حکايت علمی شعبون و فوتون و سريش
بلرزون بلرزون بلرزون ... بچرخون بچرخون بچرخون ...
يعنی الان اگر بلد بوديد اينها را به زبان فرانسه بخوانيد میرفتيد نزديک مرز فرانسه و سوئيس در CERN که خود خود مراسم بلرزون بچرخون برقرار است يک دلی از عزا درمیآورديد. تصادفأ حرکات موزون توسط فيزيکدانها دارد انجام میشود. اينش از همه جالبتر است ...
اين بزن و برقص فيزيکدانها مربوط است به يک اتفاق بزرگ که تا حالا ديگر اتفاق افتاده منتهای مراتب بزن و برقص ادامه دارد حالا حالاها. خدمتتان عرض میکنم که دستگيرتان بشود بلکه رفتيد رقصيديد.
و اما ... خبر داريد که توی هستهی اتم چه چيزهايی هست؟ الکترون، پروتون و نوترون. حالا الکترون را بگذاريد کنار و بچسبيد به پروتون و نوترون. پروتونها و نوترونها خودشان از ذرات کوچکتری درست شدهاند که اسمشان کوآرک (Quark) است. حالا يک کمی دنگ و فنگ هم دارند که يک بار دکتر اردلان دانشگاه شريف دو ساعت وقت گذاشت و ته و تویشان را برای اينجانب درآورد.
دنگ و فنگ مربوطه اين است که توی هر پروتون يک کوآرک بالا هست و يک کوآرک پايين. علامتشان هم توی کتابهای شيمی مثل دو تا فلش رو به بالا و پايين هستند که توی يک مربع قرار دارند. توی هر نوترون هم يک کوآرک بالا و دو تا کوآرک پايين هست.
حالا خندهاش مانده ...
اين حضرات کوآرک با يک ذرات ديگری که اسمشان چسب يا گلوون (Gluon) هست به همديگر میچسبند. اگر اين چسبها نباشند آنوقت هستهی اتم که از پروتون و نوترون درست شده به همديگر نمیچسبد. درست مثل هر چسب ديگری که اگر کار نکند میشود مثل ساختمان بساز و بنداز که معرف حضورتان هست.
تشريف داشته باشيد هنوز ...
هر مادهای توی دنيا بر اساس خواصی که دارد شناخته میشود. مثلأ نور خاصيت ذرهای و موجی دارد. آن ذرهای را هم میگويند فوتون. يعنی مثل آب هم میشود از بالا آن را کاسه کاسه ريخت روی سر مردمی که دارند آن پايين راه میروند و هم میشود شلنگ را گرفت روی سرشان. اگر آب اين دو تا خاصيت را نداشت آنوقت تا شلنگ را میگرفتيد سر مردم آب کاسه کاسه میريخت پايين و مردم وقت میکردند که در بروند که کار غلطیست. نور هم همينطوریست و مثلأ آن طرفیها میتوانند به صورت جرقهای و توی خواب ببارانند به قبر آن بابا و اين طرفیها میتوانند با هزار تا پروژکتور از صبح تا شب بتابانند به در و بيابان.
اين خواص و کاربردهای مواد باعث شده تا در هر مدلی که میسازند يک عدهای از ذرات اتمی معلوم بشوند. مثلأ شعبون مال اون وریها بود و آقايان بدون ذکر نام در اين گزارش مال اين وریها ... چقدر هم که زيادند پناه بر خدا. آنوقت خاتمی میگويد کجا هستند.
خوب در هر مدلی هم اين جنابان اين وری و اون وری عامل نيرو هستند ... آقا زور نده ... . حالا سه تا مدل کلی برای اين داستان وجود دارد که تویشان عوامل نيرو عبارتند از فوتون، بوزون (Boson) و همين گلوئون يا چسب، که آدم را ياد آرنولد که خيلی سريش شده بود برای سلام کردن به جاسم میاندازد.
يک چيز ديگری هم هست که اسمش نوترينو (Neutrino)ست که توسط خورشيد توليد میشود و مال وقتیست که دستت رسيد به ضريح يا اون يکی. آدم هم که اساسأ دستش نمیرسد بنابراين خودتان را عذاب ندهيد.
حالا دستتان آمد که چه خبر است ... همه چيز در هستهی اتم میگذرد و خيلی به هم فشرده و اينا ... چيه خوب؟ ... میخوای بريم يک صيغهی محرميت بخوانيم ...
خوب اين حضرات را چطوری میشود پيدا کرد؟ آهان ... آقا هل نده ...
خاطر مبارک که هست که همهی اين شعبون و فوتون و سريش و اينها توی پروتونها و نوترونها بودند؟ ... پروتونها خيلی سنگين هستند شبيه ابطحی خودمان و تکان خوردنشان به سختی امکانپذير است. تا بتوانند در مراسم مختلف هم مینشينند و در نتيجه برای به حرکت درآوردنشان بايد گذاشتشان توی محضورات.
در عالم فيزيک هستهای اين عالم محضورات میشود ميدانهای الکتريکی. مثل اين که يک لولهای درست کنيد که تمام اطرافش آهنربا باشد و يک قطعهای را بگذاريد تويش که با آن قطب آهنربا که توی لوله هست همنام باشد. در نتيجه آن قطعه تپل میماند بين زمين و آسمان و نمیداند برود خانهی خودشان غذا بخورد يا برود ميهمانی.
پروتونها را میگذارند توی چنين ميدان الکتريکی و بهشان سرعت میدهند. يعنی اعلام میکنند که آقا جوجه کباب رو آتيشه بدو که برسه بهت. در نتيجه آقايی که ايشون باشن شروع میکند به راه رفتن. بعد يک تلفن که جوجه کباب اومد ... يک تکون ... بعد داره تموم میشه ... يک تکون... و اين باعث سرعت گرفتن پروتونها میشود.
به اينها دستگاههای بدو که جوجه تموم شد میگويند شتاب دهنده که هم خطیشان هست و هم دايرهای و آنقدر پروتونها را شتاب میدهند که در موقع برخورد با يک هدف کاملأ متلاشی بشن ... يعنی طرف با ماشين برود توی سفره ... خودتان ببينيد وقتی آدم با ماشين برود توی سفره چی باقی میماند ...
درست مشابهش هميجاست که برخورد پروتونی منجر به اضمحلال هستهی اتم میشود و ذراتی مثل شعبون و فوتون و سريش از توی هستهی اتم بيرون میريزند. علاوه بر اينها مقداری زيادی از پرتوهای مختلف که از اثر برخورد توليد میشوند هم قابل ديدن میشوند. پرتو هم چيزهايی شبيه به اشعهی ايکس و فرابنفش هستند. جالبش هم اين است که بعضی از پرتوهايی که فيزيکدانها میشناسند منبعشان در کهکشانهاست و اگر شتابدهنده به اندازهی کافی قوی باشد آنوقت ممکن است بشود چنين پرتوهايی را هم بازسازی کرد.
حالا مراسم رقص در مرز فرانسه و سوئيس مربوط است به راه اندازی بزرگترين شتابدهندهی جهان که قرار است پرتوهای پروتونی 7 ترا اکترون ولتی را بکوبد به هم و ذرات اتمی را که خيلیهایشان تا به حال به طور محاسباتی وجودشان ثابت شده را توليد کند. يک ترا اکترون ولت (TeV) هم معادل يک مميز هشتاد ضربدر ده به توان منهای 30 کيلوگرم است ... اگر اشتباه نکرده باشم در محاسبهاش.
اين شتابدهنده به صورت حلقهای ساخته شده و طولش 27 کيومتر است. شتابدهنده پروتونها را با سرعت نزديک به نور حرکت میدهد. در نتيجه چيزی حدود 100 برابر گرمای خورشيد در اثر برخورد ذرات با هم ايجاد میشود. در چنين درجه حرارتی میشود اتفاقاتی را که در زمان انفجار بزرگ که همان Big Bang خودمان است، که زود هم فاميل درآمديم، بازسازی کرد. در واقع آن موقعی که انفجار بزرگ رخ داده نزديک به همين مقدار گرما توليد شده و بعد تمام جهان شکل گرفته. چه وقت؟ 14 ميليارد سال پيش.
چيزی که فيزيکدانها میخواهند بدانند اين است که آيا میشود آنقدری به عقب برگشت که منشاء چهار نيروی فعلی عالم را هم پيدا کرد يا نه؟ اين چهار نيرو عبارتند از نيروی الکترومغناطيس، که همين الکتریسيته خودمان است، نيروی هستهای قوی که آزاد شدنش میشود همين بمب اتم، نيروی هستهای ضعيف که با غلبه بر آن میشود مواد را به همديگر تبديل کرد و اسم خودمانیاش کيمياگریست، و نيروی جاذبهی عزيز که همهمان را نگه داشته روی زمين. چهل و چهار سال پيش يک دانشمندی گفته بود که يک بوزون (Boson) خاص که مثل همين شعبون خودمان است عامل ربط پيدا کردن اين چهار نيرو به همديگر است. حالا من بدو آهو بدو به دنبال بوزون.
حالا اينها يک طرف. آن طرف ديگرش هم تحقيقاتیست که منبعد راه میافتد. مثل تحقيق دربارهی مادهی تاريک و گراويتونها که ايضأ مثل همين شعبون و فوتون هستند و شما خودتان را ناراحت نکنيد ... و البته يک چيزی که خيلی خيلی باحالتر است و اينجانب خيلی دست اولش را ديدهام اين است:
نظريهی ريسمان و داستان ابعاد اضافی.
میدانيد که از جمله آدمهايی که نظريهی ريسمان را معرفی کردهاند يکی هم کامران وفا هست که در هاروارد تحقيق میکند. وقتی آمده بود ايران سه چهار روزی من همراهش بودم و خودم را خفه کردم از سؤال کردن دربارهی همين ابعاد اضافی. نتيجهاش اين است که خلاصه مینويسم.
يک ورق کاغذ را بگذاريد روی زمين. فرض کنيد ضخامتش نزديک است به صفر. ولی هم طول دارد و هم عرض و ديگر هيچ يعنی دو بعدیست. وزن و اينها هم هيچ، چون دربارهی ابعاد حرف میزنيم.
حالا چطوری میشود از طول و عرض يعنی از يک فضای دو بعدی به فضای با ابعاد بيشتر رسيد؟
آهان ... هل نده تا بگم ...
اگر ورق کاغذ را برداريد و مچالهاش کنيد مثل توپ، آنوقت ورق کاغذ سه بعدی میشود يعنی يک بعد ديگر ايجاد میشود. کيف کرديد؟
داستان ابعاد اضافی هم همين است. طبق نظريات مختلف و مهمترينشان همين نظريهی ريسمان، به لحاظ رياضی تعداد ابعاد بيشتر از اينهايیست که ما میدانيم که عبارتند از طول و عرض و ارتفاع و در ضمن به طور فيزيکی میتوانيم اندازهشان بگيريم. دليلش در همين آزمايش ساده است که میشود بعد توليد کرد مثل همين توپی که از يک ورق کاغذ ساختيم.
حالا اين شتابدهنده که اسمش برخورد کنندهی هادرونی بزرگ يا LHC هست دارد هر کسی را به يک دليلی میرقصاند. هادرون هم به ذراتی مثل همين پروتون و نوترون میگويند که به واسطهی نيروهای اتمی به هم میچسبند.
ضمنأ چون حالا بلاخره پيش میآيد و بازار است و کاسبیست و کاريش هم نمیشود کرد، اگر جايی شنيديد کسی گفت که اين شتابدهنده ممکن است سياهچاله مثلأ درست کند و ديگر بايد رو به قبله بخوابيم حتمأ سؤال کنيد اين توليدیشان کجاست که رسيدهايم به خودکفايي و لازم نيست مثل سابق از قبرس وارد کنيم؟
يعنی الان اگر بلد بوديد اينها را به زبان فرانسه بخوانيد میرفتيد نزديک مرز فرانسه و سوئيس در CERN که خود خود مراسم بلرزون بچرخون برقرار است يک دلی از عزا درمیآورديد. تصادفأ حرکات موزون توسط فيزيکدانها دارد انجام میشود. اينش از همه جالبتر است ...
اين بزن و برقص فيزيکدانها مربوط است به يک اتفاق بزرگ که تا حالا ديگر اتفاق افتاده منتهای مراتب بزن و برقص ادامه دارد حالا حالاها. خدمتتان عرض میکنم که دستگيرتان بشود بلکه رفتيد رقصيديد.
و اما ... خبر داريد که توی هستهی اتم چه چيزهايی هست؟ الکترون، پروتون و نوترون. حالا الکترون را بگذاريد کنار و بچسبيد به پروتون و نوترون. پروتونها و نوترونها خودشان از ذرات کوچکتری درست شدهاند که اسمشان کوآرک (Quark) است. حالا يک کمی دنگ و فنگ هم دارند که يک بار دکتر اردلان دانشگاه شريف دو ساعت وقت گذاشت و ته و تویشان را برای اينجانب درآورد.
دنگ و فنگ مربوطه اين است که توی هر پروتون يک کوآرک بالا هست و يک کوآرک پايين. علامتشان هم توی کتابهای شيمی مثل دو تا فلش رو به بالا و پايين هستند که توی يک مربع قرار دارند. توی هر نوترون هم يک کوآرک بالا و دو تا کوآرک پايين هست.
حالا خندهاش مانده ...
اين حضرات کوآرک با يک ذرات ديگری که اسمشان چسب يا گلوون (Gluon) هست به همديگر میچسبند. اگر اين چسبها نباشند آنوقت هستهی اتم که از پروتون و نوترون درست شده به همديگر نمیچسبد. درست مثل هر چسب ديگری که اگر کار نکند میشود مثل ساختمان بساز و بنداز که معرف حضورتان هست.
تشريف داشته باشيد هنوز ...
هر مادهای توی دنيا بر اساس خواصی که دارد شناخته میشود. مثلأ نور خاصيت ذرهای و موجی دارد. آن ذرهای را هم میگويند فوتون. يعنی مثل آب هم میشود از بالا آن را کاسه کاسه ريخت روی سر مردمی که دارند آن پايين راه میروند و هم میشود شلنگ را گرفت روی سرشان. اگر آب اين دو تا خاصيت را نداشت آنوقت تا شلنگ را میگرفتيد سر مردم آب کاسه کاسه میريخت پايين و مردم وقت میکردند که در بروند که کار غلطیست. نور هم همينطوریست و مثلأ آن طرفیها میتوانند به صورت جرقهای و توی خواب ببارانند به قبر آن بابا و اين طرفیها میتوانند با هزار تا پروژکتور از صبح تا شب بتابانند به در و بيابان.
اين خواص و کاربردهای مواد باعث شده تا در هر مدلی که میسازند يک عدهای از ذرات اتمی معلوم بشوند. مثلأ شعبون مال اون وریها بود و آقايان بدون ذکر نام در اين گزارش مال اين وریها ... چقدر هم که زيادند پناه بر خدا. آنوقت خاتمی میگويد کجا هستند.
خوب در هر مدلی هم اين جنابان اين وری و اون وری عامل نيرو هستند ... آقا زور نده ... . حالا سه تا مدل کلی برای اين داستان وجود دارد که تویشان عوامل نيرو عبارتند از فوتون، بوزون (Boson) و همين گلوئون يا چسب، که آدم را ياد آرنولد که خيلی سريش شده بود برای سلام کردن به جاسم میاندازد.
يک چيز ديگری هم هست که اسمش نوترينو (Neutrino)ست که توسط خورشيد توليد میشود و مال وقتیست که دستت رسيد به ضريح يا اون يکی. آدم هم که اساسأ دستش نمیرسد بنابراين خودتان را عذاب ندهيد.
حالا دستتان آمد که چه خبر است ... همه چيز در هستهی اتم میگذرد و خيلی به هم فشرده و اينا ... چيه خوب؟ ... میخوای بريم يک صيغهی محرميت بخوانيم ...
خوب اين حضرات را چطوری میشود پيدا کرد؟ آهان ... آقا هل نده ...
خاطر مبارک که هست که همهی اين شعبون و فوتون و سريش و اينها توی پروتونها و نوترونها بودند؟ ... پروتونها خيلی سنگين هستند شبيه ابطحی خودمان و تکان خوردنشان به سختی امکانپذير است. تا بتوانند در مراسم مختلف هم مینشينند و در نتيجه برای به حرکت درآوردنشان بايد گذاشتشان توی محضورات.
در عالم فيزيک هستهای اين عالم محضورات میشود ميدانهای الکتريکی. مثل اين که يک لولهای درست کنيد که تمام اطرافش آهنربا باشد و يک قطعهای را بگذاريد تويش که با آن قطب آهنربا که توی لوله هست همنام باشد. در نتيجه آن قطعه تپل میماند بين زمين و آسمان و نمیداند برود خانهی خودشان غذا بخورد يا برود ميهمانی.
پروتونها را میگذارند توی چنين ميدان الکتريکی و بهشان سرعت میدهند. يعنی اعلام میکنند که آقا جوجه کباب رو آتيشه بدو که برسه بهت. در نتيجه آقايی که ايشون باشن شروع میکند به راه رفتن. بعد يک تلفن که جوجه کباب اومد ... يک تکون ... بعد داره تموم میشه ... يک تکون... و اين باعث سرعت گرفتن پروتونها میشود.
به اينها دستگاههای بدو که جوجه تموم شد میگويند شتاب دهنده که هم خطیشان هست و هم دايرهای و آنقدر پروتونها را شتاب میدهند که در موقع برخورد با يک هدف کاملأ متلاشی بشن ... يعنی طرف با ماشين برود توی سفره ... خودتان ببينيد وقتی آدم با ماشين برود توی سفره چی باقی میماند ...
درست مشابهش هميجاست که برخورد پروتونی منجر به اضمحلال هستهی اتم میشود و ذراتی مثل شعبون و فوتون و سريش از توی هستهی اتم بيرون میريزند. علاوه بر اينها مقداری زيادی از پرتوهای مختلف که از اثر برخورد توليد میشوند هم قابل ديدن میشوند. پرتو هم چيزهايی شبيه به اشعهی ايکس و فرابنفش هستند. جالبش هم اين است که بعضی از پرتوهايی که فيزيکدانها میشناسند منبعشان در کهکشانهاست و اگر شتابدهنده به اندازهی کافی قوی باشد آنوقت ممکن است بشود چنين پرتوهايی را هم بازسازی کرد.
حالا مراسم رقص در مرز فرانسه و سوئيس مربوط است به راه اندازی بزرگترين شتابدهندهی جهان که قرار است پرتوهای پروتونی 7 ترا اکترون ولتی را بکوبد به هم و ذرات اتمی را که خيلیهایشان تا به حال به طور محاسباتی وجودشان ثابت شده را توليد کند. يک ترا اکترون ولت (TeV) هم معادل يک مميز هشتاد ضربدر ده به توان منهای 30 کيلوگرم است ... اگر اشتباه نکرده باشم در محاسبهاش.
اين شتابدهنده به صورت حلقهای ساخته شده و طولش 27 کيومتر است. شتابدهنده پروتونها را با سرعت نزديک به نور حرکت میدهد. در نتيجه چيزی حدود 100 برابر گرمای خورشيد در اثر برخورد ذرات با هم ايجاد میشود. در چنين درجه حرارتی میشود اتفاقاتی را که در زمان انفجار بزرگ که همان Big Bang خودمان است، که زود هم فاميل درآمديم، بازسازی کرد. در واقع آن موقعی که انفجار بزرگ رخ داده نزديک به همين مقدار گرما توليد شده و بعد تمام جهان شکل گرفته. چه وقت؟ 14 ميليارد سال پيش.
چيزی که فيزيکدانها میخواهند بدانند اين است که آيا میشود آنقدری به عقب برگشت که منشاء چهار نيروی فعلی عالم را هم پيدا کرد يا نه؟ اين چهار نيرو عبارتند از نيروی الکترومغناطيس، که همين الکتریسيته خودمان است، نيروی هستهای قوی که آزاد شدنش میشود همين بمب اتم، نيروی هستهای ضعيف که با غلبه بر آن میشود مواد را به همديگر تبديل کرد و اسم خودمانیاش کيمياگریست، و نيروی جاذبهی عزيز که همهمان را نگه داشته روی زمين. چهل و چهار سال پيش يک دانشمندی گفته بود که يک بوزون (Boson) خاص که مثل همين شعبون خودمان است عامل ربط پيدا کردن اين چهار نيرو به همديگر است. حالا من بدو آهو بدو به دنبال بوزون.
حالا اينها يک طرف. آن طرف ديگرش هم تحقيقاتیست که منبعد راه میافتد. مثل تحقيق دربارهی مادهی تاريک و گراويتونها که ايضأ مثل همين شعبون و فوتون هستند و شما خودتان را ناراحت نکنيد ... و البته يک چيزی که خيلی خيلی باحالتر است و اينجانب خيلی دست اولش را ديدهام اين است:
نظريهی ريسمان و داستان ابعاد اضافی.
میدانيد که از جمله آدمهايی که نظريهی ريسمان را معرفی کردهاند يکی هم کامران وفا هست که در هاروارد تحقيق میکند. وقتی آمده بود ايران سه چهار روزی من همراهش بودم و خودم را خفه کردم از سؤال کردن دربارهی همين ابعاد اضافی. نتيجهاش اين است که خلاصه مینويسم.
يک ورق کاغذ را بگذاريد روی زمين. فرض کنيد ضخامتش نزديک است به صفر. ولی هم طول دارد و هم عرض و ديگر هيچ يعنی دو بعدیست. وزن و اينها هم هيچ، چون دربارهی ابعاد حرف میزنيم.
حالا چطوری میشود از طول و عرض يعنی از يک فضای دو بعدی به فضای با ابعاد بيشتر رسيد؟
آهان ... هل نده تا بگم ...
اگر ورق کاغذ را برداريد و مچالهاش کنيد مثل توپ، آنوقت ورق کاغذ سه بعدی میشود يعنی يک بعد ديگر ايجاد میشود. کيف کرديد؟
داستان ابعاد اضافی هم همين است. طبق نظريات مختلف و مهمترينشان همين نظريهی ريسمان، به لحاظ رياضی تعداد ابعاد بيشتر از اينهايیست که ما میدانيم که عبارتند از طول و عرض و ارتفاع و در ضمن به طور فيزيکی میتوانيم اندازهشان بگيريم. دليلش در همين آزمايش ساده است که میشود بعد توليد کرد مثل همين توپی که از يک ورق کاغذ ساختيم.
حالا اين شتابدهنده که اسمش برخورد کنندهی هادرونی بزرگ يا LHC هست دارد هر کسی را به يک دليلی میرقصاند. هادرون هم به ذراتی مثل همين پروتون و نوترون میگويند که به واسطهی نيروهای اتمی به هم میچسبند.
ضمنأ چون حالا بلاخره پيش میآيد و بازار است و کاسبیست و کاريش هم نمیشود کرد، اگر جايی شنيديد کسی گفت که اين شتابدهنده ممکن است سياهچاله مثلأ درست کند و ديگر بايد رو به قبله بخوابيم حتمأ سؤال کنيد اين توليدیشان کجاست که رسيدهايم به خودکفايي و لازم نيست مثل سابق از قبرس وارد کنيم؟
نظرات