار دارد، اجسامی هستند که سرعت عقب نشینی شان از سرعت نور کمتر است و آنطرف مرزهای کره نیز اجسامی که سرعت فرارشان بیشتر است و آن ها را نمی بینیم. پس شعاع این کره معادل عمر جهان ما یعنی 13.7 میلیارد سال نوری است و با احتساب فاکتور انبساط و زایش فضا؛ این فاصله عملاً به 45.6 میلیارد سال نوری خواهد رسید. از اینجا به بعد، برای جلوگیری از پیچیدگی مطلب به مثالی اکتفا می کنم.
اگرچنانچه شعاع کره محدود کننده را پاره خطی بدانیم که سمت راست آن زمین قرار دارد و سمت چپش انفجار بزرگ؛ آنگاه می توان تصور کرد که هر آنچه در جهان ماست، مابین این دو نقطه واقع شده است. پس اگر تلسکوپمان را به جسمی نزدیک نشانه رویم، طبیعتاً رفتار کنونی آن را با اندکی اغماض می توان دریافت. مثلاً ما نور ماه را با 1 ثانیه تأخیر دریافت می کنیم و می توانیم از سمت راست خط قرمزی به طول یک ثانیه نوری روی پاره خط رسم کنیم؛ به این معنا که نقاط قرمز، نشان دهنده عدم اطلاعات آنی ما از این نقطه است؛ مثلاً برای کسی که در ماه ایستاده نباید انتظار داشت که زودتر از یک ثانیه پیام های ما را دریافت کند. تأخیر نور خورشید از طرفی 8 دقیقه است و طول خط قرمز برای خورشید به 8 دقیقه نوری می رسد؛ به این معنا که اگر هم اکنون خورشید ناپدید شود، کمتر از 8 دقیقه باخبر نخواهیم شد. مرکز کهکشان ما 25 هزار و 600 سال نوری با ما فاصله دارد. کمی آنطرفتر نزدیک ترین کهکشان به ما، 2 میلیون و 500 هزار سال دورتر است. پس خط قرمز رفته رفته در زمینه شعاع جهان به چشم می آید. اندکی تلسکوپ ها را به نقطه دورتری نشانه می رویم و جسمی با فاصله 10 میلیارد سال نوری را می بینیم. هم اکنون خط قرمز 70 درصد از شعاع را پوشش داده است. باز هم دورتر می رویم و اینبار می رسیم به اولین جسمی که در جهان متولد شد و تقریبا 13.7 میلیارد سال نوری با ما فاصله دارد؛ یعنی تمام طول شعاع تقریباً قرمز می شود و تنها یک فریم از اولین لحظات زندگی این جسم در دست است.
پس با این حساب ما می توانیم تمامی اجسام جهان را ببینیم اما همه آن ها را هم سن و همزمان نمی توان دید بطوریکه هر چه دورتر شویم اطلاعات آنی ما از آن اجسام کمتر می شود و این به دلیل انبساط فضا و افق محدود کننده است.
پس در یک کلام این دنیای مادی ما نیست که با سرعت نور گسترش یافته بلکه فضای زیربنای این دنیا چنین انبساط افسارگسیخته ای را تجربه کرده است. دلیل پیچیدگی این مفاهیم نیز این است که ما مجبوریم از درون همین جهان و در قالب های ذهنی آشنا با آن به توجیه رفتارهای کلی جهان بپردازیم اما باید توجه داشت که حقیقت را از زبان بی طرف باید شنید و چون در این خصوص "بی طرف" معنایی ندارد، چاره ای جز تجسم شرایط کلی جهان در ذهن نیست.

با سپاس

-- احسان ، Nov 14, 2009 در ساعت 02:25 PM

هر بچه دبیریستانی میداند واحد شتاب طول بر مجذور زمان است. طول بر زمان واحد سرعت است . یک جو در کارتان دقت کنید.

-- golnz taraghi ، Nov 14, 2009 در ساعت 02:25 PM

خانم taraghi
اولا هر بچه دبيرستاني ميداند( دبيريستاني) كه شما نوشته ايد غلط است ( ي وسطي اضافه است)
ثانيا golnz هم غلط است (a ) جا افتاده .
ثالثا ميشه اشتباه سهوي را مودبانه ترتذكر داد .

-- علي ، Nov 14, 2009 در ساعت 02:25 PM