دنیای علم و تکنولوژی

دنیای علم و تکنولوژی

اخبار و مقالات مربوط به دنیای علم و تکنولوژی ترجمه شده از منابع معتبر
دنیای علم و تکنولوژی

دنیای علم و تکنولوژی

اخبار و مقالات مربوط به دنیای علم و تکنولوژی ترجمه شده از منابع معتبر

انسان چگونه منقرض خواهد شد؟


منظره ای در برابر دیدگان باز می شود از یک چشم انداز خاکستری رنگ، تک درختی در پس زمینه، خاکسترهایی که آهسته از آسمان فرو می ریزند. در افق تصاویر مبهمی دیده می شود که بسوی آینده ای تاریک تلوتلوخوران پیش می روند. اگر این منظره آشنا بنظر می رسد بدین سبب است که یک استعاره متداول در بسیاری از فیلم های سینمایی است که دوران پس از یک فاجعه عظیم بشری را به تصویر می کشند. معمولا این فیلم ها داستان یک فاجعه را بیان می کنند شاید برخورد یک سیارک، یا یک جنگ هسته ای که موجب نابودی نوع انسان می شود و بدنبال آن تلاش بی وقفه انسانهای باقیمانده برای نجات گونه خود از انقراض.

چنین فیلم هایی تخیل عمومی را به خود جلب می کنند. اما چه می شود اگر انقراض نوع انسان نه یک نمایشنامه سینمایی بلکه حقیقتی در حال ظهور باشد؟ ممکن است یک پرسش احساسی بنظر رسد اما در حقیقت پژوهشگران بسیاری در سراسر دنیا با تصور امکان یک انقراض جمعی دست و پنجه نرم می کنند، و اینکه چگونه می توان از آن اجتناب کرد.

کار این پژوهشگران آسان نیست. نظریات متعددی درباره انقراض انسان و دلایل آن وجود دارند از تهاجم بیگانگان فضایی گرفته تا برخورد یک سیارک بزرگ. اما یک توافق جمعی وجود دارد که برخی مخاطرات ممکن تر از دیکران هستند. پژوهشگران نامی برای این ریسک ها دارند: مخاطرات موجودیت شناختی (اگزیستانسیال). آنچه در ادامه می آید تنها برخی از این مخاطرات هستند که بیش از سایرین اندیشه پژوهشگران را به خود مشغول کرده اند.

جنگ هسته ای

یک جنگ هسته ای تمام عیار می تواند بزرگترین ریسک برای بقای انسان باشد. آسیب پذیری ما در برابر این تهدید با افزایش اورانیوم بسیار غنی شده و افزایش تنش میان ملت ها رشد خواهد کرد.

همانند سایر مخاطرات موجودیت شناختی، تخمین های دقیقی در مورد میزان جمعیت انسانی که ممکن است در اثر آتش جنگ هسته ای فراگیر از میان روند موجود نیست. اما انتظار می رود که اثرات یک زمستان هسته ای بزرگ مقیاس دوره ای از سرمای منجمد کننده و کاهش فوق العاده تولید محصولات غذایی که بدنبال جنگ خواهد آمد و نتیجه غبار هسته ای است که مانع رسیدن نور خورشید به زمین می شود، بسیار عمیق باشد. بسیاری از مدلسازی ها به نتایج دلهره آوری در این زمینه رسیده اند. جنگ هسته ای می تواند به مرگ انبوهی از انسانها منجر شود ولی انقراض کلی بشر در اثر آن نامحتمل بنظر می رسد.

پاندمی ها

استفاده نادرست از زیست فناوری می تواند خطر موجودیت سناختی دیگری باشد که پژوهشگران را دچار کابوس های شبانه ساخته است. زیست فناوری نوعی فناوری است که از زیست شناسی برای ساخت محصولات جدید استفاده می کند. عوامل بیماری زای ساخته شده توسط انسان می توانند برای جمعیت انسانی بسیار خطرناک باشند. عوامل بیماریزای مصنوعی می‌توانند از انواع طبیعی بسیار خطرناکتر بوده و بخش بزرگی از جمعیت روی کره زمین را به دیار عدم بفرستند. اما پیشرفت های مداوم علم پزشکی امکان ابداع سریع داروهای پادتن برای عوامل بیماری زای جدید و حفظ جان جمعیت های بزرگی از انسانها را بالا برده است.

تغییرات اقلیمی

به سختی می توان تغییرات اقلیمی را از فهرست مخاطرات بزرگ متوجه بشریت حذف کرد. این پدیده تا به حال باعث کاهش و انقراض گونه های بسیاری در سراسر سیاره خاکی شده است. آیا تغییرات اقلیمی می تواند انسان را نیز به این سرنوشت شوم سوق دهد؟

عوامل همراه تغییرات اقلیمی ناامنی غذایی، کمبود آب و رویدادهای شدید جوی در مقیاس های منطقه ای به تهدیدی بزرگ برای انسان تبدیل شده اند. اما با نگاه به آینده می توان دید تغییرات اقلیمی عامل تشدید بسیاری از تهدیدهای متوجه بقای انسان است.

بنظر نمی رسد تنها یکی از عوامل گفته شده موجب انقراض انسان شوند. بلکه تاثیرات تشدید کننده و متقابل آنها است که می تواند در آینده انسان را به لبه نابودی سوق دهد. نکته مهم این است که بیشتر عوامل تهدید کننده موجودیت انسان خودساخته هستند و توسط خود انسان ایجاد شده اند. تجربه تمدن های فروپاشیده باستان نشان داده است که علیرغم سترگ بودن تهدیدات موجود، نوع بشر هیچگاه تا این حد برای حفاظت از خود مجهز به دانش و فناوری نبوده است.

منبع اصلی مورد استفاده: Live Science

گرانش کوانتومی، تلاشی برای پیوند فیزیک کوانتومی با نسبیت عام

فیزیک کوانتومی بهترین توصیف از عالم در مقیاسی کوچکتر از اتم است. از سوی دیگر نظریه نسبیت عام اینشتاین بهترین توصیف فیزیکی برای عالم در مقیاس های بزرگ کیهانی است. هر دو نظریه به مدت صد سال از بوته هر آزمون عملی پیروز بیرون آمده اند لیکن چیزی بطرزی عذاب آور در این میانه گم و نامکشوف باقی مانده است.

این دو نظریه که در شروع قرن بیستم تدوین شده و بسیار درست و پابرجا بنظر می رسند، از اتحاد با یکدیگر سرپیچی کرده اند.

یکی از دلایل این تناقض این است که در حالی که سه تا از نیروهای بنیادی عالم الکترومغناطیس، نیروی هسته ای قوی و نیروی هسته ای ضعیف دارای توصیفات کوانتومی هستند، هیچ نظریه کوانتومی برای نیروی چهارم یعنی گرانش وجود ندارد.

[برای سه نیروی نخست ذکر شده ذرات حامل نیرو یافت شده و معادلات برهم کنش ذرات زیراتمی تدوین شده است در حالی که ذره حامل نیروی گرانش گراویتون ها هنوز عملا کشف نشده و معادلات نیروی گرانشی میان ذرات زیراتمی نیز به خوبی تدوین نشده اند. مترجم (اصغر ناصری)]

عئم توافق نظریه نسبیت عام و فیزیک کوانتومی ممکن است طبیعی بنظر رسد: اینشتاین هیچگاه با فیزیک کوانتومی احساس راحتی نمی کرد. دلیل این است که در حالی که فیزیک کوانتومی دارای بسیاری جنبه های ضدشهودی است، یکی از آنها از نظر اینشتاین بسیار مشکل زا است.

منظور نماد در هم تنیدگی است (entanglement). به بیان ساده، در هم تنیدگی به معنای هماهنگی ذرات به ظیوه ای است که تغییر خواص یکی از ذرات می تواند به تغییر آنی خواص ذره در هم تنیده با آن منجر شود حتی اگر ذره دیگر در سوی دیگر عالم واقع شده باشد. اینشتاین این پدیده را عمل شبخ وار از راه دور نامید که با مفهوم واقع گرایی موضعی تضاد دارد.

واقع گرایی موضعی (local realism) عبارت است از این ایده که اشیا همواره دارای خواص تعریف شده هستند و تعاملات میان اشیا توسط فاصله میان آنها و سرعت نور محدود می شود، یک حد کیهانی برای سرعت که زیربنای نسبیت خاص اینشتاین است. نسبیت خاص در حقیقت نظریه ای است که به فرموله سازی نسبیت عام می انجامد. با این وجود علیرغم اظهارات اینشتاین، دانشمندان ثابت کرده اند که در هم تنیدگی کوانتومی و سایر جنبه های ضدشهودی فیزیک کوانتومی براستی در دنیای زیراتمی صدق می کنند.

چنین اثباتی با انبوهی از آزمایشات پیشگامانه بدست آمده است. برای مثل فوکس و همکارانش (Fuchs) برپایه کارهای اولیه آلین اسپکت، کلاوسر و زیلینگر که به جایزه نوبل 2022 در فیزیک منجر شد، بطور تجربی درستی ماهیت غیرموضعی در هم تنیدگی را ثابت کردند. آنها در آزمایشات کوانتومی خود، از "دامهای" مغناطیسی ابر رسانا برای اندازه گیری کشش گرانشی ضعیف در کوچکترین جرمی که تا بحال آزمایش نشده بود، استفاده کردند.

ذره ریز در دام ابررسانا در دمایی حدود -273 درجه سلسیوس شناور می شود، دمایی که تنها چند صدم درجه بالاتر از صفر مطلق است یعنی دمایی دست نیافتنی که در آن تمام جنبش های مولکولی به صفر می رسد. این دمای انجماد برای رساندن ارتعاشات ذرات به حداقل ممکن لازم است. در این دما دانشمندان توانستند یک کشش گرانشی معادل 30 آتو نیوتن بر روی ذره ثبت کنند.

برای اینکه درکی از بزرگی این نیرو داشته باشید، توجه کنید که یک نیوتن نیرویی است که به جرم یک کیلوگرم شتابی معادل 1 متر بر مجذور ثانیه می دهد. و 30 آتو نیوتن معادل 0.00000000000000003 نیوتن است!

با اندازه گیری کشش گرانشی که بر کوچکترین جرم ممکن عمل می کند می توان ماهیت عمل گرانش در ابعاد کوانتومی را بهتر دریافت. این امر گام مهمی بسوی اتحاد فیزیک کوانتومی و نسبیت عام است و راه را برای آزمون حتی اجرام کوچکتر باز می کند. بدین ترتیب با شناخت ماهیت عمل گرانش در ابعاد کوچکترین ذرات، می توان  به درک بزرگتری از عالم بی انتها رسید.

منبع:

https://www.msn.com/en-us/news/technology/quantum-gravity-could-help-unite-quantum-mechanics-with-general-relativity-at-last/ar-BB1iMZUB

 

ضد ماده چگونه می تواند انسان را در عرض چند سال به ستارگان دیگر ببرد؟

مسافرت بین ستاره ای چیزی است که تنها انسان در فیلم های علمی تخیلی بدان دست یافته است مانند سفینه یو اس اس اینترپرایز آمریکا که از ضد ماده برای مسافرت بین دستگاه های ستاره ای استفاده می کرد.

اما ضد ماده تنها یک استعاره علمی تخیلی نیست، ضد ماده واقعا وجود دارد.

ایلان ماسک نیروی ضد ماده را بلیط سفرهای بین ستاره ای نامیده است و فیزیکدانانی مانند رایان وید روس کشف نحوه مهار آن کار می کنند.

ضد ماده از ذراتی درست مانند ماده عادی ولی با بار الکتریکی مخالف ساخته شده است. به این معنا که وقتی ضد ماده با ماده معمولی تماس می یابد، هر دو تباه شده و مقادیر عظیمی انرژی آزاد می کنند.

رایان وید مدیر اجرایی ارشد پوزیشن داینامیکز است، شرکتی که روی سیستم پیشران ضد ماده کار می کند. به گفته او تباه شدن ضد ماده و ماده جرم را بطور مستقیم به انرژی تبدیل می کند. تنها یک گرم ضد ماده می تواند انفجاری معادل یک بمب اتمی ایجاد کند. این نوع انرژی می تواند ما را به دنیاهای ناشناخته ببرد.

موشکی که با ضد ماده کار می کند می تواند در مدت سه هفته ما را به پلوتون ببرد، در جالی که فضاپیمای افق نوی ناسا 9.5 سال طول کشید تا به پلوتون برسد. موشک با پیشرانه ضد ماده می تواند شتابی هشت هزار برابر موشک های عادی تولید کند.

اما چرا تاکنون از این فناوری استفاده نشده است؟ دلیل به هزینه باز می گردد، نه توانایی فناوری.

فیزیکدانان با استفاده از قدرتمندترین شتاب دهنده های ذرات توانسته اند ضد پروتون و اتم های ضد هیدروژن تولید کنند. یک موتور پیشران ضد ماده می تواند به ده درصد سرعت نور- یعنی حدود 100 میلیون کیلومتر بر ساعت دست یابد. اما ساخت نمونه عملی چنین پیشرانه ای 8 میلیارد دلار هزینه دربر دارد. هزینه سوخت سالانه آن نیز 670 میلیون دلار است.

اما برایان وید به ایده جدیدی برای ساخت موتور ضدماده ارزان قیمت تری دست یافته است. پوزیترون ها یا ضد الکترونها صدها بار سبک تر از ضد پروتون ها هستند و چون بطور طبیعی تولید می شوند، نیازی به شتاب دهنده های گران قیمت ندارند.

سیستم پیشرانه ضد ماده وید از کریپتون 79 استفاده می کند، نوعی کریپتون که بطور طبیعی پوزیترون صادر می کند. پوزیترون های تولید شده به سمت ماده معمولی هدایت می شوند تا بر اثر تباهی انرژی فوق العاده زیادی آزاد شود. از این انرژی برای براه انداختن یک رآکتور گداخت هسته ای و تامین پیش رانه لازم استفاده می شود.

در حالی که پوزیترونها ساده تر از سایر انواع ضد ذره تولید می شوند، به علت سبکی فوق العاده زیاد مهار کردن آنها دشوار است و هزینه لازم برای این کار هنوز از دسترس خارج است.

با این وجود این فناوری در آینده نزدیک ممکن است تحقق یافته و آرزوی انسان برای سفر بین ستاره ای را برآورده سازد.

منبع:

https://news.yahoo.com/antimatter-engines-could-fly-humans-155822059.html

 

سیاره شگفت انگیز COROT 7b


در 27 دسامبر 2006 تلسکوپ فضایی CoRoT توسط یک راکت سایوز به فضا پرتاب شد. ماموریت ویژه این تلسکوپ فضایی که در ارتفاع 827 کیلومتری زمین قرار داده شد، کشف سیارات بیرون از دستگاه خورشیدی بود، بویژه آنهایی که دارای دوره گردش مداری کوتاه هستند. روش بکار گرفته شده توسط این تلسکوپ، transit detection یا آشکارسازی گذار بود، به این معنا که گذر کردن یک سیاره از برابر ستاره خود باعث تغییر جزئی در تابندگی ستاره می شود. سیارات واقع در بیرون دستگاه خورشیدی به سیارات خارجی یا exoplanet موسوم هستند.

در فوریه 2009 این ابزار علمی توانست یکی از شگفت ترین سیارات خارجی به نام COROT 7b را کشف کند. به عنوان نخستین سیاره خارجی سنگی کشف شده، COROT 7b به دور ستاره ای به نام COROT می گردد که در فاصله 520 سال نوری از زمین قرار دارد. این ستاره یک کوتوله زرد با قطری 82 درصد قطر خورشید و جرمی حدود 91 درصد ستاره ما است.

نکته شگفت این است که سیاره COROT 7b در فاصله 2.6 میلیون کیلومتری ستاره خود به دور آن می گردد که یک شصتم فاصله زمین تا خورشید است. این فاصله بسیار نزدیک موجب گردیده تا سیاره مزبور با سرعت 700 هزار کیلومتر بر ساعت به دور ستاره خود بگردد، حرکت انتقالی که تنها بیست ساعت به طول می انجامد.

طلوع ستاره COROT 7 از افق سیاره مزبور براستی دهشتناک است: این ستاره 360 بار بزرگتر از خورشیدی که در افق زمین طلوع می کند ظاهر می شود و فاصله نزدیک آن سطح سیاره را چنان می گدازد که به اقیانوسی از مواد مذاب تبدیل می شود. سیاره COROT 7b در دام جذر و مدی ستاره خود گرفتار شده است، به این معنا که دوره حرکت وضعی (گردش به دور خود) با حرکت انتقالی برابر است و یک طرف سیاره همواره روبروی ستاره خود قرار می گیرد. در حالی که سمت روبروی ستاره به دمای 2000 درجه سلسیوس رسیده و سنگ های سطح سیاره کاملا ذوب می شوند، سمت پشت به ستاره دنیای مرده یخبندانی با دمای 200 درجه سلسیوس زیر صفر است. اما در مرز بین سمت روشن و تاریک، بخارات سنگ های ذوب شده به تدریج میعان پیدا کرده و به سنگ تبدیل می شوند به طوری که در نوار باریکی از مرز روشنایی و تاریکی، باران سنگ از آسمان می بارد!

تصویر زیر برداشت هنرمند از این سیاره و شرایط سطح آن که روبروی ستاره COROT 7 قرار گرفته است را نشان می دهد.

هفت معادله‌ ریاضی که جهان را تغییر دادند

معادلات ریاضی پنجره‌هایی یکتا به جهان می‌گشایند. آنها واقعیت را قابل فهم کرده و به ما کمک می‌کنند امور نامشهود را ببینیم. بنابراین شگفتی ندارد که ابداعات جدید در ریاضیات پا به پای پیشرفت ما در فهم عالم گسترش یابند. در این مقاله هفت معادله تاریخی معرفی می‌شوند که در نگرش ما از ریزترین ذرات تا تمامی گستره کیهان انقلابی ایجاد کردند.

منبع: Live Science


نظریه فیثاغورث

یکی از کهن ترین معادلات اصلی مثلثات که همه دانش آموزان در مدرسه یاد می‌گیرند، رابطه میان طول سه ضلع یک مثلث قائم الزاویه است: مجموع مربعات دو ضلع قائم مثلث راست گوشه، برابر مربع ضلع سوم (وتر) است. این معادله از 3700 سال پیش یعنی دوره زندگی بابلیان باستان شناخته شده است.

اعتبار نگاشتن این معادله به شکل امروزین خود، به نام ریاضی دان یونانی فیثاغورس ثبت شده است. نظریه فیثاغورس علاوه بر ساخت و ساز، ناوبری، نقشه کشی و سایر زمینه های مهم، در توسعه نظریه اعداد بسیار موثر  بوده است. در سده پنجم میلادی هیپارکوس متاپونتام خاطرنشان ساخت که وتر یک مثلث راست گوشه با طول ضلع 1، برابر جدر عدد 2 است که عددی ناگویا است. گفته می‌شود هیپارکوس به خاطر این کشف به دریا انداخته شد زیرا طرفداران متعصب فیثاغورس از ابراز وجود اعداد ناگویا که ارقام اعشاری غیرتکراری بی پایان دارند بر آشفته بودند.

قانون دوم نیوتن و قانون گرانش

سر آیزاک نیوتن با کشفیاتی که دنیا را تکان داد مشهور است. در زمره آنها، قانون دوم حرکت است که بیان می‌دارد نیروی وارد بر جسم با حاصل ضرب جرم در شتاب آن برابر است. بسط این قانون همراه با مشهدات دیگر او را به سوی قانون عمومی گرانش در سال 1687 رهنمون شد. G در این قانون یک ثابت بنیادی است که مقدار آن بر اساس تجربیات آزمایشگاهی تعیین شد. از این مفاهیم برای درک بسیاری دستگاه های فیزیکی از جمله حرکت سیارات به دور خورشید و سفر میان آنها با موشک های ساخت بشر استفاده شده است.

معادله موج

با استفاده از قوانین نیوتن، دانشمندان قرن هجده شروع به تحلیل تمامی پدیده های عالم کردند. در 1743 ریاضیدان فرانسوی ژان باپتیست له رون دالامبر معادله ای استخراج کرد که ارتعاشات یک سیم نوسان کننده یا حرکت موج را تشریح می کرد. دراین معادله v سرعت موج و سایر پارامترها توصیف کننده جابجایی موج در یک جهت هستند. با بسط این معادله به دو و سه بعد دانشمندان توانستند حرکت امواج آب، زمین لرزه و امواج صوتی را پیش بینی کنند. این معادله مبنای معادله شرودینگر در فیزیک کوانتم نیز گردید که زیربنای بسیاری از فناوری‌های کامپیوتری است.

معادلات فوریه

اگر حتی نام دانشمند فرانسوی ژان باپتیست ژوزف فوریه را نشنیده باشید کارهای او بر زندگی شما تاثیر گذارده است. معادلات ریاضی ابداع شده توسط او در سال 1822 به پژوهشگران امکان داد داده های پیچیده و آشفته را به ترکیبی از امواج ساده که تحلیلی آنها بسیار آسانتر است فروکاهند. تبدیل فوریه، نمادی بنیادین در زمان خود بود. این ابزار ریاضی در بسیاری از زمین های نوین علوم از جمله پردازش داده، تحلیل تصاویر، نورشناسی، ارتباطات، نجوم و مهندسی کاربرد یافته و توانسته سیستم های پیچیده را به بخش های ساده تر شکسته و قابل تحلیل نماید.

معادلات ماکسول

در اوایل سده 1800 الکتریسیته و مغناطیس هنوز مفاهیم جدیدی بوده و دانشمندان در جستجوی روشی برای تسخیر و لگام زدن به این نیروهای شگفت بودند. دانشمند اسکاتلندی جیمز کلرک ماکسول با انتشار فهرستی از 20 معادله در سال 1864 درک ما از این دو پدیده را بسیار ارتقا بخشید و رابطه میان آن دو را معلوم کرد. این معادلات بعدا به شکل 4 معادله عمومی ترکیب شدند و بنیان الکترونیک در عصر فناوری های نوین را تشکیل می‌دهند.

قانون جرم و انرژی اینشتاین

این معادله کوچک یکی از مشهورترین در دنیای علون نوین است. این معادله که برای اولین بار در 1905 توسط آلبرت اینشتاین بیان شد، بخشی از نظریه ساختارشکن نسبیت خاص بوده و نشان می‌دهد که ماده و انرژی دو جنبه مختلف یک واقعیت هستند. بدون این قانون امکان درک سازوکار تابش انرژی توسط ستارگان و ساختن شتاب دهنده های عظیم ذرات برای درک دنیا یزیراتمی وجود نداشت.

معادلات فریدمن

 

ممکن است ابداع معادلاتی که بتوانند کل کیهان را تعریف کنند بسیار مغرورانه بنظر برسد اما این همان کاری است که فیزیکدان روسی الکساندر فریدمن در دهه 1920 انجام داد. با استفاده از نظریات نسبیت اینشتاین او نشان داد که ویژگی های یک عالم در حال انبساط می توانند با استفاده از دو معادله از زمان انفجار مهبانگ (Big Bang) به بعدتوضیح داده شوند.

این معادلات تمامی ویژگی های عالم از جمله انحنای آن، میزان ماده و انرژی موجود در آن، سرعت انبساط آن و تعداد ثابت های مهم کیهانی را با هم ترکیب می کنند. سرعت نور، ثابت گرانش و ثابت هابل که شتاب انبساط عالم را تعیین می کند از این جمله هستند. مشهور است که اینشتاین ایده عالم در حال انبساط یا انقباض را دوست نداشت اما نظریه نسبیت عام او برپایه اثر گرانش این طور پیش بینی می کرد. او ثابتی به نماد لامبدا به معادلات خود افزود تا با اثر گرانش مقابله کرده و عاملی ایستا نتیجه دهد. در حالی که او این کار خود را بزرگترین اشتباهش نامید، چند دهه بعد ثابت شد چنین ثابتی واقعا وجود دارد و به فرض وجود ماده تاریک در عالم می انجامد که موجبات یک عالم با شتاب انبساطی فزاینده را ایجاب کرده است.