" مطالب این صفحه ضرورتا بیانگر تایید همه آنان نیست و  بیشتر جنبه آگاهی و اطلاع رسانی است "

روان شناسی عامه یعنی چه؟

نوید فرهنگ وصالی* 

در زندگی روزمره نیاز داریم تا با دیگران ارتباط داشته باشیم. برای اینکه این ارتباط شکل بگیرد لازم است تا بتوانیم آنها را درک کنیم. به عبارت دیگر باید قادر باشیم که بفهمیم چرا رفتاری را از خود نشان داده اند یا به عبارت دیگر رفتارشان را توضیح دهیم. از طرف دیگر باید بتوانیم حدس بزنیم چه رفتاری ممکن است از آنها سر بزند. پس در کنار توضیح رفتار مشاهده شده از افراد باید توانایی پیش بینی رفتار آنها را هم داشته باشیم. 

بسیاری از فلاسفه و دانشمندان علوم شناختی ادعا می کنند که برای رسیدن به این درک از رفتار دیگران لازم است تا به حالات ذهنی آنها پی ببریم. این دانشمندان و فلاسفه همچنین ادعا می کنند که درک روزمره یا «عامه» از حالت های ذهنی دیگران به وسیله یک نظریه ذهن، که تلویحا آن را در زندگی روزمره به کار می بریم، انجام می شود. این نظریه تلویحی «روان شناسی عامه» نام دارد.

عبارت «روان شناسی عامه» ترکیبی از دو واژه «روان شناسی» و «عامه» است. بخش اول به این اشاره دارد که با نوعی روان شناسی روبه رو هستیم. بنابراین با حالت های ذهنی و مجموعه ای از مفاهیم روان شناسی سر وکار داریم. بخش دوم مشخص می کند که این نوع روان شناسی با روان شناسی علمی متفاوت است و از آنچه نظریات علمی درباره ذهن و رفتار به ما می گویند، مستقل است.

روان شناسی عامه به عنوان نظریه غالب در روابط اجتماعی و بین فردی پذیرفته شده است. این نظریه توانایی هایی را برای انسان به عنوان هسته اصلی روابط بین فردی در نظر می گیرد. توانایی هایی مانند توانایی تبیین یا توضیح و پیش بینی رفتار دیگران.

همان طور که گفتیم برای درک سایر انسان ها رفتار آنها را تبیین یا پیش بینی می کنیم. حال ببینیم با توجه به روان شناسی عامه چگونه این کار را انجام می دهیم. مطابق نظریه روان شناسی عامه برای درک، تبیین یا پیش بینی رفتار و اعمال دیگران ابتدا به آنها حالت های ذهنی نسبت می دهیم تا به توصیفی از حالت های ذهنی آنها دست پیدا کنیم.

برای انجام این کار فرض می کنیم که دیگران دارای حالت های ذهنی هستند. یعنی فرض می کنیم افراد دارای حالت های ذهنی مثل باور، خواست، ترس، درد و... هستند. این حالات ذهنی از یک سو با یکدیگر و از سوی دیگر با رفتار بروز داده شده مرتبط هستند و این ارتباط یک ارتباط علی است. باید توجه داشت که این رابطه به این صورت نیست که یک حالت ذهنی علت یک رفتار به خصوص باشد، بلکه حالات ذهنی در یک شبکه پیچیده با هم در ارتباط هستند و در واقع برایند آنها علت بروز رفتاری می شود. عمل نسبت دادن حالات ذهنی به دیگران نشان می دهد که ما دارای این توانایی هستیم که حالت های ذهنی را به دیگران نسبت دهیم. آنچه ما را قادر به انجام این کار می کند چیزی نیست جز یک نظریه ذهن که به طور تلویحی از آن برخورداریم، یعنی روان شناسی عامه.

باور، خواست و سایر حالات ذهنی مفروض در روان شناسی عامه را گرایش های گزاره ای می نامند، به این معنا که آنها حالات یا گرایش هایی هستند درباره گزاره ها و به این شکل بیان می شوند «نوید باور دارد که امروز باران می بارد»، «احمد می خواهد که برای مهاجرت اقدام کند»، «شهاب می ترسد که سرما بخورد».

طرفداران نظریه روان شناسی عامه عقیده دارند که این نظریه قدرت تبیین و پیش بینی بسیار بالایی دارد. آنها ادعا می کنند اگر مجموعه معینی از باورها و خواست ها را در اختیار داشته باشیم، می توانیم با اطمینان بالایی سایر باورها و امیال را به طور قابل اعتمادی از آنها به دست آوریم. همچنین با توجه به اینکه این حالت های ذهنی علت رفتار هستند بنابراین می توانیم رفتار دیگران را هم از آنها نتیجه بگیریم.

به طور مثال فرض کنید که می خواهیم بدانیم چرا احمد در کلاس زبان اسم نویسی کرده است. برای توضیح این کار احمد می گوییم احمد می خواهد به کانادا مهاجرت کند و برای مهاجرت به کانادا باید در آزمون آیلتس نمره 7 بیاورد. با توجه به اینکه احمد می داند که زبانش خیلی خوب نیست در کلاس زبان نام نویسی کرده است.

پیروان نظریه روان شناسی عامه ادعا می کنند که این نظریه حضوری فراگیر در زندگی اجتماعی ما دارد. همچنین ادعا می کنند که روان شناسی عامه زیربنای تمام روابط اجتماعی ماست. به واقع تمام تعامل های اجتماعی خود را می توانیم با روان شناسی عامه تبیین کنیم.

برای روشن ترشدن مفهوم روان شناسی عامه مطلب را با مثالی از «فودور» تمام می کنیم:

کسی که نمی شناسم احتمالا از آریزونا با دفتر من در نیویورک تماس می گیرد. وی به من می گوید «آیا می خواهید سه شنبه آینده اینجا سخنرانی داشته باشید؟». آنچه من در پاسخ وی می گویم عبارت است از: «بله، راس ساعت سه بعدازظهر در فرودگاه آریزونا خواهم بود». این کل چیزی است که اتفاق می افتد، اما این بیش از حد کفایت است، باقی پیش بینی رفتار به وسیله نظریه انجام می شود، آن نظریه که ما این قدرت پیش بینی فراتر از حد معمول را از آن داریم، همان روان شناسی عامه است.شرق. * دانشجوی دکتری فلسفه علم

 

آیا شناخت «آگاهی» غول چراغ جادوست؟

دکتر عبدالرضا ناصرمقدسی*

مطالعات مربوط به آگاهی از یک سو به دلیل ماهیت ذهنی و درونی آن و از سوی دیگر به خاطر ضعف علوم اعصاب تا مدت ها خارج از حیطه علم بود و بیشتر این فیلسوفان بودند که در مورد چگونگی سازوکار ذهن سخن می گفتند. اینکه ذهن چیست و چگونه کار می کند، سوال بزرگی بود. اما سوال بزرگ تر رابطه آن با ماده یا بدن بود. آیا ذهن و آگاهی حاصل سازوکارهای مغزی یا بهتر بگوییم بدنی ماست؟ یا نه، این دو، دو جوهر کاملا متفاوت با یکدیگر داشته و صرفا با هم همکاری داشته و موجودیت و هویت ما در ریشه خود دوگانه است؟ تا مدت ها تحت سایه ثنویت دکارتی، منشا ذهن و ماده از دو جوهر متفاوت فرض می شدند. «دکارت» ذهن و ماده را دو موضوع متفاوت می دانست که به واسطه سیستم عصبی (یا بهتر بگوییم غده پینه آل یا همان غده صنوبری) با هم کنش داشته و درنهایت رفتارهای ما را می سازند. اینکه «دکارت» چنین نظری داشت، قابل درک است. با اینکه «دکارت» خود دانشمند و ریاضی دان بزرگی بود، اما هنوز تا رشد و توسعه علوم اعصاب و اینکه علمی بتواند موضوع پیچیده ای چون آگاهی را به آزمایشگاه برده و جنبه های مختلف آن، ازجمله رابطه آگاهی با بدن و مغز را مورد آزمایش قرار دهد، بسیار فاصله بود. بعد از شناخت سیستم پردازش عصبی، روزبه روز دانشمندان که ماده گرایی -یعنی اصل و اساس تمام جهان فیزیکی به شکلی که می شناسیم بر پایه ماده است- جزئی مهم از زمینه فکری آنها را تشکیل می دهد بر این اعتقاد شدند که ذهن و آگاهی نمی توانند جوهر متفاوتی داشته باشند؛ موضوعی که «فرانسیس کریک» آن را «فرضیه شگفت انگیز» می نامید. درست است که در حال حاضر اکثریت قریب به اتفاق دانشمندان بر این عقیده اند که آگاهی حاصل فرایندهای مغزی ماست، اما باید صادقانه گفت که مسئله دوگانگی ذهن و بدن یا ذهن و مغز کماکان به قوت خود باقی ست و هنوز هیچ گونه شواهد متقنی در مورد اینکه سازوکارهای مغزی و نورونی، آگاهی را به وجود می آورند ارائه نشده است. این همان چیزی است که «دیوید چالمرز» «مسئله دشوار آگاهی» می نامد: اینکه چگونه آگاهی که ماهیتی ذهنی و درونی دارد از مغز که کاملا عینی و مادی است، منتج شده است؟ اینکه آگاهی چیست، چه لوازمی دارد و حتی اینکه آگاهی چه کار می کند در سایه تحقیقات علوم اعصاب برای ما تا حد زیادی مشخص شده است. و البته که علوم اعصاب در این زمینه بسیار پیشرفت کرده است و به مدد روش های جدید تصویربرداری و آزمایشگاهی با قدرت تمام در این زمینه یکه تازی می کند. اما همان طور که گفته شد سوال اساسی باقی ست: چگونه پردازش های نورونی، فرایندی به نام آگاهی را به وجود می آورند؟ این موضوع باعث شده که دیدگاه های جدیدی مطرح شود. نظریاتی که به طور کلی ماده گرایی را زیر سوال برده و اصل را بر ایدئالیسم می گذارند: اینکه ماده اصل است و آگاهی حاصل فرایندهای مادی ست هیچ گونه سندیت و شواهد علمی نداشته و نوعی پیش فرض متافیزیکی در عرصه علوم محسوب می شود. لذا کسانی چون «کارل گوستاو یونگ» در صدد برآمدند که جهان روان کاملی را به تصویر بکشند و یا «دونالد هافمن» سعی کرد پایه های این فرضیه را که آگاهی در جهان ما اصل است و ساختارهای مادی از آن منتج شده اند با شواهدی از علوم اعصاب و یافته های علم فیزیک محکم کند. اگرچه چنین نظریاتی بسیار قابل توجه و تاملند، اما باز شاید پاسخ نهایی نباشد زیرا میزان شواهد به نفع اینکه ماده در ساخت جهان فیزیکی، اصل است هرچند متقن نیست، اما قابل توجه است. لذا قبل از هرگونه نتیجه گیری باید از روش های مختلف و دیگری نیز به موضوع نگاه کرد.

لزوم رویکرد جدید به مسئله دشوار آگاهی

اینکه آگاهی چگونه به وجود می آید یکی از مهم ترین چالش های دانشمندان در زمانه ماست. پاسخ بسیاری از سوالات و نیز امکان پیشرفت های آتی بشری به همین سوال وابسته است: آیا آگاهی نیازمند سیستم مغزی است؟ آیا می توان آگاهی را در جایی دیگر و به شکلی دیگر یافت؟ آیا یک رایانه می تواند آگاه شود؟ آیا هوش مصنوعی قابل تحقق است؟ این سوالات و ده ها سوال دیگر همه در گرو پاسخ به همان سوال اولیه ما در مورد آگاهی است. اهمیت مسئله از یک سو و عدم توانایی در پاسخ به آن از سویی دیگر باعث می شود که به طور جدی در مورد رویکردهای به کاررفته برای درک و حل آن تامل کنیم: آیا لازم است که از شیوه هایی استفاده کنیم که تاکنون به آنها توجهی نشده است؟ البته در رویکرد به مسئله آگاهی از روش های مختلفی استفاده شده اما ماهیت همه آنها یکی است. مهم ترین آنها بر اساس همان عقیده مرسوم است که سعی دارد ارتباط مستقیمی بین مغز و آگاهی پیدا کرده و سپس به این بحث بپردازد که چگونه عملکرد مغزی می تواند منجر به آگاهی شود. در کنار این رویکردها باید به کارهای کسانی چون «راجر پنروز»، فیزیک دان برنده جایزه نوبل، توجه کرد که سعی دارند با تکیه بر یافته های جدید فیزیک همچون مکانیک کوانتوم و یا بعضی از مفاهیم ریاضی همانند برهان گودل، توضیحی برای مسئله دشوار آگاهی پیدا کنند موضوعی که علی رغم جذابیت با موفقیت همراه نبوده است. برای همین به نظر می رسد که در کنار ادامه این تلاش ها باید از رویکردهای جدیدی جهت حل این مسئله استفاده کرد. شاید یکی از این رویکردها که از این پس و در سایه رشد بی سابقه کانون های مختلف معرفتی اتخاذ شود، نگاه به یک موضوع از زاویه های کاملا مختلف است. اینکه ببینیم علوم مختلف همچون علوم اعصاب، فیزیک، زیست شناسی و... چه چیزی در مورد آگاهی به ما می گویند، حرف های فلسفه در این مورد چیست، هنر چه چیزی در مورد آگاهی می گوید و آگاهی در عرفان به چه صورت است باید به صورت دقیق بررسی و برای رسیدن به پاسخ نهایی مورد استفاده قرار گیرند. هیچ گاه این گونه به آگاهی برای حل مسئله دشوار آن نگاه نشده است و مثلا این سوال مطرح نشده که آیا می توان رویکردی سینمایی به موضوعی داشت که به نظر کاملا علمی بوده و فقط این علم و متدهای علمی است که حق دارند در مورد آن صحبت کنند؟ شاید دیدگاه پوزیتویستی که هرگونه کسب معرفت را در سایه روش های علمی مقدور می داند و کماکان نیز رویکرد بسیار قوی ای در میان دانشمندان محسوب می شود باعث شده که سایر روش های تفکر این اجازه را نداشته باشند که به مسئله آگاهی ورود کرده و سعی در حل آن کنند. یکی از کانون های معرفتی که می تواند طبق رویکرد جدید به ما در حل مسئله دشوار آگاهی کمک کند، اسطوره به عنوان یکی از مهم ترین تجربه های زیسته بشری است.

آیا اسطوره می تواند بازتابی از کارکرد آگاهی باشد؟

روایت ما از آگاهی از همین موضوع و سوال آغاز می شود: رابطه اسطوره و آگاهی چیست؟ اگر می خواهیم ببینیم اسطوره چه رویکردی به مسئله دشوار آگاهی دارد اول باید نسبت بین اسطوره و آگاهی را واکاوی کنیم. علم بینارشته ای جدید یعنی اسطوره شناسی عصبی -تکاملی به همین موضوع پرداخته و کل بحث آن نیز از همین جا آغاز می شود. «ارنست کاسیرر» فیلسوف بزرگ آلمانی، اسطوره را شکلی از آگاهی می داند. اسطوره شناسی عصبی -تکاملی نیز در بررسی اسطوره ها آن را شکلی از آگاهی دانسته و اسطوره را تجربه زیسته بشر معرفی می کند. انسان در برخورد با جهان درونی و پیرامونی تجربه ای را کسب می کند که به تجربه زیسته او مشهور است. این تجربه زیسته می تواند اسطوره ای باشد. این مقتضیات فضا و زمان یا بهتر بگوییم زیستگاه زمانی-مکانی بشر است که مشخص می کند تجربه زیسته آگاهانه وی از خود و جهان، چه عناصری را دربرگیرد. همان طور که تاریخ نشان می دهد انسان برای دورانی طولانی، اسطوره ای می اندیشیده است. البته باید متذکر بود که علی رغم رشد بسیار علم و غالب شدن تفکر و تجربه علمی در زندگی انسان امروزی کماکان باید توجه داشت که تجربه اسطوره ای نیز با قوت در عرصه تفکری انسان جاری است. اسطوره شناسی عصبی -تکاملی نه تنها اسطوره را از جنس آگاهی می داند بلکه عنوان می دارد که هر جا آگاهی در هر سطحی وجود داشته باشد می توان اشکالی از تجربه اسطوره ای را مشاهده کرد. بی شک آن تجربه اسطوره ای با چیزی که اکنون با عنوان زبان نمادین مشهور است و ما در اسطوره های شناخته شده می بینیم و در آیین های مختلف تجربه می کنیم تفاوت زیادی دارد. این موردی است که باید در تحقیقات این علم بینارشته ای جدید دنبال شود. شاید بتوان به چنین تجربیات اسطوره ای که بر اساس قابلیت های حداقلی آگاهی شکل می گیرند نام پیشااسطوره را داد. این آگاهی های حداقلی، تجارب اسطوره ای حداقلی را نیز موجب می شوند. نوعی توجه به جهان که خارج از روابط فیزیکی و موجودات فیزیکی جهان رخ می دهد. اما همین موضوع نشان می دهد که آگاهی و تجربه اسطوره ای با هم درآمیخته هستند. درست است که آگاهی، تجربه های زیسته متعدد و متفاوتی را برای بشر به وجود آورده اما تجربه اسطوره ای همواره با آن همراه بوده است. زیرا آگاهی، تجربه ای را که به وجود می آورده است منطبق با جهان فیزیکی نبوده و چیزی اضافه یا مازاد بر آن محسوب می شده و همین گزاره اولین و مهم ترین پایه برای به وجودآمدن تجربه اسطوره ای است. چنین چیزی در مورد تجارب دیگر بشری مثل علم و یا هنر صادق نیست. علم و هنر ملزوماتی همانند توانایی بیان و یا در دسترس قراردادن داشته اند که به تدریج و در دوره های بعدی تاریخی و تکاملی، جانداران بدان دست یافته اند. پس اسطوره به غیر از آنکه از جنس آگاهی است در تاریخ به وجودآمدن خود نیز با آگاهی و نیز فرگشت آگاهی درهم تنیده است. اسطوره با آگاهی تکامل و فرگشت یافته است. و اساطیر ما اگر اکنون چنین محتواهای غنی ای دارند ناشی از توانایی های غنی آگاهی است.

آیا بررسی اساطیر می تواند به ما ساختار و کارکرد آگاهی را نشان دهد؟

اینکه اسطوره شکلی از آگاهی است یک موضوع است و اینکه اسطوره بتواند کارکرد و حتی چگونگی ایجاد آگاهی را به ما بگوید، موضوعی دیگر. البته سوال اول مقدمه سوال دوم است و بدون بررسی رابطه اسطوره و آگاهی نمی توان به سوال دوم رسید. همان طور که گفته شد چنین رویکردهایی برای حل یک مسئله علمی چیزی نیست که از سوی جریان اصلی علم پذیرفته شود. اما ناتوانی تحقیقات علمی در زمینه حل مسئله دشوار آگاهی می تواند خود به منزله رشد روش های دیگری باشد که به ما در کسب معرفت جدید یاری برساند. حال با این پیش درآمد به سراغ سوال اصلی خود می رویم: چرا اسطوره می تواند در مورد مسئله دشوار آگاهی به ما اطلاعات بدهد؟ همان طور که گفته شد اسطوره شناسی عصبی -تکاملی ریشه اسطوره ها را از انسان خردمند فراتر برده و با گره زدن اسطوره به آگاهی عملا آن را تا زمان ایجاد آگاهی در پایین ترین سطح خود عقب می برد. به نوعی می توان گفت که اسطوره و آگاهی همراه و همزاد یکدیگر بوده و با یکدیگر بالیده اند. آگاهی یک جاندار به جهان خارج، مفهومی فراتر از جهان فیزیکی فراهم می آورد که به نوعی پیش اسطوره تلقی می شود. بعد از آن و به تدریج خصلت های دیگری به این پیش اسطوره اضافه می شود تا سرانجام به صورت اساطیر به معنای زبان نمادین خود را نشان دهد. اما چگونه می توان از دل اساطیری که مملو از داستان های شگفت انگیز است مطلبی آن هم تا این اندازه مشکل و مهم در مورد آگاهی استخراج کرد؟ در بررسی اسطوره ها چه رویکردی باید داشته باشیم تا ما را به این هدف برساند؟ برای درک بهتر این موضوع از موارد مشابه استفاده می کنیم تا ببینیم که در سایر موضوعات چگونه مطلبی بنیادین می تواند خود را در چگونگی ساختار یک موضوع دیگر نشان دهد. برای این موضوع به بررسی رابطه مغز و کیهان می پردازیم. رابطه ای که روند درک ما از آن همان مسیری را طی می کند که اسطوره در شناخت آگاهی طی کرده است.

بررسی چگونگی عملکرد مغز چه چیزی درباره کیهان به ما می گوید؟

رابطه مغز و کیهان به همان اندازه رابطه اسطوره و آگاهی سخت و پیچیده است. آیا عملکرد مغز ما می تواند بازتابی از اسرار عملکرد کیهان در خود نهفته داشته باشد. اولین بارقه سلول های عصبی به انقلاب کامبرینی یعنی چیزی حدود 550 میلیون سال قبل بازمی گردد؛ یعنی سیستم اعصاب در سیر تکامل خود چیزی حدود 550 میلیون سال در تعامل مستقیم با جهان پیرامون یعنی کیهان با تمام قوانین فیزیکی اش بوده است. پس دور از ذهن نخواهد بود اگر ادعا کنیم که در عملکرد مغز بخشی از اسرار کیهان نهفته است؛ اما آیا این گونه است؟ ببینیم شواهد در این باب چه می گویند. در سال 2001 «مک اینتایر» و همکاران در مقاله ای که در مجله معتبر «نیچر» به چاپ رسید، به بررسی این سوال پرداختند که چگونه مغز انسان می تواند حرکات اندام ها را طوری تنظیم کند تا ما قادر باشیم توپی را که به سوی مان پرتاب شده، با دست بگیریم و مهار کنیم. گرفتن یک توپ به نظر کار ساده ای است؛ اما در واقعیت فرایندی بسیار پیچیده است؛ زیرا به دلیل تاثیر نیروی گرانش سرعت توپ هر لحظه تغییر می کند و تحت این شرایط مغز باید تعیین کند که در چه زمانی توپ با دست های ما گرفته شود. «مک اینتایر» در این مقاله نشان داد مغز از آن رو قادر به انجام دقیق و درست این عمل است که خود واجد یک مدل درونی از گرانش است. اما شاید کسی این اشکال را وارد کند که گرانش موضوعی است که ما و به تبع آن مغز ما، هر روز و هر ساعت با آن روبه رو است. گرانش چه از نظر زمانی و چه از نظر مکانی موضوعی کاملا نزدیک به شمار می آید؛ درحالی که کیهان شناسی از این منظر کاملا دور است. از طرفی نسبیت عام که اساس کیهان شناسی جدید است، درباره ابعاد بی نهایت بزرگ صحبت می کند که ما در زندگی روزمره تماسی با آن نداریم؛ بنابراین مغز ما نیز در معرض تعامل با آن ابعاد نبوده؛ پس نمی تواند واجد مدلی درونی از نسبیت عام یا به قول ما اسراری از کیهان باشد. شواهد در این باب بسیار اندک بوده و از حدس و گمان های نظری فراتر نمی رود؛ اما توجه به بعضی از نکات همانند آنچه گفته شد، می تواند راه گشا باشد. یکی از تحقیقات درخور توجه در این زمینه بررسی میزان بالای شباهت بین شبکه های عصبی و خوشه های کهکشانی از لحاظ پیچیدگی است. نتایج تحلیلی نشان داده است که مغز و کیهان هم از لحاظ پیچیدگی و هم از لحاظ ساختار بسیار شبیه یکدیگر هستند. فقط مقیاس آنها بسیار متفاوت است. همان طور که کیهان قابل مشاهده حداقل از صد میلیارد کهکشان تشکیل شده، مغز انسان نیز از 69 میلیارد نورون شکل گرفته است. در هر دو سیستم 30 درصد از جرم را نورون ها و کهکشان ها تشکیل می دهند و نحوه توزیع این اجرام نیز همانند هم بوده و از سوی دیگر 70 درصد از جرم این دو سیستم را موادی تشکیل می دهند که به نظر نقش خنثی دارند: آب در مغز و ماده تاریک در کیهان. از سوی دیگر نحوه شبکه بندی عناصر تشکیل دهنده این دو ساختار نیز تشابه فوق العاده ای با هم دارند. اینکه چگونه مغز و کیهان هم از لحاظ ساختاری و هم پیچیدگی تا میزان زیادی شبیه هم هستند، می تواند بسیار پرسش برانگیز باشد. آیا این شباهت فوق العاده ریشه در همان خاطره کیهانی مغز ندارد؟ آیا پیشینه کیهان شناختی مغز کل کیهان را در بر نگرفته و مغز بازتابی از کل کیهان نیست؟ و آیا نمی توان از این بازتاب شگفت انگیز بسیاری از نادانسته ها در باب کیهان را این بار نه در فیزیک عالم بلکه در ساختار مغز و شکل پیچیدگی آن جست وجو کرد؟ اینها سوالاتی است که باید به آن پاسخ داده شود؛ زیرا بررسی این سوالات و کندوکاو رابطه و نسبت مغز با کیهان می تواند ما را به درکی بهتر از توانایی های آن یاری رسانده و مغز را به عنوان مهم ترین وسیله ارتباطی با کل کیهان مطرح کند. این شواهد شگفت انگیز هرچند بسیار نادر هستند؛ اما نشان می دهند که ما ظرفیت فوق العاده ای را برای شناخت کیهان نادیده گرفته ایم. و نشان می دهد که نگاه به ساختار و شکل پردازشی مغز می تواند به دلیل درهم پیچیدگی تکاملی مغز و کیهان حرف های زیادی در باب قالب و ساختار کیهان و چه بسا درمورد سوالات جواب داده نشده آن به ما بگوید. الگویی که بیان شد، به خوبی می تواند به ما در بررسی رابطه اسطوره و آگاهی یاری برساند؛ اما در ضمن باید توجه داشت که این صرفا یک تشابه هست و تا به مرحله تحقق برسد، راهی طولانی در پیش است.

آیا می توان از این مدل برای برخورد با مسئله دشوار آگاهی توسط اسطوره استفاده کرد؟

فکر می کنم با توضیحات فوق راهی که باید طی شود، تا حد زیادی مشخص شده است. رابطه بین اسطوره و آگاهی بی شباهت به رابطه بین مغز و کیهان نیست. هر دو این دوگانه ها با هم تکامل یافته اند و مدت زمان بسیار طولانی ای را در مجاورت و تعامل با یکدیگر سپری کرده اند؛ بنابراین می توان در ساختار و رفتار اسطوره ها نکات مهمی را درمورد آگاهی و نحوه کنش آن با جهان از جمله مغز یافت. البته این به آن معنا نیست که ما در اسطوره های مختلف به دنبال نظریاتی درمورد آگاهی باشیم. این تله بسیار بزرگی است که به راحتی می تواند انسان را در خود انداخته و به دنبال آن به سوی نتیجه گیری های نادرست بکشاند. صحبت از ساختار و شیوه عملکرد یک اسطوره است. ساختار اساطیر -همانند چیزی که درمورد رابطه مغز و کیهان دیدیم- می تواند تقلیدی از ساختار آگاهی باشد و به ما حرف های جدیدی در مورد ماهیت آگاهی بگوید. همان چیزی که اسطوره شناسی عصبی -تکاملی سعی دارد در برخورد با اسطوره ها نمایان کند. هر اسطوره به دلیل سرشت تکاملی خود تاریخ بسیار طولانی ای دارد که ما را به همان تجربه های ابتدایی یا همان پیش اسطوره ها رهنمون می کند. آن پیش اسطوره ها درمورد گزاره های بنیادینی سخن می گویند که بیش از پیش می توانند نشان دهنده ماهیت اصلی اسطوره یعنی همان شکلی از آگاهی در برخورد با جهان محسوب شود. به سخن دیگر باید این پرسش را دنبال کنیم که اسطوره به عنوان شکلی از آگاهی چه تعاملی در جهان داشته که درنهایت بعد از تکامل بسیار به چنین اسطوره های پرطمطراقی بدل شده است. این بررسی می تواند حرف های تازه ای به ما در مورد آگاهی و شیوه تعامل آن با جهان ازجمله جهان فیزیکی بگوید.شرق. *(متخصص مغز و اعصاب)

 

پرتوهای گرما بخش و چراغ فناوری

گلناز روستایی

در یادداشت پیشین درباره انرژی خورشیدی سخن گفتم. از اینکه ستاره منظومه شمسی ما، خورشید منبع تمام نشدنی انرژی برای سیاره زمین است و حتی برای مریخ که شاید روزی نه چندان دور زیستگاه انسان شود. اشاره کردم که استفاده از انرژی خورشیدی امری جدید نیست و پیشینه ای طولانی دارد و به یونان باستان بازمی گردد. همچنین گفتم که گرمایش و سرمایش چه اهمیتی دارند و نقش خورشید و انرژی خورشیدی در این میان چیست. به نیروگاه با نیروی اقیانوس ها پرداختم و توان بالقوه و نقص فناوری آن را برشمردم. به متمرکز کردن گرما اشاره کردم که چرا مهم است و چه روش هایی وجود دارد. انتقال یا ترابرد حرارت را توضیح دادم و به نقش و اهمیت و ضرورت انرژی خورشیدی برای ساختمان ها اشاره کردم. به چند موضوع دیگر هم اشاره کردم و حال قصد دارم موضوع را ادامه دهم. در این یادداشت باز هم به مسائل پیرامون انرژی خورشیدی خواهم پرداخت و در یادداشت پسین و پایانی به ضرورت این انرژی در ایران اشاره خواهم کرد.

مخزن ذخیره گرما

مشکلی که در استفاده از انرژی خورشیدی برای گرمایش داریم، این است که گرما باید به روش و شیوه ای ذخیره شود تا شب هنگام یا روزهای بارانی و ابری در دسترس باشد. چنین مشکلی در نیروگاه های هسته ای یا نیروگاه های گازی یا نیروگاه های با سوخت فسیلی، تا زمانی که نیروگاه دچار خرابی قطعات نشود و از مدار خارج نشود، وجود ندارد. روش نسبتا پربازده برای ذخیره سازی انرژی خورشیدی، استفاده از مخزن های عایق بندی شده بزرگ آب در زیر ساختمان یا در زیر زمین است. چرا؟ چون آب این قابلیت را دارد که مقدار زیادی گرما را در خود ذخیره کند و سپس با آهنگی آرام آن را پس دهد. گرما را حتی می توان در توده های بزرگ سنگ یا بتن هم ذخیره کرد. برای آنکه انرژی خورشیدی منبع توان چشمگیری به شمار آید، لازم است راه هایی برای تبدیل مقدار زیادی از آن به الکتریسیته ابداع شود. در دهه های اخیر، چندین پیشرفت فنی همچون بهبود تجهیزات و ادوات بازتاباننده و متمرکز کننده که امکان بالقوه زیادی برای فناوری های پیش رو دارند، پدید آمده که از حوصله این نوشتار خارج است. خوب است کمی درباره کوره خورشیدی هم توضیح دهم. یک کوره خورشیدی از مجموعه ای از آینه های تخت متحرک بهره می برد تا پرتوهای خورشید را روی آینه ای پهناور و خمیده بازبتاباند. این آینه بار دیگر پرتوها را به سوی نقطه ای مرکزی هدایت و متمرکز می کند تا دمای زیاد و پایدار لازم را برای مصارف صنعتی به دست آورد. برای نمونه از دهه 1950م. به این سو، از یک کوره خورشیدی در جایی با نام پیرنه، نزدیک اودلی فرانسه بهره برداری شد. این مرکز، سامانه ای از بازتاباننده ها و دیواری خمیده از آینه ها را به کار می گیرد تا پرتو خورشید را به سوی یک برج دریافت کننده مرکزی هدایت کند. در این مرکز انرژی خورشیدی فرانسوی، بیش از 63 آینه جداگانه، هر یک با استفاده از تجهیزات فتوالکتریک، خورشید را ردگیری می کنند. این آینه ها نور خورشید را روی دیوار خمیده آینه کاری شده ای بازمی تاباند که 42 متر ارتفاع و 158 متر عرض دارد. در کانون آن هم یک آزمایشگاه دمای بالا قرار دارد. علاوه بر کاربردهای پژوهشی این مرکز، انرژی گرمایی را می توان در دیگ ها برای تامین بخار برای تولید الکتریسیته هم مصرف کرد.

بازتاباننده های خورشیدی

بازتاباننده های خورشیدی الزاما از آینه هایی تشکیل می شوند که پرتوهای خورشید را به سمت نقطه ای مرکزی متمرکز می کنند. با این کار انرژی متمرکز می شود و بدیهی است کارایی بیشتری خواهد داشت. نقطه مرکزی غالبا برج دریافت کننده ای است که می تواند گرمای خورشید را به الکتریسیته گرما- خورشیدی تبدیل کند. یک نیروگاه 500 مگاواتی به حدود دو و نیم کیلومترمربع سطح آینه کاری شده و یک برج به ارتفاع حدودی کمتر از 500 متر نیاز دارد. برای نمونه همان مثالی که از کارگاه پیرنه در فرانسه زدیم از آینه های پهناوری استفاده می کند تا برای نیازهای صنعتی دماهای بالا تولید کند. از این حرارت بالا می توان در دیگ، بخار گرفت و با آن برخی دیگر از نیازمندی های تجاری-انرژی-برقی را تامین کرد.

گردآورنده های خورشیدی

گردآورنده خورشیدی وسیله ای است که پرتو خورشید را جذب می کند و آن را برای تولید نیرو یا هر مصرف دیگری در دسترس مصرف کننده می گذارد. این ساده ترین تعریفی است که می توان از گردآورنده ارائه داد. یکی از روش های گردآوری نور خورشید استفاده از بزرگ ترین و البته طبیعی ترین گردآورنده بزرگ روی زمین، یعنی سطح اقیانوس ها ست. آب های سطحی اقیانوس ها مقدار زیادی از انرژی خورشید را جذب می کنند که بخشی از پرتوهای خورشیدی به گرما تبدیل می شود که آب اقیانوس را گرم می کند که از همین گرما هم می توان استفاده کرد. دمای آب سطحی در مناطق استوایی در حدود 30 درجه سلسیوس است، اما 600 متر زیر سطح، دما در حدود منفی 15 درجه سلسیوس می شود. به لحاظ تئوریک می توان دستگاهی ساخت که این «گرایه یا گرادیان دمایی» یا به زبان ساده اختلاف دما را برای گرداندن توربین و تولید الکتریسیته به کار بندد.

تبدیل گرما-برق به روش خورشیدی

وقتی انرژی خورشیدی متمرکز و تشدید شود، گرمای کافی برای تولید بخار از آب به دست می آید. بخار را سپس می توان تحت فشار برای گرداندن توربین مولد برق به کار برد. این نوع سامانه تبدیل گرما-برق خورشیدی، طبق همان اصول مربوط به نیروگاه های سوخت فسیلی یا هسته ای کار می کند. برخی از انواع کارآمدتر آن از تشتک ها یا بشقاب های سهمی گون یا مجموعه ای از آینه های متحرک استفاده می کنند که پرتو خورشید را روی یک هدف متمرکز می کنند. هدف که غالبا استوانه ای از جنس فولاد است، چنان داغ می شود که آب پمپ شده به آن فورا به بخار تبدیل می شود. این بخار فوری به توربین مولد بخار هدایت می شود. مبدل های گرما-برق از این نوع که گفتم در حال حاضر در برخی مناطق دنیا ازجمله کالیفرنیای جنوبی ظرفیتی تا حدود 500 مگاوات الکتریسیته دارند.

دستگاه نیروی فتوولتایی

این روش تبدیل انرژی خورشیدی به برق بر پایه اثر فتوولتایی در تجهیزات حالت جامد مانند سلول های خورشیدی بنا شده است. این سلول ها را در ردیف های بزرگ روی زمین نصب می کنند. راندمان یا بازده نهایی فرایند تبدیل، برای یک وسیله تکی که در دمای معمولی کار می کند، به طور نظری در حدود 25 درصد است. دو ماده مهم در تولید نیروی این چنین در مقیاس وسیع سیلیسیم و سولفید کادمیم است و بی شک بازه ماده های پربازده هر روز بیشتر خواهد شد. آمریکا هر سال بیش از صد تن سیلیسیم تک بلوری تولید می کند که پاسخ گوی نیازش نیست. محاسبات نشان می دهد آمریکا به چیزی بیش از دو میلیون تن نیاز دارد که با عدد تولیدی فعلی فاصله دارد. برای تولید انرژی ای که بتواند کل سامانه انرژی آمریکا را پوشش دهد به مساحتی در حدود یک درصد مساحت کل کشور نیاز است. از سویی یادمان باشد که آمریکا کشوری پهناور است. نیازمندی اساسی این سامانه زمین پهناور و تکنیک های هرچه پربازده تر عایق سازی است. ایران هم به اندازه کافی زمین در اختیار دارد تا بتواند از این سامانه بهره گیرد. برای اینکه سامانه فتوولتایی بتواند با منابع تجاری انرژی رقابت کند، دو شرط اصلی وجود دارد؛ نخست اینکه هزینه کاهش یابد و دیگر اینکه عمر مفید صفحه های خورشیدی در پیرامون زمین افزایش یابد. این روش علاوه بر آن به تجهیزات انبارش انرژی با هزینه کمتر و عمر مفید بیشتر نیز احتیاج دارد. اجازه دهید این یادداشت را با ذکر دو نکته به پایان ببرم. برخی گمان می کنند بهترین راه چنین روش ها و فناوری هایی واردات است؛ یعنی اینکه دولت یا شرکت هایی به نمایندگی از دولت بروند و تجهیزات را خریداری کنند. غالبا شنیده می شود که می گویند مشابه خارجی از نمونه داخلی ارزان تر است. این گفته درست است، اما مسئله اینجاست که واردات دو ایراد اساسی دارد؛ نخست اینکه اشتغال زایی نمی کند و دیگر اینکه نمی گذارد کشوری همچون ایران که قصد دارد اگر بتواند در دهه های آینده جایگاه خود را از کشورهای توسعه نیافته یا درحال توسعه بالاتر ببرد، در فناوری صاحب نام شود. انرژی خورشیدی عرصه خوبی است که شرکت های خصوصی و دانش بنیان وارد کار شوند و دولت با حمایت واقعی از آنها کمک کند تا هم کشور در این عرصه خودکفا شود و به جای واردات، به ساخت و تولید مشارکتی روی آورد. از سویی واردات همواره هزینه های افزایشی دارد و این در حالی است که اگر از صنعتگران داخلی در این عرصه حمایت شود، می تواند به صادرات، هرچند اندک، منجر شود و سودآوری هم داشته باشد. انرژی خورشیدی عرصه ای است که کشور می تواند روی پای خود بایستد. این یادداشت با یک بخش پایانی دیگر ادامه دارد. شرق

 

درس هایی از سیلاب های مرداد 1401

دکتر بهلول علیجانی  *

1 به نظر بسیاری از افراد سیلاب های مرداد 1401 یک اتفاق ناگهانی بود که همه مردم و مدیران را غافلگیر کرد؛ در صورتی که این طور نیست. سیلاب های مرداد امسال نتیجه بارش های موسمی بودند که این بارش ها جزء ویژگی های کشور ایران هستند؛ اما با احتمال خیلی کم و دوره برگشت نسبتا طولانی. این بارش ها اکثر سال ها در نواحی جنوبی کشور به مقدار کم رخ می دهند. دلیل اصلی این بارش ها ورود توده هوای موسمی مرطوب از قسمت های شرقی و جنوب شرقی است. در فصل فعالیت موسمی های هند یک کم فشار دراز شرقی -غربی در جنوب کوه های هیمالیا شکل می گیرد. این کم فشار رطوبت خلیج بنگال را در حاشیه شمالی خود به طرف غرب هدایت کرده و به ایران می رساند. البته در بیشتر وقت ها رطوبت دریای عمان هم از ساحل جنوبی وارد کشور می شود. بیشتر سال ها پرفشار جنب حاره ای در لایه های بالایی اتمسفر ایران حاکم است و ضخامت کافی برای صعود این هوای مرطوب وجود ندارد و فقط در حاشیه جنوب شرقی بارش های معمولی ایجاد می کند؛ اما در سال هایی که کف پرفشار جنب حاره بالاتر می رود فضای کافی برای صعود این توده مرطوب ایجاد می شود و به دلیل تابش شدید آفتاب هوای مرطوب به طریق فرایند همرفتی صعود کرده و بارش های شدید را سبب می شود. در سال هایی که پرفشار سطح بالا به طرف غرب عقب نشینی می کند و از سطح زمین هم ارتفاع می گیرد، کم فشار موسمی در نواحی مرکزی ایران در جنوب البرز و شرق زاگرس گسترش پیدا کرده و هوای مرطوب را به این نواحی هدایت می کند. امسال هم شرایط موافق در سطح بالا ایجاد شده بود و با ارتفاع گرفتن پرفشار جنب حاره ای کم فشار موسمی بر روی فلات ایران از سطح زمین تا ارتفاع حدود سه هزار متری مستقر شده بود. این شرایط استثنائی سبب این همه بارش های شدید و سیل آسا شد. این وضعیت موافق همیشه رخ نمی دهد. همان طور که در بالا اشاره کردم در گذشته در سال های 1366 و 1335 رخ داده بود؛ بنابراین وقوع این بارش ها برای اکثر مردم و از جمله مدیران کشور غیرعادی است و به این جهت هم در اکثر برنامه های عمرانی و به ویژه فعالیت های روزمره و عادی کشور منظور نمی شوند. بالاترین شدت روزانه این بارش ها در دوره 29 تیر تا هشتم مرداد بر اساس گزارش سازمان هواشناسی 35 تا 90 میلی متر بوده است. البته آمارهای دیگر شدیدتر از این مقادیر هم اعلام کرده اند. مقدار بارش تجمعی چندروزه خیلی بالاتر بوده است. این شدت ها برای خیلی از نقاط کشور به ویژه در نواحی جنوبی و مرکزی خیلی غیرعادی و خطرناک است. مثلا در یزد چند سال پیش بارش روزانه 9 میلی متر در زمستان چند ساختمان قدیمی را خراب کرد. معلوم است که بارش 48 میلی متر چه خسارت و تلفاتی را ایجاد می کند. در صورتی که در شمال ایران بارش های 300 میلی متر در روز خسارت درخور توجهی ایجاد نمی کند؛ یعنی اینکه به دلیل نادر بودن این بارش ها در جنوب، محیط طبیعی و سکونتگاه های انسانی آمادگی لازم را برای مقابله با این بارش ها ندارند.

2 ناگفته نماند که بارش های زمستانه هم در کشور ما رگباری است. برای نمونه بارش های آخر اسفند 1397 و اوایل فروردین 1398 هم به صورت شدید رخ دادند. در یکی از ایستگاه های گرگان تا 200 میلی متر هم بارید. در کل در ایران قسمت اعظم بارش ها رگباری هستند. 60 درصد بارش های روزانه در 10 درصد بالای روزهای بارش رخ می دهند؛ یعنی اکثرا رگباری هستند. دلیل این امر هم این است که کشور ایران در منطقه ای از جهان قرار دارد که مکانیسم های صعود فراوان نیست. عوامل معمولی صعود هوا به ایران نمی آیند. فقط زمانی می توانند وارد ایران شوند که خیلی قوی باشند. در نتیجه سامانه های قوی وارد کشور می شوند و اینها بارش های رگباری تولید می کنند. مثلا جبهه های گرم خیلی نادر وارد کشور می شوند. اکثر بارش های زمستانه ایران از جبهه های سرد است که رگباری هستند. در اکثر سال ها در کل کشور خشک سالی داریم و در ترسالی های نادر هم با سیل و خسارت مواجه می شویم. این پدیده ها در برنامه های کوتاه مدت شش ساله قابل رصد نیستند. در نتیجه مدیریت و برنامه های توسعه و عمران کشور باید بر اساس برنامه های بلندمدت تعریف شود.

3 مهم ترین عامل سیل، بارش های شدید و مداوم است؛ اما عوامل متعددی در قدرت تخریب سیل دخالت دارند. محیط طبیعی و حتی انسانی برای شرایط عادی در درازمدت سازگاری پیدا می کند. درختان همدان به سرماهای منفی 30 درجه زمستان مقاومت پیدا می کنند، اما سرمای خیلی ضعیف مثلا با دمای منفی 5 درجه درختان گردو را در یزد از بین می برد؛ یعنی اینکه مدیران و مردم باید خودشان را برای شرایط بحرانی و مخاطرات آماده کنند وگرنه زندگی در شرایط عادی محیط فراهم است، اما در کشور ما به این نکته مهم توجه نمی شود. آماده شدن برای مخاطرات و بحران ها به آگاهی عمومی، برنامه های بلندمدت، پایش مداوم و بودجه نیاز دارد. در فرهنگ ما اقدامات پایش و نگهداری خیلی کم است. همه مشاهده کرده ایم که در یک ساختمان جدید بعد از حتی دو سال خیلی از امکاناتش خراب شده؛ یعنی اقدامات نگهداری انجام نشده است. قبول دارم که بارش 50 میلی متری در یزد حتما خسارت بار است، اما اگر ما بر اساس آگاهی کافی و جغرافیایی خود ساختمان ها و خیابان ها و شبکه زهکشی شهری را برای بارش های رگباری 50 میلی متر در روز برنامه ریزی کنیم، خسارت نخواهیم داشت. مطمئنا هزینه انجام این کارها خیلی کمتر از خسارت های ایجادشده امسال یا سال 1398 و سال های مشابه خواهد بود. ایران کشور تنوع ها و مخاطرات و بحران هاست. مروری بر تاریخ برنامه ریزی و مدیریت کشور نشان می دهد که در بیشتر موارد این مسئله منظور نشده است. البته در مورد زلزله خیلی کارها و دقت ها شده است. مخاطره زلزله یک بار رخ می دهد اما مخاطرات اقلیمی هر روز و به صورت مزمن خسارت و مزاحمت فراوان ایجاد می کنند. باید در همه کارهای زندگی کشور اینها را منظور کنیم. برای مثال مشاهده می کنید که در اول مرداد همه بحث ها روی سیل ها و خسارت های آنها بود و هرکس، دیگری را مقصر می دانست. چند روز نگذشت که توجه رسانه ها به خشک سالی و کم آبی برگشت؛ یعنی ماهیت اقلیم کشور این است؛ در یک مکان سیل خسارت می زند و در مکان دیگر خشک سالی و کم آبی مشکل می آفریند. این سال ها در اوج شدت خشک سالی مداوم و فراگیر کشور، خسارت های سیل های مخرب خیلی زیاد است.

4 در گذشته های دور به دلیل کم بودن آمار جمعیت و انتظاراتش و شروع نشدن فرایند گرمایش جهانی این مخاطرات خیلی جلوه گر نبودند، اما اکنون در دوره گرمایش جهانی و به قول خیلی ها عصر آنتروپوسن و افزایش جمعیت و انتظاراتش مشکلات چندین برابر شده اند و به دلیل ادامه فرایند گرمایش جهانی شدیدتر و فراوان تر هم خواهند شد. در روستای «چهرگان»، زادگاه نگارنده در شبستر، در دوران نوجوانی ام رودخانه روستا دو آسیاب را می چرخاند. حالا این رودخانه به باغ های پایین روستا نمی رسد. راه مقابله با این بحران ها تعدیل مخاطرات و سازگاری با آنهاست. مدیران باید مخاطرات را تعدیل کنند و مردم هم باید سازگاری پیدا کنند. در راس همه اینها رعایت اخلاق محیطی است که متاسفانه اصلا توجه نمی شود. منظور از اخلاق محیطی این است که در مرحله اول حق طبیعت را رعایت کنیم. حدود 40 درصد از منابع آب حق طبیعت است. در حوضه دریاچه ارومیه ما دریاچه را از حق خودش محروم کرده ایم. در شهرها ما حق عبور روان آب از خیابان ها را رعایت نکرده ایم. در امامزاده داوود، نکا و در خیلی جاهای دیگر در بستر رودخانه ما ساخت وساز کرده ایم؛ یعنی حق عبور سیل را رعایت نکرده ایم. با آلوده کردن و قطع درختان حق زندگی سالم و بالنده را از جنگل ها گرفته ایم. یکی از دلایل بیماری کرونا رعایت نکردن حق محیط طبیعی و موجودات است.

5 بحث های بالا نشان می دهد سیل های مرداد 1401 یک اتفاق غیرمنتظره نبودند. در گذشته رخ داده اند و در آینده هم رخ خواهند داد. در سیل های سال 1398 تحقیقات زیادی انجام شد و پیشنهادهای سازنده ای ارائه شد، ولی هیچ کدام به صورت کامل عملی نشد. دوباره سیل امسال رخ داد و همان مشکلات و همان اقدامات بی نتیجه تکرار شد. اگر اقدامی جدی، علمی و منطقی انجام ندهیم، سیل ها و خشک سالی ها و تنش آبی شدیدتر و فراوان تر خواهد شد و ما هر دفعه باید دنبال مقصر بگردیم و مشکلات و خسارت های عدیده ایجاد شود. اگر آگاهی عمومی و احساس مسئولیت افزایش پیدا نکند، حوادث شهرهای نکا، آق قلا، استهبان و امامزاده داوود در شهرهای دیگر هم تکرار خواهد شد. اگر برنامه های دقیق و مطابق با شرایط جغرافیایی کشور تنظیم و اجرا نکنیم، مخاطرات نه تنها تعدیل نخواهند شد بلکه خسارت ها و هزینه ها سنگین تر و خارج از تحمل محیط طبیعی و جوامع انسانی خواهند بود. قبول کنیم که همه جهان با مخاطرات دست به گریبان است و قدرت این مخاطرات به ویژه تغییر اقلیم به اندازه قدرت دوره های زمین شناسی است و به این جهت عصر حاضر به دوره آنتروپوسن معروف شده است؛ یعنی اینکه انسان در دوره قبل از جنگ دوم جهانی مقهور طبیعت بود و فلسفه جبر محیطی می گفت که انسان نمی تواند در طبیعت دستکاری کند، اما حالا این انسان با استفاده از تکنولوژی و به دلیل بالارفتن انتظارات و با تمسک به فلسفه انسان محور همه منابع طبیعت را تاراج و تالان کرده است. حالا انسان به اندازه دو برابر تولید طبیعت بهره برداری می کند؛ یعنی اینکه هر سال از سرمایه زمین کاسته می شود. هر موقع به فکر چاره بیفتیم دیر نیست. امروز بهتر از فرداست. البته اگر 50 سال پیش فکر می کردیم، خیلی بهتر بود، ولی می گویند در هر مرحله جلو ضرر را بگیریم، خوب است. برای گذر از این مخاطرات و بحران های محیطی موارد زیر پیشنهاد می شود.

   بالا بردن آگاهی مردم و مدیران در مورد جغرافیا و اقلیم کشور: سده بیست ویکم سده بحران ها و مخاطرات در همه جهان است. باید تلاش بیشتری در قالب برنامه های عمومی و تخصصی برای آگاهی مردم انجام شود. اگر مردم آگاهی کافی پیدا کنند، حتما در مسیل برای تعطیلی روز جمعه اتراق نمی کنند. مدیران شهری اجازه ساخت وساز در مسیل ها را نمی دهند. مدیران برنامه های کشاورزی را متناسب با توان های محلی تنظیم می کنند. افزایش آگاهی مردم سبب می شود در همه برنامه های تعدیلی و سازگاری همکاری کنند. بدیهی است که بدون همکاری مردم هیچ برنامه ای موفق نمی شود.

   برنامه ریزی و مدیریت بلندمدت بر اساس شرایط حدی و بحرانی: فعالیت های هر مکان از دیرباز بر اساس شرایط نرمال تنظیم شده اند که اکثرا در شرایط بحرانی جواب نمی دهد. از نیمه دوم سده بیستم بحران ها و مخاطرات و شرایط حدی مانند سیل های شدید خیلی فراوان شده است. بنابراین در شرایط امروزی باید در هر مکانی بر اساس فراوانی و شدت مخاطرات برنامه های توسعه و زندگی تنظیم شود. امروز در هیچ نقطه ای از کشور میانگین ها جواب نمی دهند. ممکن است در دو حوضه متفاوت 250 میلی متر بارش سالانه باشد، اما در یکی این بارش در چند روز متراکم شده و در دیگری در تعداد روزهای زیادی پخش شده است. معلوم است که حوضه اولی مستعد مخاطره و بحران است. برنامه های متکی بر مخاطرات باید بر اساس دوره زمانی بلندمدت تعریف شود. در برنامه بلندمدت فراوانی و شدت مخاطرات قابل پیش بینی است و می توان در کل مثلا میزان آب حاصل از سال های پربارش را برای سال های کم آب ذخیره کرد. لازمه این کار هم احداث و توسعه زیرساخت هاست که در برنامه بلندمدت خودش را نشان می دهد و برنامه ریز موظف است که در توسعه زیرساخت ها هم اقدامات لازم را تنظیم کند. به سخن کوتاه برنامه های توسعه کشور به ویژه در زمینه آب و اقلیم بر اساس فراوانی مکانی مخاطرات و پیش بینی آنها برای دوره های آینده انجام شود. منظور از دوره بلندمدت حداقل 30 سال است. اگرچه در سطح جهان برای تعدیل فرایند گرمایش زمین تا سال 2100 تنظیم می شود.

   تشکیل پورتال جامع آب و اقلیم: یکی از پیشنهادهای هیئت ویژه سیلاب های سال 1398 تشکیل پورتال جامع آب و اقلیم بود. در شرایط فعلی به دلیل اینکه بعضی کارها به صورت موازی انجام می شود یا اینکه یک سازمان واحد نمی تواند همه داده های لازم برای تعدیل مخاطرات و سیل را داشته باشد، بهتر است یک پورتال جامع به صورت مجازی تعریف شود. البته تشکیل یک مرکز فیزیکی واحد مشکل است و کار را نه تنها چاره نمی کند بلکه مشکل آفرین هم می شود. همه داده های هوا و اقلیم و سیل به این پورتال بارگذاری می شود. سازمان های ذی نفع در این پورتال عضو می شوند. مثلا وزارت کشاورزی داده های هوا و اقلیم مورد نیاز خود را از پورتال برداشته و کارشناسان خودش در زمینه بهره برداری تخصصی پردازش می کنند. شهرداری ها بر اساس نیازهای خودشان داده های لازم را برداشته و پردازش می کنند. مدیران سیل هم داده های بارش را بر اساس نیازهای خود و به همراه سایر داده های توپوگرافی و پوشش زمین پردازش می کنند. در این صورت هیچ نهادی نمی تواند بگوید که سازمان فلان به موقع و به صورت دقیق داده نداد؛ چون همه داده های عمومی یعنی اقلیم و هوا و سیل در سایت موجود است. وزارت بهداشت هم بر اساس نیازهای خودش داده ها را پردازش می کند. جمع آوری و پردازش این همه داده توسط یک سازمان مثلا هواشناسی امکان ندارد. پیش بینی سازمان هواشناسی در مورد بارش فقط تا رسیدن به سطح زمین است. اینکه این بارش سیل ایجاد می کند یا نه باید نهاد مسئول سیل کشور بلافاصله داده های بارش را پردازش کرده و هشدارهای لازم را بدهد. در مورد شهرها هم همین طور عمل شود. امتیاز دیگر این پورتال جلوگیری از دوباره کاری و موازی کاری است. این پورتال حتما یک شورای مدیریت دارد که همه کارها را تعریف، تنظیم و پایش می کند.

   استفاده از نیروهای متخصص به ویژه جغرافی دانان: همه مدیران نمی توانند افراد متخصص باشند. در نتیجه در هر سازمانی به ویژه نهادهایی که با زمین و بحران ها و مخاطرات کار دارند، حتما باید یک متخصص جغرافیا وجود داشته باشد؛ چون متخصصان جغرافیا با دید یک جانگری می توانند بحران و مخاطره را با توجه به همه جوانب تحلیل کرده و پیش بینی لازم را انجام دهند. در سال 2000 هم دبیرکل سازمان ملل از جغرافی دانان خواست که آستین بالا زده و بحران های سده 21 را چاره جویی کنند. حالا هم در اکثر دانشگاه های جهان بهترین رشته علمی مناسب برای گسترش و عملی کردن توسعه پایدار، رشته جغرافیا شناخته شده است. بنابراین در شرایط فعلی کشور استفاده از متخصصان جغرافیا در همه سطوح تعدیل و سازگاری بحران ها و مخاطرات الزامی است. شرق. *(استاد دانشگاه خوارزمی و مدیر کارگروه هوا و اقلیم هیئت ویژه بررسی سیلاب های سال 1398)

 

غرش های مهیب گیتی در آینه اخترفیزیک قرن بیست و یکم

حسن فتاحی

 

این مقاله درباره کتابی با نام «اخترفیزیک انرژی بالا» است که به تازگی انتشارات بلندآوازه اشپرینگر چاپ کرده است. برای آغاز می توان واژه «اخترفیزیک انرژی بالا» را تعریف کرد اما شاید بهتر باشد از واژه اخترفیزیک شروع کنیم. به بررسی پدیده ها و فراروندهای درگیر در اجرام یا برآخت های فراسوی جو زمین که دگرگونی های فیزیکی و شیمیایی دارند، با کمک فیزیک و ریاضی، اخترفیزیک می گویند. می دانیم که برآخت های اخترشناختی، از سیارک و دنباله دار گرفته تا کهکشان ها، تابش گسیلی دارند که می تواند امواج الکترومغناطیسی یا ذرات باشد. حال با توجه به ناحیه ای که در آن کار می کنیم، مرزهای اخترفیزیک انرژی بالا مشخص می شود. پرسون تر یا دقیق تر بگویم پژوهش فیزیکی درباره برآخت های اخترشناسی را که از خود امواج الکترومغناطیس با انرژی بالا یا بسامد بالا گسیل می کنند، اخترفیزیک انرژی بالا می گویند. این محدوده شامل بخش پرتو ایکس و پرتوهای گاماست. بخش انتهایی ناحیه فرابنفش هم شامل این مرزبندی اخترفیزیک انرژی بالاست. پرتوهای کیهانی و نوترینو هم زیرمجموعه اخترفیزیک انرژی بالاست. اخترفیزیک انرژی بالا روی اجرام اخترشناسی مانند سیاهچاله ها، ستارگان نوترونی، تپ اخترها یا تپارها، مگنتارها، ابرنواختران، باقی مانده انفجار های ابرنواختری و فوران های پرتو گاما می پژوهد. اخترفیزیک انرژی بالا با بخش های زیادی از اخترشناسی همپوشانی دارد اما به طور مشخص با اخترفیزیک هسته ای، اخترفیزیک نسبیتی نپاهشی یا مشاهده ای، اخترفیزیک پلاسما درهم تنیده است. حال برویم و فصل های کتاب را ژرف تر بررسی کنیم.

 

فصل های کتاب

در این بخش می خواهم هر فصل از کتاب را به کوتاهی شرح دهم و بگویم نویسنده در هر فصل از میان مطالب متنوع درباره یک موضوع کدامشان را برگزیده است، اما پیش از پرداختن به هر فصل، نخست عنوان تمام فصل ها را می گویم: 1- ماهیت فیزیکی گیتی: ذره های بنیادی و برهمکنش هایشان، 2- فراروندهای پایه در انرژی های بالا، 3- آشکارسازی و ابزارسازی در اخترفیزیک انرژی بالا، 4- فرگشت ستاره ای نزدیک به مرحله های پایانی، 5- ابرنواختر، 6- اخترفیزیک اجرام یا برآخت های فشرده، 7- برافزایش در اخترفیزیک، 8- هسته های کهکشانی ژیرا یا فعال، 9- اخترفیزیک نوترینویی، 10- موج های گرانشی، 11- فوران های پرتو گاما، 12- پرتوهای کیهانی و بخش پایانی هم پرسش ها.

فصل نخست کتاب با نام ماهیت فیزیک گیتی است. ذره های بنیادی و برهمکنش هایشان با نگاهی کلی به ذرات بنیادی و اندرکنش یا برهمکنش های بنیادی آغاز می شود. چهار برهمکنش اصلی داریم: هسته ای ضعیف یا نزار، هسته ای قوی، گرانش و الکترومغناطیسی. در ادامه برهمکنش های پایه در انرژی های بالا را بررسی می کند. این فصل دانش ذرات زیادی دارد و مدل استاندارد یا استانده ذرات و برهمکنش های قوی و الکترودینامیک کوانتومی شرح داده شده است. در پایان برای اینکه خواننده نقش دو نیروی گرانش و برهمکنش های ضعیف یا نزار را در جایگاه اندرکنش یا برهمکنشی بنیادی بداند، هر دو را واکاویده است.

فصل دوم کتاب به روشنی رنگ وبوی درس فیزیک مدرن را دارد. عنوان فصل فراروندهای پایه در انرژی های بالاست و با داستان گسیلش و پراکندگی فوتون در جایگاه فراروندهای انرژی های بالا شروع می شود. چهار فراروند یا پدیده مهم که در درس فیزیک مدرن ریز به ریز جراحی می شود، بررسی شده است: پدیده فوتوالکتریک که یادگار جایزه نوبل اینشتین است، پراکندگی کامپتون، تولید زوج یا جفت و سازوکار سطح مقطع کلی و جذب. این چهار فراروند و پدیده مبتنی بر جذب و پراکندگی اند. نویسنده در همین فصل پنج فراروند فوتون های پرانرژی را مبتنی بر گسیلش فوتونی، معرفی کرده است: تابش جسم سیاه، تابش برم اشترالونگ، تابش سینکروترون، تابش چرنکوف، سرچشمه های پوزیترونی و سازوکار خلق-فنا. اینها زیربنای درک بسیاری از پدیده های انرژی بالا در گیتی اند.

فصل 10صفحه ای سوم به ابزارسازی و آشکارسازی در اخترفیزیک انرژی بالا پرداخته است. نخست به حوزه و محدوده های فضایی، بینابی یا طیفی و زمانی پرداخته شده، سپس سی سی دی ها را در اخترشناسی نورشناختی یا اپتیکی و انرژی بالا معرفی کرده است. سپس به مشکل و چگونگی راه حل متمرکزسازی فوتون ها در سازوکارهای انرژی بالا اشاره کرده و فصل را با آشناسازی ابزارهای فضا-پایه مانند نپاهشگر ها و آشکارسازها یا در اصطلاح رصدخانه های فضایی به پایان برده است.

فصل چهارم از آن فصل های دل انگیز است. این فصل درباره مراحل پایانی فرگشت ستارگان است. فرگشت واژه ای درست تر برای عبارت رواج یافته تحول ستارگان است. نویسنده در این بخش به شش موضوع اساسی پرداخته است. نخست کمی درباره اخترفیزیک ستاره ای گفته است؛ اینکه ستارگان با زبان دانشی فیزیک چگونه بیان می شوند و معادله های زیربنایی توصیف کننده آنها کدام اند. درواقع ساختار ستارگان را برای خواننده باز کرده تا فراروندهای انرژی بالا را بشناساند. او کمی درباره چگونگی نپاهش یا رصد ستارگان گفته است؛ اینکه چگونه مشاهده گری به ما از فیزیک درون ستارگان می گوید و اینکه چرا ستارگان نامزد فیزیک انرژی بالا هستند. در بخش بعدی نشان داده چگونه فیزیک ریزمقیاس و قانون های حاکم بر ذرات در دل ستارگان و در مرکز ستارگان رفتار بزرگ مقیاس را رقم می زنند. «ژرژ ارنستو هورواث»، نویسنده کتاب، واکنش های هسته ای در مرکز ستارگان، چه ستارگان خورشیدگون میان جرم باشند و چه ستارگان بسیار بزرگ را نه چندان طولانی معرفی کرده است. او خاستگاه بن پارها یا عنصرها را نشان داده که از ستارگان سرچشمه می گیرند. در پایان هم فرگشت ستاره ای را در دو رده کلی از ستارگان کم جرم و پرجرم بررسی کرده است. این فصل به عبارتی نخستین گام برای اخترفیزیک هسته ای است.

فصل پنجم به ابرنواخترها اختصاص دارد و جا دارد یادی کنیم از یکی از استادان نامدار نویسنده این مقاله، زنده یاد پروفسور «شاون بیشاپ» که پژوهشگر درجه ابرنواخترها بود و درباره اش در صفحه علم روزنامه «شرق» به بلندی و رسایی نوشتیم. این فصل نخست طبقه بندی و گونه های متفاوت ابرنواختر را معرفی کرده است. سپس رمبش گرانشی ابرنواخترها را بررسی کرده که بخش مهمی از درک سازوکارشان است. ابرنواخترهای گرماهسته ای یکی از موضوع های اساسی این فصل است. بد نیست بدانید واژه گرماهسته ای به جز ابرنواخترها در جنگ افزارهای هسته ای هم به کار می رود. موضوع هیجان انگیز دیگر این فصل که جایزه نوبل هم در آستین خود دارد، گونه ابرنواختری یک-ای (Ia) است. او در ادامه ابرنواخترهای ابردرخشان را که به فانوس های کیهانی هم شهره اند، معرفی می کند. نخست نشان می دهد که چرا این ابرنواختران به اخترفیزیک انرژی بالا ربط دارند و سپس داستان گسترش بازمانده ابرنواختری در فضای میان ستاره ای یا محیط اندراختری را روایت می کند. ابرنواختران هرچند بسیار حرف برای گفتن دارند، اما نویسنده در این کتاب به خوبی توانسته بدون افتادن در دام معادلات و محاسبات چنان بنویسد که خواننده برای خواندن کتابی درباره ابرنواختران آماده شود.

فصل ششم کتاب هم به بخش شورانگیزی از اخترفیزیک مدرن قرن بیست و یکی پرداخته است. به مبحث اجرام فشرده یا به زبان پرسون تر و دانشی تر: برآخت های همپک. واژه compact را فشرده ترجمه کرده اند که نادرست نیست، اما واژه «همپک» بسیار درست تر است؛ زیرا بار و معنای فیزیکی را با خود دارد. ما در این مقاله از واژه پرتکرار فشرده استفاده می کنیم، اما اهل فن بدانند همپک درست تر و فیزیکی تر است. فصل ششم با چگونگی شکل گیری اجرام فشرده شروع می شود؛ اینکه تعریف درست جرم فشرده در اخترفیزیک چیست و از کجا پدیدار شده اند. نخستین نامزد کوتوله های سفید هستند که از دیدگاه نپاهشی یا مشاهده ای و نظری بررسی شده اند. کوتوله های سفید از کجا آمده اند؟ ماده فشرده یا همپک شده در چه رژیم فیزیک قرار دارد؟ حد چاندارسخار و مرحله های سردش یا تبرید و کریستالی شدن در کوتوله ها چگونه است؟ بخشی از فصل ششم پاسخ این پرسش هاست. بخش بعدی ستارگان نوترونی و تپ اخترها یا تپارها هستند. نخست نگره های پیشتازانه را معرفی کرده است. سپس به چگونگی نوترونش در چگالی های بسیار بالا پرداخته و معادلات ساختار ستارگان در چارچوب های نسبیتی را بررسی کرده است. سپس مدل های ستاره ای فشرده را با نپاهش ها یا مشاهده ها و داده ها مقایسه کرده است. پایان بخش این فصل سیاهچاله ها هستند که به مسائل امروزی آن مانند عکس گرفتن از آن هم پرداخته شده است.

فصل هفتم درباره یک فراروند مهم در اخترفیزیک با نام «برافزایش» است. واژه همسنگ دیگر برای برافزایش، «فربال» است که هرچند درست اما هنوز ناآشناست. بگذارید نخست برافزایش را به سادگی تعریف کنم: فراروندی که در آن جرم اخترشناختی و به ویژه ستاره در حال فرگشت، در یک سامانه دوتایی، از فروریزش ماده از بیرون که به سبب گرانی است، دچار انبارش ماده می شود. برخی از نظریه های اخترفیزیک حکایت از آن دارند که سیاره های سامانه یا راژمان خورشیدی از برافزایش رشدیابنده پدید آمده باشند. برخی از ستارگان را چیزی احاطه کرده که به آن «قرص برافزایشی» می گویند که در فصل هفتم بسیار به آن پرداخته شده است. این فصل به فیزیک سامانه های دوتایی-برافزایشی کم جرم و پرجرم پرداخته و در کنار آن به سامانه هایی که یکی از دوتایی ها سیاهچاله است هم اشاره کرده است.

فصل هشتم کوتاه است و به هسته های کهکشانی ژیرا یا فعال پرداخته است. اگر بخواهیم هسته کهکشانی ژیرا یا فعال را تعریف کنیم، می توان چنین گفت: ناحیه ای فشرده یا همپک در مرکز برخی کهکشان ها که درخشندگی اش بیش از آن است که با درخشندگی جمعیت های ستاره ای تبیین شود. مرکز چنین کهکشان هایی تابش های پرانرژی و گسیل امواج الکترومغناطیسی با شدت زیادی دارد. این فصل درباره این برآخت های شگفت اخترشناسی است و با داستان کشور اختروش یا اخترنما آغاز می شود. گونه های مختلف هسته های کهکشانی ژیرا را معرفی می کند و به مسئله هم تشکیل ساختارهای دارای هسته های فعال در گیتی می پردازد. این نکته را یادآور شویم که پرسش های باز بسیاری در این بخش از اخترشناسی نهفته است که جیمز وب رازهای بسیاری را خواهد گشود.

فصل نهم به اخترفیزیک نوترینویی می پردازد که بیشتر وقت ها به آن اخترفیزیک نوترینو می گویند، اما ترکیب درست تر نوترینویی است. پیش از پرداختن به گوشه هایی از این فصل بگویم که یکی از پژوهشگران نامدار در سطح جهان، یاسمن فرزان است که سال های درازی را به فیزیک نوترینو پرداخته و در این کار خبره است و پر از مقالات درجه یک. این فصل به سه موضوع اصلی نوترینوها در اخترفیزیک پرداخته است: نخست ماهیت زاستاری یا طبیعی نوترینوها و چگونگی آشکارسازی شان، دیگری چشمه نوترینویی که خورشید خودمان است و آخرین مسئله هم چشمه نوترینویی ابرنواختر 1987-ای است.

فصل دهم به امواج گرانشی اختصاص دارد که یکی از پیش بینی های نسبیت عام اینشتین است. ساده ترین تعریف از موج گرانشی چنین است: موج پیش رونده حامل انرژی گسیلی از جرم شتاب دار و به زبان دیگر حرکت موج گون در میدان گرانشی هنگام شتاب دار شدن ماده. این تعریف بسیار دم دستی است، اما تفاوت میان امواج گرانشی با الکترومغناطیسی را مشخص می کند. در این فصل ابتدا فیزیک مقدماتی تابش گرانشی بررسی شده است؛ سپس چشمه های موج گرانشی در اخترفیزیک که زیرمجموعه برآخت های انرژی بالا است، معرفی شده اند. موضوع مهم بعدی آشکارسازهای موج گرانشی است و آخرین و هیجان انگیزترین موضوع چگونگی ادغام ستاره نوترونی و سیاهچاله است. فیزیک حاکم بر آن، پدیده هایی که انتظار داریم مشاهده کنیم و چگونگی آشکارسازی آن.

فصل یازدهم درباره فوران های پرتو گاماست. اینکه این فوران ها در چه مسافتی از ما قرار دارند و آیا به راستی این چنین دور هستند! مدل های گوناگون فورانی و محاسبات آنها، همچنین چگونه نپاهیدن یا مشاهده کردن آنها از موضوعات این فصل و موضوعات داغ اخترفیزیک نوین است.

فصل پایانی کتاب به پرتوهای کیهانی پرداخته است. نویسنده نام جالبی برای پرتوهای کیهانی برگزیده است: پیام آورانی از بزرگ ترین شتاب دهنده های گیتی. به راستی هم چنین است. این فصل به خاستگاه پرتوهای کیهانی می پردازد و از دریچه پدیده شناختی آن را بررسی می کند. در پایان نویسنده با معرفی چند پدیده مرتبط با پرتوهای کیهانی به اخترشناسی انرژی -فرا بالا خوشامد می گوید. پایان بخش کتاب پرسش ها هستند. اگر این پرسش ها را حل نکنید، روشن نخواهد شد که چقدر آموخته اید. برای حل پرسش ها وقت بگذارید و اگر همراهی اهل دانش دارید با او درباره شان گفت وگو کنید. بگذارید این بخش را با این جمله ساکورایی تمام کنم که اگر کسی کتابی را بخواند اما نتواند پرسش هایش را حل کند، درواقع چیزی یاد نگرفته است.

ویژگی های کتاب

نخستین ویژگی خوب کتاب بیان روان و ساده است. نویسنده خیلی شفاف و به دور از ابهام افزایی و پیچیده گویی مطالب را شرح داده. کتاب روی بگرت ها یا مفاهیم فیزیک خوب درنگ کرده و سرسری رد نشده است. نویسنده خوب می داند دانشجوی کارشناسی چه مطالبی را سخت خواهد فهمید؛ بنابراین ساده و روشن نوشته است. پراکندگی مطالب کتاب خیلی خوب است. بیش از 10 برآخت مهم اخترفیزیکی را بررسی پرسون کرده است. همچنین میزان مطالب هر فصل مناسب و متناسب است. چون نویسنده در تدریس بسیار تواناست، می داند که هر فصل چقدر باشد که هم استاد بتواند درس بدهد و هم دانشجو وقت بگذارد و بخواند. کل کتاب 300 صفحه هم نیست. یک خوبی دیگر کتاب هم تمرین هایش است. کتاب 75 تمرین دارد، اما تمرین های جان دار و استخوان دار. دانشجویانی که تمرین ها را حل کنند می توانند یک قدم جلوتر رفته و درک خوبی نسبت به مقاله های پژوهشی به دست آورند. کتاب به اندازه کافی عکس رنگی و شکل و نمودار و جدول دارد که هم آموختن را آسان تر می کند و هم انگیزه خواندن را بالا می برد. این کتاب ها را با کتاب های اخترفیزیک که نیم قرن پیش نوشته می شد، قیاس کنید، به خوبی درمی یابید که نرم و لطیف نوشتن سکه رایج دانش امروز است که شامل این کتاب هم می شود. ریاضیات کتاب در حدی است که دانشجویان با دانستن ریاضیات پایه و معادلات دیفرانسیل به راحتی از عهده دیسول ها یا فرمول های آن برمی آیند.

کتابی مناسب برای ایران

همان طور که گفتم این کتاب در مجموعه «فیزیک برای دوره کارشناسی» چاپ شده است. این مجموعه کتاب های زیادی دارد، اما چرا این کتاب برای ایران مناسب است؟ پاسخ این است که در حال حاضر دانشجویانی که می خواهند در کارشناسی ارشد و دکترا روی اخترفیزیک انرژی بالا کار کنند، رو به فزونی است؛ بنابراین برای این کار کتابی لازم است و ای کاش مترجمی کاربلد و دلسوز پیدا شود که این کتاب را به فارسی برگرداند. در ایران برخی استادان در کلاس های درس بخش هایی از اخترفیزیک انرژی بالا را درس می دهند و شایسته است کتابی مستقل برای تدریس باشد. کتاب های اخترفیزیک برای دوره های دانشگاهی در ایران تا حد زیادی مشابه اند و روند تدریس تکراری شده است. می توان از چنین کتابی برای تدریس در دوره کارشناسی برای دو ترم متوالی استفاده کرد. نه اینکه نشود کتاب را در یک ترم درس داد، می شود، به راحتی هم می شود؛ فصل ها کوتاه اند و کل کتاب 70 تمرین دارد، اما با توجه به واقعیت های موجود می شود در دو ترم درس داد. در پایان این بخش بگذارید نکته ای را هم یادآور شوم. اخترفیزیک درسی است که باید در سال پایانی دوره کارشناسی ارائه شود تا دانشجویان به حد کافی از پیش زمینه های لازم برخوردار باشند؛ فیزیک هسته ای و فیزیک مدرن و کوانتوم و درس های پایه را آموخته باشند. در ایران سنت اشتباهی رواج یافته که استادان برای نمونه از درس فیزیک مدرن که بین 15 تا 20 مبحث یا فصل مهم دارد، کمتر از نیمی از آن را درس می دهند. در مابقی درس ها هم چنین است. از هر کتابی که مرجع آن درس است، چند فصل را بیشتر درس نمی دهند. نتیجه آنکه دانشجویان، نیاموخته هایشان خیلی بیش از آموخته هایشان است. بعد وقتی این دانشجویان با اشتیاق درسی همچون اخترفیزیک انرژی بالا را برمی گزینند، هم خودشان به دردسر می افتند چون پیش نیاز لازم را ندارند و هم استادی که درس می دهد دچار سردرگمی خواهد شد. جان کلام اینکه چنین کتابی برای دانشجویان ایرانی کیمیاست اگر درست بخوانند.

چگونه این کتاب را بخوانیم

شاید پرسشی که ذهن خوانندگان و به ویژه مشتاقان اخترفیزیک انرژی بالا را مشغول کند، این باشد که چگونه این کتاب را بخوانند. در این بخش به کوتاهی برای چند گروه از مخاطبان این کتاب راهکار را خواهم گفت. این کتاب 12 فصل است؛ بنابراین اگر قصد دارید این کتاب را برای دوره کارشناسی ارشد تدریس کنید، با کمی هوشمندی می توان کل کتاب را در یک ترم درس داد. هر فصل کتاب را در یک جلسه تدریس کنید و سه جلسه را به حل پرسش های پایانی بپردازید. این کتاب برای دوره کارشناسی نوشته شده است، اما با خود روراست باشیم. این کتاب فراتر از سطح متوسط دانشجویان کارشناسی فیزیک کشورمان است. افسوس مندانه هر سال بیش از پیش سطح دانشی دانشجویان علوم پایه افت می کند و شاهد آن کاهش چشمگیر انتخاب رشته های علوم پایه در دانشگاه است. اگر دانشجوی کارشناسی هستید و می خواهید این کتاب را بخوانید، می توانید هر ماه یک فصل را کامل بخوانید و اگر از دوستداران اخترفیزیک هستید، کتاب را بدون توجه به دیسول ها یا فرمول ها بخوانید؛ اما ممکن است برخی چیزها را درنیابید.

درباره نویسنده

اگر بخواهم خیلی کوتاه درباره «ژرژ ارنستو هورواث» بگویم، او اخترفیزیک دان نازنینی است. این را در گفت وگوهایی که با او داشتم، دریافتم. «هورواث» اخترفیزیک دان نظری-محاسباتی در دانشکده اخترشناسی دانشگاه سائوپالوی برزیل است. این نکته را بیفزایم که برزیل از جمله کشورهایی است که برای رسیدن به قله های پژوهشی اخترشناسی خیز برداشته و مدتی است به دلیل مشکلات دانشجویان ایرانی برای سفر به غرب، پایگاه خوبی برای تحصیلات تکمیلی ایرانی ها در دانش های زاستاری همچون فیزیک و اخترشناسی شده است. «هورواث» دوره دکترای فیزیک را بین سال های 1985-1989 م. تمام کرده است؛ یعنی دو سال پایانی جنگ ایران و عراق و دو سال منتهی به آتش بس؛ جنگی که روی کاغذ در چنین روزهایی، یعنی 29 مرداد 1369 تمام شد. او پس از آن دوره هایی را در غرب و کشورهای آمریکای لاتین همچون آرژانتین سپری کرد و از سال 1992م. تاکنون استاد دانشکده فیزیک و اخترشناسی در برزیل است. «هورواث» روی اخترفیزیک انرژی بالا کار می کند و روی ترکیب هسته ای یا سنتر هسته ای در فراروندهای ستارگان ابرپرجرم. همچنین در اخترزیست شناسی هم کارهای خوبی انجام داده است. «هورواث» اخترفیزیک دانی پرکار و دست به قلم است؛ هم مقاله های پژوهشی زیادی دارد و هم یادداشت های دانشی بسیاری چاپ کرده. اهل برگزاری سمینار است و دانشجویان خوبی تربیت کرده است.  شرق

 

به دنبال نظریه های خیالی نباشیم

دکتر مهدی زارع *

در اوایل تیر 1401، پس از رخداد زمین لرزه های پی درپی در منطقه جزیره کیش، چارک، بندر مقام و بندر خمیر مطرح شد که دلیل رخداد این زلزله های پی درپی، غیرطبیعی و در برخی مطالب منتشرشده، علت آن «هارپ» اعلام شد. «هوگو چاوز» رئیس جمهوری پیشین ونزوئلا نیز در سال 1388 واشنگتن را متهم به به کارگیری سلاح هارپ و ایجاد زلزله مرگبار2010 هائیتی کرد. یک رسانه داخلی هم در اواخر سال 88 با انتشار یک گزارش تاییدنشده و به نقل از یک منبع خبری روسی عنوان کرد که نیروی دریایی ایالات متحده با استفاده از فناوری خود، قصد ایجاد زلزله ای در ایران داشته که اشتباها هائیتی را (در زلزله 12 ژانویه 2010) مورد هدف قرار داده است! برخی هارپ را در ایجاد زمین لرزه سیچوان چین (2008) نیز مقصر دانسته اند.

برنامه پژوهشی شفق فعال با فرکانس بالا یا هارپ (HAARP)، یک پروژه علمی با هدف مطالعه خواص و رفتار یونوسفر است. یونوسفر تقریبا 80 تا 650 کیلومتر بالاتر از سطح زمین، درست در لبه فضا قرار دارد. یونوسفر مرز بین جو پایینی زمین -جایی که ما زندگی می کنیم و تنفس می کنیم- و خلا فضا را تشکیل می دهد. عملیات تاسیسات پژوهشی هارپ در 11 آگوست 2015 از نیروی هوایی ایالات متحده به دانشگاه آلاسکا، فیربنکس، منتقل شد و اجازه داده شد تا به کاوش در پدیدارشناسی یونوسفر در یک توافق نامه تحقیق و توسعه مشترک ادامه دهد. هارپ تواناترین فرستنده پرقدرت و فرکانس بالا برای مطالعه یونوسفر در جهان است. برنامه هارپ متعهد به توسعه یک مرکز پژوهشی یونوسفر در سطح جهانی است که متشکل از تاسیسات پژوهشی یونوسفر، یک مرکز فرستنده پرتوان در محدوده فرکانس بالاست و می تواند برای برانگیختن موقت ناحیه محدودی از یونوسفر برای مطالعه علمی استفاده شود و مجموعه ای پیچیده از ابزارهای علمی یا تشخیصی است که می تواند برای مشاهده فرایندهای فیزیکی در منطقه تحریک شده مدنظر استفاده می شود. تاسیسات پژوهشی یونوسفر به صورت کنترل شده به دانشمندان این امکان را می دهد که فرایندهایی را که به طور مداوم تحت تحریک طبیعی خورشید رخ می دهند، بهتر درک کنند. همچنین توصیف یونوسفر با استفاده از ماهواره، مشاهده تلسکوپی ساختار ظریف شفق قطبی و مستندسازی تغییرات طولانی مدت در لایه اوزون از امکانات دیگر آن است. ابزار اصلی در هارپ، تجهیزات پژوهشی یونوسفر (IRI)، شامل آرایه ای از 180 آنتن رادیویی است که در مساحتی به وسعت 0.13 کیلومترمربع (33 هکتار) پخش شده است. همچنان که گفته شد یونوسفر خارجی ترین لایه جو زمین است. از حدود 50کیلومتری بالای سطح زمین شروع می شود و حاوی اتم ها و مولکول هایی است که توسط نور فرابنفش خورشید یونیزه می شوند (یعنی یک الکترون از دست می دهند و دارای بار مثبت می شوند). یونوسفر برای رادیو از اهمیت ویژه ای برخوردار است؛ زیرا فرکانس های رادیویی پایین از یونوسفر منعکس می شوند و امکان ارتباطات از راه دور را فراهم می کنند. در فرکانس های بالاتر، ارتباطات رادیویی با ماهواره ها از یونوسفر عبور می کند. یونوسفر همچنین جایی است که هنگام برخورد ذرات باد خورشیدی با اتم های اکسیژن و نیتروژن، شفق های قطبی رخ می دهند. تجهیزات پژوهشی یونوسفر امواجی را در فرکانس های بین 2.7 تا 10 مگاهرتز با توان 3.6 مگاوات ارسال می کند. امواج رادیویی را به سمت بالا به یونوسفر منتقل می کند؛ جایی که باعث می شود الکترون ها به صورت امواج حرکت کنند. هارپ یک گرم کننده یونوسفر است و به همین دلیل به این نام خوانده می شود؛ زیرا تحریک الکترون ها دمای آنها را افزایش می دهد و می توان گفت که قوی ترین گرم کننده یونوسفر نیز محسوب می شود. با تغییر چگالی الکترون ها در یک منطقه خاص، دانشمندان با استفاده از هارپ می توانند چگونگی واکنش یونوسفر به شرایط تغییریافته را مطالعه کنند. به دلیل اهمیت یونوسفر برای ارتباطات رادیویی، در اوایل دهه 1990 نیروی هوایی و نیروی دریایی آمریکا پروژه هارپ را پیشنهاد کردند و نیروی هوایی ساخت آن را در سال 1993 آغاز کرد. مکانی نزدیک گاکونای آلاسکا انتخاب شد؛ زیرا منطقه از نقاط مسطح در قطب شمال بود که در آن شفق قطبی رخ می دهد. سایت هارپ نزدیک یک بزرگراه اصلی بود اما خیلی ایزوله بود تا هیچ منبع تداخل الکتریکی یا رادیویی در آن نزدیکی وجود نداشته باشد. مسئولیت هارپ در سال 2015 به دانشگاه آلاسکا در فیربنکس منتقل شد.

ادعا: هارپ ممکن است عمدا تخریبی در مقیاس جهانی ایجاد کند که باعث زلزله، توفان، سیل یا توفان برف در سراسر جهان شود یا ممکن است از طریق تله پاتی به شهروندان جهان حمله کند و بر افکار با ارتعاشات فرکانس پایین تاثیر بگذارد.

ارزیابی: این نظر درک بسیار ضعیفی از نحوه عملکرد برنامه پژوهشی شفق فعال با فرکانس بالا (HAARP) ارائه می دهد. این سامانه (هارپ) یک فرستنده فرکانس بالا (رادیویی موج کوتاه) است و ارتعاشات فرکانس پایین را منتقل نمی کند. هارپ پدیده های فیزیک را در بالاترین قسمت جو (معروف به یونوسفر) با مطالعه اثرات گرمایی کوچکی که فرستنده در آنجا ایجاد می کند و فقط چند ثانیه طول می کشد، تجزیه وتحلیل می کند. بنابراین به هیچ وجه نمی تواند بر فرایندها یا حرکت های فکری انسان تاثیر بگذارد. از سوی دیگر هیچ مدرک علمی ای برای حمایت از ادعاهای مطرح شده درباره توانایی هارپ برای ایجاد سوانح طبیعی یا کنترل رفتارهای انسانی ارائه نشده است. برنامه پژوهشی شفق فعال با فرکانس بالا (هارپ) یک سامانه پژوهشی است که از یک فرستنده پرقدرت و فرکانس بالا برای مطالعه خواص فیزیکی و رفتار بالاترین نقطه جو یعنی یونوسفر استفاده می کند. یکی از نمونه های پدیده های طبیعی که هارپ مطالعه می کند، شفق قطبی است که به عنوان شفق شمالی نیز شناخته می شود. ارسال های رادیویی از هارپ تنها اثرهای کوچکی در یونوسفر ایجاد می کند که برای مدت کوتاهی (چند ثانیه) طول می کشد.

ادعا: هارپ با کنترل حرکات انسان، عملکرد غدد و تظاهرات ذهنی خاص را با استفاده از تحریک الکترومغناطیسی فرکانس بالا امکان پذیر می کند.

ارزیابی: این ادعا در اواسط دسامبر 2020 منتشر شد. سیگنال های رادیویی با فرکانس بالا را در هارپ با استفاده از 360 فرستنده رادیویی و 180 آنتن به بالاترین نقطه جو یعنی یونوسفر ارسال می کنند. این تاسیسات حدود 14 هکتار (0.14 کیلومترمربع) در نزدیکی شهر گاکونا، آلاسکا را که حدود 250 کیلومتری شمال شرقی آنکوریج، بزرگ ترین شهر آلاسکا ست ، پوشش می دهد. سیگنال های رادیویی تا حدی بین صد کیلومتر تا 350 کیلومتر در ارتفاع جذب می شوند و الکترون ها را در یونوسفر شتاب می دهند و به طور خلاصه آنها را به اصطلاح «گرم» می کنند. با تجزیه وتحلیل نحوه تعامل امواج رادیویی با الکترون ها در یونوسفر، محققان هارپ می توانند پدیده هایی مانند اثرهای شفق قطبی یا شفق های شمالی را بر روی سیستم های رادیویی و ارتباطات هواپیماها را در ارتفاعات بالا مطالعه کنند.

ادعاها درباره توانایی هارپ برای ایجاد سوانح طبیعی یا کنترل رفتارهای انسانی نادرست است. هارپ یک فرستنده با فرکانس بالا (عمدتا مانند یک رادیو موج کوتاه) است که از آن برای انجام آزمایش ها بر روی یک قطعه صد در صد کیلومتری از یونوسفر استفاده می شود. ارسال از هارپ فقط باعث ایجاد اثرهای کوچکی در یونوسفر می شود که چند ثانیه طول می کشد. علاوه براین، این مرکز فقط چند ساعت در سال کار می کند. مقدار انرژی با فرکانس بالا که از اپراتورهای رادیویی آماتور در سراسر جهان می آید، تقریبا به طور قطع از ارسال های هارپ بیشتر است. هارپ نمی تواند بر پدیده هایی مانند توفان هایی که در تروپوسفر با ارتفاع بسیار پایین تر (هفت کیلومتری) رخ می دهند و تلاطم هایی با بزرگی انرژی بیشتری تولید می کنند، اثر بگذارد. امواج رادیویی فرکانس بالا در جوی که برای آن سیگنال ها شفاف است، منتشر می شوند. اگر این (تاسیسات هارپ) را 10 برابر بزرگ تر کرده و تلاش می کردیم، باز هم نمی توانستیم بر آب وهوا اثر بگذاریم. سیگنال های الکتریکی در ذهن انسان بسیار فرکانس پایین هستند. هارپ فرکانس بسیار بالایی دارد. طول موج ها به متر است؛ بنابراین هیچ راهی وجود ندارد که آنها بتوانند ذهن انسان ها را کنترل کنند. فیزیک دانان فضایی بر مناطقی بیش از صد کیلومتری بالای سر ما تمرکز می کنند، جایی که امواج رادیویی هارپ صد برابر ضعیف تر از امواج تلفن همراه است. شرق. * (استاد تمام پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله)

فراتر از انسان

سینا فلاح زاده راسته کناری

روزی نیست که یک پیشرفت علمی یا تکنولوژیکی چشمگیر در عرصه هوش مصنوعی در سرخط اخبار علمی نباشد. اخبار اخیر استفاده از هوش مصنوعی برای تولید علم از سایر اخبار جذاب ترند؛ چرا که نشان می دهند هوش مصنوعی می تواند در وظیفه فهم جهان که زمانی نه چندان دور ویژگی منحصربه فرد فاهمه انسانی به حساب می آمد، دخالت موثر داشته باشد. حدود چهار قرن پیش وقتی «فرانسیس بیکن» سخن از استفاده از اصل استقرا برای فهمیدن الگوهای کلی حاکم بر طبیعت به میان می آورد، شاید کسی تصورش را هم نمی کرد که زمانی داده هایی که دانشمندان برای یافتن الگوها در اختیار دارند، آن قدر پیچیده و گسترده و فراوان باشد که دیگر قوی ترین ذهن ها هم از تشخیص هر الگویی در آنها ناتوان باشند. در چنین شرایطی مکانیکی کردن استخراج قوانین طبیعت از داده ها، با استفاده از کامپیوترها و الگوریتم های هوش مصنوعی یک انتخاب کاملا معقول است. فرض کنید بخواهیم بدانیم تاثیر نوسانات فشار خون یا کمبود ویتامین D در وضعیت عمومی و میزان مرگ ومیر بیماران مبتلا به کرونا که در بیمارستان ها بستری می شوند، چگونه است. در این صورت با داده های فشار خون و نتایج آزمایش های صدها هزار بیمار که در اقصانقاط جهان گردآوری شده اند، روبه رو هستیم. بدون کمک کامپیوترها و هوش مصنوعی تشخیص الگوهایی که به کمک پیش بینی وضعیت بیماران در آینده بیاید، غیرممکن است.

انتظارات نخستین ما

اما این یک مثال ساده از نحوه کار هوش مصنوعی و الگوریتم های حیرت انگیز آن است. در این مثال به سادگی با موردی طرفیم که به علت محدودیت زمان و حوصله و انرژی از توانایی عاملیت انسانی خارج است. در این حالت کاری را که ممکن بود صدها هزار نفر را به دردسر و اشتباه بیندازد و خسته کند، به یک کامپیوتر می سپاریم که با توجه به الگوریتم هایی که به آن می دهیم، نه خسته می شود و نه «اشتباه» می کند. در همین مورد که آن را ساده قلمداد کردیم، هم پیچیدگی های فراوانی پیش می آید. ممکن است دو الگوریتم متفاوت دو نتیجه متفاوت و حتی متنافر تولید کنند. این مشکل در سال های اخیر و با توجه به استفاده روزافزون از «استقرای مکانیکی بیکنی» در حیطه هوش مصنوعی واقعا دامن گیر بسیاری از دانشمندان عرصه های گوناگون شده است. ضرورت تقویت روش های تولید علم و شناخت الگوهای حاکم بر طبیعت، بیش از پیش احساس می شود و کمی از خوش بینی های اولیه که برای مثال در دهه نود میلادی در این باره وجود داشت، کاسته شده است؛ اما این کارهای بسیار مهم و حیرت انگیز که هوش مصنوعی می تواند برای ما انجام بدهد، هنوز در مقابل اصل آنچه درمورد هوش مصنوعی در نظر داشتیم، بسیار کوچک هستند. هوش مصنوعی از همان میانه سده بیستم، یعنی از آغاز تولدش پروژه بسیار جاه طلبانه ای در سر داشت و آن هم رسیدن به حالتی بود که تمام آنچه را ذهن و روان انسان قادر به درک انجام آن هستند، انجام بدهد: پردازش زبان طبیعی، بازشناسی گفتار و دید ماشینی و (پس از آن به تدریج) ده ها کارکرد ریز و درشت دیگر که به فاهمه و ذهن بشر نسبت داده می شد و می شود؛ اما ادامه کار به این راحتی نبود: برای شبیه سازی ذهن و فاهمه انسان باید می دانستیم که ذهن انسان خودش آن کارها را چگونه انجام می دهد. بسیار ساده انگارانه بود اگر دانشمندان فکر می کردند که نحوه کارکرد ذهن انسان را می دانند؛ چرا که هنوز هم با بیش از شش دهه تجربه در آن عرصه سوالات اساسی فراوانی بی جواب مانده اند. البته ماهیت اصلی علم و تکنولوژی به گونه ای است که پرسش های بزرگ و بی جواب مانده و مسائل دشوار به جای آنکه خاصیت فلج کننده و محدودکننده داشته باشند، بیشتر باعث پیشرفت و رونق عرصه های گوناگون می شوند. اگر در اواسط قرن بیستم از یک دانشمند انفورماتیک و علوم تازه تاسیس کامپیوتر می پرسیدید که ذهن ما چگونه جهان را می فهمد، احتمالا دیدگاهی شبیه فیلسوفان تحلیلی قرن بیستم را به شما تحویل می داد: برای مثال ممکن بود به شما بگوید که ما جهان را محدوده زبان بشری می فهمیم و زبان بشری شامل جمله ها و گزاره هاست و جملات و گزاره ها هم شامل یک سری نمادها هستند که برای رمزگذاری حالات امور واقعی و ممکن مورد استفاده قرار می گیرند. پس پردازش زبان طبیعی احتمالا با استفاده از پردازش نمادها ممکن است. کاری که حتی کامپیوترهای اولیه در انجام آن بسیار عالی عمل می کردند.

فراتر از پروژه کلاسیک: ورود موثر فیلسوفان

اما این تمام ماجرا نبود. از آنجایی که متخصصان هوش مصنوعی دائم در حال همکاری با فیلسوفان و منطق دانان تراز یک جهان بودند، با توجه به پیشرفت مباحث در زمینه فلسفه علم و آگاهی به تدریج مشخص شد که دیدگاه اولیه در مورد ماهیت ذهن و زبان انسان نارسایی هایی دارد. یکی از معروف ترین این مباحث یک استدلال بسیار مشهور از فیلسوف مشهور آمریکایی «جان سرل» موسوم به «استدلال اتاق چینی» بود که در سال 1980 ارائه شد و این نکته را پیش می کشید که کامپیوترهای نحوی کلاسیک هر قدر هم پیشرفته و درست عمل کنند باز هم بنا بر درک شهودی ای که ما از «فهمیدن» داریم چیزی نمی فهمند و ایجاد هوش مصنوعی قوی از این جهت ناممکن است. برخی از منطق دانان با استفاده از «قضایای ناتمامیت گودل» پروژه هوش مصنوعی قوی را به چالش کشیدند. این قضایا که توسط «کورت گودل» در سال 1931 اثبات شده بودند، ناظر بر ناممکن بودن ارائه یک دستگاه اصل موضوعی کامل برای ریاضیات بر اساس «برنامه هیلبرت» بودند. «قضایای ناتمامیت گودل» نشان می داد برنامه «هیلبرت» برای یافتن مجموعه ای کامل و سازگار از اصول موضوع برای کل ریاضیات محکوم به شکست است. گروهی از فیلسوفان و دانشمندان علوم شناختی و فلسفه ذهن این قضایای مهم منطق ریاضی را در شناخت نحوه کارکرد مغز انسان هم ذی مدخل می دانند. این بسیار طبیعی است که بعد از دهه ها تلاش اکثرا موفق برای پیشرفت در علوم کامپیوتر و هوش مصنوعی فکر کنیم که مغز انسان هم نوعی کامپیوتر است. در واقع این مسئله نتیجه این پیشرفت ها نیست، بلکه به نوعی پیش فرض شروع این مباحث و تلاش هاست. در واقع دیدگاه محاسباتی در مورد ذهن یک مبحث جدی و دامنه دار در فلسفه ذهن و آگاهی معاصر بوده است.

سایه «هایدگر»: «میراث دریفوس»

این مسئله به مناقشات فلسفی فراوانی دامن زد. یک مثال معروف در فلسفه و علوم شناختی معاصر کتاب «آنچه کامپیوترها نمی توانند انجام دهند» نوشته «هیوبرت دریفوس» فیلسوف معاصر آمریکایی است که در اوایل دهه 70 میلادی منتشر شد. «دریفوس» با توجه به آنچه از فلسفه قاره ای و به خصوص پدیدارشناسی «هوسرل» و مخصوصا «هایدگر» آموخته بود، پیش فرض های نظریه محاسباتی ذهن را که پروژه هوش مصنوعی کلاسیک بر اساس آنها بنا شده بود، در معرض پرسش قرار داد. او 20 سال بعد از آن در اوایل دهه 90 میلادی ویراست تازه تری از کتاب خود منتشر کرد و عنوان آن را «آنچه کامپیوترها هنوز نمی توانند انجام دهند» قرار داد. هوش مصنوعی کلاسیک که بر محاسبات نحوی و منطقی و نظریه محاسباتی ذهن استوار بود، تاکید ویژه ای بر فهم منطقی از جهان در قالب گزاره های یک زبان ایدئال داشت. پیش فرض های مربوط به این دیدگاه با فهم هایدگری «دریفوس» از انسان به مثابه «در-جهان-بودگی»  (In-der-Welt-Sein) خوانایی نداشت. «دریفوس» معتقد بود واقعیتی که انسان ها به صورت هرمنوتیکی می فهمند به سادگی به مجموعه ای از گزاره هایی که حالات امور را رمزگذاری می کنند قابل تحویل نیست. البته با توجه به پیشرفت هایی که در «شبکه های عصبی مصنوعی» داشتیم در اوایل هزاره جدید میلادی مشخص شد «دریفوس» تا حدود زیادی برحق بوده است.

شبکه های عصبی مصنوعی

از دهه 70 میلادی به تدریج جریان هایی در تکنولوژی هوش مصنوعی شروع شدند که به جای تاکید روی ماهیت منطقی و نحوی فاهمه بر روی الگوبرداری از ساختار فیزیکی مغز تمرکز داشتند. این جریان ها به ظهور و پیشرفت شبکه های عصبی مصنوعی و غلبه آنها بر سیستم های پردازش سمبولیک منجر شدند. این شبکه ها برخلاف سیستم های کلاسیک قابلیت آموزش دیدن داشته و از این جهت شباهت جالبی با نحوه کارکرد مغز انسان دارند. نسخه های امروزی تر این سیستم ها شامل شبکه هایی با قابلیت یادگیری عمیق (deep learning) هستند که امکانات گسترده ای در اختیار طراحان شبکه های هوش مصنوعی قرار می دهند. بسیاری از پیشرفت های حیطه هوش مصنوعی در دو دهه اخیر نشان از پیروزی دیدگاه «هیوبرت دریفوس» داشت. البته هنوز هم می توان دید که شکاف هایی میان آنچه ما از انسان بودن می فهمیم و قابلیت های هوش مصنوعی وجود دارد. روان شناسی هوش مصنوعی و نیز فلسفه آن با جدیت تمام پیگیر شباهت ها و تفاوت های ذهن و روان انسان و «ذهن و روان» سیستم های هوش مصنوعی هستند. سیستم های دارای هوش مصنوعی و ربات های مدرن در هر عرصه ای که پا می نهند قابلیت ها و ظرفیت هایی بسیار فراتر از آنچه برای انسان ها قابل تصور است از خود نشان می دهند. اما پرسش بزرگ در مورد «آگاهی پدیداری» این سیستم ها هنوز هم در میان است. اینکه آیا این سیستم های بسیار هوشمند می توانند چیزی شبیه آگاهی پدیداری انسان داشته باشند یا نه. از آنجایی که خودآگاهی پدیداری تا حدود زیادی برای ما رازآمیز است، پرسش مدنظر در مورد ربات های هوشمند نیز قابلیت تعمیم دارد. شاید کمی ناامیدکننده باشد، ولی در مورد مسئله آگاهی پدیداری ربات ها هنوز جواب مشخصی نداریم.

هوش مصنوعی و اراده آزاد

وضعیت پرسش اراده آزاد در مورد ربات ها از وضعیت پرسش آگاهی ربات ها به مراتب بدتر است. در مورد آگاهی و ذهن دست کم این قدر می دانیم که ما ذهن و آگاهی و حتی آگاهی پدیداری داریم پس مسئله تبدیل به این می شود که در چه صورت می توان ادعا کرد که ربات ها و سیستم های هوش مصنوعی هم دارای آگاهی هستند. اما در مورد اراده آزاد وضع به گونه ای دیگر است: ما به درستی نمی دانیم که خودمان اراده آزاد داریم یا نه! کم نیستند کسانی که فکر می کنند با توجه به تعین گرایی علیتی (causal determinism) و قوانین طبیعت شهودهای ما در مورد داشتن اراده آزاد کاملا از سنخ توهمند. گروه دیگری از فیلسوفان (مشهور به سازگاری گرایان) قائل به این هستند که تعین گرایی با وجود اراده آزاد سازگار است و گروهی دیگر برخلاف این موضع استدلال می کنند. این مباحثات درازدامن هنوز با شدت و حرارت ادامه دارند و به نظر می رسد که هنوز تا رسیدن به خروجی های قابل اطمینان و رفع ابهامات اساسی راه درازی در پیش است. بنابراین طبیعی است که مکانیزم شناخته شده ای نداریم که با قراردادن آن در دل الگوریتم های هوش مصنوعی بتوانیم ادعا کنیم ربات ها و عامل های دارای هوش مصنوعی اراده آزاد دارند چراکه ممکن است داشتن اراده آزاد به معنی فقدان قانون به وجودآورنده تعین و توانایی دورزدن هر گونه «مکانیزم» از پیش تعیین شده باشد! بنابراین پاسخ به پرسش اراده آزاد ربات ها وابسته به شبکه گسترده ای از پرسش های فلسفی و فیزیکی و عصب شناختی در مورد خود اراده آزاد است آنچه که اکنون می دانیم این است که هنوز راه درازی مانده تا به ربات هایی برسیم که بتوانیم دارابودن اراده آزاد را در مورد آنها ادعا کنیم.

ربات های اخلاق مدار

بنا بر درک شهودی ای که از مسئولیت اخلاقی داریم اگر مطمئن نباشیم که موجودی اراده آزاد دارد به سختی می توانیم آن موجود را (چه انسان باشد و چه حیوان و ربات) از لحاظ اخلاقی مسئول عملکرد خود بدانیم. بنابراین تا اطلاع ثانوی هیچ دادگاهی یک ربات را به خاطر ارتکاب به جرائم مختلف محاکمه نخواهد کرد، اما کماکان امکان این وجود دارد که «صاحبان و کنترل کنندگان» آن ربات ها را مجبور به خاموش کردن آن ربات ها یا تغییر برنامه های آنها کنند. با این وجود اخلاق ربات ها که شامل دستوراتی برای ساختن و استفاده از ربات ها توسط عامل انسانی است از همان اواسط قرن بیستم بسیار جدی گرفته می شد. دلیلش هم این بود که همه به خوبی می دانستند که با پیشرفت این تکنولوژی سر از کجاها ممکن است دربیاوریم.

آخر زمان رباتی

یکی از سناریوهای علمی -تخیلی درباره پایان تمدن بشری و انقراض انسان، خروج ربات های بسیار هوشمند از کنترل انسان و سوارشدن آنها بر مرکب تاریخ با کنارزدن انسان است. درست است که نمی دانیم ربات ها نهایتا می توانند آگاهی پدیداری و اراده آزاد داشته باشند یا نه، اما آنها تقریبا در هر موردی توانایی و ظرفیت بیشتری از انسان ها دارند. این یعنی اینکه حتی اگر نتوانیم با ربات ها مانند عامل انسانی رفتار کنیم باز هم باید درباره شورش احتمالی آنها (ولو اینکه صرفا ماشین هایی هوشمند و فاقد عاملیتی مانند انسان باشند) نگران باشیم. از این جهت اغراق نیست اگر بگوییم فناوری هوش مصنوعی از تسلیحات کشتارجمعی هم پتانسیل خطر بیشتری دارند. سلاح های کشتارجمعی سازه هایی منفعل در سیلوها هستند که برای فعال شدن منتظر حماقت عامل انسانی هستند اما ربات های بسیار هوشمند این گونه نیستند. آنها حتی اگر صرفا ماشین باشند قابلیت این را دارند که با خروج از کنترل «سرخود» اتفاقاتی را رقم بزنند که به شدت برای نوع بشر خطرناک باشد. روشنگری در این مورد وظیفه اخلاق تکنولوژی است و حدود مشخصی در مورد توانایی های هوش مصنوعی همواره باید پیش چشم مهندسان و دانشمندان باشد. گسترش هوش مصنوعی ممکن است شبیه بازی با نوع بسیار خطرناکی از آتش باشد و حالا که در دوران گسترش سریع این تکنولوژی هستیم بهتر است تمام موارد ایمنی با دقت رعایت شوند. از همین حالا بهتر است به فکر این باشیم که ربات هایی که می سازیم به اندازه کافی اخلاق مدار و انسان دوست باشند و آن بلایی را که انسان ها در 50 هزار سال اخیر سر بقیه گونه های جانوری آورده اند سر خود انسان نیاورند. شرق

متاورس در نظام سلامت و آموزش پزشکی در جهان آینده

ترکیب واقعیت و مجاز

دکتر حمید بهلولی

اعلام مارک زاکربرگ، بنیان گذار فیس بوک، در 28 اکتبر 2021 مبنی بر اینکه فیس بوک به موجودی به نام «متا» تبدیل می شود، علاقه فوری به احتمال گنجاندن مراقبت های بهداشتی در چنین اکوسیستمی را برانگیخته است. در این مرحله، اکثر کارشناسان در جهان در حال توسعه از مفهوم متاورس آگاه نیستند و بیشتر هم و تلاش خود را در تهیه امکانات فیزیکی ای مصروف می کنند که در آینده ای 10ساله به مستهلکات تبدیل خواهند شد. آینده از آن متاورس خواهد بود؛ زمانی که بتواند ترکیب اثربخش از درک مجازی واقعیت افزوده را در نمایش تصویری با استفاده از نرم افزار واقعیت مجازی ایجاد کند. دنیای آینده از آن نه VR (واقعیت مجازی) و اینترنت سه بعدی، بلکه متاورس خواهد بود. «شرکت های فناوری اجتماعی» به طور اجتناب ناپذیری مجموعه ای از خدمات، ارتباطات با خرده فروشی، ایستگاه های کاری، اوقات فراغت و سرگرمی و... و مراقبت های بهداشتی را در خود جا خواهند داد. ما با یک موضوع در حال ظهور در فضای سلامت دیجیتال که «متاورس» است، رودررو شده ایم. اجازه دهید ابتدا بفهمیم متاورس چیست؟ متاورس دنیای مجازی تقویت شده ای است که از هم گرایی فضای مجازی و فیزیکی به دست می آید؛ جایی که کاربران می توانند در دنیای افزوده تعامل داشته باشند تا به صورت مجازی یکدیگر را ملاقات کنند و بتوانند خود را در انجام فعالیت های مجازی غرق کنند که تجربیات واقعی را به ارمغان می آورد. درحالی که متاورس در حال تکامل است، پتانسیل جدیدی در مراقبت های بهداشتی دارد که فناوری هایی مانند هوش مصنوعی، واقعیت مجازی، واقعیت افزوده، اینترنت تجهیزات پزشکی، وب سه بعدی، ابر هوشمند، محاسبات کوانتومی را همراه با رباتیک ترکیب می کند تا مسیرهای جدیدی را برای مراقبت های بهداشتی ارائه دهد. اما سوال بزرگ تر این است که آیا می تواند هزینه ها را پایین بیاورد درحالی که ما همه آنها را در کنار هم قرار می دهیم تا متاورس سلامت جدید را در مطابقت با مقررات ایجاد کنیم؟

شهروندان دیجیتال، بیماران دیجیتال؟

جامعه کنونی ما کاربران را به منابع دیجیتال داده تبدیل کرده است. ما روزانه صدها گیگابایت داده تولید می کنیم که توسط شرکت های داده چندگانه جمع آوری و عمدتا برای اهداف تجاری پردازش می شوند. ما شهروند دیجیتال شده ایم. کاربران برای خدمات بهداشتی خود به راه حل های دیجیتال روی آورده اند و همه گیری کووید19 از سر اجبار این روند را تشدید کرده است. واقعیت این است که کاربران نسبت به مشاوره از راه دور و بسیاری از خدمات دیجیتال و از راه دور که منبع داده ها و دستگاه های شخصی و خرید محصولات هستند، اطمینان پیدا کرده اند. جهش بزرگ شامل تبدیل این ویژگی ها به یک اکوسیستم فراسلامت فراگیر خواهد بود. ایجاد آواتار برای مشاوره های واقعی تر، مراقبت شخصی، درمان و تشخیص از طریق اتصال داده ها، استفاده از دوقلوهای دیجیتال، شکل واقعی به خود خواهد گرفت. به طور سنتی، پزشکی یک رابطه فردبه فرد است. بیماران به دکتری اعتماد می کنند که از سیگنال های بسیاری برای مطالعه علائم، از پاسخ های احساسی، واکنش های فیزیکی و داده ها استفاده می کند. قابلیت همکاری یک کلمه کلیدی در مراقبت های بهداشتی دیجیتال است؛ زیرا نیاز روزافزونی برای همه ارائه دهندگان و ذی نفعان در یک فضای بزرگ تر است تا بتوانند داده های قابل حمل و سازگار را در سیستم ها، موسسات، پلتفرم ها و کشورها به اشتراک بگذارند. تهدید حملات سایبری نیز موضوعی رایج در تمامی پلتفرم های دیجیتال است و شرکت ها از خطرات و دشواری نگهداری یک سیستم غیرقابل هک آگاه هستند. مارک زاکربرگ اخیرا گفته است «کیفیت تعیین کننده متاورس، حضور است؛ یعنی احساس اینکه شما واقعا آنجا با شخص دیگری یا در مکان دیگری هستید» (Zuckerberg M, 2021). متاوره به عنوان ایده ای از مکانی تصور می شود که در آن افراد با واقعیتی روبه رو می شوند بدون اینکه واقعیت را تجربه فیزیکی کنند. این بیشتر شبیه یک استراتژی غوطه وری در موقعیت بالاتر است. مثل خواب های صادقانه که درمان در آن اتفاق خواهد افتاد. البته ممکن است به نظر برسد تلاشی برای توسعه طیف های واقعیت جایگزین به جای مواجهه با مسائل واقعی که مردم در اینجا و در حال حاضر تجربه می کنند، وجود دارد؛ اما در آینده واقعیتی روشن تر از متاورس وجود نخواهد داشت.

مراقبت های بهداشتی متاورس

برخی از اجزای متاورس که در حال حاضر در مراقبت های بهداشتی آغاز شده است، افزایش استفاده از واقعیت مجازی در آموزش پزشکی (پزشکان و کادر پزشکی) که در آن واقعیت مجازی می تواند برای جذب یک یادگیرنده در بدن انسان استفاده شود و نمای 360 درجه از بیماری بیمار یا تکرار روش هایی را که در دنیای واقعی اعمال می شود، ارائه دهد و در این مسیر کل تعاملات را می توان ضبط و مشاهده کرد.

بیمارستان های متاورس

برای مثال، متاورس پزشکی تحت مدیریت گروه تومبی در امارات در جهت ارائه مراقبت های بهداشتی کار طراحی خود را آغاز کرده است. این یک بیمارستان مجازی است که انتظار می رود قبل از اکتبر 2023 راه اندازی شود. این بیمارستان مجازی کاملا کاربردی خواهد بود که بیماران می توانند با استفاده از آواتارها از آن بازدید کنند. آنها همچنین می توانند از آواتارها برای تعامل و مشورت با پزشکان و دریافت خدمات گردشگری سلامت استفاده کنند. این بیمارستان که اولین در نوع خود در دنیاست، با به کارگیری فناوری های واقعیت افزوده و واقعیت مجازی، متاورس را به بیمارانی که حداقل شش ماه در بیمارستان بستری شده اند، بستری شده یا دارای معلولیت دائمی یا فلج هستند، ارائه می دهد که حتی بتوانند خانه های خود را ببینند. بیماران می توانند از طریق فناوری AR و VAR اتاق خود را در کشور خود تجربه کرده و به صورت مجازی از آن بازدید کنند. این به بیماران مراقبت طولانی مدت انگیزه می دهد و آنها را امیدوار می کند که بتوانند به کشورشان بازگردند.

توریسم سلامت

صنعت فناوری متاورس بهداشتی شیوه عملکرد بیماران، سازمان های مراقبت های بهداشتی و شرکت های دارویی را با داده های پزشکی متحول خواهد کرد. این بیمارستان در ادامه راه اندازی، اولین مرکز خدمات مشتریان جهان با فناوری های متاورس در دوبی در ژانویه 2021 از سوی وزارت بهداشت و حفاظت از جامعه امارات متحده عربی (MOHAP) ایجاد می شود. این مرکز به گونه ای طراحی شده است که نیازهای مشتریان را در فضاهای سه بعدی به روشی آسان برآورده کرده و تجربه حسی تعاملی و دیجیتالی فراگیر را برای آنها فراهم می کند. سازمان مراقبت های بهداشتی امارات متحده عربی شرکتی را برای آموزش همه پزشکان خود درمورد نحوه برخورد با بیماران در متاورس استخدام کرده است.

هزینه مشاوره متاورس

درمورد هزینه ها، احتمالا مطابق با هزینه مشاوره از راه دور توسط اپراتور مراقبت های بهداشتی خواهد بود. در آینده نزدیک هوش مصنوعی در سیستم بیمارستان ادغام خواهد شد به صورتی که دوربین ها شماره خودروی بیمار و سپس چهره او را هنگام ورود به بیمارستان تشخیص می دهند و وقتی بیمار به پذیرش می رسد، پرونده آنها از قبل باز شده و در مراجعه بیمار به داروخانه دوربین ها چهره او را تشخیص می دهند و سیستم به داروساز رباتیک نشان می دهد که بیمار چه داروهایی نیاز دارد تا نسخه او پیچیده شود و با اتصال به داروخانه های مورد قرارداد بیمار در شهر خودش داروها به آدرس بیمار پست شود.

گیمیفیکیشن برای اتصال و گرد هم آوردن ارائه دهندگان مراقبت های بهداشتی و مصرف کنندگان

از آنجایی که پلتفرم هایی مانند روبلوکس نحوه درک گیمیفیکیشن را تغییر داده است، کاربران بیشتری در حال یافتن راه هایی برای همکاری و ارتباط با سایر کاربران هستند. اکنون هر کسی می تواند از طریق چنین پلتفرم هایی تصور کند، ایجاد کند یا با دوستان خود سرگرم باشد. وقتی صحبت از مراقبت های بهداشتی به میان می آید، گیمیفیکیشن تا حد زیادی به برنامه های سلامتی و تناسب اندام محدود می شود. با واقعیت افزوده در تمرینات هوشمندتر یا راهنمایی از طریق مربیان مجازی دیده شده است. طبق گزارش گراند ویو ریسرچ، اندازه بازار واقعیت افزوده جهانی در سال 2020 به 17.67 میلیارد دلار رسید. انتظار می رود که با نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) 43.8 درصد از سال 2021 تا 2028 افزایش یابد. طبق آمار استاتیستا، درآمد بازار بازی های واقعیت مجازی در ایالات متحده به تنهایی تا پایان سال 2025 به 19.5 میلیارد دلار می رسد.

قابلیت همکاری یک جزء کلیدی

همان طور که می دانیم موج بعدی در مراقبت های بهداشتی درمورد تقویت راه حل هایی است که قابل همکاری و باز هستند، اگر دارایی ها و داده هایی که این متاورس را ایجاد می کنند، به راحتی در بین پلتفرم ها و شبکه های مختلف منتقل نشوند، متاورس کامل نخواهد شد. کلاس های دارایی مانند آواتارها، مدل های سه بعدی، واقعیت ترکیبی و محیط های فضایی با متا داده های خود با هم کار می کنند تا بسته های محتوایی را تشکیل دهند که اجزای حیاتی متاورس هستند؛ همان طور که صنعت داده ها را تکامل می دهد و استانداردهای ارتباطی نیز تکامل می یابند تا ارتباطات درون ماورای وجهی ایجاد کنند.

فناوری هایی که به ساخت سریع اپلیکیشن های متاورس کمک می کند

با توجه به اینکه شرکت هایی مانند مایکروسافت و آزیرو از پلتفرم های مختلف فناوری برای ساخت سریع برنامه های متاورس پشتیبانی می کنند، این فضا قطعا شلوغ خواهد شد. متاورس یک مفهوم نوظهور است که بسیاری از ابعاد جدید را به ارمغان می آورد؛ زیرا بازیگران بزرگ اجتماعی جنبه های مختلف واقعیت مجازی و تجربیات همه جانبه را با هم ترکیب می کنند، برای بخش مراقبت های بهداشتی که تا حد زیادی سنتی باقی مانده است، ابزاری عالی برای یادگیری، توانمندسازی و ارائه خواهد بود.

جانز هاپکینز اولین عمل جراحی واقعیت افزوده خود را انجام داد

جراحان مغز و اعصاب جانز هاپکینز اولین جراحی های واقعیت افزوده این موسسه را در بیماران زنده انجام داده اند. در طی اولین روش در هشتم ژوئن 2020، پزشکان شش پیچ را برای جراحی فیوژن ستون فقرات در ستون فقرات بیمار قرار دادند تا سه مهره را به هم متصل کنند تا کمردرد مزمن و ناتوان کننده بیمار را تسکین دهند. برای دومین عمل جراحی در 10 ژوئن، جراحان تومور سرطانی معروف به کوردوما را از ستون فقرات یک بیمار خارج کردند. پزشکان گزارش دادند که حال هر دو بیمار خوب است. چیزی که زمانی تکرار فرضیه ای از آنچه اینترنت می توانست باشد بود، متاورس قصد دارد آن را به عنوان یک تجربه سه بعدی دوباره تصور کند. پولیتیکو در 17 نوامبر گزارش داد اگرچه متاورس ممکن است برای مراقبت های بهداشتی متحول کننده باشد؛ اما می تواند خطرات جدیدی را نیز ایجاد کند. دکتر آلبرت ریزو، مدیر واقعیت مجازی پزشکی در موسسه فناوری های خلاقانه USC در لس آنجلس، به پولیتیکو گفت متاورس از طریق جهان های مبتنی بر آواتار و واقعیت مجازی، پتانسیل آغاز یک دوره نوآورانه برای مراقبت های بهداشتی را دارد. با این حال دکتر ریزو گفت که متاورس نگرانی های مربوط به حریم خصوصی بیماران را دوباره در کانون توجه قرار می دهد؛ زیرا مردم در هنگام استفاده از VR کمتر محتاط هستند. دکتر ریزو به پولیتیکو گفت: «وقتی شما به شیوه ای تجسم یافته در یک زمینه متاورس تعامل می کنید، اتفاقات بسیار بیشتر می افتد. بدون حفاظت از حریم خصوصی، او آن را با «داشتن یک پهپاد دنبال شما در زندگی واقعی، نظارت بر هر کاری که انجام می دهید و سپس انتقال این اطلاعات به هر کسی» مقایسه کرد. آدام قازالی، بنیان گذار نورو اسکیپ در دانشگاه کالیفرنیا سانفرانسیسکو، که مطالعه می کند چگونه می توان از VR برای بهبود حافظه، توجه و تصمیم گیری استفاده کرد. او گفت که نسبت به تجربه بیمار در متاورس خوش بین است. او تاکید کرد که بیماران ممکن است بتوانند به بیمارستان ها یا آزمایش های تحقیقاتی به روشی غیرقابل دسترس از طریق برنامه ها مراجعه کنند. بااین حال دکتر قازالی خاطرنشان کرد که متاورس می تواند عواقب منفی داشته باشد، صرف نظر از اینکه در یک محیط کاملا مجازی میزبانی شود. «متاورس» هم گرایی زندگی فیزیکی و دیجیتالی ماست که با پیشرفت در اتصال به اینترنت، AR/VR و بلاک چین ایجاد شده است. این فقط نقطه اوج تمام فانتزی های علمی تخیلی ماست - آن چیزی که «ترون» و «بازیکن آماده یک» تصور می کردند اما از هم اکنون شروع به اتفاق افتادن کرد.

متاورس و آموزش علوم پزشکی

اینکه چگونه آموزش پزشکی نیازهای عمیق تر و پیچیده تر برای تجربه یادگیری آنلاین را برآورده می کند، در عصر دیجیتال بعدی مورد توجه قرار خواهد گرفت. متاورس شامل واقعیت مجازی است که یک دنیای شبیه سازی شده و واقعیت افزوده ایجاد می کند که جنبه های دنیای دیجیتال و فیزیکی و همچنین اقتصاد دیجیتال را با هم ترکیب می کند که در آن کاربران می توانند کالا ایجاد کنند، بخرند و بفروشند. می تواند یک محیط یادگیری فراگیر برای فراگیران پزشکی ایجاد کند و جایگزینی برای آموزش سنتی پزشکی در دوران پس از همه گیری باشد. از آنجایی که مجلات الکترونیکی پزشکی نقشی حیاتی در آموزش پزشکی، ارتباطات دانشگاهی و انتشار دانش ایفا می کنند، ممکن است بستر مناسبی را برای متاورس آموزش پزشکی ارائه دهند؛ بنابراین چگونگی نزدیک ترکردن آنها به یکدیگر و ایجاد یک تجربه جدید از آموزش پزشکی موضوعی است که در عصر دیجیتال بعدی قابل بحث خواهد بود. مطالعات نشان داده اند که متاورس یک ابزار آموزشی نوآورانه است که ایده های جدیدی را به حوزه آموزش می آورد. آموزش و یادگیری در متاورس ها تعامل دانشجویان را افزایش می دهد و عملکرد یادگیری آنها را بهبود می بخشد و انواع مختلفی از فعالیت ها مانند نقش آفرینی، بازی های آموزشی، ابزارهای همکاری با آواتارها به عنوان شخصیت و وظایف واقعیت افزوده را می توان در متاورس ایجاد کرد. آموزش پزشکی یکی از سناریوهای اصلی متاورس است، در نهایت، تجربه ای که فراتر از زمان و مکان در متاورس است، آزادی بالایی را به دانشجویان می دهد که می تواند منجر به مشکل در مدیریت کلاس، سردرگمی هویت، فرار از واقعیت و عدم انطباق با دنیای واقعی برای دانش آموزانی شود که هویت آنها ثابت نشده است؛ بنابراین باید مجموعه ای از مکانیسم ها برای اطمینان از عملکرد روان متاورس تعیین شود. مفاهیم حقوقی و اخلاقی یا قوانین مربوط به کلاس باید قبل از ورود به متاورس روشن شود تا محیطی سالم در دنیای مجازی ایجاد شود.

نتیجه گیری

در دنیای آینده، تغییرات در زندگی بشر سرعت محیرالعقولی خواهد داشت و ظرفیت فناوری های واقعیت افزوده و واقعیت مجازی، متاورس ظرفیت دانش و سرعت توسعه انسان را به صورت نمایی افزایش خواهد داد. در مسیر این تغییرات فاصله بین جوامع توسعه یافته با جوامع در حال توسعه کمتر خواهد شد و فاصله حکمروایی های توسعه یافته با حکمرانی های توسعه نیافته بیشتر خواهد شد و این امر به گسست در حاکمیت جهانی منجر خواهد شد. با افزایش هزینه زندگی در کشورهای توسعه نیافته مهاجرت دیجیتالی و متاورسی در اسکیل وسیع تری از مهاجرت فیزیکی اتفاق خواهد افتاد. با رسیدن تکنولوژی های جدید از طرفی که بهای ارائه خدمات چندملیتی را کاهش خواهد داد و افزایش بهای خدمات لوکال به دلیل کاهش ارزش پول ملی و گسیختن محدودیت های دسترسی جهانی با تکنولوژی های پیشرفته و گسترش بازارهای جهانی و خصوصا با بازار متاورس، ارزش افزوده خدمات محلی با تکنولوژی و کیفیت پایین تر از دست خواهد رفت و مردم مناطق کم برخوردار در صورت برداشتن سوبسیدها و یارانه های خدمات، بیشتر سرویس و خدمات خود را از بازارهای جهانی دیجیتال تهیه خواهند کرد و این امر باعث تغییر در معنی و هویت دولت ها در درازمدت خواهد شد و شهر دیجیتال جهانی واقعی شکل خواهد گرفت. یکی از حوزه های پیشرو در این رویکرد جدید حوزه سلامت و پزشکی خواهد بود و شرکت های جهانی ارائه خدمات سلامتی را از طریق پلتفرم های دیجیتال و متاورس در اختیار شهروندان کشورهای نابرخوردار قرار خواهند داد و در نتیجه بسیاری از ظرفیت های فیزیکی سلامت این کشورها بلااستفاده خواهند شد. کشورهایی که با فاصله 50 سال از جهان تازه درصدد راه اندازی شبکه فیزیکی پزشک خانواده هستند، باید به این واقعیت های جهان معاصر توجه کنند و سیستم های ارائه خدمت خود را با این ظرفیت جدید رو به رشد تصاعدی تطبیق دهند. آموزش پزشکی نیز با دنیای متاورس دچار تغییرات شگرف خواهد شد و بسیاری از محدودیت های محیطی آن از بین خواهد رفت. سرعت جهان متاورس در نظام پزشکی و سلامت و آموزش پزشکی بسیار بیشتر از سرعت گسترش سیستم های فیزیکی آنها در جهان سوم است و اولی، دومی را خواهد بلعید. شرق

مختصری از جزئیات علمی انتشار نخستین تصویر از سیاهچاله مرکز کهکشان ما

هیولای سیاه راه شیری

سینا فلاح زاده راسته کناری

در دوازدهم ماه می 2022، اخترشناسان گروه تلسکوپ افق رویداد (EHT) نخستن تصویر (شکل شماره 1) از سیاهچاله کلان جرم (supermassive black hole یا به اختصار SMBH) مرکز کهکشان راه شیری موسوم به کمان ای* یا *Sagittarius A را (که در منابع علمی به اختصار*Sgr A نیز نامیده می شود) منتشر کردند. گروه تلسکوپ افق رویداد مجموعه ای شامل بیش از 300 دانشمند از اقصی نقاط جهان است که سال هاست روی نتایج حاصل از آرایه ای از رادیوتلسکوپ ها با همین نام کار می کنند. این آرایه از رادیوتلسکوپ ها شامل هشت تلسکوپ است که در شش نقطه از جهان قرار دارند و امواج رادیویی ساطع شده از اجرام آسمانی دریافت می کنند (شکل شماره 2). نام تلسکوپ افق رویداد با انتشار تاریخ ساز تصاویر مربوط به سیاهچاله کلان جرم *M87 در دهم آوریل 2019 که نخستین تصویر از یک سیاهچاله بود، بر سر زبان ها افتاد. این خبر از جهات متعددی برای جامعه علمی و علاقه مندان به علم و به خصوص دستاوردهای علمی در حوزه اخترفیزیک و کیهان شناسی حائز اهمیت است. نخستین و شاید مهم ترین نتیجه این تصاویر و تصاویر مشابه آن، فراهم شدن تاییدات بسیار قوی برای نظریه نسبیت عام اینشتین است که در سال 1916 منتشر شد و یکی از بزرگ ترین دستاوردهای فیزیک نوین در قرن بیستم به شمار می رود. البته مشاهدات مربوط به این سیاهچاله در ماه آوریل سال 2017 انجام شده بود، اما نتایج مربوط به آن در تاریخ 12 می 2022 برای اولین بار در قالب شش مقاله منتشر شد که شامل جزئیات تمام مشاهدات و مدل سازی ها و تحلیل های مربوطه هستند. پیش از اینکه در مورد ویژگی های سیاهچاله *Sgr A و مقایسه آن با سیاهچاله *M87 سخن بگوییم، مناسب است مختصری درباره سیاهچاله ها و تاریخچه شناخت ما از آنان ارائه کنیم.

یک راکت برای اینکه بتواند از جاذبه زمین فرار کند باید به سرعت مشخصی که بستگی به جرم زمین و فاصله راکت از مرکز جرم سیاره دارد، دست پیدا کند. این سرعت فرار از سطح کره زمین برابر با 11.2 کیلومتر بر ثانیه است و برای خورشید 617.4 کیلومتر بر ثانیه. با درنظرداشتن این نکته، یک سیاهچاله ناحیه ای از فضاست که در آن نیروی گرانش چنان قوی است که هیچ چیز، حتی نور نمی تواند به سرعت کافی برای فرار از قسمت داخلی آن دست پیدا کند. اگرچه سیاهچاله ها نخستین بار تنها در تصورات فیزیک دانان نظری پا به عرصه گذاشتند، امروزه شواهد قطعی بسیاری درباره آنها داریم و تحقیق و پژوهش درباره آنها بخش مهمی از کیهان شناسی معاصر به حساب می آید. اگرچه خود سیاهچاله ها قابل رویت نیستند، اندرکنش آنها با فضای اطرافشان و همچنین تاثیراتی که روی اجرام آسمانی اطرافشان اعم از ستارگان و گازها و غبارها می گذارند، به نحو بارزی قابل آشکارسازی است. نخستین بنیادهای ریاضی مربوط به دیدگاه مدرن درباره سیاهچاله ها در سال 1915 و در کارهای فیزیک دان آلمانی «کارل شوارتزشیلد» گذاشته شدند که معادلات میدان مربوط به نسبیت عام اینشتین را برای یک جرم منزوی بدون چرخش در فضا حل کرد. نسبیت عام اینشتین یک نظریه در مورد انحنای فضازمان در اطراف اجرام است که گرانش را به هندسه فضا-زمان مرتبط می کند. بنا بر این نظریه هرچه میزان جرم در ناحیه ای از فضا-زمان بیشتر باشد میزان خمیدگی فضا زمان بیشتر خواهد بود. در فضای خمیده اطراف اجرام آسمانی، نور به خط مستقیم سیر نمی کند؛ درواقع از آنجا که این نظریه از هندسه نااقلیدسی برای توصیف فضا استفاده می کند خط سیر مستقیم در این نظریه از لحاظ درک عادی ما خمیده است. در این نظریه، ماده به فضا-زمان خمیدگی و نحوه و میزان آن را می دهد و فضا-زمان خمیده به نور و ماده مسیر حرکت. حال اگر با اجرام بسیار بسیار بزرگ که در ناحیه ای بسیار کوچک جا گرفته اند طرف باشیم، خمیدگی فضا-زمان چنان زیاد خواهد بود که فیزیک دانان برای توصیف آن از مفهوم تکینگی (singularity) استفاده می کنند. چیزی نزدیک به این حالت (و نه دقیقا خود آن) در سیاهچاله ها رخ می دهد. هر سیاهچاله توسط کره ای احاطه شده است که افق رویداد آن نامیده می شود. شعاع این افق رویداد از فرمول شوارتزشیلد به دست می آید و برابر با فاصله ای از مرکز سیاهچاله است که از آنجا سرعت فرار از گرانش سیاهچاله برابر با سرعت نور باشد. این افق رویداد درواقع یک مرز مشخص فیزیکی مانند سطح سیارات و ستاره ها نیست، بلکه یک تعریف ریاضیاتی است. شعاع این کره افق رویداد برای تمام اجرام قابل محاسبه است. برای مثال اگر تمام جرم کره زمین در یک نقطه فشرده شود شعاع افق رویداد آن برابر با 9 میلی متر خواهد بود، درحالی که اگر این شعاع را برای خورشید محاسبه کنیم به عددی حدود سه کیلومتر می رسیم. از آنجا که هیچ چیز نمی تواند با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت کند، هرچه در داخل افق رویداد یک سیاهچاله است تا ابد داخل آن باقی خواهد ماند. به دلیل وجود همین افق رویداد هیچ گونه اطلاعاتی نمی تواند از داخل سیاهچاله ها به بیرون درز کند؛ چراکه اطلاعات باید توسط متحرکی مثل نور از جایی به جای دیگر برود و هیچ چیز از سیاهچاله بیرون نمی آید تا در مورد محتویات داخل آن چیزی را برای ما آشکار کند. به همین دلیل در مورد سیاهچاله ها (به غیر از فاصله ای که با ما دارند و کهکشان میزبان شان) تنها دو خاصیت قابل گزارش دیگر وجود دارد که عبارت اند از جرم و اسپین (که مربوط به سرعت چرخش سیاهچاله به دور خود است). بنابراین سیاهچاله ها به هر روشی که ایجاد بشوند در همه چیز شبیه به هم هستند مگر در جرم و اسپین. سیاهچاله های چرخنده (دارای اسپین) اشیا را نه فقط مستقیما به سمت مرکز بلکه حول محور چرخش خود می کشند. معادلات میدان مربوط به سیاهچاله های دارای اسپین 50 سال بعد از ارائه نظریه نسبیت در سال 1965 توسط «روی کر» دانشمند نیوزیلندی حل شدند. به طور کلی تفاوتی که میان سیاهچاله های دارای چرخش (کر) و سیاهچاله های بدون چرخش (شوارتزشیلد) وجود دارد این است که این گونه سیاهچاله ها چاه پتانسیل گرانشی قوی تری دارند و هرچه میزان اسپین بیشتر باشد سیاهچاله نسبت به سیاهچاله های دارای جرم مشابه بدون چرخش، منبع انرژی قوی تری خواهد بود. بنابراین رفتار سیاهچاله های شوارتزشیلد تنها وابسته به میزان جرم آنهاست، اما رفتار سیاهچاله های کر علاوه بر جرم به سرعت چرخش آنها نیز وابستگی دارد. اما خود این سرعت چرخش سیاهچاله ها نمی تواند تا بی نهایت بالا برود و یک حد نهایی دارد که توسط جرم سیاهچاله مشخص می شود؛ هرچه جرم یک سیاهچاله بیشتر باشد حد سرعت چرخش آن نیز بالاتر می رود. در اطراف سیاهچاله های چرخنده علاوه بر افق رویداد یک ناحیه دیگر هم وجود دارد که ارگوسفر (ergosphere) نامیده می شود و شامل بخشی از فضاست که همراه سیاهچاله می چرخد. این قسمت از فضای اطراف سیاهچاله از این جهت اهمیت دارد که انرژی می تواند از آنجا خارج شود؛ زیرا ماده موجود در آن همراه با فضای در حال چرخش به حرکت درمی آید و از سویی مانند ناحیه داخل افق رویداد خروج از این ناحیه غیرممکن نیست. آنچه ما ممکن است از یک سیاهچاله ببینیم در واقع دیسکی شامل گازها، گردو غبار و باقی مانده های ستاره هاست که با سرعت بسیار بالا دور سیاهچاله در حال گردش هستند و به دلیل انرژی بسیار زیاد و برخوردهایی که با هم دارند، به حالت پلاسما درمی آیند. در دو تصویری که تاکنون از سیاهچاله ها منتشر شده اند، این حلقه اطراف سیاهچاله به رنگ نارنجی قابل رویت است. وجود این محیط سرشار از گردوغبار و گازها و سایر اجرام در اطراف سیاهچاله ها باعث می شود استفاده از رادیوتلسکوپ ها برای رصد آنها معقول ترین گزینه باشد؛ زیرا امواج رادیویی برخلاف امواج مرئی بسیار کمتر از گردوغبار و گازهای اطراف اجرام کیهانی متاثر می شوند و امروزه تکنولوژی های به نسبت خوبی برای بالابردن وضوح تصاویری که از رادیوتلسکوپ ها به دست می آیند، در اختیار داریم.

انواع سیاهچاله ها

بنا بر نظر کیهان شناسان، دست کم چهار نوع از این هیولاهای وهم انگیز تاریک در کیهان قابل تصور است که عبارت اند از: سیاهچاله های جرم-ستاره ای (stellar-mass black hole)، سیاهچاله های میانه جرم (intermediate-mass black hole)، سیاهچاله های کلان جرم و (supermassive black hole) و سیاهچاله های سرآغازین (primordial black hole). از میان این چهار نوع سیاهچاله، سیاهچاله های جرم-ستاره ای بهتر از همه شناخته شده اند. این سیاهچاله ها زمانی به وجود می آیند که ستاره های سنگین به انتهای عمر خود می رسند و طی یک فرایند فروپاشی به درون خود منفجر می شوند. فعل انگلیسی مورد استفاده برای این فروپاشی فعل implode است که معادل دقیق فارسی ندارد، ولی به طور تقریبی معادل انقباض ناگهانی به ابعاد بسیار کوچک است. اگر ستاره در حال فروپاشی بین هشت الی 20 برابر جرم خورشید ما را داشته باشد تبدیل به یک سیاهچاله نخواهد شد و به جای آن ماده تشکیل دهنده آن طی یک فعل و انفعال نسبتا ناگهانی منفجر شده و تشکیل یک ابرنواختر (supernova) می دهد. اما اگر جرم ستاره بیش از 20 برابر جرم خورشید باشد هسته ستاره به اندازه کافی قوی نخواهد بود که جلوی انقباض را بگیرد و در این حالت تشکیل سیاهچاله حتمی است. بسته به جرم ستاره اولیه سیاهچاله تشکیل شده می تواند جرمی معادل صد برابر (یا بیشتر) جرم خورشید داشته باشد. سیاهچاله های میان جرم چنان که از نامشان پیداست، جرمی بین سیاهچاله های جرم-ستاره ای و سیاهچاله های کلان جرم دارند. این نوع سیاهچاله ها از پدیده های نادر کیهان به شمار می روند و گفته می شود تشکیل آنها بر اثر به هم پیوستن چند سیاهچاله جرم-ستاره ای رخ می دهد. چنین به هم پیوستنی در نقاط بسیار متراکم کهکشان ها امری عادی به حساب می آید، اما یک روال مستقیم و سریع ندارد. اجرام آسمانی در حین پیوستن به هم به نحوی به دور هم چرخ می زنند و بعد از یک رقص دوتایی طولانی روال پیوستن آنها کامل می شود. بعد از چند مرحله به هم پیوستن این اجرام، هیولایی با جرمی معادل صد الی یک میلیون برابر خورشید ما ایجاد می شود؛ هرچند حدود بازه جرم سیاهچاله های میانه جرم هنوز مورد مناقشه محققان است. در دهه های اخیر شواهدی مبنی بر وجود چنین سیاهچاله هایی یافته شده است. در مورد نحوه تشکیل سیاهچاله های کلان جرم نظریه های متعددی مطرح است. بنا بر یک نظریه، هسته اولیه یک سیاهچاله از جایی در یک کهکشان با «بلعیدن» اجرام دیگر تا حدی بزرگ می شود که نهایتا بر اثر سنگینی زیاد به مرکز کهکشان می رود. دو سیاهچاله ای که تاکنون توسط مجموعه تلسکوپ های افق رویداد رصد شده اند از نوع اخیر هستند. چهارمین نوع سیاهچاله ها سیاهچاله های سرآزین هستند که گمان می رود در مراحل اولیه تشکیل کیهان پس از انفجار بزرگ به وجود آمده باشند. گمان می رود آنها در ثانیه اول پس از انفجار بزرگ و قبل از تشکیل کهکشان ها، زمانی که هنوز کیهان ناهمگن بود، به وجود آمدند. بنا بر نظر کیهان شناسان، با توجه به زمان تشکیل شان این گونه سیاهچاله ها می توانند تا صدهزار برابر جرم خورشید ما جرم داشته باشند.

سیاهچاله مرکز کهکشان ما

مرکز کهکشان راه شیری پر از ستاره ها و سایر اجرام کوچک و بزرگی است که با سرعت و جنب وجوش فراوان در حال گردش به دور مراکز مختلف هستند. دانشمندان با دقت بر روی مسیر و سرعت این ستاره ها در مرکز کهکشان به بررسی وجود احتمالی سیاهچاله های کلان جرم در آن ناحیه می پردازند. یکی از اتفاقات علمی مهم در رابطه با سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری اعطای جایزه نوبل فیزیک سال 2020 به سه دانشمند در رابطه با کارهایشان در مورد سیاهچاله ها بود. یکی از این سه دانشمند «راجر پنروز» است (برنده نیمی از جایزه) که کارهایش در ریاضیات و فیزیک نظری و همچنین نظریه مناقشه برانگیزش درباره ارتباط مکانیک کوانتومی و آگاهی در محافل علمی جهانی مشهور است. نیم دیگر جایزه به دو دانشمند دیگر به نام های «آندریا گز» و «راینهارد گنتسل» به خاطر کشف و اندازه گیری جرم یک مرکز پرقدرت امواج رادیویی در مرکز کهکشان راه شیری (که حالا دقیقا می دانیم همان سیاهچاله کلان جرم کمان ای* است) اعطا شد. خانم «گز» که چهارمین زن برنده جایزه نوبل هم هست، به مدت نزدیک به سه دهه بر روی حرکت ستاره ها در مرکز کهکشان راه شیری کار کرده است. به طور خاص استفاده از تکنیک های عکس برداری دارای وضوح فضایی بالا مانند اپتیک تطبیقی (adaptive optics) در تلسکوپ های کک (Keck telescopes) او را قادر کرد تا بر روی حرکت شناسی منطقه تشکیل ستاره ها در مرکز کهکشان راه شیری مطالعه کند. نتایج مطالعات او کمک مهمی به روال کار گروه علمی دکتر «گنتسل» کرد که بر روی مسائل مشابهی کار می کردند. مطالعات این دو دانشمند نشان می داد جرمی به اندازه حدود چهار میلیون برابر جرم خورشید در ناحیه مورد بررسی از صورت فلکی کمان وجود دارد. اولین توضیحی که برای چیستی چنین جرم بزرگی به ذهن دانشمندان می رسید، وجود یک سیاهچاله کلان جرم بود. اما حصول اطمینان از درستی این توضیح تا زمان انتشار مقالات گروه دانشمندان افق رویداد در ماه می 2022 به تعویق افتاد. شش مقاله مذکور که پس از پنج سال کار محاسباتی روی نتایج حاصل از رصد رادیویی سیاهچاله * Sgr A منتشر شدند درواقع به صورت قطعی به ما نشان دادند آنچه جرم آن قبلا اندازه گیری شده بود، درواقع یک سیاهچاله کلان جرم است. بنا بر یافته های گروه دانشمندان افق رویداد این سیاهچاله کلان جرم که در فاصله حدود 26 هزار سال نوری از زمین قرار دارد، دارای شعاعی حدود 52 میلیون کیلومتر است. محور چرخش این سیاهچاله تقریبا رو به زمین است. در مقام مقایسه می توان گفت سیاهچاله کلان جرم *M87 با جرمی حدود 6.5 میلیارد برابر جرم خورشید حدود 1500 برابر سنگین تر از سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری است، اما از آنجایی که این سیاهچاله در فاصله حدود 55 میلیون سال نوری از ما قرار دارد، اندازه ظاهری آن تقریبا شبیه به سیاهچاله *Sgr A است (شکل شماره 3).

تلاش های ما برای مطالعه سیاهچاله ها دلایل علمی فراوانی دارد. ازجمله مهم ترین این دلایل این است که این هیولاهای رازآمیز درواقع شامل محیط حدی بسیار عجیب و غریب هستند که در هیچ جای دیگر نظیر آن وجود ندارد و بررسی آنها از این جهت کمک فراوانی به فهم رفتار فضا-زمان و ماده در شرایط بسیار حدی می کند. از مهم ترین پروژه های کلان فیزیک معاصر، دستیابی به یک نظریه فراگیر برای یکپارچه سازی ساحت های مختلف فیزیک اعم از نسبیتی و کوانتومی است. شواهد نظری و مشاهداتی نشان می دهند مطالعه سیاهچاله ها علاوه بر فراهم کردن اطلاعات و بصیرت های ارزشمند درباره ساختار کیهان، می تواند به دانشمندان در مسیر رسیدن به این نظریه وحدت یافته به طرزی چشمگیر یاری برساند. تصویربرداری از سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری و همین طور موفقیتی که در تصویربرداری از سیاهچاله مرکزی کهکشان مسیه 87 حاصل شد در کنار نخستین آشکارسازی امواج گرانشی در رصدخانه امواج گرانشی (LIGO) که برای نخستین بار در سال 2016 گزارش شد، جدا از ارزش علمی و پژوهشی بی نظیرشان، مجموعا سه موفقیت بسیار بزرگ برای نظریه نسبیت عام اینشتین نیز به حساب می آیند؛ زیرا هسته نظری تمام این اکتشافات در فیزیک نسبیتی ریشه دارد که بنیان گذارش «اینشتین» است. نکته بسیار مهم دیگر وجه تکنولوژیکی این اکتشافات است. دانشمندانی مثل «اینشتین» و «شواتزشیلد» تنها با استفاده از ذهن نابغه و دانشی که از ریاضیات داشتند، سخن از پدیده هایی مثل امواج گرانشی و انحنای فضا-زمان به میان آوردند، اما امروزه بعد از بیش از صد سال، گروه های بزرگ دانشمندان و مهندسان از ده ها کشور با توجه به پیشرفت تکنولوژی های مختلف قادرند آن پدیده ها را آشکارسازی و گاهی مشاهده کنند. این نکته بار دیگر نشان می دهد علم و تکنولوژی در دوران ما در واقع یک پدیده واحد هستند که توسط برخی از فیلسوفان تکنوساینس نامیده می شود.شرق

« جیمز وب» پرده از رازها برمی دارد

یک گام نزدیک تر به آغاز گیتی

حسن فتاحی

اخترشناسی از کهن ترین دانش های بشری است. بشر از روزی که روی سیاره زمین طی میلیون ها میلیون سال فرگشت پدیدار شده است، چشم به آسمان دوخته، خورشید و ماه و ستارگان و سیاره ها را می نگرد. دوره تاریکی و نابخردی انسان با اختربینی و طالع بینی و خدایگان سیارات و افسانه ها و اسطوره ها گره خورده بود؛ اما بشر خردمند در سایه خردورزی و نگاه اندیشمندانه به آسمان بالای سرش، در پی کشف رازهای گیتی برآمد. این راه بسیار پرپیچ و خم بوده است. زمانی انسان گمان می کرد اشرف مخلوقات است و زمین مرکز گیتی. زمان گذشت و خون ها ریخته شد تا بشر دریافت زمین نگین انگشتر گیتی نیست. آرام آرام زمین جایگاه سیاره ای خودش را یافت. خورشید در مرکز سامانه خورشیدی نشست و اخترشناسان دریافتند این سیاره و این سامانه در گوشه ای از کهکشان راه شیری هستند. کهکشانی با 200 میلیارد ستاره که خورشید یکی از آنهاست. تا همین اواسط قرن بیستم میلادی بشر به گیتی برآمده از مهبانگ به دیده تردید می نگریست و نمی دانست کهکشان راه شیری یکی از میلیاردها میلیارد کهکشان گیتی است؛ اما امروز با تلسکوپی با نام کامل «تلسکوپ فضایی جیمز وب» پرده از رازهای گیتی و سازوکار آن برمی دارد. اخترشناسی دانشی مبتنی و متکی بر مشاهده یا نپاهش یا همان رصدگری است. داده های مشاهده ای را کنار دانش نظری از اخترفیزیک و کیهان شناسی می گذارند و در عصر جدید که محاسبات رایانشی هم بخش جدایی ناپذیر دانش شده، آنها را با محاسبات و مدل سازی می آمیزند و در پی کشف چگونگی گیتی در مقیاس های بزرگ و کوچک برمی آیند. بشر خردمند از تلسکوپ کوچک گالیله تا جیمز وب راهی چندصدساله را سپری کرده است. بی شک اخترشناسان و مهندسان ناسا با دیدن نخستین عکس جیمز وب همان قدر ذوق زده شدند که گالیله با دیدن ماه های سیاره برجیس یا مشتری. آری بشر در سایه هوش خود تلسکوپ ساخته و گیتی را می نگرد.

اجازه دهید پیش از آنکه به کوتاهی درباره عکس بی نظیر جیمز وب بگویم، چند نکته کوتاه را یادآوری کنم. نخست اینکه اگر می خواهید پرسونانه و پروپیمان درباره جیمز وب بدانید، به بخش دانش سالنامه سال 1401 ه.خ «شرق» مراجعه کنید. در آنجا تلاش کرده ایم از سیر تا پیاز جیمز وب را با ساده ترین زبان بگوییم. اینکه چرا نام آقای «جیمز وب» را روی تلسکوپ گذاشته اند تا سیاست گذاری های پشت پرده این پروژه  10 میلیاردی و کشف هایی که چشم انتظارش هستیم. دوم اینکه تا در حدود دو هفته آینده مقاله ای بلند درباره جزئیات و اهمیت نخستین عکس رنگی جیمز وب را در صفحه علم «شرق» چاپ خواهیم کرد. به جیمز وب بازگردیم. جیمز وب تلسکوپی فضایی است؛ یعنی تلسکوپی است که روی زمین مستقر نیست. برخی نپاهشگاه ها یا همان رصدخانه ها مثل جیمنای و لاس کامپاناس و بسیاری دیگر روی زمین و در بلندای کوه ها قرار دارند تا بتوانند تا حد ممکن عکس هایی با دقت بالا از آسمان بگیرند. فراروند عکس برداری از ستارگان و کهکشان ها این گونه است که دهانه یا دریچه تلسکوپ را برای زمانی مشخص بازمی گذارند و آن را روی جرم اخترشناختی خاصی یا منطقه ای از آسمان تنظیم و تثبیت می کنند تا تلسکوپ نورگیری کند. وقتی می گوییم «نور» منظورمان نور مرئی یا نور دیدگانی است؛ اما باید بدانیم نور مرئی بخش باریکی از طیف الکترومغناطیسی است که از امواج رادیویی بلند آغاز شده تا پرتو ایکس و گاما ادامه دارد. باند فروسرخ هم بخشی از طیف الکترومغناطیس است که  می توانیم در این باند یا بهتر بگوییم در این طول موج اجسام روی زمین یا اجرام کیهانی دور و نزدیک مشاهده کنیم. تلسکوپ جیمز وب در مسافت یک ونیم میلیون کیلومتری زمین، جایی دور از آلودگی نوری و آشفتگی جوی سیاره، در باند فروسرخ به کاوش در ژرفای گیتی می پردازد. نقطه یا مداری که جیمز وب در آن قرار دارد، نقطه لاگرانژی نام دارد. این تلسکوپ شگرف از بزرگ ترین پروژه های اخترشناسی-مهندسی تاریخ بشر تاکنون است که سازمان هوانوردی و فضانوردی آمریکا-ناسا، سازمان فضایی اروپا و کانادا و چندین کشور دیگر در ساخت و پرتاب آن همکاری داشته اند. بناست جیمز وب از رازهای بسیاری پرده بردارد. از کشف زیست فرازمینی تا نخستین ستارگان و کهکشان های گیتی پس از مهبانگ. بامداد دیروز، سه شنبه، 21 تیرماه 1401 ه.خ به وقت ایران، ناسا از نخستین عکس اخترشناسی فراژرف جیمز وب رونمایی کرد. پیش از آنکه کمی درباره عکس بگویم، لازم است یادآوری کنم رونمایی از آن با حضور رئیس جمهور آمریکا، «جو بایدن» و رئیس ناسا و نیز مقام های عالی رتبه کشوری و لشکری و صنعتی و دانشگاهی آمریکا در کاخ سفید صورت گرفت. همچنین بناست چند عکس شاهکار دیگر هم از جیمز وب به نمایش درآید که شرح بیشتر را به مقاله بلند اشاره شده وامی نهیم. شاید نخستین پرسش برای عموم مردم این باشد که چه چیزی در این عکس نهفته است که چنین غوغا به پا کرده است. برای فهمیدن این عکس نیاز است نکته ای اخترشناسانه را بدانید. چیزی در حدود 13.7 تا 13.8 میلیارد سال پیش، از نقطه ای بسیار داغ و چگال و تکینه که آن را مهبانگ می نامیم، گیتی پدید آمد. فضا-زمان پدید آمد. این پیدایی با انبساط و کاهش دما همراه بود. آرام آرام اتم ها و هسته ها شکل گرفتند. گیتی تاریک بود تا اینکه 380 هزار سال پس از مهبانگ گویی نور از قفس آزاد شد و گیتی روشن شد. کم کم ابرهای بزرگ متراکم شدند و ستارگان را زاییدند. ستارگان هم گرد هم آمدند و کهکشان ها شکل گرفتند. ساختارهایی مانند ستارگان نخستین و کهکشان های نخستین چند ده تا چند صد میلیون سال پس از مهبانگ نخستین ساختارهای بزرگ مقیاس گیتی را شکل دادند. سپس گیتی همچنان دستخوش ساختن ساختارها بود. کهکشان های نسل دوم و ستارگان نسل دوم و سوم با گوناگونی های چشمگیر در گیتی پدید آمدند. حال اخترشناسان با تلسکوپ های شان در تلاش اند تا به کهکشان های گیتی نگاه کنند و این عکس شاهکار جیمز وب چنین عکسی است. جیمز وب توانسته به ژرفای گیتی نگاه کند؛ به صد میلیون سال پس از مهبانگ. اما چگونه؟ جیمز وب در فاصله یک صدم مسافت زمین تا خورشید، به نقطه ای از آسمان که خوشه ای کهکشانی با نام اس ماکس 0723 به مدت نیم روز زمینی (12.5 ساعت) خیره شده و نورگیری کرده است. مساحتی که جیمز وب نگاه کرده به کوچکی مساحت یک دانه شن کوچک است که فردی میان دو انگشت گرفته، بازوانش را باز کرده و دانه شن را به سوی آسمان گرفته. مسافت این خوشه از زمین 4.6 میلیارد سال نوری است؛ یعنی نور خوشه 4.6 میلیارد سال با تندی 300 هزار کیلومتر در ثانیه را طی کرده تا به تلسکوپ برسد؛ اما شاهکار این عکس در هزاران هزار کهکشان کم فروغ است که می بینیم. این کهکشان ها درواقع در مسافتی بسیار دورتر از خود خوشه و پشت آن قرار دارند. ما چگونه آنها را می بینیم؟ با روش و فنی اخترشناختی و برگرفته از نسبیت اینشتین با نام «عدسی گرانشی». یعنی جرم ترکیبی خوشه کهکشانی مانند عدسی عمل می کند که نورهای کهکشان ها و ستاره های پشت سرش را که به دوره آغازین کیهان تعلق دارند، هم گرا کند و کاری کند تا نور آنها مسیرشان خم شود و به تلسکوپ برسد. به همین دلیل است که در اطراف خوشه ردهای نور خمیده می بینیم. این عکس برای اخترشناسان کیمیاست. ما را با رازهایی مانند چگونگی شکل گیری ساختارهای کیهان آغازین آشنا می کند. امکان اندازه گیری پرسون تر یا دقیق تر برخی شاخص ها را فراهم می کند و به بسیاری پرسش ها تخصصی دیگر پاسخ خواهد داد. این عکس نماد خرد بشری است. بشری که به گاه خردمندی دست در دست هم 10 میلیارد هزینه می کند و تلسکوپ می سازد و به گاه نابخردی به جنگ و خرافات روی می آورد و صدها میلیارد دلار پول را هدر می دهد.شرق.

نخستین عکس جیمز وب؛ چشم گسترش یافته انسان تا اعماق گیتی

عبدالرضا ناصرمقدسی*

پس از مدت ها انتظار اولین عکس جیمز وب منتشر شد. بی شک تحلیل های کیهان شناسی زیادی درمورد این عکس و سایر یافته های تلسکوپ جیمز وب منتشر خواهد شد؛ اما  برای من که یک متخصص مغز و اعصابم و آگاهی چندانی درمورد یافته ها و تحلیل های تخصصی کیهان شناسان ندارم، این عکس ورود چشم های بشری به اعماق کیهان تلقی می شود. این عکس بیش از هر چیزی تداعی کننده کوشش انسان برای گذر از تمام محدودیت هاست و همین انسان را به موجودی شگفت انگیز بدل می کند. موجودی که به مرزهای خود قانع نیست و همواره در تلاش است که این مرزها را درنوردد و پیش برود. درست است که گونه انسان خردمند سوار بر فضاپیما از جو زمین خارج شده و بر ماه گام می گذارد یا سودای رفتن به مریخ را در سر دارد؛ در عین حال او توانسته ابزارهای حسی خود را توسعه داده و دیگر به اندام های حسی معمول وابسته نباشد. تلسکوپ، میکروسکوپ و سایر وسایلی که انسان در طول قرون ساخته، به مثابه رشد اندام های حسی و ذهنی او محسوب می شود. جیمز وب فقط تلسکوپی نیست که عکس هایی خیره کننده از عمق فضا و زمان کیهان را به ما نمایش دهد. از نظر معرفت شناختی جیمز وب چشم گسترش یافته انسان است. بحث ذهن گسترش یافته امروز مبحث مهمی در علوم اعصاب محسوب می شود. اینکه توانایی های ذهنی ما محدود به اندام ها و ارگان های ما به خصوص مغز نیست و ذهن می تواند با تکیه بر ابزار گسترش یابد. ابزار به مثابه گسترش ذهن ما در جهان پیرامونی محسوب می شود؛ بنابراین می توان در یک نمای فانتزی، تلسکوپ جیمز وب را چشمی از انسان دانست که با اتصال به شبکه های عصبی او عمق کهکشان را به مغز ما وصل می کند. در اینجا سیستم های گیرنده و فرستنده به مثابه شبکه ای عصبی است که انسان برای گسترش سیستم عصبی خود تا بی نهایت به وجود آورده است. حالا چشم انسان از حدقه اش بیرون آمده و با سیستم عصبی ساخته شده به دست خود بشر امتداد یافته و مانند چشمی کیهانی در فراسوی زمین قرار گرفته و در عمق جهان می گردد تا رازهای آن را برملا کند. این دستاورد بزرگی برای گونه ما محسوب می شود که توانسته اندام های حسی اش را از جو زمین خارج کرده و تا بی نهایت گسترده کند. شرق. *متخصص مغز و اعصاب

تلسکوپ فضایی وب نخستین عکس های خود را به زمین فرستاد

شاهدی بر عظمت کائنات

دکتر محسن شادمهری

بامداد سه شنبه 21 تیرماه بشر به نظاره عظمتی بی همتا از عالم هستی نشست: نخستین تصویر تلسکوپ فضای جیمز وب منتشر شد! تصویری از ژرفای فضا؛ جایی فراتر از حد تصور و ادراک آدمی. منظره ای پرشکوه از غوغای کهکشان ها که اکنون در برابر دیدگان حیرت زده نوع بشر جلوه نمایی می کنند. تصاویری که دست آورد دست کم دو دهه تلاش محققین و دانشمندان با طراحی و ساخت تلسکوپی 10 میلیارد دلاری است که دانشمندان را قادر کرده تا هم اکنون عالم را از فاصله 1.5 میلیون کیلومتری زمین نظاره و کاوش کنند. در حقیقت بامداد سه شنبه 21 تیرماه به عنوان عصر نوینی در تاریخ بشریت و البته علم ثبت خواهد شد؛ دوره ای جدید از اکتشافات اعجاب آور درباره کائنات. تا پیش از این؛ برای نزدیک به سه دهه، تصاویر تلسکوپ فضایی هابل دانشمندان را مسحور خود کرده بود. این تلسکوپ فضایی که عمدتا تابش مرئی را دریافت می کند رازهای بسیاری از عالم هویدا ساخت؛ و البته معماهای بسیاری را هم پیش کشید. اما از حدود دو دهه پیش، ایده طراحی و ساخت تلسکوپی شکل گرفت که همانند تلسکوپ هابل در خارج زمین مستقر شود، ولی بسیار بزرگ تر از هابل و البته حساس به طول موج های فروسرخ. چنین تلسکوپی ساخته شد آن هم با آینه ای بزرگ تر از هابل. مکان استقرار آن هم نقطه لاگرانژ «ال دو» تعیین شد. جایی که برآیند نیروی جاذبه ناشی از زمین و خورشید یکدیگر را خنثی می کنند. تلسکوپ فضایی جیمز وب حدود 6 ماه پیش سرانجام پرتاب شد. آن هم طی یک عملیات فوق العاده پیچیده فناوری به طوری که بیش از 200 مرحله کلیدی را در طول پرتاب پشت سر گذاشت. درگام بعد؛ پس از رسیدن به نقطه ال دو فرآیند سرد شدن و کانونی کردن آینه های آن آغاز شدند که البته این فرآیند نیز چندین ماه به طول انجامید. درنهایت خوشبختانه همه این مراحل با موفقیت به انجام رسید. حالا این تلسکوپ آماده است تا رمزهای عالم را بر ملا سازد. تلاشی که باعث شده تا به اعتقاد بسیاری از دانشمندان؛ شاید عمر این تلسکوپ به دو دهه هم برسد. انتشار نخستین تصویر سرآغاز این دوره جدید است. همان طور که پیش بینی می شد اولین تصویر ارسالی این تلسکوپ غوغایی را در عرصه نجوم و دوستداران کهکشان و ستارگان و... به پا کرد. در نخستین تصویری که محققین این پروژه عظیم منتشر کردند یک خوشه عظیم کهکشانی دیده می شود. یعنی مجموعه ای پر شمار از کهکشان ها. این در حالی است که هر کهکشان هم از میلیاردها ستاره تشکیل شده است. این خوشه عظیم کهکشانی آن چنان دور است که هر یک از این کهکشان ها با همه بزرگی شان فقط به صورت توده هایی درخشان دیده می شوند. فاصله این خوشه کهکشانی که SMACS 0723 نام دارد حدود 4.6 میلیارد سال نوری است. اما این همه ماجرا نیست! در تصویر که دقیق تر شویم کمان هایی درخشان نیز می بینیم. گرانش خوشه کهکشانی نور کهکشان ها یا خوشه های کهکشانی پس زمینه را خم می کنند. در نتیجه همانند یک عدسی غول پیکر عمل می کند. آنچه که به صورت قوس ها یا کمان هایی دیده می شوند در واقع تصویر کهکشان ها یا خوشه های ستاره ای هستند که در فاصله های بسیار دورتر از خود خوشه کهکشانی قرار دارند! این کهکشان ها؛ شاید به دورانی تعلق داشته باشند که نخستین ساختارهای عالم هستی به وجود آمدند. همان دورانی که دانشمندان از آن به عنوان «طلوع کیهانی» یاد می کنند. در واقع نخستین تصویر تلکسوپ فضایی وب جلوه ای بی مانند از کهکشان ها را در برابرمان قرار داد. جزییاتی که پیشتر ندیده بودیم؛ و البته اجرامی که قبلا دیده نشده بودند. همه اینها می توانند اطلاعات با ارزشی درباره سرشت و ماهیت عالم آغازین در اختیارمان قرار دهند. بر طبق نظریه مهبانگ، عالم و هر آن چه در آن می بینیم حدود 13.8 میلیارد سال پیش پا به عرصه وجود نهاد. فضا و زمان با هم به وجود آمدند! به زبان ساده؛ در ابتدا انرژی در عالم وجود داشت؛ و بعد به تدریج ماده شکل گرفت. اما این ماده که عمدتا از هیدروژن و مقادیر کمی هلیوم و شاید بریلیوم و بور تشکیل شده بود چگونه در نهایت متراکم شدند و ساختارهای عظیمی مثل کهکشان ها یا حتی خود ستاره ها به وجود آمدند؟ پاسخ این سوال به درستی روشن نیست. بر طبق نظریه مهبانگ حدود 380 هزار سال بعد از مهبانگ دوره ای آغاز شد موسوم به «عصر تاریکی». در این دوره هیچ تابش گسیل نشد. اما تراکم گازها در همین دوره به وقوع پیوست. در واقع ستاره ها یا کهکشان هایی که به وجود آمدند با پرتوافشانی خود پایان عصر تاریکی را رقم زدند. اما چگونه؟ عصر تاریکی را فعلا نمی توانیم با رصد مطالعه کنیم، ولی آیا می توانیم شاهد طلوع کیهانی باشیم؟! این پرسش کلیدی یکی از هدف های ساخت و فعالیت «جیمز وب» است. در حقیقت اخترشناسان به دنبال رصد نخستین ساختارهایی هستند که در عالم هستی شکل گرفتند؛ نخستین ستاره ها، یا نخستین کهکشان ها! رخدادی که تاکنون امکان آن فراهم نشده بود. اما آیا تلسکوپ وب می تواند نحوه پیدایش نخستین ساختارها را به نمایش بگذارد؟ گر چه در همین تصویر میدان ژرف وب نیز کهکشان های دوردست دیده می شوند. سوال دیگر اینکه؛ آیا اینها جزو نخستین ساختارها هستند؟ مطالعات بعدی قطعا در راستای پاسخگویی به چنین پرسش هایی خواهند بود. اما اهداف تلسکوپ فضایی وب فقط کاوش دورترین های عالم نیست. قرار است چند تصویر حیرت آور دیگری که توسط همین تلسکوپ ارسال شده هم منتشر شود . تصویری از جو یک سیاره فراخورشیدی، یک سحابی سیاره نما و نمایی فوق العاده از برخورد و ادغام پنج کهکشان، و البته یک سحابی غول پیکر. در این صورت تلاش خواهیم کرد تا در مقاله ای دیگر؛ تحلیلی داشته باشیم از این تصاویر جدید و مسلما شگفت انگیز و محسور کننده. ولی هر چه باشند قطعا فراتر از باور و تصور خواهند بود! اعتماد

کشف ستاره ای که 65عنصر مختلف دارد*

دکتر محسن شادمهری

شاید باورش سخت باشد؛ اما در خورشید حدود 2500 میلیارد تن طلا وجود دارد! و البته 67 عنصر دیگر که تاکنون در این ستاره شناسایی شده اند. امروزه اخترشناسان تردیدی ندارند که ستاره ها به نوعی کارخانه های عنصرسازی هستند. همه عناصری که اکنون روی زمین یا در بدن موجودات زنده وجود دارد زمانی در اعماق ستاره ای به وجود آمده اند. با این حال هنوز پرسش های بسیاری در این عرصه وجود دارند که اخترشناسان دنبال پاسخ آنها هستند. از این رو به تازگی ستاره ای کشف شده که 65 عنصر مختلف دارد. در واقع، به جز خورشید، این نخستین ستاره ای است که با این تعداد عنصر کشف می شود و کم و بیش تعداد عناصر موجود در این ستاره همانند خورشید است. 

براساس نظریه مهبانگ، نخستین عنصری که در عالم هستی شکل گرفت هیدروژن بود. البته مقادیر کمی هلیوم و برخی عناصر سبک هم در ابتدای پیدایش عالم به وجود آمدند. ولی بعد از تولد ستاره ها و شروع فرآیند گداخت هسته ای در اعماق ستاره ها بود که به تدریج عناصر سنگین تر از هیدروژن پا به عرصه وجود نهاد. هسته های هیدروژن طی فرآیند گداخت هسته ای به یکدیگر می پیوندند و هسته های عناصر سنگین تر به وجود می آید. عناصر جدول مندلیف نتیجه سیر تحول ستاره ها هستند و البته عناصر سنگین تر از آهن به دنبال انفجار ستاره ها یا ادغام ستاره های نوترونی به وجود می آیند. بنابراین به نظر می رسد پیدایش زمین و عناصر موجود در آن نتیجه سیر تحول ستاره هاست. 

کشف ستاره ها و مطالعه نحوه شکل گیری عناصر در آنها می تواند کلید درک بسیاری از فرآیندهای مهم باشد. نام ستاره ای که به تازگی با 65 عنصر مورد مطالعه قرار گرفت اچ دی222925 است که در راه کهکشان قرار دارد. نکته جالب در مورد این ستاره درخشش نسبتا زیاد آن در طول موج های فرابنفش است. این خصوصیت امکان مطالعه طیف سنجی این ستاره را بهتر فراهم می کند و در واقع، بر اساس مطالعات طیف سنجی است که می توان به حضور عناصر مختلف و حتی میزان فراوانی آنها پی برد. پیش تر ستاره دیگری به نام سی اس052-22892 با تعداد 53 عنصر رکورددار بیشترین عناصر کشف شده در یک ستاره بود. 

یکی از فرآیندهای کلیدی در پیدایش عناصر به عنوان «فرآیند r» شناخته می شود که همان فرآیند گیراندازی سریع نوترون است. جالب اینجاست که در ستاره اچ دی222925 عنصر طلا هم شناسایی شده است. هنوز ابهامات بسیاری درباره فرآیند گیراندازی سریع نوترون وجود دارد. این فرآیند که می تواند منجر به پیدایش عناصر سنگینی مثل طلا شود در شرایطی رخ می دهد که مقادیر زیادی نوترون با انرژی زیاد وجود داشته باشد. چنین محیط هایی معمولا بسیار نادرند. دقیقا به همین دلیل است که کشف عنصری مثل طلا در ستاره اچ دی222925 مورد توجه قرار گرفته است. زیرا می تواند کمک کند بفهمیم چگونه فرآیند گیراندازی سریع نوترون در اعماق یک ستاره رخ می دهد. 

البته در مورد این ستاره بعید است که چنین فرآیندی در اعماق آن روی دهد. معمولا فرآیند گیراندازی نوترون سریع هنگام انفجار ستاره ها یا برخورد ستاره های نوترونی به وقوع می پیوندد. به نظر می رسد بستر شکل گیری ستاره اچ دی222925 جایی بوده است که عناصر ناشی از فرآیند گیراندازی نوترون سریع حضور داشته اند. اما چگونگی و فراوانی آن به درستی روشن نیست. آن چنان که در مورد خورشید هم نمی دانیم 2500 میلیارد تن طلای آن از کجا آمده است! اعتماد. *(دانشیار گروه فیزیک دانشگاه گلستان)

کشف دورترین ستاره و کهکشان رصد شده تا امروز چه فایده ای دارد؟

گامی به سوی حل معمای «طلوع کیهانی»

 دکتر محسن شادمهری

  سیر تحولات و اکتشافات علمی آن چنان شتابان شده است که پیش از این کوچک ترین تصوری از آن نداشتیم. فقط طی  10 روز اخیر دو کشف حیرت انگیز نجومی همه را مبهوت و شگفت زده کرد؛ نخست تصویری از به ظاهر یک لکه درخشان منتشر شد که گفته می شد یک ستاره است اما ستاره ای منفرد بود در فاصله 12 میلیارد و 900 میلیون سال نوری دورتر از ما! یعنی جرمی است متعلق به دوران جوانی عالم هستی. کوتاه زمانی پس از این کشف، یک یافته مسحور کننده دیگر اعلام شد: کشف دورترین کهکشانی که تاکنون رصد شده است. کهکشانی در فاصله 13 میلیارد و 500 میلیون سال نوری دورتر از ما؛ یعنی زمانی که عمر عالم فقط 330 میلیون سال بوده است!

اما چرا این یافته ها این چنین مورد توجه اخترشناسان قرار گرفته اند و البته در صدر خبرهای علمی روز دنیا مطرح شدند؟ بر طبق نظریه مهبانگ، عالم حدود 13 میلیارد و 800 میلیون سال پیش پا به عرصه وجود نهاد. در ابتدا همه چیز فقط انرژی بود؛ به تدریج بخشی از این انرژی به ماده تبدیل شد و بعد نخستین و ساده ترین عنصری که شکل گرفت هیدروژن بود. زمانی که گیتی مملو از هیدروژن اتمی شد دیگر هیچ تابشی از خود گسیل نکرد. شاید برای میلیون ها سال این وضعیت ادامه یافته باشد. از این دوره به عنوان «عصر تاریکی» یاد می شود. در پایان عصر تاریکی که دقیقا نمی دانیم کی بوده است نخستین ساختارهای کیهانی نظیر ستاره ها و کهکشان ها به وجود آمدند و با پرتوافشانی خود به عصر تاریکی پایان دادند. اما چگونه چنین شد؟ و چطور این «طلوع کیهانی» به وقوع پیوست؟ این همان پرسش بنیادی است که دانشمندان در پی پاسخ به آن هستند و البته رصد اجرام سماوی دوردست می تواند رازهای بسیاری را بر ملا کند.

کشف دورترین ستاره منفرد یا دورترین کهکشان می تواند از طلوع کیهانی رمزگشایی کند. کهکشانی که به تازگی در فاصله 5/13 میلیارد سال نوری کشف شد اچ دی وان (HD1) نام گرفت. در ابتدا اخترشناسان می پنداشتند این یک کهکشان ستاره زای معمولی است، یعنی مانند سایر کهکشان هایی که در آنها فعالیت پیدایش و تولد ستاره ها در جریان است در این کهکشان نیز چنین است اما خیلی زود معلوم شد آهنگ ستاره زایی در این کهکشان 10 برابر بیشتر از سایر موارد متعارف است. اخترشناسان دریافتند در این کهکشان سالانه 100 ستاره متولد می شود!

نکته جالب توجه دیگر درباره کهکشان اچ دی وان، تابش های فرابنفش آن است. در واقع این کهکشان در طول موج های فرابنفش بسیار درخشان است. اخترشناسان با در نظر گرفتن مجموعه این پدیده ها و به علاوه قرمزگرایی بالای این کهکشان دریافتند که اچ دی وان، کهکشان تازه متولد شده ای است متعلق به عالم آغازین. از سوی دیگر نظریه های مربوط به پیدایش نخستین ستاره های عالم نشان می دهد چنین ستاره هایی بسیار پر جرم تر و درخشان تر از ستاره های متعارف هستند. البته هنوز ستاره های عالم آغازین رصد نشده اند ولی چنین ستاره هایی می توانند تابش های فرابنفش بسیار شدیدی گسیل کنند. آیا تابش های فرابنفش کهکشان اچ دی وان ناشی از همین ستاره های نخستین عالم است؟ البته این می تواند باشد ولی اگر در این کهکشان یک ابر سیاه چاله هم وجود داشته باشد همین تابش های فرابنفش به وجود می آید. از این روست که هنوز به درستی نمی توان درباره سرشت واقعی ستاره های این کهکشان اظهار نظر کرد.  با این حال اگر ثابت شود که این کهکشان از نخستین ستاره هایی تشکیل شده است که پس از عصر تاریکی به وجود آمده اند در آن صورت شاهد طلوع کیهانی هستیم. این قطعا می تواند رازهای بسیاری را درباره نحوه پیدایش عالم هستی هویدا کند! اعتماد

کشف یک منبع کیهانی امواج رادیویی شگفت انگیز

دکتر محسن شادمهری

 پدیده های مختلفی در عالم هستی رخ می دهد که منجر به گسیل انواع مختلف تابش های الکترومغناطیسی می شود؛ از تابش امواج ایکس و پرتوهای گاما گرفته تا امواج رادیویی، فروسرخ و فرابنفش. همین طیف وسیع الکترومغناطیس اسرار عالم را بر ملا می کند. اخترشناسان نیز قدر این فرصت را می دانند و آسمان را در کل گستره تابش الکترومغناطیس زیر نظر دارند؛ به ویژه در محدوده طول موج های رادیویی.

به تازگی اخترشناسان موفق شدند در فاصله 4000 سال نوری یک منبع گسیل کننده امواج رادیویی را شناسایی کنند. این منبع کیهانی که گمان می رود یک ستاره فشرده باشد هر 18/18 دقیقه یک تابش شدید رادیویی به مدت 30 تا 60 ثانیه گسیل می کند. البته اخترشناسان بیش از 5 دهه است که دریافته اند نوعی از ستاره های فشرده موسوم به تپ اختر تابش های رادیویی در بازه های زمانی منظم گسیل می کنند. درواقع، برخی از ستاره های نسبتا پر جرم در پایان عمرشان به یکی از عجیب ترین اجرام عالم هستی تبدیل می شوند: ستاره نوترونی! وقتی فرآیند گداخت هسته ای دیگر نمی تواند برای تامین انرژی ستاره ای استمرار یابد، جاذبه گرانش سبب می شود که ستاره بسیار متراکم شود. آنچنان متراکم که در ذهن نمی گنجد. جرمی معادل جرم خورشید در کره ای به شعاع کمی بیش از 10 کیلومتر متراکم می شود! اعتقاد بر این است که بخش عمده چنین ستاره هایی از نوترون تشکیل شده است.

ستاره های نوترونی معمولا بسیار سریع می چرخند. به علاوه این ستاره ها تابش رادیویی نیز گسیل می کنند. نکته حیرت انگیز در مورد ستاره های نوترونی میدان های مغناطیسی بسیار شدید آنهاست. در واقع، به دنبال سازوکارهایی که چندان شناخته شده نیستند خاستگاه اصلی گسیل تابش های منظم رادیویی ستاره های نوترونی می تواند برهمکنش میدان مغناطیسی ستاره با محیط اطرافش یا وقایعی در درون ستاره باشد. البته ستاره هایی هم وجود دارند، کم و بیش مانند ستاره های نوترونی اما با میدان های مغناطیسی باز هم بسیار شدیدتر! چنین ستاره هایی را «مگنتار» می نامند.

اخترشناسان معتقدند منبع گسیلنده امواج رادیویی که به تازگی کشف شده به احتمال زیاد یک مگنتار است. اما بازه زمانی ارسال تابش های رادیویی آن منحصر به فرد است یا دست کم برای نخستین بار است که منبعی با چنین بازه زمانی تابش رادیویی کشف می شود. از این منظر این کشف بسیار غیرمنتظره است. زیرا تپ اخترها یا سایر ستاره های نوترونی گسیلنده تابش رادیویی معمولا دوره تناوبی از مرتبه ثانیه یا میلی ثانیه دارند. این در حالی است که دوره تناوب تابش رادیویی این منبع جدید حدود 18 دقیقه است.

اخترشناسان دریافته اند که این منبع جدید به شدت درخشان، و البته بسیار کوچک تر از خورشید است. با توجه به نوع تابش رادیویی دریافت شده نیز به نظر می رسد از جایی گسیل شده است که میدان مغناطیسی بسیار شدیدی دارد. این شواهد با خصوصیات نظری درباره مگنتارها تطابق دارد. از همین روست که اخترشناسان معتقدند خاستگاه این تابش های رادیویی منظم دریافت شده طبیعی است و از سوی یک مگنتار گسیل شده است. البته از مدت ها پیش اخترشناسان براساس مطالعات نظری دریافته بودند که باید مگنتارهایی وجود داشته باشند که به کندی می چرخند. این کشف می تواند تاییدی مبنی بر وجود چنین مگنتارهایی باشد. به نظر می رسد اخترشناسان رده جدیدی از ستاره های نوترونی را کشف کرده اند که مطالعات بیشتری برای رمزگشایی از اسرار آنها باید انجام شود.اعتماد

قلب ریاضیات در کشورمان درست نمی تپد!

دکتر محمد صال مصلحیان *

مطالعه بین المللی پیشرفت تحصیلی دانش آموزان در ریاضی و علوم (تیمز)، نتایج مسابقات ریاضی دانشجویی کشور و سایر مطالعات، گویای عملکرد ضعیف محصلان کشور در ریاضی است. دغدغه مندان ریاضی کشور مهم ترین شاخص کیفی عملکرد ضعیف در مدارس و دانشگاه ها را عدم درک مفاهیم ریاضی و ناتوانی محصلان در حل مسئله عنوان می کنند. نتیجه اش هم این بوده است که بخشی از دانش آموختگان از دبستان تا دانشگاه، پس از ورود به بازار کار نمی توانند از مهارت بایسته و شایسته در درک و حل مسائل و مشکلات در حرفه خود برخوردار باشند. چه تصوری از دانش ریاضی آن دانش آموز سال سوم مقطع متوسطه اول دارید وقتی که هنوز از انگشتانش برای جمع دو عدد یک رقمی 5 و 7 استفاده می کند.

از طرف دیگر، نوعی بی انگیزگی، بی حالی و بی تفاوتی در بین محصلان به وجود آمده است. آنان این سوال مهم را از معلمان خود می پرسند: ریاضیات اساسا چه دردی از ما را درمان می کند؟ در اکثر موارد معلمان شروع به بیان کاربردهایی از ریاضیات در علوم دیگر و صنعت می کنند؛ اما خیلی از محصلان نمی توانند ارتباطی بین ریاضیات و نیاز های اساسی خودشان که به نظر «ویلیام گلاسر»، روان پزشک و بنیان گذار نظریه انتخاب، عبارت اند از بقا، قدرت، عشق، آزادی و لذت بیابند و همچنان سردرگم می مانند.

آموزش ریاضی باید از همان اول دبستان در قالب بازی و کار گروهی و به طور شهودی با مدل سازی مسائل دنیای واقعی و با مشارکت موثر دانش آموزان در فرایند یادگیری-یاددهی صورت گیرد. برنامه ریزان آموزشی مطابق استانداردهای بین المللی، باید زمان کافی را برای دروس ریاضی در برنامه درسی مدرسه ها فراهم کنند. انتظار می رود آموزش در مقاطع بالاتر به تدریج به سمت محتوای عمیق تر، استدلال دقیق تر و حل مسائل جدی تر به همراه آموزش شیوه های حل مسئله سوق داده شود؛ اما کنکور سال ها است که آموزش مفهومی و استدلالی را در زیر سیطره نامیمون آموزش فنون تست زنی قرار داده است. به علاوه بخش هایی از سرفصل دروس مدرسه ای مانند هندسه که خلاقیت و تفکر ناب را در دانش آموزان پرورش می دهد یا حذف شده اند یا به علت آنکه در کنکور مورد پرسش قرار نمی گیرند، مورد توجه قرار نمی گیرند.

گاهی ریاضیات را مطالعه شباهت ها در تفاوت ها و تفاوت ها در شباهت ها قلمداد می کنند. مثلا لوزی، مربع و مستطیل با وجود تفاوت های شان از یک نظر مشابه اند؛ زیرا نمونه هایی از متوازی الاضلاع هستند. بخش مهمی از وظایف ما معلمان ریاضی این است که به شاگردان مان چنین بصیرت و بینشی را هدیه دهیم.

به نظر می رسد آموزش ریاضی ما از عمق کافی برخوردار نیست و نمی تواند روح ریاضیات را که بر دقت، ابتکار و استدلال استوار است، در خود جای دهد. برای مثال، از دانش آموزی در دبستان پرسیدند 7×6 چند می شود گفت: 42. بعد جای 6 و 7 را عوض کردند و پرسیدند 6×7 چند می شود و دانش آموز هم جای 4 و 2 را عوض کرد و گفت: 24!

به قول «کن رابینسون»، متخصص آموزش و پرورش، دانش آموز اول دبستان امروزی قرار است سال ها بعد وارد یک حرفه شود و حدود پنجاه سال بعد بازنشسته شود. ما هیچ ایده ای نسبت به شرایط دنیا در آن زمان نداریم. پس چطور آنان را برای دنیایی که نمی شناسیم آماده می کنیم؟ او می گوید که ما داریم بچه ها را به یک چرخ دنده برای یک ماشین بزرگ تبدیل می کنیم، نه یک فرد خلاق با ایده های درخشان. خلاقیت سواد آینده است و بسیاری معتقدند که آموزش صحیح ریاضی یکی از ابزار های کارآمد برای رشد آن و افزایش دقت در فرزندان مان است.

نکته اصلی در این نهفته است که به قول «پال هالموس» ریاضی دان مشهور، «مسائل قلب ریاضیات هستند»، مسائل و سوالات چالش برانگیزی که به درک بیشتر مفاهیم ریاضی و گشودن در های دنیا های نوین در ریاضیات منجر می شود. مثلا آیا ممکن است 2+2 برابر 5 شود؟ آیا مثلثی وجود دارد که مجموع زوایای آن از 180 درجه کمتر باشد؟ آیا ممکن است دنیایی آفرید که در آن هر دو خط موازی همدیگر را قطع کنند؟ آیا می توان با پنج برش به یک پرتقال و چسباندن آنها به هم، دو پرتقال هم اندازه اولی به دست آورد؟ آیا شکلی در صفحه وجود دارد که مساحت نداشته باشد؟ آیا می توان معادله ای را که جواب ندارد، حل کرد؟ آیا ممکن است جزئی از یک چیز با کل آن هم اندازه باشد؟... پاسخ همه اینها مثبت است و بحث درمورد آنها می تواند حس کنجکاوی محصلان را درمورد مفهوم صدق در ریاضیات برانگیزاند.

آموزش ریاضیات بر استدلال کردن مبتنی است و نه بر حفظ کردن. توانمندکردن محصلان برای حل مسئله، با توجه به تفاوت های فردی آنان، کار اصلی ما معلمان ریاضی است. ما باید به آنها شیوه اندیشیدن بیاموزیم تا بتوانند از عهده حل چالش ها در شغل آینده خود برآیند. این کاری بس دشوار، اما انجام شدنی است. محصلان برای درک ماهیت ریاضیات باید مفاهیم را با مثال بیاموزند تا شهود ریاضی آنان ارتقا یابد و نیز مسئله حل کنند تا با تفکر ریاضی آشنا شوند. به قول قدیمی ها، آدم با خواندن یاد نمی گیرد؛ بلکه با نوشتن یاد می گیرد. حل مسئله، یک معیار خوب برای این است که دریابیم ریاضیات را چقدر و چگونه فهمیده ایم. یک معیار والاتر، توانایی طرح کردن مسائل چالش برانگیز و جذاب است. حل مسئله باید با فعالیت محصل، یعنی ریاضی ورزی، برای اکتشاف یا ابداع حقایق ریاضی و به صورت هیجان انگیز و لذت بخش همراه باشد. ریاضیات مانند موسیقی و نقاشی زیباست؛ اما این ما معلمان هستیم که باید با ارائه مثال ها و روش های موثر، شکوه این زیبایی را در کلاس به نمایش بگذاریم.

انتظار می رود ما معلمان در دانش آموزان این اعتمادبه نفس را ایجاد کنیم که آنان می توانند مفاهیم ریاضی را بفهمند و مسائل آن را حل کنند؛ گرچه هوش و استعداد فرد و اطلاعات قبلی ریاضی او مهم هستند؛ ولی «حل مسئله یک هنر خلاقانه است» که می توان آن را فراگرفت. همچنین با انتخاب مسئله متناسب با توانایی های هر محصل و کمک به او از طریق چگونه و چرا پرسیدن های متوالی و هدایت او به سمت حل مسئله، می توانیم شوق و اشتیاق را در او برانگیزانیم.

بعضی از مدرسان در مدارس و دانشگاه ها فکر می کنند آموزش ریاضی یعنی بیان چند گزاره و ارائه چند فرمول و الگوریتم و سپس بازپرسیدن همان ها بدون کم وکاست و به صورت ماشینی در امتحان. برای آنان بهترین محصلان کسانی هستند که طوطی وار جزوه یا کتاب درسی را حفظ کرده و آن را در برگه امتحانی بازنویسی می کنند؛ اما آیا محصلی که با حفظ کردن، نمره عالی می گیرد، لزوما به اهداف آموزشی ما رسیده است؟ با این شیوه آموزشی گاهی نتایج فاجعه باری به بار می آید: روزی معلمی از دانش آموزی می پرسد که چهار مرغابی و دو مرغابی چند می شود. محصل جواب نمی دهد. معلم می گوید معلوم است شش. دانش آموز بلافاصله می پرسد پس مرغابی اش چه شد!

مدرسانی که با روش سنتی و بدون استفاده از نرم افزارها و وسایل کمک آموزشی در اکثر مواقع رو به تخته سیاه هستند و خودشان مسائل ریاضی را بدون همفکری محصلان حل می کنند، در جریان آموزش، نه می توانند از درستی درک محصلان از مفاهیم ریاضی آگاه شوند و نه می توانند ضعف آنان را در حل مسئله بیابند. روزی در یک کلاس درس برای دانشجویان مستطیلی کشیدم که ضلع کوچک آن در پایین قرار داشت. یکی از دانشجویان دستش را بلند کرد و گفت این چه مستطیلی است که عرضش از طولش بزرگ تر است! گفتم این شکل واقعا یک مستطیل است و عرضش از طولش بیشتر نیست؛ زیرا درازای بزرگ ترین ضلع مستطیل را طول مستطیل می گویند؛ اما او همچنان اصرار داشت که مستطیل آن است که قاعده اش از ارتفاعش بیشتر باشد؛ زیرا در طول زندگی اش همواره مستطیل را این چنین برای او رسم کرده بودند!

همچنان که با آموزش شنا توسط معلم در کلاس، کسی شنا یاد نمی گیرد و باید خود را در استخر بیندازد و دست و پا بزند تا شنا بیاموزد، محصلان نیز باید خود را در میدان حل مسائل ریاضی قرار دهند و شروع به حل مسائل کنند؛ هرچند ممکن است در ابتدای تلاش شان یا حتی در انتها در حل بعضی از آنان ناموفق باشند.

به این ترتیب آموزش محتوای ریاضیات باید با حل مسئله، به ویژه مدل سازی مسائل دنیای واقعی، همراه باشد. در این میان اهمیت دادن به سوالات کنجکاوانه محصلان برای نظم بخشیدن به تفکر ریاضی آنان ضروری است. لازم است محصلان در کلاس احساس امنیت کنند و راجع به درکشان از مفاهیم و راه حل مسائل صحبت کنند. شنیدن، گفتن و نوشتن یک محصل ممکن است اشتباه یا نادقیق باشد؛ اما از نظر آموزشی مهم است؛ چرا که معلم را قادر می کند از نحوه تفکر محصلان و سایر مشکلات آموزشی آگاه شود.

آموزش را می توان به کالسکه ای تشبیه کرد که شرایط اقتصادی، فرهنگی، سیاسی و اجتماعی کشور چرخ های آن را تشکیل می دهد. هرکدام که سالم و پویا نباشد، مانع حرکت کالسکه می شود. این همان چیزی است که باعث شده است بسیاری از تلاش ها در حوزه آموزش در کشور های توسعه نیافته، بی ثمر باشد. در این میان حفظ کرامت و منزلت معلمان گران قدر برای انگیزه بخشی به آنان اصلی ترین عامل موفقیت هر نظام آموزشی است؛ بنابراین اولین گام برای بهبود وضعیت آموزشی، توجه به معیشت معلمان و ایجاد انگیزه و روحیه نشاط در آنان است؛ چرا که آنان راهبران برنامه های درسی در کلاس هستند. بدون این، به قول ریچارد رورتی، باید برویم لب برکه و غاز بچرانیم.

در پایان، اجازه دهید سخن «هالموس» درمورد ریاضی دانان را برای معلمان بازنویسی کنم: «اگر می خواهید یک معلم به حساب آیید، به درون خود بنگرید و از خود بپرسید تا چه حدی می خواهید یک معلم محسوب شوید. اگر این آرزو خیلی ژرف و بزرگ نیست و اگر آرزوی دیگری دارید که از این مهم تر است، نباید تلاشی برای معلم شدن بکنید. این باید، یک باید اخلاقی نیست؛ بلکه یک باید عبرت انگیز است. فکر می کنم احتمالا در تلاش تان موفق نخواهید شد و در هر حال احساس دلسردی و غمگینی خواهید کرد. برای اینکه یک معلم محسوب شوید، باید معلمی را بیشتر از خانواده، پول، آسایش، شهرت و... دوست داشته باشید. منظورم این نیست که شما باید معلمی را سوای خانواده، پول و... دوست داشته باشید. نمی گویم که معلمان همیشه همه آنها را نادیده می گیرند. آنچه می گویم این است که وقتی علایق فردی مرتب می شود، بزرگ ترین عشق یک معلم، باید معلمی باشد».

توضیح: در این مقاله مراد از محصل، دانش آموز و دانشجو است و واژه معلم اشاره به معلم، دبیر و استاد دارد.شرق.* (رئیس انجمن ریاضی ایران)

تماشای آلبوم مهم ترین اجرام آسمان شب

آنجا چراغی روشن است

شب هنگام که به ستاره های آسمان نگاه می کنیم، می بینیم ستاره ها از نظر رنگ تفاوت هایی با هم دارند. البته همه ستار ه ها در اساس با هم یکسان هستند، زیرا همه آنها کره های بزرگ گازی هستند که در فاصله بسیار زیاد از ما (تا میلیاردها سال نوری دورتر از ما) می درخشند. هرچند این گفته در حالت کلی درست است، اما چندان هم دقیق نیست. در حقیقت، ستارگان نیز مانند همه چیزهای دیگر جهان ما، متنوع هستند و بر اساس ویژگی های تعیین کننده شان، در یکی از طبقه بندی های مختلف قرار می گیرند. در مجموع می توان گفت ستارگان بسیار مختلفی وجود دارد؛ از کوتوله های قهوه ای کوچک تا ابرغول های قرمز و آبی. البته انواع ستارگان عجیب تر هم وجود دارد، مانند ستاره های نوترونی و ستاره های ولف رایه. پژوهش بشر درباره جهان ادامه دارد و بشر همچنان به آموختن چیزهای تازه درباره ستارگان ادامه می دهد و در نتیجه شیوه فکرکردن بهتر و دانسته های ما درمورد ستاره ها گسترده تر می شود. در ادامه با انواع مختلف ستاره ها بیشتر آشنا می شویم.

پیش ستاره: پیش ستاره چیزی است که قبل از تشکیل ستاره وجود دارد. پیش ستاره مجموعه ای از گاز حاصل از فروپاشی یک ابر مولکولی غول پیکر است. مرحله پیش ستاره تکامل ستاره ها حدود صد هزار سال طول می کشد. با گذشت زمان، گرانش و فشار افزایش می یابد و پیش ستاره را مجبور به رمبش می کند. همه انرژی آزادشده توسط پیش ستاره، تنها از گرمای حاصل از انرژی گرانشی پدید می آید، چراکه واکنش های هم جوشی هسته ای هنوز شروع نشده است.

ستاره تی ثوری: ستاره تی ثوری (T Tauri)، مرحله ای از شکل گیری و تکامل یک ستاره، قبل از تبدیل شدن به ستاره رشته اصلی است. این مرحله در پایان مرحله پیش ستاره روی می دهد، یعنی زمانی که فشار گرانشی که ستاره را در کنار هم نگه می دارد، منبع انرژی آن است. ستارگان تی ثوری در هسته خود فشار و دمای کافی برای ایجاد همجوشی هسته ای ندارند، اما شبیه ستاره های رشته اصلی هستند. دمای آنها با ستاره های رشته اصلی تقریبا برابر است، اما درخشان ترند، زیرا بزرگ تر هستند. ممکن است در مناطق وسیعی از ستاره های تی ثوری، لکه های خورشیدی وجود داشته باشد، علاوه بر آن، ممکن است ستاره های تی ثوری زبانه های بزرگی از جنس پرتو ایکس و بادهای ستاره ای بسیار قدرتمند داشته باشند. ستارگان حدود صد میلیون سال در مرحله تی ثوری باقی می مانند.

ستارگان رشته اصلی: اکثر ستارگان کهکشان ما و حتی ستارگان جهان، ستارگان رشته اصلی هستند. خورشید ما یک ستاره رشته اصلی است، نزدیک ترین همسایگان ما، یعنی سیریوس (شباهنگ) و آلفاقنطورس A نیز از ستارگان رشته اصلی هستند. جرم و درخشندگی این ستارگان ممکن است با هم متفاوت باشد، اما کار همه آنها شبیه هم است؛ یعنی تبدیل هیدروژن به هلیوم در هسته و در نتیجه آزادکردن مقدار زیادی انرژی. ستاره های رشته اصلی در حالت تعادل هیدرواستاتیکی هستند. گرانش، ستاره را به سمت داخل می کشد و فشار انرژی حاصل از واکنش های همجوشی در ستاره، آن را به سمت بیرون می راند. در ستاره های رشته اصلی، نیروهای درونی و بیرونی در تعادل هستند و ستاره شکل کروی خود را حفظ می کند. اندازه ستاره های رشته اصلی به جرم آنها بستگی دارد که تعیین کننده میزان کشش گرانشی است که آنها را به سمت داخل می کشد. حد پایین جرم یک ستاره رشته اصلی حدود 0.08 جرم خورشید یا 80 برابر جرم مشتری است. این کمترین مقدار فشار گرانشی لازم برای انجام همجوشی در هسته ستاره است. در تئوری ممکن است ستاره ها از نظر جرمی تا صد برابر خورشید رشد کنند.

ستاره غول سرخ: وقتی ستاره ای ذخیره هیدروژن موجود در هسته را مصرف کند، همجوشی متوقف می شود و ستاره دیگر برای مقابله با فشار درونی که آن را به داخل می کشد، فشار رو به بیرونی تولید نمی کند. در این حالت، پوسته ای از هیدروژن در اطراف هسته، به زندگی ستاره ادامه می دهد، اما باعث می شود اندازه ستاره به طرز چشمگیری افزایش یابد. ستاره سالخورده به یک ستاره غول سرخ تبدیل می شود که اندازه اش ممکن است صد برابر ستاره رشته اصلی باشد. هنگامی که سوخت هیدروژن مصرف شود، ممکن است هلیوم و حتی عنصرهای سنگین تر در واکنش های همجوشی مصرف شوند. مرحله غول سرخ زندگی یک ستاره فقط چند صد میلیون سال طول می کشد. پس از این مدت، سوخت آن به طور کامل تمام و ستاره به یک کوتوله سفید تبدیل می شود.

کوتوله سفید: وقتی سوخت هیدروژن یک ستاره تمام می شود و دیگر جرم لازم برای وادارکردن عنصرها به شرکت در واکنش همجوشی را ندارد، به یک کوتوله سفید تبدیل می شود. در این حالت فشار رو به بیرون (که از واکنش همجوشی حاصل می شد) متوقف می شود و ستاره تحت تاثیر گرانش خود به سمت داخل فرومی ریزد یا رمبش می کند. دلیل درخشان بودن کوتوله های سفید آن است که آنها هم زمانی یک ستاره داغ بودند، اما اکنون دیگر واکنش های همجوشی یا گداخت روی نمی دهد. اکنون کوتوله سفید کم کم سرد می شود تا زمانی که به دمای پس زمینه کیهان برسد. این فرایند صدها میلیارد سال طول می کشد، بنابراین تاکنون هیچ کوتوله سفیدی تا این حد سرد نشده است.

کوتوله سرخ: ستاره های کوتوله سرخ فراوان ترین نوع ستاره در کیهان هستند. اینها ستارگان در رشته اصلی ستاره ها هستند، اما جرم آنها آن قدر کم است که از ستارگانی مانند خورشید ما بسیار سردترند. این ستاره ها، ویژگی دیگری هم دارند. ممکن است ستارگان کوتوله سرخ هنوز هم سوخت هیدروژن را در هسته خود داشته باشند؛ بنابراین می توانند برای مدت طولانی تری نسبت به دیگر ستارگان به تولید انرژی از هیدروژن ادامه دهند. ستاره شناسان تخمین می زنند که برخی از ستاره های کوتوله قرمز تا 10 تریلیون سال می سوزند. جرم کوچک ترین کوتوله های قرمز 0.075 جرم خورشید است و بیشترین جرم آنها تا نصف خورشید می رسد.

ستاره های نوترونی: اگر جرم یک ستاره بین 1.35 تا 2.1 برابر جرم خورشید باشد، وقتی می میرد، کوتوله سفید به وجود نمی آورد. این ستاره ها در یک انفجار شدید ابرنواختری می میرند و هسته باقی مانده به یک ستاره نوترونی تبدیل می شود. همان طور که از نام این ستاره هم مشخص است، ستاره نوترونی، ستاره عجیبی است که تماما از نوترون تشکیل شده است. دلیلش هم آن است که گرانش شدید ستاره نوترونی، پروتون ها و الکترون ها را در هم می شکند و باعث می شود نوترون پدید آید. اگر جرم ستارگان از این هم بیشتر باشد، پس از انفجار ابرنواختری، به جای تبدیل به ستاره های نوترونی، به سیاهچاله تبدیل می شوند.

ستاره های ابرغول پیکر: ستارگان ابرغول، بزرگ ترین ستاره های جهان هستند. جرم این ابرغول ها، ده ها برابر جرم خورشید است. ابرغول ها برخلاف ستاره های نسبتا پایدار مانند خورشید، سوخت هیدروژنی را با سرعت بسیار زیادی مصرف می کنند و فقط طی چند میلیون سال، تمام سوخت موجود در هسته را به پایان می رسانند. زندگی ستاره های غول پیکر به سرعت به پایان می رسد و در جوانی می میرند و در نهایت هم منفجر می شوند و ابرنواختر پدید می آورند. در این فرایند، خود ستاره، کاملا متلاشی و نابود می شود. همان طور که می بینید، اندازه، رنگ و انواع ستاره ها، بسیار متفاوت است. دانستن دلیل این موضوع و درک مراحل مختلف زندگی این ستاره ها، برای فهم بیشتر ما از جهان مهم است.شرق

مختصری از جزئیات علمی انتشار نخستین تصویر از سیاهچاله مرکز کهکشان ما

هیولای سیاه راه شیری

سینا فلاح زاده راسته کناری

در دوازدهم ماه می 2022، اخترشناسان گروه تلسکوپ افق رویداد (EHT) نخستن تصویر (شکل شماره 1) از سیاهچاله کلان جرم (supermassive black hole یا به اختصار SMBH) مرکز کهکشان راه شیری موسوم به کمان ای* یا *Sagittarius A را (که در منابع علمی به اختصار*Sgr A نیز نامیده می شود) منتشر کردند. گروه تلسکوپ افق رویداد مجموعه ای شامل بیش از 300 دانشمند از اقصی نقاط جهان است که سال هاست روی نتایج حاصل از آرایه ای از رادیوتلسکوپ ها با همین نام کار می کنند. این آرایه از رادیوتلسکوپ ها شامل هشت تلسکوپ است که در شش نقطه از جهان قرار دارند و امواج رادیویی ساطع شده از اجرام آسمانی دریافت می کنند (شکل شماره 2). نام تلسکوپ افق رویداد با انتشار تاریخ ساز تصاویر مربوط به سیاهچاله کلان جرم *M87 در دهم آوریل 2019 که نخستین تصویر از یک سیاهچاله بود، بر سر زبان ها افتاد. این خبر از جهات متعددی برای جامعه علمی و علاقه مندان به علم و به خصوص دستاوردهای علمی در حوزه اخترفیزیک و کیهان شناسی حائز اهمیت است. نخستین و شاید مهم ترین نتیجه این تصاویر و تصاویر مشابه آن، فراهم شدن تاییدات بسیار قوی برای نظریه نسبیت عام اینشتین است که در سال 1916 منتشر شد و یکی از بزرگ ترین دستاوردهای فیزیک نوین در قرن بیستم به شمار می رود. البته مشاهدات مربوط به این سیاهچاله در ماه آوریل سال 2017 انجام شده بود، اما نتایج مربوط به آن در تاریخ 12 می 2022 برای اولین بار در قالب شش مقاله منتشر شد که شامل جزئیات تمام مشاهدات و مدل سازی ها و تحلیل های مربوطه هستند. پیش از اینکه در مورد ویژگی های سیاهچاله *Sgr A و مقایسه آن با سیاهچاله *M87 سخن بگوییم، مناسب است مختصری درباره سیاهچاله ها و تاریخچه شناخت ما از آنان ارائه کنیم.

یک راکت برای اینکه بتواند از جاذبه زمین فرار کند باید به سرعت مشخصی که بستگی به جرم زمین و فاصله راکت از مرکز جرم سیاره دارد، دست پیدا کند. این سرعت فرار از سطح کره زمین برابر با 11.2 کیلومتر بر ثانیه است و برای خورشید 617.4 کیلومتر بر ثانیه. با درنظرداشتن این نکته، یک سیاهچاله ناحیه ای از فضاست که در آن نیروی گرانش چنان قوی است که هیچ چیز، حتی نور نمی تواند به سرعت کافی برای فرار از قسمت داخلی آن دست پیدا کند. اگرچه سیاهچاله ها نخستین بار تنها در تصورات فیزیک دانان نظری پا به عرصه گذاشتند، امروزه شواهد قطعی بسیاری درباره آنها داریم و تحقیق و پژوهش درباره آنها بخش مهمی از کیهان شناسی معاصر به حساب می آید. اگرچه خود سیاهچاله ها قابل رویت نیستند، اندرکنش آنها با فضای اطرافشان و همچنین تاثیراتی که روی اجرام آسمانی اطرافشان اعم از ستارگان و گازها و غبارها می گذارند، به نحو بارزی قابل آشکارسازی است. نخستین بنیادهای ریاضی مربوط به دیدگاه مدرن درباره سیاهچاله ها در سال 1915 و در کارهای فیزیک دان آلمانی «کارل شوارتزشیلد» گذاشته شدند که معادلات میدان مربوط به نسبیت عام اینشتین را برای یک جرم منزوی بدون چرخش در فضا حل کرد. نسبیت عام اینشتین یک نظریه در مورد انحنای فضازمان در اطراف اجرام است که گرانش را به هندسه فضا-زمان مرتبط می کند. بنا بر این نظریه هرچه میزان جرم در ناحیه ای از فضا-زمان بیشتر باشد میزان خمیدگی فضا زمان بیشتر خواهد بود. در فضای خمیده اطراف اجرام آسمانی، نور به خط مستقیم سیر نمی کند؛ درواقع از آنجا که این نظریه از هندسه نااقلیدسی برای توصیف فضا استفاده می کند خط سیر مستقیم در این نظریه از لحاظ درک عادی ما خمیده است. در این نظریه، ماده به فضا-زمان خمیدگی و نحوه و میزان آن را می دهد و فضا-زمان خمیده به نور و ماده مسیر حرکت. حال اگر با اجرام بسیار بسیار بزرگ که در ناحیه ای بسیار کوچک جا گرفته اند طرف باشیم، خمیدگی فضا-زمان چنان زیاد خواهد بود که فیزیک دانان برای توصیف آن از مفهوم تکینگی (singularity) استفاده می کنند. چیزی نزدیک به این حالت (و نه دقیقا خود آن) در سیاهچاله ها رخ می دهد. هر سیاهچاله توسط کره ای احاطه شده است که افق رویداد آن نامیده می شود. شعاع این افق رویداد از فرمول شوارتزشیلد به دست می آید و برابر با فاصله ای از مرکز سیاهچاله است که از آنجا سرعت فرار از گرانش سیاهچاله برابر با سرعت نور باشد. این افق رویداد درواقع یک مرز مشخص فیزیکی مانند سطح سیارات و ستاره ها نیست، بلکه یک تعریف ریاضیاتی است. شعاع این کره افق رویداد برای تمام اجرام قابل محاسبه است. برای مثال اگر تمام جرم کره زمین در یک نقطه فشرده شود شعاع افق رویداد آن برابر با 9 میلی متر خواهد بود، درحالی که اگر این شعاع را برای خورشید محاسبه کنیم به عددی حدود سه کیلومتر می رسیم. از آنجا که هیچ چیز نمی تواند با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت کند، هرچه در داخل افق رویداد یک سیاهچاله است تا ابد داخل آن باقی خواهد ماند. به دلیل وجود همین افق رویداد هیچ گونه اطلاعاتی نمی تواند از داخل سیاهچاله ها به بیرون درز کند؛ چراکه اطلاعات باید توسط متحرکی مثل نور از جایی به جای دیگر برود و هیچ چیز از سیاهچاله بیرون نمی آید تا در مورد محتویات داخل آن چیزی را برای ما آشکار کند. به همین دلیل در مورد سیاهچاله ها (به غیر از فاصله ای که با ما دارند و کهکشان میزبان شان) تنها دو خاصیت قابل گزارش دیگر وجود دارد که عبارت اند از جرم و اسپین (که مربوط به سرعت چرخش سیاهچاله به دور خود است). بنابراین سیاهچاله ها به هر روشی که ایجاد بشوند در همه چیز شبیه به هم هستند مگر در جرم و اسپین. سیاهچاله های چرخنده (دارای اسپین) اشیا را نه فقط مستقیما به سمت مرکز بلکه حول محور چرخش خود می کشند. معادلات میدان مربوط به سیاهچاله های دارای اسپین 50 سال بعد از ارائه نظریه نسبیت در سال 1965 توسط «روی کر» دانشمند نیوزیلندی حل شدند. به طور کلی تفاوتی که میان سیاهچاله های دارای چرخش (کر) و سیاهچاله های بدون چرخش (شوارتزشیلد) وجود دارد این است که این گونه سیاهچاله ها چاه پتانسیل گرانشی قوی تری دارند و هرچه میزان اسپین بیشتر باشد سیاهچاله نسبت به سیاهچاله های دارای جرم مشابه بدون چرخش، منبع انرژی قوی تری خواهد بود. بنابراین رفتار سیاهچاله های شوارتزشیلد تنها وابسته به میزان جرم آنهاست، اما رفتار سیاهچاله های کر علاوه بر جرم به سرعت چرخش آنها نیز وابستگی دارد. اما خود این سرعت چرخش سیاهچاله ها نمی تواند تا بی نهایت بالا برود و یک حد نهایی دارد که توسط جرم سیاهچاله مشخص می شود؛ هرچه جرم یک سیاهچاله بیشتر باشد حد سرعت چرخش آن نیز بالاتر می رود. در اطراف سیاهچاله های چرخنده علاوه بر افق رویداد یک ناحیه دیگر هم وجود دارد که ارگوسفر (ergosphere) نامیده می شود و شامل بخشی از فضاست که همراه سیاهچاله می چرخد. این قسمت از فضای اطراف سیاهچاله از این جهت اهمیت دارد که انرژی می تواند از آنجا خارج شود؛ زیرا ماده موجود در آن همراه با فضای در حال چرخش به حرکت درمی آید و از سویی مانند ناحیه داخل افق رویداد خروج از این ناحیه غیرممکن نیست. آنچه ما ممکن است از یک سیاهچاله ببینیم در واقع دیسکی شامل گازها، گردو غبار و باقی مانده های ستاره هاست که با سرعت بسیار بالا دور سیاهچاله در حال گردش هستند و به دلیل انرژی بسیار زیاد و برخوردهایی که با هم دارند، به حالت پلاسما درمی آیند. در دو تصویری که تاکنون از سیاهچاله ها منتشر شده اند، این حلقه اطراف سیاهچاله به رنگ نارنجی قابل رویت است. وجود این محیط سرشار از گردوغبار و گازها و سایر اجرام در اطراف سیاهچاله ها باعث می شود استفاده از رادیوتلسکوپ ها برای رصد آنها معقول ترین گزینه باشد؛ زیرا امواج رادیویی برخلاف امواج مرئی بسیار کمتر از گردوغبار و گازهای اطراف اجرام کیهانی متاثر می شوند و امروزه تکنولوژی های به نسبت خوبی برای بالابردن وضوح تصاویری که از رادیوتلسکوپ ها به دست می آیند، در اختیار داریم.

انواع سیاهچاله ها

بنا بر نظر کیهان شناسان، دست کم چهار نوع از این هیولاهای وهم انگیز تاریک در کیهان قابل تصور است که عبارت اند از: سیاهچاله های جرم-ستاره ای (stellar-mass black hole)، سیاهچاله های میانه جرم (intermediate-mass black hole)، سیاهچاله های کلان جرم و (supermassive black hole) و سیاهچاله های سرآغازین (primordial black hole). از میان این چهار نوع سیاهچاله، سیاهچاله های جرم-ستاره ای بهتر از همه شناخته شده اند. این سیاهچاله ها زمانی به وجود می آیند که ستاره های سنگین به انتهای عمر خود می رسند و طی یک فرایند فروپاشی به درون خود منفجر می شوند. فعل انگلیسی مورد استفاده برای این فروپاشی فعل implode است که معادل دقیق فارسی ندارد، ولی به طور تقریبی معادل انقباض ناگهانی به ابعاد بسیار کوچک است. اگر ستاره در حال فروپاشی بین هشت الی 20 برابر جرم خورشید ما را داشته باشد تبدیل به یک سیاهچاله نخواهد شد و به جای آن ماده تشکیل دهنده آن طی یک فعل و انفعال نسبتا ناگهانی منفجر شده و تشکیل یک ابرنواختر (supernova) می دهد. اما اگر جرم ستاره بیش از 20 برابر جرم خورشید باشد هسته ستاره به اندازه کافی قوی نخواهد بود که جلوی انقباض را بگیرد و در این حالت تشکیل سیاهچاله حتمی است. بسته به جرم ستاره اولیه سیاهچاله تشکیل شده می تواند جرمی معادل صد برابر (یا بیشتر) جرم خورشید داشته باشد. سیاهچاله های میان جرم چنان که از نامشان پیداست، جرمی بین سیاهچاله های جرم-ستاره ای و سیاهچاله های کلان جرم دارند. این نوع سیاهچاله ها از پدیده های نادر کیهان به شمار می روند و گفته می شود تشکیل آنها بر اثر به هم پیوستن چند سیاهچاله جرم-ستاره ای رخ می دهد. چنین به هم پیوستنی در نقاط بسیار متراکم کهکشان ها امری عادی به حساب می آید، اما یک روال مستقیم و سریع ندارد. اجرام آسمانی در حین پیوستن به هم به نحوی به دور هم چرخ می زنند و بعد از یک رقص دوتایی طولانی روال پیوستن آنها کامل می شود. بعد از چند مرحله به هم پیوستن این اجرام، هیولایی با جرمی معادل صد الی یک میلیون برابر خورشید ما ایجاد می شود؛ هرچند حدود بازه جرم سیاهچاله های میانه جرم هنوز مورد مناقشه محققان است. در دهه های اخیر شواهدی مبنی بر وجود چنین سیاهچاله هایی یافته شده است. در مورد نحوه تشکیل سیاهچاله های کلان جرم نظریه های متعددی مطرح است. بنا بر یک نظریه، هسته اولیه یک سیاهچاله از جایی در یک کهکشان با «بلعیدن» اجرام دیگر تا حدی بزرگ می شود که نهایتا بر اثر سنگینی زیاد به مرکز کهکشان می رود. دو سیاهچاله ای که تاکنون توسط مجموعه تلسکوپ های افق رویداد رصد شده اند از نوع اخیر هستند. چهارمین نوع سیاهچاله ها سیاهچاله های سرآزین هستند که گمان می رود در مراحل اولیه تشکیل کیهان پس از انفجار بزرگ به وجود آمده باشند. گمان می رود آنها در ثانیه اول پس از انفجار بزرگ و قبل از تشکیل کهکشان ها، زمانی که هنوز کیهان ناهمگن بود، به وجود آمدند. بنا بر نظر کیهان شناسان، با توجه به زمان تشکیل شان این گونه سیاهچاله ها می توانند تا صدهزار برابر جرم خورشید ما جرم داشته باشند.

سیاهچاله مرکز کهکشان ما

مرکز کهکشان راه شیری پر از ستاره ها و سایر اجرام کوچک و بزرگی است که با سرعت و جنب وجوش فراوان در حال گردش به دور مراکز مختلف هستند. دانشمندان با دقت بر روی مسیر و سرعت این ستاره ها در مرکز کهکشان به بررسی وجود احتمالی سیاهچاله های کلان جرم در آن ناحیه می پردازند. یکی از اتفاقات علمی مهم در رابطه با سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری اعطای جایزه نوبل فیزیک سال 2020 به سه دانشمند در رابطه با کارهایشان در مورد سیاهچاله ها بود. یکی از این سه دانشمند «راجر پنروز» است (برنده نیمی از جایزه) که کارهایش در ریاضیات و فیزیک نظری و همچنین نظریه مناقشه برانگیزش درباره ارتباط مکانیک کوانتومی و آگاهی در محافل علمی جهانی مشهور است. نیم دیگر جایزه به دو دانشمند دیگر به نام های «آندریا گز» و «راینهارد گنتسل» به خاطر کشف و اندازه گیری جرم یک مرکز پرقدرت امواج رادیویی در مرکز کهکشان راه شیری (که حالا دقیقا می دانیم همان سیاهچاله کلان جرم کمان ای* است) اعطا شد. خانم «گز» که چهارمین زن برنده جایزه نوبل هم هست، به مدت نزدیک به سه دهه بر روی حرکت ستاره ها در مرکز کهکشان راه شیری کار کرده است. به طور خاص استفاده از تکنیک های عکس برداری دارای وضوح فضایی بالا مانند اپتیک تطبیقی (adaptive optics) در تلسکوپ های کک (Keck telescopes) او را قادر کرد تا بر روی حرکت شناسی منطقه تشکیل ستاره ها در مرکز کهکشان راه شیری مطالعه کند. نتایج مطالعات او کمک مهمی به روال کار گروه علمی دکتر «گنتسل» کرد که بر روی مسائل مشابهی کار می کردند. مطالعات این دو دانشمند نشان می داد جرمی به اندازه حدود چهار میلیون برابر جرم خورشید در ناحیه مورد بررسی از صورت فلکی کمان وجود دارد. اولین توضیحی که برای چیستی چنین جرم بزرگی به ذهن دانشمندان می رسید، وجود یک سیاهچاله کلان جرم بود. اما حصول اطمینان از درستی این توضیح تا زمان انتشار مقالات گروه دانشمندان افق رویداد در ماه می 2022 به تعویق افتاد. شش مقاله مذکور که پس از پنج سال کار محاسباتی روی نتایج حاصل از رصد رادیویی سیاهچاله * Sgr A منتشر شدند درواقع به صورت قطعی به ما نشان دادند آنچه جرم آن قبلا اندازه گیری شده بود، درواقع یک سیاهچاله کلان جرم است. بنا بر یافته های گروه دانشمندان افق رویداد این سیاهچاله کلان جرم که در فاصله حدود 26 هزار سال نوری از زمین قرار دارد، دارای شعاعی حدود 52 میلیون کیلومتر است. محور چرخش این سیاهچاله تقریبا رو به زمین است. در مقام مقایسه می توان گفت سیاهچاله کلان جرم *M87 با جرمی حدود 6.5 میلیارد برابر جرم خورشید حدود 1500 برابر سنگین تر از سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری است، اما از آنجایی که این سیاهچاله در فاصله حدود 55 میلیون سال نوری از ما قرار دارد، اندازه ظاهری آن تقریبا شبیه به سیاهچاله *Sgr A است (شکل شماره 3).

تلاش های ما برای مطالعه سیاهچاله ها دلایل علمی فراوانی دارد. ازجمله مهم ترین این دلایل این است که این هیولاهای رازآمیز درواقع شامل محیط حدی بسیار عجیب و غریب هستند که در هیچ جای دیگر نظیر آن وجود ندارد و بررسی آنها از این جهت کمک فراوانی به فهم رفتار فضا-زمان و ماده در شرایط بسیار حدی می کند. از مهم ترین پروژه های کلان فیزیک معاصر، دستیابی به یک نظریه فراگیر برای یکپارچه سازی ساحت های مختلف فیزیک اعم از نسبیتی و کوانتومی است. شواهد نظری و مشاهداتی نشان می دهند مطالعه سیاهچاله ها علاوه بر فراهم کردن اطلاعات و بصیرت های ارزشمند درباره ساختار کیهان، می تواند به دانشمندان در مسیر رسیدن به این نظریه وحدت یافته به طرزی چشمگیر یاری برساند. تصویربرداری از سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری و همین طور موفقیتی که در تصویربرداری از سیاهچاله مرکزی کهکشان مسیه 87 حاصل شد در کنار نخستین آشکارسازی امواج گرانشی در رصدخانه امواج گرانشی (LIGO) که برای نخستین بار در سال 2016 گزارش شد، جدا از ارزش علمی و پژوهشی بی نظیرشان، مجموعا سه موفقیت بسیار بزرگ برای نظریه نسبیت عام اینشتین نیز به حساب می آیند؛ زیرا هسته نظری تمام این اکتشافات در فیزیک نسبیتی ریشه دارد که بنیان گذارش «اینشتین» است. نکته بسیار مهم دیگر وجه تکنولوژیکی این اکتشافات است. دانشمندانی مثل «اینشتین» و «شواتزشیلد» تنها با استفاده از ذهن نابغه و دانشی که از ریاضیات داشتند، سخن از پدیده هایی مثل امواج گرانشی و انحنای فضا-زمان به میان آوردند، اما امروزه بعد از بیش از صد سال، گروه های بزرگ دانشمندان و مهندسان از ده ها کشور با توجه به پیشرفت تکنولوژی های مختلف قادرند آن پدیده ها را آشکارسازی و گاهی مشاهده کنند. این نکته بار دیگر نشان می دهد علم و تکنولوژی در دوران ما در واقع یک پدیده واحد هستند که توسط برخی از فیلسوفان تکنوساینس نامیده می شود.شرق

نقش نامرئی ستارگان تاریک بر پرده نقره ای سینما

عبور سیاهچاله ها از مرز تخیل

دکتر عبدالرضا ناصرمقدسی

سیاهچاله ها به عنوان یکی از پیچیده ترین و در عین حال مرموزترین اجرام آسمانی همواره مورد توجه بوده اند و هر خبری درباره آنها به سرعت در صدر اخبار قرار می گیرد. خبر مربوط به انتشار عکس سیاهچاله بزرگ مرکز کهکشان راه شیری نیز یکی از مهم ترین این اخبار است. اینکه بتوانیم بفهمیم سیاهچاله ها چه شکلی هستند، برای همه افراد علاقه مند به کیهان شناسی بسیار مهم است. حالا به مدد کار بزرگ دانشمندان ما توانسته ایم این اجسام گریزان از دیدن را به تصویر بکشیم، اما همان طور که بارها در تحلیل فیلم های  علمی -تخیلی نوشته ام، سینما و تخیل بشری فراتر از علم درحال حرکت است و بسیاری از جنبه هایی را که علم قادر به ورود به آنها نبوده، بررسی کرده است. بی شک اجرام مرموزی مانند سیاهچاله ها از این مورد مستثنا نیستند. اما شاید بیش از آنکه تصویر سیاهچاله در این آثار مدنظر باشد، آن چیزی که در ورای آن اتفاق می افتد، مورد توجه کارگردانان سینما بوده است. هرچند باید توجه داشت که مثلا «کریستوفر نولان» سعی کرده در فیلمی مانند میان ستاره ای، دیدی علمی نسبت به سیاهچاله داشته باشد و آن را منطبق بر احکام فیزیک به تصویر بکشد، ولی در نهایت چیزی که امروز به نام سیاهچاله می بینیم با چیزی که در این فیلم به نمایش گذاشته شده، متفاوت است. موضوعی که کاملا هم طبیعی است؛ زیرا چنین اجرام گریزان از دیدن باید مورد حدس و گمان های زیادی نیز باشند. ما نمی دانیم در ورای این سیاهچاله ها چیست، آنها به کجا گشوده می شوند و چه بلایی بر سر اجرامی می آید که درون یک سیاهچاله بلعیده می شوند. آیا همان طور که «لی اسمولین» در نظریه پیشروانه خود یعنی انتخاب طبیعی کیهانی بیان می کند، سیاهچاله ها دریچه ای به جهان های نوزاد محسوب می شوند یا نه، سیاهچاله ها مانند مسیری به جانب دیگری از کیهان هستند؟ اینها موضوعاتی است که فرصت بسیار مناسبی برای فیلم های علمی -تخیلی به وجود می آورد. در اینجا نیز به دو تا از فیلم های علمی -تخیلی می پردازیم که همین موضوع را دستمایه کار خود قرار داده اند.

1- فیلم میان ستاره ای اولین فیلم مورد بحث ماست. اگر علاقه مند به ژانر علمی -تخیلی باشید، حتما این اثر درخشان «کریستوفر نولان» را دیده اید. داستان با خانواده ای گرفتار در زمین آخرالزمانی آغاز می شود. پدر خانواده (کوپر) که الان یک کشاورز است، زمانی خلبان ماهری بوده و به بسیاری از امور مهندسی و پرواز وارد و مطلع است. او و دخترش (مورف) با نشانه های غیرمعمولی روبه رو می شوند. «کوپر» پی می برد که این نشانه ها بیانگر مختصات یک محل است. وقتی مختصات را دنبال می کند، به مکانی مخفی می رسد که درواقع همان باقی مانده ناسا است. اینجاست که همه چیز عوض می شود. همه از او می خواهند که با سفینه پرواز کرده و به دنبال آن سه دانشمند قبلی وارد کرمچاله شود. سرانجام با وجود مخالفت های شدید دخترش، کوپر تصمیم می گیرد به این سفر برود. او همراه با یک زیست شناس به نام «آملیا» و یک دانشمند دیگر از درون کرمچاله رد می شوند. در این عبور با آنها -یعنی همان بیگانگانی که این کرمچاله را برای نجات انسان ها ساخته اند- دیدار می کنند. بعد سراغ اولین سیاره می روند که جز موج های عظیم و نابودی چیز دیگری ندارد. آنها به دلیل قوانین نسبیت و تفاوت زمانی، وقت زیادی ندارند و فقط می توانند از دو سیاره باقی مانده یکی را انتخاب کنند. حال یک دوراهی به وجود می آید؛ آیا باید به تماس رسیده از یک دانشمند بزرگ اعتماد کنند یا عشقی که درون آملیا وجود دارد؟ کسی که آملیا عاشق اوست و بر مبنای عشق می گوید که هیچ گاه اشتباه نمی کند، به سیاره دیگر رفته است. کوپر اما دانشمند بزرگ را انتخاب می کند؛ انتخابی که اشتباه است و بهای سنگینی دارد. آنها به زحمت از دست دانشمندی که فقط برای نجات خود دست به ارسال پیام از یک سیاره یخی کرده، فرار می کنند. حالا فقط یک سیاره باقی می ماند و فقط یک نفر می تواند راهی آن سیاره شود. اینجا در یکی از زیباترین صحنه های فیلم، افق رویداد سیاهچاله به زیباترین شکل تصویر می شود. البته باید توجه داشت که در این فیلم مفهوم کرمچاله و سیاهچاله با هم ترکیب شده است. از طرفی آنچه به تصویر کشیده می شود، افق رویداد سیاهچاله است و آنچه ساخته شده یک کرمچاله دست ساز انسان هاست. موضوعی که جزئی از سرشت چنین آثاری محسوب می شود و هیچ اشکالی نیز ندارد. کوپر درون کرمچاله می افتد و آملیا راهی سیاره می شود. در کرمچاله، کوپر با ساختار عجیبی روبه رو می شود که انگار زمان ها را به هم وصل می کند. او از درون این ساختار گذشته خود را می بیند. اینجاست که متوجه می شود آنهایی که این کرمچاله را ساخته اند، نه بیگانگان فضایی بلکه آیندگان نوع بشر هستند. انگار انسان با اتصالی زمانی، آینده خود را به گذشته اش پیوند داده است. یک جور گردونه فضا-زمانی که انسان را به خودش متصل می کند. یک تجربه غیرقابل وصف. از سوی دیگر بازگشت از آینده به گذشته، لاجرم ما را به بازخوانی گذشته خود فرامی خواند. بازخوانی ای که معلوم نیست نتیجه ای داشته باشد. درواقع فیلم به ما نمی گوید که آینده چه تاثیری می تواند بر گذشته داشته باشد. اینکه یک سیاهچاله ما را نه به کیهانی دیگر بلکه به ساحت زمانی دیگری از خودمان وصل کند، موضوع قابل توجهی است. در گرانش بسیار بالای یک سیاهچاله که همه چیز را در هم فرومی ریزد، شاید ساحت های زمانی نیز به هم بخورد و ما را با جنبه های پنهان و مستتری از خود روبه رو کند؛ موضوعی که در هیچ یک از نظریه های کیهان شناسی نیامده ولی سزاوار توجه است.

2- فیلم دومی که باز از منظری کاملا متفاوت به موضوع نگریسته، فیلم «افق رویداد» است. «افق رویداد» نام یک سفینه است؛ سفینه ای که برای تحقیق راهی ستاره پروکسیما قنطورس شده ولی به شکل رازآمیزی در کنار نپتون ظاهر می شود. فیلم هم درست از همین جا شروع می شود. از جایی که گروهی دیگر از دانشمندان به همراه سازنده سفینه افق رویداد، دکتر «ویلیام ویر»، راهی نپتون می شوند تا بفهمند چه بر سر سفینه آمده است. این سفینه حامل یک دستگاه ویژه است؛ دستگاهی که می تواند یک سیاهچاله مصنوعی بسازد تا به وسیله آن سفینه از یک سوی فضا به سوی دیگری برود. فیلم از این فرضیه نسبیت عام استفاده کرده که اگر وارد یک سیاهچاله شویم و به فرض اینکه گرانش شدید سیاهچاله ما را از بین نبرد، وقتی از سیاهچاله خارج می شویم، در سوی دیگری از کیهان هستیم. سیاهچاله می تواند مانند یک پل بین دو سوی کیهان عمل کند. اهمیت این سفینه نیز به وجود این دستگاه بوده و نام این سفینه نیز به شکل بسیار هوشمندانه ای از همین دستگاه سیاهچاله ساز گرفته شده است. درواقع سفینه، افق رویداد این دستگاه است و اگر کسی وارد آن شود، دیگر از مخاطرات دستگاه در امان نخواهد بود. گروه تحقیقاتی پس از طی مشقت ها و نیز تحمل مخاطرات بسیار به سفینه افق رویداد می رسند، اما هیچ نشانی از حیات در آن دیده نمی شود. محققان جدید وارد سفینه شده و درواقع از افق رویداد دستگاه عبور می کنند. با ورود به سفینه آنها متوجه می شوند که مسافران سفینه به طرز بسیار فجیعی کشته شده اند. آنها سفینه را به دنبال کشف علت حادثه جست وجو می کنند تا اینکه پس از گذشتن از دالانی عجیب به دستگاهی می رسند که همان سازنده سیاهچاله است. آنها هیچ حسی نسبت به این موضوع که سیاهچاله می تواند آنها را به کجا ببرد، نداشتند. بهتر است کمی در اینجا توقف کنیم و انتظارات خود را از یک سیاهچاله بیان کنیم. سیاهچاله اگرچه یکی از ساختارهای اعجاب انگیز طبیعت است اما تماما از قوانین فیزیک تبعیت می کند. پس اگر کاری نیز انجام دهد در محدوده قوانین این جهان خواهد بود و این همان نکته ای است که فیلم «افق رویداد» از آن عبور می کند. یکی از محققان (جاستین) که درحال جست وجو داخل سفینه بود، وقتی با دستگاه روبه رو می شود، از ماده سیاه و سیالی که در برابرش قرار داشت، کنجکاوانه عبور می کند. وقتی بازمی گردد از شدت ترس و وحشت آنچه در دیگرسوی این سیاهچاله دیده بود، به یک حالت نباتی فرومی رود و وقتی از این حالت خارج می شود، دست به خودکشی می زند. بقیه کارکنان گذشته خود را به شکلی بسیار وحشتناک می بینند؛ یکی همسرش را می بیند که از دو چشمش خون می ریزد و دیگری پسرش را با زخم های بسیار روی اندام هایش مشاهده می کند. انگار قوه ادراک آنها برای عذاب شان هزاربرابر شده است. کمی نمی گذرد که بیننده احساس می کند آنچه شاهد است، وقوع جهنم در داخل سفینه است. سیاهچاله ای که دستگاه ساخته آنها را نه به آن سوی کیهان بلکه به جهنم با تمام عذاب هایش متصل کرده است. آنها حتی به ویدئویی از ساکنان قبلی سفینه دست می یابند که نشان می دهد روح آنها تا چه اندازه شیطانی شده بود و چگونه همدیگر را دریدند و از بین بردند. از اینجا به بعد بیشتر شاهد کشمکشی ترسناک در سفینه هستیم. کشمکشی که در نهایت با انفجار سفینه و نجات دو نفر از مسافران به پایان می رسد. فیلم واقعا ایده خلاقانه ای را در خود دارد و سوال های مهمی را نیز مطرح می کند؛ آیا دستگاه مسافران را به عالم ماورا وصل کرده یا نه، عالم ماورا یا آنچه در اینجا دوزخ نامیده می شود، جایی دیگر در کیهان ماست؟ سیاهچاله می تواند شگفت انگیزتر از چیزی باشد که ما انتظار داریم، پس باید تخیل مان را ادامه دهیم و منتظر هم اخبار جدید علمی و هم آثار جدید سینمایی درباره آن باشیم.شرق 

نقش سیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری بر سرگذشت سیاره زمین

از سیاهچاله تا زمین

با انتشار نخستین تصویر از غول نامرئی هسته کهکشان راه شیری در رسانه ها و برملا شدن رازهایی از این موجود عجیب که در فاصله حدود 26 هزار سال نوری از ما قرار دارد، سوال هایی در ذهن علاقه مندان به سیاهچاله ها شکل گرفته که البته پاسخ بیشتر آنها در میان کتب و مقالات اخترفیزیکی به چشم می خورد. مسیر حرکت منظومه شمسی یا بهتر بگویم مدار خورشید در این اقیانوس پرستاره و مملو از گاز غبار، چگونه به رفتار سیاهچاله مرکزی راه شیری گره خورده است؟ هرچند فاصله 26 هزار سال نوری، چند برابر تاریخ تمدن بشری است و نگاه به سیاهچاله مرکزی کهکشان مانند خواندن روزنامه ای است که در شهر پکن در کشور چین است و ما سعی داریم آن را از تهران مطالعه کنیم! اما در دنیای کهکشان راه شیری، همه چیز می تواند به هم مربوط باشد؛ حتی رقص سیاهچاله هسته کهکشان و ستارگان اطرافش بر داستان زندگی در سیاره زمین.

1 شاید این جمله دور از ذهن باشد که هر آنچه از کهکشان می بینیم و می دانیم، حدود 20 درصد از ماهیت واقعی آن است. دنیای قابل دید که شامل عناصر شناخته شده و انرژی های چهارگانه (الکترومغناطیس، انرژی قوی و ضعیف هسته ای و گرانش) است، در حدود یک پنجم جرم کهکشان را تشکیل می دهد و تقریبا 80 درصد این غول بزرگ کیهانی از ماده ای مرموز با نام ماده تاریک (تاریک به معنای ناپیدا و غیرقابل تشخیص) تشکیل شده است. این ماده ناپیدا نقش بسیار مهمی در استخوان بندی کهکشان راه شیری و در ادامه، مدار خورشید دارد. شاید در ظاهر حضور یا عدم حضور یک ستاره در فاصله چند هزار سال نوری، بی اهمیت به نظر برسد، اما از ترکیب ماده تاریک و ساختارهای درون کهکشان و با اضافه کردن چاشنی زمان، شاهد پیدایش نوع خاصی از کهکشان های مشابه با راه شیری هستیم که اجزای آن با یکدیگر در اتباط هستند. به نظر می رسد کهکشان های مارپیچی دارای مناسب ترین ساختار برای پشتیبانی از منظومه های مستعد حیات است (و در ادامه به آنها خواهیم پرداخت)، ماه عسل برهمکنش همه اجزای کهکشان است.

2 شاید تصاویر زیادی را به صورت نمادین از کهکشان راه شیری دیده باشید. یک دایره یا بیضی در مرکز و دو یا چند ساختار کمانی شکل که از درون آن به بیرون حرکت کرده و مارپیچ گونه گسترده شده اند. این ساختار برگرفته از نوع خاصی از کهکشان ها با نام کهکشان های مارپیچی است که دهه های اخیر شناخت حدودی از آنها صورت گرفته است. کهکشان آندرومدا که در همسایگی راه شیری قرار دارد و بسیاری از کهکشان های عالم نیز از این نوع هستند و در اصطلاح به آنها «کهکشان های مارپیچی» گفته می شود. این دسته از کهکشان ها بسیار مورد علاقه اخترزیست شناسان هستند و بسیاری، آنها را مستعدترین نوع کهکشان برای پیدایش حیات می دانند که البته پیشینه بسیار جذابی نیز دارند. به نظر می رسد پیدایش آنها به صدها میلیون سال اولیه عالم بازمی گردد؛ زمانی که در کیهان ستارگان غول پیکر نخستین از بین می رفتند و در انتهای عمر خود اولین سیاچاله های عالم را تشکیل می دادند. جهان نخستین، بسیار متراکم و داغ بود و پس از تشکیل اولین سیاهچاله ها در صدها میلیون سال نخست عالم، توده های عظیمی از گاز و غبار و البته ماده تاریک پیرامون شان تجمع یافته و مبدل به هسته های کهکشانی شدند. این نوع از کهکشان ها هرگز برخورد جدی و شدیدی با کهکشان های دیگر نداشته اند و پس از تشکیل شان، تنها خوشه های ستاره ای یا کهکشان های کوتوله پیرامون شان را در مدار خود به دام انداختند، اما با آنها برخورد نمی کردند. به عبارت دیگر کهکشان مارپیچی در قلب خود میراثی از روزهای نخستین عالم دارد. گردشی یکنواخت و تاثیرات ماده تاریک، ساختار زیبا و در عین حال پر رمز و راز بازوها را شکل می دهند. درصد بالایی از ستارگان در عین حال که حرکت بی نظم و کاتوره ای دارند، اما در شعاع ده ها هزار سال نوری، حالت صفحه ای شکلی به خود می گیرند. دیگر کهکشان هایی که از نوع بیضی شکل (تخم مرغی شکل) یا نامنظم هستند، گذشته پرفرازونشیبی داشته اند. در این دو نوع کهکشان شاهد برخورد و تصادم هایی در گذشته آنها هستیم. ساختار این دسته کهکشان، دیسکی شکل نیست و از همه مهم تر، حرکات ستارگان می تواند در هر جهتی باشد. سیاهچاله های مرکزی آنها بسیار بزگ تر و پرجرم تر از راه شیری است و گاهی مجموعه ای از چند ابرسیاهچاله پرجرم هستند. به این معنا که ستارگان دائما نسبت به یکدیگر دور و نزدیک می شوند. گاهی این نزدیکی به قدری شدید است که می تواند بر مدار سیاراتی که به دور این ستارگان می گردند، تاثیرگذار باشند. به بیان دیگر ممکن است سیاراتی در میان ستارگان دادو ستد شوند! این موضوع به هیچ وجه برای پیداش حیات مطلوب نیست. به نظر می رسد کهکشان های غول پیکری همچون M87 که در سال 2019 اولین تصویر از سیاهچاله مرکزی آنها ثبت شد (درواقع نخستین تصویر از سیاهچاله نیز به شمار می رود)، مورد نامطلوبی از کهکشان ها برای جست وجوی حیات باشند. بنابراین سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری آنقدر پرجرم نبوده که تا امروز مسبب تصادم های بزرگ کیهانی با دیگر کهکشان ها شود. هرچند این دوران خوش در میلیاردها سال آینده به پایان می رسد و راه شیری حدود هفت میلیارد سال آینده با کهکشان همسایه خود، آندرومدا برخورد خواهد کرد. در این برخورد که ممکن است میلیاردها سال به طول انجامد، برخی از ستارگان و توده های گاز غبار فشرده و متراکم می شوند. اما بیشتر ساختار دو کهکشان دستخوش تغییرات جدی شده و بازوهای آن از میان می روند تا درنهایت پس از زمان نسبتا طولانی، کهکشان بزرگتر و جدیدی را شکل دهند. کهکشانی به وجود خواهد آمد که محیط خطرناکی دارد و ستارگان در مدارهای ناهمگون گردش می کنند و در مدار سیارات یکدیگر اختلال ایجاد می کنند. این آینده هرچند ترسناک و غیرقابل تصور است، اما پس از مرگ خورشید روی خواهد داد و تا آن زمان فرصت زیادی باقی است.

3 هم اکنون در کهکشان خودمان که مدار ستارگان متاثر از ساختار سیاهچاله مرکزی و ماده تاریک است، شاهد پیکره باشکوهی از جنس گاز و غبار و ستاره های رنگارنگ هستیم. کهکشان ما امن بوده و هست. این امنیت به خاطر ساختار مارپیچی آن است. برخلاف تصور عموم مردم، بازوها در کهکشان های مارپیچی، جریان های گردابی شکل از ستارگان نیستند که به هسته منتهی شده باشند. هسته کهکشان و سیاهچاله مرکزی نیز مثل یک فرفره باعث گردش آنها نشده اند. همه چیز در یک نظم زنجیروار به یکدیگر مرتبط و با ثبات است. جالب تر اینکه حجم ستارگان و گاز و غبار در بازوهای کهکشان تنها پنج درصد بیشتر از مناطق کم نورتر بین بازوهاست. پس تفاوت این حجم از درخشش در لایه های مختلف کهکشان چیست؟ اگر کهکشان مارپیچی تقریبا همگن است، چرا ما شاهد ساختارهای مارپیچی درخشان تری در بخش هایی از آن هستیم؟ پاسخ در محدودیت سرعت تاثیرگذاری نیروی گرانش است. با پیدایش کهکشان و پیش از آنکه ماده تاریک مانند امروز در استخوان بندی کهکشان جا خوش کند، همه قسمت ها به صورت هماهنگ شروع به دوران نکردند. گازها در هسته فشرده و متراکم می شدند. تراکم بیشتر چگالی هسته را افزایش می داد و نتیجه آن افزایش سرعت چرخش ستارگان اطراف هسته بود. افزایش سرعت گردش ستارگان به صورت ناگهانی در پهنه کهکشان نمود پیدا نمی کند. لایه به لایه در شعاع 50 هزار سال نوری گسترده می شود تا بالاخره پس از ده ها هزار سال به لبه کهکشان برسد و هسته کهکشان نیز به ثبات برسد و سرعت حرکت اجزای دیسک کهکشان در قسمت های دورتری همچون جایی که ما هستیم نیز یکنواخت شود. این شرایط تنها در روزهای اولیه کهکشان به چشم می خورده و ترافیکی از مواد را در دیسک به وجود می آورد. زمانی که از واژه ترافیک استفاده می کنیم، درحقیقت صحبت از گازهای فشرده شده و پیداش توده های ستاره ای است. این میزان بی نظمی جزئی، جرقه های تشکیل ستارگان جدید و داغ بیشتری در بخش های خاصی از کهکشان را داده است که آنها را بازوهای کهکشان می نامیم. آرام آرام ماده تاریک نیز که چگونگی عملکرد آن هنوز به درستی برای دانشمندان روشن نیست، افسار نیروی گرانش سیاهچاله مرکزی کهکشان را به دست می گیرد. اگر کهکشان را به یک خوردو تشبیه کنیم، سیاهچاله موتور آن است و ماده تاریک مثل شاسی خودرو عمل می کند. بی نظمی ها و ترافیک مواد در روزهای اولیه کهکشان راه شیری در کنار نقش ماده تاریک، مارپیچ های زیبای امروزی آن را شکل داده است. پس می توان با رصد یک کهکشان و پی بردن به ساختار مارپیچی آن، دریافت که امروزه ستارگان در وضعیت ایمنی به دور یکدیگر گردش می کنند. اما این تمام داستان نیست. خورشید اگر در مناطق نزدیک به هسته یا در لبه کهکشان می بود، ما امروزه نیز می توانستیم در سطح زمین میزبان حیات باشیم؟ مطمئنا نه! امکان وجود حیات در سطح سیارات یک منظومه (که در اصطلاح شرایط زیست پذیری نامیده می شود) ارتباط مستقیمی با مکان قرارگیری و چگونگی پیدایش آن ستاره دارد. تمامی مناطق کهکشان راه شیری برای پشتیبانی از حیات مناسب نیستند. مناطق مرکزی هسته کهکشان جای خطرناکی هستند. این خطر از جانب سیاهچاله مرکز آن نیست. چرا تنها در فاصله بسیار نزدیک 70 میلیون کیلومتری از آن، احتمال سقوط در داخل سیاهچاله وجود دارد. چیزی شبیه به فاصله عطارد از خورشید. پس هر آنچه پیرامون هسته کهکشان قرار دارد، در مداری به دور آن گردش می کند. در حقیقت هسته کهکشان و برجستگی مرکز دیسک کهکشان مملو از ستارگانی است که تششعات پر انرژی تولید می کنند و منجر به تجزیه مولکول های زیستی به وجودآمده در سطح سیارات یا در داخل سحابی های غنی از کربن می شوند. از دیگر سو، فاصله نسبتا نزدیک ستارگان با یکدیگر نیز موجب تداخل گرانش آنها با یکدیگر شده که نتیجه آن خارج شدن سیارک ها و دنباله دار های بسیاری از مدارشان است و می توانند با سیارات پیرامون شان تصادم کنند. به بیان دیگر، هسته کهکشان مشابه با وضعیت ستارگان در کهکشان بیضوی همچون M87 است. می توان کهکشان راه شیری را به اقیانوسی از گاز و غبار به قطر کهکشان 110 هزار سال نوری تشبیه کرد که چیزی در حدود 100 تا 400 میلیارد ستاره در آن شناور هستند و در مناطقی همچون هسته کهکشان یا در خوشه های ستاره ای، تراکم ستارگان یک میلیون برابر افزایش می یابد. خورشید نیز به عنوان قطره کوچکی در این اقیانوس قرار دارد، اما با خوش شانسی بسیار زیاد، با فاصله ای در حدود 26 هزار سال نوری از هسته کهکشان و در منطقه نسبتا خلوتی شکل گرفته است. شاید تصور کنید هرچه یک ستاره از هسته کهکشان خود فاصله داشته باشد، ایمن تر است و احتمال وجود سیارات حیات مند و منظومه های باثبات در آن بیشتر است، اما این نیز تصوری اشتباه است.

4 جاذبه خوشه های ستاره ای، غبارها و دیگر اجزای موجود در بازو های کهکشانی می تواند بر پیکر یک سحابی (توده های بزرگ گاز و غبار که زایشگاه ستارگان هستند)، طنین انداز شود و درنهایت منجر به تراکم ماده در برخی از قسمت های آن شود. همچنین اموج ناشی از انفجار های ابر نواختری که بر اثر مرگ ستارگان غول پیکر تا فاصله ده ها سال نوری در پیکره کهکشان طنین انداز شود، با برخورد به سحابی های سرد و تاریک، آنها را متراکم تر و حتی گرم تر کند. چنین وقایعی غالبا در بخش های میانی دیسک کهکشان روی می دهد و نه قسمت های نزدیک به لبه خارجی آن. پس می توان نتیجه گیری کرد که تولد و مرگ ستارگان در بخش های خارجی کمتر روی می دهد و در حقیقت در لبه کهکشان ستاره زایی با آهنگ کندتری روی می دهد. مهم تر از نرخ تولد ستارگان، نسبت ترکیبات موجود در ستارگان و سیارات پیرامون شان، تعیین کننده شکل گیری حیات است. در هسته ستارگان، مجموعه ای از واکنش های همجوشی هسته ای رخ می دهد که نهایتا از ترکیب هسته اتم های سبک مانند هیدروژن یا هلیم، عناصر سنگین تری مانند آهن را به وجود می آورد که پس از مرگ این ستارگان عناصر جدید و سنگین تر در فضا پراکنده می شوند. به بیان ساده در مناطق بیرونی کهکشان، آهنی که در خون و من شما وجود دارد، کربنی که طعم شیرین قند را می سازد، اکسیژنی که تنفس می کنیم یا کلسیمی که استخوان های ما را شکل داده است، بسیار کمیاب است. مرزهای کهکشان مملو از عناصر سبکی همچون هیدروژن و هلیم است. به وجود آمدن عناصر حیات مند در مرزهای کهکشان به کندی رخ می دهد. ابر اولیه ای که خورشید و سیارات آن را پدید آورد، به دلیل جایگاه خاصی که در کهکشان داشته، عناصر متنوعی از نسل های مختلف ستارگان را در خود جمع آوری کرده است و در عین حال، در بخش پرستاره ای از کهکشان حضور نداشته تا گرانش دیگر ستارگان موجب تغییراتی در منظومه شمسی ما شود. به همین دلیل پس از شکل گیری خورشید و منظومه شمسی، مواد خام تشکیل دهنده مولکول های زیستی همچون کربن، اکسیژن، نیتروژن، آهن در سطح زمین یافت شدند و زمین نیز میلیاردها سال در مدار مشخص خود بدون تغییر گردش می کند. جایگاهی که خورشید در آن شکل گرفته (هم از لحاظ تراکم ستاره ای و هم از لحاظ تراکم عناصر سبک و سنگین)، برای شکل گیری حیات ایدئال است. به این بخش از کهکشان راه شیری در اصلاح «کمربند کهکشانی حیات» می گویند.

5 خورشید و همه ستارگان کهکشان در زیر سایه گرانش سیاهچاله مرکزی، رقص کنان در این ساختار بزرگ و باشکوه گردش می کنند. همان گونه که زمین به دور خورشید گردش می کند، خورشید نیز به دور هسته کهکشان در چرخش است. یک دور گردش خورشید به دور هسته کهکشان، 250 میلیون سال طول می کشد. این در حالی است که از انقراض دایناسورها تنها 65 میلیون سال می گذرد و بدان معنا، از آن زمان تا امروز، تنها 20 درصد این مدار را طی کرده ایم. اما این چرخش با چرخش سیارات به دور ستاره ها بسیار تفاوت دارد. به عنوان مثال زمین روی یک مدار گردش می کند. جاذبه هیچ یک از سیارات باعث بالا و پایین رفتن زمین در مدارش نمی شوند. سیارات دیگر تغییری در مدار زمین ایجاد نمی کنند. اما رابطه ستارگان و سیاهچاله هسته کهکشان این گونه نیست. خورشید در همان حال که به دور هسته کهکشان در چرخش است، به دلیل جاذبه ستارگان دیگر از روی مدار خود بالا و پایین می رود و در اصطلاح حرکت سینوسی از خود نشان می دهد. گروه محلی ستارگان پیرامون خورشید به گرد یکدیگر گردش می کنند. فرض کنید شما در یک قایق در حال حرکت نشسته اید و یک سیب را در دست خود به بالا و پایین پرتاب می کنید. شما تنها می بینید که سیب اندکی از دست شما ارتفاع گرفته و دوباره به کف دست تان بازمی گردد، اما ناظری که از ساحل سیب را می بیند حرکت دیگری از سیب را در ذهن خود تجسم می کند. ترکیب حرکت رو به جلوی قایق و بالا و پایین سیب یک مدار سینوسی را ایجاد می کند. خورشید نیز مانند این سیب، در مدار خود بالا و پایین می شود و عامل این حرکت عجیب، گرانش ستارگان مجاور آن است. نکته اینجاست که یک بالا و پایین شدن در مدار برای خورشید حدود پنج میلیون سال طول می کشد. به نظر می رسد که ما هم اکنون در بالاترین قسمت این نوسان قرار داریم و از درون دیسک بیشترین فاصله را داریم. شیرجه خورشید به درون دیسک کهکشان ممکن است هزینه هایی داشته باشد. تصور کنید در داخلی ترین قسمت دیسک کهکشان، گردوغبار بیشتری باشد و این گردوغبار به فضای میان سیارات نفوذ کند. هرچند میزان این غبار ناچیز است، اما اگر فقط یک درصد از نور خورشید را مانع شود، ممکن است شاهد هر تغییر بزرگی در سطح زمین باشیم، همچون عصر یخبندان یا سرمای شدید. گرانش هسته کهکشان و سیاهچاله مرکزی آن بر پیرامون خود تاثیر می گذارد و این تاثیر دومینووار به سمت لبه کهکشان حرکت می کند. هرچند از زمان بروز یک اتفاق در هسته کهکشان تا دیده شدن آن توسط بشر، بیش از 36 هزار سال زمان نیاز است، اما بشر به معنای واقعی کلمه در برابر هر اتفاقی آسیب پذیر و ناتوان است. با این حال، کهکشان راه شیری بیشتر از آنکه روی تند و خشن خود را به ساکنان زمینی نشان دهد، حامی آنها بوده و همچون خانه ای امن در کیهان پرتلاطم، از منظومه شمسی و ساکنان آن حمایت کرده است.شرق

اسکندر مختاری طالقانی در گفت و گو با «شرق» از قنات های شهری می گوید

مدیریت شهری باید با زیست بوم ما سازگار باشد

دکتر اسکندر مختاری طالقانی پژوهشگر شناخته شده حوزه معماری و میراث فرهنگی است که همواره در شوراهای مشورتی در مدیریت شهری و کمیته های میراث فرهنگی حضور فعال داشته است. او همچنین پس از زلزله بم مسئولیت پایگاه مرمت ارگ بم را به مدت شش سال بر عهده داشته و تالیفات متعددی در حوزه میراث فرهنگی و معماری دارد. «شرق» با او در رابطه با قنات ها و تجدید حیات آنها در زیست امروز به گفت وگو