تصویر سیاره مشتری از نگاه وویاجر و جیونو

تصویر سمت چپ توسط فضاپیمای وویاجر 45 سال پیش انداخته شده است. تصویر سمت راست اما از نگاه دوربین فضاپیمای جیونو در 2016 انداخته شده است. پیشرفت تکنولوژی دانشمندان را قادر ساخته است جزئیات بی نظیری از غول گازی دستگاه خورشیذی فراهم سازند.

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.

آزمون واکسن جدید سرطان مبتنی بر mRNA در بریتانیا آغاز شد.

یک مرد 81 ساله اولین بیماری خواهد بود که در بریتانیا واکسن جدیدی برای درمان تومورهای صلب سرطانی مانند سرطان ملانومای پوست دریافت می کند.

واکسنهای سرطان درمانی (تراپیوتیک) مانند نوعی ایمنی درمانی عمل می کنند. به این معنا که به سیستم ایمنی کمک می کنند با سلولهای سرطانی بجنگند. آنها با واکسن های پیشگیری از سرطان ماند واکسن HPV در پیشگیری از سرطان دهانه رحم بسیار موثر است تفاوت اساسی دارند. در ایالات متحده چند واکسن درمانی وجود دارد که برای استفاده در درمان ملانوما، سرطان پروستات و سرطان مثانه مورد تایید قرار گرفته اند.

واکسن جدیدی که در بریتانیا و سراسر دنیا مورد آزمون قرار گرفته mRNA-4359 نام دار. مشابه واکسن های کووید 19 ساخت فایزر و مدرنا این درمان شامل مولکولی ژنتیکی به نام mRNA است. این مولکول پسرعموی DNA دستورالعمل ها را به کارخانجات ساخت پروتئین در سلولها منتقل می کند و به آنها اطلاع می دهد پروتئین های خاصی بسازند.

در مورد mRNA-4359، این واکسن به سلولها دستور می دهد پروتئین هایی را بسازند که اغلب در تومورهای صلب سرطانی یافت می شود. این پروتئین ها سپس به دستگاه ایمنی بدن ارائه می شوند و آنها را وا می دارند به جستجوی سلولهای سرطانی برآیند.

واکسن mRNA-4359 برای استفاده در هر بیماری با نوع خاصی سرطان ساخته شده است زیرا به دنبال پروتئین هایی می گردد که در آن تومورها وجود دارند. سایر واکسن های mRNA دردست توسعه اغلب شخصی تر هستند. برای مثال یا واکسن سرطان لوزالمعده (پانکراس) است که از اطلاعات وراثتی استخراج شده از تومورهای شخص بیمار استفاده می کند. این واکسن طوری ساخته می شود که پروتئین های یافت شده در سلولهای سرطانی شخصی معین را هدف قرار دهند.

آزمون mRNA-4359 امکان اثربخشی واکسن در کوچک ساختن تومورهای سرطان شش و پوست بیماران را نیز بررسی می کند. درمانهای مبتنی بر mRNA افق جدیدی برای پیروزی انسان در مبارزه طولانی علیه سرطان گشوده اند.

منبع Live Science، هشتم فوریه 2024

New mRNA 'cancer vaccine' trial launches in UK