چگونه یک جاروبرقیِ کهکشانی بسازیم؟

پیش نوشت: در طی یک اقدام محیر العقول به دلایلی نامشخص یا مشخص تمام اساسنامه دسته فیزیک پیشگی را سوزاندم. از میان آنها تنها یک اصل باقی مانده است. 

نویسنده برای اینکه دردِ فیزیک نخواندنش کمتر شود، این مطالب را می نویسد.

جاروبرقیِ کهکشانی

اگر بخواهیم یک تعریف عامیانه برای سیاهچاله بدهیم، باید بگوییم سیاهچاله یک جاروبرقی است که همه چیز را به درون خودش می کشد. اما اگر بخواهیم تعریف کمی علمی تر بدهیم، باید سیاهچاله را جرمِ بسیار بسیار بسیار زیادی بدانیم که در یک ناحیه کوچک محدود شده است. من می خواهم اینجا جواب دو سوال را بدهم:

چگونه یک جاروبرقی کهکشانی بسازیم؟

با این تعاریف که ارائه کردم چگونه می توانیم یک سیاهچاله بسازیم؟ فرض کنید یک استخری داریم که طول آن به اندازه بزرگراه حکیم تهران است و عرض و عمق آن یک کیلومتر است. یک گوی آلمینیومی ۱۰۰ گرمی هم با شعاع یک سانتی‌متر داریم. این را هم  میدانیم که فاصله زمین تا خورشید ۱۵۰ میلیون کیلومتر است.

حالا اگر سه بار فاصله زمین تا خورشید را با این گوی های آلمینیومی پر کنیم و همه آن گلوله ها را در این استخر جا بدهیم، آن گاه یک سیاهچاله یا جاروبرقیِ کهکشانی داریم.

اگر توی یک سیاهچاله برویم چه می شود؟

جوابش اینست که نمی دانیم. این جاروبرقی کهکشانی قدرت عجیبی دارد، اما احتمالا سوال بعدی که بلافاصله می پرسید اینست که چرا چنین قدرتی دارد؟

در بسیاری از سایت ها و یا کتاب هایی که می خواهند مسائل علمی را به سادگی توضیح بدهند اینگونه می نویسند: هیچ چیز نمی تواند از چنگال سیاهچاله فرار کند حتی نور! به همین دلیل ما هیچ وقت نمی توانیم بفهمیم چه اتفاقی می افتد. اما دلیل واقعی این نیست. یک چیز پیچیده تر است که می خواهم آن را توضیح بدهم.

حتما می دانید که جایی که ما الان داریم زندگی می کنیم سه بعد نیست. درواقع برای فیزیک‌ پیشه ها چهار بعد است. سه بعد مکانی که جلو وعقب، چپ و راست و بالا و پایین است و یک بعد زمانی که زمان است. اما زمان با آن سه بعد در یک چیز فرق دارد. شما اکنون که دارید این نوشته را می خوانید هر لحظه از عمرتان می گذرد. شما نمی توانید به یک میلی ثانیه قبل برگردید یا در همین زمان اینجا بمانید. شما محکوم هستید که به سمت آینده حرکت کنید. بنابراین زمان فقط رو به جلو است. 

خب وقتی وارد این جاروبرقی کهکشانی می شویم، این جاروبرقی چون سیاهچاله است و ساختارِ یک سیاهچاله را دارد، یک سری ویژگی های عجیب غریب دارد. که مهترین آن اینست: جای زمان و مکان عوض می شود. یعنی شما می توانید به گذشته بروید، به آینده بروید، یا در همان زمان بمانید، اما نمی توانید در یک جا یا در یک مکان یا نقطه ی مکانی بمانید. شما به سرعت به سمت مرکز سیاهچاله کشیده می شوید. به عبارت دیگر این بار شما در مکان به سمت جلو حرکت می کنید.

این ویژگی مهمیست که خیلی ها آن را نادیده می انگارند و سعی می کنند سروتهش را با توضیح داستان نور سرهم بیاورند. من خودم هم تا اواخر زمان دفاع پایان نامه ام همینگونه فکر می کردم و خوشبختانه دوست فیزیک پیشه ای داشتم که به شدت به سیاه چاله ها علاقه داشت و دارد و با آن ها زندگی می کند!

و اما برندهای این جاروبرقیِ کهکشانی

پیشنهاد می کنم خیلی سعی نکنید این ها را بفهمید، کافیست فقط تصورش کنید. راستش من خودم هم در فهمیدن آن ها کوشش نمی کنم چون اتفاقات خیلی پیچیده تری هم دخالت دارند مثلا اینکه به نوع سیاهچاله هم ربط دارد. 

بله شاید تعجب کنید اما این جاروبرقی کهکشانی برندهای متفاوتی دارد. این برندی که من برای شما تشریح کردم را اولین بار آقای شُوارتس شیلد (Schwarzchild) کشف کرده است. 

یک برند دیگر هم هست که آقای کِر (Kerr) کشف کرده و خیلی هیجان انگیزتر است. در جاروبرقی ِ آقای کِر شما می توانید بروید به کیسه جاروبرقی سیخونک بزنید و برگردید. اگر فیلم اینترستلار را دیده باشید، این سیاه چاله را به خوبی می شناسید. سیاه چاله خوبی است و شاید بعدتر ها آدم ها از آن به عنوان یکی از اجزای شهربازی شان استفاده کردند. چه اشکالی دارد. کسی که جلوی تخیل کردن ما را نمی گیرد:)

پیشنهاد: عددبازی کنید

 عددهای استفاده شده در متن تخمین هستند اما واقعی اند و من آن ها را محاسبه کردم! و مربوط به این است که چگونه خورشید با جرمِ ده به توان سی کیلوگرمش می تواند سیاه چاله شوارتس شیلد بشود. 

عددبازی تجربه جالبی است. پیشنهاد می کنم حتما امتحان کنید. مثلا در یک جلسه نشستید و طرف مقابلتان مدام حرف می زند و شما به شدت عصبانی هستید. تخمین بزنید در یک ساعت چه قدر کلمه از دهان او بیرون می آید و آن را با چیزی مقایسه کنید. مثلا اینکه اگر یک کودک پنج ساله بخواهد این تعداد کلمات را بگوید چند روز باید مدام حرف بزند! در متمم هم یک چنین مطلبی البته با هدف پژوهشی تر با عنوان «مهارت برآورد کردن:سوالات فرمی» منتشر شد. به نظرم درست است که این بازی جنبه سرگرمی دارد اما مهارت تخمین زدنِ آدم را بالا می برد، ضمن اینکه اوقات را برایش دلنشین تر می کند:)

برای عشق به فیزیک*

این اساسنامه مربوط به نوشته هایی است که در دسته ی فیزیک پیشگی قرار دارد:

۱- نثر این نوشته ها ممکن است شکسته باشد.

۲-نویسنده در درجه ی اول این مطالب را برای دل خودش می نویسد و برای اینکه دردِ فیزیک نخواندن برای او کمتر شود.

۳- تمام این نوشته ها براساس دانش و اطلاعاتی است که نویسنده تا آن زمان داشته است.بنابراین این مطالب کامل نبوده و شاید اشتباهاتی هم داشته باشد. هرچند نویسنده سعی می کند با دقت تمام آن ها را بنویسد. خلاصه او خوشحال هم می شود اگر کسی بهتر می داند به او یاد بدهد.

۴- نویسنده سعی می کند در حوزه مفاهیم کلاسیک بنویسد و از مفاهیم کوانتومی و نسبیتی دوری کند! چرا که معتقد است نمی تواند بدون ابزار ریاضی آنها را دقیق توضیح دهد.

۵- نویسنده هیچ تضمینی ندارد که این مطالب لزوما به درد می خورند! البته نویسنده این تضمین را برای کل مطالب وبلاگش ندارد. تمام تلاش نویسنده از نوشتن مطالب وبلاگش و تجربیاتش و رویاهایش و افکارش این است که همانطور که این نوشته ها خودش را به فکر فروبرده شاید بتواند خواننده را هم درگیر کند. حتا ممکن است خواننده درگیر مساله ای شود که هیچ ربطی به نوشته ی نویسنده ندارد اما اگر مطلب نویسنده سبب این درون نگری شده باشد، او کلاهش را هم به هوا می اندازد.

۶- ممکن است این اساسنامه در آینده تغییراتی هم داشته باشد.

اصل مطلب:

دیروز در حین مطالعه وبلاگ محمدرضا زمانی به وبلاگ علی کریمی و بعد محمدرضا شعبانعلی رسیدم. در پستش که محمد رضا گذاشته بود، درباره ی آنتروپی و احتمال و اطلاعات حرف زد. حرف هاش برام تداعی گر کلاس های شیرین مکانیک آماری لیسانس بود و من هم که داغ دلم تازه شد رفتم سری به سواد فیزیکم (جزوه هام!) بزنم.

البته آماری و پیدا نکردم اما یک چیز جالب تر پیدا کردم:

آیا میدان الکتریکی  انرژی داره؟

فرض کنیم یک جعبه ای داریم که در این جعبه میدان الکتریکی وجود داره. یک الکترون مستقیم وارد این جعبه می شه اما بعد از خارج شدن از جعبه مسیرش عوض می شه. این یعنی که توی جعبه یک اتفاقی برای الکترون افتاده که باعث شده مسیرش عوض بشه. 

اما چه اتفاقی افتاده؟توی جعبه ما میدان الکتریکی داشتیم پس لاید این میدان یک انرژی داره که این انرژی باعث شده مسیر الکترون تغییر کنه. بنابراین من اگر فرض کنم میدان الکتریکی انرژی داره با استفاده از این موضوع می تونم مسیر آینده الکترون را پیش بینی کنم.

اما سوال اینجاست، چرا الکترون را لحظه به لحظه دنبال نمی کنیم تا متوجه بشیم چرا مسیرش تغییر کرده؟ نکته این جاست که اگر همراه با الکترون حرکت کنیم، همگنی فضا را به هم میزنیم. یعنی خود ما به عنوان عاملی هستیم که باعث میشه مسیر الکترون تغییر کنه. در این صورت اصلا نمی تونیم بفهیم چه اتفاقی افتاده. 

حالا واقعا میدان انرژی داره؟

واقعا شاید میدان انرژی نداشته باشه، اما من دارم این انرژی نسبت میدم که بفهمم چه اتفاقی افتاده و خواهد افتاد. من دارم با یک دیدِ دیگه نگاه می کنم و تمام سعی ام براینه که بتونم با این عینک جدید پیش بینی کنم. حتا خود مفهوم میدان هم مثل انرژی، چیزیه که من تعریف کردم.

پس با این توصیفات هرچیزی دلم بخاد می تونم نسبت بدم؟ 

قطعا نه! این نسبت دادن ها، اصل ها و فرض هایی که در نظر می گیریم تا در نهایت یک نظریه داشته باشیم، باید دو تا اصل رو برآورده کنه: 

یک: بتونه نتایج قبلی رو توجیه کنه.

دو: بتونه آینده رو پیش بینی کنه. به عبارتی نتایج حاصل از نظریه با نتایج حاصل از مشاهدات مطابقت داشته باشه.

پس فیزیک چی هست اصلا؟!

فکر می کنم مهمترین درسی که استادم به من یاد داد همین بود که فیزیک، حقیقت اتفاقی که می افته نیست. فیزیک یک دیدگاهیه که بتونم باهاش واقعیت رو بهتر بفهمم. فیزیک یک چشم سومه که با داشتن اون می تونی بفهمی طبیعت چه طوری کار می کنه، می تونی پیش بینی کنی. 

پی نوشت ظاهرا نامربوط: این روزا ذهنم درگیر تفکر سیستمیه و اینکه چطوری می تونه مدل ذهنیم بشه، چه طوری می تونم به جای رویداد، روند رو ببینم و چه طوری میشه علت هایی که از چشم من پنهان می مونه رو تشخیص بدم و برای تصمیم‌گیری‌ هام افق زمانی بلند مدت رو درنظربگیرم و هزاران نکته ی دیگه که تشنه یادگیریشون هستم. 

امیدوارم فقط به حرف منتهی نشه!

*پینوشت مربوط: عنوان این مطلب، عنوان کتاب والتر لویین هست . یک فیزیک پیشه و معلم دانشگاه MIT که به خاطر آزمایش هاش و روش تدریسش معروفه. سعی میکنه چیزهایی رو به مردم نشون بده. چیزهایی که خودشون به راحتی ازش می گذرن! تصویرش رو در عکس می بینید.