دانشمندان با استفاده از عدسي و صفحه اي شيشه اي موفق به ابداع دام رنگين کماني شده اند. ابداعي که در آينده اي نه چندان دور مي تواند به عنوان تکنيکي براي ذخيره سازي اطلاعات نيز مورد استفاده قرار گيرد.

دانشمندان دانشگاه سوري ، طرح دام رنگين کماني را در سال 2007 بر اساس استفاده از «متا مواد» ارائه کردند که مي توانست نور را دچار تغييرات کند اما محققان دانشگاه توسون در مريلند با استفاده از ابزاري ساده تر موفق به ابداع اين دام شده اند.

يک سوي عدسي استفاده شده در اين ابزار توسط لايه اي 30 نانومتري از طلا پوشش داده شده به شکلي که لايه اي باريک از هوا ميان عدسي و لايه طلايي قرار گرفته است.

لايه هوا به تدريج ضخامت خود را از دست داده و به صفر مي رسد و در نقطه اي که لايه طلايي سطح عدسي را لمس مي کند ، موج بَر يا هدايت کننده امواج نوري به وجود مي آيد که امکان عبور اجزاي نور را از ميان منافذي که از طول موج آنها کوچکتر است غيرممکن مي سازد.

محققان با تاباندن پرتو ليزري به انتهاي باز اين موج بَر مشاهده کردند که طيفهاي رنگي رنگين کمان در سطح ميکروسکوپي در ميان عدسي ابزار شکل گرفته و به دام مي افتند.

بر اساس گزارش پاپ ساينس ، اين ابداع به صورت تئوري مي تواند در توليد ابزارهاي ذخيره اطلاعات نوري مورد استفاده قرار گيرد که در اين صورت تجهيزات رايانه اي کنوني بايد سيگنالهاي الکتريکي خود را به سيگنالهاي نوري و برعکس تبديل کنند اما در حال حاضر مي توان به اين ابزار به عنوان وسيله اي نگاه کرد که مي تواند رنگين کمان را در دستهاي شما قرار دهد.

مهر

رکورد پيشين بالاترين سطح انرژي براي شتاب دهنده Tevatron واقع در شيکاگو به ثبت رسيده است.

به گفته مقامات سرن دستيابي به اين سطح از انرژي براي برخورد دهنده هادرون دستاوردي ديگر در مسير موفقيت در آزمايش اصلي اين آزمايشگاه بزرگ فيزيکي در سال 2010 به شمار مي رود.

برخورد دهنده بزرگ هادرون با هدف برخورد دو ذره ساب اتمي با سرعتي برابر سرعت نور ساخته شده است تا دانشمندان بتوانند با کمک نتايج به دست آمده از اين آزمايش به کشف اسرار ناشناخته جهان هستي بپردازند.

LHC تا کنون در سطح پاييني از انرژي برابر 450 ميليارد الکترون ولت فعاليت کرده است، روز يکشنبه 29 نوامبر 2009 مهندسان سطح انرژي در اين برخورد دهنده را تا 1.18 تريليون الکترون ولت افزايش دادند. رکورد پيشين انرژي که به برخورد دهنده Tevatron اختصاص دارد در حدود 0.98 تريليون الکترون ولت به ثبت رسيده است.

انرژي اين برخورد دهنده به تدريج و به منظور اجراي آزمايش اصلي شبيه سازي انفجار بزرگ به انرژي برابر هفت تريليون الکترون ولت افزايش خواهد يافت.

هفته گذشته اين برخورد دهنده موفق به ايجاد برخورد کم انرژي ميان پرتوهاي پرتوني شد که اين موفقيت موجي از شادي را در ميان فيزيکدانان سرن برانگيخت.

بر اساس گزارش بي بي سي، برخورد دهنده بزرگ هادرون در ماه سپتامبر سال گذشته و مدت کوتاهي پس از فعال سازي به دليل بروز نقص فني در يکي از اتصالات الکترونيکي اش از کار افتاد و تعميرات آن بيش از يک سال ادامه پيدا کرد.

مهر

مهندسان ناظر برخورد دهنده بزرگ هادرون سرانجام توانستند براي اولين بار شاهد برخورد دو پروتون در اين برخورد دهنده عظيم باشند. اين دو پروتون در عمق 100 متري زير مرز فرانسه و سوئيس توسط هزار و 200 مغناطيس ابررسانا در جهت مخالف يکديگر هدايت شده و با يکديگر برخورد کردند.

اين رويداد از نظر دانشمنداني که در اين آزمايشگاه بزرگ مشغول به کارند دستاوردي بزرگ به شمار مي رود. اين برخورد کم انرژي که با هدف آشکار ساختن رازهاي کيهاني صورت گرفته است، پس از تابش دو پرتو به صورت همزمان و در دو جهت مخالف در تونل 27 کيلومتري برخورد دهنده هادرون رخ داد.

برخورد دهنده بزرگ هادرون که توسط سازمان مطالعات اتمي اروپا، سرن راه اندازي شده است بزرگترين ماشين آزمايشگاهي جهان به شمار مي رود و مي تواند شرايطي مشابه آنچه چند ميلي ثانيه پس از انفجار بزرگ در جهان رخ داد را شبيه سازي کند. دانشمندان در اين آزمايشگاه به جستجوي نشانه هايي از بوزون هيگز، ذره اي ساب اتميک که در درک درست از فيزيک بسيار حياتي به شمار مي رود، خواهند بود.

دانشمندان پيش از اين از عملکرد مطلوب دستگاه و سرعت عمل آن پس از فعال سازي مجدد ابراز خرسندي کرده بودند. رالف هيور مدير کل سرن از سرعت بالا در دستيابي به برخورد دو ذره ابراز خوشحالي کرده و از آن به عنوان دستاوردي بزرگ و ارزشمند ياد مي کند. به گفته وي با اين حال بايد به آينده نيز چشم دوخت زيرا تا آغاز برنامه فيزيکي اصلي برخورد دهنده بزرگ هادرون راه طولاني در پيش است.

جيزم گيليز مدير ارتباطات سرن اعلام کرد اولين برخورد پروتونها درست زماني صورت گرفت که کنفرانس خبري به منظور بررسي عملکرد ماشين پس از فعال سازي در حال برگزاري بود. ردياب اطلس هادرون اولين رديابي بود که حضور پروتونهاي کانديداي برخورد را به ثبت رساند و پس از آن دو ردياب آليس و LHCb با فاصله چند 10 دقيقه موفق به مشاهده اين پروتونها شدند. سپس اپراتورها پرتوهاي پروتون را به منظور ايجاد برخورد با يکديگر انطباق داده و سرانجام دو پروتون با يکديگر برخورد کردند.

بر اساس گزارش بي بي سي، مهندسان سرن برخورد دهنده بزرگ هادرون را عصر روز جمعه پس از 14 ماه خاموشي به دليل انجام تعميرات براي دومين بار فعال سازي کردند. اين آزمايشگاه عظيم 14 ماه پيش به دليل بروز اختلال در يکي از اتصالات الکتريکي از کار افتاد.

مهر

اين مدل‌هاي رايانه‌اي نشان مي‌‌دهد چگونه گروهي از زنبورهاي عسل به صورت اشتراكي و دسته‌جمعي در ارتباط با انتخاب مكان جديد تصميم‌گيري مي‌كنند و از بين مكان‌هاي موجود، بهترين جا را براي سكونت انتخاب مي‌كنند.

پيش از اين، در كنفرانس برگزار شده اوايل سال 2009 محققان براساس مدل‌هاي رايانه‌اي، استعداد شگرف و چشمگير زنبورهاي عسل در انتخاب بهترين مكان براي سكونت را كه ناشي از فعل و انفعال پيچيده انفرادي و در نهايت تصميم‌گيري جمعي است تشريح كرده بودند.

اكنون با تشريح رياضي اين مدل‌ها انجام شده از طريق فيزيك آماري، زيست‌شناسان قادر به تصحيح و بسط اين نتايج هستند تا شايد تصوير واقعي‌تري از رفتارهاي اجتماعي زنبور عسل ترسيم كنند و به حقايق بيشتري درباره اين موجود دست يابند.

اين روش تحقيق حوزه‌اي نسبتا جديدي از تحقيقات در علوم پيچيده است كه حدود 15 سال از آغاز آن مي‌گذرد.

حوزه كاربردهاي فيزيك نظري در اجتماعات مدرن، هميشه واضح و آشكار نبوده است، اما فيزيكدانان سعي در توضيح و درك رفتار عوامل بسيار كوچك مانند ملكول‌ها و اتم‌ها و در نتيجه ايجاد يك خروجي مشترك بوده‌اند كه با استفاده از الگوي جديد به دست آمده، ممكن خواهد بود.

علوم مركب براساس اين نوع دانش و فهم، استوار بوده و كاربرد آن براي مدل‌هاي اقتصادي، مطالعه بازارهاي مالي، مديريت ترافيك و پديده‌هاي اجتماعي مانند اختلالات جمعيتي و انتشار شايعات و تصميمات در جوامع انساني موفقيت‌آميز بوده است؛ همان‌طور كه در زمينه تصميم‌گيري جمعي و آموزش، كاربرد موفقي داشته است. شبيه‌سازي به وسيله فيزيك آماري همچنين مي‌تواند در ساخت مدل‌هاي بهتر زيست‌شناسي، فهم چگونگي انتشار امراض و عوامل كنترل فشارخون به كار آيد.

اين تحقيق نتيجه تعامل متقابل فيزيكدانان با دانشمندان علوم اجتماعي بوده است.

استقلال و وابستگي در انتخاب جا از سوي زنبورهاي عسل، مدل‌هاي مبتني بر عامل، روش‌هاي تحليلي و شكل‌گيري الگو آخرين موضوعاتي است كه بتازگي در مجله زيست‌شناسي نظري به چاپ رسيده است.

مترجم: آتنا حسن‌آبادي
منبع : Physorg

فيزيک بدون شک علمي شگفت انگيز است، ذراتي که وجود ندارند در احتمالات به حساب مي آيند، و زمان متناسب با سرعت حرکت شيئي تغيير مي کند. نشريه تلگراف  10 پديده عجيب از اين عجايب در علم فيزيک را با کمک تعدادي از کاربران توئيتر و کيهان شناسي به نام مارکوس چاون ارائه کرده است که در ادامه ارائه خواهد شد.

خورشيد مي توانست از موز ساخته شده باشد: خورشيد بسيار پر حرارت است زيرا وزن چند ميليارد ميليارد ميليارد تني آن گرانش عظيمي به وجود مي آورد که در نتيجه هسته ستاره را تحت فشاري غير قابل تصور گذاشته و در نتيجه فشار بالا حرارت فوق العاده توليد مي کند. در صورتي که به جاي گاز هيدروژن از ميلياردها ميليارد ميليارد تن موز استفاده مي شد نيز همان ميزان فشار و در نتيجه همان مقدار حرارت در خورشيد به وجود مي آمد. با اين حال با افزايش حرارت، اتمها با بخشهاي مختلف ساختار ستاره اي برخورد کرده و انرژي اتمي را به وجود مي آورند که در اينجا تفاوت ميان حضور هيدروژن و موز در ساختار خورشيد آشکار خواهد شد.

تمام ماده اي که نسل بشر را به وجود آورده است در يک حبه قند جا مي گيرد: اتم ها 99.9999999999999 درصد فضاي خالي هستند و به همين دليل در صورتي که تمامي اتم ها را به گونه اي به هم بفشاريم که فضاي خالي ميان آنها از بين برود، يک قاشق چاي خوري يا حجمي برابر يک حبه قند از اين ماده در حدود پنج ميليارد تن وزن خواهد داشت، وزني 10 برابر مجموع وزن تمامي انسانهايي که در حال حاضر در جهان حضور دارند. اين در واقع همان پديده اي است که در ستاره هاي نوتروني رخ مي دهد و وزن آنها را تا حد غير قابل باوري افزايش مي دهد.

آنچه آينده است مي تواند آنچه گذشته بوده است را تغيير دهد: شگفتي جهان کوانتوم به اثبات رسيده است، آزمايش دو جداره که نور را در دو حالت موج و ذره به اثبات مي رساند به اندازه کافي عجيب و غير قابل تصور هست. به خصوص زماني که اعلام شود مشاهده نور مي تواند آن را از موج به ذره و يا برعکس تبديل کند. اما پديده هاي عجيبتر اين جهان پس از آزمايش جان ويلر فيزيکدان در سال 1978 خود را نمايان کرد. آزمايش وي نشان داد مشاهده يک ذره در حال مي تواند سرنوشت ذره مشابه ديگري در گذشته را متحول سازد.

طبق آزمايش دو جداره در صورتي که هر يک از پرتوهاي نوري خارج شده از يکي از شکافهاي صفحه آزمايش را مشاهده کنيد، در واقع پرتو را مجبور کرده ايد خصوصيات ذره اي به خود بگيرد و اگر به هدف برخورد پرتو چشم بدوزيد خصوصيت موج گونه به پرتو نور بخشيده ايد اما در صورتي که پس از عبور پرتو نور از شکاف به مسيري که از آن ناشي شده است چشم بدوزيد آنگاه است که پرتو نور مي تواند در هر دوحالت شکل بگيرد.

به بياني ديگر زمان حال بر گذشته پرتو نوري تاثير گذاشته است. اين آزمايش در آزمايشگاه تنها چند صد هزارم ثانيه به طول مي انجامد اما در مشاهده نورهاي ناشي از ستاره هاي دوردست نيز صدق مي کند. در واقع مشاهده اکنون ستاره هاي دوردست مي تواند گذشته چند هزار يا ميليون ساله آنها را تغيير دهد.

تقريبا همه جهان گم شده است: مي توان به جرات گفت در حدود 100 ميليارد کهکشان در جهان هستي وجود دارد که هر يک از آنها از 10 ميليون تا 10 تريليون ستاره را در خود گنجانده اند. خورشيد زمين در مقايسه با اين ستاره هاي يکي از کوچکترين و ضعيفترين ستاره ها به شمار مي رود و حتي مي توان نام کوتوله زرد رنگ را بر روي آن گذاشت. در واقع در جهان هستي مقادير ترسناک و عظيمي از ماده مرئي وجود دارد که انسان تنها قادر به مشاهده دو درصد از آن است.

وجود اين حجم ماده به واسطه نيروي گرانش آنها پيش بيني مي شود و ماده تاريک نيز که مقدار آن 6 برابر جرم ماده مرئي تخمين زده مي شود، نيز بخش نامرئي جهان را تشکيل داده است. وجود انرژي تاريک به عنوان بخشي ديگر از جهان که در واقع مابقي جهان را تشکيل داده است، موضوع را پيچيده تر خواهد کرد، انرژي که با گسترش سريع جهان در ارتباط است و به همراه ماده تاريک همچنان ناشناخته باقي مانده است.

جسم مي تواند سريعتر از نور حرکت کند و نور هميشه بسيار سريع حرکت نمي کند: سرعت نور در خلا 300 هزار کيلومتر بر ساعت است با اين حال نور هميشه در خلا حرکت نمي کند. براي مثال نور در آب با سرعتي يک سوم سرعت گفته شده حرکت مي کند. در واکنش هاي اتمي برخي از ذرات به سرعت هاي بسيار بالايي دست پيدا مي کنند که بخشي از سرعت نور است و در صورتي که از ميان رابطي که سرعت نور را خواهد کاست عبور کنند، در واقع مي توانند سريعتر از نور حرکت کنند.

چنين پديده اي درخششي آبي رنگ از خود به وجود مي آورد که به «تشعشعات شرنکوف» شهرت داشته و با بمبهاي صوتي قابل مقايسه است. کمترين سرعتي که تا کنون براي نور به ثبت رسيده است 17 متر بر ثانيه يا 61 کيلومتر بر ساعت بوده که به واسطه عبور از ميان روبيديوم منجمد با حرارتي برابر صفر مطلق ايجاد شده است. در اين حرارت اين ماده حالتي به نام ميعان «بوز- انشتين» را تجربه مي کند.

تعداد نامحدودي نويسنده مطلب را نوشته و تعداد نامحدودي خواننده آن را مي خوانند: بر اساس مدلهاي استاندارد کيهان شناسي جهان مرئي با تمامي ميلياردها کهکشان و تريليون تريليون ستاره هايش تنها يکي از بي نهايت جهانهايي است که مانند حبابهاي صابون در يک اسفنج در کنار يکديگر قرار گرفته اند. به دليل بي نهايت بودن آنها مي توان هر تاريخچه ممکني را برايشان در نظر گرفت. اما تعداد تاريخچه هاي ممکن براي اين جهانها متناهي است زيرا تعداد محدودي پديده و تعداد محدودي نتيجه در بر داشته اند.

تعداد اين پديده ها بسيار زياد اما متناهي است پس همين پديده عيني و کنوني که نويسنده اين مطلب را نوشته و شما آن را مي خوانيد، بايد بي نهايت بار در زمان رخ داده باشد. شگفت انگيز تر از آن اين است که بدانيم نزديکترين همتاي ما در چه فاصله اي از ما قرار گرفته است. اين فاصله عددي برابر 10 به توان 10 به توان 28 متر تخمين زده شده است که در صورت علاقمندي به محاسبه آن مي توانيد از عدد يک و 10 ميليارد ميليارد ميليارد صفر در برابر آن استفاده کنيد!

سياهچاله ها سياه نيستند: به طور حتم سياهچاله ها بسيار تاريکند اما سياه نيستند زيرا اين پديده ها درخشان بوده و به آرامي نور خود را در تمامي طيفهاي نوري از جمله نور مرئي به اطراف منتشر مي کنند. اين تشعشعات که «تشعشعات هاوکينگ» نام دارد نور خود و جرم سياهچاله ها را به تدريج کاهش داده و  با از دست دادن منبع جرم سياهچاله ها تبخير مي شوند. 

سياهچاله هاي کوچک در مقايسه با جرمشان و نسبت به سياهچاله هاي بزرگتر با سرعتي بالاتر از خود نور منتشر مي کنند و بر همين اساس در صورتي که برخورد دهنده بزرگ هادرون بر اساس برخي نظريه ها از خود ميکروسياهچاله هايي توليد کند، آنها به سرعت تبخير خواهند شد و دانشمندان پس از آن قادر خواهند بود بقاياي تابشهاي آنها را مشاهده کنند.

تصور بنيادين از جهان مسئول گذشته، حال و آينده آن نيست: بر اساس نظريه نسبيت خصوصي چيزي به نام اکنون، گذشته يا آينده وجود ندارد و قالبهاي زماني به يکديگر وابسته اند زيرا همه هستي در سرعتي برابر در حرکت است. درصورتي که انسان با سرعتي کاملا متفاوت در حرکت بود شاهد پير شدن زودهنگام يکي از نزديکان و يا دير پير شدن وي نسبت به ديگران مي بود.

ذره اي در اينجا مي تواند به صورت آني بر روي ذره اي در آن طرف جهان تاثير بگذارد: زماني که يک الکترون همتاي ضد ماده خود يا پوزيترون را ملاقات مي کند، هر در درخشش کوچکي از انرژي خنثي مي شده و دو فوتون از اين برخورد متولد مي شوند. ذرات ساب اتميکي مانند فوتونها يا کوارکها از ويژگي به نام اسپين برخوردارند که به مفهوم چرخش است، اما اين ذرات در واقع حرکت چرخشي ندارند اما به گونه اي رفتار مي کنند که انگار در حال چرخشند.

جهت اسپين فوتونها در زمان تولد در برابر يکديگر بوده و در نتيجه خنثي مي شوند. با توجه به رفتارهاي غير قابل پيشبيني کوانتومي گفتن اينکه کدام فوتون در مسير چپگرد و کدام يک در مسير راستگرد حرکت خواهد داشت غير ممکن است و در واقع تا زماني که يکي از آنها مشاهده نشود، هر دو در هر دو جهت حرکت خواهند داشت اما به محض اينکه يکي از آنها مشاهده شود جهت راست يا چپگرد را به خود گرفته و به هر جهتي که حرکت کند، همتايش در مسير متضاد آن حرکت خواهد کرد. اين واقعيتي است که در آزمايشها به اثبات رسيده است.

هرچه سريعتر حرکت کنيد سنگينتر مي شويد: در صورتي که بسيار سريع بدويد به صورت لحظه اي و نه دائم، سنگين وزن خواهيد شد. سرعت نور مرز سرعت در جهان است در اين صورت زماني که جسمي با سرعتي نزديک به نور در حرکت است و شما به آن نيرويي وارد کنيد، به سرعت آن نخواهيد افزود بلکه تنها به آن انرژي اضافي وارد کرده ايد که اين انرژي بايد در جايي قرار بگيرد. بهترين مکان براي قرارگيري اين انرژي جرم جسم است.

بر اساس قانون نسبيت جرم و انرژي با يکديگر برابرند پس هر چه انرژي وارد شده بيشتر باشد جرم افزايش پيدا خواهد کرد. البته اين افزايش وزن در انسان قابل چشم پوشي بوده و درعين حال غير قابل انکار است.

مهر

از گروهي از فيزيکدانان در کنفرانسي در کانادا پرسيده شد چه موضوعي شبها شما را بي خواب مي کند؟ پاسخها و بحث هايي که پس از اين سئوال به وجود آمد بخشي از برنامه 10 روزه فيزيکي به نام «کوانتوم تا کيهان» بود که روز 25 اکتبر 2009 به پايان رسيد.

در حالي که برخي از فيزيکدانان شرکت کننده در اين برنامه اعتراف کردند شبها بسيار خوب مي خوابند برخي ديگر از آنها 6 معماي کليدي را طي جلسه مطرح کردند که فکر يافتن پاسخ اين معماها باعث بي خوابي آنها مي شود.

چرا اين جهان؟: فيزيکدانان در مسير پيگيري قوانين بنيادين طبيعت به صورت ذاتي بر روي واقعيتي قديمي تحقيق مي کردند: کشف اينکه چرا جهان هستي بايد اينگونه باشد که اکنون ديده مي شود؟ در صورتي که بتوان به قوانين ديگري انديشيد، چرا جهان هايي که توسط اين قوانين توضيح داده مي شوند در جهاني ديگر قرار ندارند؟  به گفته شان کرول از دانشگاه کلتک «شايد در نهايت دريابيم که هيچ جهان ديگري به جز آنچه ما مي شناسيم وجود ندارد که البته به نظر من تصور درستي نيست».

به اعتقاد کرول طبيعت امکان وجود جهانهاي متفاوت را با قوانين مختلف ايجاد کرده است، پس در واقع در جهان ما آنچه به سئوال تبديل مي شود اين است که چرا اين قوانين بر جهان ما حکمفرما هستند و  چرا قوانين ديگري وجود ندارد؟

ماده از چه چيزي ساخته شده است؟ اکنون آشکار شده است که ماده معمولي ، اتم ها ، ستاره ها و کهکشان ها تنها چهار درصد از کل انرژي جهان را تشکيل مي دهند و آنچه ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده است 96 درصد باقي مانده جهان است. کاترين فريز فيزيکدان دانشگاه ميشيگان معتقد است بخشي از اين مسئله يعني طبيعت ماده تاريک مي تواند به پاسخ اين سئوال بزرگ نزديک باشد.

وي به اطلاعات جديدي که از ماموريتهايي مانند ماموريت ماهواره فرمي ناسا اشاره مي کند که نشان مي دهند ذرات ماده تاريک با سرعتي بسيار بالا در حال خنثي کردن يکديگر بوده و به اين شکل خصوصيت ماده تاريک را آشکار مي کنند اما کشف انرژي تاريک که با سرعتي بالا در حال گسترده شدن در جهان است معماهاي بزرگ و جديدي را براي دانشمندان به وجود آورده است که تا کنون پاسخ قطعي براي آنها يافته نشده است.

سئوالاتي مانند طبيعت انرژي تاريک و اينکه با وجود کوچکي چگونه مي تواند به کهکشانها، ستاره ها و اولين نشانه هاي حيات مجال وجود بدهد.

ترکيب و پيچيدگي چگونه به وجود مي آيد؟ لئو کادانانوف فيزيکدان و رياضيدان دانشگاه شيکاگو دريافته است که اکثر مسائل جالب توجه و پيچيده به گونه اي با ظهور سيستمهاي ترکيبي و پيچيده در ارتباطند.

کادانانوف معتقد است فيزيکدانان ذره اي و کيهاني شايد اگر تنها بر روي بزرگترينها و کوچکترينها تمرکز داشته باشند، حقايق مهم و ارزشمندي را از دست بدهند.

به گفته وي ما هنوز نمي دانيم شيئي ساده مانند شيشه پنجره چگونه خود را به شکلي که ديده مي شود حفظ مي کند، به همين دليل بررسي و تحقيق بر روي نمونه هاي رايج و پيش پا افتاده نيز به اندازه ديگر پديده هاي بزرگ و پيچيده مهم و درک آنها از اهميت بالايي برخوردار است.

وي معتقد است زندگي خود زماني قابل درک خواهد بود که بتوان دريافت چگونه ترکيب عناصر ساده و رويدادهاي ساده به تشکيل پديده هاي پيچيده منتهي مي شوند.

آيا نظريه ريسمان هرگز به اثبات خواهد رسيد؟ فيزيکدان دانشگاه کمبريج يکي از دوستداران پرشور جاذبه هاي رياضي نظريه ريسمان است، نظريه اي که مي گويد ذرات بنياديني که در جهان مرئي وجود دارند و مشاهده مي شوند نقطه شکل نيستند بلکه از رشته هاي ريزي تشکيل شده اند.

با اين حال ديويد تانگ فيزيکدان دانشگاه کمبريج در بخشي از زندگي خود زماني که دريافت شايد در طول زندگي خود نتواند به تمامي حقيقت اين نظريه پي ببرد، دچار بحران فلسفي شد. حتي آزمايشهايي مانند آزمايش برخورد دهنده بزرگ هادرون و ماهواره پلانک در حالي که قادر خواهند بود بخشهاي جديدي از جهان را به فيزيک معرفي کنند ، قادر نخواهند بود اثباتي قطعي را درباره رشته هاي بنيادين جهان ارائه کنند. ناراحتي تانگ از اين رو است که به اعتقاد وي اين نظريه مي تواند با بسياري از مسائل بنيادين جهان از قبيل رفتار کوارک ها و فلزهاي ناشناخته، کنار بيايد و انطباق پيدا کند.

«واقعيت» واقعا چيست؟ شايد بخشهايي از جهان ماده پا را از مرزهاي درک انسان فراتر گذاشته باشند اما آنتون زلينجر از دانشگاه وين اميدوار است فيزيکدانان با کشفيات کنوني خود در واقع انگشت بر روي واقعيتي عظيم تر از آنچه تصور مي شود گذاشته باشند. وي متخصص آزمايشهاي کوانتمي است که تاثير مشاهده مشاهده کنندگان را بر روي شکل واقعيت آشکار مي کند. وي معتقد است «شايد کشف بزرگ زماني رخ دهد که ما درک ارتباط ميان واقعيت، دانش و عملکرد خود را آغاز کرده باشيم».

اين تفکر زلينجر کمي گيج کننده و سنگين به نظر مي رسد اما در عمل به خوبي به اثبات رسيده است.

 وي به همراه ديگر فيزيکدانان نشان داده است ذراتي که از يکديگر فاصله زيادي دارند مي توانند به گونه اي به حالات کوانتمي دست پيدا کنند که در آن با يکديگر در ارتباط هستند و به همين دليل مشاهده يکي از اين ذرات بر روي نتيجه مشاهده ذره بعدي تاثير مستقيم مي گذارد. تا کنون کسي موفق به درک اين حقيقت نشده است که جهان واقعي چه شکلي دارد تا در نتيجه دريابد در چه زماني در حال نظاره جهان هستي است.

فيزيک انسان را تا کجا خواهد برد؟ شايد بزرگترين سئوال تمامي فيزيکدانان اين باشد که فرايند تحقيق و مطالعه اي که بخشهاي ناشناخته فراواني از جهان هستي را از زمان گاليله و کپلر بر بشر آشکار کرده است در حال اتمام است يا خير؟ نگراني لارنس کراوس فيزيکدان دانشگاه آريزونا از اين است که شايد روزي انسان در علوم تجربي به محدوديتهاي اساسي برسد. در حال حاضر بسياري از پديده هاي طبيعي با علم کنوني قابل توضيح نيستند و اين ناتواني مي تواند آغازگري براي پايان عمق بخشيدن به درک انسان از جهان هستي باشد.

بر اساس گزارش نيوساينتيست ، به همين دليل اکنون نياز به ذهنهاي جوان و فعال براي يافتن شيوه هاي جديدي که بتوانند به ميزان و سرعت درک انسان و اکتشافات بيافزايد به خوبي احساس مي شود. در اين صورت شايد روزي فيزيک بحران زده بشر به آرامش برسد و يا دست کم با مشکلات سطحي تري مواجه شود.

مهر

 سهمي از آن را به چارلز كائو، پيشگام فناوري الياف نوري و نيم ديگر جايزه را نيز به بويل و اسميت، 2 نفر از محققاني كه با نبوغ خود قلب تصويربرداري الكترونيك را به تپش انداخته و چشم بشر را به مرزهاي ناپيداي دور و نزديك گشوده‌اند، اهدا كردند.

به اين ترتيب نوبل 2009 در رشته فيزيك به محققاني رسيد كه تلاش‌هايشان در قلمرو نور منجر به پايه‌گذاري شالوده‌هاي عصر نوين ديجيتال شده است. با اعلام رسمي بنياد جوايز نوبل، نيمي از اين جايزه به چارلز كائو، رئيس اسبق دانشگاه چيني هنگ‌كنگ تعلق گرفت كه در دهه 1960 صحبت كردن از طريق نور و از درون فيبرهاي نوري را براي جهانيان امكان‌پذير كرد. نيم ديگر اين جايزه نيز به ويلارد بويل و جورج اسميت از آزمايشگاه‌هاي بل در نيوجرسي به خاطر اختراع تراشه حسگر تصوير دستگاه تزويج علامت حافظه موسوم به (CCD) اهدا شد كه مولفه‌اي تعيين‌كننده در دوربين‌هاي ديجيتال امروزي محسوب مي‌شود.

كار برجسته كائو، ارتباطات از طريق الياف نوري را در فواصل بعيد امكان‌پذير كرده است. شيشه از ضريب انعكاسي بيشتري نسبت به هوا برخوردار است و از همين رو بخش اعظم نور گسيل‌شونده در امتداد ميله‌اي شيشه‌اي درون آن باقي مي‌ماند و اين همان پديده‌اي است كه به بازتاب داخلي كل معروف است؛ اما اوايل قرن بيستم، هدايت كردن نور از راه بازتاب آن به اين شيوه، تنها در فواصل كوتاه امكان‌پذير بود كه نمونه بارز آن نقشي بود كه نور در برخي ابزارآلات پزشكي براي مشاهده دقيق درون معده و روده بيمار پيدا كرد.

در آن زمان بيشتر علاقه‌مندان تصور مي‌كردند ارسال نور از طريق الياف نوري امكان دارد موجب تضعيف آن و به عبارتي اتلاف بخشي از نور گسيل‌شونده در مسير اين رشته‌ها شود. الياف نوري بسيار پيشرفته‌اي كه اوايل دهه 1960 در دسترس بود، نرخ اتلافي معادل 1000 دسي بل در كيلومتر داشتند و از اين رو شبكه‌هاي ارتباطات و مخابراتي با محوريت الياف نوري، امكاني بعيد به نظر مي‌آمد؛ اما سال 1965 كائو كه در آزمايشگاه‌هاي مخابراتي هارلو در انگلستان مشغول تحقيق بود، پيشنهاد كرد تضعيف يا همان افت قدرت انرژي بيشتر به واسطه ناخالصي‌هاي شيشه به كار رفته در الياف نوري است تا اين كه ناشي از خواص فيزيكي ذاتي سيليسي باشد كه شيشه مصرفي در تهيه رشته‌ها از آن ساخته مي‌شود.

كائو مدعي شد با استفاده از شيشه خالص در ساخت الياف نوري، دستيابي به نرخ‌هاي تضعيف نور پايين‌تر از 20 دسي‌بل در كيلومتر امكان‌پذير خواهد شد. در ادامه همين تحقيقات وي با صرف 5 سال زمان تلاش كرد روِياي ارتباطات فيبر نوري خود را به ديگر آزمايشگاه‌هاي تحقيقاتي عرضه كند. در اين ميان ايستگاه تحقيقاتي پستخانه انگلستان و همكار آزمايشگاه‌هاي بل عجله داشت مزاياي اين فناوري و صدالبته نصب تاسيسات پايه فيبر نوري بين دفاتر مخابراتي را در شهرستان‌هاي مجاور مشاهده كند.

پيش‌بيني‌هاي اين محقق سرانجام در سال 1970 و زماني كه شركتي فعال در زمينه محصولات شيشه‌اي در نيويورك به توليد رشته‌هايي با نرخ افت بسيار كمتر نائل شد، جامه عمل به خود گرفت و مورد حمايت صنايع مرتبط واقع شد. وقتي آزمايشگاه‌هاي ديگر سعي مي‌كردند شيشه معمولي را خالص‌سازي كنند، محققان شركت مزبور، مسير ديگري را انتخاب كردند و كار را با شكل بسيار خالص‌شده‌اي از دي‌اكسيد سيليس موسوم به سيليس گداخته كليد زدند كه پيشتر آن را توسعه داده بودند.

محققان با تغليظ و ناخالص‌سازي هسته حامل نور يك رشته سيليس گداخته توسط تيتانيوم موفق به كاهش نرخ تضعيف نور تا 17 دسي‌بل در كيلومتر شدند و اين روند را تا دستيابي به نرخ‌هاي تضعيفي معادل تنها 4 دسي‌بل در كيلومتر و با استفاده از دي‌اكسيد ژرمانيوم به عنوان جزو افزودني فرآيند تغليظ ادامه دادند.

اين در حالي است كه بهترين الياف نوري امروزي از نرخ افت نوري زير 2/0 دسي‌بل در كيلومتر برخوردارند. اكنون و پس از گذشت 40 سال از كار كائو، فناوري الياف نوري در قلب ارتباطات و مخابرات مدرن و از جمله اينترنت جاي گرفته است.

اما همان طور كه اشاره شد، نيمي از پاداش نوبل فيزيك امسال به ابداع‌كنندگان تراشه حسگر تصوير CCD تعلق گرفت. همانند ترانزيستور كه تيم آزمايشگاه‌هاي بل براي آن برنده جايزه نوبل فيزيك سال 1965 شدند و اختراع آن موجب از دور خارجشدن بخش اعظم شالوده تجهيزات الكترونيكي شد. دستگاه تزويج علامت حافظه نيز به خروج فناوري موجود به كار رفته در لامپ‌هاي خلا انجاميده است. در حالي كه ترانزيستور موجب از رده خارج شدن لامپ‌هاي خلا شكننده آمپلي‌فايرها و سوئيچ‌هاي ادوات الكترونيكي شد، دستگاه CCD به عنوان حسگر گزينش در دوربين‌هاي تلويريوني جايگاه بلامنازع ادوات شكننده خلا محور و مستعد لكه‌دار كردن تصوير كه از قضا حاوي رساناهاي حساس به نور است را درهم شكست. اين اسباب بعدا به قلب مصرف‌كننده دوربين‌هاي فيلمبرداري ويدئويي و دوربين‌هاي ديجيتالي بدل مي‌شود و در ادامه حتي فناوري‌هايي كه جايگزين آن شده‌اند نيز وامدار اصول آن به شمار مي‌روند؛ اما اين جزء بديع در حالي به يكه‌تازي در مرزهاي الكترونيك تصويري پرداخته كه بويل و اسميت در شروع كارشان، آن را به عنوان يك تراشه حافظه نوين براي تلفن‌هاي تصويري و رايانه‌ها تصور مي‌كردند.

ساخت اين تراشه از مفهوم فناوري حافظه حبابي الهام گرفته كه در دهه 1960 و از دل آزمايشگاه‌هاي بل بيرون آمد و براساس آن داده‌ها به صورت نواحي مغناطيسي و تحت عنوان حباب‌ها در غشاهاي نيمهرساناي نازك ضبط مي‌شدند. البته فناوري حافظه حبابي سرانجام با پيشرفت‌هاي صورت گرفته در ضبط ديسك سخت از ميان رفت؛ اما اين دو محقق را به فكر بكري انداخت كه كار مشابهي را با بار الكتريكي صورت دهند و پرسش مطرح اين بود كه آيا مي‌توان سبدهاي كوچكي از الكترون را براي نمايش دادن داده‌هاي سيستم دودويي در يك ريزتراشه استفاده نمود و در صورت امكان چگونه مي‌توان اين داده‌ها را ذخيره‌سازي و سپس خوانده شده جابه‌جا كرد. پاسخ اين سوالات، گام بزرگي در دانش نور و الكترونيك محسوب مي‌شد و خلاقيت و نبوغ اين دو محقق را براي انجام آن به چالش كشيد.

محققان پي بردند با رسوب‌گذاري ستون‌هايي از خازن‌هاي تنگاتنگ روي يك تراشه كه هريك مي‌تواند در زمان ذخيره شدن يك بيت داده در آن به وسيله الكترون‌ها پر شود، به جواب برسند. به اين ترتيب هر خازن از يك سيم همزمان‌كننده متصل به خود بهره مي‌برد و پالسي كه از مسير اين اتصال برقرار مي‌شود، مي‌تواند محتويات هر سبد الكتروني را از يكي به ديگري خالي نمايد. در اين شيوه، مجموعه‌اي از پالس‌هاي زمان‌سنجي باعث مي‌شود تا رديف كاملي از بيت‌ها به لبه تراشه سرازير شوند و در نتيجه به صورت زنجيره‌اي از صفر و يك‌ها توسط ترانزيستور خوانده مي‌شوند. روش حاضر مشابه كارگروه‌هاي اطفاي حريق در سابق است كه با تشكيل ستوني از افراد و دست به دست كردن سطل‌هاي آب، آتش را خاموش مي‌كردند و از اين رو دستگاه تزويج علامت حافظه با داده‌هاي چرخان يا همان CCD به عنوان دستگاه بارگيري با سطل نيز خوانده مي‌شود.

با اين اوصاف محققان معتقدند حساسيت نوري اين تراشه به معناي آن نيست كه حافظه‌هايي طولاني باقي مي‌مانند. نور متمركز شده روي يك CCD مي‌تواند با ايجاد يك بار الكتريكي در سلول متناسب با شدت نور در آن نقطه باعث خروج الكترون‌ها از محيط‌شان شود. از اين رو منتخبان نوبل فيزيك، حسگر تصويري آنالوگي با وضوح بالا را توسعه بخشيده‌اند كه مي‌تواند موجب تغيير جهت و موازي‌سازي بارهاي ايجاد شده توسط هر رديف از سلول‌ها يا پيكسل‌ها شود تا به صورت داده‌هاي ديجيتال خوانده شوند و اين مهم بدون مشكلاتي از قبيل حساسيت پايين، شكنندگي و لكه‌دار شدن تصوير صورت گرفته است كه لامپ‌هاي خلا‡ از اساس با آن مواجه بوده‌اند.

به باور محققان، تلاش‌هايي از اين دست توانسته مرزهاي نويني براي قلمرو ارتباطات و همچنين تصويربرداري در عرصه‌هاي دانش نجوم و پزشكي ترسيم نموده و دانش اپتيك را دستخوش تحولي اساسي نمايد و پر بيراه نيست كه يك عمر پژوهش نوري متوليان جايزه نوبل را به تجليل از پيشگامان پايه‌گذاري عصر نوين ديجيتال ترغيب نمايد.

مهريار ميرنيا