اتم‌ها چگونه کار می‌کنند؟
در قرن بیستم گفته شده که انسان قدرت اتم را مهار کرد. ما بمب‌های اتمی ساختیم و با انرژی هسته‌ای برق تولید کردیم. حتی اتم را به تکه‌های کوچکتر به نام ذرات زیر اتمی (Subatomic Particles) تقسیم کردیم.
اما واقعاً اتم چیست؟ از چه چیزی ساخته شده است؟ شکل آن چگونه است؟ جستجوی ساختار اتم بسیاری از حوزه‌های شیمی و فیزیک را به هم پیوند داده و شاید یکی از بزرگترین دستاوردهای علم مدرن باشد. در این مقاله، داستان جذاب نحوه کشف‌هایی را دنبال خواهیم کرد که در زمینه‌های مختلف علم به دیدگاه فعلی ما از اتم انجامید. ما به پیامدهای دانستن ساختار اتم و اینکه چگونه این ساختار می‌تواند به فناوری‌های جدید منجر شود، خواهیم پرداخت.
نسبیت چیست؟
نسبیت مانند یک قیف بستنی سه اسکوپی است؛ بیشتر ما نمی‌توانیم آن را بدون اینکه دچار انجماد مغزی شویم، در یک لقمه بخوریم. بنابراین بیایید این موضوع را یکی‌یکی بررسی کنیم. ما با نسخه‌ای از نسبیت که بیش از چهار قرن قدمت دارد، یعنی نسبیت گالیله‌ای (Galilean Relativity)، شروع می‌کنیم.
بله، این اسکوپ از بستنی کیهانی از گالیلئو گالیله (Galileo Galilei)، ستاره‌شناس مشهور ایتالیایی، نشأت می‌گیرد و به این صورت توضیح داده می‌شود: هر دو ناظر که با سرعت و جهت ثابت حرکت می‌کنند، نتایج یکسانی برای تمام آزمایش‌های مکانیکی به‌دست خواهند آورد.
بیایید فرض کنیم آزمایش مورد نظر چیزی بیشتر از پرتاب یک توپ پینگ‌پنگ در راهرو یک قطار نیست. تا زمانی که سرعت و جهت ثابت باشد، توپ پینگ‌پنگ دقیقاً یکسان رفتار می‌کند چه قطار با سرعتی کند در حال حرکت باشد و چه با سرعتی بالا در حال حرکت باشد. تا زمانی که قطار به دلیل تغییرات سرعت یا جهت دچار نوسان نشود، داخل واگن قطار هیچ تفاوتی وجود ندارد.
اما در خارج از قطار در حال حرکت، داستان متفاوت است (یا چارچوب مرجع متفاوت است).
برای فردی که در داخل قطار در حال حرکت است — فرض کنیم که قطار با سرعت ۱۰۰ مایل در ساعت (۱۶۱ کیلومتر در ساعت) در حال حرکت است — توپ به نظر می‌رسد که با سرعتی عادی حرکت می‌کند. برای فردی که در کنار ریل ایستاده است، توپ (به فرض اینکه او بتواند آن را ببیند) به نظر می‌رسد که با سرعت قطار به علاوه سرعتی که با آن پرتاب شده، حرکت می‌کند.
این توپ واقعاً با چه سرعتی در حال حرکت است؟ فرض کنیم شما آن را با سرعتی معادل ۵ مایل در ساعت (۸ کیلومتر در ساعت) پرتاب کردید. اگر سرعت قطار را به آن اضافه کنیم، سرعت کل به ۱۰۵ مایل در ساعت (۱۶۹ کیلومتر در ساعت) می‌رسد — محاسبه‌ای که به آن تبدیل گالیله‌ای (Galilean Transformation) گفته می‌شود. در داخل قطار، اگر توپ به سینه‌تان برخورد کند، احساس نخواهید کرد که با سرعت ۱۰۵ مایل در ساعت به شما برخورد کرده است. اما نسبت به بیرون، این سرعت واقعی آن است.
حالا اینجا جایی است که قضیه پیچیده می‌شود: اگر شما بخواهید یک چراغ قوه را به سمت بالا در راهرو قطار روشن کنید، آیا امواج نور ۱۰۰ مایل در ساعت سریع‌تر از سرعت نور حرکت می‌کنند؟ نه، بر اساس گفته‌های فیزیکدانان آلبرت آ. میکلسون (Albert A. Michelson) و ادوارد مورلی (Edward Morley)، این‌طور نیست. در سال ۱۸۷۹، این دو آمریکایی آزمایشی پیشگامانه برای اندازه‌گیری سرعت نور انجام دادند. به نظر می‌رسد که نور با سرعت ثابت ۱۸۶,۰۰۰ مایل در ثانیه (۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر در ثانیه) حرکت می‌کند. هیچ راهی برای حرکت سریع‌تر از این وجود ندارد و این مفهوم نسبیت گالیله‌ای را زیر سوال می‌برد.
خوشبختانه، آلبرت اینشتین (Albert Einstein) در سال ۱۹۲۰ با نظریه نسبیت خاص وارد عمل شد.
تصویر نجومی روز ناسا: مسیه 4
توضیح: مسیه 4 را می‌توان در غرب ستاره غول قرمز درخشان قلب‌العقرب (Antares)، ستاره آلفای (درخشان‌ترین-م) صورت فلکی عقرب (Scorpius) یافت.
خود M4 فقط از مکان‌های دارای آسمان تاریک قابل مشاهده است، اگرچه این خوشه کروی با 100000 ستاره یا بیشتر، فقط 5500 سال نوری از ما فاصله دارد. با همه این اوصاف، نزدیکی آن به چشم‌های کنجکاو تلسکوپ‌ها، آن را به یک هدف اصلی برای کاوش‌های نجومی تبدیل می‌کند.
مطالعات اخیر شامل مشاهدات هابل از ستاره‌های متغیر قیفاوی تپنده M4، ستارگان کوتوله سفید در حال سردشدن و سیاره فراخورشیدی باستانی PSR B1620-26 b گردان به دور یک تپ‌اختر است.
این تصویر واضح با یک تلسکوپ کوچک در سیاره زمین گرفته شده است. در فاصله تخمینی M4، این تصویر حدود 50 سال نوری در سراسر هسته این خوشه ستاره‌ای کروی وسعت دارد.
منبع: ناسا