از شکافتن اتم تا متر کردن کهکشان
از شکافتن اتم تا متر کردن کهکشان
«علم، ماجرای تمامی بشریت است برای آموختن، برای زیستن در جهان و شاید برای دوست داشتن آن. برای آنکه جزیی از این ماجرا باشیم باید بفهمیم، خود را درک کنیم، به این احساس نزدیک شویم که در آدمی ظرفیتی است بسیار بیشتر از آنچه تاکنون حس کرده است، ظرفیتی از امکانات انسانی به وسعت نامتناهی... پیشنهاد من این است که علم را در هر سطح، از پایین ترین تا بالاترین آن، به طریقی بشردوستانه بیاموزیم، با نوعی فهم فلسفی، با فهمی اجتماعی و فهمی انسانی از سرگذشت و گوهر کسانی که این بنا را ساخته اند، با پیروزی ها، تلاش ها و شکست هایی که داشته اند بیاموزیم.»
شاید این گفته آیزاک رابی، فیزیکدان برجسته و برنده جایزه نوبل فیزیک، بهترین پاسخ را برای سوال «فیزیکدان ها چه می کنند؟» ارائه دهد. جهانی که ما هم اکنون در سیاره ای کوچک در یکی از کهکشان های آن زندگی می کنیم، پر از اسرار و ناشناخته ها است.
انسان از بدو کودکی در مواجهه با شگفتی های جهان پیرامون خود با پرسش هایی مواجه می شود. پرسش هایی کودکانه نظیر اینکه چرا ستاره ها پایین نمی افتند؟ رنگین کمان چگونه شکل می گیرد؟ چرا رعد و برق می شود؟ و هزاران پرسش دیگر. اما اغلب اشخاص، خیلی زود این سوال های کودکانه را در لابه لای دیگر مسائل زندگی از یاد می برند.
شاید مهم ترین وجه تمایز فیزیکدان ها نسبت به بقیه آدم ها این باشد که آنها این کنجکاوی های کودکانه خود را در برابر عظمت آفرینش، تا آخر عمر همچنان حفظ می کنند. همان طور که نیوتن در جمله مشهور خود می گوید؛ «نمی دانم از نگاه دیگران چگونه هستم، اما از نگاه خودم صرفاً به پسرک کوچکی می مانم که در ساحل دریا مشغول بازی کردن است. هر از چندگاه، قلوه سنگ جالب یا صدف زیبایی را از لابه لای شن ها پیدا می کنم و این درحالی است که اقیانوسی ناشناخته از حقیقت در پیش رویم کشف نشده باقی مانده است.»
بنابراین در یک پاسخ کلی می توان گفت که کار فیزیکدان ها، کاوش در این اقیانوس لایتناهی است. آنها اتم ها را شکافته اند، سرزمین های اسرارآمیز سیاره های دیگر را جست و جو کرده اند، ابعاد کهکشان را اندازه گرفته اند، آوای آفرینش کیهان را ثبت کرده اند، امکان مسافرت در زمان را بررسی کرده اند، از جهان های دیگر سخن گفته اند و هزاران هزار کار شگفت انگیز دیگر. آنها هرچه در کاوش در جهان به پیش رفته اند، گستره کاوش نشده وسیع تری را پیش روی خود دیده اند، گویی که این اقیانوس ناشناخته انتهایی ندارد. در این مقاله تصمیم داریم با بررسی زندگی، تلاش ها و دستاورد های چند تن از بزرگترین دانشمندان و فیزیکدانان با حوزه مختلف پژوهش در فیزیک و دشواری های آن آشنا شویم.
نامدارترین فیزیکدان مسلمان، محمد عبدالسلام (1996 - 1926)
محمد عبدالسلام در سال 1304 شمسی در شهر ساهیوال در نزدیکی لاهور (که در آن زمان متعلق به هند بود و بعدها جزء پاکستان شد) به دنیا آمد. دوره دبیرستان را در همانجا به پایان برد. محمد 14 سال بیشتر نداشت که در آزمون ورودی دانشگاه پنجاب لاهور شرکت کرد و بالاترین نمره ای را که تاکنون کسی در این آزمون کسب کرده بود، به دست آورد. پس از اخذ کارشناسی ارشد از این دانشگاه، موفق به دریافت بورس تحصیلی شد و بدین ترتیب عازم دانشگاه کمبریج انگلستان شد. در کمبریج، عالی ترین نمرات را در ریاضیات و فیزیک کسب کرد. پس از گرفتن دکترا به پاکستان بازگشت و در فاصله سال های 1330 تا 1334 شمسی، ریاست بخش ریاضیات دانشگاه پنجاب را برعهده داشت. پس از آن برای تدریس در امپریال کالج لندن به انگلستان دعوت شد و برای همین مجدداً به انگلستان بازگشت و در آنجا استاد فیزیک نظری شد. عبدالسلام با همکاری فیزیکدان دیگری به نام استیون واینبرگ توانست فرمول بندی واحدی را برای تبیین رفتار دو نیروی بنیادین جهان یعنی نیروی الکترومغناطیسی و هسته ای ضعیف ارائه کند. به واسطه ارائه همین نظریه که نظریه الکتروضعیف نام گرفت، جایزه نوبل 1979 فیزیک مشترکاً به عبدالسلام، واینبرگ و فیزیکدان دیگری به نام شلدون گلاشو اهدا شد. نظریه الکتروضعیف، گامی در جهت رسیدن به نظریه ای واحد در فیزیک بود که سعی دارد رفتار تمامی نیروهای جهان را در قالب ریاضی واحدی تبیین کند. محمد عبدالسلام تنها فیزیکدان مسلمانی است که تاکنون جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرده است. کاوش در اسرار جهان، تنها دلمشغولی عبدالسلام نبود، چراکه او یک دغدغه خاطر دیگر هم داشت و آن، ریشه یابی عقب ماندگی علمی کشورهای جهان سوم و تلاش برای جبران این عقب ماندگی بود. با همین آرمان بود که عبدالسلام پس از مدت ها بحث و تکاپو در محافل بین المللی و گفت وگو با سیاستگذاران علمی در کشورهای شمال و جنوب، بالاخره موفق شد در سال 1343 شمسی، مرکز بین المللی فیزیک نظری (ICTP) را در تریست ایتالیا تاسیس کند.
این مرکز در زیر چتر حمایتی یونسکو ولی عمدتاً با پشتیبانی مالی ایتالیا به وجود آمد. سال هاست که دانش پژوهان و خصوصاً فیزیکدانان و ریاضی دانان کشورهای در حال توسعه به سهولت به این مرکز سفر می کنند و با پیشروترین چهره های علمی جهان در شاخه های مختلف علمی به بحث و تبادل نظر می پردازند.
عبدالسلام تا پایان عمر، شخصاً مدیریت این مرکز را برعهده داشت. باید گفت که حتی اگر عبدالسلام، برنده جایزه نوبل هم نبود، صرفاً به خاطر تاسیس ICTP و سی سال رهبری معنوی این مرکز، باز هم به چهره ای ماندگار تبدیل می شد.
مرکز بین المللی فیزیک نظری در توسعه علم در بخشی از جهان که شاید به علت اوضاع و احوال اجتماعی و سیاسی، همواره نسبت به توسعه علوم پایه بی توجه بوده، تاثیر انکارناپذیری داشته است. عبدالسلام در سال 1362 شمسی، فرهنگستان علوم جهان سوم را بنیاد نهاد. هدف این نهاد، شناسایی و ارج نهادن به دانش پیشگان کشورهای در حال توسعه و کمک به تقلیل مشکلات کاری آنها است. اعضای این فرهنگستان از میان دانش پیشگان برجسته کشورهای در حال توسعه در رشته های علوم پایه، پزشکی، کشاورزی و مهندسی انتخاب می شوند.
عبدالسلام در سال 1367 شمسی نیز شبکه سازمان های علمی کشورهای جهان سوم را تاسیس کرد. اعضای این شبکه، وزارتخانه های علوم، سازمان ها و شوراهای علمی، فرهنگستان ها و موسسات تحقیقاتی بزرگ کشورهای جهان سوم اند. هدف از این اقدام، گردهم آوردن سیاستگذاران عرصه دانش و فناوری در کشورهای جهان سوم بود، به این امید که با تعامل افکار بتوانند راه حل هایی مناسب برای توسعه بومی دانش و فناوری بیابند. از کشور ما نیز وزارت علوم، تحقیقات و فناوری و نیز سازمان انرژی اتمی ایران عضو این شبکه هستند.
محمد عبدالسلام در سال 1375 شمسی پس از یک عمر تلاش در راه توسعه علم بشر و توسعه علمی جهان سوم، دار فانی را ترک کرد.
در جست وجوی اشباح، فردریک راینز (1998 - 1918) و کلاید کوان (1974 - 1919)
هم اکنون که در حال خواندن این مطلب هستید، در هر ثانیه، میلیاردها نوترینو در حال عبور از بدن شما هستند. اغلب این ذرات شبح گون که به ما می رسند، در واکنش های گرماهسته ای که در قلب خورشید انجام می شود، تولید شده اند.
این نوترینوها از خورشید به تمامی جهت های پهنه کیهان گسیل می شوند و هیچ چیز جلودار آنها نیست. نوترینوهایی که در مسیر حرکت خود به سیاره ما می رسند، از یک طرف وارد کره زمین شده و به راحتی از طرف دیگر آن بیرون می روند، گویی که هیچ چیز در مسیر حرکت آنها نبوده است. محاسبه ها نشان می دهند که حتی یک سپر فرضی سربی به ضخامت یک سال نوری هم نمی تواند بیش از نیمی از این نوترینوهای خورشیدی را متوقف کند. وجود نوترینو برای نخستین بار در سال 1930 توسط ولفگانگ پائولی پیش بینی شده بود.
داستان از این قرار بود که نتایج آزمایش های صورت گرفته بر روی واپاشی بتا، با قوانین مشهور پایستگی انرژی و تکانه جور درنمی آمد. پائولی بر این باور بود که نقض ظاهری این دو قانون بدان علت است که در واپاشی بتا، ذره ای شبح مانند نیز تولید می شود که بدون آنکه با هیچ یک از دستگاه های آشکارساز ما برهم کنشی داشته باشد، مقداری از انرژی و تکانه واکنش را با خود می برد.
رفتار شبح مانند این ذرات، به دام انداختن آنها را برای فیزیکدان ها غیرممکن کرده بود تا نهایتاً 25 سال بعد، دو فیزیکدان به نام های فردریک راینز (Frederick Reines) و کلاید کوان (Clyde Cowan) موفق شدند با کمک گروه تحقیقاتی تحت سرپرستی خود، تعدادی از این ذرات گریزپا را صید کنند. دستاورد راینز و کوان، گام مهمی در شناخت فیزیک نوترینوها محسوب می شد.
این دستاورد، راه را برای توسعه سیستم های آشکارساز نوترینو باز کرد. با توسعه چنین سیستم هایی مشخص شد که نوترینوها علاوه بر قلب خورشید و ستارگان، در انفجارهای عظیم ابرنواختری نیز به میزان بسیار فراوان ایجاد می شوند. در واقع بیش از 99 درصد انرژی خارق العاده این انفجارهای کیهانی توسط نوترینوها حمل می شود. امروزه می دانیم که نوترینو، یکی از فراوان ترین ذرات جهان است به طوری که به ازای هر پروتون، چیزی در حدود یک میلیارد نوترینو در جهان وجود دارد.
با توجه به اهمیت بسیار زیاد دستاورد راینز و کوان، جایزه نوبل 1995 فیزیک مشترکاً به آنها اهدا شد. (البته کوان در آن زمان زنده نبود ولی نام او در فهرست دریافت کنندگان این جایزه بزرگ علمی قرار گرفت.) از زمان آشکارسازی اولین نوترینوها تا به امروز، دستگاه های آشکارساز نوترینو، روزبه روز پیچیده تر و کامل تر شده اند، تا جایی که امروزه رصدخانه های عظیم نوترینو را حتی در زیر یخ های قطبی و یا اعماق دریاها نیز نصب می کنند. در سایه تلاش های این فیزیکدانان، شگفتی های بیشتری از ویژگی های اسرارآمیز نوترینوها بر بشر آشکار شده است. اکنون می دانیم که 3 نوع نوترینو در جهان وجود دارد و اینکه نوترینوها برخلاف تصور اولیه، فاقد جرم نیستند بلکه جرم اندکی دارند. اما تمامی این ویژگی ها، ارتباط تنگاتنگی با بنیادی ترین نظریات موجود در مورد ذرات بنیادی و کیهان شناسی دارند.
از انبساط بادکنک ها تا انبساط جهان، ادوین هابل (1953 - 1889)
ادوین هابل (Edwin Hubble) در نوامبر 1889 در ایالت میسوری امریکا به دنیا آمد. بعدها با خانواده اش به حومه شیکاگو رفت و تحصیلات دبیرستانی اش را در همانجا به پایان رساند. سپس با یک بورس تحصیلی وارد دانشگاه شیکاگو شد و در 1910، مدرک کارشناسی خود را در اخترشناسی و ریاضیات از این دانشگاه گرفت. هابل در کنار درس خواندن، ورزشکار هم بود و در رشته های بسکتبال و بوکس به چهره ای شناخته شده تبدیل شده بود.
موفقیت های هابل در عرصه های دانش و ورزش، بورس تحصیلی برای ادامه تحصیل در دانشگاه آکسفورد را برایش به ارمغان آورد و بدین ترتیب روانه انگلستان شد. در آکسفورد بنابر وصیت پدرش رشته حقوق را برگزید و پس از سه سال با مدرک کارشناسی ارشد حقوق به امریکا بازگشت.
علاقه هابل به کشف شگفتی های جهان، خیلی زود او را دوباره به عرصه اخترشناسی بازگرداند، به طوری که تنها پس از یک سال از بازگشت به امریکا، برای ادامه تحصیل در اخترشناسی در رصدخانه مشهور مرکز ثبت نام کرد. هابل در سال 1917، دکترای خود را دریافت کرد و پس از گذراندن دوره سربازی در نیروی دریایی به رصدخانه عظیم کوه ویلسون ملحق شد. در آن زمان این رصدخانه با تلسکوپ 5/2 متری خود، بزرگ ترین رصدخانه جهان محسوب می شد.
تا آن زمان اخترشناسان هنوز نمی دانستند که کهکشان های دیگری هم در خارج از راه شیری وجود دارند. در واقع آنها راه شیری را معادل کل جهان می پنداشتند و تمامی کهکشان هایی که با تلسکوپ های آن زمان قابل مشاهده بود را به عنوان سحابی هایی در داخل راه شیری محسوب می کردند. اما اندازه گیری های هابل بر روی ستارگان متغیر قیقاووسی در سحابی آندرومدا نشان داد که این سحابی، دورتر از آن است که در داخل کهکشان ما باشد و بنابراین باید آن را به عنوان یک کهکشان مستقل محسوب کرد. رصدهای بعدی هابل نشان دادند که نه تنها کهکشان های بسیاری در جهان وجود دارند، بلکه این کهکشان ها همگی در حال دورشدن از کهکشان ما هستند. آری، هابل، انبساط جهان را مشاهده کرده بود.
در واقع انبساط جهان، چند سال پیش از مشاهده رصدی آن توسط هابل، از سوی یک ریاضی دان و کیهان شناس روسی به نام الکساندر فریدمن پیش بینی شده بود. فریدمن با استفاده از معادلات نسبیت عام اینشتین نشان داده بود که جهان، برخلاف تصور موجود، ایستا نیست، بلکه باید همانند یک بادکنک در حال انبساط باشد. اگرچه هابل به خاطر کشف مهم خود شایسته دریافت جایزه نوبل بود، اما در آن زمان کمیته نوبل جایزه ای را به تحقیقات اخترشناسی اختصاص نمی داد.
نهایتاً در سال 1953 این کمیته تصمیم گرفت اخترشناسی را نیز به عنوان زیرشاخه ای از فیزیک به رسمیت بشناسد. بدین ترتیب، نام هابل در فهرست نامزدهای آینده دریافت این جایزه مهم قرار گرفت اما او فرصت نکرد آن را دریافت کند. اگرچه ادوین هابل در 28 سپتامبر همان سال از دنیا رفت، اما کشف بزرگش یعنی انبساط جهان برای همیشه در تاریخ علم ماندگار شد.
مرد هسته ای جهان، انریکو فرمی (1954 - 1901)
انریکو فرمی (Enrico Fermi) در 29 سپتامبر 1901 در شهر رم ایتالیا به دنیا آمد. او از کودکی به خواندن کتاب های علمی علاقه زیادی داشت. انریکو دو جلد کتاب قدیمی آموزش فیزیک مقدماتی را از یک دست فروش تهیه کرد و با علاقه فراوان شروع به مطالعه آنها کرد. بعدها به خواهر بزرگترش ماریا گفت که آن زمان آنچنان مجذوب فرمول های کتاب شده بود که تا پایان کتاب اصلاً متوجه نشده بود که کتاب، به زبان لاتین نوشته شده است.
پیشرفت فرمی در فراگیری فیزیک و ریاضیات، خارق العاده بود. انریکو پس از پایان دبیرستان در آزمون ورودی دانشگاه پیزا شرکت کرد. در آن زمان متقاضیان ورود به دانشگاه پیزا باید علاوه بر شرکت در آزمون ورودی، یک مقاله علمی نیز به دانشگاه ارائه می دادند. مقاله علمی فرمی از چنان سطح بالایی برخوردار بود که حتی برای آزمون ورودی دکترا نیز مناسب بود. فرمی 19 ساله بود که عملاً به اساتید خود در دانشگاه درس می داد. او درحالیکه هنوز یک دانشجوی دوره کارشناسی بود، کار بر روی اولین نظریه ماندگار خود در عرصه فیزیک را آغاز کرد. بدین ترتیب انریکو فرمی در 24 سالگی استاد فیزیک دانشگاه رم شد.
در آن زمان ایجاد رادیواکتیویته مصنوعی با کمک پرتودهی عناصر با ذرات آلفا به تازگی توسط فردریک ژولیو و ایرن کوری (داماد و دختر ماری کوری) کشف شده بود. انریکو فرمی در موسسه فیزیک دانشگاه رم، به سرعت متوجه کاربرد بسیار مهم رادیواکتیویته مصنوعی شد؛ تولید ایزوتوپ های جدید به کمک پرتودهی. بدین ترتیب فرمی بی درنگ مشغول کار شد، اما به جای استفاده از ذرات آلفا برای پرتودهی از نوترون استفاده کرد، زیرا به این نتیجه رسیده بود که نوترون به دلیل خنثی بودن، از سوی هسته پس رانده نخواهد شد و بنابراین کارآمدتر خواهد بود.
فرمی از 1934 به کمک دستیاران خود به بمباران تک تک عنصرهای شناخته شده به ترتیب شماره شان در جدول تناوبی مشغول شد، به این امید که از هریک از آنها ایزوتوپ های جدیدی به دست آورد و موفق هم شد. او در ماه ژوئن همان سال اعلام کرد که برای 47 عنصر از 68 عنصر مطالعه شده، ایزوتوپ های رادیواکتیو ایجاد کرده است. در پایان ژوئن نوبت به اورانیوم، یعنی سنگین ترین عنصر شناخته شده آن زمان رسید. مطالعه رفتار هسته اورانیوم با 92 پروتون برای فرمی بسیار جالب بود، زیرا او تصور می کرد که احتمالاً هسته اورانیوم با جذب یک نوترون، ناپایدار شده و در نتیجه یکی از نوترون های آن به واسطه واپاشی بتا، به پروتون تبدیل شده و هسته ای با 93 پروتون ایجاد می شود (یعنی یک عنصر جدید که پیش از آن در طبیعت موجود نبوده است).
اما پس از بمباران اورانیوم با نوترون، فرمی به جای یک عنصر جدید با چند عنصر متفاوت مواجه شد و این، نقطه عطفی در تاریخ فیزیک هسته ای بود، چراکه فرمی بدون آنکه بداند، اولین واکنش شکافت هسته ای تاریخ را انجام داده بود (در واقع هسته اورانیوم آن قدر سنگین بود که بر اثر برخورد نوترون، به جای جذب آن، شکافته می شد).
انریکو فرمی در 1938 به خاطر کشف ارزشمند خود یعنی کشف ایزوتوپ های رادیواکتیو عنصر ها، جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد، اما با توجه به روی کار آمدن دولت فاشیستی موسیلینی در ایتالیا، فرمی دیگر به کشور خود بازنگشت، بلکه مستقیم از استکهلم عازم امریکا شد. فرمی در امریکا آزمایش های خود را بر روی شکافت هسته ای ادامه داد و در نهایت در دوم دسامبر 1942، اولین راکتور هسته ای جهان توسط گروه تحقیقاتی فرمی در دانشگاه شیکاگو به کار افتاد و این، سرآغازی بود برای آشکاری انرژی عظیمی که در قلب اتم نهفته است.
دخترکی با فرفره های کیهانی، سوزان جاسلین بل (1943)
سوزان جاسلین بل (Susan Jocelyn Bell) در 15 جولای 1943 در شهر بلفاست در ایرلند شمالی به دنیا آمد. پدرش معمار رصدخانه آرما بود که در حومه شهر قرارداشت و سوزان اغلب اوقات با او به رصدخانه می رفت. مصاحبت با کارکنان رصدخانه، سوزان را از همان کودکی شیفته اخترشناسی کرد. او پس از اتمام دبیرستان به دانشگاه گلاسکو رفت و در سال 1965 مدرک کارشناسی خود را در رشته فیزیک از این دانشگاه اخذ کرد و در همان سال در دوره دکترای اخترشناسی دانشگاه کمبریج پذیرفته شد. جاسلین بل در کمبریج، زیر نظر آنتونی هویش، ساخت رادیوتلسکوپ بزرگی را برای رصد اختروش ها آغاز کرد. ساخت این رادیوتلسکوپ که ارائه ای عظیم متشکل از 2 هزار آنتن دوقطبی در زمینی به مساحت تقریبی دو هکتار بود و در طول موج 7/3 متری کار می کرد، دو سال تمام طول کشید. در نهایت در ماه جولای 1967 کار رصد آسمان با این رادیوتلسکوپ جدید آغاز شد.
علائم رادیویی دریافت شده از اعماق آسمان توسط این رادیوتلسکوپ به کمک قلم های آغشته به مرکب بر روی کاغذهای ثبات متحرک مخصوصی ثبت می شد. جاسلین بل باید در هر هفته تقریباً یکصد متر نمودار ثبت شده بر روی کاغذ ثبات را به دقت تحلیل کند.
در یکی از شب های تابستان در ماه آگوست، جاسلین بل به یک سیگنال رادیویی عجیب برخورد کرد. تحلیل سیگنال نشان می داد که احتمالاً از یک منبع رادیویی چشمک زن در پهنه آسمان حاصل شده است. طی هفته های بعد نیز این منبع رادیویی اسرارآمیز همچنان به چشمک زدن خود ادامه داد. برای تحلیل دقیق تر این منبع به دستگاه ثباتی نیاز بود که کاغذ را با سرعت بسیار بیشتری عبور دهد. متأسفانه ساخت این دستگاه کمی طول کشید و منبع از حوزه دید آسمان محل خارج شد.
اواخر نوامبر بود که منبع دوباره از سوی دیگر آسمان پدیدار شد. رصد این منبع با سیستم ثبات جدید، بسیار شگفت انگیز بود. این منبع کیهانی اسرارآمیز تقریباً هر 3/1 ثانیه یک پالس منظم از خود گسیل می کرد. خبر این کشف حیرت انگیز، در میان اخترفیزیکدان ها غوغایی برپا کرد. به زودی مشخص شد که این منبع ناشناخته در واقع یک ستاره نوترونی در حال دوران است که در هربار چرخش خود، پرتوهایی را همانند یک فانوس دریایی عظیم در پهنه کیهان گسیل می کند.
بدین ترتیب جاسلین بل اولین تپ اختر شناخته شده توسط انسان را صید کرده بود. از آن زمان تاکنون چند صد نمونه دیگر از این فرفره های کیهانی کشف شده اند که سریع ترین آنها در هر ثانیه هزار بار به دور خود می چرخد. به پاس این کشف مهم، جوایز مهمی نظیر جایزه اوپنهایمر، جایزه انجمن سلطنتی نجوم، جایزه انجمن اخترشناسی امریکا و دکترای افتخاری دانشگاه هاروارد به جاسلین بل اهدا شد. او هم اکنون نیز در انواع طول موج ها، جست و جوی خود را در پهنه کیهان ادامه می دهد.
پدر سیاهچاله ها، جان ویلر (1911 )
شاید هیچ چیز در دنیای فیزیک همانند سیاهچاله ها اسرارآمیز نباشد، پدیده هایی کیهانی که همه چیز را به درون خود می کشند و حتی زمان را نیز در دل خود متوقف می سازند. بنابراین حتماً برایتان جالب خواهد بود که بدانید واژه سیاهچاله توسط کدام فیزیکدان پا به عرصه فیزیک گذاشت. این فیزیکدان کسی نبود جز جان ویلر (John Wheeler). جان ویلر، یکی از آخرین بازماندگان نسل فیزیکدانانی است که مستقیم با اینشتین همکاری داشته اند.
در واقع ویلر را می توان ادامه دهنده راه اینشتین در دست یابی به نظریه میدان واحد در فیزیک محسوب کرد. جان ویلر در نهم جولای 1911 در فلوریدا دیده به جهان گشود. 22 سال بیشتر نداشت که دکترای خود را از دانشگاه معروف جان هاپکینز امریکا دریافت کرد. او نزدیک به چهل سال تمام، استاد فیزیک دانشگاه پرینستون بود. ویلر برخلاف اغلب دانشگاهیان آن دوران، در کنار تحقیق، اهمیت بسیار زیادی برای تدریس و آموزش نیز قائل بود.
روش تدریس ویلر مملو از خلاقیت، تخیل و ابتکار بود تاجایی که می توان او را علاوه بر یک فیزیکدان فوق العاده، یکی از شاخص ترین چهره ها در عرصه آموزش فیزیک نیز محسوب کرد. شاید به همین دلیل بود که فیزیکدانان بزرگی نظیر ریچارد فاینمن و کیپ ثورن (Kip Thorne) نزد او پرورش یافتند. ویلر در سال 1957، تعمیم نظریه نسبیت عام را آغاز کرد و بدین ترتیب از پدیده حیرت انگیز دیگری در پهنه کیهان پرده برداشت؛ کرمچاله ها. کرمچاله ها تونل هایی فضازمانی هستند که بخشی از جهان را به صورت میان بر به بخشی دیگر از آن متصل می کنند.
کرمچاله ها حتی می توانند با اتصال یک لحظه زمانی به لحظه ای دیگر در گذشته یا آینده، نقش ماشین زمان را ایفا کنند. از آن عجیب تر آنکه کرمچاله ها ممکن است کانال هایی برای خروج از این جهان و ورود به جهان های دیگر باشند. ویلر در یک سخنرانی عمومی در سال 1967 برای نخستین بار واژه «سیاهچاله» را به جهان فیزیک معرفی کرد. در ضمن، ویلر را می توان جزء یکی از پیشگامان نظریه گرانش کوانتومی به حساب آورد.
او زمانی در جمله مشهوری چنین گفت؛ «در کائنات چیزی جز فضازمان وجود ندارد. ماده، بار الکتریکی، الکترومغناطیس و تمامی میدان های دیگر همگی صرفاً تجلیاتی از همین فضازمان هستند.» جالب اینجا است که جدیدترین دستاوردهای فیزیکدانان در عرصه گرانش کوانتومی، این سخن ویلر را که مدت ها پیش بیان شده بود، تایید می کند. اگر چنین باشد باید گفت که ما حقیقتاً با تمامی کائنات یگانه ایم.
معادله ای برای ابدیت، آلبرت اینشتین(1955 - 1879)
آلبرت اینشتین در چهاردهم ماه مارس سال 1879 در شهر قدیمی و کوچک اولم در کوهپایه های آلپ و در کرانه رود دانوب به دنیا آمد. یک ساله بود که خانواده او به مونیخ نقل مکان کردند. چهار سال بعد، پدر و عموی آلبرت با کمک همدیگر کارخانه ای کوچک را برای تولید وسایل الکتریکی در حومه مونیخ راه اندازی کردند.
آلبرت تحصیلات خود را تا اواخر دبیرستان در همین شهر ادامه داد اما ازآنجایی که کارخانه لوازم الکتریکی خانوادگی آنها چندان سودآور نبود، خانواده اینشتین تصمیم گرفتند بخت خود را در جای دیگری امتحان کنند و به همین دلیل در سال 1894 به میلان ایتالیا نقل مکان کردند. اینشتین مدتی را در ایتالیا در کنار خانواده خود گذراند و سپس تصمیم به ادامه تحصیل در دانشگاه گرفت. بنابراین برای تکمیل تحصیلات دبیرستانی خود به مدرسه ایالتی شهر کوچک آراو در سوئیس رفت. در همین زمان بود که اینشتین شانزده ساله اولین مقاله علمی اش را با عنوان «بررسی وضعیت اتر در حضور میدان مغناطیسی» نوشت.
اینشتین در 1896 تحصیلات خود را در آراو به پایان رساند و سپس وارد پلی تکنیک زوریخ شد. او در پاییز 1900، امتحان دولتی را گذراند و مدرک دکترای خود را از پلی تکنیک دریافت کرد. پس از فارغ التحصیلی، جست و جو برای یافتن کار را آغاز کرد و سرانجام در تابستان 1902 با سمت کارشناس فنی درجه سه و با حقوق سالیانه 3500 فرانک به استخدام اداره ثبت اختراعات سوئیس در برن درآمد. اینشتین 8 ساعت از روز را به کار در اداره ثبت اختراعات برن مشغول بود و مابقی زمان روز در اختیار خودش بود و می توانست به ایده هایی که در سر داشت بیندیشد. همین زمان های فراغت بود که در نهایت یکی از بزرگ ترین دستاوردهای تاریخ اندیشه یعنی «نظریه نسبیت» را برای بشریت به ارمغان آورد.
اینشتین سه سال تمام بر روی معادلاتی که بیان ریاضی جدیدی از «زمان» و «فضا» ارائه می دادند کار کرد و هر دقیقه از فراغت خود را بر سر آن گذاشت. در نهایت اینشتین در سال 1905که اکنون 26 سال بیشتر نداشت، مجموعه مقاله های «نسبیت خاص» را در نشریه ای تخصصی و آلمانی زبان در زمینه فیزیک به نام «آنالن در فیزیک» (Annalen der Physik) منتشر کرد. همین مجموعه مقاله ها بود که با ارائه تصویری جدید از بنیادی ترین مفاهیم فیزیک یعنی «زمان» و «فضا» و با نسبی دانستن آنها، بنیادهای فیزیک مطلق گرای نیوتنی را فروریخت و دیدگاه انسان را نسبت به جهان تغییر داد...
تا پیش از زمان ارائه نظریه نسبیت، فیزیک با مسائل لاینحلی روبه رو شده بود. یکی از این مسائل، تبیین نتیجه آزمایش مایکلسون و مورلی در مورد سرعت نور بود. اما نظریه نسبیت توانست به خوبی بخش مهمی از مسائل مزبور را حل کند و همین امر، در جلب توجه زودهنگام دانشمندان به نظریه اینشتین موثر بود. ماکس پلانک، فیزیکدان برجسته دانشگاه برلین، در مورد او گفت؛ «کپرنیک تازه ای متولد شده است.» بدین ترتیب، با شناسایی، پذیرش و تکامل نظریه اینشتین، آوازه او در مراکز بزرگ علمی اروپا پیچید.
در 1914، با پیشنهاد ماکس پلانک (که اعتبار و مقام علمی اش در محفل های آکادمیک، چون و چرا نداشت) اینشتین استاد دانشگاه برلین شد و به عضویت فرهنگستان علوم پروس درآمد. در 1916، با انتشار مقاله ای، نظریه نسبیت خاص را تعمیم داد و «نسبیت عام» را ارائه کرد. این نظریه که رفتار نیروی گرانش را با دیدگاهی کاملاً متفاوت و به صورت انحنای فضا- زمان تبیین می کرد، بار دیگر جهان علم را دچار حیرت کرد و دیدگاه بشر را نسبت به جهان، تغییر داد (همین نظریه بود که بعدها از پدیده های شگفت انگیزی نظیر سیاهچاله ها، انبساط جهان، امواج گرانشی و... پرده برداشت). در 1917، اینشتین در مقاله ای برای نخستین بار، مبانی نظری تابش لیزر را تبیین کرد (بعدها لیزر، انقلابی در عرصه علوم و فناوری ایجاد کرد).
با فرارسیدن دهه 1920، شهرت اینشتین گوی سبقت را از شهرت هر دانشمند زنده دیگری ربود. اکنون خانه اینشتین در برلین به زیارتگاه مردان و زنانی با حرفه ها، دلبستگی ها، نظرها و انگیزه های مختلف بدل شده بود که در جست وجوی پاسخ مسائل فیزیکی، ریاضی، فلسفی، اخلاقی، مذهبی، سیاسی و یا حتی شخصی بودند. چیزی نگذشت که اینشتین به یک جاذبه سیاحتی شهر تبدیل شد و خانه اش در شماره 5 خیابان هابر لانداشتراسه یکی از جاهایی بود که هر توریستی که به برلین می آمد باید ببیند. در سال 1921، جایزه نوبل فیزیک به خاطر خدماتی که اینشتین در فیزیک نظری ارائه داده بود، به وی اهدا شد.
با به قدرت رسیدن هیتلر در 1933، «پاک سازی های» گسترده در دانشگاه های آلمان آغاز شد. در آن زمان، اینشتین به دعوت موسسه فناوری کالیفرنیا به عنوان استاد میهمان در امریکا به سر می برد. اینشتین طی نامه ای از عضویت در فرهنگستان علوم آلمان استعفا داد و رسماً اعلام کرد که در رژیم کنونی دیگر نمی تواند در خدمت دولت آلمان باشد. در ابتدا فرهنگستان نمی دانست چه کار کند، اما نهایتاً تحت فشار نازی ها بیانیه ای انتشار داد و اینشتین را به انجام فعالیت های ضدآلمانی متهم کرد. پلیس آلمان در ماه مارس 1933 خانه اینشتین و تمامی دارایی او را در برلین مصادره کرد و نوشته های او را (و از جمله مقاله هایش در زمینه نسبیت) در یکی از میدان های برلین به آتش کشیدند. از آن پس، در دوران سلطه رژیم نازی، هرچند تدریس نسبیت در دانشگاه های آلمان ادامه داشت اما از اینشتین، هیچ نامی نمی بردند.
بدین ترتیب، اینشتین دیگر برای اقامت به اروپا بازنگشت. در همان سال، «موسسه پژوهش های پیشرفته پرینستون» در نیوجرسی امریکا که به تازگی کار خود را آغاز کرده بود، از اینشتین دعوت کرد که به عنوان پژوهشگر ارشد موسسه به آنجا برود و بدین ترتیب اینشتین به پرینستون رفت و تا آخر عمر به مدت 22 سال در همانجا ماند. بدین ترتیب، تصویر پیرمردی مهربان و دوست داشتنی که هر روز صبح، بدون توجه به خوبی یا بدی هوا، مسیر خانه خود در شماره 112 خیابان مرسر را تا مرکز پژوهش های پیشرفته پرینستون پیاده می پیمود، به منظره ای آشنا برای اهالی شهر پرینستون تبدیل شده بود.
آلبرت اینشتین هیچگاه از جست و جوی پاسخ برای رازهای عالم باز نایستاد. ازجمله آخرین کارهایش، تلاش برای دستیابی به نظریه ای وحدت یافته در فیزیک بود که او آن را «نظریه میدان واحد» نامید. اینشتین با ارائه این نظریه سعی داشت به تبیین ریاضی واحدی از تمامی قوانین فیزیک دست یابد، تلاشی که هنوز هم توسط فیزیکدانان بزرگ معاصر ادامه دارد.
اینشتین، مواجهه با اسرار جهان را زیباترین تجربه انسان می داند و می نویسد؛ «مواجهه با اسرار، زیباترین تجربه ای است که انسان می تواند داشته باشد. ذات علم و هنر حقیقی در چنین تجربه ای نهفته است. کسی که از این حس عاری باشد و قابلیت آن را نداشته باشد که محو حیرت و شگفتی های جهان گردد، مرده ای بیش نیست، شمعی است که به خاموشی گراییده است...»
اینشتین در یک صبح بهاری در 18 آوریل 1955 در سن 76 سالگی از دنیا رفت. وصیتنامه اش صبح روز بعد خوانده شد. او درخواست کرده بود که تدفین ، بدون هیچگونه تشریفات رسمی برگزار شود. زمان و مکان تدفین باید از همه به جز تنی چند از دوستان نزدیک که جسدش را تا محل سوزاندن آن همراهی می کردند، پنهان نگاه داشته شود. مرگ اینشتین، مردم سراسر جهان را عمیقاً متاثر ساخت.
همانطور که لئونید آندریف در حکایت خود نوشته بود که وقتی گالیور زنده بود، مردم لی لی پوت شب ها صدای تپش قلبش را می شنیدند، این را می توان درباره اینشتین گفت. مردم جهان با علم به اینکه چنین انسانی در میانشان می زیست، به بزرگی و تعالی خرد اعتقاد پیدا کردند. اکنون اگرچه قلب این بزرگمرد از تپش بازایستاده بود، اما نامش در قلب تاریخ اندیشه ابدی شد...
بانویی که از یکی از بزرگ ترین رازهای کیهان پرده برداشت، ورا روبین (1928)
ورا روبین (Vera Rubin) در 23 جولای 1928 در شهر فیلادلفیا به دنیا آمد. او از همان کودکی شیفته دنیای اسرارآمیز ستاره ها بود، به طوری که شب ها به زحمت بیدار می ماند تا چرخش تدریجی صورت های فلکی را حول ستاره قطبی از پنجره اتاق خواب خود که رو به شمال باز می شد، تماشا کند.
روبین در سن 17 سالگی وارد دانشگاه واسار شد و سه سال بعد با مدرک کارشناسی اخترشناسی از آنجا فارغ التحصیل شد. او جز به ادامه تحصیلاتش در دانشگاه پرینستون که در آن زمان به مرکز اخترشناسی معتبری در سطح جهان تبدیل شده بود، به چیز دیگر نمی اندیشید. بنابراین با اشتیاق فراوان، تقاضانامه ای را برای دریافت فرم های ثبت نام در دوره تحصیلات تکمیلی به دانشگاه پرینستون ارسال کرد، اما این فرم ها هیچگاه به دستش نرسید چرا که پرینستون تا سال 1971، زنان را در دوره های تحصیلات تکمیلی خود نمی پذیرفت. بدین ترتیب روبین سرانجام به دانشگاه کورنل رفت. در کورنل به او چندان اهمیت نمی دادند.
او زن بود و گذشته از آن، گروه اخترشناسی کورنل در آن دوران، گروه کوچکی بود که تنها دو مدرس داشت. اما از آنجایی که وی بیشتر در فیزیک کار کرده بود، این فرصت را به دست آورد تا با هانس بته - که بعدها به سبب تشریح واکنش های گداخت هسته ای در خورشید، جایزه نوبل گرفت - درس مکانیک کوانتومی پیشرفته را بگذراند. روبین الکترودینامیک کوانتومی را نیز از ریچارد فاینمن مشهور فراگرفت. روبین پس از اتمام دوره کارشناسی ارشد، برای گرفتن دکترا به دانشگاه جورج تاون رفت. تز دکترای او در مورد نحوه توزیع کهکشان ها در جهان بود.
پس از اتمام دکترا وارد بخش اخترشناسی موسسه تحقیقاتی کارنگی در واشنگتن شد و در آنجا بود که تحقیق بر روی چرخش کهکشان های مارپیچی را آغاز کرد، تحقیقی که نهایتاً یکی از بزرگ ترین معماهای فیزیک از دل آن سر برآورد. اندازه گیری های روبین نشان داد که کهکشان ها با چنان سرعتی در حال چرخشند که قاعدتاً باید تاکنون مضمحل می شدند. پس باید ماده ای ناشناخته و تاریک، فضای درون کهکشان ها را پر کرده باشد تا با نیروی گرانش خود، از اضمحلال کهکشان ها جلوگیری کند. اینگونه بود که معمایی به نام «ماده تاریک» پا به عرصه فیزیک گذاشت، ماده ای اسرارآمیز و ناشناخته که 90 درصد جرم کل جهان را تشکیل می دهد اما ما هنوز هم از ماهیت آن هیچ نمی دانیم.
شهاب شعری مقدم
