۱۰ شگفتی علمی برتر یک قرن گذشته از نگاه مجله ساینس نیوز

به گزارش سرویس تازه های دنیای فناوری مجله تک تایمز ،

از روزی که ارشمیدس حمام خود را ناتمام گذاشت و فریاد اورکا سرداد، علم به‌طور پیوسته منبعی از شگفتی‌ها بوده است. حتی پس از انباشت فراوان دانش در قرن‌های اخیر، علم هنوز هم قابلیت شگفت‌انگیز بودن خود را حفظ کرده است و از زمان آغاز فعالیت ساینس نیوز، همچنان کشفیات تکان‌دهنده‌ای حاصل می‌کند.

برخی از این شگفتی‌ها به شکل ناگهانی (اگرچه نه لزوما با لحظه اورکا) اتفاق افتاده‌اند. در موارد دیگر، مدتی طول کشیده است تا تغییرات انقلابی در درک به آرامی به آگاهی علمی عمومی رخنه کند. مجله ساینس نیوز، ازجمله باسابقه‌ترین نشریات علمی آمریکایی محسوب می‌شود که درطول صد سال فعالیت خود، مجموعه بی‌پایانی از شگفتی‌ها را شناسایی و گزارش کرده است. با تک تایمز همراه باشید تا در صدمین سالگرد بنیان‌گذاری ساینس نیوز، با ۱۰ شگفتی علمی برتر یک قرن گذشته از نگاه این نشریه آشنا شوید.

۱۰. نقض پاریته

در قرن بیستم، فیزیکدانان اهمیت تقارن‌های ریاضی را در قوانین طبیعت اثبات کردند. درحالی‌که تغییرات گوناگونی در جهان فیزیکی رخ می‌دهد، معادلات توصیف‌کننده‌ی آن‌ها یکسان است؛ بنابراین، بدیهی به‌نظر می‌رسید که مشاهده جهان در آینه (جابه‌جایی راست و چپ) نباید تأثیری روی دقت این معادلات داشته باشد. هرمان ویل، ریاضیدان برجسته‌ای که در سال ۱۹۵۵ از دنیا رفت، جسورانه گفت: «بدون تردید، تمامی قوانین طبیعت نسبت به جا‌به‌جایی راست با چپ، نامتغیر و ثابت هستند».

اما در سال ۱۹۵۶، تسونگ-دائو لی و چن نینگ یانگ مقاله‌ای نظری منتشر کردند که خلاف این موضوع را پیشنهاد می‌کرد و تقریبا بلافاصله، دو تیم آزمایشگر نشان دادند طبیعت بین راست و چپ تمایز قائل می‌شود (در اصطلاح تخصصی نقض پاریته).

واپاشی بتا رادیواکتیو اتم‌های کبالت و واپاشی ذرات ناپایداری به نام میون‌ها، هر دو نابرابری چپ-راست را در جهت حرکت ذرات بتای ساطع‌شده نشان می‌دادند. این شگفتی بزرگی بود. این اکتشاف در نسخه پیشین ساینس نیوز یعنی ساینس نیوز لتر باعنوان «قوانین جدید ماده اتمی» منتشر شد و نتایج «انقلابی در فیزیک نظری» خوانده شد.

۹. گازهای بی‌اثر در ایجاد ترکیبات شرکت می‌کنند

در دهه‌ی ۱۸۹۰، شیمیدانان خانواده جدیدی از عناصر یعنی گازهای بی‌اثر را به جدول تناوبی دمیتری مندلیف اضافه کردند. هلیوم (ده‌ها سال پیش‌تر در خورشید شناسایی شده بود اما تا سال ۱۸۹۵ روی زمین کشف نشده بود)، نئون، آرگون، زنون، کریپتون و رادون قبلا مورد غفلت داشمندان قرار گرفته بودند، زیرا با عناصر دیگر ترکیباتی ایجاد نمی‌کردند.

در ادامه بخوانید:

آن اتم‌های مقاوم دربرابر واکنش به‌عنوان گازهای نجیب یا بی‌اثر شناخته شدند؛ زیرا در شرایط عادی همه‌ی آن‌ها در حالت گازی وجود داشتند. در همه کتاب‌های درسی آمده بود که آرایش الکترون‌ها در اطراف اتم‌های گاز بی‌اثر مانع از این می‌شود که این گازها بتوانند در ایجاد ترکیب شیمیایی جدیدی شرکت کنند.

با‌این‌حال در سال ۱۹۶۲، مطلبی با عنوان «ترکیب غیرممکن ساخته‌شده با گاز بی‌اثر» در ساینس نیوز لتر منتشر شد. آن مقاله ترکیبی از زنون به نام زنون تترافلورید را گزارش کرد که در آزمایشگاه ملی آرگون در ایلینوی تولید شده بود و به این موضوع نیز اشاره کرده بود که قبلا، در سال ۱۹۶۲ شیمیدانی به نام نیل بارتلت ترکیب دیگری از زنون به نام زنون-پلاتین هگزافلوراید را تولید کرده بود.

شیمیدانان مجبور شدند کتاب‌های خود را بازنگری کنند و به دانشمندان یادآوری شد که همیشه نباید آنچه را که به آن‌ها گفته می‌شود، باور کنند.

۸. تکتونیک (زمین‌ساخت) صفحه‌ای

در دهه‌ی ۱۹۶۰، بسیاری از دانشمندان علم زمین از فهمیدن این موضوع بهت زده شدند که باید کتاب‌های توصیف‌کننده‌ی تاریخچه زمین را دور بریزند.

اگرچه آلفرد وگنر چندان شگفت‌زده نشد. او که در سال ۱۹۳۰ از دنیا رفت، ستاره‌شناسی بود که به هواشناسی نیز پرداخت و سراغ دیرینه‌شناسی و ژئوفیزیک نیز رفته بود. او در سال ۱۹۱۵، کتابی نوشت که پیشنهاد می‌کرد قاره‌های زمین زمانی در توده زمین واحدی به نام پانگه‌آ (کهن‌قاره) درکنار هم قرار داشتند. آن‌ها سپس در طول میلیون‌ها سال، از موقعیت‌های خود دور شدند و در جایی قرار گرفتند که در نقشه جهان امروز دیده می‌شود. وگنر ادعا کرد که این نقشه تصویری دائمی از ویژگی‌های زمین نیست، بلکه فقط تصویری لحظه‌ای از فیلمی طولانی است.

اما افراد کمی وگنر را باور کردند و ژئوفیزیکدانان استدلال کردند که ازنظر فیزیکی، چنین حرکت گسترده‌ای از این توده‌های سخت و عظیم غیرقابل توضیح است. با‌این‌حال، ایده وگنر درمورد رانش قاره‌ای از بین نرفت. اما ایده‌ی او تا دهه‌ی ۱۹۶۰، یعنی زمانی که الگوهای مغناطیسی تشخیص داده‌شده در کف دریا نشان ‌داد اقیانوس‌ها گسترش پیدا کرده‌اند و قاره‌ها را از هم دور کرده‌اند، با مخالفت دیگران رو‌به‌رو بود. ساینس نیوز لتر در سال ۱۹۶۳ گزارش کرد: «شواهد جدید… از تئوری مدت‌ها جنجال‌برانگیز که قاره‌ها زمانی به هم متصل بودند و سپس از هم دور شدند، حمایت می‌کند».

پژوهش‌های بیشتر طی سال‌های بعد نشان داد که رانش قاره‌ای نشانه‌ای از مکانیسم‌های پیچیده درون زمین است که به‌ تکتونیک صفحه‌ای یا زمین‌ساخت صفحه‌ای معروف شد. تکتونیک صفحه‌ای نه‌تنها موقعیت قاره‌ها، بلکه نحوه شکل‌گیری رشته‌کوه‌ها و علت تجمع زمین‌لرزه‌ها را در مناطق دارای فعالیت زمین‌لرزه‌ای بالا توضیح می‌دهد. در سال ۱۹۶۹، ساینس نیوز به نقل از کارشناسان اعلام کرد: «زمان آن فرا رسیده است که تکتونیک صفحه‌ای به‌عنوان یک مدل نظری بنیادین در ژئوفیزیک پذیرفته شود».

درحالی‌که بسیاری از مقامات برای سال‌ها تمایلی به پذیرش آن نداشتند، در دهه‌های پس از آن، ایده‌ی شگفت‌انگیز وگنر تأیید شد.

۷. DNA ژن‌ها را می‌سازد

یکی از شگفت‌انگیزترین کشفیات قرن گذشته در سال ۱۹۵۳ رخ داد؛ زمانی که جیمز واتسون و فرانسیس کریک به کمک تصویر اشعه ایکس تهیه‌شده توسط روزالیند فرانکلین، ساختار مارپیچی مضاعف مولکول ژنتیکی DNA را کشف کردند. اما شاید شگفتی بزرگ‌تر چند سال پیش‌تر اتفاق افتاده بود، یعنی زمانی که اسوالد ایوری و همکارانش در دانشگاه راکفلر نشان دادند DNA ماده‌ای است که ژن‌ها از آن ساخته می‌شوند.

اگرچه واقعیت ژن‌ها در سال‌های اولیه قرن بیستم ثابت شده بود، شواهد خوبی درمورد ساختار فیزیکی آن‌ها وجود نداشت. کریک در مصاحبه‌ای در سال ۱۹۹۸ گفت: «در دهه‌ی ۱۹۲۰، مردم به همان اندازه که امروزه درمورد آگاهی نامطمئن هستند. درمورد اینکه ژن‌ها چه هستند، سردرگم بودند. افراد حرفه‌ای‌تر در این زمینه فکر می‌کردند این معما به این زودی حل نخواهد شد».

در دهه‌ی ۱۹۴۰، دیدگاه غالب این بود که ژن‌ها باید از نوعی پروتئین ساخته شوند. در آن زمان، DNA فقط نوعی اسید آلی گمنام بود. اما در سال ۱۹۴۴، ایوری و همکارانش نشان دادند که ژن‌ها از رشته‌های DNA ساخته می‌شوند، نه از پروتئین‌ها.

اگرچه ساینس نیوز لتر ظاهرا به مقاله ایوری توجه نکرد و به‌جای آن به دو مطالعه‌ی بعدی در سال‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۵۲ اشاره کرد که DNA را به‌عنوان ماده ژنتیکی تأیید کرده بودند. البته در سال ۱۹۵۳، ساینس نیوز لتر ساختار مارپیچی مضاعف DNA را به‌عنوان برترین مقالات علمی سال به‌رسمیت شناخت و در مقاله‌ای با عنوان «روش انتقال حیات»، اعلام کرد که پیشنهاد واتسون و کریک درزمینه‌ی نحوه همانندسازی DNA به‌عنوان اساس وراثت عمل می‌کند.

جیمز واتسون و فرانسیس کریک

جیمز واتسون (چپ) و فرانسیس کریک با تصویر اشعه ایکس تهیه‌شده توسط روزالیند فرانکلین، در سال ۱۹۵۳ ساختار مارپیچ مضاعف DNA را کشف کردند.

۶. انرژی تاریک

در دهه‌ی ۱۹۹۰، تئوری بیگ‌بنگ (مِه‌بانگ) درمورد انبساط جهان مورد تأیید بود، اما سوالاتی باقی مانده بود. مهم‌ترین آن‌ها سرنوشت جهان بود. بیشتر کارشناسان بر این باور بودند که کشش گرانشی جرم در سراسر جهان درحال کند کردن روند انبساط زمین است. اما برخی این موضوع را مطرح کردند که آیا جرم کافی وجود دارد تا روند انبساط را به کلی معکوس کند و جهان را به بیگ کرانچ یا مِه‌رُمب تبدیل کند. برخی نیز معتقد بودند که جهان برای همیشه درحال انبساط است؛ حتی اگر سرعت آن درحال کم شدن باشد.

این داستان در سال ۱۹۹۸ یعنی زمانی که دو گروه از ستاره‌شناسان اندازه‌گیری‌هایی از نور ابرنواخترهای دور را گزارش کردند، دگرگون شد. طبق این گزارش‌ها که بعدا با داده‌های اضافی تأیید شدند، انبساط جهان درحال کند شدن نیست؛ بلکه درحال شتاب گرفتن است. ظاهرا نوعی نیروی دافعه که در غیاب دانش محکمی درمورد ماهیت حقیقی آنچه به نام «انرژی تاریک» معروف است، جهان را فرا گرفته است. ساینس نیوز گزارش کرد «پژوهشگران از اینکه دریافتند جهان در گذشته ۱۰ تا ۱۵ درصد آرام‌تر، درحال انبساط بوده است، حیرت‌زده شدند».

۵. ماده تاریک

در دهه‌ی ۱۹۳۰، فیزیکدان-ستاره‌شناسی به نام فریتس تسوئیکی متوجه شد سرعت حرکت کهکشان‌ها درون گروهی به نام خوشه کما خلاف پیش‌بینی‌هایی است که طبق اثرات گرانشی جرمِ قابل‌مشاهده انتظار می‌رود. تسوئیکی به این نتیجه رسید که نوعی ماده نامرئی (او آن را ماده تاریک نامید) باید در این خوشه پنهان باشد تا مشاهدات آن با قانون گرانش سازگار شود.

بعدها هوراس بابکوک ستاره‌شناس و دیگران متوجه تناقض مشابهی در نواحی بیرونی برخی کهکشان‌ها شدند: ستاره‌ها حول لبه‌های بیرونی کهکشان نسبت‌به چیزی که جرم ظاهری کهکشان نشان می‌داد، با سرعت بسیار بیشتری در گردش بودند. در دهه‌ی ۱۹۷۰ و پس از آن، ستاره‌شناسی به نام ورا روبین و همکارانش سرعت بالای ستاره‌های بیرونی را در بسیاری از کهکشان‌ها تأیید کردند. ساینس نیوز در سال ۱۹۹۴ گزارش کرد: «چنین رفتاری نشانه آشکاری است که دیسک قابل‌مشاهده از این کهکشا‌ن‌ها در هاله‌ی بسیار بزرگ‌تر و عظیم‌تری از ماده‌ای نامرئی قرار دارد».

ورا روبین / Vera Rubin

ستاره‌شناسی به نام ورا روبین و همکارانش نشان دادند ستاره‌های بیرونی در بسیاری از کهکشان‌ها نسبت‌به حد انتظار سریع‌تر حرکت می‌کنند که نشانه‌ای مطمئن از وجود نوعی ماده تاریک است.

درحالی‌که درک این موضوع که بیشتر ماده تشکیل‌دهنده جهان قابل‌مشاهده نیست، به‌اندازه‌ی کافی شگفت‌آور بود. شگفتی بزرگ‌تر زمانی رخ داد که شواهد مختلفی تأیید کردند که ماده تاریک نمی‌تواند از همان نوع ماده شناخته‌شده روی زمین باشد که عمدتا از پروتون‌ها و نوترون‌ها تشکیل شده است. ماهیت واقعی ماده تاریک تا به امروز معما باقی مانده است. فیزیکدانان فرضیه‌های مختلفی را پیشنهاد کرده‌اند؛ اما شاید سرانجام ماهیت واقعی ماده تاریک نیز به شکل یک شگفتی ظاهر شود.

۴. بمب اتمی و شکافت هسته‌ای

از زمان کشف رادیواکتیویته، فیزیکدانان درمورد انرژی پنهان موجود در هر ذره از ماده حدس‌هایی زده بودند. پس از اینکه انیشتین معادله معروف خود را منتشر کرد (E = mc۲)، مشخص بود مقدار آن انرژی بسیار زیاد خواهد بود. اما بیشتر کارشناسان شک داشتند که راهی عملی برای آزاد کردن چنین انرژی برای اهداف مفید یا سلاح‌های جنگی وجود داشته باشد.

اما در اواخر سال ۱۹۳۸، دو شیمیدان به نام‌های اتو هان و فریتس اشتراسمان در آزمایش‌های بمباران اورانیوم با نوترون‌ها شواهدی از عنصر بسیار سبک‌تر باریم را پیدا کردند. لیزه مایتنر (که پیش از فرار از آلمان نازی با هان همکاری کرده بود) و اوتو فریش متوجه شدند که چه اتفاقی افتاده است: هسته اورانیوم به قطعاتی تقسیم شده بود.

مقاله‌ی مرتبط:

ساینس نیوز لتر در سال ۱۹۳۹ این داستان را با عنوان «انرژی اتمی آزاد شد»، پوشش داد و به نقل از فیزیکدانان به خوانندگان اطمینان داد آزمایش‌ها تهدیدی برای جهان نخواهد بود. هرچند به‌زودی، شکافت هسته‌ای به پروژه جنگی عظیمی برای ساخت ماده منفجره بسیار قدرتمندی تبدیل شد و جهان را با قدرت تخریب خود بهت‌زده کرد. این درحالی بود که تنها بخشی از تلاش‌ها درجهت ایجاد منبع قابل اطمینانی از انرژی مفید صرف شد.

ساینس نیوز بمب‌های فروریخته روی ژاپن را «صاعقه‌های روز رستاخیر» خواند که قاصد تحولی در جنگ‌ها بود که از زمان اولین استفاده از باروت دیده نشده بود.

بمب های اتمی آمریکا روی ژاپن انداخت

در سال ۱۹۴۵، ایالات متحده بمب‌های اتمی را روی شهرهای ژاپنی هیروشیما (چپ) و ناگازاکی (راست) انداخت. ساینس نیوز لتر آن بمب‌ها را صاعقه‌های روز رستاخیز نامید.

۳. انبساط جهان

فیلسوفان و فیزیکدانان مدت‌ها درباره‌ی ماهیت جهان تأمل کرده‌ بودند. برای مثال، اینکه آیا جهان محدود است یا نامحدود، یا اینکه آیا آغازی دارد یا جاویدان بوده است. اما تقریبا همه بر این باور بودند که در کل، جهان هرگز تغییر نکرده، بلکه همیشه وجود داشته است و اجسام موجود در آن در چرخه‌های دائمی درحال گردش و تحول هستند.

افراد بسیار کمی (برای مثال، ادگار آلن پو شاعر) جهانی درحال تحول و تغییر را تصور می‌کردند. اما در دهه‌ی ۱۹۲۰، ریاضیدانی به نام الکساندر فریدمان، براساس راه‌حل‌های خود برای معادلات تئوری نسبیت عام اینشتین، پیشنهاد کرد که جهان باید درحال بزرگ‌تر یا کوچک‌تر شدن باشد. خود اینشتین قبلا متوجه این احتمال شده بود اما ازآن‌جایی که هیچ شاهدی در این زمینه در دست نداشت، معادلات خود را تغییر داد تا آن‌ها بتوانند جهانی بدون تغییر را پیش‌بینی کنند.

اما چنین شواهدی در مواردی مانند اندازه‌گیری‌های رنگ‌های نور ساطع‌شده از سحابی‌های دور (بعدا کهکشان نامیده شد) جمع‌آوری شده بود. تجزیه‌و‌تحلیل این داده‌ها موجب شد ادوین هابل در سال ۱۹۲۹ نشان دهد که هرچه کهکشان دوتر باشد، سریع‌تر درحال حرکت و دور شدن است که نشان می‌داد جهان درواقع درحال منبسط شدن است.

ساینس نیوز لتر در سال ۱۹۳۱ گزارش کرد: «سحابی‌های دور با سرعت‌های بالایی درحال دور شدن از ما هستند؛ بنابراین، جهان واقعی به‌طور دائم درحال انبساط است».

ادوین هابل / Edwin Hubble

در سال ۱۹۲۹، ادوین هابل (که در اینجا در رصدخانه کوه ویلسون نشان داده شده است)، نشان داد کهکشان‌های دورتر سریع‌تر از کهکشان‌های نزدیک از ما دور می‌شوند که نشانگر انبساط جهان است.

۲. پادماده

در سال ۱۹۳۰، ساینس نیوز لتر پیشنهاد بسیار جسورانه‌ی فیزیکدان بریتانیایی جوانی به نام پل دیراک را گزارش کرد. او استدلال کرد ماده درواقع چیزی بیش از مجموعه‌ای از حفره‌ها در خلاء فضا نیست. بنا به پیشنهاد او، فضا خالی نیست، بلکه پر از الکترون‌هایی است که دارای انرژی منفی هستند. این الکترون‌های دارای انرژی منفی تشخیص‌پذیر نیستند؛ اما در نقاطی که در آن یک الکترون با انرژی منفی به اندازه کافی انرژی دریافت می‌کند تا از دریای انرژی منفی جدا شود، حفره‌ای مانند حبابی خالی در اقیانوس تشکیل می‌شود. نبود الکترون موجب می‌شود حفره دارای بار الکتریکی مثبت شود.

دیراک تصور می‌کرد چنین حباب‌های دارای بار مثبتی در اقیانوس دارای انرژی منفی با پروتون‌ها مطابقت دارد. پروتون ذره بنیادینی است که بیشتر جرم تمامی اتم‌ها و به عبارت دیگر، تمام ماده را تشکیل می‌دهد. اما او در اشتباه بود و به‌زودی متوجه شد حفره‌های دارای بار مثبت نمی‌توانند پروتون باشند، بلکه باید بسیار سبک‌تر و دارای همان جرمی باشند که یک الکترون معمولی با بار منفی دارد؛ بنابراین، دیراک وجود پادماده را پیش‌بینی کرد که ایده‌ی کاملا جدیدی بود. یک الکترون معمولی که با پادماده خود برخورد می‌کند، با پر کردن حفره ناپدید می‌شود و طی این فرایند انفجاری از انرژی را آزاد می‌کند. پادالکترون دیراک خیلی زود در اشعه‌های کیهانی توسط فیزیکدانی به نام کارل اندرسون شناسایی شد که حاکی از وجود احتمالی ذره‌ای با بار مثبت با جرم برابر الکترون معمولی دارای بار منفی بود.

۱. اصل عدم قطعیت

در سال ۱۹۲۷، ورنر هایزنبرگ اصل عدم قطعیت خود را اعلام کرد؛ نظریه‌ای که ایده اصلی زیربنای ریاضیات جدید برای توصیف طبیعت به‌شمار می‌آید که به مکانیک کوانتومی معروف است. اصل هایزنبرگ این حقیقت تکان‌دهنده را بیان می‌کرد که زنجیره‌ی پیوسته‌ای از علت و معلول که از فیزیک نیوتنی استنباط می‌شود، تصوری باطل است و تقریبی است که در مقیاس زیراتمی طبیعت رعایت نمی‌شود.

چند سال طول کشید، اما ساینس نیوز لتر در عنوان خبری سال ۱۹۲۹ خود اعلام کرد: «اصل عدم قطعیت وارد علم می‌شود». مقاله با بی‌رحمی عنوان کرده بود: «طبق تئوری جدید، قوانین شانس بر جهان فیزیکی حکومت می‌کنند. این پیامدهای عجیب ناشی از این استدلال است که یک ذره ممکن است دارای مکان دقیق یا سرعت دقیقی باشد، اما نمی‌تواند هر دو را داشته باشد». گزارش آن را ایده‌ای تحول‌آفرین نامید که «حتی بیشتر از نسبیت انیشتین، ایده‌های جهان را متحول خواهد کرد… و مطمئنا زمانی که فیلسوفان و مردم عادی تلاش کنند آن را تفسیر کنند، هیاهویی برپا خواهد کرد».

چنین تلاش‌هایی امروزه نیز ادامه دارد و هرگونه تفسیر آینده که بتواند به اجماع برسد، مطمئنا به شکل شگفتی غیرمنتظره‌ای ظاهر خواهد شد.

بمنظور اطلاع از دیگر خبرها به صفحه اخبار فناوری مراجعه کنید.
منبع خبر

نوشته های مشابه

بستن