10 خبر شوکه کننده علمی در طول صد سال گذشته
به گزارش کنفرانس هکا، از روزی که ارشمیدس با فریاد اورکا، اورکا شستن خود در حمام را نیمه کاره رها کرد، علم همیشه با چندین خبر شوکه کننده و جالبی همگان را متعجب نموده است. این خبرها حتی پس از انباشت فراوان دانش طی سالیان گذشته هم، ظرفیت های خود را حفظ نموده است و همچنان سهم خود را در به تعجب واداشتن مردم نگه داشته است. در این میان، بعضی از این شگفتی ها به طور ناگهانی اتفاق می افتادند؛ در حالی که در موارد دیگر، تغییرات انقلابی به زمان احتیاج داشتند. با توجه به همین شرایط هم مجله ساینس نیوز، به کندوکاو در 100 سال گذشته پرداخته است و مجموعه ای از شگفتی های بی خاتمهِ علم را در این مقاله به شما ارائه می نماید.
10. نقض پاریته نشانی از فرق گذاشتن بین چپی ها و راستی ها
در قرن بیستم، فیزیکدانان به این نتیجه رسیدند که تقارن های ریاضی در قوانین طبیعت نقش بسیار پررنگی دارند. وجود تقارن در پدیده های طبیعی به این معنی است که معادلات توصیف نماینده انواع تغییرات در دنیای فیزیکی باید ثابت باشند. به بیانی دیگر، تماشا دنیا در آینه (تغییر از راست به چپ) نباید تأثیری بر دقت آن معادلات داشته باشد و باید معادل با دنیاِ خارج از آینه باشد. هرمان ویل (Hermann Weyl)، ریاضیدان برجسته ای که در سال 1955 درگذشت، اذعان داشت که همه قوانین طبیعت در زمان مبادله از حالت راست به چپ تغییرناپذیر (به بیان علمی تر ناوردا) هستند! درواقع بین چپ و راست هیچ ارجحیتی وجود ندارد.
اما جالب است بدانید که در سال 1956، فیزیکدانان سونگ دائو لی (Tsung-Dao Lee) و چن نینگ یانگ (Chen Ning Yang) مقاله ای نظری منتشر کردند که خلاف آنچه تصور می شد را ارائه می کردند. این دو فیزیکدان و تیم آن ها در این مقاله ادعا داشتند که طبیعت واقعاً بین چپ و راست تمایز قائل است (از نظر فنی، پاریته (همین تصویر آینه ای) نقض می گردد!). این دانشمندان نقض پاریته را در آزمایشی مربوط به واپاشی بتای (Radioactive beta decay) اتم ها رادیواکتیو کبالت و فروپاشی ذرات ناپایداری به نام میون (Muons)، نشان دادند.
در این آزمایش هر دوی این ذرات، نقض پاریته بین چپ - راست، را در جهتی که ذرات بتا ساطع می شوند، نشان دادند که یک شگفتی بزرگ در این حوزه به حساب می آمد. لئون لدرمن، یکی از آزمایش نمایندگان، پس از چهار دهه از این کشف، اذعان داشت که این آزمایش، قوانین تازه دنیای اتمی را نمایش می دهد و انقلابی در فیزیک نظری به شمار میرود.
بازگشت به لیست
9. ترکیبات عجیبِ حاصل از گازهای نجیب
در دهه 1890، شیمیدانان یک خانواده کاملاً تازه از عناصر را به جدول تناوبی دیمیتری مندلیف اضافه کردند؛ عناصری که گازهای نجیب یا بی اثر نامیده می شوند. این گازهای نجیب که شامل هلیوم (عنصری که ده ها سال قبل روی خورشید شناسایی شد، اما تا سال 1895 روی زمین شناسایی نشد!)، نئون، آرگون، زنون، کریپتون و رادون هستند، جزو مواردی بودند که به آن ها توجه نمی شد، چراکه با عناصر دیگر ترکیب نمی شدند.
به طور کلی این عناصر نجیب، در شرایط عادی، در حالت گازی وجود دارند و آرایش الکترون ها در اطراف اتم های آن ها از هرگونه فرصتی برای ایجاد ترکیب شیمیایی جلوگیری می نماید. با این حال، در سال 1962، ساینس لتتر (Science News Letter) اظهار داشت که ترکیب غیرممکنی از گازهای نجیب ایجاد شده است.
در این مقاله اعلام شد که ترکیبی از عنصر زنون به نام تترافلوراید زنون (Xenon tetrafluoride) در آزمایشگاه ملی آرگون در ایلینوی ایجاد شده است. البته گفتنی است که در سال 1962، هم نیل بارتلتِ شیمیدان ادعا نموده بود که ترکیبی از عنصر زنون به نام هگزا فلوراید زنون - پلاتین (xenon-platinum hexafluoride) ایجاد نموده است. در چنین حالتی، شیمیدانان مجبور شدند به سمت تتازه نظر در کتاب های درسی بروند و تاکید کردند که باید آنچه از قبل به آن باور داشتید را کنار بگذارید.
بازگشت به لیست
8. زمین ساخت صفحه ای (Plate tectonics)
در دهه 1960، بسیاری از زمین شناسان به این درک رسیدند که کتاب های درسی باید دچار تتازه نظر اساسی شوند و اطلاعات قبلی دور ریخته گردد! با این حال، آلفرد وگنر (Alfred Wegener) چندان شگفت زده نشد! وگنر در سال 1930 درگذشت، او از یک ستاره شناس به هواشناسی تبدیل شد که در دیرینه شناسی و ژئوفیزیک هم فعالیت هایی داشت. در سال 1915 او در کتابی خاطر نشان کرد که قاره های زمین، زمانی به شکل یک توده خشک (تک قاره) به نام پانگایا (Pangaea) وجود داشته اند. سپس در طی میلیون ها سال از یکدیگر جدا شده و به چیزی همانند نقشه دنیاِ امروزی تبدیل شده است.
وگنر معتقد بود که نقشه دنیا، یک تصویر دائمی از ویژگی های زمین نیست، بلکه شاتی از یک فیلم طولانی است. اما در آن موقع، تعداد کمی از دانشمندان به وگنر باور داشتند و ژئوفیزیکدانان اعتقاد داشتند که چنین حرکت بزرگی برای توده ای به این عظمت، از نظر فیزیکی چندان توجیح پذیر نیست!
با این حال، ایده وگنر در مورد رانش قاره ها از یکدیگر از بین نرفت و تا دهه 1960 بدون پاسخ باقی ماند. سپس زمانی که الگوهای مغناطیسی در بستر دریا شناسایی شد، دانشمندان متوجه شدند که اقیانوس ها به مرور زمان توسعه پیدا نموده اند و قاره ها را از یکدیگر دور نموده است. ساینس نیوز لتتر در سال 1963 گزارش داد که شواهد تازه از بحث جنجال برانگیزِ مبنی بر اینکه قاره ها زمانی به هم متصل بوده اند پرده برداشته است و از نظریه جدایی قاره ها از یکدیگر پشتیبانی می نماید.
تحقیقات بیشتر در چند سال آینده نشان داد که رانش قاره ها نشانه ای از مکانیسم های پیچیده در داخل زمین است که به عنوان تکتونیک صفحه ای یا زمین ساخت صفحه ای شناخته می گردد. زمین ساخت صفحه ای نه تنها مکان قاره ها را شرح می دهد، بلکه چگونگی تشکیل رشته کوه ها و چرایی ایجاد مجموعه ای از زمین لرزه ها در منطقه ها خاصی با فعالیت های لرزه ای را شرح می دهد.
بازگشت به لیست
7. دی اِن ای از ژن ها ساخته شده است!
یکی از چشمگیرترین اکتشافات قرن گذشته (در سال 1953) کشف ساختار دوگانه و مارپیچ DNA بود که به وسیله جیمز واتسون و فرانسیس کریک، با یاری تصویر اشعه ایکس فراوری شده به وسیله روزالیند فرانکلین رقم خورد. اما شگفتی بزرگ تر چند سال قبل از این اتفاق رخ داد؛ زمانی که اسوالد اوری (Oswald Avery) و همکارانش در دانشگاه راکفلر نشان دادند که DNA ماده ای است که از ژن ها ساخته شده است.
جالب است بدانید که اگرچه واقعیت وجود ژن ها در سال های اولیه قرن بیستم ثابت شده بود، اما هیچ کس شواهد دقیقی در مورد ساختار فیزیکی آن ها نداشت. در دهه 1940، دیدگاه غالب در علم ژنتیک این بود که ژن ها باید از نوعی پروتئین ساخته شده باشند و ساختار DNA تنها به چشم یک اسید آلی با ماهیتی مبهم دیده می شد، اما در سال 1944، اوری و همکارانش نشان دادند که قسمتی از دی ان ای که دارای دستور العمل یا کدِ ساخت یک پروتئین مشخص است، ژن نامیده می گردد و خود ژن از پروتئین ساخته نشده است.
بازگشت به لیست
6. کشف انرژی تاریک (Dark energy)
در دهه 1990، نظریه انفجار بزرگ یا همان بیگ بنگ در مورد انبساط دنیا دچار تردید شد و سؤالات زیادی در مورد آن باقی ماند؛ در این بین مهم ترین سوال مطرح شده در مورد سرنوشت دنیا بود.
در آن موقع بیشتر فیزیکدانان معتقد بودند که کشش گرانشی در سراسر دنیا، عاملی برای کاهش سرعت انبساط دنیا است. بنابراین با چنین روندی به مرور تمام ماده دنیا تحت انقباضی بزرگ قرار گیرد و طی یک رُمبش بزرگ در هم فرو می رود و دنیا به سرانجام می رسد! از طرفی برخی دیگر فکر می کردند که دنیا برای همیشه منبسط خواهد شد؛ ولی به گونه ای که به مرور سرعت انبساط آن رو به کاهش می رود.
اما داستان به همین شکل ادامه پیدا نکرد و طرح این موضضوع در سال 1998، زمانی که دو تیم از ستاره شناسان آغاز به میزان گیری نور ابرنواخترهای دور کردند، به طرز تکان دهنده ای متفاوت شد!
گزارش های تازه به وسیله این ستاره شناسان و تحقیقات بیشتر نشان داد که توسعه دنیا نه تنها کند نمی گردد، بلکه با آهنگ رو به افزایشی (با شتاب ثابت) بالا می رود. درواقع وجود نیروی دافعه ای، ناشی از انرژی تاریک (در غیاب وجود دانش محکم از ماهیت واقعی آن)، این مساله را رقم می زند. به گزارش ساینس نیوز، محاسبات نشان می دهد که بدون در نظر گرفتن نیروی دافعه ناشی از انرژی تاریک، دنیا 10 تا 15 درصد آهسته تر از آنچه امروز می بینیم، منبسط می شد!
بازگشت به لیست
5. ماده تاریک (Dark matter)
در دهه 1930، اختر فیزیکدانی به نام فریتز زویکی (Fritz Zwicky)، کشف کرد که سرعت کهکشان هایی که در خوشه به نام گیسو (Coma cluster) حرکت می نمایند، انتظارات جرمی مبتنی بر اثرات گرانشی اجرام مرئی را برآورده نمی نماید. زویکی حدس زد که ماده موجود در این خوشه کهکشانی چیزی بیشتر از ماده مرئی است، بنابراین او این میزان ماده غیر قابل مشاهده را ماده تاریک نامید.
در این بین دیگر اخترشناسان از جمله هوراس بابکاک متوجه اختلافات مشابهی شدند؛ به این معنی که ستارگان حاضر در اطراف لبه های بیرونی کهکشان (از مرکز دور هستند!) بسیار سریع تر از آنچه کهکشان مجاز می داند، قابلیت چرخش دارند. به بیانی ساده تر ستارگان، مانند افرادی در چرخ و فلک هستند، که با سرعتی بیش از حد مجاز (مشخص شده به وسیله جرم کهکشان) می چرخند، اما به بیرون پرت نمی شوند! به همین دلیل دانشمندان معتقدند که چنین اتفاقی با وجود ماده تاریک قابل توجیح است.
در دهه 1970 و پس از آن، ورا روبین و همکارانش سرعتِ بیشتر ستاره های بیرونی نسبت به ستاره های مرکز کهکشان را تایید کردند. بعلاوه همانطور که ساینس نیوز در سال 1994 گزارش کرد، چنین رفتاری ناشی از هاله ای نامرئی و بسیار بزرگ است که کهکشان ها را فرا گرفته است!
مطمئنا درک این مساله که بیشتر ماده دنیا غیر قابل مشاهده است، شگفت انگیز است، اما شگفتی بیشتر زمانی رخ می دهد که متوجه شوید، این ماده با آنچه در زمین می بینیم هم کاملا فرق دارد! ماده ی معمولی عمدتاً از پروتون و نوترون تشکیل شده است اما هویت واقعی ماده تاریک تا به امروز مانند یک راز به جای مانده است. به همین دلیل اگرچه فیزیکدانان احتمالات مختلفی را برای ماده تاریک آنالیز می نمایند، اما هیچ یک نتوانسته اند با قطعیت از واقعیت آن سَر دربیاورند.
بازگشت به لیست
4. شکافت هسته ای و بمب اتمی (Atomic bomb and nuclear fission)
از زمان کشف خاصیت رادیواکتیویته در برخی عناصر، فیزیکدانان همیشه در مورد انرژی پنهان در هر قطعه از ماده حدس هایی می نمایند. پس از اینکه انیشتین معادله معروف خود (E = mc2) را منتشر کرد، برای بسیاری از دانشمندان کاملا واضح بود که در داخل اتم انرژی بسیاری وجود دارد. اما در عین حال بیشتر کارشناسان تردید داشتند که هیچ راه عملی برای آزاد کردن چنین انرژی برای اهداف مفید یا تسلیحات جنگی وجود داشته باشد.
تا اینکه در اواخر سال 1938، شیمیدانانی به نام اتو هان و فریتز استراسمن دریافتند که اگر هسته های اورانیوم با نوترون بمباران شوند، عنصر بسیار سبک تری به نام باریم حاصل خواهد شد. به همین دلیل لیز مایتنر (که قبل از فرار از آلمان نازی با هان همکاری نموده بود!) و برادرزاده اش، اتو فریش متوجه شدند که هسته اورانیوم طی چنین آزمایشی تقسیم شده است! به بیانی دیگر انرژی اتمی آزاد شد! البته طبیعی است که پس از این کشف، فرآیند شکافت هسته ای به استارتی برای یک پروژه جنگی بزرگ به منظور ساخت یک بمب قدرتمند و غیرقابل تصور بدل شد که قرار بود خیلی زود دنیا را با پتانسیل تخریب خود شوکه کند!
بازگشت به لیست
3. انبساط دنیا (Expanding universe)
از قدیم الایام، فیلسوفان و فیزیکدانان به پرسش های عمیقی درباره ماهیت دنیا فکر می کردند؛ به عنوان مثال آیا دنیا متناهی است یا نامتناهی؟ آغازی دارد یا ازلی است؟ اما با وجود تمام این سوالات و سوالات مشابه، شاید برای شما جالب باشد اگر بدانید، تقریباً همه گذشتگان معتقد بودند که دنیا در کل هرگز تغییر ننموده است، بلکه فقط وجود دارد!
اما در دهه 1920، الکساندر فریدمن، که ریاضیدانی قهار بود، بر اساس حلی که برای معادلات نسبیت عام اینشتین ارائه نموده بود، پیشنهاد داد که دنیا ممکن است در حال انبساط یا انقباض باشد! درواقع برای اولین بار خود انیشتین، متوجه این احتمال شده بود، اما معادلات خود را طوری تغییر داد که یک دنیا بدون تغییر را پیش بینی کند، زیرا او هیچ مدرکی برخلاف آن نمی دید!
به همین دلیل، تجزیه و تحلیل داده های مربوط به رنگِ نور ساطع شده از سحابی ها، به وسیله ادوین هابل در سال 1929 نشان داد که هر چه کهکشان ها دورتر باشند، با سرعت بیشتری از ما فاصله می گیرند. به این معنی که دنیا واقعا در حال انبساط است. با توجه به همین گزارش ها، ساینس نیوز لتر در سال 1931 گزارش داد که کهکشان های دوردست با سرعتی فوق العاده ای از ما دور می شوند؛ بنابراین دنیا ما دائما در حال توسعه و انبساط است.
بازگشت به لیست
2. ضدماده (Antimatter)
در سال 1930، پیشنهاد جسورانه یک فیزیکدان جوان بریتانیایی به نام پل دیراک برای جامعه علمی خبرهای نوینی را به ارمغان آورد. درواقع او ادعا کرد که ماده (هر آنچه اجسام فیزیکی از آن ساخته می گردد!) چیزی بیش از دسته ای از سوراخ ها در خلاء فضا نیست. دیراک پیشنهاد کرد که فضا خالی نیست، بلکه پر از الکترو ن هایی است که انرژی منفی دارند. از دیدگاه دیراک الکترون هایی با انرژی منفی را نمی توان تشخیص داد. اما اگر به یک الکترون، انرژی کافی داده گردد از دریای انرژی منفی جدا می گردد و سوراخی مانندِ حبابی خالی در اقیانوس از انرژی منفی ایجاد می نماید. به بیان ساده تر، عدم وجود الکترون، سوراخی با بار الکتریکی مثبت ایجاد می نماید.
دیراک فرض کرد که چنین حباب هایی با بار مثبت مشابه با پروتون ها در اقیانوسی از انرژی منفی هستند. اما خیلی زود متوجه شد که در اشتباه بوده است و سوراخ های با بار مثبت نمی توانند مشابه با پروتون باشند، بلکه باید ذره ای بسیار سبک تر و با جرمی برابر با یک الکترونِ معمولی داشته باشند. بنابراین دیراک با ایده ای کاملاً بدیع به میدان آمد، ایده ای که به نام پاد الکترون شناخته می گردد.
دیراک ادعا کرد که اگر یک الکترون معمولی با ذره پاد خود برخورد کند، دو ذره نابود می شوند و انرژی آزاد می نمایند. جالب است بدانید که ضد الکترون دیراک خیلی زود پس از نظریه او، به وسیله کارل اندرسون در پرتوهای کیهانی شناسایی شد!
بازگشت به لیست
1. اصل عدم قطعیت (Uncertainty principle)
در سال 1927، ورنر هایزنبرگ اصل عدم قطعیت خود را به دنیایان و جامعه علمی معرفی کرد، ایده ای که زیربنای ریاضیات نوپا برای توصیف دنیای به نام مکانیک کوانتومی بود. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ بیانگر این موضوع تکان دهنده است که زنجیره ناگسستنی دلیل و معلولی (که از فیزیک نیوتونی سرچشمه می گیرد!) در دنیای کوانتومی تنها یک توهم است. اصل عدم قطعیت اذعان دارد که یک ذره می تواند مکان دقیق یا تکانه دقیقی داشته باشد، اما داشتن میزان دقیق هر دوی این پارامترها ممکن نیست! جالب است بدانید که اصل عدم قطعیت از جمله اصولی است که همیشه با تفسیرهای مختلفی به وسیله فیلسوفان همراه بوده است و همچنان هم ادامه دارد!
منبع: Science News
منبع: دیجیکالا مگ