دانشمندان زمانی تردید داشتند که نوترینوها هرگز قابل مشاهده باشند.
اما امروزه، آشکارسازهایی در سراسر جهان (ازجمله در آزمایش نوترینو راکتور خلیج دایا در چین) سیگنالهای شناسایی این ذرات شبح مانند را دریافت میکنند.
البته این فیزیکدانان هیچ تصوری از امکان یافتن منبعی پرانرژی از نوترینوها را نداشتند و فکر نمیکردند که با وجود چنین منبعی حتی اگر نوترونها به سادگی هم فرار کنند باز هم شرایط برای گیر اندازی بخشی از آنها وجود دارد. درواقع منبع این ذرات شبحوار تا قبل از اختراع راکتورهای شکافت هستهای، شناخته شده نبود تا اینکه در دهه ۱۹۵۰، فردریک رینز و کلاید کوان از این رآکتورها برای اثبات وجود نوترینو استفاده کردند. رینز بعداً اذعان داشت که چون افراد زیادی گفته بودند که تشخیص نوترینو به هیچوجه ممکن نیست، او به دنبال راهی برای تشخیص نوترینو رفته است!
ارنست رادرفورد، یکی از بزرگترین فیزیکدانان تجربی قرن بیستم، وجود نوترون در ساختار هستهها را دوازده سال قبل از کشف آن تصور کرده و متوجه شده بود که آزمایش عجیبی که توسط دستیارانش انجام شده است، خبر از یک هسته مرکزی متراکم در درون اتم میدهد. از طرفی در نگاه این فیزیکدان واضح بود که هستهی اتم دارای مقدار زیادی انرژی است، اما رادرفورد هیچ راهی برای استخراج آن برای اهداف عملی متصور نبود! تا اینکه در سال ۱۹۳۳، در جلسهای علمی خاطر نشان کرد که اگرچه هستهها حاوی انرژی زیادی هستند اما برای آزاد کردن آن انرژی به انرژی بیشتری نیاز است. بنابراین هرکسی که بگوید ما میتوانیم از انرژی اتمی استفاده کنیم، عملا یاوه میگوید!
البته اگر منصف باشیم، خوب میدانیم که رادرفورد این اظهارات پوچ را با توجه به دانش زمان خود بیان میکرد، بنابراین شاید سالها بعد که شرایط برای شکاف مهیا شده بود، پیشبینی چنین فرآیندی را محتمل میدانست.
(در این میان برخی از مورخان ادعا دارند که رادرفورد آزادسازی انرژی هستهای را معقول میدانست، اما فکر میکرد که این ایده برای بشر بد خواهد بود، بنابراین تلاش میکرد که مردم را از دستیابی به آن منصرف کند!)
در سال ۱۹۶۲ اولین نیروگاه هستهای تجاری در مقیاس کامل، معروف به کالدر هال «Calder Hall» در سال ۱۹۵۶ در کامبریا، انگلستان روشن شد.
/*/
بازگشت به فهرست
۴. هستهی زمین سلب و سخت است!
جالب است بدانید که نتیجهی کارهای رادرفورد فضا را برای تقویت تخیل فراهم کرد و عدهای به این مساله روی آوردند که مواد رادیواکتیو موجود در اعماق زمین میتوانند معمای سن آن را حل کنند. در اواسط قرن نوزدهم، ویلیام تامسون «William Thomson» (بعداً به عنوان لرد کلوین شناخته شد!) سِن زمین را کمی بیشتر از ۱۰۰ میلیون سال و احتمالاً بسیار کمتر محاسبه کرد.
از طرفی زمینشناسان اصرار داشتند که زمین باید بسیار قدیمیتر از این ارقام باشد (شاید میلیاردها سال) تا با استفاده از آن بتواند ویژگیهای زمینشناسی سیارهی آبی را توضیح دهند.
کلوین تخمین خود را با این فرض ارائه کرد که زمین به صورت یک تودهی سنگی مذاب متولد و سپس تا دمای فعلی خود سرد شده است. اما پس از کشف رادیواکتیویته در پایان قرن نوزدهم، رادرفورد اشاره کرد که منبع جدیدی از گرما در داخل زمین وجود دارد؛ درواقع در آن سخنرانی، رادرفورد (در حضور کلوین) به این نکته اشاره کرد که اساساً این کلوین است که منبع جدیدی از گرمای سیارهای را پیشگویی کرده است!
اگر چه غفلت کلوین از بحث رادیواکتیویته یک موضوع قطعی در تاریخ علم است، اما تجزیه و تحلیلهای دقیقتر و اضافه کردن معادلات گرما به ریاضیات مساله تخمین او در مورد سن زمین را تغییر نمیداد. درواقع اشتباه کلوین این بود که فضای داخلی زمین را سفت و سخت فرض کرده بود.
جان پری «John Perry» (یکی از دستیاران سابق کلوین) در سال ۱۸۹۵ نشان داد که جریان گرما در اعماق زمین میتواند محاسبات کلوین را به میزان قابل توجهی تغییر دهد (به اندازهای که اجازه میداد زمین میلیاردها سال عمر داشته باشد). بنابراین با در نظر گرفتن سیالیت گوشتهی زمین در مقیاسهای زمانی طولانی، نه تنها سن زمین، بلکه تکتونیک صفحهای هم قابل توضیح شد!
بازگشت به فهرست
۳. طبیعت بین چپ و راست فرقی نمیگذارد!
تا قبل از اواسط دههی ۱۹۵۰، هیچ کس تصور نمیکرد که قوانین فیزیک اهمیتی برای چپ دستی نسبت به راست دستی قائل شود.
به این معنی که قوانین باید مستقیماً با آنچه در آینه مشاهده میشود و در عمل بر ماده حاکم است (درست همانطور باشد که خارج از آینه نشان میدهد) منطبق یا به بیانی دیگر متقارن باشد! اما در سال ۱۹۵۶، فیزیکدانانی به نامهای سونگ دائو لی «Tsung-Dao Lee» و چن نینگ یانگ « Chen Ning Yang» اذعان کردند که تقارن کامل راست و چپ ممکن است توسط نیروی هستهای ضعیف نقض شود! جای تعجبی ندارد که خیلی زود آزمایشها توانستند ظن این فیزیکدانان را تأیید کنند.
در همین راستا بسیاری از فیزیکدانان اینگونه فکر میکردند که استفاده از پاد ماده میتواند این رفتار غیر منطقی طبیعت را بپوشاند. به این معنی که اگر قوانین چپ را با راست (تصویر آینهای) جابهجا کنید، برخی از فرآیندهای زیراتمی بین چپ و راست تفاوت قائل میشوند و هیچ تقارنی در این مورد دیده نمیشود. حال اگر در کنار پاریته، ماده را هم با پادماده جایگزین (تغییر بار الکتریکی) کنید، تقارن بین چپ و راست برقرار میشود.
به عبارت دیگر، معکوس کردن هر دو پارامتر یعنی بار (C) و پاریته (P) رفتار طبیعت را بدون تغییر باقی میگذارد! این اصل هماکنون به عنوان تقارن CP شناخته میشود. اهمیت تقارن CP از این جهت مهم است که اگر در دقت آن اندکی تغییر ایجاد شود، در صورت سفر تخیلی شما در زمان (چه به عقب و چه جلو)، قوانین طبیعت تغییر میکنند و هیچ کس نمیتواند از آنها تصوری داشته باشد.
در اوایل دهه ۱۹۶۰، جیمز کرونین «James Cronin» و وال فیچ «Val Fitch» با مطالعهی ذرات زیر اتمیای به نام کائون «Kaon» و همتایان پاد مادهی آنها، تقارن CP را آزمایش کردند. کائونها و آنتیکائونها هر دو بار صفر دارند اما یکسان نیستند، چراکه از کوارکهای متفاوتی ساخته شدهاند.
به لطف قوانین عجیب و غریب مکانیک کوانتومی، کائونها این قابلیت را دارند که به آنتیکائون و بالعکس تبدیل شوند؛ در این صورت اگر تقارن CP دقیق باشد، هر کدام از این ذرات باید به اندازهی دیگری (با احتمالی برابر) قابل تبدیل به یکدیگر باشند. اما کرونین و فیچ دریافتند که آنتیکائونها علاقهی بیشتری در تبدیل به کائون (نسبت به علاقهی کائون برای تبدیل شدن به آنتیکائون) دارند و همین مساله هم کاملا مشخص میکند که قوانین طبیعت یک جهت ارجح زمانی را مجاز میداند. کرونین در مصاحبه ای در سال ۱۹۹۹ اذعان داشت که اگر چه در آن زمان هیچکس علاقهای به باور نقض CP نداشت، اما امروزه اکثر فیزیکدانان به آن اعتقاد دارند؛ ولی باید توجه داشته باشید که پیامدهای نقض CP در بحث ماهیت زمان و سایر سؤالات کیهانی به شکلی مرموز وجود خواهد داشت!
بازگشت به فهرست
۲.
فعالیتهای مغز قابل دیدن نیست، مگر اینکه جمجمه را بشکافی!
در اوایل قرن بیستم، عقیدهی متعصبانهی رفتارگرایی «Behaviorism» که توسط جان واتسون «John Watson» آغاز شد و کمی بعد توسط اسکینر «B.F. Skinner» مورد حمایت قرار گرفت، روانشناسان را در پارادایمی قرار داد که به معنای واقعی کلمه تخیل را از علم جدا میکرد. در این وادی رفتارگراها اصرار داشتند که مغز (خانهی همهی تخیلات) شبیه به جعبهای سیاه است و قواعد روانشناسی انسان (که بیشتر از آزمایش با موشها و کبوترها استنباط میشد!) تنها با مشاهده رفتارها میتواند به صورت علمی ثابت شود.
در چنین دیدگاهی، تحقیق در مورد عملکرد درونی مغز که چنین رفتارهایی را هدایت میکند، بیمعنی بود، چراکه این فعالیتهای مغز برای مشاهده انسان غیرقابل دسترس بودند. به عبارت دیگر، فعالیت داخل مغز از نظر علمی بیمعنی و خیالی تصور میشد چراکه قابل مشاهده نبود! اسکینر اذعان داشت زمانی که فعالیتی به آنچه در درون مغز او میگذرد، وابسته باشد؛ عملا راهی برای بررسی آن رفتار وجود ندارد و شما به خط پایان رسیدهاید!
رفتارگرایی اسکینر توانست یک یا دو نسل از پیروان این مکتب را شستشوی مغزی دهد تا این طور تصور کنند که مغز فراتر از مطالعه ماست. اما خوشبختانه در حوزهی علوم اعصاب، برخی از فیزیکدانان روشهایی را برای مشاهده فعالیتهای عصبی در مغز بدون شکافتن جمجمه ارائه دادند و اوج قدرت تخیل را که رفتارگرایان فاقد آن بودند به نمایش گذاشتند.
در دهه ۱۹۷۰ میشل تر-پوگوسیان، مایکل فلپس و همکارانش فناوری اسکن PET (توموگرافی بر اساس گسیل پوزیترون) را توسعه دادند که از ردیابهای رادیواکتیو (عناصر رادیواکتیو) برای ثبت فعالیتهای مغز استفاده میکردند. جالب است بدانید که امروزه این فناوری با وجود تکنولوژی تصویربرداری رزونانس مغناطیسی تکمیل شده است.
بازگشت به فهرست
۱. امواج گرانشی هیچگاه آشکار نخواهند شد!
امروزه امواج گرانشی برای بسیاری از اخترفیزیکدانان کلید دسترسی به ماهیت و رازهای کیهان در دوردست است به همین علت هم آنها هر روز بر روح اینشتین که نظریه گرانش (نسبیت عام) او وجود این امواج را توضیح داد، درود میفرستند.
اما شاید برای شما جالب باشد که بدانید اینشتین اولین کسی نبود که این ایده را مطرح کرد. در قرن نوزدهم، جیمز کلرک ماکسول «James Clerk Maxwell» قوانین فرمولهشدهای را برای توضیح امواج الکترومغناطیسی ابداع کرد و حدس زد که گرانش هم ممکن است به طور مشابه دارای امواجی در یک میدان گرانشی باشد؛ با این حال، فهم چگونگی این ایده برای او نامفهوم بود. بعدها دانشمندان دیگری از جمله اولیور هیوساید «Oliver Heaviside» و هنری پوانکاره «Henri Poincaré» هم در مورد امواج گرانشی حدسها و گمانهایی زدند، بنابراین احتمال وجود آنها قبل از انیشتین بر سر میز مجادله بود!
با این حال در آن زمان بسیاری از فیزیکدانان تردید داشتند که امواج گرانشی واقعا وجود داشته باشد؛ همچنین در صورت وجود، برای این افراد سخت بود که تصور کنند راهی برای شناسایی آنها وجود دارد.
اندکی قبل از اینکه انیشتین نظریه نسبیت عام خود را تکمیل کند، فیزیکدان آلمانیای به نام گوستاو می «Gustav Mie» اعلام کرد که امواج گرانشی ساطع از هر ذرهی در حال نوسان، به حدی ضعیف است که هرگز نمیتوان آن را تشخیص داد. جالب است بدانید حتی انیشتین هم نمیدانست که چگونه امواج گرانشی را آشکار کند، اگرچه ریاضیات حاکم بر وجود آنها را در مقالهای در سال ۱۹۱۸ ارائه کرده بود. بنابراین در سال ۱۹۳۶ آلبرت به این فرض رسید که نسبیت عام هرگز نمیتواند امواج گرانشی را پیش بینی کند.
اما مقالهی خود او، خلاف این فرض را به زیبایی نشان داد!
ریاضیات نسبیت عام پیشبینی میکند که برخوردهای کیهانی غولپیکر (از نوع دو سیاهچاله که در تصویر نشان داده شده است!) موجهایی را در فضا-زمان به بیرون میفرستد. اما تا سال ۲۰۱۶ فیزیکدانان گزارش مستقیمی از مشاهده امواج گرانشی به دست نیاورده بودند.
/*/
امروزه برای همگان مشخص است که امواج گرانشی واقعی و قابل تشخیص هستند. در ابتدا این امواج به طور غیرمستقیم آشکار شدند به شکلی که با کاهش فاصلهی بین دو تپاختر «pulsar» که به سرعت به دور یکدیگر میچرخند، وجود این نوع از امواج تایید شد! در عین حال وجود امواج گرانشی مستقیماً توسط آزمایشهای عظیمی با تکیه بر لیزر هم مشخص شده است.
بازگشت به فهرست
جمعبندی
همانطور که در طول این نوشتار متوجه شدید، این شکستها در تاریخ علم به خوبی نشان میدهد که چگونه تعصبات میتوانند تخیل را سرکوب کنند و در عین حال میتواند الهام بخشِ تلاش برای انجام تحقیقات بیشتر و موفقیت در آن باشند.
به همین دلایل هم پس از سالها، گذر علم از شکستها و موفقیتها، اگرچه در مواردی به علت تعصبات ممکن است منحرف شود، اما هنوز هم میتواند در مقیاسهای زمانی کافی، شگفتیهای تکنولوژیکی و بینشهای کیهانی ما را فراتر از دستنیافتنیترین تخیلات فیلسوفان و شاعران ببرد.
- هوش مصنوعی فیزیکدانان را هم به چالش کشید!
منبع: Science News
/*/
. .
بازنشر از : digimag