ماده تاریک: راز بزرگ کیهان

در دهه 1930 یک ستاره شناس سوئیسی به نام فریتز زویکی متوجه شد کهکشان هایی که در خوشه های دوردست قرار دارند با سرعتی بسیار بیشتری از آنچه بر اثر جرم قابل رویت آنها محاسبه می شود، به دور خود می گردند.

سرعت گردش یک کهکشان به دور مرکز گرانشی خود به جرم آن بستگی دارد. هرچه جرم یک کهکشان بیشتر باشد، با سرعت بیشتری به دور مرکز گرانشی خود می گردد. زویکی با محاسبه سرعت واقعی چرخش کهکشانها متوجه شد گویی یک ماده نامرئی که می توان آن را ماده تاریک نامید، بر کهکشانها اثر گرانشی عظیمی وارد می سازد و به آنها شتاب گردش دورانی قابل ملاحظه ای تحمیل می کند.

از آن زمان تاکنون پژوهشگران تایید کرده اند که این ماده اسرارآمیز در سراسر عالم یافت شده و شش بار فراوانتر از ماده معمولی است که اشیای عادی و بدن ما انسانها را می سازد. با وجود مشاهده آثار این ماده در سراسر گیتی، دانشمندان هنوز پی به ماهیت آن نبرده اند. در مورد این ماده پرسش های بدون پاسخ فراوانی باقی مانده و هم اکنون یکی از بزرگترین رازهای علمی فراروی انسان است.

تا اینجا وجود ماده تاریک تنها یک فرضیه و حدس علمی است، زیرا بدون آن، رفتار ستاره ها، سیارات و کهکشانها غیرقابل توجیه می شود.

1. ماده تاریک چیست و چرا قابل دیدن نیست؟

ماده تاریک کاملا نامشهود است. هیچ نور یا انرژی ساتع نمی کند بنابراین با حسگرها و آشکارسازهای معمولی قابل مشاهده نیست. به باور دانشمندان، ترکیب شیمیایی این ماده باعث ماهیت غیرعادی آن می شود.

ماده مرئی که به آن ماده باریونیک نیز گفته می شود از باریون ها ساخته شده است – عنوانی گسترده که برای اشاره به ذرات درون اتم مانند پروتونها، نوترونها و الکترونها بکار می رود. دانشمندان تنها می توانند حدسیاتی درباره ماهیت این ماده ابراز کنند. بیشتر دانشمندان بر این باورند که ماده تاریک از ماده غیرباریونیک ساخته شده است. مهمترین داوطلب برای این ذرات ویمپ ها هستند – یعنی ذرات جسیم با برهم کنش ضعیف. این ذرات ممکن است ده تا صد برابر سنگین تر از پروتون بوده ولی برهم کنش ضعیف آنها با ماده معمولی آشکار سازیشان را دشوار سازد. ذرات پیشنهادی دیگر نوترالینوها هستند، ذرات جسیم فرضی سنگین تر و کندتر از نوترینوها. اما این ذرات هنوز آشکارسازی نشده اند. نوترینوهای استریل داوطلب بعدی هستند. نوترینوها ذراتی هستند که ماده عادی را نمی سازند. جریان پیوسته ای از نوترینوها از سوی خورشید صادر می شود اما از آنجایی که با ماده عادی بندرت واکنش می کنند، به آسانی از درون زمین و ساکنان آن می گذرند.

 سه نوع شناخته شده از نوترینو وجود دارد. نوع چهارم که نوترینوی استریل نامیده می شود ذره پیشنهادی سازنده ماده تاریک است. نوترینوی استریل تنها از طریق گرانش می تواند با ماده عادی برهم کنش داشته باشد. اما سوال اساسی این است که درصد هر کدام از این چهار نوع نوترینو چقدر است.

ذرات فرضی آکسیونهای خنثای کوچکتر و فوتینوهای بدون بار نیز داوطلبهای دیگری برای ساختار ماده تاریک هستند.

چیزی به نام ضدماده نیز وجود دارد که همانند ماده تاریک نیست. ضد ماده شامل ذراتی است که اساسا معادل ماده مرئی معمولی هستند لیکن بار مخالف دارند. این ذرات ضدپروتون یا ضد الکترون نامیده می شوند. وقتی ضد ذرات با ذرات معمولی تلاقی پیدا می کنند، انفجاری روی می دهد که نتیجه نابودی هر دو نوع ماده و ضد ماده است. ما در دنیایی زندگی می کنیم که ماده معمولی در آن شکل غالب دارد و ضد ماده آزادی یافت نشده است. در غیر ینصورت همه چیز در دنیا در اثر واکنش میان ماده و ضد ماده از میان می رفت. برخلاف ماده تاریک، فیزیکدانان می توانند ضد ماده را بطور عملی در آزمایشگاههای خود بسازند.

2. آیا ماده تاریک واقعا وجود دارد؟

دانشمندان بطور قطع پاسخ این سوال را نمی دانند. آنچه می دانیم این است که اگر به یک کهکشان نوعی نگاه کنیم، با در نظر گرفتن تمام ماده ای که به صورت ستارگان، گاز و غبار می بینیم و استفاده از قانون گرانش و حرکت نیوتن یا حتی شکل درست تر آن، قانون نسبیت عام اینشتاین، تلاش برای توصیف جنبش های این ماده مشهود ما را به پاسخ نادرست می رساند. به عبارتی سرعت گردش کهکشان به دور مرکز خود بسیار کمتر از آنچه دیده می شود، محاسبه خواهد گردید. اشیای موجود در کهکشان بسیار سریعتر از آنچه قوانین فیزیکی پیشنهاد می کند، حرکت می کنند. ماده قابل دیدن آنقدر کافی نیست که این شتاب های گرانشی بزرگ در کهکشان ها یا خوشه های کهکشانی را ایجاد کند. برای این واقعیت دو تفسیر ممکن وجود دارد:

1. ماده بیشتری وجود دارد که توسط تلسکوپها قابل دیدن نیست. ما آن را ماده تاریک می نامیم.

2. قوانین نیوتن و حتی نسبیت عام در مقیاس کهکشانها و هرچیزی بزرگتر از آنها صدق نمی کنند. بلکه باید به دنبال قانون دیگری بود که آن را قانون تغییریافته گرانش یا دینامیک تغییر یافته نیوتنی می توان نامید.

بیشتر کیهان شناسان فرض وجود ماده تاریک را معتبر می دانند. بخشی از دلیل آنها این است که نگاشتن یک نظریه موفق برای دینامیک تغییریافته نیوتنی بسیار دشوار است و نیز این که تابش پس زمینه کیهانی، یعنی امواج مایکرو ویوی که بیش از 13 میلیارد سال پیش و به هنگام جوانی عالم تشکیل شده اند نیاز به فرض همین مقدار ماده تاریک را الزام می نمایند.

3. آیا ماده تاریک دارای جرم است؟

اگر ماده تاریک براستی وجود داشته باشد باید دارای جرم باشد. ماده فاقد جرم، اثر گرانشی بر اجرام عالم نمی گذارد.

4. ما چگونه به دنبال ماده تاریک می گردیم؟

از آنجایی که ماهیت ماده تاریک بر ما معلوم نیست، برای هر فرضیه خاص در این باره یک روش جستجوی متفاوت مناسب خواهد بود. دانشمندان آشکارسازهای غول آسایی در اعماق زمین قرار داده اند تا آنها را از اثرات هرگونه جریان ذرات مزاحم پیرامونی محفوظ دارند و به دنبال سیگنال هایی که از ماده تاریک می آید گشته اند.

5. چرا تصور می کنیم ماده تاریک واقعا وجود دارد؟

پاسخ در اثرات گرانشی نهفته است. از دهه 1920 ستاره شناسان بر این باور بوده اند که کیهان بایستی ماده بیشتری از آنچه می توانیم ببینیم در خود داشته باشد زیرا نیروهای گرانشی موجود بسیار نیرومندتر از آنی هستند که ماده مشهود بتواند ایجاد کند.

ستاره شناسانی که در دهه 1970 کهکشانهای مارپیچی را مطالعه می کرده اند انتظار داشتند ماده موجود در مرکز این کهکشانها سریعتر از لبه های بیرونی حرکت کند. اما معلوم شد ستارگان در هر دو مکان با سرعت یکسانی می گردند که بدین معناست که کهکشانها جرم بیشتری از آنچه قابل مشاهده است دارند.

مطالعه گاز موجود درون کهکشانهای بیضوی نیز بر وجود جرم بیشتری درون کهکشانها دلالت داشت. اگر تنها جرم موجود درون خوشه های کهکشانی همان جرم مشهود بود، این خوشه ها بسیار پیش تر از این از هم پاشیده شده بودند.

به نظر می‌رسد کهکشانهای مختلف دارای مقادیر متفاوتی از ماده تاریک باشند. در 2016 تیمی از ستاره شناسان کهکشانی به نام سنجاقک 44 یافتند که تقریبا تماما از ماده تاریک ساخته شده بود. از سوی دیگر از سال 2018 ستاره شناسان کهکشانهایی یافته اند که به نظر می‌رسد به کلی عاری از ماده تاریک هستند.

نیروی گرانش نه تنها بر مدار ستارگان درون کهکشانها، بلکه بر مسیر نور تابش شده نیز تاثیر می گذارد. آلبرت اینشتاین در اوایل دهه 1920 نشان داد که اشیای جسیم در کیهان مسیر پرتو نور را تحت اثر گرانش خود خم کرده و تغییر می‌دهند. این پدیده لنز گرانشی نامیده می شود. با مطالعه نحوه اعوجاج در مسیر نور توسط خوشه های کهکشانی دانشمندان توانسته اند نقشه ای از ماده تاریک در کیهان ترسیم کنند. اکثریت بزرگی از جامعه ستاره شناسی دنیا هم اکنون بر وجود ماده تاریک باور دارند. با این وجود هنوز این احتمال نیز وجود دارد که ماده تاریک اساسا غیرواقعی باشد. در اینصورت باید تمامی قوانین فیزیک در ابعاد بزرگ تغییر داده شوند.

6. ماده تاریک از کجا می آید؟

بنظر می رسد ماده تاریک در سراسر کیهان به شکل یک الگوی شبکه ای منتشر شده است که خوشه های کهکشانی گره‌های این شبکه را در محل تلاقی رشته های آن تشکیل می دهند. موضوع زمانی پیچیده تر می‌شود که بنظر می رسد علاوه بر ماده تاریک نوعی انرژی تاریک نیز وجود دارد، نیروی مرموزی که باعث شتاب گرفتن انبساط عالم علیرغم مخالفت گرانش می شود.

الگوی شبکه مانند ماده تاریک که در سراسر گیتی پراکنده است.

اما ماده تاریک از کجا می آید؟ پاسخ روشنی نداریم. اما چند نظریه در این مورد وجود دارد. پژوهشی که در سال 2021 در نشریه آستروفیزیکال چاپ شد پیشنهاد کرد که ماده تاریک ممکن است در سیاهچاله ها متمرکز شده باشد، دروازه‌های نیرومندی به عالم ناچیز که بواسطه نیروی عظیم گرانشی هرچیزی در مجاورت خود را به درون می بلعند. بنابراین ماده تاریک ممکن است همراه با تمامی عناصر تشکیل دهنده عالم امروزین در سیاهچاله ها تشکیل شده باشد.

چنین پنداشته می شود که باقیمانده های ستارگان مانند کوتوله های سفید و ستارگان نوترونی نیز حاوی مقادیر عظیمی ماده تاریک باشند. و نیز به اصطلاح کوتوله های قهوه ای، ستارگان ناکامی که به اندازه کافی ماده برای آغاز واکنش هسته‌ای در مرکز خود گرد نیاورده اند.

با استفاده از حسگرهای نیرومند تلسکوپ فضایی جیمز وب و تلسکوپ اقلیدس آژانس فضایی اروپا، دانشمندان امیدوارند شواهد مستحکم تری درباره وجود و ماهیت ماده تاریک بدست آورند.

Source: Live Science

برای ویدیویی جذاب درباره ماده تاریک به لینک زیر در یوتیوب مراجعه فرمایید:

https://www.youtube.com/watch?v=PUnoYS_cYO0

خورشید چه زمان می میرد؟

خورشید زمانی خواهد مرد، اما آن لحظه ای است در میلیاردها سال بعد.

خورشید انرژی لازم برای حیات بر روی زمین را تامین می کند و بدون این ستاره ما وجود نخواهیم داشت. اما حتی ستارگان نیز عمر محدودی دارند و روزی خواهند مرد. اما جای نگرانی نیست. این واقعه حدود 5 میلیارد سال بعد اتفاق خواهد افتاد.

خورشید چه زمانی خواهد مرد؟

زمان حدود 5 میلیارد سال بعد ذخیره سوخت هیدروژن خود را به اتمام رسانده و خواهد مرد. در انتها خورشید به یک کوتوله سفید تبدیل می شود. یک کوتوله سفید عملا یک ستاره مرده است که تمام سوخت هسته ای قابل همجوشی خود را سوزانده است. یک کوتوله سفید به آرامی سردتر و سردتر می شود. این سرنوشت نهایی ستاره‌ای با جرم متوسط مانند خورشید است.

گرچه خورشید حجمی بیش از یک میلیون برابر زمین دارد، یک کوتوله سفید تقریبا به اندازه زمین است. بیشتر کوتوله های سفید از حالت فوق چگالی از ماده به نام ماده تبهگن الکترونی ساخته شده اند. در این حالت تمامی الکترونها در پایین ترین وضعیت انرژی خود هستند.

خورشید ما به عنوان یک کوتوله سفید دارای هسته یا از کربن و اکسیژن خواهد بود که باقیمانده های ناشی هز همجوشی هلیوم هستند. لایه بیرونی این کوتوله سفید شامل لایه نازکی از هیدروژن دست نخورده خواهد بود. برخی کوتوله های سفید دارای این لایه هیدروژن بیرونی نیستند زیرا سوختن هسته یا در طی فرایند تکامل آنها کامل بوده است.

برای زمین در هنگام مرگ خورشید چه اتفاقی می افتد؟

در زمان مرگ خورشید، زمین احتمالا وجود نخواهد داشت. خورشید قبل از تبدیل شدن به کوتوله سفید به آرامی انبساط می یابد. حدود 5 میلیارد سال بعد، خورشید وارد مرحله غول قرمز می شود. در طی این مرحله، خورشید هیدروژن هسته خود را به اتمام رسانده و هیدروژن موجود در لایه اطراف هسته داخلی خود را می سوزاند.

تولید انرژی در لایه های بیرونی بطور قابل ملاحظه ای افزایش یافته و ستاره شروع به گسترش می کند، تا اینکه حدود 200 بار بزرگتر شده و به حالت تعادل جدیدی می رسد. در این مرحله خورشید به حداکثر اندازه خود رسیده و زمین را خواهد بلعید.

در نقطه ای از رسیدن خورشید به اندازه بیشینه خود سوزاندن هلیوم در مرکز آن شروع می شود. همجوشی هلیوم همراه با ضربان های حرارتی است که جرم زیادی از خورشید را به بیرون پرتاب می کنند.

هم اکنون نیز زمین بتدریج آب خود را از دست می دهد. تابش فوق بنفش و بادهای خورشیدی بخار آب لایه های فوقانی جو را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می کنند. داده هیا ماهواره ای نشان می دهند هم اکنون زمین لایه رو به گسترشی هیدروژن در اتمسفر بیرونی خود دارد. بتدریج با افزایش تابندگی خورشید در طی یک میلیارد سال آینده زمین تمامی آب و اقیانوس های خود را از دست داده وو به سیاره مرده یا مانند مریخ تبدیل خواهد شد.

برای سایر سیارات دستگاه خورشیدی چه اتفاقی خواهد افتاد؟

از دست دادن رو به تصاعد جرم خورشید در مراحل پایانی تکامل آن، لایه های بیرونی اتمسفر مشتری، زحل، اورانوس و نپتون را از بین خواهد برد. ممکن است اجرام فوق داغ پرتاب شده که به شکل سحابی های سیاره ای در خواهند آمد بیشتر جرم این غولهای گازی را از بین ببرند بطوری که تنها اشباحی از آنها باقی بماند.

آیا ممکن است پس از مرگ خورشید دستگاه خورشیدی جدیدی شکل گیرد؟

ماده به بیرون پرتاب شده از خورشید و سیارات دیگر فضای میان ستاره ای را با عناصر سنگین مانند کربن، نیتروژن، اکسیژن، باریم، روی و لانتانوم غنا خواهد بخشید.

ابرهایی از این مواد به علاوه مواد ناشی از ستارگان دیگر می تواند ابرهای چگالی را شکل داده و در نهایت به شکل نسل جدیدی از ستارگان نو متراکم شود.

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