مسافرت در کهکشان‌ها از مسیر فضای فوق فضا

[MOHAMMAD REZA]

مسافرت در کهکشان‌ها از مسیر فضای فوق فضا

موسسه آمریکایی هوانوردی و فضانوردی هر سال به بهترین مقالاتی که در کنفرانس سالانه این موسسه برگزار شود جوایزی اعطا می‌کند.

جایزه سال 2005
در گروه پروازهای فضایی با استفاده از سوخت‌های هسته‌ای و مسافرت‌های فضایی آینده به مقاله‌ای تعلق گرفت که خواستار انجام آزمون‌های تجربی روی یک نوع موتور شگفت‌انگیر جدید شده است
بر طبق این مقاله موتور جدید قادر است سفینه فضایی را از مسیر یک بعد تازه فضایی با سرعتی حیرت انگیز انتقال دهد. سفینه مجهز به این موتور می‌تواند زمین را ظهر ترک کند و برای شام در کره ماه باشد. تنها یک نکته ضعف در مورد این مقاله وجود دارد و آن این که از فیزیکی استفاده می‌کند که هنوز بخوبی شناخته نشده است.
سوال این است که آیا ایده مطرح شده در این مقاله کارایی دارد یا نه؟ به نوشته هفته‌نامه "نیو ساینتیست"، موسسه هوانوردی و فضانوردی آمریکا از این مقاله استقبال کرده و ارتش آمریکا نیز توجهش به این نوع موتورهای فضایی جلب شد، یک محقق موتورهای سفینه‌های فضایی در وزارت انرژی آمریکا که در آزمایشگاه ملی ساندینا تحقیق می‌کند اعلام کرده که آماده است این ایده را مورد آزمایش قرار دهد.
با وجود آن که بسیاری از فیزیکدانان از نظریه‌ای که این ایده به آن متکی است چیزی سر در نمی‌آورند، اما پاولوس میکلیدیس مهندس هوافضایی که در دانشگاه ایالتی آریزونا تحقیق می‌کند و داور مقاله برنده بوده، تاکید دارد که به قضاوت خود در خصوص این مقاله پای بند است.
به گفته او هرچند ایده‌هایی شبیه به ایده این مقاله در گذشته نیز مطرح شده، اما موضوع مورد بحث این مقاله کاملا بی‌نظیر است. اگر ایده این مقاله مورد آزمایش قرار گیرد شیوه‌های تازه‌ای از نحوه تعامل میان نیروهای طبیعت را آشکار می‌سازد که بکلی آینده مسافرت‌های فضایی را دستخوش تغییر خواهد ساخت.
با این شیوه سفر به مریخ دیگر 6 ماه به طول نمی‌انجامد بلکه رفت و برگشت به سیاره سرخ تنها به 5 ساعت زمان نیاز دارد. به این ترتیب همه نگرانی‌های کنونی در این خصوص که طول اقامت فضانوردان در فضا موجب تحلیل رفتن عضلات و ماهیچه‌های آنان یا آسیب دیدن مولکول دی ان آ در سلول‌های بدنشان به واسطه برخورد پرتوهای کیهانی می‌شود، بکلی برطرف خواهد شد.
از همه مهمتر این که این دستگاه جدید سفر به ستارگان را نیز برای نخستین بار به امر عملی بدل می‌سازد، اما سوال این است که آیا حرکت در فضای فوق فضا به شیوه هایپر درایو امکانپذیر است یا نه؟ برای پاسخ دادن به این پرسش باید با اندیشه‌های یک فیزیکدان گمنام به نام بورکهارد هایم آشنا شد.

ادامه دارد...

[MOHAMMAD REZA]

هایم در دهه 1950در مسیر تلاش برای حل تعارض میان مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت عام، شروع به بررسی ایده موتورهای پیشبرنده به شیوه هایپر درایو کرد.
مکانیک کوانتوم رفتار ذرات در جهان بسیار ریز را توضیح می‌دهد در حالی که نسبیت عمدتا با نیروی جاذبه اجرام بزرگ کیهانی سروکار دارد. این 2 نظریه هر یک در حوزه خود یعنی جهان صغیر و جهان کبیر بسیار موفقند، اما تعارض میان آن دو زمانی مطرح می‌شود که دانشمندان می‌کوشند تا بافتار خود فضا را مورد بررسی قرار دهند. بر حسب نظریه نسبیت پیوستار زمان-مکان یک بافتار فعال و قابل انعطاف است که دارای 4 بعد است. 3بعد مکان و یک بعد زمان.
این بافتار هرگاه جرم سنگینی در آن قرار داده شود نظیر یک صفحه لاستیکی که وزنه سنگینی روی آن قرار داده شود دچار انحنا می‌شود و ابعاد 4 گانه‌اش اعوجاج پیدا می‌کند.
اما نظریه مکانیک کوانتومی از سوی دیگر فضا را به صورت یک هستار ثابت که دارای موقعیتی انفعالی در نظر می‌گیرد. بر طبق نظریه کوانتومی خود فضا نیز به نحوی ساخته شده از اجزا غیر پیوسته کوانتومی است . هایم در دهه ‪ 1950اقدام به بازنویسی معادلات نسبیت در درون یک چارچوب کوانتومی کرد. او از ایده اینشتین در این خصوص که نیروی جاذبه از ابعاد 4 گانه فضا به وجود می‌آید استفاده کرد. اینشتین می‌گفت آنچه که نیروی جاذبه نامیده می‌شود در واقع عبارت است از انحنای فضا تحت تاثیر یک جرم معین.
اما هایم به این ایده این نکته را اضافه کرد که همه نیروهای بنیادین طبیعت از جمله نیروی الکترومغناطیس نیز مانند نیروی جاذبه از ابعاد فضا به وجود می‌آیند، هرچند که این ابعاد بالاتر از 4 بعد متعارف هستند.

ادامه دارد...

[MOHAMMAD REZA]

او در ابتدا 4 بعد اضافی برای کیهان در نظر گرفت، اما بعد دو بعد را کنار گذارد و تعداد ابعاد کیهان را 6 تا به حساب آورد. در این جهان 6 بعدی هایم 2 نیروی جاذبه و الکترو مغناطیس به یکدیگر پیوسته و کوپله شده هستند. ما حتی در کیهانی که با آن آشنا هستیم نیز می‌توانیم نوعی ارتباط میان این 2 نیرو پیدا کنیم این ارتباط را می‌توان در رفتار ذرات بنیادین نظیر الکترون مشاهده کرد. یک الکترون هم جرم دارد و هم بار الکتریکی. زمانی که الکترون تحت تاثیر میدان جاذبه قرار گیرد بار الکتریکی آن در اثر به حرکت در آمدن یک میدان مغناطیسی بوجود می‌آورد و از ترکیب 2 میدان الکتریکی و مغناطیسی نیروی الکترومغناطیس تولید می‌شود. بر عکس اگر از نیروی الکترومغناطیس برای به حرکت در آوردن الکترون استفاده کنیم در آن صورت میدان جاذبه‌ای که همراه آن است نیز به حرکت در می‌آید. در جهان 4 بعدی نمی‌توان با تغییر میدان الکترومغناطیس شدت میدان جاذبه را تغییر داد، اما در کیهان شش بعدی هایم این محدودیت برطرف می‌شود. هایم مدعی شد که این امکان وجود دارد که انرژی الکترومغناطیس را به انرژی جاذبه تبدیل کرد و بالعکس و گمانه‌زنی کرد که یک میدان مغناطیسی گردنده می‌تواند تاثیر میدان جاذبه را روی یک سفینه فضایی آنقدر کاهش دهد که سفینه بتواند از زمین به هوا بلند شود. زمانی که هایم در سال 1957 ایده خود را مطرح ساخت با استقبال زیاد روبه‌رو شد. ورنر فن براون مهندس آلمانی مسئول ساخت موشک‌های یو 2در آلمان نازی که بعد از جنگ به آمریکا رفت و موشک‌های ساترن را برای ناسا طراحی و تکمیل کرد و با استفاده از آن موفق شد انسان را بر سطح کره ماه فرود آورد از هایم سوال کرد که آیا با توجه به ایده او، موشک پر هزینه ساترن ارزش ساخت دارد یا نه؟ در نامه‌ای که پاسکال جوردن فیزیکدان برجسته آلمانی و متخصص فیزیک نسبیت و همکار نزدیک فیزیکدانان سرشناسی مانند "ماکس بورن" و " ورنر هایزنبرگ" در سال 1964 برای هایم نوشت به او گفت که ایده‌اش آن اندازه حائز اهمیت است که آزمون موفق تجربی آن می‌تواند بدون تردید جایزه نوبل را برای وی به ارمغان آورد. خود جوردن در آن هنگام عضو کمیته‌ای بود که برندگان جوایز نوبل را تعیین می‌کرد. اما همه این توجهات صرفا منجر به آن شد که هایم خود را از نظار عمومی کنار بکشد. یک علت این امر آن بود که وی از معلولیت شدید بدنی ناشی از یک انفجار شدید در دوران نوجوانی رنج می‌برد. اما هایم در عین حال اکراه داشت که نظریه خود را بدون یک محک تجربی محکم ارائه کند.
او هیچگاه زبان انگلیسی را فرانگرفت زیرا نمی‌خواست کارهای علمیش به زبان‌های دیگر عرضه شود. در نتیجه این امر تنها شمار اندکی از افراد از تحقیقات او مطلع بودند و هیچ یک از آنان نیز اقدامی برای تامین بودجه لازم برای انجام تحقیقات اوصورت ندادند.

ادامه دارد...

[MOHAMMAD REZA]

مکانیک کوانتوم رفتار ذرات در جهان بسیار ریز را توضیح می‌دهد در حالی که نسبیت عمدتا با نیروی جاذبه اجرام بزرگ کیهانی سروکار دارد.

در سال 1958 یک شرکت هوافضای آلمانی به نام بولکو بودجه اندکی در اختیار هایم قرار داد، اما این پول برای انجام آزمون تجربی کفایت نمی‌کرد. در دورانی که هایم منتظر تهیه پول لازم بود مدیر شرکت بولکو یعنی لودویگ بولکوLudwig Blkow او را تشویق کرد که کار روی نظریه‌اش را ادامه دهد. هایم این توصیه را به کار بست و یکی از نتایجی که به دست آورد اثبات قضیه‌ای بود که منجر به رشته از فرمول‌ها برای محاسبه جرم ذرات بنیادین شد. نکته جالب آن که نظریه‌های متعارف مربوط به ذرات بنیادین نتوانسته بودند چنین فرمولی را پیدا کنند و در تعیین جرم ذرات با مشکل روبه‌رو بودند. هایم دیدگاه کلی خود را در سال 1977 در نشریه علمی موسسه ماکس پلانک به چاپ رساند و این تنها مقاله داوری شده وی است که انتشار یافته. در این مقاله او با زبانی غامض و پیچیده که تعداد فیزیکدانانی که می‌توانند ادعا کنند آن را فهمیده‌اند زیاد نیست،راهی برای محاسبه جرم ذرات بنیادین با استفاده از مشخصه‌هایی مانند بار الکتریکی و اندازه حرکت زاویه‌ای آنها پیشنهاد کرده است. اما با وجود زبان دشوار این مقاله، قضیه‌ای که هایم اثبات کرده بود با موفقیت فراوان همراه شد. مدل استاندارد مربوط به ذرات بنیادین که کم و بیش در میان همه فیزیکدانان به عنوان بهترین مدل در مورد ذرات بنیادین پذیرفته شده است، نمی‌تواند جرم این قبیل ذرات را پیش بینی کند. حتی شیوه‌های پذیرفته شده تخمین زدن جرم این ذرات به صورت نظری، که از آن با نام "کوانتوم شبکه‌ای کرومودینامیک " quantum chromodynamics lattice یاد می‌شود تنها می‌تواند عددی برای جرم ذرات بنیادین بدست آورد که مقدارش بین یک تا 10 درصد مقداری است که در تجربه به دست می‌آید اما در سال 1982 زمانی که محققان آلمانی در مرکز الکترون ینکروترون در هامبورگ از قضیه هایم برای پیش بینی جرم ذرات بنیادین استفاده کردند جوابی که کامپیوتر ارائه داد با دقت زیاد معادل جوابی بود که از آزمایش به دست آمده بود.

ادامه دارد...