بایگانی دسته بندی ها: بینگ بنگ

نسبیت خاص برای همه

بیگ بنگ: حتما تا به حال نام نظریه نسبیت خاص را شنیده‌اید و احتمالا می دانید که پشت این نظریه فیزیکدان بزرگ آلمانی، آلبرت اینشتین ایستاده است. این نظریه در کنار نسبیت عام دیدگاه ما را نسبت به جهان ِ اطرافمان متحول ساخت. در ابتدا می خواهیم تعریفی کلی از نسبیت خاص داشته باشیم و سپس به تفصیل آن را بررسی نماییم.

نسبیت خاص: این نظریه بر این فرض استوار است که همه قوانین علم برای ناظرانی که حرکت آزاد دارند، صرف نظر از سرعتشان، یکسان است.

سرعت نور

در سال ۱۸۶۵ میلادی فیزیکدان بزرگ، “جیمز کلارک ماکسول” سرعت نور را تقریبا ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه اعلام نمود. دانشمندان به این فکر افتادند که باید چیزی وجود داشته باشد که بتوان سرعت نور را نسبت به آن سنجید. با توجه به اینکه امواج صوت در هوا منتشر می شوند، آنها در نظر گرفتند که امواج نور در ماده‌ای بنام اتر منتشر می شوند. بر اساس نظر آنان اتر در سراسر فضا آکنده است و حتی در فضای خالی نیز وجود دارد.

در سال ۱۸۸۷ میلادی “آلبرت مایکلسون” فیزیکدان و “ادوارد مورلی” شیمی‌دان آزمایشی مهم انجام دادند. با توجه به اینکه زمین درون اتر و در مدار خود دور خورشید حرکت می کند، آنها انتظار داشتند که حاصل اندازه‌گیری سرعت پرتویی از نور در جهت حرکت زمین درون اتر(وقتی که به سوی منبع نور حرکت می کنیم) بیشتر از سرعت نور در هنگام حرکت در راستای قائم بر حرکت زمین( وقتی به سوی منبع نور حرکت نمی کنیم) باشد. اما نتیجۀ اندازه‌گیری پرتویی از نور در این دو حالت این بود که سرعت در هر دو وضعیت دقیقا برابر است.

در بین سال‌های ۱۸۸۷ و ۱۹۰۵ دانشمندان بسیاری تلاش کردند که استدلال درستی برای نتیجه‌ی آزمایش مایکلسون و مورلی ارائه دهند. “هندریک لورنتز” یکی از این دانشمندان بود. ایدۀ او این بود که در اتر اجسام منقبض می شوند و ساعت‌ها کندتر کار می کنند. او هنوز به وجود اتر اعتقاد داشت. اینشتین یکی دیگر از این دانشمندان بود. او آزمایشی ساده اما جالب ترتیب داد. او در نظر گرفت که دو ناظر داریم. ناظر اول در ایستگاه قطار ایستاده است و ناظر دوم سوار بر قطاری پر سرعت است و در وسط آن نشسته است. شرایط آزمایش به شکلی بود که  ناظر اول در هنگام عبور قطار از کنار ایستگاه در وسط آن قرار می‌گیرد و درست در همین زمان دو صاعقه به طور همزمان یکی به عقب و دیگری به جلوی قطار برخورد می کنند.

طبق مشاهدۀ ناظر اول که در ایستگاه است هر دو صاعقه در یک زمان به قطار برخورد کرده‌اند. اما اگر حادثه را از دید ناظر دوم ببینیم نتیجه متفاوت است. او می بیند که صاعقه اول به جلوی قطار می خورد و صاعقه دوم کمی بعد به عقب قطار برخورد می‌کند. به نظرتان مشاهدۀ کدام یکی از این دو ناظر درست است؟ در واقع مشاهدۀ هر دوی آنها کاملا صحیح است. زیرا مکان هیچکدام از آنها مزیت خاصی نسبت به دیگری ندارد و در نتیجه نمی‌توانیم هیچ کدام را بر دیگری برتری دهیم. در واقع ناظر اول چون فاصلۀ یکسانی از هر دو صاعقه دارد، برخورد آنها به قطار را در یک زمان می‌بیند. ناظر دوم هم فاصلۀ یکسانی از هر دو صاعقه دارد اما چون به سمت صاعقه جلوی قطار در حرکت است پس آن را زودتر از صاعقه‌ای که به عقب قطار برخورد می‌کند، می‌بیند.

بر اساس نتیجۀ این آزمایش، مفهوم زمان مطلق که نیوتن و ارسطو اعتقاد محکمی به آن داشتند زیر سوال رفت. مفهوم زمان مطلق نشان دهندۀ این است که معیار واحدی برای سنجش زمان تمام جهان وجود دارد و روند گذر زمان برای تمام ناظران در هر جایی که باشند و هر سرعتی داشته باشند یکسان است. اما همان‌طور که آزمایش جالب اینشتین نشان می‌دهد هر ناظر معیار خودش را برای سنجش زمان دارد. پس با قاطعیت می‌توان گفت که زمان مطلقی وجود ندارد و علاوه بر آن فاصله نیز نسبی است.

اینشتین در سال ۱۹۰۵ در نظریۀ نسبیت خاص بیان داشت که اگر مفهوم زمان مطلق را کنار بگذاریم دیگر نیازی به وجود اتر نیست. در واقع همان‌طور که پیش‌تر گفته شد فرض اصلی و بنیادی نظریه نسبیت خاص اینشتین این است که تمام قوانین علم برای هر کسی که حرکت آزاد دارد صرف نظر از سرعتش یکسان است، بر همین اساس است که سرعت نور برای هر ناظری با هر سرعتی یکسان است. این فرض نتایج بسیار بسیار مهمی را به ارمغان آورد. یکی از مهمترین نتایج اصل هم ارزی جرم و انرژی است که ما آن را به صورت فرمول معروف E=mc2 می‌شناسیم.

در این فرمول E نشان دهندۀ انرژی، m نشان دهندۀ جرم و c نشان دهنده‌ سرعت نور است. در ریاضیات اگر ثابتی را از یک طرف فرمول حذف کنیم، طرف اول با طرف دوم هم ارز می‌شود. در فرمول E=mc2 ، c2 که نشان دهنده‌ مجذور سرعت نور است ثابت است چرا که سرعت نور مقداری ثابت است. پس اگر این عدد ثابت را از طرف دوم معادله حذف کنیم از یک طرف E می‌ماند که انرژی است و از طرف دیگر m می‌ماند که جرم است و می‌گوئیم جرم با انرژی هم ارز است و در زبان ریاضی آن را به صورت E  نشان می دهیم.

طبق نتیجۀ این فرمول مقدار کمی ماده می تواند مقدار زیادی انرژی آزاد کند. این نتیجه بود که باعث ساخت بمب اتم شد. بسیاری از مردم اینشتین را دربارۀ ساخت بمب اتم مقصر می‌دانستند، این درست مثل این می ماند که نیوتن را مقصر سقوط هواپیما بدانیم چون گرانش را کشف کرده است! می‌خواهیم توضیح ساده‌ای هم از چگونگی ساز و کار بمب‌های اتمی به شما بدهیم. همان طور که می‌دانید اتم دارای دو جزء است. هسته و الکترون‌ها. هسته خود از دو جزء مهم به نام‌های پروتون و نوترون ساخته شده است.

همان طور که می‌دانید الکترون‌ها بار منفی و پروتون‌ها بار مثبت دارند و نوترون‌ها خنثی هستند. با توجه به اینکه بارهای همنام یکدیگر را دفع می‌کنند این مسئله که چگونه اجزای هسته کنار هم باقی مانده اند و چرا هسته از هم نمی‌پاشد مسئله‌ جالب و اندکی هم گیج کننده است. در واقع پایداری اتم به علت وجود نیروی هسته‌ای قوی است که یکی از  نیروهای چهارگانه است. نکته بسیار حیرت‌انگیزتر دیگر این است که مجموع جرم‌های اجزای تشکیل دهندۀ هسته از جرم هسته بیشتر است! این مطلب دقیقا به علت انرژی پیوند هسته‌ای است.

به فرمول زیر توجه  کنید:

Δmc2 = انرژی پیوند هسته‌ای

m در واقع تفاوت میان جرم هسته و جرم اجزای هسته به طور جداگانه است و اگر آن را در مجذور سرعت نور ضرب کنیم مقدار انرژی پیوند هسته‌ای بدست می آید. آزاد شدن این انرژی باعث به وجود آمدن انرژی بسیار زیاد ابزارهای هسته‌ای است. وقتی یک نوترون پر انرژی وارد یک هستۀ سنگین مانند اورانیوم ۲۳۵ می شود باعث از هم پاشیدن این هسته سنگین می گردد و در اثر آن انرژی بسیار زیادی آزاد می گردد.

یکی از دیگر نتایج مهم این است که هیچ چیز نمی‌تواند با سرعتی برابر سرعت نور یا سریع‌تر از آن حرکت کند مگر اینکه خود از جنس نور باشد و از جرم بی‌بهره باشد. طبق اصل هم ارزی جرم و انرژی هر چه بر سرعت یک جسم افزوده شود بر جرم آن نیز افزوده می‌شود. هر چه سرعت یک جسم به سرعت نور نزدیک شود این مطلب اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. وقتی جسمی سرعتی برابر ۱۰% سرعت نور داشته باشد تنها نیم درصد بر جرم طبیعی اش افزوده می‌شود. وقتی جسمی سرعتی برابر ۹۰% سرعت نور داشته باشد جرم آن بیش از دو برابر می‌شود. و بر همین اساس وقتی سرعت جسم به سرعت نور برسد جرم آن بینهایت خواهد شد. رساندن این میزان از جرم به سرعت نور ناممکن است.

یکی از افکار اعجاب‌انگیز و جالب اینشتین که بر اساس نسبیت خاص پایه‌گذاری شده است پارادوکس دوقلوها نامیده می‌شود. در این مسئله ما دو برادر دوقلو را در نظر می گیریم. یکی از برادرها سوار بر فضاپیمایی می شود و با سرعتی نزدیک به سرعت نور راهی یک سفر فضایی می شود. وقتی برادر به زمین باز گردد خواهد دید که برادر دیگرش که در زمین مانده بود بسیار پیرتر از اوست.

یعنی روند گذر زمان در فضا و در سرعت بالا برای او کند شده است و در واقع او اثر اتساع زمان را تجربه کرده است. هر چقدر سرعت شما بیشتر شود روند گذر زمان برایتان کندتر خواهد شد و با رسیدن به سرعت نور زمان برای شما متوقف خواهد شد. به قول هاوکینگ پارادوکس دوقلوها برای کسانی یک پارادوکس است که هنوز ته دل خود به زمان مطلق باور دارند. اما واقعا چرا زمان برای شخصی که با سرعتی بالا حرکت می‌کند کندتر می‌گذرد؟ برای پی‌بردن به پاسخ این سوال به مثال زیر توجه کنید:

فرض کنید دو ناظر وجود دارد که یکی سوار بر قطاری است که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در حرکت است و دیگری در ایستگاه قطار ایستاده است. در واگنی که ناظر اول بر آن سوار است پرتویی از نور مدام به دیواره انتهای قطار می‌خورد و سپس بازتاب می‌کند و به دیوارۀ ابتدای و واگن برخورد می‌کند و به همین ترتیب به حرکتش ادامه می‌دهد. ناظر درون قطار می‌بیند که هر بار پرتوی نور مسیری به اندازۀ طول قطار را می‌پیماید. اما مشاهدات ناظر بیرون قطار چیز دیگری را بیان می‌دارد. ناظر بیرون قطار می بیند که نور مسیری چند برابر آنچه ناظر اول دیده  را می‌پیماید زیرا قطار وقتی پرتوی نور در واگن آن در حال حرکت است حرکت می‌کند و پرتوی نور در واقع پس از چند متر حرکت قطار به انتهای واگن آن می‌رسد.

پس از نظر ناظر دوم، نور فاصلۀ بیشتری را طی کرده است تا به انتهای واگن برسد. بر همین اساس او باید مدت زمانی را هم که طول می‌کشد تا نور از ابتدا به انتهای واگن برسد بیشتر از ناظر اول حساب کند، چون بر اساس نسبیت هر ناظر با هر سرعتی باید سرعت نور را مقداری ثابت اندازه‌گیری کند. سرعت نور از تقسیم مسافت طی شده بر زمانی که طول کشیده تا نور مسافت را طی کند به  دست می‌آید و از آنجایی که ناظر دوم مسافت بیشتری را اندازه گرفته زمان هم باید به همان نسبت بیشتر از زمان اندازه‌گیری شده توسط ناظر اول باشد. پس در واقع زمان برای ناظر اول که سوار بر قطاری پر سرعت است کندتر از  ناظر دوم که نسبت به او ساکن است می‌گذرد و در نتیجه او دیرتر پیر می‌شود.

در جملۀ بالا از عبارت ناظر دوم نسبت به ناظر اول ساکن است استفاده کرده‌ایم. این عبارت یعنی چه؟

هنگامی که در حال حرکت هستید مثلا در ماشین در حال حرکت یا در هنگام دوچرخه سواری با قاطعیت تمام می‌توانید بگوئید که درخت ثابت است و من در حال حرکت. در اینجا درخت یا هر شئ ثابت دیگر چارچوب مرجع نامیده می‌شود. چارچوب مرجع معیاری است برای سنجیدن ویژگی‌های یک جسم مثل سرعت و … در واقع شما حرکت یا ثابت بودن خودتان را با توجه به جسمی ثابت مشخص می‌کنید. اما فرض کنید که در فضایی خالی از هر نوع شئ رها شده‌اید. در این حالت چگونه خواهید گفت که در حال حرکتید یا نه؟ شما نمی‌توانید حرکت یا ثابت بودنتان را بدون وجود چارچوب مرجع مشخص کنید. از سوی دیگر هیچ چارچوب مرجع واحدی برای تمام جهان وجود ندارد. همان‌طور که می‌دانید زمین در حال گردش به دور خورشید است پس درخت همراه با آن به دور خورشید می‌گردد. بنابراین درخت ثابت نیست بلکه نسبت به شما ثابت است و شما نسبت به آن در حال حرکت هستید. پس حرکت امری نسبی است.

ارتباط نسبیت با میدان مغناطیسی

همان طور که می دانید میدان مغناطیسی حاصل حرکت بارهای الکتریکی است. جالب اینجا است که به خاطر نسبی بودن حرکت، میدان مغناطیسی هم نسبی است. اگر، شما نیز همراه بار حرکت کنید به طوری که بار نسبت به شما ثابت باشد، هیچ میدان مغناطیسی وابسته به بار نخواهید داشت. پس می توان گفت که میدان مغناطیسی با نسبیت در ارتباط است. آلبرت اینشتین برای اولین‌بار این مطلب را در نخستین مقالۀ خود درباره نسبیت خاص مطرح ساخت. نام این مقاله در باب الکترودینامیک اجسام متحرک بود. در واقع نسبیت خاص با قوانین حرکت نیوتن مطابقت داشت، اما سپس گسترش یافت و با نظریه ماکسول و سرعت نور مطابقت پیدا کرد.

سخن پایانی

همان طور که مطرح شد نظریه نسبیت خاص نظریه خوبی است و نظریه ماکسول و سرعت نور را تحت پوشش قرار می دهد. اینشتین پس از ۱۰ سال نظریۀ کامل‌تر خودش بنام نسبیت عام را مطرح ساخت که علاوه بر موضوعات مطرح شده در نسبیت خاص گرانش را بر حسب یک انحنای فضا-زمان چهار بعدی توضیح می دهد. هر چند که این نظریه، نظریه خوبی است اما با این همه اشکالاتی بر آن وارد است. یکی از اشکالات این است که این نظریه عدم قطعیت نظریه کوانتومی را با خود نیامیخته است. و این ناسازگاری در نزدیکی یک تکینگی دردسر ساز است، چون ما برای بررسی یک تکینگی باید نظریه‌ای داشته باشیم که ترکیبی از دو نظریه نسبیت عام و مکانیک کوانتوم باشد. در این صورت بسیاری از اسرار کیهان از جمله تکینگی را می توان به راحتی توضیح داد. البته آشتی دادن مکانیک کوانتوم با نسبیت عام کاری بس دشوار است چون نسبیت عام ساختمان کلان جهان را توضیح می دهد و مکانیک کوانتوم با ابعاد بسیار بسیار کوچک سر و کار دارد.

نویسنده: محمد زلف خانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع:

کتاب جهان در پوست گردو نوشته استیون هاوکینگ

کتاب تاریخچه زمان نوشته استیون هاوکینگ

کتاب فیزیک مفهومی نوشته پل جی.هیوئیت

خیره به سحابی هلیکس

بیگ بنگ: آیا این سحابی مارپیچی به شما خیره شده است؟ خیر، حداقل از لحاظ بیولوژیکی اینگونه نیست، اما کاملا شبیه چشم به نظر می رسد. این جرم به نام سحابی هلیکس شناخته می‌شود، زیرا مانند این است که شما به یک محور مارپیچی نگاه می کنید.

Helix Campbellدر واقع، این سحابی دارای هندسۀ پیچیده‌ای نظیر رشته‌های شعاعی و حلقه‌های خارجی گسترده، است. سحابی هلیکس (NGC 7293) یکی از درخشان‌ترین و نزدیکترین نمونه‌های یک سحابی سیاره‌نماست، یعنی یک ابر گازی که در پایان حیات یک ستارۀ خورشید مانند به وجود آمده است. در این فرایند هستۀ ستاره‌ای مرکزی باقیمانده که قرار است به یک ستاره کوتوله سفید تبدیل شود، این هسته با چنان انرژی زیادی می درخشد که گاز از قبل خارج شده را دوباره می تاباند. این عکس برجسته که در نور تابیده شده توسط اکسیژن (با رنگ آبی نشان داده شده) و هیدروژن (رنگ قرمز) گرفته شده ظرف ۷۴ ساعت نوردهی در طول سه ماه از یک تلسکوپ کوچک در حومۀ ملبورن، استرالیا به ثبت رسیده است. کلوزآپ لبه داخلی سحابی مارپیچی نقاط گازی پیچیده‌ای با منشا نامعلوم را نشان می دهد.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: apod

جاده سرخ به سمت ماه

بیگ بنگ: نه این راه خوبی برای رسیدن به ماه نیست. در این تصویر یک انطباق تصادفی را یم بینیم که بین هواپیما و ماه رخ داده است. رد هواپیما معمولأ به رنگ سفید ظاهر می شود، اما حجم بزرگی از هوا به سمت خورشیدِ در حال غروب ترجیحأ نور آبی را کنار زده و یک هالۀ قرمز رنگ به این دنباله داده است.

PlaneTrailMoon Staigerدر فواصل دوردست پشت این هواپیما یک هلال ماه قرار دارد که آن نیز به رنگ قرمز دیده می شود. این عکس برجسته که یک ماه پیش برفراز وله در سوئیس گرفته شده، لحظه‌ای پس از غروب خورشید را نشان می دهد زیرا هواپیما و رد آن هنوز در نور خورشید دیده می شوند. ظرف چند دقیقه، متأسفانه این چشم‌انداز بی‌نظیر به پایان رسید. زیرا هواپیما از کنار هلال ماه عبور کرد و از میدان دید خارج شد. همچنین رد هواپیما کم‌کم تار و سپس ناپدید شد.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: apod

دانشمندان به بررسی نشانه‌های خودآگاهی پرداختند

بیگ بنگ: علی‌رغم طیف وسیع اکتشافات علمی که درک و بینش ما را از بدن انسان ارتقا می بخشند، هنوز اطلاعات بسیار ناچیزی درباره مغز داریم؛ بالاخص، ماهیت آگاهی که رازی بزرگ در دنیای علم است.

consciousness mind patterns x

در مطالعۀ جدید مشخص شد که گویا یکی از جنبه‌های خودآگاهی ریشه در ارتباطات پیچیده در میان نواحی مختلف مغز دارد.

به گزارش بیگ بنگ، صرف‌نظر از قرن‌ها فلسفه بافی در خصوص عوامل دخیل در یک ذهنِ آگاه، دانشمندان علوم اعصاب حالا میخواهند با تحقیقات خود پرده از این راز بردارند. تحقیق حاضر قصد دارد تا آن دسته از نشانه‌های عصبی را شناسایی کند که از وجود خودآگاهی حکایت دارند. برای مثال، این فرصت میتواند برای جامعه پزشکی فراهم آید تا بیماران هشیار و بیهوشی را که از آسیب‌های مغزی رنج می برند، تفکیک کنند؛ به ویژه در مواردی که افراد توانایی برقراری ارتباط را ندارند.

۱۵۰ نفر در این مطالعه شرکت کردند و تحت عکسبرداری «MRI» هم قرار گرفتند. برخی از شرکت کنندگان دچار بیماری بودند، در حالیکه برخی دیگر در شرایط سلامت کامل قرار داشتند. محققان چهار الگوی فعالیت عصبی خاص شناسایی کردند که می تواند جایگاه یک فرد در طیف را از هشیار به بیهوش تغییر بدهد. در پیچیده‌ترین الگو، ارتباط دینامیک میان ۴۲ ناحیه مغزی مختلف شناسایی گردید. این الگوی فعال از هماهنگی در سرتاسر مغز عمدتا در افراد سالم، بیدار و هشیار دیده شد. در انتهای دیگر طیف، ساده‌ترین الگو قرار داشت که پیوستگی‌های نزدیک در مغز را نشان می داد. این الگو غالبا در بیماران کاملا نباتی دیده شد.

نکته جالب این است که بر اساس این مطالعه، تعداد زیادی از بیماران الگوهای عصبی متغیری داشتند؛ یعنی این الگوها برایشان در نوسان قرار داشت. برای مثال، برخی از بیماران در حالات نباتی فعالیت‌های عصبی پیچیده‌تری داشتند، اما این فعالیت‌ها کوتاه و مختصر بود. پس میتوان چنین استنباط کرد که بعضی از بیماران نباتی و فاقد هشیاری (خودآگاهی) شاید وارد حالت‌های کوتاهی از خودآگاهی بشوند. پس از اینکه از افراد خواسته شد تا عکس یا فعالیتی را در ذهن‌شان تصور کنند، این الگوی خودآگاهی فعال در بیماران نباتی فعال گردید. همزمان که آرامبخش به افراد تزریق شده بود، مورد اسکن هم قرار گرفتند. در حالت کاملا آرام و تسکین یافته، الگوهای عصبی پیچیده ناپدید شدند. در این شرایط، هر دور افراد سالم و نباتی کمترین الگوی عصبی فعال را تجربه کردند.

«داوینیا اسپیو فرناندز» محقق و یکی از نویسنده‌های این مقاله اینطور می گوید: «این الگوی پیچیده زمانی ناپدید شد که افراد تحت هوشبری عمیقی قرار داشتند؛ پس این نکته تایید می شود که روش‌های ما به سطح خودآگاهی بیماران حساس بوده است، نه آسیب مغزی یا واکنش‌پذیری خارجی آنها.» یکی از پیامدهای اصلی تحقیق حاضر این است که به میتوان این نوید را به پزشکان و خانواده‌ها داد تا در آینده راه بهتری برای درک اینکه آیا فرد کاملا بیهوش هنوز هم توانایی تفکر آگاهانه را دارد یا خیر. یکی دیگر از جنبه‌های نویدبخش تحقیق آن است که خودآگاهی/هشیاری می تواند به واسطه برخی روش‌ها دستخوش تغییر قرار بگیرد. فرناندز افزود: «شاید در آینده راه‌هایی برای تعدیل خارجی این نشانه‌های خودآگاهی و احیای میزانی از خودآگاهی/هشیاری در بیماران بدست بیاید.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Science Advances منتشر شده است.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: newatlas.com

مغز زنان سه سال جوان‌تر از مردان است!

بیگ بنگ: حتمأ شنیده‌اید که می‌گویند «قلبم جوان است» اما در مورد مغز جوان چطور؟ یک مطالعۀ جدید نشان می‌دهد که مغز زنان حداقل در یک مقیاس از لحاظ بیولوژیکی جوان‌تر از مردانِ همسنشان است.

brain

به گزارش بیگ بنگ، محققان اسکن‌های مغزی بیش از ۲۰۰ بزرگسال را تجزیه و تحلیل کردند، به ویژه مقیاس متابولیسم مغز که با افزایش سن تغییر پیدا می‌کند را بررسی کردند. آنها دریافتند که بر اساس این سطوح متابولیکی، مغز زنان به طور میانگین سه سال جوانتر از مغز مردان همسنشان است. به گفتۀ محققان، این یافته‌ها هنوز باید در مطالعات پیگیرانه تأیید شوند. اما اگر درست باشند، محققان این فرضیه را مطرح می‌کنند که داشتن یک مغز «جوان‌تر» از لحاظ متابولیکی می‌تواند «انعطاف‌پذیری بیشتری در برابر تغییرات مختص سن در مغز زنان» ایجاد کند. این امر به نوبت توضیح می‌دهد که چرا زنان با افزایش سن کمتر دچار زوال توانایی‌های فکری می‌شوند.

نویسنده ارشد مطالعه دکتر “مانو گویال”، استادیار رادیولوژی در دانشکده پزشکی واشنگتن در سنت لوئیس در بیانیه‌ای گفت: «ما نمی‌دانیم این به چه معناست. هرچند، ممکن است توضیح دهد که چرا زنان در سنین بالا [در مقایسه با مردان] زوال شناختی کمتری را تجربه می‌کنند… چون مغزشان جوان‌تر است.»

مغزهای «جوان‌تر»

منبع سوخت اصلی مغز قند یا گلوکز است اما کاربرد گلوکز توسط مغز با بالا رفتن سن تغییر پیدا می‌کند. وقتی انسان‌ها جوان‌تر هستند، گلوکز بیشتری را به فرآیند متابولیکی اختصاص می‌دهند که «گلیکولیز هوازی» نامیده می‌شود. اما با بالا رفتن سن، مغز دچار کاهش “گلیکولیز هوازی” می‌شود که در دهه‌ شصت زندگی مقدار آن بسیار کم می‌شود.

اما اطلاعات کمی در مورد تفاوت متابولیسم مغز مردان و زنان در اختیار داریم. بنابراین، در مطالعۀ جدید، محققان اسکن‌های عکسبرداری مغزی ۱۲۱ زن و ۸۴ مرد در سنین ۲۰ تا ۸۲ سال را تجزیه و تحلیل کردند. آنها یک الگوریتم یادگیری ماشینی را آموزش دادند تا یک رابطه بین سن انسان‌ها و متابولیسم مغزی آنها پیدا کند. آنها دریافتند که این الگوریتم می‌تواند سن تقویمی فرد را بر اساس «سن متابولیکی» مغز او پیش‌بینی کنند.

سپس آنها با استفاده از سن مردان و داده‌های متابولیسم مغز، الگوریتم ماشینی را تعلیم دادند. پس از آن، آنها داده‌های زنان را وارد این الگوریتم کردند تا سن متابولیکی زنان را محاسبه کند. آنها دریافتند که وقتی الگوریتم با داده‌های مردان آموزش ببیند، سن متابولیکی مغز زنان را ۳٫۸ سال کمتر از سن تقویمی آنها محاسبه می‌کند. سپس، محققان تحلیل را متوقف کردند: آنها الگوریتم را از لحاظ داده‌های زنان تعلیم دادند تا سن مغز مردان را محاسبه کند. بدین ترتیب، الگوریتم گزارش داد که مغز مردان تقریبأ ۲٫۴ سال بیشتر از سن تقویمی واقعی آنهاست.

اختلافات سنی

جالب است که شکاف بین سن مغزی مردان و زنان حتی در بزرگسالان جوان در دهه‌ ۲۰ زندگی‌شان نیز قابل تشخیص است. گویال گفت: «مسئله این نیست که مغز مردان سریع‌تر مسن می‌شود – آنها دورۀ بزرگسالی را سه سال دیرتر از زنان آغاز می‌کنند و این امر در طول زندگی‌شان تداوم پیدا می‌کند.» محققان اشاره کردند که «جوانی متابولیکی» مغز زنان نیز موازی با طول عمر بلندتر زنان در مقایسه با مردان است. گویال اشاره کرد که هنوز اختلاف بین سن مغز مردان و زنان در مقایسه با اختلافات جنسی شناخته شدۀ بین آنها مثل قد نسبتأ ناچیز است.

بیشتر مطالعات اکنون به دنبال درک بهتر اختلاف سن مغز هستند و سعی دارند بفهمند که آیا این اختلاف بر خطر ابتلا به بیماری‌های مغزی مرتبط با سن مثل آلزایمر تأثیر می‌گذارد. “گویال” گفت که محققان در واقع بر روی یک مطالعه‌ دیگر کار می‌کنند تا ببینند که آیا این یافته‌ها توضیح می‌دهند که چرا زنان به اندازۀ مردان دچار زوال شناختی نمی‌شوند. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Proceedings of a National Academy of Sciences منتشر شده است.

ترجمه: سحر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com

تصویری از اعماق کیهان

بیگ بنگ: این تصویر، فرا ژرف ِ هابل نمونه‌‌ای از قدیمی‌ترین کهکشان‌هایی است که بشر تاکنون دیده است. تصویری از عمق صورت فلکی کوره که توسط تلسکوپ فضایی هابل(HUDF) و با عبور از میلیاردها سال نوری دورتر، توانست این میدان فرا ژرف ِ کیهانی را ثبت نماید.

heicaاین کهکشانها نماینده دوران تاریک جهان هستند و درست زمانی که فقط چند صد میلیون سال از بیگ بنگ گذشته بود، تشکیل شده‌اند. در این تصویر کهکشان‌هایی بسیار کم نور که بیش از ۱۰ میلیارد بار کم نورتر از ستارگانی هستند که با چشم غیر مسلح دیده می شوند. این عکس حاصل ۴۰۰ گردش مداری تلسکوپ هابل میباشد و حدود ۱۰ هزار کهکشان رنگین با اندازه، شکل و سن متفاوت را آشکار ساخته است. در عکس نزدیکترین کهکشانها، هم بزرگتر و پرنورتر هستند و هم به شکل مارپیچی و بیضوی تکامل یافته‌اند، این کهکشان‌ها حدود یک میلیارد سال پیش به ثبات رسیدند – یعنی زمانی که ۱۳ میلیارد سال از عمر کیهان می گذشت.

محققان می خواستند میدانی عاری از سایر اجرام بیابند تا بتوانند منظره‌ای بلامانع و باز از کیهان داشته باشند. آنها میدانی عاری از ستارگان درخشان، اشیای ساطع کننده پرتو ایکس و منابع درخشان رادیویی در صورت فلکی کوره را انتخاب کردند. نتیجه خیره شدن هابل برای چهار ماه متمادی (از ۲۴ سپتامبر ۲۰۰۳ تا ۱۶ ژانویه ۲۰۰۴) به یک نقطۀ کوچک از آسمان، این تصویر فرا ژرف با هزاران کهکشان بود. جالب اینجاست این عکس میدان عمیق تنها ۰٫۰۰۰۰۰۳% از آسمان را نشان می دهد!

این عکس علاوه بر اینکه قدرت تلسکوپ فضایی هابل را نشان می دهد، یادآور این نکته است که حتی نقطۀ تاریکی در اعماق کیهان که فکر می کنیم خبری آنجا نیست هم میتواند ما را شگفت‌زده کند. جایگزینش تلسکوپ فضایی جیمز وب که صد برابر قوی‌تر است، می تواند افق دید ما نسبت به جهان را باز هم افزایش دهد. احتمالا برنامه پرتاب این تلسکوپ در سال ۲۰۲۱ انجام می شود.

نویسنده: سمیر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منابع: Hubble Ultra Deep Field / spacetelescope.org

اولتیما تولی به طرز عجیبی مسطح است

بیگ بنگ: اولتیما تولی همان شکلی نیست که انسان ماه گذشته تصور می کرد. وقتی فضاپیمای رباتیک افق‌های نو در اوایل ژانویه ۲۰۱۹ از نزدیکی سیارک اولتیما تولیِ دوردست عبور کرد (رسمأ ۲۱۴ MU69 نامیده می شود)، تصاویر اولیه دو حلقۀ دایره‌ای را نشان دادند که پس از برون‌یابی سه بعدی جدید تقریبأ کروی به نظر می رسد.

UltimaThuleهرچند، تحلیل‌های تصاویر جدید – از جمله بسیاری از تصاویری که خیلی زود پس از بیشترین نزدیکی گرفته شدند – نشان می دهند که ستارگانِ تحت‌الشعاع قرار گرفته زودتر از آنچه تصور می کردیم، مجددأ ظاهر شدند. تنها توضیح احتمالی این است که این شی کمربند کویپر به طول ۳۰ کیلومتر یک شکل سه بعدی متفاوت با آنچه که چند هفته پیش تصور می کردیم، دارد.

MUFlatter NewHorizons

به ویژه، همانطور که در این تصویر برجسته نشان داده شده، اکنون به نظر می رسد که لوب بزرگتر – اولتیما – بیشتر شبیه یک پنکیک پف کرده است تا یک کره، در حالیکه لوب کوچکتر – تولی – شبیه یک گردوی دندانه‌دار است. عدم قطعیتِ باقیمانده با خط چین‌های آبی نشان داده شده است. شکل جدید اطلاعات نشان می دهد که گرانش – که اجرام حجیم‌تر را در کره‌ها منقبض می کند – شاید نقش کمتری در کانتور کردن لوب‌های اولتیما تولی نسبت به چیزی که قبلأ تصور می کردیم، ایفا کند. فضاپیمای افق‌های نو پس از عبور از کنار پلوتو در میانۀ سال ۲۰۱۵ تا اولتیما تولی راه خود را ادامه داد. داده‌ها و تصاویر جدید هنوز در حال دریافت هستند.

سایت علمی بیگ بنگ / منبع: apod

آیا قمرها هم می‌توانند قمر داشته باشند؟

بیگ بنگ: طبق مطالعه‌ای جدید، قمرهای تیتان و یاپتوس متعلق به سیارۀ زحل، قمر کالیستوی مشتری، ماه زمین، و قمر فراخورشیدی تازه‌کشف‌شده به نام کپلر ۱۶۲۵b-i می‌توانند خودشان نیز قمر (زیرماه) داشته باشند.

image e Submoon

تصویر هنری از زیرماه فراخورشیدی

به گزارش بیگ بنگ، هر یک از سیارات بزرگ منظومه شمسی دارای قمرهای بزرگی هستند، اما هیچ یک از این قمرها، زیرماه ندارند. دکتر “سین ریموند” از دانشگاه بوردو یکی از محققان این مطالعه می‌گوید: «سیارات به دور ستاره‌ها می‌چرخند و قمرها به دور سیارات؛ پس طبیعی است که بپرسیم آیا قمرهای کوچکتر هم می‌توانند به دور قمرهای بزرگتر بچرخند.»

دکتر ریموند و همکارانش، دکتر جونا کولمیر از مؤسسه علوم کارنگی در واشنگتن، ثبات زیرماه‌های فرضی را بررسی کردند. محاسبات آنها نشان می‌دهد که زیرماه‌هایی با اندازۀ ۱۰ کیلومتر می‌توانند فقط در اطراف قمرهای بزرگ (با اندازۀ ۱۰۰۰ کیلومتر) در مدارهای وسیع، بقا داشته باشند. محققان همچنین دریافتند که تعداد کمی از قمرهای شناخته‌شده مثل کالیستو، تیتان، یاپتوس و ماه، به لحاظ نظری قادر هستند میزبان زیرماه‌هایی با عمر طولانی، باشند.

به گفتۀ محققان: «کالیستو این شرایط را دارد که خود قمر داشته باشد، اما تاکنون هیچ قمری در اطراف آن مشاهده نشده است. با این حال برای پرداختن به منابع احتمالی بی‌ثباتی زیرماه به محاسبات بیشتری نیاز است؛ از قبیل غلظت غیریکنواخت جرم در پوسته ماه خودمان.» دکتر کولمیر گفت: «فقدان زیرماه‌های شناخته‌شده در منظومه شمسی، حتی در اطراف قمرهایی که می‌توانند به لحاظ نظری از این اجرام پشتیبانی کنند، می‌تواند سرنخ‌هایی را درمورد تشکیل سیارۀ زمین و سیارات مجاور به ما نشان دهد. درمورد تشکیل این سیارات هنوز سوالات برجسته زیادی وجود دارد که باید پاسخ داده شود.»

به نظر می‌رسد قمرهایی که به دور زحل و مشتری می‌چرخند از دیسک گاز و غباری تشکیل شده باشند و در مراحل ِ بعدی تشکیل خود، غول‌های گازی را محاصره می‌کنند. از طرف دیگر، تصور می‌شود که ماهِ ما در اثر برخورد عظیم جرمی به اندازۀ مریخ به زمینِ جوان، شکل گرفته باشد. فقدان زیرماه‌های ثابت می‌تواند به محققان کمک کند تا نیروهای مختلفی که قمرهای قابل رؤیت برای ما را شکل می‌دهند، را بهتر درک کنند.

دکتر کولمیر افزود: «البته این می‌تواند نشان‌دهندۀ تلاش‌های مداوم برای درک چگونگی تکامل منظومه‌های سیاره‌ای در دیگر نقاط کیهان باشد و حتی نشان دهد منظومه شمسیِ ما چگونه با هزاران منظومۀ دیگر، شباهت و ارتباط دارد.» به عنوان مثال، قمر احتمالی‌ای که به دور کپلر ۱۶۲۵b-i می‌چرخد، جرم مناسب و فاصلۀ مناسبی با میزبانی که از زیرماه پشتیبانی می‌کند، دارد. اگرچه شیب تخمینی مدار آن باعث می‌شود که چنین جرمی به سختی بتواند ثابت باقی بماند. با این حال تشخیص زیرماه در اطراف یک قمر بسیار دشوار است.

با توجه به هیجان مربوط به جستجوی سیاراتِ احتمالاً قابل سکونت، این تیم نتیجه گرفتند که بهترین سناریو برای حیات روی زیرماه‌های بزرگ، در اطراف ستاره‌های عظیم می‌باشد. اگرچه ستاره‌های کوتوله سرخ، خیلی کم‌نور هستند و مناطق قابل سکونت آنها آنقدر نزدیک است که نیروهای جزر و مدی آنها بسیار قوی است و در نتیجه زیرماه‌ها و حتی خود قمرها بسیار ناپایدار هستند. جزئیات بیشتر این پژوهش در ماهنامه‌ انجمن سلطنتی اخترشناسی منتشر شده است.

ترجمه: زهرا جهانبانی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sci-news.com

مریخ‌نورد “فرصت” همچنان ساکت است!

بیگ بنگ: این روزها، پانزدهمین سالگرد فرود مریخ‌نورد فرصت(Opportunity) ناسا، به مریخ است. سالگردی که البته امسال طعم تلخ دارد. در ۲۴ ژانویه ۲۰۰۴، این ربات کاوشگر خورشیدی ناسا، در منطقه “مریدیانی پلانوم” سیارۀ سرخ فرود آمد تا ماموریت ۹۰ روزه‌ای را آغاز کند، اما این ماموریت یک دهه و نیم طول کشید. متاسفانه، این کاوشگر، از ۱۰ ژوئن ۲۰۱۸، زمانی که در طوفانی از گرد و غبار گرفتار شد، هیچ سیگنال رادیویی به ما ارسال نکرده‌ و این سکوت، همچنان ادامه دارد.

nasa is still holding out wish for a mars event roverبه گزارش بیگ بنگ، فرصت، یکی از دو کاوشگری بود که ناسا به طور جداگانه از پایگاه نیروی هوایی کیپ کاناورال در سال ۲۰۰۳، به فضا فرستاد. ابتدا کاوشگر اسپریت، که البته اکنون از کار افتاده، در تاریخ ۴ ژانویه ۲۰۰۴ روی سطح مریخ فرود آمد و سپس مریخ‌نورد فرصت، ۲۱ روز بعد، روی این سیاره فرود آمد. در اصل، برنامه‌ریزی به این صورت بود که ماموریت آنها، ۹۰ روز ِ مریخی، باشد و طول مسافرت آن‌ها در حدود ۱۰۰۶ متر باشد. اما به نظر می‌رسد که این فرصت برای برنامه‌ای بیشتر از این هم مهندسی شده که تا کنون، مسافتی بیش از ۴۵ کیلومتر را طی کرده است.

تعداد روزها، هفته‌ها، ماه‌ها یا سال‌هایی که ماموریت طول خواهد کشید، تبدیل به مساله‌ای در حد حدس و گمان شده‌؛ چرا که ناسا هنوز مطمئن نیست که فرصت از کار افتاده یا صرفا زیر خرواری از خاک و تکه‌های مواد، مدفون شده‌ است. سیاره سرخ، در می ۲۰۱۸ درگیر طوفان گرد و غبار سراسری بود و همین امر موجب شد نور خورشید به پنل‌های خورشیدی فرصت نرسد، و این کاوشگر بدون منبع تغذیه ماند. در ۱۰ ژوئن تمام تماس‌های رادیویی این کاوشگر با زمین قطع شد که ممکن است به دلیل خاموش شدن کاوشگر به علت تمام شدن باطری آن بوده باشد. مهندسان ِ ناسا امیدوار بودند در ماه سپتامبر با تابش نور خورشید، این مریخ‌نورد مجددا شروع به کار کند، اما فرصت همچنان در سکوت ِ رادیویی است.

ناسا از این مساله نگران است که فرصت به حدی از خالی شدن انرژی رسیده باشد که قطعات الکترونیکی بورد آن یخ زده باشد یا باطری آن به حدی خالی شده باشد که نتواند خودش را شارژ کند. با این حال، امید می‌رود که روی پنل‌های خورشیدی خاک نشسته باشد و طوفان بعدی بتوانند آن را پاک کند. متاسفانه، نیمکره شمالی مریخ، از فصل پاک کردن گرد و غبار خارج می‌شود و هیچ نتیجه‌ای برای کاوشگر ما نداشته است. اما ناسا هم‌چنان به طور متناوب دستور راه‌اندازی را برای کاوشگر ارسال می‌کند و منتظر شنیدن سیگنالی از مریخ است. این آژانس فضایی اعلام کرد، اگر در این مرحله ناکام بماند، قبل از تصمیم‌گیری برای اقدام‌ بعدی، ارزیابی جدیدی در مورد وضعیت انجام خواهد داد.

“جان کالاس”، مدیر پروژه فرصت در آزمایشگاه پیش‌رانش جت ناسا در پاسادنا کالیفرنیا، گفت: «پانزده سال بودن در سطح مریخ، دستاوردی است که نه‌ تنها متعلق به کاوشگری با شکوه است، بلکه به تیمی متعهد و با استعداد بر می‌گردد که به ما اجازه گسترش اکتشافات در فضای سیاره سرخ داده است.» هرچند این سالگرد نمی‌تواند کمکی کند اما کمی تلخ است که نمی‌دانیم کاوشگر در چه وضعیتی است. ما هرکاری را برای برقراری ارتباط با کاوشگر انجام می‌دهیم، اما هر چقدر که بیشتر زمان می‌گذرد، احتمال برقراری ارتباط موفق با فرصت، کاهش پیدا می‌کند.

ترجمه: محبوبه معصوم نیا/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: newatlas.com

ایده‌های تازه دربارۀ ماهیت ماده تاریک

بیگ بنگ: انرژی تاریک و ماده تاریک ۹۶% جرم کل کائنات را شامل می‌شوند. در حال حاضر دو فرضیۀ اصلی درباره ماهیت ماده تاریک مطرح می‌شود. یکی از آنها فرض می‌کند که ماده تاریک شامل اشیاء هاله‌دار فشرده با جرم زیاد است؛ و دیگری این خاصیت را به برهمکنش ضعیف اجزای جرم‌دار نسبت می‌دهد.

darkmatter

نقشه ماده تاریک از ناحیه‌ مورد مطالعه‌ی KiDS (منطقه G12)

به گزارش بیگ بنگ، پروفسور آلکساندر بالاکین و دانشجوی دکتری دمیتری گروشف از دیدگاه دوم پیروی می‌کنند، احتمال دارد ماده تاریک شامل اکسیون‌ها (بوزون‌های فرضی که قابلیت برهمکنش با فوتون‌ها را دارند) باشد. دمیتری گروشف می‌گوید: « خاصیت جالب اکسیون از لحاظ الکترودینامیک این است که معادلات الکترومغناطیس اصلاح شده، اجازه وجود اثراتی که در نظریه کلاسیک فارادی-ماکسول امکان آن وجود ندارد را می‌دهند. یکی از این اثرات، پیدایش دیون‌های اکسیون است؛ اشیائی با جهت‌گیری‌های شعاعی و موازی با میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی.»

مغناطیس‌کره دیون می‌تواند نشان‌دهنده اثر پانه‌کوئک-رزلند(Pannekoek-Rosseland) باشد. ذات این پدیده آن است که توزیع بارهای الکتریکی در پلاسمای ایزوترمال تعادلی، تحت تأثیر میدان گرانشی انجام می‌شود – یون‌های سنگین‌تر با بار مثبت به زیر الکترون‌های سبک‌تر می‌روند. این میدان الکتریکی با جهت‌گیری شعاعی، تحت عنوان میدان الکتریکی پانه‌کوئک-رزلند شناخته می‌شود. پس از آن، چنین میدانی در پلاسمای الکترون-پوزیترون وجود ندارد، زیرا حامل‌های بار مثبت و منفی جرم‌های یکسانی دارند. دیون‌های آکسیون می‌توانند دسته‌بندی پلاسمای الکترون-پوزیترون و توزیع ویژه میدان مغناطیسی را نشان دهند.

پروفسور بالاکین به عنوان نتیجه‌گیری بیان داشت: « ما در حال حاضر، تمامی تلاش‌مان را در فرموله کردن طرح‌های پیشنهادی‌مان معطوف می‌کنیم تا کمکی برای اخترفیزیک‌دان‌ها باشد که اثرات آکسیون‌ها را در پلاسمای ستاره‌ای بیابند، و احتمالاً به رمزگشایی مهم‌ترین معمای تحقیقات فضایی مدرن که شناسایی ذرات تشکیل‌دهندۀ ماده تاریک است، کمکی کرده باشیم.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review D منتشر شده است.

ترجمه: سوران زوراسنا/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: Phys.org