پایان جهان چگونه خواهد بود؟

پایان ستارگان

ما اکنون در دوره ای زندگی می کنیم که کیهان شناسان نام دوران درخشندگی را بر آن نهاده اند، دورانی که جهان پر از ستارگان، نور و گرما است. هر سال یک کهکشان بزرگ همانند کهکشان راه شیری ما تعداد زیادی ستاره جدید تولید می کند و هر نسلی مشعل فروزان را از نسل پیشین به دست می گیرد.

اما از نظر شکل گیری ستارگان، جهان ما دوران نخستین خود را پشت سر گذاشته است. شکل گیری ستارگان تقریبا ده میلیارد سال پیش به نقطه اوج خود رسید و از آن پس روند نزولی داشته است. دلیل این کاهش شگفت پرتو عالم، این است که ما در یک جهان در حال انبساط زندگی می کنیم. کیهان هر روز بزرگتر می شود. اما میزان ماده موجود در جهان ثابت باقی می ماند، بنابراین تمام این ماده به آهستگی در حجم بزرگتر و بزرگتری توزیع می شود.

برای ساخته شدن یک ستاره، ماده باید به حجم های نسبتا کوچکی متراکم شود، بنابراین همچنانکه جهان ما پیرتر می شود، فرصتهای کمتر و کمتری برای تشکیل ستاره در دسترس خواهد بود.

سخن گفتن از آینده دنیا با هر میزانی از دقت دشوار خواهد بود اما می توان تخمین هایی کلی زد. کیهان ما در حال حاضر 13.77 میلیارد سال سن دارد و کهکشان ها برای سالهای مدیدی به ساخت ستاره ادامه خواهند داد. اما در نهایت، تقریبا یک تریلیون سال بعد، آخرین ستاره متولد خواهد شد.

آن ستاره احتمالا یک ستاره قرمز کوتوله خواهد بود که تنها کسری از جرم خورشید ما را داراست. کوتوله های قرمز عمری طولانی دارند و به کندی ذخیره هیدروژن خود را در گداخت هسته ای مصرف می کنند. تقریبا 100 تریلیون سال بعد، آخرین نور نیز خاموش خواهد شد.

کیهان متروک

با به پایان رسیدن آهسته دوران درخشندگی، جهان ماهیت خود را تغییر خواهد داد. با عمر فعلی کیهان، حباب قابل مشاهده ما – که توسط دورترین اشیای قابل مشاهده تعریف می شود – تقریبا 90 میلیارد سال نوری پهنا دارد. حجم موجود در این قطر، تقریبا شامل دو تریلیون (دو هزار میلیارد) کهکشان است.

نه تنها جهان ما در حال انبساط است، بلکه این انبساط شتاب افزاینده دارد. عامل این شتاب افزاینده انبساط عالم که در دهه 1990 کشف شده و به انرژی تاریک موسوم شد، نهایتا دید ما از دوردست های عالم را با پرده ای خواهد پوشاند.

ما هنوز دوردست ترین کهکشان ها را می توانیم ببینیم، زیرا آنها نور خود را مدتها پیش بازتابانده اند، زمانی که به ما بسیار نزدیکتر بوده اند. نوری که حالا در حال تاباندن هستند هیچگاه به ما نخواهد رسید. و از آنجایی که انبساط عالم در حال شتاب یافتن است، مرزهای دیدما رفته رفته نزدیکتر می شود. با گذشت زمان، فاصله ای که فراتر از آن کهکشان ها را نمی توانیم ببینیم به ما نزدیکتر و نزدیکتر می شود.

انبساط عالم باعث می شود دوردست ترین کهکشان ها بسرعت از دید ما برای همیشه خارج شوند. تنها گروه کهکشان های خوشه ما که شامل راه شیری، آندرومدا، تریانگولوم و چند کهکشان اقماری کوتوله هستند در معرض دید ما باقی خواهند ماند زیرا ما توسط گرانش به آنها پای بند شده ایم.

این اتفاق زیبایی نخواهد بود. سه کهکشان خوشه ما نهایتا به شکل یک ابرکهکشان تلفیق خواهند شد و کاملا از هر شیء دیگر در جهان جدا افتاده خواهند بود. به عبارتی در جهان خود تنها باقی خواهیم ماند.

حتی این ابرکهکشان نیز به تدریج تجزیه می شود. تعاملات تصادفی باعث پراکنده شدن ستارگان منفرد می شود و آنها را به مدارهای اتفاقی می راند و بالاخره در دام ابرسیاهچاله مرکز کهکشان خواهند افتاد. پس از 10²⁰ تا 10³⁰ سال، هیچ دستگاه پیچیده ای باقی نمی ماند و تمام اجرام بزرگ بصورت جزایری دورافتاده در دریای از تاریکی بی انتها خواهند بود.

تبهگن ها

در این غایت، کهکشان به آهستگی تجزیه شونده ما شبیه شکل امروزی نخواهد بود. ستارگان مدتها پیش از اینکه کهکشان ما تجزیه شود از میان رفته اند. در عوض، مرگ آخرین ستاره شروع دوران تبهگن را رقم می زند، غایت جهان ما که کوینتریلیون ها سال (هر کوینتریلیون سال برابر یک میلیارد میلیارد سال است) به خود اختصاص خواهد داد.

سیارات مجزا تا این دوران باقی خواهند ماند اما تمامی منابع داخلی گرمای خود را از دست می دهند. همچنین سیارکها، ستارگان دنباله دار و سایر تکه های سیارکی یا خرده ریز فضایی باقی خواهند ماند. بزرگترین ستارگان به ستارگان نوترونی و سیاهچاله تبدیل می شوند. ستارگانی مانند خورشید ما به کوتوله سفید تبدیل می شود. کوتوله های قرمز با از دست دادن قابلیت گداخت هسته ای به کوتوله های سیاه تبدیل می شوند، اجرام ستاره ای فاقد نور عجیبی که هنوز در عمر جهان ما یک نمونه از آنها به وجود نیامده است.

واکنش های کوانتومی تصادفی نهایتا و به آهستگی این اجرام بزرگ مقیاس را تجزیه خواهند کرد. ستارگان مرده اتمهای خود را از دست داد و پس از تقریبا 10⁶⁵ سال دیگر اثری از اجرام بزرگ در دنیا باقی نخواهد ماند.

سیاهچاله ها آخرین اجرام باقیمانده خواهند بود. اما آنها نیز بتدریج به تاریکی مطلق خواهند گرایید. یک فرایند کوانتومی بسیار عجیب به نام تابش هاوکینگ تمام سیاهچاله ها را مجبور به تابش آهسته انرژی و ذرات از خود می کند. این فرایند در اوج ناکارامدی است زیرا تقریبا هر سال تقریبا یک ذره از آنها صادر می شود. سیاهاله ها با آهنگ بسیار آهسته ای جرم از دست می دهند و پس از 10¹⁰⁰ سال آنها نیز از صفحه روزگار محو خواهند شد.

گرایش به تهی شدن

در پایان پایان کار جهان، پس از اینکه تمامی ستارگان بازمانده صحنه را همراه با سیاهچاله های باقیمانده از آنها ترک کردند، هیچ چیز به غیر از ذرات مجزا در دنیا باقی نخواهد ماند. ما هنوز نمی دانیم آیا پروتونها در این دوره حیات پایدار هستند یا نه. اگر پایدار باشند، پروتونها به عنوان بزرگترین ذرات باقیمانده در جهان به حیات خود  ادامه خواهند داد تا این که پس از 10²⁰⁰ سال آنها نیز متلاشی شوند.

اگر انرژی تاریک همچنان بر جهان تسلط داشته و انبساط جهان ادامه یابد، با آنچه با نام مرگ حرارتی جهان موسوم است مواجه خواهیم شد. دوران حاضر کیهان ما دارای انرژی عظیم و تفاوت های بزرگ حرارتی است اما قوانین تغییرناپذیر ترمودینامیک دیکته می کنند که این تفاوت ها بالاخره از بین خواهند رفت.

جهان – آنچه از آن باقی مانده است- به تعادل دمایی خواهد رسید و هیچ تفاوت حرارتی قابل احساسی باقی نخواهد ماند. و این دما به نزول خود ادامه خواهد داد اما هیگاه کاملا به صفر مطلق نمی رسد. بدین ترتیب هرگونه اثری از حیات از بین خواهد رفت، هرچند عجیب و بیگانه باشد.

و در انتها... چه کسی می داند؟ اولین لحظات مهبانگ مانند رازی برای ما باقیمانده زیرا شرایط آنقدر نهایی اند که از درک فیزیکی موجود ما فراتر می روند. همین امر برای آینده بی نهایت دور نیز صادق است. تمام درک ما از فیزیک برپایه آزمایشات و مشاهدات از حالت فعلی جهان است. ما هی مبنایی برای تعمیم فرایندهای فیزیکی به این آینده بسیار دور نداریم.

چه کسی می داند در آینده سرد و تاریک دنیا چه شگفتی های کوانتومی دست به کار تغییر عالم خواهند بود. شاید ناگهان یک مهبانگ جدید ناگهان از خلا برخیزد و جهان جدیدی از خلال خاکسترهای عالم مرده کهن برخیزد. احتمالی که تقریبا ناچیز است اما وقتی با مقیاس زمانی عظیم آینده محتمل مقایسه می شود حتی غیرقابل باورترین شگفتی ها نیز محتمل می گردد.

یا ممکن است چیزی کاملا غیرقابل انتظار روی دهد، چیزی که حتی زبان بیان آن را اکنون نداریم زیرا بخشی از روش کارکرد جهان امروزین ما نیست. تنها می توان به انتظار گسترش مرزهای دانش بشری ماند تا درک بهتری از این اسرار حادث شود.

نویسنده مقاله: Paul M. Sutter

منبع: Popular Mechanics

اختصاصی وبلاگ دنیای علم و تکنولوژی

سریعترین روبات انسان نمای دنیا که می‌تواند فوتبال بازی کند

مهندسین مکانیک دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس روباتی انسان نما ساخته اند که بزودی خواهد توانست در بازیهای واقعی فوتبال بازی کند. آنها نام آرتمیس (ARTEMIS) که مخفف فناوری پیشرفته روباتیک برای تحرک پذیری ارتقایافته و پایداری بهتر است را بر این روبات نهاده اند (Advanced Robotic Technology for Enhanced Mobility and Improved Stability). آرتمیس نام خدای یونانی شکار، حیوانات وحشی و نجابت است.

این روبات در ماه جولای به بوردوی فرانسه برده خواهد شد تا در مسابقات روبوکاپ شرکت کند. این روبات مهارت های شگفت آوری در فوتبال از خود نشان داده و پژوهشگران سازنده آن به شوخی آرتمیس را مخفف "روباتی که از مسی در فوتبال بهتر است"  (A Robot That Exceeds Messi In Soccer) نام نهاده اند.

آرتمیس می تواند با سرعت 2.1 متر بر ثانیه گام بردارد که از سرعت 1.42 متر بر ثانیه افراد معمولی بیشتر است.

نوآوری اصلی در ساخت آرتمیس محرکها (Actuators) آن است. محرکها ابزارهای الکترومکانیکی هستند که انرژی را به حرکت فیزیکی تبدیل می کنند، به عبارتی در واقع ماهیچه‌های روبات ها هستند. محرکهای آرتمیس طوری ساخته شده اند که مثل ماهیچه‌های بیولوژیکی عمل کنند. آنها با نیرو کنترل می شوند در حالی که بیشتر روباتها بر اساس موقعیت اجزای خود کنترل می‌شوند. از سوی دیگر این محرکها بجای هیدرولیک با برق عمل می کنند که باعث می شود عمل کم سروصداتری داشته باشند.

منبع:

https://www.zmescience.com/science/meet-artemis-the-worlds-fastest-humanoid-robot-that-trains-to-play-soccer/

عدد شگفت انگیز اویلر

عدد اویلر e که یک عدد اعشاری بی انتها و نزدیک به 2.71828 است، بطور طبیعی در گستره شگفت انگیزی از محیط زیست بشری خود را می‌نمایاند. معادلات حاوی e رفتار متغیرهای دنیای واقعی در زیست شناسی، آمار و مهندسی را بازتاب می دهند.

این عدد برای اولین بار در سال 1683 ظهور یافت، زمانی که ژاکوب برنولی استاد دانشگاه بازل سرگرم مطالعه معادلات سود مرکب بود. او می خواست بداند اگر یک بانک روی یک وام یک دلاری، 100 درصد نرخ سود سالانه مرکب به تعداد نامحدود در سال اخذ کند چه اتفاقی خواهد افتاد. عددی که او پیدا کرد همان e بود. معادله ای که برنولی به آن دست یافت به قرار زیر بود:

لئونارد اویلر ریاضیدان بزرگ در سال 1731 نام e را بر این عدد نهاد. از آن پس این عدد خود را در مهمترین معادلات احتمال، آمار، مهندسی، زیست شناسی، ترمودینامیک و فیزیک نشان داده است.

"تصور کنید 100 نفر در یک مهمانی شرکت یابند و همگی کت خود را به رخت آویز بیاویزند. فرض کنید هنگام رفتن میزبان به هر نفر بطور تصادفی یک کت بدهد احتمال اینکه هیچ کس کت خود را دریافت نکند با افزایش تعداد افراد به عدد 1/e نزدیک و نزدیکتر می شود".

این عدد همچنین در منحنی های زنگوله ای خود را می نمایاند، منحنی هایی آماری درباره متغیرهای تصادفی که به یکدیگر اضافه می شوند. معادله اساسی یک منحنی زنگوله ای به قرار زیر است:

که در آن متغیرها عبارتند از:

عدد e در معادلات مربوط به تعیین سن ارگانیسم های زنده با استفاده از کربن 14و تلاشی نمایی مواد رادیواکتیو نیز ظاهر می شود. وقتی یک موجود زنده می میرد، کربن 14 موجود در استخوانهای او شروع به تلاشی می کند. کربن 14 نیمه عمر مشخصی دارد و میزان باقی مانده در استخوان موجود زنده تابع زمانی است که از مرگ آن موجود گذشته است.

بدین ترتیب عدد e را می توان یکی از شگفت انگیزترین اعداد دردنیای ریاضیات دانست.

منبع: Popular Mechanics