سیب ها، دیگر از درخت نمی افتند

ماده تاریک، در اخترشناسی و کیهان شناسی، ماده‌ای فرضی است که چون از خود نور (امواج الکترومغناطیسی) گسیل یا بازتاب نمی‌کند، نمی‌توان آن را مستقیما" دید، اما از اثرات گرانشی موجود بر روی اجسام مرئی، مثل ستاره‌ها و کهکشان‌ها، می‌توان به وجود آن پی برد.

بر اساس مشاهدات فعلی که بر روی ساختارهایی بزرگتر از کهکشانها صورت گرفته‌است و همچنین مطالب مربوط به انفجار بزرگ، ماده تاریک و انرژی تاریک تشکیل دهنده بخش زیادی از جرم موجود در جهان است.

امروزه کم تر پیش می آید که فیزیکدان ها کنار درخت سیبی قدم بزنند، یا به تنه ی آن تکیه بدهند و فکر کنند و با معادلات پیچیده ی فیزیکی و ریاضی کلنجار بروند. اما قصه ی سیب و درخت سیب برای همه ی فیزیکدانان و علاقه مندان به فیزیک و علم نجوم، قصه ای آشناست.

نیوتن با دیدن سیبی که از درخت به زمین سقوط کرد، قانون جاذبه را کشف و فرمول بندی کرد و توانست با استفاده از این قانون حرکت تمام سیارات و قمرها را توضیح دهد. این قانون تا به امروز محکم و بدون تغییر باقی مانده است و رابطه ی ساده و در عین حال بسیار پیچیده ی گرانش، پای را از منظومه ی شمسی و حتی کهکشان ما فراتر گذاشته و تمام عالم را تصرف کرده است.

امروزه با دقیق ترین آزمایش ها صحت این قانون سنجیده شده و تقریبا جای هیچ شکی را باقی نگذاشته است.

اما رصدهای جدید به ما می گویند که اگر همه چیز طبق قانون نیوتن کار کند، ما در دردسر بزرگی افتاده ایم.

با بررسی و سنجش سرعت گردش ستاره ها به دور مرکز کهکشان به این نتیجه می رسیم که آن چه می بینیم چیزی کمتر از 5 درصد مقدار ماده ای است که باید وجود داشته باشد.

کنار آمدن با چنین موضوعی چندان ساده نیست. این که شما تصور کنید این چند میلیارد ستاره ای که می توانید با تلسکوپ رصد کنید تنها 5 درصد از کل عالم را تشکیل داده اند و تمام فضاهای خالی، پر از چیزی است که ما نمی توانیم آن را ببینیم.

از طرفی با فرض این که 95 درصد دیگری که از چشم ما دور مانده است تماما ماده ای است که آن هم از قانون نیوتن پیروی می کند، با مشکل جدیدی مواجه می شویم.

این بار با بررسی سرعت انبساط عالم به این نتیجه می رسیم که همه ی 95 درصد باقی مانده نمی تواند از جنس ماده باشد و ایجاد جاذبه کند. ما نیاز به موجودی داریم که بر خلاف ماده به جای جاذبه، ایجاد دافعه کند.

بنابراین دانشمندان ترکیب عالم ما را چنین مشخص می کنند: تنها 5 درصد از انرژی_ماده جهان قابل مشاهده و درک است و 95 درصد باقی مانده آن تاریک است.

این 95 درصد تشکیل شده است از 25 درصد مجموعه ای از جرم- انرژی که به شکل ماده تاریک ، کهکشان ها و ساختارهای مقیاس بزرگ را به یکدیگر پیوند می دهد و 70 درصد به صورت انرژی تاریک که باعث افزایش سرعت انبساط جهان و دور شدن کهکشان ها شده است.

با این ترکیب از ماده که گرانش را ایجاد می کند و انرژی که دافعه تولید می کند، جهان ما درست کار خواهد کرد.

با اینکه وجود ماده تاریک در جهان مهم و ضروری به نظر می‌رسد، اما هنوز مدارک و دلایل قطعی مبنی بر وجود این ماده و طبیعت آن به دست نیامده‌است.

با این وجود تئوری ماده تاریک به عنوان قابل قبول‌ترین فرضیه برای توجیه انحراف در حرکت وضعی کهکشان است. اما این تنها راه حل مشکل نیست.

می توانیم به جای این که به چشم های خود شک کنیم به رابطه ی نیوتن شک کنیم و آن را چنان اصلاح کنیم که رفتار فعلی عالم را توضیح دهد.

آن چه مشخص است این است که قانون نیوتن بر روی زمین، یا در ابعادی همچون مدار سیارات به دور خورشید و حتی فاصله ی بین خورشید و ستارگان همسایه ی آن، درست عمل می کند، اما ممکن است در ابعادی بسیار بزرگ تر یعنی حدود "میلیون سال نوری" و فراتر از آن رفتاری متفاوت نشان دهد.

یا مثلاً وقتی جرم ها از یک حدی بزرگ تر می شوند (مثلا جرم یک کهکشان) رفتار قانون نیوتن عوض شود. ممکن است قانون نیوتن نیاز به یک جمله ی اضافی داشته باشد که آن جمله فقط در فواصل دور یا جرم های بسیار زیاد عمل کند.

این ایده جذابیت های خاص خود و طرفداران خاص خود را دارد. اگر این فرض درست باشد دیگر نیاز نیست که ما موجودات عجیب و غریبی مثل ماده ی تاریک یا انرژی تاریک را تصور کنیم، چیزهایی که تا به امروز هنوز هیچ شناخت روشنی از آن ها نداریم.

به نظر می آید که بتوان با پیدا کردن تصحیحی برای قانون نیوتن تمام مشکلات را حل کرد، اما بزرگ ترین مشکل پیدا کردن تصحیح مناسب است، جمله ای که باید به قانون نیوتن افزوده شود تا علاوه بر جاذبه، دافعه هایی را که در فواصل دور ایجاد می شود توصیف کند.

جمله ای که توضیح دهد یک سیب همیشه از درخت خواهد افتاد یا نه!

منبع

Invasion of the Freescale Mechatronics Walking Robots

Robot Lightsaber Duel

MRI

تصویر برداری با تشدید مغناطیسی، یکی از روش های گرفتن تصاویر دقیق و واضح از اندام های درونی بدن است. MRI  مخفف کلمه لاتین (Magnetic Resonance Imajing) که همان معنی تصویر برداری با تشدید مغناطیسی است.

 همان طور که می دانید؛ هسته اتم ها دارای بسامدهای متفاوت می باشد، در سال 1946 پدیده تشدید هسته های اتم توسط فلیکس بلانچ و ادواردو بورسل کشف شد.

با تشحیص بسامد هسته، می توان به نوع اتم پی برد. فرض کنید هسته هایی باشند که با اعمال نیروی محرکه،  انرژی کسب کرده اند و چون انرژی با دامنه رابطه مستقیم دارد، بنابراین دامنه نوسان آن ها افزایش می یابد.

با حذف نیروی محرکه، انرژی دریافتی هسته ها از دست می رود و با توجه به بقای انرژی،  به صورت امواج الکترومغناطیسی و گرما  به حالت پایه برمی گردد.

زمان برگشت به حالت پایه برای ترکیبات مختلف متفاوت است، می توان گفت که شناسایی این پدیده و استفاده از این ویژگی، پایه MRI می باشد. اولین بار ریموند دامادیان از این ویژگی برای تشخیص تومورها استفاده کرد.

اساس کار MRI معمولاً براساس خصوصیت آزاد شدن اتم برانگیخته هیدروژن در مولکول آب است. وقتى جسمی در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد، اسپین اتمی هسته ها، یا به صورت هم راستا با میدان مغناطیسی قرار می گیرند. 

به طور کلی در اتم سه نوع حرکت وجود دارد، الکترون ها حول محور خود، الکترون به دور هسته و هسته به دور محور چرخش . هسته هایی که مجموع تعداد پروتون و نوترون آن ها فرد است، به دور محور خود حرکت چرخشی دارند که این ویژگی را هسته فعال تشدید مغناطیسی می گویند،  هسته فعال تشدید مغناطیسی دارای دو ویژگی اسپینی و ممان مغناطیسی است.

هسته هایی مانند N¹⁵ ، O¹⁷ ، C¹³ ، P³¹ ، Na²³ ، H   در بدن انسان هستند که هم از نظر مغناطیسی فعال باشند و تعداد زیادی از آن ها در بدن وجود دارد. هسته اتم هیدروژن هم میدان مغناطیسی دارد، هم در تمام بدن پخش است و چون هسته کوچک است و تحت تاثیر یک پروتون قرار دارد، ممان مغناطیسی آن بزرگ می‌باشد. در نتیجه در تصویربرداری می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد.

ساختمان دستگاه

دستگاه MRI لوله‌‌ای است که به وسیله آهنربای دایره‌ای شکل دواری احاطه شده است. این آهنربا میدان مغناطیسی ایجاد می کند. در اینجا موج رادیویی با طول موج های متفاوت سطح نمونه را جاروب می کنند. انتهای نمونه با جذب انرژی از موج رادیویی هم فرکانس با چرخش آن ها ، به حالت انرژی بالاتری می روند و در راستای میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرند.

با قطع میدان این هسته ها به حالت اولیه خود برمی گردند. در این هنگام است که از ماده امواج الکترومغناطیسی با بسامد رادیویی تابش می شود که توسط سیم پیچی که به آن کویل می گویند، دریافت انجام می‌شود. این سیم امواج دریافتی را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند. سپس این جریان ها تقویت می‌شوند و به عنوان سیگنال های MRI به رایانه داده می‌شود. رایانه با استفاده از سیستم تبدیلی به نام تبدیل فوریه این داده ها را به تصویر تبدیل می‌کنند. این تصویر بسیار دقیق است و تغییرات بسیار کوچک را نیز می‌تواند نشان دهد.

منبع