مطالب علمی و جالب

[Ata_Se7en 4591]

راز صدساله فیزیک حل شد: پرتوهای کیهانی کجا متولد می شوند؟

دانش‌های بنیادی - پرتوهای کیهانی، ذرات باردار بسیار پرانرژی هستند که از همه جای جهان به ما می‌رسند، اما منشأ این انرژی عظیم چیست؟ اکنون شواهد قطعی یافت شد که موج ضربه‌ای انفجارهای ابرنواختری انرژی این ذرات را تامین می‌کند.

عرفان خسروی: پروتون‌هایی که دائماً با سرعتی نزدیک به سرعت نور به جو زمین برخورد می‌کنند، انرژی عظیم مورد نیاز برای شتاب گرفتن خود را از ستاره‌های در حال انفجار به دست می‌آورند. دست‌کم فیزیک‌دانان و اختر‌شناسان مدت‌ها بود که چنین تصوری داشتند، اما نمی‌توانستند شاهدی برای آن پیدا کنند.

به گزارش نیچر، پرتوهای کیهانی عبارتند از هر ذره بارداری که از فضا به سمت زمین گسیل می‌شود. تقریباً تمام این ذرات باردار پروتون هستند و برخی از آن‌ها به سرعتی آن‌قدر نزدیک به نور دست می‌یابند که ما در هیچ شتاب‌دهنده‌ای روی زمین نمی‌توانیم چنین سرعتی بهشان بدهیم. گرچه از سال 1912/1291 درباره پرتوهای کیهانی می‌دانیم، اما منشاء آن‌ها برای ما تا اندکی پیش یک راز بود. رازی صد ساله!

استیفن فانک از آزمایشگاه شتاب‌دهنده ملی SLAC در کالیفرنیا این راز صدساله را این گونه وصف می‌کند: «راز این‌جاست که این همه انرژی از کجا می‌آید؟»

فیزیک‌دان‌ها به عنوان یکی از مظنونین، انگشت اتهام را به سوی انفجارهای ابرنواختری گرفته بودند. موادی که طی فرایند انفجار ابرنواختر به بیرون پاشیده می‌شود، آن‌قدر سریع هستند که یک موج ضربه‌ای کیهانی ایجاد می‌کنند. هر پروتونی که در مسیر این موج ضربه‌ای قرار بگیرد، سوار موج می‌شود و با لگد موج انرژی می‌گیرد. از آن‌جا که پروتون‌ها باردارند، می‌توانند درون میدان‌های مغناطیسی ابرنواختر به دام بیافتند و همراه با موج به جلو و عقب بروند، درست همان طور که یک توپ تنیس در برخورد با تور تنیس گیر می‌کند و برمی‌گردد. یک تقلای تمام عیار

با این وجود میدان‌های مغناطیسی می‌توانند باعث منحرف‌شدن پرتوهای کیهانی بر سر راهشان تا گیرنده‌های ما در زمین هم بشوند، بنابراین این که در چه مسیری به زمین می‌رسند، نشانه‌ای بر جهت شروع سفرشان به همراه ندارد، چراکه ممکن است بارها و بارها طی مسیر تغییر جهت داده باشند.

بنابراین دانشمندان باید طور دیگری به این معما نگاه می‌کردند؛ شاید به کمک امواج گاما. می‌دانیم که پروتون‌های پرانرژی در مسیر حرکتشان با پروتون‌های کند برخورد می‌کنند و از برخورد آن‌ها امواج گاما ایجاد می‌شود. خوشبختانه امواج گاما از جنس نور هستند، یعنی تحت تأثیر میدان مغناطیسی مسیرشان را عوض نمی‌کنند.

فانک و همکارانش با استفاده از تلسکوپ فضایی امواج گامای فرمی، به دو بازمانده بسیار درخشان از ابرنواخترهای تازه منفجرشده در کهکشان نگاه کردند تا ببینند آیا امواج گامای رسیده از این ابرنواخترها دارای شناسه‌ای هست که نشان دهد از برخورد پروتون‌های سریع و کند منشاء گرفته است یا نه.

به خاطر قانون بقای انرژی، امواج گامای ناشی از برخورد پروتون‌ها دارای دست کم 150 تا 200 مگاالکترون‌ولت انرژی به ازای هر برخورد خواهد بود. اگر تعداد زیادی پروتون سریع در اطراف ابرنواختر دچار برخورد شوند و امواج گاما ساطع کنند، امواج گامای رسیده از آن ناحیه باید دست کم همین مقدار انرژی داشته باشند و آن طور که فانک می‌گوید «این دقیقاً همان چیزی بود که ما توانستیم ببینیم». این امضای پروتون‌هایی است که دارند با پروتون‌های کندتر برخورد می‌کنند و انرژی تابشی شدیدی از خودشان ساطع می‌کنند، درست مثل دودی که از دهانه یک شش‌لول تازه شلیک شده برمی‌خیزد.

این بقایای ابرنواختری همان جایی هستند که تابش‌های کیهانی زائیده می‌شوند، شتاب می‌گیرند و البته تا مدت‌ها برای این ادعا چیزی به جز شواهد غیرمستقیم نداشتیم. نتایج تلسکوپ فرمی اما دقیقاً همان چیزی است که ما برای تبدیل یک فرضیه ذهنی به یک نظریه محکم نیاز داشتیم.

این کشف البته منشاء همه پرتوهای کیهانی را توضیح نمی‌دهد. برخی از پرتوهای کیهانی پروتون نیستند. برخی از آن‌ها میون هستند (ذره‌ای شبیه الکترون اما با جرم بسیار بیشتر و عمر بسیار کوتاه‌تر) یا حتی پوزیترون (همان پادذره الکترون، یعنی با جرم مساوی الکترون، با بار الکتریکی مثبت 1 و از جنس ضدماده) و یک رده از تابش‌های کیهانی، یعنی تابش‌های کیهانی بسیار پرانرژی شاید حتی از خارج کهکشان ما منشاء گرفته باشند.

خبرانلاین

_________________________________________________________________________________________________

 

جهان چقدر بزرگ است؟

پیت ادواردز اخترشناس دانشگاه دارهام در فیلمی کوتاه با مثال‌های قابل درکی بزرگی جهان هستی را تشریح کرده و تاکید می‌کند که هرگز نمی‌توان عظمت جهان هستی را متصور شد.

  ادواردز در این فیلم می‌گوید: هرگز نخواهید توانست به بزرگی جهان پی ببرید. جهان وسیع و عظیم است و هیچ راهی وجود ندارد که ذهن انسان بتواند عظمت حقیقی جهان هستی را درک کند. شاید بزرگی یک فیل، یک درخت و شاید عظمت کلیسای دارهام برای انسان به اندازه کافی جالب باشد، اما زمانی که ذهن به فراتر از این ابعاد می‌اندیشد، قدرت خود را از دست می‌دهد. به گفته وی شاید درک عظمت جهان برای انسان‌ کاری دشوار باشد، اما این ضعف باعث نشده تا اخترشناسان از محاسبه ابعاد و مسافت‌های موجود درجهان دست بردارند. یکی از تکنیک‌هایی که برای انجام این محاسبات به کار گرفته می‌شود، تکنیک پارالکس نام دارد. هرکسی می‌تواند پارالکس را تجربه کند، اگر انگشت دست خود را در برابر صورت بالا گرفته و یکی از چشم‌هایتان را ببندید، خواهید دید که انگشت دست در مرکز صحنه پس‌زمینه قرار دارد. اما اگر چشم بسته را باز کرده و چشم دیگرتان را ببندید، به نظر می‌آید که انگشت دست به نسبت پس‌زمینه حرکت می‌کند. همین اتفاق زمانی که به ستاره‌ها نگاه می‌کنیم رخ می‌دهد. زمانی که از زمین به ستاره‌ای نسبتا نزدیک نگاه می‌کنیم، به نظر می‌آید این ستاره متناسب با ستاره‌های پس‌زمینه در نقطه‌ای مرکزی قرار دارد. اما 6 ماه بعد، زمانی که زمین در نقطه‌ای متقابل نقطه قبلی در مدار خورشید قرار گرفته، همان ستاره متناسب با ستاره‌های پس‌زمینه در موقعیتی متفاوت دیده می‌شود. درست مانند باز و بسته کردن چشم‌ها یکی پس از دیگری، به نظر می‌آید ستاره درحال حرکت کردن باشد. با محاسبه این حرکت آشکار می‌توان موقعیت حقیقی ستاره را محاسبه کرد. روش دیگر استفاده از ستاره‌هایی مشخص در آسمان است که به شمع‌های استاندارد شهرت دارند. دانشمندان می‌دانند که این ستاره‌ها با چه شدتی می‌درخشند و متناسب با شدت درخشش این ستاره‌ها می‌توانند فواصل دیگر ستاره‌ها را از زمین محاسبه کنند، هرچه نور آنها ضعیف تر باشد،‌از زمین دورترند.

بر همین اساس،‌ نزدیک‌ترین ستاره به خورشید پروکسیما-قنطورس است که در فاصله 40 تریلیون کیلومتری قرار گرفته است، این یعنی 40 میلیون میلیون کیلومتر دورتر از زمین. از آنجایی که این اعداد به تدریج غیر قابل درک می‌شدند، اخترشناسان تصمیم گرفتند واحد اندازه‌گیری دیگری را اختیار کنند و به این شکل واحد سال نوری ایجاد شد. سال نوری مسافتی است که نور طی یک سال طی می‌کند. به گفته ادواردز،‌ اگر نور را درحال حرکت به دور زمین تصور کنید، طی یک ثانیه نور بیش از هفت بار به دور زمین حرکت می‌کند، و این بسیار سریع است. سرعت نور 300 هزار کیلومتر بر ثانیه است پس یک سال نوری درحدود 9 میلیون میلیون کیلومتر است. سرعت بالای نور زمانی که به ستاره‌ها نگاه می‌کنیم نیز منجر به ایجاد رویدادی نادر می‌شود. نور خورشید برای رسیدن به زمین هشت دقیقه زمان نیاز دارد و این به آن معنی است که با نگاه کردن به خورشید درحال نگاه کردن به گذشته هستید، و همواره چهره هشت دقیقه پیش خورشید را می‌بینید، به بیانی دیگر اگر خورشید هم‌اکنون به دلیلی ناپدید شود، ساکنان زمین تا هشت دقیقه متوجه غیبت خورشید نخواهند شد. بر همین اساس، می‌توان گفت که تلسکوپ‌ها نوعی ماشین زمان هستند زیرا با استفاده از آنها به گذشته نگاه می‌کنیم و هرچه فاصله بیشتر باشد، گذشته دورتری در برابر چشمان انسان قرار می‌گیرد. خورشید،‌مانند بسیاری از ستاره‌هایی که می‌توان با کمک چشم غیر مسلح آنها را دید، در میان کهکشانی به نام راه شیری قرار گرفته است،‌اما راه شیری تنها کهکشانی نیست که در جهان وجود دارد. لزوما هرچه شبها در آسمان دیده می‌شود بخشی از کهکشان راه شیری نیست، برخی از نقطه‌های کم‌نوری که در آسمان دیده می‌شوند، خود کهکشان هستند.

یکی از دورترین اجرامی که می‌توان با چشم غیرمسلح در آسمان دید، ‌کهکشان دیگری به نام اندرومدا است که رسیدن نور این کهکشان به زمین 2.25 میلیون سال زمان می‌برد. اگر این داستان وارونه شود و موجودی با استفاده از تلسکوپی پرقدرت از میان کهکشان اندرومدا به زمین نگاه کند، هیچ نشانه‌ای از شهرها و تمدن و یا حتی دیوار بزرگ چین بر روی زمین نخواهد دید و اگر خیلی خوش‌شانس باشد شاید بتواند چند انسان اولیه را ببیند که در دشت آفریقا درحال شکار هستند!

اخترشناسان همواره خواسته‌اند با استفاده از تلسکوپ‌های بزرگتر و قدرتمند‌تر به فواصل دورافتاده‌تر چشم بدوزند تا دریابند چند کهکشان دیگر در جهان وجود دارد. تا درنهایت تلسکوپ هابل بخشی از آسمان شب که در ابتدا بخشی تاریک و کدر به نظر می‌آمد را هدف گرفت. این منطقه از آسمان دربرابر وسعت کل آسمان بسیار کوچک بود. تصور کنید یک دانه شن را بر روی انگشت دست خود رو به سوی آسمان نگه‌داشته‌اید، مقدار فضایی که این دانه شن از آسمان پس‌زمینه مسدود می‌کند،‌برابر میدان دید هابل بود و آنچه هابل در این فضا دید، شگفت‌انگیز بود. هابل بیش از 10 هزار کهکشان را در همان تکه کوچک و تاریک دید. اگر دیگر بخش‌های آسمان نیزمشابه این تکه کوچک باشند، می‌توان تعداد کهکشان‌های موجود در آسمان را محاسبه کرد. هر تکه نورانی در تصویر زیر یک کهکشان است.

ادواردز می‌گوید جهان مرئی حاوی صدها میلیارد کهکشان است که هریک از این کهکشان‌ها درحدود صدها میلیارد ستاره درخود گنجانده‌اند. این به آن معنی است که 10 هزار میلیون میلیون میلیون ستاره در جهان مرئی وجود دارند، به بیانی دیگر تعداد ستاره‌های موجود در آسمان از تعداد دانه‌های شن موجود بر روی زمین بیشتر است. نور برخی از این کهکشان‌های دورافتاده پس از 13 میلیارد سال به زمین می‌رسند و با درنظر گرفتن سرعت 300 هزار کیلومتری نور، این به آن معنی است که جهان مرئی تا فاصله 13 میلیارد سال نوری از زمین بسط یافته است.

اخترشناس دانشگاه دارهام مثالی می‌زند: برای اینکه بتوان بزرگی جهان را بهتر تصور کرد،‌ زمین را یک دانه شن درنظر بگیرید که بر روی انگشت دست فردی که در برابر کلیسای دارهام ایستاده قرار گرفته‌است. در این صورت بزرگی سامانه خورشیدی به نسبت زمین برابر بزرگی کلیسا به نسبت دانه شن خواهد بود. حال اگر سامانه خورشیدی را به اندازه همان دانه شن در همان موقعیت درنظر بگیریم، کهکشان راه شیری هزار برابر کلیسای دارهام خواهد بود. حال اگر همان دانه شن را کهکشان راه شیری درنظر بگیریم، کلیسای دارهام کل جهان مرئی خواهد بود.

اروم نیوز

_______________________________________________________________________________________________________

کشف بزرگترین عدد اول جهان

بزرگترین عدد اول جهان توسط یک ریاضیدان آمریکایی کشف شده که طول ارقام آن 17 میلیون و 425 هزار و 170 عدد است.

عنوان قبلی بزرگترین عدد اول جهان به عددی با 12 میلیون و 978 هزار و 189 رقم اختصاص داشت که در سال 2008 میلادی کشف شده بود.

کشف بزرگترین عدد اول جهان توسط «کورتیس کوپر» ریاضیدان دانشگاه مرکزی میسوری در قالب بخشی از یک شبکه عظیم رایانه های اختصاص یافته برای این طرح، محقق شد.

این طرح شباهت زیادی به پروژه هایی مانند SETI@Home دارد که از شبکه عظیم رایانه ای برای دانلود و آنالیز حجم وسیع داده های تلسکوپ رادیویی SETI‌ استفاده می کند.

شبکه رایانه ای برای کشف بزرگترین عدد اول جهان به اختصار GIMPS‌ گفته می شود که از 360 هزار پردازنده برای 150 تریلیون محاسبه در ثانیه استفاده می کند.

«جورج ولتمان» از کارشناسان برجسته رایانه و مبتکر شبکه GIMPS‌ تأکید می کند: این کار مانند بالا رفتن از قله اورست است؛ مردم از به چالش کشیده شدن برای کشف ناشناخته ها لذت می برند.

این عدد از کلاس نادر موسوم به اعداد اول مرسن (Mersenne Primes)‌ است که به شکل Mn = 2n – 1 هستند. اعداد اول مرسن 350 سال قبل توسط «مارین مرسن» کشیش فرانسوی شرح داده شده و به نام وی نامگذاری شده اند؛ تاکنون 48 نمونه آنها کشف شده است.

عدد اول کشف شده چندین نوبت توسط محققان و با استفاده از رایانه های پرقدرت مورد بررسی و تأیید قرار گرفت.

«کورتیس کوپر» تاکنون سه عدد اول را کشف کرده و برای کشف اخیر خود نیز جایزه سه هزار دلاری دریافت کرده است.

 

ایسنا