درگستره اتم

البته لازم به ذكر است كه همه بر اين عقيده نبودند كه به پايان جاده علم رسيده ايم. تعداد كمي از فيزيكدانان عقيده داشتند ممكن است نكات بسيار با اهميتي در نتايج غير عادي بعضي از آزمايش هاي هوشمندانه آنان نهفته باشد. براي مثال، تلاش هاي انجام شده براي اندازه گيري سرعت زياد و باورنكردني نور نشان داد كه مقدار آن ثابت است و  چه به سمت منبع نور حركت كنيم و چه از آن دور شويم، سرعت نور بدون تغيير مي ماند. اين مسئله بسيار مشكل ساز بود.

زيرا رياضياتي را كه براي توصيف رفتار امواج به كار مي رفت، نقض مي كرد و نور هم به شكل موج حركت مي كند. مشكل ديگر به نور نشر شده از اجسام با دماي بالا مربوط مي شد، چرا كه نمي توانستند رنگ نور نشر شده را توجيه كنند.

در آغاز شكاكين از اين نابهنجاري ها چشم پوشي مي كردند، چرا كه بر اين عقيده بودند كه از عدم دقت در كارهاي آزمايشگاهي به وجود آمده است. اما پس از آنكه اين آزمايش ها بارها و بارها تكرار شد و نتايج يكساني به دست آمد، عقايد نگران كننده اي گسترش پيدا كرد. شايد توصيف طبيعت كه موجب چنان پيشرفت هاي عظيمي در قرن نوزدهم شده بود و اقعا كامل نبود و همانند قسمت پيداي يك كوه يخ، فقط نشان دهنده قسمت كوچكي از تمام آن بود.

تلاش هاي انجام شده براي درك لايه هاي عمقي تر طبيعت به دو انقلاب بزرگ علمي قرن بيستم، يعني نسبيت و تئوري كوانتوم منجر شده است. تئوري نسبيت تعبير تازه اي براي درك ما از ماده،  انرژي، فضا و زمان ارائه مي دهد. درك مباني تئوري كوانتومي از آن هم مشكل تر است.

آن قواعدي كه در حوزه قابل درك براي انسان معتبر است، در مراكز اتم اعتبار خود را از دست مي دهد. ايده هم ارزي ماده و انرژي كه در قالب تئوري نسبيت بيان شده است، در نيمه هاي قرن در سلاح هاي نظامي و نيروگاه ها به كار گرفته شد. مكانيك كوانتوم نيز، با توجه به كاربردهايش در ترانزيستورها و استفاده ده ها عدد ترانزيستور در راديو و تلويزيون و ميليون ها عدد از آن در كامپيوترهاي شخصي، تأثير شگرفي بر زندگي روزمره ما داشته است.

ليزر يكي ديگر از فناوري هايي است كه از تئوري كوانتوم ناشي شده است. پيش از پايان قرن بيستم به پركاربردترين ابزار همه ادوار تبديل شد. از جمله موارد كاربرد بسيار زياد آن مي توان به برش استيل، ضبط موسيقي و اعمال جراحي قلب اشاره كرد.

نسبيت

نسبيت به ما مي گويد نحوه كاركرد ظاهري جهان- مواردي مثل اجسام با چه سرعتي حركت مي كنند، زمان با چه سرعتي عبور مي كند - به اين نكته بستگي دارد كه ما در كجا قرار داريم. اگر با سرعتي كاملا نزديك سرعت نور حركت كنيم ساعات كند مي شود. با سفر به مركز سياهچاله، كه در آن جرم ستاره رمبش (collapse) يافت است، زمان متوقف مي شود.

مشهورترين و در عين حال بدنامترين جنبه تئوري نسبيت، هم ارزي جرم (M) و انرژي (E) است. اين هم ارزي در رابطه اي خلاصه شده است كه حتي دانشجوي رشته ادبيات هم آن را مي داند:

E=MC2  قسمت وحشتناك داستان اين است كه ثابتC اين دو كميت را به يكديگر مربوط مي كند. اين ثابت سرعت نور يعني عددي بسيار بزرگ است و هنگامي كه در خود ضرب مي شود به عدد بسيار بزرگ تبديل مي شود كه تقريبا غير قابل درك است. كافي است فقط چند كيلوگرم جرم در يك آن به انرژي تبديل شود تا هيروشيما سوخته و به تلي از خاكستر تبديل شود. اما اگر جرم به آرامي به انرژي تبديل شود انرژي لازم براي حركت طولاني مدت يك زير دريايي در اعماق آب فراهم مي شود.

تئوري كوانتوم

وي ايده هاي نو ماكس پلانك (Max Plank) فيزيكدان آلماني را كه مي گفت انرژي به صورت ذرات مجزا از هم، همانند دانه هاي شن يك ساعت شني منتقل مي شود و همانند عبور رودخانه به صورت قسمت هايي از يك جريان پيوسته نيست، به دنياي اتم وارد كرد.

در سال 1913 تصور مي شد كه ابرهاي الكتروني، مدارهاي ثابتي را اشغال كرده اند و سطوح انرژي ثابتي دارند ، كه اين سطوح انرژي با جذب يا نشر يك ذره انرژي كه فوتون (Photon) نام دارد، تغيير مي كند. فيزيكداناني كه ساختار هسته اي را دقيقتر كاويدند، دريافتند كه هسته اتم يك جنگل تمام عيار از ذرات زير اتمي با طول عمر متفاوت جديد سامان يافت. اين تئوري فرض مي كند كه جهان از تعداد كمي ذرات مشخص كه كوآرك (quark) نام دارند، تشكيل شده است. بسته به آرايش اين ذرات و روش انجام آزمايش ها، كوآرك ها حضور خود را به شكل يكي از اين ذره زير اتمي آشكار مي سازند. هم اكنون، مفهومي كه مدل استاندارد (Standard Model) ناميده مي شود، اغلب (و البته نه همه) اسرار قلمرو كوانتوم را كشف مي كند.

طي اين روند بود كه تمام انواع تجهيزات مفيد سربرآوردند: از تصوير برداري مغناطيسي هسته (MRI) كه قادر به شناسايي غده سرطاني موجود در قسمت هاي داخلي بدن است، گرفته تا ليزر كه مي توان آن را چنان دقيق تنظيم كرد كه سلول هاي سرطاني را از بين ببرد بدون آنكه به بافت هاي سالم اطراف آن آسيبي وارد كند. علي رغم همه اين پيشرفت هاي عظيم كه حاصل شده است، هنوز يك راز ناگشوده باقي مانده است. تئوري نسبيت مي تواند دنياي بسيار بزرگ اطراف ما و نحوه عملكرد نيروهاي گرانشي در گيتي را به شيوه اي بسيار عالي تشريح كند. تئوري كوانتوم هم براي تفسير قلمروهاي بسيار كوچك، يعني فواصل درون اتم به كار مي رود.

چيزي كه هنوز حاصل نشده است و فيزيكدانان اميدوارند طــي آزمايش هاي قرن بيست و يكم بـه آن دسـت يـابـنـد، تئـوري هـمـه چيــز (Theory of every thing) نام دارد. پاداش عظيم دستيابي به اين بينش توانايي استفاده از الكترومغناطيس براي ايجاد گرانش است، همانطور كه با كليد مي توان چراغ را روشن و خاموش كرد.

 پيشرفت هاي صورت گرفته در زمينه علوم پزشكي طي  قرن بيستم مديون توصيفات غني و عميقي است كه از دنياي طبيعي توسط زيست شناسان طي 200 سال گذشته صورت گرفته است. اين مشاهدات عميق نهايتا منجر به  كشف آنتي بيوتيك ها شد، كه همانند گلوله اي در مقابل آلودگي ها مي مانند و واكسن هايي كه عملا فلج اطفال را ريشه كن كردند، شد. بزرگترين شكاف موجود در آگاهي  ما از سيستم زنده با كشف DNA، پر شد. با پر شدن اين شكاف، زيست شناسان توانستند با ارائه يك نظريه منسجم چگونگي تشكيل و عملكرد حيات را شرح دهند.

تحقیق از:ساجده حسینی