فیزیک ؛ سلوک در ژرفای گیتی

	فیزیک ؛ سلوک در ژرفای گیتی
	خاموشی ابدی فضاهای لایتناهی، مرا به هراس می اندازد

Arthur Stanley Eddington

was the English astrophysicist who developed a theory of the structure of stars that today serves as the foundation for all similar work. He explained how a star's energy is transported from its core and showed how the luminosity of a star is affected by its mass. He also offered

the first observational evidence of the Theory of General Relativity. A hugely influential astronomer, he not only inspired his colleagues but also introduced astronomy, in particular the work of Edwin Hubble (1889–1953) on the expansion of the Universe, to a much wider audience.

Life Story

1882

Born on December 28 in Kendal, Cumbria, England. His childhood and early education are in Weston-super-Mare, Somerset, England.

1898

Enters Owen's College, University of Manchester, England, where he studies physics.

1902

Wins a scholarship to study mathematics at Trinity College, Cambridge University.

1904

Graduates from Trinity College as Senior Wrangler (top of his year) in mathematics.

1906

Becomes Chief Assistant at the Royal Observatory, Greenwich, England, where he works on stellar motions.

1907

Elected Fellow of Trinity College.

1912

Leads an expedition to observe a solar eclipse from Brazil.

1913

Appointed Plumian Professor of Astronomy at Cambridge University.

1914

Becomes Director of Cambridge University Observatory. Elected Fellow of the Royal Society, London. Publishes Stellar Movements and the Structure of the Universe, based on his work at the Royal Observatory.

1916

Starts work on a study of the composition of stars. He establishes that a star's energy is transported away from its core by radiation, and that radiation has a fundamental role in maintaining stellar equilibrium.

1918

Eddington is interested in the work on relativity of Albert Einstein (1879–1955). Publishes Report on the Relativity Theory of Gravitation.

1919

Although now based at Cambridge University, Eddington joins astronomers from the Royal Observatory on an expedition to Príncipe Island, off Cameroon on the west coast of Africa, to observe a solar eclipse due on May 29. The eclipse offers the chance to test Einstein's prediction that rays of light are affected by gravitation. The eclipse observations show that they are, providing the first observational evidence of the General Theory of Relativity.

1920

Space, Time, and Gravitation, an account for the general reader, is published.

1921

Appointed President of the Royal Astronomical Society, London. The appointment is for two years.

1923

Publishes The Mathematical Theory of Relativity.

1924

Presents his work on the relationship between the mass and the luminosity of a star. This leads to a total revision of ideas on stellar evolution. He is awarded the Gold Medal of the Royal Astronomical Society for his work on extra galactic nebulas and galaxies.

1926

Eddington's work on the structure of stars is published in his influential book The Internal Constitution of the Stars. He is the first astronomer to deduce a relationship between the mass of a star and its radiation output. He also puts forward the pulsation theory of Cepheid variable stars (that some stars expand and contract due to internal pressures), and the theory that white dwarfs (stars that have collapsed under the effects of their own gravity) can be extremely dense.

1927

Publishes Stars and Atoms, a book written for the general reader.

1928

Publishes The Nature of the Physical World, another book written for the general reader.

1930

Eddington is knighted by King George V.

1933

Publishes The Expanding Universe, which brings the recent work of American Astronomer Edwin Hubble (1889–1953) and others on the expansion of the Universe to a more general audience.

1938

Receives the Order of Merit from King George VI and is appointed President of the International Astronomical Union.

1944

November 22, Eddington fails to recover after surgery and dies.

1946

Eddington's Fundamental Theory is published posthumously.

1947

The Royal Astronomical Society institutes the Eddington Medal for outstanding work on theoretical astronomy.

+ نوشته شده در چهارشنبه 1385/10/27ساعت 12:24 توسط سپهـــر |

NASA Sees into the Eye of a Monster Storm on Saturn

NASA's Cassini spacecraft has seen something never before seen on another planet -- a hurricane-like storm at Saturn's south pole with a well-developed eye, ringed by towering clouds.

The 'hurricane' spans a dark area inside a thick, brighter ring of clouds. It is approximately 8,000 kilometers (5,000 miles) across, or two thirds the diameter of Earth.

'It looks like a hurricane, but it doesn't behave like a hurricane,' said Dr. Andrew Ingersoll, a member of Cassini's imaging team at the California Institute of Technology, Pasadena. 'Whatever it is, we're going to focus on the eye of this storm and find out why it's there.'



                            A view of the hurricane-like

                     vortex from a different wavelength

A movie taken by Cassini's camera over a three-hour period reveals winds around Saturn's south pole blowing clockwise at 550 kilometers (350 miles) per hour. The camera also saw the shadow cast by a ring of towering clouds surrounding the pole, and two spiral arms of clouds extending from the central ring. These ring clouds, 30 to 75 kilometers (20 to 45 miles) above those in the center of the storm, are two to five times taller than the clouds of thunderstorms and hurricanes on Earth.

Eye-wall clouds are a distinguishing feature of hurricanes on Earth. They form where moist air flows inward across the ocean's surface, rising vertically and releasing a heavy rain around an interior circle of descending air that is the eye of the storm itself. Though it is uncertain whether such moist convection is driving Saturn's storm, the dark 'eye' at the pole, the eye-wall clouds and the spiral arms together indicate a hurricane-like system.

Distinctive eye-wall clouds had not been seen on any planet other than Earth. Even Jupiter's Great Red Spot, much larger than Saturn's polar storm, has no eye or eye-wall and is relatively calm at the center.

This giant Saturnian storm is apparently different fromhurricanes on Earth because it is locked to the pole and does not drift around. Also, since Saturn is a gaseous planet, the storm forms without an ocean at its base.

In the Cassini imagery, the eye looks dark at infrared wavelengths where methane gas absorbs the light and only the highest clouds are visible.

'The clear skies over the eye appear to extend down to a level about twice as deep as the usual cloud level observed on Saturn,' said Dr. Kevin H. Baines of Cassini's visual and infrared mapping spectrometer team at NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif. 'This gives us the deepest view yet into Saturn over a wide range of wavelengths, and reveals a mysterious set of dark clouds at the bottom of the eye.'

Infrared images taken by the Keck I telescope in Mauna Kea, Hawaii, had previously shown Saturn's south pole to be warm. Cassini's composite infrared spectrometer has confirmed this with higher-resolution temperature maps of the area. The spectrometer observed a temperature increase of about 2 Kelvin (4 degrees Fahrenheit) at the pole. The instrument measured high temperatures in the upper troposphere and stratosphere, regions higher in the atmosphere than the clouds seen by the Cassini imaging instruments.

'The winds decrease with height, and the atmosphere is sinking, compressing and heating over the South Pole,' said Dr. Richard Achterberg, a member of Cassini's composite infrared spectrometer team at NASA's Goddard Spaceflight Center, Greenbelt, Md.

Observations taken over the next few years, as the south pole season changes from summer to fall, will help scientists understand the role seasons play in driving the dramatic meteorology at the south pole of Saturn.

The Cassini-Huygens mission is a cooperative project of NASA, the European Space Agency and the Italian Space Agency. The Jet Propulsion Laboratory, a division of the California Institute of Technology in Pasadena, manages the Cassini-Huygens mission for NASA’s Science Mission Directorate, Washington. The Cassini orbiter was designed, developed and assembled at JPL. The imaging team is based at the Space Science Institute, Boulder, Colo. The visual and infrared mapping spectrometer team is based at the University of Arizona. The composite infrared spectrometer team is based at Goddard.

+ نوشته شده در سه شنبه 1385/10/19ساعت 10:6 توسط سپهـــر |

آغاز جهان

كشف تشعشع مايكروويو كيهانى در سال 1946 به وسيله آرنوپنزياس و رابرت ويلسون مسير كيهان شناسى را تغيير داد . اين پديده برداشتى كلى به كيهان شناسى ارائه كرد. وقتى كه جهان 400 هزار ساله بود. اين تابش باقى مانده از انفجار بزرگ ثابت مى كند كه جهان، آغازى داغ داشته است.

4 درصد جهان هستى از «ماده معمولى» (Ordinary Matter) ساخته شده است. 21 درصد ديگر آن از ماده اى كه اصطلاحاً «ماده تاريك» (Dark Matter) ناميده مى شود ساخته شده است كه مقدار آن با توجه به تأثيرات گرايشى آن روى ماده تخميناً برآورد مى شود. 75 درصد باقى مانده نيز شامل «انرژى تاريك» است كه كه رفتارى شبيه گرانش در جهت عكس را از خود بروز مى دهد.

بر پايه مشاهدات «انرژى تاريك» داراى مقدارى ثابت و بدون تغيير است و بيشتر شبيه «ثابت كيهان شناختى» (Cosmological Constant) در تئورى هاى اينشتين درباره تكامل تدريجى جهان رفتار مى كند. اساساًً اين بدان معناست كه «مقدار انرژى بر واحد حجم فضا» ثابت باقى مى ماند. در اينصورت مى توان مدعى شد كه جهان (Universe) با نرخ فزاينده اى به رشد و گسترش خويش ادامه خواهد داد. طى مدت زمانى در حدود 20 ميليارد سال فقط حدود 100 كهكشان را مى توان از زمين رويت نمود به گونه اى كه مى توان آن را «غربت بزرگ» نامگذارى كرد. در دهه 1990 با به كارگيرى تركيبى از تكنولوژى (دوربين هاى CCD 100مگا پيكسلى) و يك شاخص دقيق در فاصله اى دور (ابرنواخترهاى نوع ( Ia بالاخره شتاب منفى جهان اندازه گيرى شد. ظاهراً جهان در حال سرعت گرفتن است. تا وقتى كه انرژى تاريك كاملاً شناخته شود، پايان كار جهان ما بلاتكليف خواهد ماند. گرچه اگر گسترش جهان تا 30 ميليارد سال ديگر به سريع تر شدن خود ادامه دهد، آسمان از كهكشان خالى خواهدشد( بجز چند كهكشان در خوشه كهكشانى سنبله). درحالى كه گرانش جاذبه اى ماده عمدتاً سياه جهان، گسترش آن را كندتر مى كند، گرانش دفعى (شتاب منفى( كه در اثر انرژى سياه به وجود آمده سعى در سرعت بخشيدن به آن را دارد. بنابراين اندازه گيرى مقادير انرژى و ماده تاريك به ما اجازه مى دهد فيلم كيهانى را تا زمان به وجود آمدن آن عقب ببريم و زمان شروع آن را دريابيم .

منجمان براين باورند كه ماده عادى غيرقابل رؤيت كه حدود سه چهارم محتواى كل ماده باريونى (پروتون و نوترون ) را تشكيل مى دهد، به وفور و به صورت گاز گرم درميان كهكشان ها قرار دارد. در كل مقدار ماده _ باريونى و غيرباريونى كه بيشتر آن نيز تاريك است _ هشت برابر بيشتر از ماده باريونى است. منجمان همچنين توانسته اند مقادير چشمگيرى از ماده غيرقابل رؤيت را با اندازه گرفتن سرعت هاى ستارگان درميان كهكشان ها و سرعت كهكشان ها درميان خوشه هاى كهكشانى، شناسايى كنند. بدون وجود ماده تاريك غيرقابل رؤيت، اين اجرام پرسرعت بايد مدت ها پيش متفرق مى شدند.

بيشتر كيهان شناسان عمر جهان را 13.7 ميليارد سال مى دانند و عقيده دارند كه جهان تخت است (يعنى از هندسه اقليدسى تبعيت مى كند، با خطوط موازى كه دربى نهايت هم موازى مى مانند و زواياى داخلى مثلث كه مجموعاً 180 درجه هستند(.

مقدار 72 كيلومتر در ثانيه، در مگاپارسك - با خطايى حدود 10 درصد _ براى ثابت هابل به دست آمد. در حالى كه پارامتر اندازه گرفته شده توسط خود هابل 550 كيلومتر در ثانيه در مگاپارسك بود. از آنجا كه اندازه جهان قابل رصد و سن آن، هر دو با ثابت هابل رابطه عكس دارند. رشدى كه اين مقدار اصلاح شده براى جهان قابل رؤيت نشان مى دهد هشت برابر گسترشى است كه قبلاً براى جهان اندازه گرفته شده بود.

در سال 1980 فيزيكدانى به نام آلن اچ - گروت نظريه اى به نام تورم را ارائه كرد. بعدها ديگران نيز توضيحاتى به اين نظريه افزودند. اين تئورى كه نشات گرفته از فيزيك كاربردى ذرات است، مهمترين ويژگى هاى جهان امروز را توضيح مى دهد. در تئورى تورم قسمت هاى كوچك كيهان اوليه به طور تصاعدى گسترش پيدا كردند و قسمتى از فضا را كه ما امروزه مى بينيم، صاف تر كردند. مانند وقتى كه بيشتر بادكردن يك بادكنك باعث مى شود قسمت كوچكى روى سطح آن صاف تر به نظر برسد.

گفته مى شود دليل اصلى جريان يافتن اين گسترش انرژى پتانسيلى وابسته به انرژى فرضى به نام inflaton است، اين انرژى پتانسيل inflatin است كه حرارت چشمگير انفجار بزرگ را فراهم كرده در حين پديده inflaton نوسانات كوانتومى در مقياس هاى زيراتمى به وسيله گسترشى مهيب به اندازه هاى نجومى مى رسند. اين بزرگ تر شدن ها در ساليان دراز بعدى به همراه گرانش رشد كردند و در نهايت به پيدايش كهكشان ها و خوشه هاى كهكشانى كنونى انجاميدند. از نظريه تورم مى توان سه نتيجه گيرى كرد:

1- فضا بايد در لبه مريى آن صاف به نظر برسد. 2- توزيع ماده در مقياس هاى نجومى بايد منشاء كوانتومى داشته باشد. 3- فضا را بايد پس زمينه اى از امواج گرانشى فرا گرفته باشد، كه به وسيله نوسانات كوانتومى بعد از 10به توان 32 - ثانيه از شروع جهان به وجود آمده اند. دو پيش بينى نخست اكنون با اندازه گيرى ها ديده شده اند و سومى نيز احتمالاً در آينده اى نه چندان دور با اندازه گيرى ها به اثبات خواهد رسيد.

پروژه كه فضاپيماى پژوهشى مايكروويو WMAP نام دارد، با به پايان رساندن اولين سال ماموريت چهارساله اش نقشه اى تماشايى از جهان نوزاد تهيه كرده، شگفتى اى كه WMAP براى كيهان شناسان به ارمغان آورد اين بود كه هيچ چيز شگفت آور نبود! وبا محاسبات قبلى تطابق خوبى داشت، هرچند معلوم شد پيدايش ستارگان زودتر از آنچه پيش بينى شده بود شروع شده _ تنها 200 ميليون سال بعد از انفجار بزرگ. WMAPموقعيت جهانى كه قبلاً پيش بينى شده بود را تحكيم كرد - جهانى 13.5 ميليارد ساله شامل يك سوم تا يك دوم ماده و انرژى تاريك و 4 درصد ماده معمولى (باريونى). اين پروژه همچنين مقدار به دست آمده براى ثابت هابل را تاييد مى كند. نتايج WMAP با ايده كلى تورم سازگارى دارند ولى تورم نظريه اى با گونه هاى متعدد است .

با توجه به متن نسبيت عام، پاسخ ساده است: انفجار بزرگ تنها آفريننده ماده، فضا و زمان است، بدون توضيح بيشتر. اين جواب البته قانع كننده نيست و دلايلى وجود دارند كه بپذيريم پاسخ عميق ترى براى اين سئوال هست. نسبيت عام شرحى ناقص از گرانش است چون شامل مكانيك هاى كوانتومى نمى شود و گرانش را با ديگر نيروهاى بنيادى تلفيق نمى كند. در حال حاضر نظريه ريسمان (كه بهM-Theory نيز معروف است) با وجود ناقص بودن و مورد آزمايش قرار نگرفتن بهترين تفكر را در مورد پيوند گرانش، ديگر نيروهاى بنيادى و مكانيك هاى كوانتومى ارائه مى دهد. با اينكه نظريه تورم ريشه اى در نظريه ريسمان ندارد، اما امكان دارد در آخر توضيح خود را در اين نظريه بيابد و هر چند تورم نظريه اى محكم است اما به آزمايشات عملى بيشترى نيازدارد. نظريه ريسمان تاكنون توضيحى فيزيكى براى انرژى تاريك فراهم نكرده و اين يك اشكال عمده است.

كشفيات جديد با بالا بردن سطح آگاهى باعث پديد آمدن چند سرى سوال جديد شده اند:

ماده تاريك چيست؟ ماهيت انرژى تاريك اسرار آميز و گرانش دفعى آن چيست؟ چرا طرز كار جهان ما تا اين حد پيچيده است؟ و دنيا چطور آغاز شد؟ اينكه انرژى تاريك چگونه با اكتشافات فيزيكدانان درباره نيروهاى موجود در طبيعت و ذرات درون اتمى مرتبط با آنها تعامل برقرار مى كند معمايى است كه همچنان بى پاسخ باقى مانده است. يك اخترشناس مى گويد: «به ياد داشته باشيد كه ما اين پديده را انرژى تاريك مى ناميم اما اين نامگذارى ممكن است اين باور غلط را در ذهن مخاطبان ايجاد كند كه ما حقيقتاً مى دانيم كه آن پديده چيست. اما بايد اذعان داشت كه ما واقعاً چيز زيادى در اين باره نمى دانيم.»

چه زمانى اولين ستاره ها شكل گرفتند؟ كهكشان هاى منفرد چگونه تشكيل شدند و چطور تكامل مى يابند؟ كى و كجا عناصر شيميايى اى كه بعد از عناصر موجود در انفجار بزرگ بودند (عناصر سنگين ترى كه براى حيات ما مفيد هستند)پديد آمدند؟ قسمت عمده ماده معمولى جهان كجاست و آيا فقط شامل گاز داغ است؟ پاسخ به اين سئوالات نيازمند رصدها و وسايل جديد و همچنين مدل هاى جديد و پيچيده ترى است كه ما در ميانه دوران بزرگى از اكتشافات كيهان شناختى هستيم. اگر موفق شويم نظريه هايمان را با هر كشف جديدى تطبيق دهيم، مى توانيم به جهشى بزرگ در دركمان از جهان برسيم.

+ نوشته شده در یکشنبه 1385/10/17ساعت 11:29 توسط سپهـــر |

The Cat s Eye Nebula -- NGC 6543

+ نوشته شده در شنبه 1385/10/16ساعت 22:5 توسط سپهـــر |

نازایی نوترون ها

نابودی ضد ماده در میان انبوه پروتون ها و نوترون ها عدم تعادل پدید می آورد و بر روی ترکیب شیمیایی آینده کائنات تاثیر شگرف می گذارد. پروتون ها و نوترون ها از نظر طول عمر با یکدیگر تفاوت اساسی دارند. پروتونی که به حال خود رها شده باشد لااقل دهها میلیون میلیارد میلیارد میلیارد (31^10 ) سال، یعنی در واقع تا ابدیت زندگی می کند و یک پروتیکول « تقریبا ً » ثابت است. در عوض نوترون خصلتی بسیار غیر ثابت دارد و به سرعت به خرده های دیگر تغییر ماهیت می دهد. یک نوترون آزاد، پس از فقط پانزده دقیقه، زیر تاثیر قوه هسته ای ضعیف به یک پروتون،یک الکترون و یک نوترینو تغییر ماهیت می دهد و بنابراین نوترون هایی که به حال خود رها شده اند در فاصله پانزده دقیقه از صفحه کائنات محو خواهند شد؛ لیکن در اینجا پروتون ها به یاری نوترون ها می رسند و عالم را بار دیگر از نوترون پر می کنند، به این معنا که پروتون ها با الکترون ها ترکیب می شوند تا به نوترون ها و نوترینو ها مبدل شوند و این تغییر شکل نیز با میانجیگری قوه ی هسته ای ضعیف صورت می پذیرد؛ تا بدانجا که در زمان یک ثانیه ای تولد عالم تعداد نوترون ها به طور ثابت مساوی تعدادپروتون ها خواهد بود. امابعد از نواخته شدن یک ثانیه، یعنی درست وقتی که زنگ ساعت کیهانی ثانیه اول را اعلام می کند انبوه نوترون ها به صورت جدی رو به کاهش می گذارد زیرا در این لحظه تمام الکترون ها با ضد خرده های خود نابود می شوند و پروتون ها دیگر الکترون کافی پیدا نمی کنند تا به وسیله آنها نوترون های تازه بسازند و در نتیجه برای هر ده عدد پروتون بیش از دو نوترون باقی نمی ماند و همین عامل است که بر ترکیب شیمیایی آینده تاثیر قطعی می گذارد. به این ترتیب است که نخستین ثانیه عالم که پیدایش و تولد کائنات را تقریبا ً هیچ ناظر بوده است، و ظهور ماده و فراهم شدن شرایط فیزیکی ضرور برای صعود به سوی پیچیدگی را دیده است پایان می یابد؛ ثانیه اولی که بدلیل انبوه وقایعی که در طول آن روی داده است بیش از تمامی 17^10 ثانیه های دیگر پانزده میلیارد سالی که پس از آن کائنات زیسته است،

دارای اهمیت است.

منبع : آهنگ پنهان - تالیف «ترین خوان ذوان»

+ نوشته شده در پنجشنبه 1385/10/14ساعت 10:32 توسط سپهـــر |

Laser--based Process Purifies Carbon Nanotubes

GAITHERSBURG, Md., Jan. 2, 2007 -- Conventional ways of purifying carbon nanotubes -- necessary if they are to be used in the future as ultrastrong fibers, electrical wires in molecular devices or hydrogen fuel cell components -- are expensive processes that often result in some tubes being damaged or destroyed. Now a simpler method has been discovered that safely cleans the tubes by zapping them with carefully calibrated laser pulses.

When carbon nanotubes -- the cylindrical form of the fullerene family -- are synthesized by any of several processes, a significant amount of contaminants such as soot, graphite and other impurities also is formed. Purifying the product is an important issue for commercial application of nanotubes.

Before (top) and after electron microscope images of a pyroelectric detector coated with single-walled nanotubes (SWNTs) visually demonstrate the effect of the laser cleaning process. In addition, the SWNTs look visibly blacker after laser treatment, suggesting less graphitic material and increased porosity. (Images: NIST)

In a forthcoming issue of Chemical Physics Letters, a research team from the National Institute of Standards and Technology (NIST) in Gaithersburg and the National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Golden, Colo., describes how pulses from an excimer laser greatly reduce the amount of carbon impurities in a sample of bulk carbon single-walled nanotubes without destroying the tubes.

Both visual examination and quantitative measurements of material structure and composition verify that the resulting sample is "cleaner." The exact cleaning process may need to be slightly modified depending on how the nanotubes are made, the authors note. But the general approach is simpler and less costly than conventional "wet chemistry" processes, which can damage the tubes and also require removal of solvents afterwards.

"Controlling and determining tube type is sort of the holy grail right now with carbon nanotubes. Purity is a key variable," said NIST physicist John Lehman, who leads the research. "Over the last 15 years there's been lots of promise, but when you buy some material you realize that a good percentage of it is not quite what you hoped. Anyone who thinks they're going into business with nanotubes will realize that purification is an important -- and expensive -- step. There is a lot of work to be done."

The new method is believed to work because, if properly tuned, the laser light transfers energy to the vibrations and rotations in carbon molecules in both the nanotubes and contaminants. The nanotubes, however, are more stable, so most of the energy is transferred to the impurities, which then react readily with oxygen or ozone in the surrounding air and are eliminated.

Success was measured by examining the energy profiles of the light scattered by the bulk nanotube sample after exposure to different excimer laser conditions. Each form of carbon produces a different signature. Changes in the light energy as the sample was exposed to higher laser power indicated a reduction in impurities. Before-and-after electron micrographs visually confirmed the initial presence of impurities (i.e., material that did not appear rope-like) as well as a darkening of the nanotubes post-treatment, suggesting less soot and increased porosity.

The researchers developed the new method while looking for quantitative methods for evaluating laser damage to nanotube coatings for next-generation NIST optical power measurement standards. The responsivity of a prototype increased five percent after the nanotube coating was cleaned, the scientists said.

http://www.Photonics.com

+ نوشته شده در چهارشنبه 1385/10/13ساعت 10:5 توسط سپهـــر |

بوکهاردهایم و فضانوردی از طریق فضای فوق فضا !!

** مقدمه

ناسا هر سال به بهترین مقالاتی ـ که در کنفرانس سالانه این موسسه ارائه شود ـ جوایزی اعطا می کند. جایزه سال 2005 در گروه پروازهای فضایی با استفاده از سوخت های هسته ای و مسافرت های فضایی آینده به مقاله ای تعلق گرفت که خواستار انجام آزمون های تجربی بر روی یک موتور شگفت انگیز جدید بود.

بر اساس این مقاله، موتور جدید قادر است سفینه فضایی را از مسیر یک بعد تازه فضایی با سرعت حیرت انگیز انتقال دهد. سفینه مجهز به این موتور می تواند زمین را ظهر ترک کرده و برای شام در کره ماه باشد. تنها یک نکته ضعف در مورد این مقاله وجود دارد و آن اینکه از فیزیکی استفاده می کند که هنوز به خوبی شناخته نشده است.

سوال این است که آیا ایده مطرح شده در این مقاله کارآیی دارد یا نه؟ به نوشته هفته نامه «نیو ساینتیست »، ناسا از این مقاله استقبال کرده و ارتش امریکا نیز توجهش به این نوع موتورهای فضایی جلب شده است. همچنین یک محقق موتورهای سفینه های فضایی در وزارت انرژی امریکا که در آزمایشکاه ملی ساندینا تحقق می کند اعلام کرده که آماده است این ایده را مورد آزمایش قرار دهد.

علیرغم آنکه بسیاری از فیزیکدانان از نظریه ای که این ایده به آن متکی است چیزی سر در نمی آورند، اما «پاولوس میکلیدیس» ـ مهندس هوا فضایی که در دانشگاهایالتی آریزونانحقیق می کند و داور مقاله بود ـ تاکید دارد که به قضاوت خود در خصوص این مقاله پای بند است.

به گفته او هر چند ایده هایی شبیه به ایده این مقاله در گذشته نیز مطرح شده، اما موضوع مورد بحث این مقاله کاملا بی نظیر است.

اگر ایده این مقاله مورد آزمایش قرار گیرد شیوه های تازه ای از نحوه تعامل میان نیرو های طبیعت را آشکار می سازد که به کلی آینده مسافرت های فضایی را دست خوش تغییر خواهد ساخت.

با این شیوه، سفر به مریخ دیگر شش ماه به طول نمی انجامد، بلکه رفت و برگشت به سیاره سرخ تنها به پنج ساعت زمان نیاز دارد. به این ترتیب همه نگرانی های کنونی در این خصوص که طول اقامت فضانوردان در فضا موجب تحلیل رفتن عضلات و ماهیچه های آنان و یا آسیب دیدن مولکول های دی.ان.ای در سلول های بدنشان به واسطه برخورد پرتوهای کیهانی می شود، به کلی برطرف خواهد شد.

از همه مهمتر اینکه، این دستگاه جدید سفر به ستارگان را نیز برای نخستین بار به امر عملی بدل می سازد. اما سوال این است که آیا حرکت در فضای فوق فضا به شیوه ی هایپر درایو امکان پذیر است یا نه؟

** بوکهاردهایم و فضانوردی از طریق فوق فضا

بوکهارد هایم در نهم فوریه 1925 در پوتسدامِ آلمان به دنیا آمدو در شش سالگی تصمیم گرفت که مهندس موشک شود.او ـ که کودک بسیار با هوشی بود ـ در شش سالگی محل بسیاری از سیارات را می دانست، برخی صور فلکی را می شناخت، خودش حروفِ چینی را یاد گرفته بود و بوسیله آنها طرح های خود را به صورت رمز گونه در می آورد تا هیچ کس نتواند از اسرار وی مطلع شود. او ـ که در زمینه شیمی بسیار بیشتر از سنش می دانست ـ در زیر زمین خانه اش به آزمایش با مواد منفجره می پرداخت.

در 1943 بوکهارد هایم، هایزنبرگ را ـ زمانی که درگیر ساخت بمب اتمی آلمان بود ـ ملاقات کرد و طرح خود را درباره استفاده از انفجار شمیایی در بمب های اتمی با وی در میان گذاشت. هایزنبرگ به شدت تحت تاثیر نظریه هایم قرار گرفت ولی چون هایم در آن زمان 18 سال بیشتر نداشت، پنداشت شاید طرح او از روی بی تجربگی باشد؛ 10سال بعد، از ایده هایم در ساخت بمب مشابهی استفاده شد.

در 1943، اواخر جنگ جهانی دوم، هایم وارد خدمت سربازی شد و به نیروی هوایی آلمان پیوست. کمی بعد به دفتر فنی _ شیمیایی ریشسالسانت(1) در برلین نامه ای نوشت و برای کار بر روی یک ماده منفجره جدید به آنجا منتقل شد. اما در سال 1944 در اثر انفجار این مواد، دو بازو و 90 درصد شنواییو بینایی خود را از دست داد. پس از آن، هایم تا پایان عمر در حدود 50 عمل جراحی انجام داد. او فکر می کرد که تمرکز بر روی مطالعه نظریه نسبیت انیشتین در تحمل درد جسمی و روحیش به او کمک می کند.

پس از جنگ، در 1946 وی به دانشگاه گوتینگن (2) رفت و به تحصیل در رشته فیزیک پرداخت. پس از آن، وی به تحصیل در رشته های مختلفی چون پزشکی، روان شناسی، الکترونیک، تاریخ و الهیات مشغول شد. هایم در 1950 با یک خواننده کنسرت اهل پراگ به نام گردا (3) ازدواج کرد. از سال 1948 به بعد ابتدا پدر و سپس همسرش به جای چشم و گوش و دست های او برایش کار می کردند. او بخاطر وضع جسمیش حافظه ای متکی به تصاویر را برای خود شکل داده بود.

هایم در دهه 1950در مسیر تلاش برای حل تعارض میان مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت عام، شروع به بررسی ایده موتورهای پیش برنده به شیوه هایپر درایو کرد.

مکانیک کوانتوم رفتار ذرات در جهان بسیار ریز را توضیح میدهد، در حالیکه نسبیت، بیشتر با نیروی جاذبه ی اجرام بزرگ کیهانی سروکار داردو این دو نظریه هر یک در حوزه خود یعنی جهان صغیر و جهان کبیر بسیار موفقند. اما تعارض میان آن دو زمانی مطرح می شود که دانشمندان می کوشند تا ساختار فضا را مورد بررسی قرار دهند. بر حسب نظریه نسبیت پیوستار زمان ـ مکان، با بافتار فعال و قابل انعطاف است که دارای چهار بعد است : سه بعد مکان و یک بعد زمان.

این بافتار هرگاه جرم سنگینی در آن قرار داده شود، نظیر یک صفحه لاستیکی ـ که وزنه سنگینی روی آن قرار داده شود ـ دچار انحنا می شود و ابعاد چهار گونه اش اعوجاج پیدا می کند. اما نظریه مکانیک کوانتومی از سوی دیگر فضا را به صورت هستار ثابت ـ که دارای موقعیتی انفعالی است ـ در نظر می گیرد. بر طبق نظریه کوانتومی، فضا نیز به نحوی از اجزا غیر پیوسته کوانتومی ساخته شده است.

هایم در دهه 1950 اقدام به بازنویسی معادلات نسبیت در درون یک چهار چوب کوانتومی کرد. او از ایده اینشتین در این خصوص ـ که نیروی جاذبه از ابعاد چهار گانه فضا بوجود می آید ـ استفاده کرد. انیشتین می گفت آنچه که نیروی جاذبه نامیده می شود در واقع عبارت است از انحنای فضا تحت تاثیر یک جرم معین. اما هایم به این ایده، این نکته را اضافه کرد که همه نیرو های بنیادین طبیعت از جمله نیروی الکترومغناطیس نیز مانند نیروی جاذبه از ابعاد فضا بوجود می آیند، هر چند که این ابعاد فراتر از چهار بعد متعارف هستند. او در ابتدا چهار بعد اضافی برای کیهان در نظر گرفت، اما بعد دو بعد را کنار گذارد و تعداد ابعاد کیهان را شش تا به حساب آورد.

در جهان شش بعدی هایم، دو نیروی جاذبه و الکترومغناطیس به یکدیگر پیوسته شده هستند. ما حتی در کیهانی که با آن آشنا هستیم نیز می توانیم نوعی ارتباط میان این دو نیرو پیدا کنیم. این ارتباط را می توان در فتار ذرات بنیادین نظیر الکترون مشاهده کرد. در جهان چهار بعدی نمی توان با تغییر میدان الکترومغناطیسی ، شدت میدان جاذبه را تغییر داد، اما در کیهان شش بعدی هایم این محدودیت برطرف می شود.

هایم مدعی شد که این امحان وجود دارد که انرژی الکترومغتناطیس را به انرژی جاذبه تبدیل کرد و بر عکس. او گمانه زنی کرد که یک میدان مغناطیسی گردنده می تواند تاثیر میدان جاذبه را بر روی یک سفینه فضایی آنقدر کاهش دهد که سفینه بتواند از زمین به هوا بلند شود.

در 1954، هایم شروع به تحصیل زیر نظر کارل فردریش فون ویسکر (4) در گوتینگن نمود و اگرچه به دلیل معلولیت جسمی، کار با گروه برایش بسیار مشکل بود، اما در موسسه مکس پلانک (5) مشغول کار بر روی فیزیک فضا شد. زمانی که هایم در سال 1957، ایده خود را مطرح ساخت با استقبال زیادی روبرو شد.

ورنر فون براون مهندس آلمانی مسوول ساخت موشک وی ـ2 در آلمان نازی ـ که بعد از جنگ به امریکا رفت و موشک ساترن را برای ناسا طراحی و تکمیل کرد و با استفاده از آن موفق شد انسان را بر روی سطح کره ماه فرود آورد ـ از هایم سوال کرد که آیا با توجه به ایده او، موشک پرهزینه ساترن ارزش ساخت دارد یا نه؟

در سال 1960، هایم به این نتیجه رسید که با توجه به وضعیتش بهتر است در خانه کار کند و در این زمان به شدت منزوی شد. او کارهایش را از دیگران مخفی می کرد و بسیار نگران دزدیده شدن نتایج تحقیقاتش بود. تا حدی که حتی برخی همکارانش را به چشم دزد می دید. برخی از نخستین نوشته های او در این زمان شکل گرفتند. در نامهای که در سال 1946 پاسکال جوردن (فیزیکدان برجسته آلمانی و متخصص فیزیک نسبیت و همکار نزدیک فیزیکدانان سرشناسی مانند ماکس بورن و ورنر هایزنبرگ) برای هایم نوشت، به او گفت که ایده هایش آن اندازه حایز اهمیت است که آزمون موفق تجربی آن می تواند بدون تردید جایزه نوبل را برای وی به ارمغان آورد. خود جوردن در آن هنگام عضو کمیته ای بودکه برندگان جایزه نوبل را تعیین می کرد.

اما همه توجهات صرفا منجر به آن شد که هایم خود را از انظار عمومی بیشتر کنار بکشد. البته این امر که معلولیت شدید بدنی رنج می برد، در این انزوا بسیار موثر بود. اما هایم در عین حال اکراه داشتکه نظریه خود را بدون یک محک تجربی محکم ارایه دهد. او هیچ گاه زبان انگلیسی را فرا نگرفت، زیرا نمی خواست کارهای علمیش به زبانهای دیگر عرضه شود. در نتیجه این امر، تنها شمار اندکی از افراداز تحقیقات او مطلع بودند و هیچ یک از آنان نیز اقدامی برای تامین بودجه لازم برای تحقیقات او صورت ندادند.

در سال 1958، شرکت هوافضای آلمانی به بولکو بودجه اندکی در اختیار هایم قرار داد، اما این پول برای انجام آزمون تجربی کفایت نمی کرد.

در دورانی که هایم منظر تهیه پول بود، مدیر شرکت بولکو یعنی لودویگ بولکو (6) او را تشویق کرد که کار روی نظریه اش را ادامه دهد. هایم این توصیه را بکار بست و یکی از نتایجی که بدست آورد اثبات قضیه ای بود که منجر به یک رشته از فرمول ها برای محاسبه جرم ذرات بنیادین شد. نکته جالب آنکه نظریه های متعارف مربوط به ذرات بنیادین نتوانسته بودند چنین فرمولی را پیدا کنند و در تعیین جرم ذرات با مشکل روبرو بودند. هایم دیدگاه کلی خود را در سال 1977، در نشریه علمی موسسه ماکس پلانک به چاپ رساند و این تنها مقاله داوری شده وی است که انتشار یافته است. در این مقاله او با زبانی غامض و پیچیده ( که تعداد فیزیکدان هایی که می توانند ادعا کنند آنرا فهمیده اند زیاد نیست)، راهی برای محاسبه جرم ذرات بنیادین با استفاده از مشخصه هایی مانند بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه ای آنها پیشنهاد کرده است. اما علیرغم زبان دشوار این مقاله، قضیه ای که هایم اثبات کرده بود با موفقیت فراوان همراه شد. مدل استاندارد مربوط به ذرات بنیادین که کم و بیش در میان همه فیزیکدانان به عنوان بهترین مدل در مورد ذرات بنیادین پذیرفته شده است، نمی تواند جرم این بیل ذرات را پیش بینی کند.

حتی شیوه های پذیرفته شده ی تخمین زدن جرم این ذرات به صورت نظری، که از آن بنام شبکه کوانتوم کرومودینامیک (7) یاد میشود، تنها می تواند عددی برای جرم ذرات بنیادین بدست آورد که مقدارش بین یک تا ده درصد مقداری است که در تجربه بدست می آید. اما در سال 1982 زمانی که محققان آلمانی در مرکز الکترون سینکروترون در هامبورگ از قضیه ی هایم برای پیش بینی جرم ذرات بنیادین استفاده کردند، جوابی که رایانه ارایه داد با دقت زیاد معادل جوابی که از آزمایش به دست آمده بود.

تنها عاملی ـ که اندکی دقت پیش بینی را کم می کرد ـ کمیات مربوط به ثابت های بنیادین کیهان بود که مقادیر دقیق آن در دسترس فیزیکدانان قرار نداشت. دو سال بعد از مرگ هایم در سال 2001،زمانی که همکار دیرینه ی او، با استفاده از کمیت هایی دقیق تر دوبارهجرم ذرات بنیادین را محاسبه کرد، نتایج بدست آمده با دقت بیشتری با نتایج تجربی تطابق داشت.

هایم پس از انتشار فرمول خود، دیگر به موضوع فضای فوق فضا و استفاده از نیروی پیشران در این فضا نپرداخت و تحقیق در مورد آن را پیگیری نکرد. به جای آن، در پاسخ به درخواست ها درباره اطلاعات بیشتر درباره نظریه اش در خصوص تعیین جرم ذرات، او وقت خود را صرف تالیف سه کتاب به زبان آلمانی کرد که در آن به تفضیل جزییات نظریه خود را توضیح داده است.

تنها در سال 1980، و هنگامی که کتاب های او نظر یک مسوول بازنشسته را اداره ثبت اختراعات را در اتریش بخود جلب کرد، ایده استفاده از نیروی پیشران در فضای فوق فضا در حیطه عمومی مطرح شد. والتر دروشر بازنشسته، با نگاهی دوباره به ایده های هایم، روایت بسط یافته ای از نظریه او را در مورد فضاهای شش گانه مطرح کرد و دو بعدی را هایم کنار گذاشته بود، نیز دوباره احیا کرد. نتیجه این اقدام یک نظریه جدید موسوم به فضای