مجله علم روز || ScienceToday

«دانشمند، طبیعت را به خاطر فایده‌اش مطالعه نمی‌کند، آن را برای این مطالعه می‌کند که از آن لذت می‌برد و چون طبیعت زیباست از آن لذت می‌برد. اگر طبیعت زیبا نبود، ارزش شناختن نداشت و اگر طبیعت ارزش شناختن نداشت، زندگی هم ارزش زیستن نداشت. البته، من در اینجا از آن‌گونه زیبایی که حواس را متأثر می‌کند، یعنی از زیبایی اوصاف و ظواهر، سخن نمی‌گویم؛ نه به این جهت که این زیبایی‌ها را دست کم بگیرم، نه چنین نیست، اما این زیبایی ربطی به علوم ندارد، منظورم زیبایی ژرف‌تری است که از نظم هماهنگ اجزا بوجود می‌آید و تنها هوش ناب قادر به درک آن است.» - هنری پوانکاره @ScienceTodaymag

چرا ممکن است مجبور شویم اساسی‌ترین قانون کیهان‌شناسی را کنار بگذاریم؟ در کیهان‌شناسی، یک اصل وجود دارد که بر همه قوانین دیگر فرمان‌روایی می‌کند؛ اصلی که به‌ درستی «اصل کیهان‌شناختی» (Cosmological Principle) نامیده شده است. این اصل تأکید دارد که در جهان هیچ نقطهٔ ویژه‌ای وجود ندارد؛ یعنی در مقیاس‌های به اندازه کافی بزرگ، همه چیز از هر زاویه دید و در هر جهتی تقریباً یکسان و یکنواخت است. اما، با افزایش مشاهدات ساختارهای غول آسا، این اصل امروزه بیشتر مورد تردید است و شاید مجبور شویم این اصل را کنار بگذاریم. ادامه مطلب @ScienceTodaymag

شاید عجیب به نظر برسد، اما زمین هر ۲۶ ثانیه یک‌بار تپش بسیار ضعیفی تولید می‌کند؛ تپشی که انسان قادر به احساس آن نیست، اما لرزه‌سنج‌های حساس ‌آن را ثبت می‌کنند. این پدیده که میکرولرزه نام دارد، بیش از ۶۰ سال است ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده و هنوز منشأ آن مشخص نیست. بررسی‌ها نشان می‌دهد این تپش از ناحیه‌ای در خلیج گینه، سرچشمه می‌گیرد. دو توضیح اصلی برای آن مطرح شده است. گروهی معتقدند برخورد امواج قدرتمند اقیانوس با لبه فلات قاره باعث تغییر شکل جزئی پوسته زمین و ایجاد این لرزش منظم می‌شود؛ نکته جالب اینکه شدت این تپش با شدت طوفان‌های اقیانوس اطلس جنوبی نیز همبستگی دارد. گروه دیگر احتمال می‌دهند منشأ این پدیده فعالیت‌های آتشفشانی باشد. آن‌ها به کشف تپش مشابهی با دوره ۲۸ ثانیه در همان منطقه اشاره می‌کنند که احتمالا از یک سازند آتشفشانی در جزیره سائوتومه سرچشمه می‌گیرد. به همین دلیل، این احتمال مطرح شده که تپش ۲۶ ثانیه‌ای نیز از یک آتشفشان ناشناخته ناشی شود. با وجود دهه‌ها تحقیق، هنوز پاسخ قطعی برای این پدیده پیدا نشده است و همچنان یکی از رازهای حل‌نشده علم لرزه‌شناسی به شمار می‌رود. @ScienceTodaymag

آیا درهم‌تنیدگی کوانتومی و کرم‌چاله‌ها در واقع یک پدیده هستند؟ در سال ۱۹۳۵، دو مقاله منتشر شد که هر کدام به‌تنهایی مسیر فیزیک قرن بیستم را تغییر دادند؛ اما کمتر کسی تصور می‌کرد که نزدیک به هشتاد سال بعد، این دو مقاله به شکلی شگفت‌انگیز دوباره به یکدیگر گره بخورند. نخستین مقاله را آلبرت اینشتین و نیتن روزن منتشر کردند. آن‌ها هنگام بررسی معادلات نسبیت عام به راه‌حلی برخوردند که دو ناحیهٔ جدا از فضا-زمان را از طریق پلی هندسی به یکدیگر متصل می‌کرد؛ ساختاری که بعدها «پل اینشتین–روزن» یا همان کرم‌چاله نام گرفت. در همان سال، اینشتین همراه با بوریس پودولسکی و ناتان روزن مقالهٔ دیگری منتشر کرد که امروزه با نام پارادوکس EPR شناخته می‌شود. هدف این مقاله نقد مکانیک کوانتومی بود، اما سرنوشت آن کاملاً برخلاف انتظار نویسندگانش رقم خورد؛ زیرا بعدها همین مقاله به یکی از پایه‌های مفهوم درهم‌تنیدگی کوانتومی تبدیل شد. در نگاه اول، این دو موضوع هیچ ارتباطی با یکدیگر ندارند. کرم‌چاله‌ها راه‌حل‌هایی از معادلات نسبیت عام هستند و با هندسهٔ فضا-زمان سروکار دارند، در حالی که درهم‌تنیدگی مفهومی کاملاً کوانتومی است و دربارهٔ نحوهٔ توصیف حالت مشترک دو ذره صحبت می‌کند. یکی متعلق به جهان بسیار بزرگ است و دیگری به جهان بسیار کوچک. با این حال، در سال ۲۰۱۳ خوان مالداسنا و لئونارد ساسکیند حدسی را مطرح کردند که اگر درست باشد، شاید یکی از عمیق‌ترین ارتباط‌های تاریخ فیزیک را آشکار کند. ادامه مطلب . @ScienceTodaymag

در سال ۱۹۱۵، آلبرت اینشتین معادلات میدان نسبیت عام را منتشر کرد؛ معادلاتی که نگاه ما به گرانش، فضا و زمان را برای همیشه دگرگون کردند. اما شاید عجیب به نظر برسد که نزدیک به ۳۷ سال طول کشید تا ریاضیدانان ثابت کنند این معادلات واقعاً می‌توانند به عنوان یک قانون پیش‌بینی‌کننده برای تکامل جهان عمل کنند. مشکل این نبود که معادلات اینشتین جواب نداشتند. خیلی زود، کارل شوارتزشیلد نخستین پاسخ دقیق آن‌ها را پیدا کرد؛ پاسخی که امروزه آن را به عنوان راه‌حل سیاهچالهٔ شوارتزشیلد می‌شناسیم. پرسش اصلی، عمیق‌تر از پیدا کردن چند جواب خاص بود: اگر وضعیت گرانشی جهان را در یک لحظه مشخص بدانیم، آیا معادلات اینشتین می‌توانند آیندهٔ فضا-زمان را به طور یکتا تعیین کنند؟ یا ممکن است از یک وضعیت اولیه، چند جهان متفاوت به وجود بیاید؟ این همان چیزی است که در ریاضیات به آن مسئلهٔ کوشی (Cauchy Problem) یا مسئلهٔ مقدار اولیه می‌گویند. اگر پاسخ این سؤال منفی بود، نسبیت عام هرچند از نظر هندسی بسیار زیبا و شگفت‌انگیز به نظر می‌رسید، اما به عنوان یک نظریهٔ فیزیکی، قدرت پیش‌بینی خود را از دست می‌داد. در واقع، دیگر نمی‌توانستیم مطمئن باشیم که دانستن وضعیت امروز جهان، آیندهٔ آن را مشخص می‌کند. کسی که این حلقهٔ گمشده را کامل کرد، ریاضیدان و فیزیکدان برجستهٔ فرانسوی ایوون فوره-بروآ (Yvonne Fourès-Bruhat) بود که بعدها با نام ایوون شوکه-بروآ (Yvonne Choquet-Bruhat) شناخته شد. او در مقاله‌ای که سال ۱۹۵۲ در مجلهٔ معتبر Acta Mathematica منتشر کرد، نشان داد اگر دستگاه مختصات مناسبی انتخاب شود، ساختار پنهان معادلات اینشتین آشکار می‌شود. در این دستگاه مختصات، بخش مربوط به تکامل زمانی معادلات رفتاری شبیه معادلات موج پیدا می‌کند؛ معادلاتی که ریاضیدانان ابزارهای قدرتمندی برای تحلیل آن‌ها در اختیار دارند. شوکه-بروآ سپس ثابت کرد که اگر داده‌های اولیه شرایط لازم را داشته باشند، دست‌کم برای مدت کوتاهی، یک فضا-زمان وجود خواهد داشت که دقیقاً از همان داده‌ها به دست می‌آید و این پاسخ نیز ــ به جز تفاوت‌های ناشی از انتخاب دستگاه مختصات ــ یکتا است. همچنین معادلات قیدی نسبیت عام مشخص می‌کنند که اصلاً چه داده‌های اولیه‌ای از نظر فیزیکی مجاز هستند. البته این قضیه محدودیت‌های مهمی هم دارد. واژهٔ «محلی» (local) در اینجا به این معناست که تضمینی وجود ندارد فضا-زمان تا ابد بدون مشکل باقی بماند. ممکن است در ادامهٔ تکامل، تکینگی‌هایی مانند آنچه در مرکز سیاهچاله‌ها یا در لحظهٔ آغاز جهان انتظار داریم، شکل بگیرند. همچنین منظور از «یکتا بودن» این نیست که هر دستگاه مختصات، جهان متفاوتی را توصیف می‌کند؛ در نسبیت عام آزادی انتخاب مختصات وجود دارد و دستگاه‌های مختصات مختلف می‌توانند دقیقاً یک واقعیت فیزیکی را با زبان‌های متفاوت بیان کنند. این داستان در سال ۱۹۶۹ گام مهم دیگری برداشت. ایوون شوکه-بروآ به همراه ریاضیدان برجسته رابرت گروخ (Robert Geroch) نشان دادند که برای هر مجموعهٔ معتبر از داده‌های اولیه، یک بزرگ‌ترین گسترش سراسری هذلولوی (maximal globally hyperbolic development) وجود دارد و این گسترش نیز تا همان آزادی انتخاب مختصات، یکتا است. این نتیجه یکی از ستون‌های اصلی بنیان ریاضی نسبیت عام مدرن به شمار می‌رود. شاید تصور شود این نتایج صرفاً بحث‌هایی انتزاعی در ریاضیات هستند، اما حقیقت کاملاً برعکس است. تمام شبیه‌سازی‌های امروزی از برخورد و ادغام سیاهچاله‌ها، تشکیل امواج گرانشی و بسیاری از محاسبات ابررایانه‌ای بر همین بنیان استوارند. وقتی ابررایانه‌ها برخورد دو سیاهچاله را لحظه‌به‌لحظه محاسبه می‌کنند، در واقع از این حقیقت استفاده می‌کنند که معادلات اینشتین را می‌توان به صورت یک سامانهٔ تکاملی حل کرد، نه صرفاً مجموعه‌ای از روابط هندسی ایستا. ایوون شوکه-بروآ در سال ۱۹۷۹ نخستین زنی شد که به آکادمی علوم فرانسه راه یافت؛ افتخاری تاریخی که نام او را در کنار بزرگ‌ترین دانشمندان این کشور قرار داد. اما شاید مهم‌ترین دستاورد او نه یک عنوان افتخاری، بلکه تغییری عمیق در درک ما از نسبیت عام بود. او نشان داد که هندسهٔ فضا-زمان فقط تصویری ایستا از جهان نیست؛ بلکه می‌تواند قانونی برای تحول و تغییر جهان در گذر زمان باشد. به بیان دیگر، معادلات اینشتین فقط شکل فضا-زمان را توصیف نمی‌کنند، بلکه اگر وضعیت امروز جهان را بدانیم، مسیر آیندهٔ آن را نیز ــ تا جایی که تکینگی‌ها مانع نشوند ــ تعیین می‌کنند. @ScienceTodaymag .

در ۲۹ ژوئیه ۱۹۲۵، ورنر هایزنبرگ مقاله‌ای را منتشر کرد که مسیر فیزیک را برای همیشه تغییر داد و یکی از پایه‌های اصلی مکانیک کوانتومی را بنا گذاشت. هایزنبرگ تنها ۲۳ سال داشت که مقاله مشهور خود با عنوان «بازتفسیر مکانیک کوانتومی روابط سینماتیکی و مکانیکی» را ارائه کرد. این مقاله آغازگر شاخه‌ای شد که امروز آن را مکانیک ماتریسی می‌شناسیم. او بعدها به‌دلیل بنیان‌گذاری این نظریه و کاربردهای آن، به‌ویژه در توضیح شکل‌های مختلف (آلوتروپ‌های) هیدروژن، موفق شد جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۳۲ را از آن خود کند. ایده اصلی هایزنبرگ بسیار جسورانه بود: فیزیک باید فقط درباره چیزهایی سخن بگوید که واقعاً قابل مشاهده و اندازه‌گیری هستند. او استدلال کرد که ما هرگز نمی‌توانیم مکان دقیق یک الکترون را در هر لحظه بدانیم یا حرکت آن را مانند یک سیاره در مداری مشخص دنبال کنیم. بنابراین، تصور کلاسیکی از الکترون‌هایی که مانند سیارات به دور هسته می‌چرخند ــ مدلی که نیلز بور پیشنهاد کرده بود ــ نمی‌تواند توصیف کاملی از واقعیت باشد. به همین دلیل، هایزنبرگ پیشنهاد کرد که کمیت‌هایی مانند مکان و سرعت را نباید با اعداد معمولی نمایش داد، بلکه باید آن‌ها را با ساختارهای ریاضی پیچیده‌تری به نام ماتریس توصیف کرد. او تمام نظریه جدید خود را بر پایه معادلات ماتریسی بنا نهاد؛ رویکردی که در ابتدا بسیار عجیب به نظر می‌رسید، اما خیلی زود به یکی از ستون‌های اصلی فیزیک کوانتومی تبدیل شد. هایزنبرگ این مقاله تاریخی را زمانی نوشت که برای درمان تب شدید آلرژی و فرار از گرده گیاهان، مدتی را در جزیره کوچک هلگولند در دریای شمال آلمان سپری می‌کرد. گفته می‌شود بسیاری از ایده‌های انقلابی او در همان روزهای انزوا و دور از شلوغی شهر شکل گرفتند. چند ماه بعد نیز اروین شرودینگر با معرفی مکانیک موجی نشان داد که می‌توان همان فیزیک را با زبانی متفاوت بیان کرد؛ دو رویکردی که امروزه می‌دانیم از نظر ریاضی کاملاً معادل یکدیگر هستند. مشاهده نسخه‌ای از متن انگلیسی مقاله شاید مهم‌ترین میراث این مقاله، تغییر نگاه ما به طبیعت بود: در دنیای کوانتوم، آنچه قابل مشاهده است، نقش بنیادی‌تری از آن چیزی دارد که صرفاً در ذهن ما قابل تصور است. این تغییر دیدگاه، یکی از بزرگ‌ترین انقلاب‌های فکری تاریخ علم به شمار می‌رود. @ScienceTodaymag .

چند ماه پیش از درگذشت آلبرت اینشتین در سال ۱۹۵۵، از او پرسیدند: اگر بخواهید تنها یک توصیه به جوانان کنید، چه خواهید گفت؟ پاسخ اینشتین، مثل بسیاری از حرف‌هایش، ساده اما عمیق بود: «مهم‌ترین چیز این است که هیچ‌گاه دست از پرسیدن برندارید. کنجکاوی، خود دلیلی برای وجود داشتن است. انسان وقتی به رازهای ابدیت، زندگی و شگفتی‌های جهان می‌اندیشد، نمی‌تواند احساس حیرت نکند. کافی است هر روز تلاش کنیم، حتی اگر شده، گوشه‌ای کوچک از این راز بزرگ را بهتر بفهمیم.» — آلبرت اینشتین source: Life magazine May 2,1955 (شاید بزرگ‌ترین ویژگی دانشمندان بزرگ این نبود که همه پاسخ‌ها را می‌دانستند؛ بلکه این بود که هیچ‌وقت از پرسیدن سؤال‌های تازه خسته نمی‌شدند.) @ScienceTodaymag

نور خورشیدی که امروز به صورت شما می‌تابد، در واقع سفری را حدود ۱۰۰ هزار سال پیش آغاز کرده است! فوتون‌ها در هستهٔ خورشید تولید می‌شوند، اما مسیر مستقیمی تا سطح خورشید ندارند. آن‌ها در دل این ستاره بارها و بارها با ذرات برخورد می‌کنند، جذب می‌شوند و دوباره گسیل می‌شوند؛ فرایندی که فیزیک‌دانان آن را «حرکت تصادفی» (Random Walk) می‌نامند. به همین دلیل، انرژی تولیدشده در هستهٔ خورشید به طور میانگین حدود ۱۰۰ هزار سال طول می‌کشد تا خود را به سطح خورشید برساند. اما داستان از اینجا جالب‌تر می‌شود. همین که نور از سطح خورشید آزاد شد، تنها حدود ۸ دقیقه و ۲۰ ثانیه زمان لازم دارد تا فاصلهٔ ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید تا زمین را طی کند. یعنی نوری که هر روز روی پوست شما می‌تابد، در حقیقت انرژی‌ای است که سفرش را از اعماق خورشید ده‌ها هزار سال پیش، زمانی بسیار قبل از شکل‌گیری تمدن مدرن آغاز کرده است. هر پرتو خورشید، پیام‌آوری است که داستانی بسیار قدیمی را با خود به زمین آورده است. @ScienceTodaymag

آزمایش بمب کوانتومی آزمایشی که حتی از آزمایش دوشکاف هم عجیب‌تر است! تصور کنید ۱۰۰ بمب در اختیار دارید. بعضی از آن‌ها سالم هستند و با برخورد حتی یک فوتون منفجر می‌شوند، اما بعضی دیگر خراب‌اند و هیچ واکنشی نشان نمی‌دهند. حالا سؤال اینجاست: آیا می‌شود بمب‌های سالم را پیدا کرد، بدون اینکه حتی یک فوتون به آن‌ها برخورد کند؟ اگر پاسخ شما «غیرممکن است» باشد، فیزیک کوانتومی دوباره شما را غافلگیر خواهد کرد. در سال ۱۹۹۳ دو فیزیکدان، به نام‌های آوی الیتزور (Avshalom Elitzur) و لو وایدمن (Lev Vaidman)، آزمایشی فکری پیشنهاد کردند که نشان می‌داد در دنیای کوانتوم می‌توان گاهی وجود یک جسم را بدون هیچ برهم‌کنش مستقیمی با آن تشخیص داد. این ایده به «آشکارسازی بدون برهم‌کنش» (Interaction-Free Measurement) معروف شد و یکی از شگفت‌انگیزترین نتایج مکانیک کوانتومی به شمار می‌رود. آزمایش چگونه کار می‌کند؟ در این آزمایش از دستگاهی به نام تداخل‌سنج ماخ-زندر استفاده می‌شود. وقتی یک فوتون وارد دستگاه می‌شود، طبق قوانین مکانیک کوانتومی به طور همزمان در دو مسیر مختلف حرکت می‌کند (یا دقیق‌تر بگوییم، تابع موج آن در هر دو مسیر گسترش می‌یابد). اگر هیچ مانعی در مسیر نباشد، این دو مسیر هنگام خروج با یکدیگر تداخل می‌کنند و فوتون همیشه به آشکارساز اول می‌رسد؛ آشکارساز دوم هرگز کلیک نمی‌کند. اما حالا فرض کنید یک بمب سالم در یکی از مسیرها قرار داده‌ایم. اگر فوتون واقعا از آن مسیر عبور کند، بمب منفجر می‌شود. اما در بعضی موارد اتفاق عجیبی رخ می‌دهد: بمب منفجر نمی‌شود. فوتون نیز از آن مسیر عبور نکرده است. با این حال، آشکارساز دوم کلیک می‌کند. همین کلیک به ما می‌گوید که در آن مسیر حتما یک بمب سالم وجود داشته است؛ حتی اگر هیچ فوتونی هرگز با آن برخورد نکرده باشد! چرا این اتفاق عجیب است؟ در زندگی روزمره، برای فهمیدن وجود یک جسم باید با آن تعامل داشته باشیم؛ نور به آن برخورد کند، صدا از آن بازتاب شود یا آن را لمس کنیم. اما در این آزمایش، صرف امکان وقوع یک برهم‌کنش کافی است تا نتیجه آزمایش تغییر کند. به بیان ساده، حضور بمب، حتی بدون اینکه فوتونی به آن برخورد کند، الگوی تداخل را تغییر می‌دهد و اطلاعاتی درباره وجود آن در اختیار ما می‌گذارد. این یکی از نمونه‌های مشهور این حقیقت عجیب در مکانیک کوانتومی است که: آنچه «ممکن بود اتفاق بیفتد» نیز می‌تواند بر نتیجه نهایی اثر بگذارد. آیا این فقط یک آزمایش ذهنی است؟ خیر. تنها دو سال بعد، در سال ۱۹۹۵، گروهی از پژوهشگران به سرپرستی پاول کویات نسخه آزمایشگاهی این ایده را با فوتون‌های واقعی اجرا کردند و نشان دادند که آشکارسازی بدون برهم‌کنش واقعا امکان‌پذیر است. بعدها با استفاده از اثر زنو کوانتومی (Quantum Zeno Effect) بازده این روش بسیار افزایش یافت؛ به طوری که در شرایط مناسب می‌توان با احتمال بسیار بالا وجود جسم را بدون جذب فوتون تشخیص داد. این آزمایش نشان می‌دهد که: • در جهان کوانتومی، «ندیدن» همیشه به معنای «نبودن» نیست. • گاهی احتمال وقوع یک رویداد به اندازه خود رویداد اهمیت دارد. • اطلاعات را می‌توان در برخی شرایط بدون انتقال انرژی قابل‌توجه به جسم به دست آورد. به همین دلیل، آزمایش الیتزور–وایدمن یکی از مشهورترین مثال‌های تفاوت بنیادین جهان کوانتومی با شهود روزمره ماست و بسیاری آن را حتی شگفت‌انگیزتر از آزمایش معروف دوشکاف می‌دانند. . @ScienceTodaymag

ترنس تائو؛ نابغه‌ای که از کودکی مرزهای ریاضیات را جابه‌جا کرد ترنس تائو (Terence Tao) زمانی مشغول حل مسائل ریاضی دانشگاهی بود که بیشتر هم‌سن ‌و سالانش تازه تقسیم طولانی را یاد می‌گرفتند. • او در ۱۳ سالگی مدال برنز المپیاد جهانی ریاضی (IMO) را به دست آورد • در ۱۴ سالگی مدال نقره گرفت • در ۱۵ سالگی با کسب نمره کامل مدال طلا را از آن خود کرد؛ رکوردی که او را به جوان‌ترین برنده مدال طلای تاریخ المپیاد جهانی ریاضی تبدیل کرد؛ و همچنان پابرجاست. • تائو در ۱۶ سالگی وارد دوره دکتری دانشگاه پرینستون شد و تنها چند سال بعد، در ۲۴ سالگی به مقام استادی دانشگاه UCLA رسید؛ اتفاقی بسیار کم‌سابقه در دنیای دانشگاهی. • اما شهرت او فقط به خاطر نبوغ دوران کودکی نیست. ترنس تائو در دهه‌های بعد، نقش مهمی در پیشرفت شاخه‌های گوناگون ریاضیات از جمله نظریه اعداد، آنالیز هارمونیک، معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی (PDE)، ترکیبیات جمعی (Additive Combinatorics) و حوزه‌های دیگر ایفا کرد. • یکی از مشهورترین دستاوردهای او، قضیه گرین–تائو (Green–Tao Theorem) است که همراه با بن گرین اثبات کرد. این قضیه نشان می‌دهد که در میان اعداد اول، دنباله‌های حسابی با هر طول متناهی وجود دارند. به بیان ساده، هر چقدر هم طول یک دنباله حسابی را بزرگ انتخاب کنید، باز هم می‌توان دنباله‌ای از اعداد اول پیدا کرد که با همان فاصله ثابت پشت سر هم قرار گرفته باشند. این نتیجه که در سال ۲۰۰۴ منتشر شد، یکی از مهم‌ترین دستاوردهای نظریه اعداد در دهه‌های اخیر به شمار می‌رود. • تائو در سال ۲۰۰۶ نیز به خاطر مجموعه‌ای از دستاوردهای برجسته‌اش، مدال فیلدز ــ معتبرترین جایزه دنیای ریاضیات ــ را دریافت کرد. • امروزه بسیاری از ریاضیدانان، ترنس تائو را یکی از بزرگ‌ترین ریاضیدانان نسل حاضر و حتی یکی از برجسته‌ترین ریاضیدانان معاصر می‌دانند. او علاوه بر پژوهش‌های عمیق، به خاطر یادداشت‌ها و آموزش‌های رایگان و بسیار باکیفیتش نیز در میان دانشجویان و پژوهشگران سراسر جهان محبوبیت زیادی دارد. گاهی نبوغ تنها به معنای شروع زودهنگام نیست؛ بلکه به معنای سال‌ها تلاش مداوم، کنجکاوی بی‌پایان و عشق به حل مسئله است؛ چیزی که زندگی علمی ترنس تائو به‌ خوبی آن را نشان می‌دهد. . @ScienceTodaymag

آیا ممکن است هرگز مرگ را تجربه نکنید؟ نگاهی به فرضیه «جاودانگی کوانتومی» اگر جهان هر بار که می‌میرید شاخه‌ای جدید بسازد؛ آیا هرگز مرگ خود را تجربه خواهید کرد؟ یکی از شگفت‌انگیزترین و بحث ‌برانگیزترین ایده‌هایی که از دل مکانیک کوانتومی بیرون آمده، فرضیه‌ای است به نام «جاودانگی کوانتومی» (Quantum Immortality). این ایده ادعا می‌کند که شاید از دیدگاه اول‌شخص، انسان هرگز مرگ خود را تجربه نکند. اما آیا این واقعا یک نظریه علمی است یا صرفا یک نتیجه‌گیری فلسفی از یکی از تفسیرهای مکانیک کوانتومی؟ این ایده بر پایه تفسیر جهان‌های متعدد (Many-Worlds Interpretation) است؛ تفسیری که در سال ۱۹۵۷ توسط هیو اورت سوم (Hugh Everett III) ارائه شد. برخلاف تفسیر رایج کپنهاگی که می‌گوید هنگام اندازه‌گیری تنها یک نتیجه رخ می‌دهد، تفسیر جهان‌های متعدد بیان می‌کند که همه نتایج ممکن یک رویداد کوانتومی رخ می‌دهند و جهان برای هر نتیجه به شاخه‌ای مستقل منشعب می‌شود. حالا فرض کنید سرنوشت شما به نتیجه یک فرآیند کاملا کوانتومی وابسته باشد؛ فرآیندی که با احتمال ۵۰ درصد باعث مرگ شما و با احتمال ۵۰ درصد موجب زنده ماندنتان می‌شود. طبق تفسیر جهان‌های متعدد، جهان به دو شاخه تقسیم خواهد شد: 🔹 در یک شاخه شما می‌میرید. 🔹 در شاخهٔ دیگر زنده می‌مانید. طرفداران ایده «جاودانگی کوانتومی» استدلال می‌کنند که آگاهی تنها در شاخه‌ای ادامه پیدا می‌کند که در آن هنوز زنده هستید. در شاخه‌هایی که مرده‌اید، دیگر ناظری وجود ندارد که «مرگ» را تجربه کند. بنابراین، از دیدگاه کاملا شخصی و اول‌شخص، شما همیشه خود را در شاخه‌ای خواهید یافت که در آن زنده مانده‌اید و هرگز لحظه «نبودن» را تجربه نخواهید کرد. آزمایش ذهنی «خودکشی کوانتومی» برای روشن‌تر شدن این ایده، در سال ۱۹۸۷ هانس موراوک (Hans Moravec) و بعدتر برونو مارشال (Bruno Marchal) آزمایش ذهنی معروف «خودکشی کوانتومی» (Quantum Suicide) را مطرح کردند. در این آزمایش فرضی، دستگاهی وجود دارد که نتیجه یک اندازه‌گیری کوانتومی تعیین می‌کند اسلحه شلیک کند یا خیر. اگر این آزمایش بارها تکرار شود، طبق تفسیر جهان‌های متعدد، هر بار جهان منشعب می‌شود. در بسیاری از شاخه‌ها فرد کشته می‌شود، اما همیشه شاخه‌ای نیز وجود دارد که در آن زنده می‌ماند. از دیدگاه خود فرد، تنها شاخه‌هایی قابل تجربه هستند که در آن‌ها هنوز زنده است؛ بنابراین او هرگز مرگ خود را تجربه نخواهد کرد. البته این تنها یک آزمایش ذهنی است و نه آزمایشی که بتوان آن را از نظر علمی یا اخلاقی اجرا کرد. چرا بیشتر فیزیکدانان این ایده را نمی‌پذیرند؟ با وجود جذابیت این فرضیه، بیشتر فیزیکدانان آن را یک نتیجه اثبات ‌شده نمی‌دانند. برخی از دلایل فیزیکدانان برای عدم پذیرش این فرضیه عبارتند از: • تفسیر جهان‌های متعدد هنوز تأیید تجربی نشده است. این تفسیر از نظر ریاضی با مکانیک کوانتومی سازگار است، اما تاکنون هیچ آزمایشی نتوانسته آن را از تفسیرهای دیگر، مانند تفسیر کپنهاگی، به‌طور تجربی متمایز کند. • مسئلهٔ هویت شخصی همچنان حل‌نشده است. اگر پس از هر اندازه‌گیری کوانتومی نسخه‌های متعددی از شما وجود داشته باشند، واقعا کدام نسخه «شما» محسوب می‌شود؟ این پرسشی فلسفی است و نه فیزیکی. • بیشتر مرگ‌های واقعی نتیجه یک رویداد کوانتومی ساده نیستند. مرگ معمولا حاصل فرآیندهای پیچیده زیستی مانند بیماری، پیری، سکته یا آسیب‌های شدید است، نه یک اندازه‌گیری کوانتومی دودویی که بتوان آن را به‌سادگی به شاخه‌های مختلف جهان نسبت داد. • «جاودانگی» به معنای جوانی یا زندگی بدون رنج نیست. همان‌طور که مکس تگمارک (Max Tegmark) اشاره کرده است، حتی اگر چنین شاخه‌هایی وجود داشته باشند، ممکن است فرد در آن‌ها با بیماری‌های شدید، ناتوانی، آسیب‌های جبران‌ناپذیر یا پیری ادامه زندگی دهد. بنابراین این ایده هرگز نوید زندگی ابدی سالم و بدون رنج را نمی‌دهد. «جاودانگی کوانتومی» یک نظریه علمی پذیرفته‌شده نیست، بلکه نتیجه‌ای فلسفی است که برخی پژوهشگران از تفسیر جهان‌های متعدد استخراج کرده‌اند. تاکنون هیچ شاهد تجربی مستقیمی برای تأیید این ایده وجود ندارد و بسیاری از فیزیکدانان و فیلسوفان علم، استدلال‌های آن را قانع‌کننده نمی‌دانند. با این حال، این فرضیه یکی از جذاب‌ترین نمونه‌ها از تأثیر تفسیرهای مختلف مکانیک کوانتومی بر پرسش‌های بنیادینی مانند آگاهی، هویت شخصی، مرگ و ماهیت واقعیت است؛ پرسش‌هایی که مرز میان فیزیک، فلسفه و علوم شناختی را به هم پیوند می‌زنند. «جاودانگی کوانتومی» نه یک پیش‌بینی پذیرفته‌شده مکانیک کوانتومی است و نه شاهدی برای وجود زندگی پس از مرگ. این ایده صرفا یکی از پیامدهای احتمالی در صورت درست بودن تفسیر جهان‌های متعدد است؛ تفسیری که خود نیز هنوز تأیید تجربی نشده است. . @ScienceTodaymag

انرژی تاریک وجود ندارد! ممکن است انرژی تاریک واقعا وجود نداشته باشد. این نتیجه‌گیری یک تحلیل جنجالی است که می‌گوید نه‌ تنها ما در این باره اشتباه کرده‌ایم، بلکه انبساط جهان نیز شتاب‌دار نیست و این، یکی از ارکان اصلی کیهان‌شناسی مدرن را رد می‌کند. هرچند بسیاری از پژوهشگران هنوز قانع نشده‌اند. مطالعه متن کامل @ScienceTodaymag .

آموزش مفهوم پایستگی تکانه زاویه‌ای @ScienceTodaymag

اینفوگرافی انواع سیاهچاله‌ها در نسبیت عام @ScienceTodaymag

آشنایی با انواع سیاه‌چاله‌ها در نسبیت عام وقتی آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۵ معادلات نسبیت عام را ارائه کرد، شاید تصور نمی‌کرد که این معادلات بتوانند وجود عجیب‌ترین اجرام عالم، یعنی سیاه‌چاله‌ها را پیش‌بینی کنند. اما نکته جالب اینجاست که به لحاظ نظری، «سیاه‌چاله» فقط یک نوع نیست. بسته به اینکه جرم، بار الکتریکی و چرخش جسم چگونه باشد، معادلات اینشتین پاسخ‌های متفاوتی دارند که هر کدام نوع خاصی از سیاه‌چاله را توصیف می‌کنند. به بیان ساده، هر سیاه‌چاله کلاسیک فقط با سه ویژگی شناخته می‌شود: • جرم (Mass) • بار الکتریکی (Charge) • چرخش یا تکانه زاویه‌ای (Spin) این موضوع به قضیهٔ «بدون مو» (No-Hair Theorem) معروف است؛ یعنی تمام جزئیات ستاره‌ای که فروپاشیده، از دید ناظر بیرونی از بین می‌رود و فقط این سه ویژگی باقی می‌ماند. ━━━━━━━━━━━━━━ 🔹 سیاه‌چاله شوارتزشیلد (Schwarzschild) اولین و ساده‌ترین پاسخ معادلات اینشتین که در سال ۱۹۱۶ توسط کارل شوارتزشیلد پیدا شد. ویژگی‌ها: ✅ جرم دارد. ❌ بار الکتریکی ندارد. ❌ نمی‌چرخد. این همان مدلی است که معمولا در کتاب‌های مقدماتی معرفی می‌شود. شعاع افق رویداد آن برابر است با: r = 2GM / c² هر جسمی که از این شعاع عبور کند، دیگر نمی‌تواند از گرانش سیاه‌چاله فرار کند. ━━━━━━━━━━━━━━ 🔹 سیاه‌چاله رایسنر–نوردشتروم (Reissner–Nordström) اگر سیاه‌چاله بار الکتریکی داشته باشد اما نچرخد، این پاسخ به دست می‌آید. ویژگی‌ها: ✅ جرم دارد. ✅ بار الکتریکی دارد. ❌ نمی‌چرخد. این مدل احتمالا در طبیعت بسیار نادر است؛ زیرا محیط اطراف سیاه‌چاله معمولا بار الکتریکی آن را خیلی سریع خنثی می‌کند. این نوع سیاه‌چاله می‌تواند دو افق رویداد (داخلی و خارجی) داشته باشد. ━━━━━━━━━━━━━━ 🔹 سیاه‌چاله کر (Kerr) این مدل واقع‌بینانه‌ترین توصیف بیشتر سیاه‌چاله‌های کیهان است. ویژگی‌ها: ✅ جرم دارد. ❌ بار ندارد. ✅ می‌چرخد. تقریبا تمام ستاره‌ها هنگام فروپاشی مقداری چرخش دارند؛ بنابراین انتظار می‌رود بیشتر سیاه‌چاله‌های واقعی از نوع کر باشند. یکی از ویژگی‌های مهم آن وجود ارگوسفر (Ergosphere) است؛ ناحیه‌ای که در آن چرخش شدید فضا-زمان اجازه نمی‌دهد هیچ جسمی نسبت به جهان دوردست ساکن بماند. در این ناحیه، طبق فرآیند پنروز حتی می‌توان بخشی از انرژی چرخشی سیاه‌چاله را استخراج کرد. ━━━━━━━━━━━━━━ 🔹 سیاه‌چاله کر–نیومن (Kerr–Newman) این کامل‌ترین پاسخ کلاسیک معادلات اینشتین است. ویژگی‌ها: ✅ جرم دارد. ✅ بار الکتریکی دارد. ✅ می‌چرخد. در واقع سه مدل قبلی همگی حالت‌های خاصی از این پاسخ هستند: • اگر بار صفر باشد ⬅️ کر • اگر چرخش صفر باشد ⬅️ رایسنر–نوردشتروم • اگر هم بار و هم چرخش صفر باشند ⬅️ شوارتزشیلد ━━━━━━━━━━━━━━ کدام نوع واقعا در جهان وجود دارد؟ بر اساس مشاهدات اخترفیزیکی، بیشتر سیاه‌چاله‌های واقعی احتمالا از نوع کر هستند. زیرا ستاره‌ها معمولا هنگام فروپاشی در حال چرخش‌اند. و هر بار الکتریکی نیز در مدت کوتاهی توسط پلاسما و ذرات اطراف خنثی می‌شود. بنابراین وجود سیاه‌چاله‌های باردار پایدار در طبیعت بسیار بعید است. اگر چرخش یا بار سیاه‌چاله از مقدار مشخصی بیشتر شود، افق رویداد از بین می‌رود و تکینگی مستقیماً دیده می‌شود. به چنین حالتی تکینگی برهنه (Naked Singularity) می‌گویند. تاکنون هیچ شواهد رصدی معتبری برای وجود چنین اجرامی پیدا نشده است و بسیاری از فیزیک‌دانان مانند راجر پنروز با فرضیه سانسور کیهانی (Cosmic Censorship) معتقدتد احتمالا طبیعیت تکینگی‌های عریان را سانسور می‌کند و اجازه تشکیل آن‌ها را نمی‌دهد. @ScienceTodaymag

صفحه‌ء رسمی ترویج و برون‌رسانی پژوهش‌های پژوهشکده‌ء‌ نجوم، پژوهشگاه دانش‌های بنیادی (IPM) https://astro.ipm.ac.ir/fa/outreach/ این صفحه‌ را به علاقه‌مندان به نجوم معرفی کنید. تلگرام: https://t.me/soaoutreach بله: @soaoutreach1405 اینستاگرام: astronomy_ipm

از «ستاره تاریک» تا سیاه‌چاله امروزه سیاه‌چاله‌ها از شناخته‌شده‌ترین (شاید هم ناشناخته‌ترین!) اجرام کیهان هستند، اما جالب است بدانید که ایده وجود آن‌ها بیش از ۲۴۰ سال قدمت دارد؛ زمانی که هنوز نه نسبیت عام وجود داشت و نه کسی می‌دانست فضا و زمان می‌توانند خمیده شوند. در سال ۱۷۸۳، کشیش و دانشمند انگلیسی جان میشل (John Michell) با استفاده از مکانیک نیوتنی استدلال کرد که اگر ستاره‌ای چگالی بسیار بالایی داشته باشد و قطر آن حدود ۵۰۰ برابر قطر خورشید باشد، سرعت گریز از سطح آن از سرعت نور بیشتر خواهد شد. در چنین حالتی، حتی نور نیز نمی‌تواند از گرانش آن بگریزد و ستاره برای ناظران «نامرئی» خواهد شد. او این اجرام فرضی را «ستاره‌های تاریک» (Dark Stars) نامید. چند سال بعد، در ۱۷۹۶، ریاضی‌دان و اخترشناس فرانسوی پیر-سیمون لاپلاس نیز به‌طور مستقل ایده‌ای مشابه را مطرح کرد. البته این نظریه‌ها بر پایه دیدگاه نیوتنی درباره نور بودند؛ یعنی زمانی که نور به‌صورت ذره در نظر گرفته می‌شد. با ظهور نظریه موجی نور در قرن نوزدهم، این ایده‌ها برای مدتی به فراموشی سپرده شدند. نقطه عطف اصلی در سال ۱۹۱۵ رخ داد؛ زمانی که آلبرت اینشتین نظریه نسبیت عام را ارائه کرد. این نظریه نشان داد که گرانش در حقیقت نیرویی معمولی نیست، بلکه نتیجه خمیده شدن فضا-زمان توسط جرم و انرژی است. نسبیت عام چارچوبی کاملاً جدید برای درک اجرام فوق‌العاده پرجرم و میدان‌های گرانشی شدید فراهم کرد. تنها یک سال بعد، در ۱۹۱۶، کارل شوارتزشیلد نخستین پاسخ دقیق معادلات میدان اینشتین را برای یک جرم کروی به دست آورد. این راه‌حل نشان داد که اگر جرم درون شعاعی بحرانی فشرده شود، سطحی به وجود می‌آید که از آن به بعد هیچ چیز، حتی نور، قادر به فرار نیست. این شعاع امروزه با نام شعاع شوارتزشیلد شناخته می‌شود و مرز آن، همان افق رویداد سیاه‌چاله است. در سال ۱۹۳۹، جی. رابرت اوپنهایمر و هارتلند اسنایدر برای نخستین بار نشان دادند که یک ستاره پرجرم پس از پایان سوخت هسته‌ای خود می‌تواند تحت گرانش خودش دچار رمبش گرانشی شود و در چارچوب نسبیت عام به جسمی با افق رویداد تبدیل شود. این پژوهش، نخستین توضیح فیزیکی برای چگونگی شکل‌گیری سیاه‌چاله‌ها بود. سرانجام در دهه ۱۹۶۰، جان آرچیبالد ویلر اصطلاح «سیاه‌چاله» (Black Hole) را رواج داد؛ نامی که به سرعت در جامعه علمی پذیرفته شد و این مفهوم را از یک ایده نظری به یکی از مهم‌ترین موضوعات اخترفیزیک تبدیل کرد. اما داستان به همین‌جا ختم نشد. در دهه‌های بعد، کشف اختروش‌ها، شناسایی منابع پرتو ایکس، رصد حرکت ستارگان پیرامون سیاه‌چاله کلان‌جرم مرکز کهکشان راه شیری، و در نهایت ثبت نخستین تصویر از سایه سیاه‌چاله در سال ۲۰۱۹ توسط تلسکوپ افق رویداد، همگی شواهد مستقیمی بودند که وجود سیاه‌چاله‌ها را تأیید کردند. همچنین آشکارسازی امواج گرانشی از برخورد سیاه‌چاله‌ها توسط آشکارسازهای LIGO و Virgo از سال ۲۰۱۵ به بعد، یکی از قوی‌ترین تأییدهای تجربی پیش‌بینی‌های نسبیت عام به شمار می‌رود. آنچه روزی تنها یک حدس جسورانه در چارچوب فیزیک نیوتنی بود، امروز به یکی از مستندترین و شگفت‌انگیزترین پدیده‌های شناخته‌شده در کیهان تبدیل شده است؛ اجرامی که نه‌تنها آزمایشگاهی طبیعی برای بررسی گرانش شدید هستند، بلکه می‌توانند سرنخ‌هایی درباره پیوند میان نسبیت عام و مکانیک کوانتومی نیز در اختیار ما قرار دهند. . @ScienceTodaymag

مدال فیلدز ۲۰۲۶؛ از حل معمای ۵۰ ساله تا گامی بزرگ برای یکپارچه‌سازی قوانین فیزیک مدال فیلدز (Fields Medal) که بسیاری آن را «نوبل ریاضیات» می‌نامند، امسال به چهار ریاضیدان برجسته اهدا شد؛ پژوهشگرانی که دستاوردهایشان از حل یکی از مشهورترین مسائل هندسه گرفته تا ایجاد پلی میان قوانین میکروسکوپی و ماکروسکوپی فیزیک را در بر می‌گیرد. برندگان مدال فیلدز ۲۰۲۶ عبارت‌اند از: • یو دِنگ (Yu Deng) از دانشگاه شیکاگو • جان پاردون (John Pardon) از دانشگاه استونی بروک • هونگ وانگ (Hong Wang) از دانشگاه نیویورک • جیکوب تسیمرمن (Jacob Tsimerman) از دانشگاه تورنتو نکته‌ای تاریخی اینکه هونگ وانگ تنها سومین زنی است که در نزدیک به ۹۰ سال تاریخ این جایزه موفق به دریافت مدال فیلدز شده است. . مطالعه متن کامل @ScienceTodaymag

#معرفی_کتاب جهان ریاضی ما Our Mathematical Universe: My Quest for the Ultimate Nature of Reality نوشته: مکس تگمارک. ترجمه: میثم محمد امینی فرهنگ نشر نو جهان ریاضی ما یک سفرنامه است. روایت سفری است اعجاب‌انگیز در زمان و مکان، از دورترین گذشتۀ قابل‌تصور تا زمان حال و آیندۀ بسیار دور، از ذرات کوچک‌تر از اتم تا ابعاد کهکشانی و بسیار فراتر از آن. تگمارک، استاد کیهان‌شناسی است که در کتاب «جهان ریاضی ما» کاوش عمیقی در مفاهیم بنیادین علمی کرده است و سعی کرده با زبانی ساده، آنچه امروزه به عنوان واقعیت می‌شناسیم را مورد تحلیل و بررسی قرار دهد. تگمارک درصدد آن نیست که بگوید جهان ما با ریاضیات کار می‌کند، او قصد دارد ثابت کند، جهان ما خود ریاضیات است. مکس تگمارک در این کتاب یافته‌های جدید کیهان‌شناسی و مکانیک کوانتومی را با زبانی ساده و روشن و بدون اتکا به فرمول‌های ریاضی توضیح می‌دهد. سوای سبک خاص نویسنده که با دوری کردن از لحن خشک و سرد مرسوم در نوشته‌های علمی، خواننده را در تجربیات شخصی و عاطفی خود در طول این سفر فکری همراه می‌کند، جهان ریاضی ما تفاوت مهم دیگری نیز با سایر کتاب‌های ترویج علم دارد. تگمارک در این کتاب، افزون بر توضیح نظریه‌های استاندارد فیزیک، از مرز آخرین یافته‌های علم فراتر می‌رود و فرضیۀ بلندپروازانۀ خودش به نام «فرضیۀ جهان ریاضی» را توضیح می‌دهد و می‌کوشد از آن دفاع کند. مطابق این فرضیه، کل واقعیت اساسا یک ساختار ریاضی است. @ScienceTodaymag

آیا جهان بدون وجود آگاهی معنا دارد؟ چرا ثوابت فیزیک و قوانین طبیعت دقیقا طوری تنظیم شده‌اند که حیات و آگاهی انسان امکان‌پذیر باشد؟ آیا این یک طراحی هوشمندانه است یا پای بی‌نهایت جهان دیگر در میان است؟ در این ویدیو، لئونارد ساسکیند (از بنیان‌گذاران نظریه ریسمان) به بررسی یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های فیزیک مدرن یعنی «تنظیم دقیق» (Fine-Tuning) و «اصل انسان‌نگری» (Anthropic Principle) می‌پردازد. ساسکیند با زبانی ساده و با استفاده از شباهت‌های دنیای زیست‌شناسی و فیزیک توضیح می‌دهد که چطور نظریه ریسمان و کیهان‌شناسی تورمی دست به دست هم می‌دهند تا ایده «چندجهانی» (Multiverse) را به تنها پاسخ منطقی فیزیکدان‌ها تبدیل کنند. @ScienceTodaymag