آیا فیزیک به پایان خود رسیده است؟

در ابتدای قرن بیستم بسیاری گمان می كردند كه علم به پایان خود رسیده است، اما گذشت زمان نشان داده است كه دستاوردهایی كه از نتایج پژوهش دانشمندان برجسته حاصل شده است، جنبه هایی از طبیعت بر بشر آشكار شد كه اتفاقا از اهمیت بسیار بیشتری برخوردار بود. هر چند فهرست این اكتشاف ها بسیار بلندبالاست اما در این بین پنج مورد از اهمیت بسیار بیشتری برخوردار بودند، یا تأثیر شگرف تری بر زندگی روزمره انسان داشته و یا بینش عمیق تری از پدیده های كیهان در اختیار ما قرار دادند.اما پنج مورد منتخب عبارت بوده از: پرواز، مسافرت فضایی، نسبیت، تئوری كوانتوم و دارو. اگر بخواهیم از زمانی نام ببریم كه بشر به طور كامل بر طبیعت مسلط شده است، شاید هیچ زمانی بهتر از آستانه قرن بیستم به نظر نرسد. در آن هنگام فیزیكدانان توانستند با استفاده از مقدار كمی سیم و آهن ربا قدرت عظیم برق را رام كرده و به خدمت انسان درآورند. الكتریسیته خانه ها را روشن كرد، غذاها را پخت و چرخ های صنعت را به گردش درآورد. الكتریسیته صداها را از شهری به شهر دیگر و پیام های تلگرافی را به آن سوی دریاها انتقال داد. در همین هنگام شیمیدان ها مواد بیهوشی و ضدعفونی كننده را ساختند. با تولید این مواد، عمل های جراحی بدون درد و بی خطر شد. زیست شناسان اسرار واكسن ها را كشف كرده و توانستند بر بلای آبله و هاری غلبه كنند. مهندسان توانستند با ساخت خط آهن های بین قاره ای از زمان طولانی، ملال آور و پرخطر سفرهایی كه چندین ماه طول می كشید بكاهند. معماران توانستند با ساخت آسمانخراش ها، فضا را توسعه دهند. بشر توانست با استفاده از بالن به پرواز در آید و اگر كمی بیشتر ماجراجو بود، با گلایدر پرواز كند. تعداد اختراعات آنچنان زیاد شد، اكتشافات آنچنان زیادی صورت گرفت كه واقعا به نظر می رسید كه دیگر كار جدیدی باقی نمانده است كه كسی انجام دهد. چارلزدوئل مسئول اداره ثبت اختراعات آمریكا ادعا كرد: «تمام چیزهایی را كه بتوان اختراع كرد، تاكنون اختراع شده است.»
در مسیر پیشرفت
برای آن كه اثبات شود، دوئل در اشتباه بود، مدت زیادی طول نكشید. طی صد سالی كه از اظهارنظر وی گذشته است، اداره اش بیش از ۵ میلیون اختراع را به ثبت رسانده است. اگر چه اختراع «محافظ چشم برای مرغ ها» كه به شماره ۷۳۰۹۱۸ به ثبت رسیده است، نتوانست تغییر چندانی در بنیان های اجتماع به وجود آورد، ده ها هزار ابداع دیگر چنین تأثیری داشتند. فقط یك اختراع، یعنی اختراع موتورجت، نحوه كار و تفریح ما را به شدت متحول كرده است، چرا كه امكان انتقال سریع كالا و انجام سفرهای كم هزینه را میسر ساخت. با نگاهی به این حجم انبوه اختراعات كه طی قرن گذشته صورت گرفته است، این سئوال به ذهن خطور می كند كه از بین چند میلیون كشف علمی انجام شده، كدامیك از اهمیت بیشتری برخوردار است؟ و چه كسی بهتر از استفن هاوكینگ (Stephen Hawking)، فیزیكدانی كه اغلب از وی با عنوان برترین متفكر پس از اینشتین یاد می شود، می تواند به این پرسش پاسخ دهد. هاوكینگ كه به استفاده از تجهیزات رایانه ای مخصوص سخن می گوید در پاسخ این پرسش می گوید: «سئوال احمقانه ای است. تمام اكتشاف ها از اهمیت یكسانی برخوردارند.» یقینا استفن هاوكینگ، برج عاج نشین علم، صحیح می گوید. اما در دنیای فعالیت های روزمره، جدا كردن برندگان از بازندگان نه تنها ممكن، بلكه در بسیاری مواقع ضروری است. درست هم اكنون، كه علی رغم مواجهه با محدودیت فضا در یك نشریه، باید دستاوردهای صد سال ابداعات علمی را بیان كنیم. اما می توان پنج دستاورد عمده را كه به اعتقاد ما بیشترین تأثیر را داشته اند، مورد بررسی قرار داد. چهار دستاورد بزرگ بشری یعنی پرواز، مسافرت های فضایی، تئوری نسبیت و مكانیك كوانتوم به همراه دارو، مواردی است كه فهرست ما را تشكیل داده اند. علت انتخاب مورد پنجم؟ شاید فكر كنید انتخاب ما بسیار عجیب است، اما در نظر داشته باشید كه بدون این مورد نمی توانستیم سیاره ای با ۶ میلیارد سكنه داشته باشیم. در حقیقت ما این مورد را به عنوان مهمترین كشف قرن بیستم می شناسیم.
به سوی آسمان
در آغاز قرن، به نظر می رسید كه پرواز، آرزوی دیرینه بشر، هنوز هم رویایی دست نیافتنی است. زمانی كه جورج واشنگتن پسربچه ای بیش نبود، دانیل برنولی، ریاضیدان سوئیسی تشریح كرد كه چگونه بال خمیده می تواند هواپیمایی را به آسمان ببرد.
پیش از آنكه اولین رئیس جمهور آمریكا فوت كند سر جورج كیلی (Sir George Cayley) فیزیكدان انگلیسی بدنه كلی هواپیماهای امروزی - بال های ثابت برای بلند كردن و دم برای كنترل و پایدار كردن هواپیما - را طراحی كرد و زمانی كه برادران رایت با دوچرخه ورمـی فتند، پیشگامان پرواز، یـعنـی اوتـو لیلینتال (Otto Lilienthal) در آلـمـان و اكـتـاو چـانـوت (Octave Chanute) در ایالات متحده سرگرم انجام آزمایشات خود بودند تا ركورد ۴ هزار پرواز خود را ثبت كنند. مسئله به حركت در آوردن بال در هوا، تا نیروی لازم برای پرواز تأمین شود، پیش از آن حل شده بود. مكانیك هایی كه سرگرم ساخت موتورهای احتراق داخلی سبك وزنی برای كالسكه های بدون دوچرخه های موتوردار بودند، موتورهای عالی برای هواپیما ساختند. به رغم تمام این پیشرفت ها، یك قسمت از این پازل بزرگ پیدا شده بود. وقتی كه برادران رایت این قطعه را پیدا كردند، شایسته عنوان پدران هوانوردی شناخته شدند.
تغییر در طرح ها
بسیاری از اكتشاف ها طی یك اتفاق صورت گرفته است. برادران رایت راز پرواز را طی یك اتفاق- در حقیقت طی دو اتفاق- كشف كردند. اولین اتفاق در زمستان ۸۶- ۱۸۸۵ روی داد و ویلبر، برادر بزرگتر، كه در بازی هاكی مصدوم شده بود از كالج مرخصی گرفت. وی در خانه بستری شد و خود را با خواندن كتاب های كتابخانه پدر سرگرم كرد و شیفته گزارش هایی شد كه روزنامه ها و مجله ها از لیلینتال، هوانورد آلمانی ارائه كردند. در این گزارش ها اخباری در مورد مرگ لیلینتال كه در آگوست ۱۸۹۶ به دلیل سانحه گلایدر روی داد، وجود داشت كه به گفته زندگی نامه نویسان برادران رایت، آنان را تشویق كرد كه ادامه تحقیق ها را پی بگیرند. برادران رایت نیز درست مثل لیلینتال با این مسئله علمی برخورد كردند و اطلاعات مورد نیاز خود را از تونل بادی كه در كارگاه دوچرخه سازی خود در دیتون اوهایو ساخته بودند، به دست آوردند. آنها از این بخت نیز برخوردار بودند كه با چانوت كه مهندس عمران و سازنده راه آهن بود و بعدها باشگاه گلایدرسواری در نزدیكی شیكاگو راه انداخت، آشنا شوند. دوستی برادران رایت با وی تا زمان مرگش كه در سال ۱۹۱۰ روی داد، ادامه داشت.
برادران رایت دریافتند كه شكل مهم برای انجام پرواز به وسیله هواپیماهای سنگین تر از هوا ایجاد نیروی بالابرنده هواپیما نیست، بلكه كنترل آن در هوا است. راه حل آنان برای این مشكل اگرچه عالی نبود، اما واقعا هوشمندانه بود. خلبان بالای بال پائین و روی یك صندلی كه به سیستم انحراف بال متصل بود می نشست. با حركت دادن بدن به سمت چپ و راست زاویه حمله در یك بال افزایش و در بال دیگر كاهش می یافت. نتیجه آن كه خلبان می توانست هواپیما را حول محور طولی بگرداند و همانطور كه دوچرخه می تواند در یك پیچ دور بزند، هواپیما نیز تغییر جهت دهد. البته بعدها شهپرها (ailerons)، دریچه های كوچكی كه در انتهای بال نصب می شدند، سیستم انحراف را منسوخ كردند. خلاصه آن كه تا زمانی كه برادران رایت راه حل خود را ارائه نكرده بودند، پرواز رویای غیرممكنی بود. برادران رایت طی سال های پس از پرواز سرنوشت سازشان در ۱۷ دسامبر ۱۹۰۳ در كیتی هاوك (KittyتHawk)، طرح هواپیمای خود را اصلاح كردند.آنها اولین ماشینی را كه عملا قادر به پرواز بود، در سال ۱۹۰۵ ارائه كردند. یكی از شركت های وابسته به ارتش آمریكا در سال ۱۹۰۹ هواپیمایی خریداری كرد كه می توانست به مدت یك ساعت و با سرعت متوسط ۶۵ كیلومتر در ساعت پرواز كند. با آزمایش ها و تحقیق هایی كه طی ده سال بعد ارتش انجام داد، هواپیما ها نیز همانند اسلحه و مواد منفجره به یكی از تجهیزات نظامی بدل شدند.عصر ماجراجویان
بسیاری بر این عقیده اند كه خلبانان در توسعه هوانوردی در فاصله بین دو جنگ نقش بسیار عمده ای ایفا كردند. در حقیقت سهم عمده ای از این توسعه به اداره پست ایالات متحده تعلق دارد. ارائه خدمات پست هوایی عاملی برای ساخت هواپیماهای سریع تر بود. خلبانان نیز سعی داشتند مهارت های خود را توسعه داده و به سایرین نیز آموزش دهند. اما در آلمان نیروهای شیطانی دست به كار شدند. از آنجایی كه معاهده ای كه پایان بخش جنگ جهانی اول بود محدودیت هایی را به بار آورد دولت آلمان عمده كارهای توسعه ای خود را سری انجام می داد. نیروی هوایی جدید آلمان كه طی جنگ داخلی اسپانیا به آسمان برخاست طعم اولین جنگ جدید هوایی مدرن را به جهانیان چشاند. با تجربیاتی كه از مسابقه هوایی به دست آمد، بارها ركورد سرعت، ارتفاع پرواز و بار مفید شكسته شد و گسترش دانش پرواز به جنگنده های هرچه سریعتر و بمب افكن هایی با ارتفاع پرواز بیشتر منجر شد. پس از پایان جنگ جهانی دوم و برقراری صلح دانش پرواز، صنایع هواپیمایی تجاری را متحول كرد. توسعه موتور جت كه هوانوردی پس از جنگ به آن وابسـته اسـت، ۲۰ ســال پیـش از پـرل هـار بر (Pearl Harbor) صورت گرفته بود. طرح یك موتور جت عملی برای اولین بار در مقاله ای در سال ۱۹۲۱ به چاپ رسید. در سال ۱۹۳۰ فرانك ویتل (Frank Whittl) انگلیسی اختراع توربو جت خود را به ثبت رساند. در سال ۱۹۳۵ نیز آلمانی ها موتور جت دیگری ساختند. با این همه در اواخر جنگ (سال ۱۹۴۴) اولین هواپیماهای جت یعنی هواپیمای Gloster Meteor انگلیسی و Me۲۶۲ آلمانی وارد میدان نبرد شدند. لاكهید P-۸۰ كه بعدها F-۸۰ نامیده شد، اولین هواپیمای جت جنگنده آمریكا بود كه وارد خدمت شد، اماتا زمان جنگ كره در میدان نبرد شركت نكرد.
ارزش تجاری
انگلستان پس از جنگ كوشید، با استفاده از متخصصان جت گام بلندی در صنعت حمل و نقل تجاری بردارد و در سال ۱۹۴۹ اولین هواپیما از این نوع را عرضه كرد. باتوجه به بروز مشكل غیر منتظره خستگی فلزات (Metal Fatigue) منجر به یك رشته حوادث شد و در نهایت جت را از رده خارج كردند. در نهایت نیز بوئینگ با توجه به نبود این گونه هواپیماها با معرفی مدل بسیار موفق ۷۰۷ در این راه گام برداشت.
انگلستان و فرانسه كه دریافتند رقابت با صنایع هواپیماسازی بزرگ آمریكا بی ثمر است، برای ساخت اولین هواپیمای مافوق صوت تجاری موفق با یكدیگر متحد شدند. مسافرین با وضع مالی مناسب می توانستند در مسافرت با هواپیمای مافوق صوت كنكورد كه در سال ۱۹۷۶ وارد خدمت شد، طی یك روز دوبار صبحانه بخورند، یكبار در لندن و بار دیگر در نیویورك. اما جهانگردانی كه از وضعیت مالی چندان مناسبی برخوردار نبودند می توانستند با پرداخت قیمت یك جفت كفش خوب، برگاری همین مسیر یعنی بوئینگ عظیم الجثه ۷۴۷ سوار شدند. هزینه های زیست محیطی سفرهای مافوق صوت و مخصوصا مسائل ناشی از غرش این گونه هواپیما از ابداعات بیشتر در زمینه پروازهای سریعتر جلوگیری می كند. هرچند كه اندازه هواپیماهای مسافربری از زمان عرضه مدل ۷۰۷ در چهل سال پیش تاكنون افزایش یافته است، اما كنكورد آخرین گام تكنولوژی بزرگ در این زمینه محسوب می شود. در صنایع هواپیماسازی لاكهید مارتین مستقر در كالیفرنیا هواپیمایی ساخته شده است كه همانند ابداع برادران رایت انقلابی است. این هواپیما كه X-۳۳ نام گرفته است نسخه كوچك شده ای از هواپیماهای مورد نظر ناسا به عنوان اولین هواپیمای فضایی (Venture Star) است. X-۳۳ از این توانایی برخوردار است كه بدون استفاده از سكوی پرتاب به مدار زمین برود. این هواپیما در برگشت به زمین می تواند درهر فرودگاه مخصوص هواپیماهای كوتاه برد فرود آید.
پیش به سوی فضا
اگرچه می توان زمان دقیق اختراع هواپیما را به لحظه گریز پرنده برادران رایت از بند گرانش زمین نسبت داد، اما واقعا هیچ كس به درستی نمی داند كه موشك چه زمانی اختراع شد. بعضی ها در مورد زمان ابداع موشك به طرح های جنگی چینی ها در قرن سیزدهم اشاره می كنند كه طی آن پیكان های مجهز به موشك و بمب های خانمان برانداز مورد استفاده قرار می گرفتند. اما گمان می رود كه فكر استفاده از نیروی پیشرانش موشك به زمان های بسیار پیشتر برمی گردد. پیــش از آغـاز قـرن بیـستم، ویـلیـام هیل (William Hale) مهندس انگلیسی، مسئله مشكل ساز هدایت موشك ها در مسیر مورد نظر را حل كرد.
وی موشك های خود را به نوعی لوله های خروج گاز زاویه دار مجهز كرد، و در نتیجه این موشك ها همانند گلوله ای كه از اسلحه ای شلیك می شود، طی مسیر حركت خود می چرخید، تا در نهایت به هدف برخورد كند. تمام این موشك های اولیه از نوعی محسوب می شوند كه امروزه آنها را با نام موتورهایی با سوخت جامد می شناسیم. سوخت و اكسیدكننده كه برای انجام عمل احتراق لازم است با یكدیگر تركیب می شود.
به اصطلاح «وقتی كه شمع روشن می شود» سوخت می سوزد و از لوله های خروجی بیرون می رود. در این روش انرژی بیشتر و در زمان كمتر نسبت به موتور جت به دست می آید. چرا كه در موتورجت سوخت فقط متناسب با اكسیژن دریافتی از هوا می سوزد.
علم واقعی موشك فقط در ابتدای قرن بیستم كه رابرت گودارد (Robert Goddard) آمریكایی مبتكر موشك، جزئیات مربوط به موتورهای با سوخت مایع را عملا مورد بررسی قرار داد، آغاز كرد. برخلاف موشك های سوخت جامد این موتورها را می توان به طور دلخواه خاموش و روشن كرد.
با افزایش قابلیت كنترل این موشك ها و سایر جنبه های جدید دانشمندان می توانستند ماهواره ها را دقیقا به مدار مورد نظر و فضاپیماها را به ایستگاه انتقال دهند. با اولین پرواز موفقیت آمیز این گونه موشك ها در ۱۶ مارس ۱۹۲۶، عصر فضا آغاز شد، هر چند كه لازم بود سی سال دیگر بگذرد تا موشكی یك ماهواره را در مدار زمین قرار دهد. در سال ۱۹۶۹ بشر توانست روی كره ماه قدم بردارد.
مسابقه فضایی
اگر چه توسعه موشك های قابل پرواز به فضا در آمریكا تا پس از جنگ جهانی دوم به تعویق افتاد، تلاش برای دستیابی به چنین فناوری در آلمان از اولویت ویژه ای برخودار بود. این تلاش ها با ساخت V-۲ كه شكل اولیه موشك های بالستیك قاره پیمای امروزی است به نقطه اوج خود رسید. در روزهای پایانی جنگ جهانی دوم روس ها و متفقین برای دستیابی به آنچه كه بتواند فناوری موشكی آلمان را برملا سازد، با یكدیگر رقابت می كردند. ورنر فون براون (Wernher von Braun) دانشمند برجسته موشكی نازی ها با آمریكا وارد مذاكره شد و به همراه اعضای گروهش به آمریكا مهاجرت كرد. در ابتدا اعضای گروه فون براون مجبور بودند در خانه ای در نیومكزیكو تحت مراقبت و به طور سری كار كنند تا آنكه نهایتا پس از جنگ مدل اصلاح شده موشك را تحویل دادند.در سال ۱۹۵۷ این توهم نزد افكار عمومی آمریكا پدید آمد كه شاید متخصصین آلمانی موشك در اتحاد شوروی از متخصصین آلمانی موشك در آمریكا برتر باشند، پرتاب اسپوتنیك ۱، اولین ماهواره ساخت بشر به فضا، حاوی پیامی موذیانه برای كل جهان بود.مسابقه فضایی كه تا به امروز به طور كاملا سری انجام می گیرد، به موضوع گفت وگوهای روزمره بدل شده است.
در نهایت نیز اولین ماهواره آمریكا با نام اكسپلورر۱، (Explore۱ ) در سال ۱۹۵۸ به فضا پرتاب شد.جان اف كندی مدت كوتاهی پس از آنكه به ریاست جمهوری برگزیده شد، مسابقه فضایی را شتاب بیشتر بخشید و آن را از دو مارتن به دو سرعت بدل كرد.
در مه ۱۹۶۱ وی به ناسا دستور داد تا یك مسافرت رفت و برگشت به ماه را طی همان دهه به پـایان برساند. در۲۰ جولای ۱۹۶۹نیــل آرمســترانـگ Neil Armstrong)) و ادویـن آلــدریــن (Edwin Aldrin) كاری را كه در ظاهر غیر ممكن به نظر می رسید عملی ساختند. زمانی كه آپولوی ۱۱ در كره ماه فرود آمد، بشر رویای دیرینه خود را از زمانی كه بشر اولیه چشمانش را به روی آسمان و ماه گشود، در روحش زبانه می كشید، حیات بخشید. در نهایت نیز پس از آنكه ده ها نفر روی زمین خشك ولم یزرع ماه قدم گذاشتند، برنامه آپولو لغو شد. مشخص شد كه انجام عملیات در فضا برای زندگان بسیار پر هزینه است، آینده از آن روبات هاست.
از زمانی كه كاوشگرهای خودكار مسئولیت تحقیق در مریخ، زهره، مشتری و سیارات ورای آن را بر عهده گرفته اند، اكتشافات فضایی سرنشین دار به مسافرت تا مدار پائین زمین واستقرار در ایستگاه فضایی آمریكا، اسكای لب (Skylab) محدود شد. در همین حین متخصصین موشك توجه خود را به نسل جدید فضا پیماهای بزرگ آمریكا معطوف كردند. برخلاف ساتورن ۵ (Saturn V) كه مأموریت آپولو برای سفر به ماه را به انجام رساند، فضاپیماهای جدید از نوع شاتل بودند، یعنی موشك هایی كه می شد آن را بارها و بارها مورد استفاده قرار داد. اولین شاتل از كاروان جدید فضاپیماها كه كلمبیا نام داشت در ۱۲ آوریل ۱۹۸۱ از مركز فضایی كندی در فلوریدا به فضا پرتاب شد.
پس از آنكه آتش جنگ سرد فروكش كرد، دستاوردهای فضایی شوروی نیز كاهش یافت. حوادثی كه در چندین موشك پیچیده روی داد و پرونده آنها طی سال ها ناگشوده ماند، باعث شد كه اینگونه برنامه ها پس از فرود آپولو به حال خود رها شود. در سال ۱۹۹۹ روسیه كه برنامه های فضایی اتحاد شوروی را به میراث برده بود، ایستگاه فضایی میر را بازنشسته كرد و به یكی از اجاره نشین های ایستگاه فضایی بین المللی كه تحت سرپرستی ناسا ساخته می شود، تبدیل شد.
علی رغم اختلاف های زیادی كه بین این دو فناوری وجود دارد، در پایان قرن بیستم فضاپیماهای X-۳۳ كه پیش از این نیز ذكرش رفت، ظاهر شد و تحولی بنیادین در حمل و نقل فضایی ایجاد خواهد كرد. طی دهه های آینده ماشین هایی ساخته خواهند شد كه ما را به ماه و ورای آن ببرد.
درگستره اتم
اظهار نظر دوئل كارمند اداره ثبت اختراعات مبنی بر اینكه دیگر چیزی برای اختراع باقی نمانده است، موجی از خشم و عصبانیت، مشابه خشمی كه در صورت بروز چنین نظری در این روزگار ایجاد می كند، به وجود نیاورد. در حقیقت در آغاز قرن بیستم بسیاری از دانشمندان واقعا بر این عقیده بودند كه گذشته از افزودن چند رقم اعشاری دیگر به دقت ثابت های فیزیكی، دیگر كاری برای انجام دادن وجود ندارد. به نظر می رسید، فیزیك كه در حقیقت نقش شاهزاده علم را طی قسمت اعظم این قرن برعهده داشته است، برای كار در زمینه مهندسی برق بسیار مناسب است.
البته لازم به ذكر است كه همه بر این عقیده نبودند كه به پایان جاده علم رسیده ایم. تعداد كمی از فیزیكدانان عقیده داشتند ممكن است نكات بسیار با اهمیتی در نتایج غیر عادی بعضی از آزمایش های هوشمندانه آنان نهفته باشد. برای مثال، تلاش های انجام شده برای اندازه گیری سرعت زیاد و باورنكردنی نور نشان داد كه مقدار آن ثابت است و چه به سمت منبع نور حركت كنیم و چه از آن دور شویم، سرعت نور بدون تغییر می ماند. این مسئله بسیار مشكل ساز بود. زیرا ریاضیاتی را كه برای توصیف رفتار امواج به كار می رفت، نقض می كرد و نور هم به شكل موج حركت می كند. مشكل دیگر به نور نشر شده از اجسام با دمای بالا مربوط می شد، چرا كه نمی توانستند رنگ نور نشر شده را توجیه كنند.
در آغاز شكاكین از این نابهنجاری ها چشم پوشی می كردند، چرا كه بر این عقیده بودند كه از عدم دقت در كارهای آزمایشگاهی به وجود آمده است. اما پس از آنكه این آزمایش ها بارها و بارها تكرار شد و نتایج یكسانی به دست آمد، عقاید نگران كننده ای گسترش پیدا كرد. شاید توصیف طبیعت كه موجب چنان پیشرفت های عظیمی در قرن نوزدهم شده بود و اقعا كامل نبود و همانند قسمت پیدای یك كوه یخ، فقط نشان دهنده قسمت كوچكی از تمام آن بود.
تلاش های انجام شده برای درك لایه های عمقی تر طبیعت به دو انقلاب بزرگ علمی قرن بیستم، یعنی نسبیت و تئوری كوانتوم منجر شده است. تئوری نسبیت تعبیر تازه ای برای درك ما از ماده، انرژی، فضا و زمان ارائه می دهد. درك مبانی تئوری كوانتومی از آن هم مشكل تر است. آن قواعدی كه در حوزه قابل درك برای انسان معتبر است، در مراكز اتم اعتبار خود را از دست می دهد. ایده هم ارزی ماده و انرژی كه در قالب تئوری نسبیت بیان شده است، در نیمه های قرن در سلاح های نظامی و نیروگاه ها به كار گرفته شد. مكانیك كوانتوم نیز، با توجه به كاربردهایش در ترانزیستورها و استفاده ده ها عدد ترانزیستور در رادیو و تلویزیون و میلیون ها عدد از آن در كامپیوترهای شخصی، تأثیر شگرفی بر زندگی روزمره ما داشته است. لیزر یكی دیگر از فناوری هایی است كه از تئوری كوانتوم ناشی شده است. پیش از پایان قرن بیستم به پركاربردترین ابزار همه ادوار تبدیل شد. از جمله موارد كاربرد بسیار زیاد آن می توان به برش استیل، ضبط موسیقی و اعمال جراحی قلب اشاره كرد.
نسبیت
اگر به فهرست نام های دانشمندان توجه كنیم، اسمی را در صدر همه این نام ها می بینیم: آلبرت اینشتین. اینشتین در مجامع علمی از اعتبار ویژه ای برخوردار است، چرا كه وی با انجام رشته ای از اكتشاف های هوشمندانه، تصور ما از مفاهیم فضا و زمان و ماده و انرژی را تغییر داده است. برای بسیاری از مردم نام وی با یك كلمه كه عموما اشتباه نیز درك شده است، گره خورده است: نسبیت. نسبیت به ما می گوید نحوه كاركرد ظاهری جهان- مواردی مثل اجسام با چه سرعتی حركت می كنند، زمان با چه سرعتی عبور می كند - به این نكته بستگی دارد كه ما در كجا قرار داریم. اگر با سرعتی كاملا نزدیك سرعت نور حركت كنیم ساعات كند می شود. با سفر به مركز سیاهچاله، كه در آن جرم ستاره رمبش (collapse) یافت است، زمان متوقف می شود. مشهورترین و در عین حال بدنامترین جنبه تئوری نسبیت، هم ارزی جرم (M) و انرژی (E) است. این هم ارزی در رابطه ای خلاصه شده است كه حتی دانشجوی رشته ادبیات هم آن را می داند:
E=MC۲ قسمت وحشتناك داستان این است كه ثابتC این دو كمیت را به یكدیگر مربوط می كند. این ثابت سرعت نور یعنی عددی بسیار بزرگ است و هنگامی كه در خود ضرب می شود به عدد بسیار بزرگ تبدیل می شود كه تقریبا غیر قابل درك است. كافی است فقط چند كیلوگرم جرم در یك آن به انرژی تبدیل شود تا هیروشیما سوخته و به تلی از خاكستر تبدیل شود. اما اگر جرم به آرامی به انرژی تبدیل شود انرژی لازم برای حركت طولانی مدت یك زیر دریایی در اعماق آب فراهم می شود.
تئوری كوانتوم
تا سال ۱۹۱۱ چارچوب كلی ساختار اتم مشخص شده بود. قسمت اعظم جرم اتم در مركز آن كه منطقه ای بسیار كوچك است و هسته نام دارد متمركز بود. اوایل دانشمندان ساختار اتم را به منظومه شمسی كوچكی تشبیه می كردند كه هسته دارای بار مثبت، نقش خورشید را برعهده دارد. الكترون ها نیز كه ذرات باردار منفی هستند همانند سیاراتی هستند كه به گرد خورشید می گردند. این تشبیه برای تصور قلمروی كه آنچنان كوچك و غیر قابل مشاهده است، كمك بسیار مؤثری محسوب می شد، اما نمایش كاملا دقیقی از اتم به حساب نمی آمد. گام بزرگ بعدی را نظریه پرداز بزرگ دانماركی نیلزبور (Niels Bohr) برداشت.
وی ایده های نو ماكس پلانك (Max Plank) فیزیكدان آلمانی را كه می گفت انرژی به صورت ذرات مجزا از هم، همانند دانه های شن یك ساعت شنی منتقل می شود و همانند عبور رودخانه به صورت قسمت هایی از یك جریان پیوسته نیست، به دنیای اتم وارد كرد.
در سال ۱۹۱۳ تصور می شد كه ابرهای الكترونی، مدارهای ثابتی را اشغال كرده اند و سطوح انرژی ثابتی دارند ، كه این سطوح انرژی با جذب یا نشر یك ذره انرژی كه فوتون (Photon) نام دارد، تغییر می كند. فیزیكدانانی كه ساختار هسته ای را دقیقتر كاویدند، دریافتند كه هسته اتم یك جنگل تمام عیار از ذرات زیر اتمی با طول عمر متفاوت جدید سامان یافت. این تئوری فرض می كند كه جهان از تعداد كمی ذرات مشخص كه كوآرك (quark) نام دارند، تشكیل شده است. بسته به آرایش این ذرات و روش انجام آزمایش ها، كوآرك ها حضور خود را به شكل یكی از این ذره زیر اتمی آشكار می سازند. هم اكنون، مفهومی كه مدل استاندارد (Standard Model) نامیده می شود، اغلب (و البته نه همه) اسرار قلمرو كوانتوم را كشف می كند.
طی این روند بود كه تمام انواع تجهیزات مفید سربرآوردند: از تصویر برداری مغناطیسی هسته (MRI) كه قادر به شناسایی غده سرطانی موجود در قسمت های داخلی بدن است، گرفته تا لیزر كه می توان آن را چنان دقیق تنظیم كرد كه سلول های سرطانی را از بین ببرد بدون آنكه به بافت های سالم اطراف آن آسیبی وارد كند. علی رغم همه این پیشرفت های عظیم كه حاصل شده است، هنوز یك راز ناگشوده باقی مانده است. تئوری نسبیت می تواند دنیای بسیار بزرگ اطراف ما و نحوه عملكرد نیروهای گرانشی در گیتی را به شیوه ای بسیار عالی تشریح كند. تئوری كوانتوم هم برای تفسیر قلمروهای بسیار كوچك، یعنی فواصل درون اتم به كار می رود.
چیزی كه هنوز حاصل نشده است و فیزیكدانان امیدوارند طــی آزمایش های قرن بیست و یكم بـه آن دسـت یـابـنـد، تئـوری هـمـه چیــز (Theory of every thing) نام دارد. پاداش عظیم دستیابی به این بینش توانایی استفاده از الكترومغناطیس برای ایجاد گرانش است، همانطور كه با كلید می توان چراغ را روشن و خاموش كرد.
پیشرفت های صورت گرفته در زمینه علوم پزشكی طی قرن بیستم مدیون توصیفات غنی و عمیقی است كه از دنیای طبیعی توسط زیست شناسان طی ۲۰۰ سال گذشته صورت گرفته است. این مشاهدات عمیق نهایتا منجر به كشف آنتی بیوتیك ها شد، كه همانند گلوله ای در مقابل آلودگی ها می مانند و واكسن هایی كه عملا فلج اطفال را ریشه كن كردند، شد. بزرگترین شكاف موجود در آگاهی ما از سیستم زنده با كشف DNA، پر شد. با پر شدن این شكاف، زیست شناسان توانستند با ارائه یك نظریه منسجم چگونگی تشكیل و عملكرد حیات را شرح دهند.

منبع :www.mohassel.com

منبع : شبکه فیزیکی هوپا