هفت روز با دانش (۹ شهریور ۹۴)

هفته‌ی گذشته، رویدادهای مختلفی در دنیای دانش رخ داد. با این حال کل هفته‌ تحت تاثیر ادعای استیون هاوکینگ، مبنی بر حل معمایی بزرگ درباره‌ی سیاه‌چاله‌ها بود، معمایی که با نام پارادوکس اطلاعات شناخته می‌شود. ولی این فقط یکی از مهم‌ترین خبرهای هفته‌ی اول شهریور ۹۴ بود و از جمله‌ی دیگر رویدادها، می‌توان به جدا شدن بزرگترین قطعه‌ی یخ شمالگان، مشخص شدن مقصد بعدی فضاپیمای افق‌های نو و کشف نوترینوهای کیهانی اشاره کرد. با «هفت روز با دانش» این هفته، همراه باشید.

۱. استیون هاوکینگ و حل پارادوکس سیاه‌چاله‌ها

استیون هاوکینگ را بیشتر با کتاب‌های «تاریخچه‌ی زمان» و «جهان در پوست گردو» می‌شناسیم. کتاب‌هایی که به ترتیب در سال‌های ۱۹۸۸ و ۲۰۰۱ چاپ شدند و از جمله بهترین کتاب‌های علمی برای عموم هستند. کارهای پژوهشی او در دهه‌ی ۶۰ و ۷۰ میلادی نیز تاثیر بزرگی بر شناخت بیشتر ما از سیاه‌چاله‌ها داشت. با این حال وضعیت جسمانی خاص او و صحبت‌های عجیبی که در سال‌های اخیر درباره‌ی جهان و آینده‌ی بشر کرده، باعث شده که بیش از پیش مورد توجه رسانه‌ها قرار گیرد. اما هفته‌ی گذشته، در کنفرانسی واقع در انستیتوی فناوری سلطنتی KTH سوئد، او نظریه‌ای جدید را مطرح کرد و وعده داد که در آینده‌ی نزدیک، مقاله‌ی آن را نیز منتشر می‌کند. او ادعا کرد که معمای پارادوکس اطلاعات در سیاه‌چاله‌ها را حل کرده است.

نظریه‌ی «نسبیت عام» انشتین پیش‌بینی می‌کند که اطلاعات مواد بلعیده شده توسط سیاه‌چاله‌ها، نابود می‌شود. این درحالیست که «مکانیک کوانتم» دقیقا عکس این نظر را دارد و می‌گوید که اطلاعات وارد شده به سیاه‌چاله، از بین نمی‌روند. به این تناقض در پیش‌بینی نسبیت عام و کوانتم،‌ «پارادوکس اطلاعات» می‌گویند. در فیزیک کوانتم، منظور از اطلاعات این است که همه چیز در بنیادی‌ترین حالت ممکن، می‌تواند به اطلاعات، یعنی مثلا یک رشته «صفر و یک» تجزیه شود. دانشمندان سال‌هاست که تلاش می‌کنند راه‌حلی برای این تناقض پیدا کنند. هاوکینگ می‌گوید که اطلاعات کوانتمی-مکانیکی ذراتی که به دام سیاه‌چاله‌ها می‌افتند، لزوما توسط سیاه‌چاله بلعیده نمی‌شوند. هاوکینگ طی کنفرانسی که روز ۲۵ آگوست در انستیتوی فناوری سلطنتی KTH در استکهلم سوئد برگزار شد گفت: «ایده‌ی من این است که اطلاعات آن‌طور که انتظار می‌رود به قسمت‌های درونی سیاه‌چاله وارد نمی‌شوند؛ بلکه در مرزهایش، یعنی در افق رویداد باقی می‌مانند.» او این‌طور ادامه می‌دهد که اطلاعات در «افق رویداد» (Event Horizon) که در حقیقت مرز سیاه‌چاله با فضای بیرون است، به صورت هولوگرام‌های دو بعدی باقی می‌ماند. هاوکینگ می‌گوید: «اطلاعات ذراتی که به دام سیاه‌چاله می‌افتند، بازگردانده می‌شوند. با این حال به شکلی کاملا مغشوش و بلا‌استفاده.»

۲. بزرگترین قطعه‌ی یخ از شمالگان جدا شد

در ادامه‌ی خبرهای ناگوار پیاپی درباره‌ی وضعیت اقلیمی زمین، هفته‌ی گذشته آژانس فضایی اروپا تصاویری از ماهواره‌ی «سنتینل» (Sentinel) منتشر کرد که در آن، یک قطعه‌ی بزرگ یخ به اندازه‌ی منطقه‌ی منهتن در نیویورک، در حال جدا شدن از یخچال «جاکوب‌شاون» (Jakobshavn) گرین‌لند بود. این قطعه آن‌قدر بزرگ است که می‌تواند کل منطقه‌ی منهتن را با یخی به قطر ۳۰۰ متر بپوشاند. جدا شدن تکه‌های یخ از کناره‌ی یخچال‌ها، نشانه‌ای بر تغییر اقلیم و گرمایش جهانی است. معمولا کوه‌های یخی آن‌قدر بزرگ هستند که به راحتی حرکت نمی‌کنند و از یخچال مادر دور نمی‌شوند، اغلب همان‌جا گیر می‌کنند و کم‌کم در طی سال‌ها ذوب می‌شوند.

یخچال جاکوب‌شاون یکی از یخچال‌های گرین‌لند است که خیلی سریع در حال ذوب شدن است و تحقیقات جدید نشان می‌دهد که فرایند ذوب شدن آن تسریع نیز شده است. تاریخ‌دانان می‌گویند کوه یخی که کشتی تایتانیک با آن برخورد کرد، احتمالا از قطعات یخچال جاکوب‌شاون بوده است. هرچند که این کوه‌یخی بسیار بزرگ است، ولی در سال ۲۰۱۳، قطعه یخی به اندازه‌ی ۸ برابر منطقه‌ی منهتن، از یخچال «پاین آیلند» (Pine Island) جنوبگان جدا شد. با ذوب شدن یخچال‌های طبیعی قطبین زمین، سطح آب اقیانوس‌ها بالا می‌آید و شهرهای ساحلی زیر آب می‌روند.

۳. مقصد بعدی افق‌های نو مشخص شد؛ خداحافظ پلوتو!

فضاپیمای «افق‌های نو» (New Horizons) که ۹ سال پیش سفر خود برای رسیدن به پلوتو را آغاز کرده بود، جولای امسال با سر و صدای زیاد از فاصله‌ی ۱۲ هزار و ۵۰۰ کیلومتری این سیاره‌ی کوتوله رد شد. فضاپیما در این گذر عکس‌های زیادی از پلوتو گرفت و اطلاعات مهمی از آن و قمرهایش تهیه کرد. طبق وعده‌های پیشین، ماموریت افق‌های نو این جا تمام نشد و این فضاپیما در سفر تاریخ‌ساز خود، سراغ دیگر اجرام کمربند کوییپر می‌رود. کمربند کوییپر منطقه‌ای بسیار دوردست در منظومه‌ی شمسی و پر از اجرام سنگی و یخی است. سیاره‌ی کوتوله‌ی پلوتو، یکی از بزرگترین جرم‌های این کمربند به حساب می‌آید.

اکنون مقصد بعدی دقیقا مشخص شده است. جرمی شبیه به دنباله‌دارها با قطر ۴۵ کیلومتر و فاصله‌ی ۱ میلیارد و ۵۰۰ میلیون کیلومتر از پلوتو به نام ۲۰۱۴ MU69. البته ناسا هنوز در حال بررسی این جرم است و به طور رسمی آغاز ماموریت اکتشاف آن را اعلام نکرده. اجرامی این‌چنینی در کمربند کوییپر، می‌توانند به ما اطلاعات خوبی از روزهای اولیه‌ی تشکیل منظومه‌ی شمسی بدهند. در ضمن انتخاب ۲۰۱۴ MU69 نسبت به دیگر کاندیدها باعث می‌شود که در مصرف سوخت افق‌های نو صرفه‌جویی شود.

۴. خانه‌های پر از میکروب ما

این هفته خبری جالب منتشر شد که در آن، گروهی از پژوهشگران دانشگاه کلورادو به طور متوسط حدود ۹۰۰۰ گونه از میکروب‌های مختلف را در خانه‌های ما کشف کرده‌اند. این گروه، پژوهش خود را بر روی ۱۲۰۰ خانه‌ی آمریکایی انجام داد. نوع باکتری‌ها و قارچ‌ها به مکان قرارگیری خانه، ساکنین آن و اینکه حیوان خانگی نگهداری می‌کردند یا خیر بستگی داشت. البته که ما می‌دانستیم در خانه‌های ما میکروب‌های زیادی زندگی می کنند، ولی این اولین بار است که به طور گسترده، نوع گونه‌های آن‌ها بررسی می‌شود. این پژوهش تحت پروژه‌ای از علوم شهروندی به نام «حیات وحش خانه‌هایمان» صورت گرفت.

در این تحقیق، ساکنان ۱۲۰۰ خانه‌ی آمریکا، نمونه‌هایی از گرد و غبار موجود در خانه‌شان را برای آزمایش ارسال کردند، آن‌ها در منازل به طور متوسط تا ۲۰۰۰ قارچ پیدا کردند که بیشتر آن‌ها به همراه ساکنان، از محیط بیرون وارد خانه شده‌اند. نوع و تعداد قارچ‌ها، به محل قرارگیری خانه بستگی زیادی دارد. در ضمن پژوهشگران به طور متوسط حدود ۷۰۰۰ گونه‌ی مختلف باکتری در خانه‌ها پیدا کردند که برخلاف قارچ‌ها، نوع آن‌ها بیشتر بستگی به ساکنان خانه دارد. خانه‌هایی که تعداد مردهای آن بیشتر است، انواعی از باکتری و خانه‌هایی که تعداد زن‌های آن بیشتر است، انواع دیگری از باکتری‌ها را دارند. حیوانات خانگی هم بر نوع گونه‌های باکتری‌ها تاثیر بسزایی دارند. پژوهشگران با این تحقیقات، به دنبال این هستند که بفهمند چگونه نوع و تعداد قارچ‌ها و باکتری‌های خانه می‌تواند سلامت انسان را تحت تاثیر قرار دهد. هرچند که بعضی از آن‌ها منجر به بیماری‌ و آلرژی می‌شوند، ولی بیشتر باکتری‌ها کاملا بی‌خطر و البته مفید هستند.

۵. یخ‌های قطب ذوب می‌شوند، دعوای آمریکا و روسیه بالا می‌گیرد

کره‌ی زمین در حال گرم شدن است و به همین دلیل سال به سال از حجم یخچال‌های طبیعی قطب شمال کم می‌شود. گرمایش جهانی، مخاطرات زیادی را برای گونه‌های مختلف موجودات زنده‌ی ساکن زمین، از جمله انسان ایجاد می‌کند. با این حال در همین گیر و دار،‌ آمریکا و روسیه به فکر استفاده از فرصت ایجاد شده در استخراج منابع شمالگان افتاده‌اند. یخ‌های قطور و عظیم شمالگان، استخراج منابع عظیم مختلف، از جمله نفت و گاز را برای سال‌ها غیر ممکن یا بسیار مشکل کرده بود. حالا با نازک شدن تدریجی یخ‌ها و چشم‌انداز ذوب شدن کامل آن‌ها، دعوا بر سر تملک و استحصال این منابع بالا گرفته است.

فرصت‌های ایجاد شده در شمالگان، فقط به منابع طبیعی آن محدود نمی‌شود،‌ بلکه راه‌های ارتباطی دریایی جدید نیز می‌تواند ایجاد شود. راه‌هایی که سال‌ها فقط با کشتی‌های عظیم یخ‌شکن قابل تردد بود. بسیاری از سیاستمداران آمریکایی، به باراک اوباما خرده گرفته‌اند که به فکر استفاده از فرصت‌های ایجاد شده نیست و روسیه از این نظر به شدت از آمریکا جلو افتاده است. استفاده از فرصت‌های ایجاد شده، می‌تواند منافع زیادی را از نظر ژئوپولیتیک و اقتصادی نصیب روسیه کند. در حالی آمریکایی‌ها تازه به تکاپو افتاده‌اند که روسیه در حال ساختن ۱۰ پایگاه امداد و نجات جدید در مناطق قطبی و بنادر خود است. در ضمن حضور نیروهای نظامی روسیه در این مناطق بیشتر شده و پایگاه‌های نظامی متروک زمان شوروی، در حال احیا هستند. روسیه چند وقت پیش با ارائه‌ی مدارکی به سازمان ملل متحد، ادعای مالکیت ۱ میلیون و ۲۰۰ هزار کیلومتر مربع از مناطق قطبی را کرده بود. این کشور در سال ۲۰۰۷ نیز پرچم خود را جایی در بستر اقیانوس منجمد شمالی نصب کرده بود.

۶. قرنطینه‌ی یکساله‌ی فضانوردان ناسا،‌ تمرینی برای سفر به مریخ

در حالی که پروژه‌ی مارس وان قرار است تا ۱۱ سال دیگر نخستین انسان را روی مریخ فرود بیاورد، ناسا تازه در حال انجام آزمایش‌های روانشناختی سفر به مریخ، بر روی انسان‌هاست. هفته‌ی گذشته اعلام شد که یک گروه ۶ نفری از دانشمندان،‌ برای یک سال در محفظه‌ای گنبدی شکل به قطر ۱۱ متر قرار می‌گیرند تا شرایطی شبیه به سفر مریخ برای آن‌ها بوجود آید. این محفظه جایی در جزیره‌ی هاوایی و دامنه‌ی شمالی یک کوه آتشفشانی قرار گرفته است. منظره‌ی این منطقه نیز خیلی شبیه به مریخ است. این محفظه فقط یک پنجره دارد و وقتی فضانوردان بیرون را نگاه می‌کنند، چیزی جز چشم‌انداز دشتی پر شده از مواد آتشفشانی سرد نمی‌بینند.

قرار است وضعیت روانشناختی این ۶ نفر وقتی که برای یک سال در مکانی کوچک منزوی شده‌اند بررسی شود. این گروه از ۳ مرد و ۳ زن تشکیل شده که دانشمندانی در رشته‌های مختلف از اخترزیست‌شناسی گرفته تا فیزیک و خاک‌شناسی در آن قرار دارند. البته این ۶ نفر همیشه هم در این محفظه حبس نیستند و می‌توانند با پوشیدن لباس‌هایی مخصوص که شبیه به لباس‌های فضانوردی است، از محفظه خارج شوند و در محوطه‌ی بیرون قدم بزنند. این طولانی‌ترین ماموریت شبیه‌سازی زندگی روی مریخ است. پیش‌تر نیز دو آزمایش دیگر انجام شده که مدت انزوای گروه‌ها، چهار و هشت ماه بوده است. در آزمایش هشت ماهه، بعضی مشکلات بین افراد ایجاد شد که البته توانسته بودند چالش را مدیریت کنند.

۷. وجود نوترینوهای کیهانی ثابت شد

نوترینوها ذراتی بنیادین هستند که به ندرت با خود یا ماده وارد برهمکنش می‌شوند و بنابراین رهگیری آن‌ها بسیار مشکل است. با این حال گروهی از دانشگاه ویسکانسین مدیسون که بر روی داده‌های رصدخانه‌ی نوترینوی آیس‌کیوب در قطب جنوب کار می‌کنند، متوجه شدند در بین میلیاردها ذره‌ای که بین سال‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۲ به آشکارساز‌های آن‌ها برخورد کرده‌اند، ۲۱ میون پر انرژی قرار دارد. میئون‌ها نوعی از ذرات بنیادین هستند و زمانی که نوترینو با ذرات دیگر برخورد می‌کند تولید می‌شوند. آن‌ها می‌گویند که این میون‌ها، نشان‌دهنده‌ی برخورد نوترینو‌هایی هستند که از فراسوی زمین آمده‌اند. در سال ۲۰۱۳ نیز کشفی مشابه انجام شده بود، با این حال این کشف برای اثبات وجود نوترینوهای کیهانی کافی نبود.

وقتی یک نوترینو به ذره‌ای مثل اتم برخورد می‌کند، میون تولید شده، ردی از نور تولید می‌کند که دقیقا عکس جهت حرکت نوترینو است. بدین ترتیب دانشمندان می‌توانند متوجه جهت ورود نوترینو بشوند. کشف نوترینوهای کیهانی می‌تواند اطلاعات ارزشمند بسیاری به ما بدهد. نوترینوهای کیهانی معمولا از سیاه‌چاله‌ها، ابرنواخترها و هسته‌ی کهکشان‌ها ساطع می‌شوند. بنابراین انرژی آن‌ها از انرژی نوترینوهایی که می‌توانیم در شتاب‌دهنده‌های ذرات زمینی مثل LHC تولید کنیم بیشتر است. مطالعه‌ی این نوترینوها می‌تواند شواهدی از اینکه چرا طبیعت چنین شتاب‌دهنده‌های عظیم کیهانی را ساخته است به ما بدهد. از آن‌جا که نوترینوها به ندرت با ماده وارد برهمکنش می‌شوند، نوترینوهای دریافتی احتمالا پیش از رسیدن به ما، از میلیون‌ها کهکشان، ستاره و سیاره عبور کرده‌اند. رصدخانه‌ی آیس‌کیوب در قطب جنوب، دارای هزاران سنسور نوری است که در اعماق یخ‌های این قاره قرار گرفته‌اند. قرار گرفتن در عمق یخ‌ها باعث می‌شود میون‌هایی که از منابع دیگر،‌ مثل برخورد پرتوهای کیهانی به اتمسفر ایجاد شده‌اند،‌ به سنسورها برخورد نکنند.