رفتن به نوشته‌ها

برچسب: کیهان شناسی

شکل ساختارها و اجرام سماوی

چرا ستاره‌ها و سیارات کروی هستند و کهکشان‌ها معمولاً شکل دیسکی دارند؟

می‌خواهیم بدانیم شکل اجرام نجومی که در آسمان می‌بینیم به چه صورتی هستند؟ بگذارید ببینیم در آسمان بالای سرمان چه ‌چیزهایی می‌بینیم؟ در طول روز عمدتاً خورشید را می‌بینیم! ولی در شب می توانیم ستاره‌ها را هم مشاهده کنیم. در مناطق شهری تعداد خیلی کمی از آن‌ها و در مناطق خیلی تاریک و به‌دور از آلودگی نوری شهرها تا حدود پنج الی شش هزار ستاره! امروزه می‌دانیم که خورشید یک کره بزرگ گازی است که ‌به‌دلیل هم‌جوشی هسته‌ای در مرکز آن شعله‌ور و درخشان است. ستاره‌های آسمان شب هم همگی خورشیدهایی هستند کروی‌شکل؛ در اندازه‌ها و دماهای مختلف. دیگر چه‌چیزهایی می‌توانیم در آسمان شب ببینیم؟ ماه و گاهی، بعضی‌ از سیارات منظومه‌شمسی. ماه و سیارات منظومه‌شمسی هم همگی به‌شکل کروی هستند؛ سنگی، گازی یا یخی. هم‌چنین می‌بینیم که خورشید، ماه و سیارات در محدوده‌ای در آسمان که به ‌آن منطقه‌البروج گفته می‌شود، حرکت ‌می‌کنند و این موضوع یعنی تقریباً همگی در یک صفحه حول خورشید می‌گردند.‌ بنابراین اگر می‌توانستیم از بالا به منظومه‌شمسی نگاه کنیم می‌دیدیم که ساختاری شبیه به یک دیسک دارد. دیگر چه؟ اگر در مناطق تاریک و به‌دور از شهرها باشیم این شانس را خواهیم داشت که نوار مه‌آلود کهکشان راه‌شیری را هم ببینیم. چرا نوار مه‌آلود؟ چون ما در واقع از داخل دیسک کهکشان به مناطق مرکزی آن نگاه می‌کنیم؛ بنابراین آن را به‌صورت یک نوار می‌بینیم و گرد‌ و غباری که در راستای دید ما قرار گرفته باعث می‌شود این نوار به‌شکل مه‌آلود باشد. با کمک تلسکوپ می‌توانیم کهکشان‌های دیگر را هم ببینیم که عمدتاً ساختاری دیسکی‌شکل دارند. گه‌گاه در آسمان شب می‌توانیم دنباله‌دارها و شهاب‌ها را هم ببینیم. دنباله‌دارها را می‌توان از جمله اجرام سرگردان منظومه‌شمسی دانست که معمولاً شکل‌های نامنظم دارند. دنباله‌دارها حاوی مقادیر زیادی یخ (مواد فرار مثل آب، متان، آمونیاک و غیره) هستند و معمولاً در مدارهای کشیده‌ی باز یا بسته به‌دور خورشید می‌گردند. با نزدیک شدن به خورشید یخ‌ آن‌‌ها آب شده و فوران می‌کند و به‌همراه خود بخش‌هایی از این گلوله‌های برفی کثیف را در فضا بر جای باقی می‌گذارند که تشکیل دنباله را می‌دهند. این مواد بر‌جای‌مانده که به‌شکل گرد و غبار و تکه‌سنگ‌های بزرگ و کوچک هستند می‌توانند با عنوان شهواب‌وارها گاهی در مسیر حرکت زمین قرار گرفته، وارد جو شوند و به‌دلیل اصطکاک بالا با مولکول‌های داخل جو بسوزند و ردّی درخشان از خود به‌نمایش بگذارند. همان شهاب‌های جذاب آسمان!

با این توضیحات، اجرام و ساختارهای نجومی می‌توانند اشکال مختلفی داشته باشند، اما چرا این اشکال را دارند؟ چرا تمام ستاره‌ها و سیارات به‌شکل کروی هستند؟ چرا منظومه‌شمسی و هم‌چنین بیشتر کهکشان‌ها ساختاری دیسکی دارند؟ و چرا دنباله‌دارها و اجرام سرگردان در منظومه‌شمسی شکل‌های نامنظم دارند؟

در ویدیوی زیر که قسمت اول از سری لایوهای اینستاگرامی «علامت‌ سؤال» بوده درمورد پاسخ این سؤالات توضیح داده‌ام. 

«علامت سؤال» عنوان سری لایوهای اینستاگرامی‌ای است که در هر قسمت از آن به‌ یک سؤال نجومی پاسخ داده می‌شود. این سؤال می‌تواند ساده اما حاوی نکته‌ای مهم باشد! در علامت سؤال اول درمورد شکل‌ اجرام سماوی و دلیل آن توضیح داده شده است.

ویدیو در اینستاگرام

کتاب‌هایی برای مردم درباره پیچیدگی

پتّر دانشمند خوش فکر و خوش ذوقیه که به تازگی پیش ما اومده. خیلی خوشحالم از این بابت. ویژگی مهم پتر اینه که علاوه بر این‌که از لحاظ فنی در علم پیچیدگی فرد سرشناسیه، بسیار هم وبلاگ‌نویس خوبیه و ید طولایی در تولید محتوای با کیفیت از لحاظ نمایشی داره. بسیار می‌دونه و بسیار خوب بیان می‌کنه. توی این پست، پتر فهرستی از کتاب‌های اثرگذار در زمینه پیچیدگی رو فهرست کرده و لینک دسترسی بهشون رو هم گذاشته. این کتاب‌ها عموما برای مردم عادی نوشته شدند و تغییر قابل توجهی در نگاه مردم به انگاره پیچیدگی ایجاد کردند.

The golden age of complexity science books

– Petter Holme

عامه‌پسند خوب است ولی با احتیاط حمل شود!

فراموش نکنیم که همیشه کتاب‌های عامه‌پسند یک جایی کمیتشون لنگ می‌زنه و فقط متخصص‌های امر می‌تونن در دام کج‌فهمی‌هاش نیفتن. مهم هم نیست که چه کسی اون کتاب رو نوشته، هاوکینگ یا روولی. برای همین همیشه موقع مطالعه آثار عامه‌پسند باید گوشه چشمی به این نکته هم داشته باشیم. مثلا هرکسی می‌تونه کتاب «تاریخچه مختصر زمان» هاوکینگ یا «ترتیب زمان» روولی رو بخونه، لذت ببره و بعدش هم به ماهیت زمان، سیاه‌چاله‌ها و مِه‌بانگ فکر کنه. اما باید به خاطر بسپاره که برای نتیجه‌هایی که می‌گیره یا افکاری که برای خودش بسط می‌ده حتما باید با یک متخصص مشورت کنه. اگر هم واقعا به این موضوعات علاقه‌مند شد که خب شروع به تحصیل در این چیزها کنه!

پیدا شدن کج‌تابی‌ در عامه‌پسندها فقط به این برنمی‌گرده که در ساده کردن مفاهیم ممکنه بخش مهمی از اطلاعات از بین بره. یا اینکه راوی توانایی لازم در بیان مسئله به زبان مردم را نداشته باشه یا غرض‌ورزانه به یک موضوع بپردازه. بلکه به این خاطر که وقتی محتوایی به جای مطرح شدن در یک گروه محدود به متخصص‌ها، به سپهر عمومی میاد دو اتفاق مهم می‌افته:

اول این که هر شخص مستقل از دانش قبلی و توانایی تجزیه و تحلیل یک مطلب جدید با یک سری مفاهیم یا پرسش‌های جدید روبه‌رو میشه. به همین خاطر، افراد مختلف درک‌های مختلف یا کج‌فهمی‌های مخلتف می‌تونن پیدا کنن. شما به کسی که کوررنگی داره چه‌طور می‌تونید حالی کنید که فلان‌جا سبزه و کنارش قرمز؟! مضاف‌بر این‌که وقتی موضوعی در سپهر عمومی مثل تالارهای گفت‌وگو یا کلاب‌هاوس مطرح می‌شه به دنبالش بحث و حرف و حدیث هم پیدا میشه. اون موقع آدم‌های مختلف با درک‌های متفاوت و همراه با سوگیری‌های خاص خودشون بر سر موضوعاتی بحث می‌کنند که ممکنه اصلا ربطی به هم نداشته باشند.

در میانه این جور گفت‌وگوها اگر متخصص باشید باید خر بیارید و باقالی بار کنید و اگر عامی باشید باید دربه‌در به دنبال پرتقال فروش بگردید!

دوم این‌که اگر یک قدم برگردیم به عقب، قبل از رویارویی با یک اثر عامه پسند، باید به خاطر بسپاریم چیزی که امروز به عنوان یک یافته علمی در دسترس ما قرار گرفته وحی منزل نیست و می‌تونه نادرست یا ناکامل باشه یا فقط در شرایط خاصی درست باشه. به قول فاینمن، گزاره‌های علمی از این جنس نیستند که چه چیزی درست یا نادرسته، بلکه اونا گزاره‌هایی هستند با درجه‌های مختلفی از عدم قطعیت در مورد چیزهایی که می‌دونیم. به همین خاطر حتی متخصص‌ها که مسائل رو با جزئیات فنی بیشتری می‌دونند و درک عمیق‌تری از مسائل دارن هم همیشه با نگاه تردید به یافته‌ها نگاه می‌کنند. در عامه‌پسندنویسی ممکنه بسته به پیچیدگی‌های فنی، عامه‌پسند‌نویس از بیان یا شرح بعضی از جزئیات خودداری کنه. حالا شما حساب کنید موقع خوندن عامه‌پسندها که خیلی از جزئیات محو شده چه میزان باید به درکمون از طبیعت شک کنیم. شک البته لزوما چیز بدی نیست؛ علم فرهنگ شک و تردیده. ما با تشکیک، در علم بالغ میشم!

به همین خاطر علم، یک مسیر شناختی پویا است. یعنی با وجود عدم قطعیت‌های همیشگی‌‌، به مرور زمان، به واسطه یافته‌ها و نظریه‌های جدید درک ما از اتفاقات دچار تغییر و تحول میشه. بعضی از اوقات کتاب‌‌های عامه‌پسند قدیمی تا سال‌ها مثل تکه‌ای جواهر می‌درخشن چون خالق اثر درک عمیقی از موضوع و زبردستی خاصی در بیانش داشته و از همه مهم‌تر در انتخاب موضوع به قدری خوش‌شاس یا شاید آگاه بوده که در چشم‌انداز پیش رو درک ما از اون موضوع دچار تغییر اساسی نشده. به عنوان مثال، همون‌طور که پتر در نوشته‌ش توضیح داده ایده اساسی کتاب درخشان «طبیعت چگونه کار می‌کند؟» پیرامون بحرانیت خودسامان‌ده است. در حالی که امروز که حدود ۲۰ سال از نگارش اون کتاب می‌گذره می‌دونیم که بحرانیت خودسامان‌ده روشی نیست که طبیعت برای کار کردن انتخاب کرده باشد مگر در موارد بسیار نادری!

برای مطالعه بیشتر

شرح پیچیدگی
دفترچه‌ای برای توضیح مفهوم پیچیدگی بر اساس آرا صاحب‌نظران این حوزه

مروری بر سامانه‌های پیچیده
از مجموعه پیچیدگی برای همه

مصاحبه با ساسکایند

تاریخ شفاهی American Institute of Physics اخیرا با ساسکایند مصاحبه طولانی داشته که به نظرم خوندنش خالی از لطف نیست. من سعی می‌کنم بریده‌هایی از این گفت‌وگوی طولانی رو بدون ایجاد تغییر اینجا بذارم. متن کامل در اینجا در دسترس همگانه:

Interview of Leonard Susskind

By David Zierler on May 1 and 3, 2020

Niels Bohr Library & Archives

American Institute of Physics

منبع

ورود به فیزیک

توی این مصاحبه ساسکایند از ماجرای ورودش به فیزیک و مسیر فیزیکدان شدنش میگه. از وضعیت و عقبه خانواده‌ش و تاثیر پدرش بر زندگیش. از اینکه برای مدتی همراه پدرش به شغل لوله‌کشی مشغول بوده و در گفت‌وگو با همکارهای پدرش کم‌کم متوجه میشه که ناخواسته سراغ شبه علم می‌رن! ساسکایند تعریف می‌کنه که کجا مدرسه و دانشگاه رفته. چی خونده و چه طور متوجه شده که رشته‌ای که دوست داره فیزیکه و نه مهندسی!

Harold Rothbart came around, and he was watching me, and he said, “Susskind, this is not for you. This is the wrong subject for you.” He told me he would fail me in the class unless I dropped out of engineering. … By that time, I was married. I had a child. “What am I going to do? My father is waiting for me to go into business.” “I want you to drop out of engineering.” I thought, “Well, this guy really thinks I’m stupid.” And then he said something that really touched me. He said, “You’re very, very smart. You should be a scientist. You should go into one of the sciences.”

ساسکایند از این میگه که چه طوری به درس‌های پایه فیزیک علاقه‌مند شده. این که کتاب مکانیک کلاسیک گلدستین رو می‌خونه و خیلی کیف می‌کنه با وجود این‌که نویسنده این کتاب اصلا فیزیکدان نبوده! به نظر اون گلدستین هنوز هم کتاب خیلی استانداردی برای یادگرفتن مکانیک کلاسیکه چون خیلی خوب در مورد همیلتونی‌ها و لاگرانژین‌ها و کروشه‌های پواسون بحث کرده. یک بار هم سر کلاس مکانیک تحلیلی ساسکایند یکی ازش می‌پرسه که چه کتابیو پیشنهاد می‌کنی؟ میگه من نمی‌دونم چه کتابی خوبه، ترجیح می‌دم خودم بشینم یکی خودم بنویسم تا یکیو پیشنهاد کنم ولی یادمه وقتی اولین بار این چیزا رو خوندم از روی گلدستین خوندم و اون خیلی کتاب خوبی بود. در ادامه این مصاحبه می‌گه که بهترین کتابی که برای یادگرفتن کوانتوم خونده کتاب خود دیراکه. همین طور همیشه مقاله‌های نسبیت (خاص و عام) آینشتین روی میزشه و اونا رو می‌خونه ولذت می‌بره از سوال‌های خیلی ساده‌ای که آینشتین می‌پرسه و روشی که سعی می‌کنه به این سوال‌ها پاسخ بده.

He made this surprising conclusion that light, as well as everything else, gravitates, from something that a 12-year-old could understand. That to me was the way that I wanted to do physics. It wasn’t that I wanted to imitate Einstein. It just felt right. This is the way to think about physics. You start with very, very simple observations about the world, and from them, you draw far-reaching conclusions. Gedankenexperiments— I really, really fell in love with the idea of thinking about physics from a very simple starting point and building on that.

در ادامه به این می‌پردازه که رسما استاد راهنمای خاصی نداشته ولی بعضی‌ها توی این مسیر راهنماش بودن؛ به طور خاص به هانس بیته اشاره می‌کنه. اما می‌گه که هانس هیچ موقع نمی‌تونسته استاد راهنمای مناسبی برای اون باشه چون خیلی ذهن عملگرا و تجربی داشته و از نسبیت عام خوشش نمی‌اومده! بعدها فاینمن رو می‌بینه و شاید اون به معنی واقعی کلمه استاد راهنماش بوده ولی خب زمان زیادی می‌گذشته از این که مستقیما تحت نظارت فاینمن بخواد کاری کنه. فاینمن بیشتر دوستش بوده و ساسکایند مدل پرداختنش به فیزیک رو خیلی می‌پسندیده. به نظر ساسکایند،‌ آینشتین توی لیگ غول‌هایی مثل نیوتون، ارشمیدس و گالیله بوده در حالی که فاینمن آدمی بوده که فوق‌العاده بوده توی فیزیک. همیشه فاینمن رو به چشم یک انسان بامزه می‌دیده و نه خدایگان فیزیک! بعدها مری گل‌-من رو دیده و با این که همیشه اونو تحسین می‌کرده ولی آبش با اون توی یه جوی نمی‌رفته! برای همین گل-من هم چندان نقش راهنما براش نداشته. نکته جالب ولی اینه که میگه این روزها من راهنما دارم و اتفاقا اونا خیلی از من جوون‌تر هستن!

What did I—I did see something in Feynman’s physics. He also had a certain simplicity of thinking. The two examples that stand out, and I’ve talked about these publicly on occasion—well, there were three. The first was his ability to cut through the great difficulties of quantum field theory and just draw diagrams. How the hell did he figure that out? And he didn’t figure it out; he just made it up! People who tried to figure out what Feynman was doing could not get him to explain what he was doing. He just said, “Here it is. This is what it is.” … It was always, “Close your eyes, and see if you can see what the thing looks like.” In that sense, I think Feynman was a mentor. But it came a bit late for it to have really affected my own style. That already existed. I also admired Murray Gell-Mann enormously, but very different. Murray and I did not get along. In fact, I think we really disliked each other. But I could see his incredible ability to see patterns.

ساسکایند می‌گه افراد مختلف به شیوه های متفاوتی به فیزیک می‌پردازن. مدل انجام دادن اون این جوریه که به جاهایی که اصول با هم در تضاد هستن عمیقا فکر می‌کنه:

My friend Steve Shenker, for example, is a master of using output of calculation as data to generate new ideas or brilliant ideas. I never did a lot of calculation like that, or at least not for a long time. I did at one time, but not for a lot of time now. … My approach to physics—this was not done by design. My natural inclination is to focus on clashes of principle, on paradoxes, on Gedankenexperiments through which we view clashes of principle, and then eventually debug and understand what resolves the clashes of principle. So that’s a way of thinking that—I think it’s fairly rare. I don’t think any of my colleagues tend to do that.

علم و دین

از ساسکایند پرسیده میشه که زمانی که دانشگاه یشیوا بوده آیا محیط اونجا تحت تاثیر اندیشه‌های یهودی بوده یا نه.

I was at the Belfer Graduate School of Science. Which was a part of Yeshiva University, but it was separate. It was a graduate school of science. It was a very funny, idiosyncratic place. It was a marvelous place. It had some extraordinary scientists. Yakir Aharonov, Dave Finkelstein, Joel Lebowitz, Elliott Lieb. Freeman Dyson was on the faculty for a while. I was there for ten years. Wonderful mathematicians—Leon Ehrenpreis. And they were not all Jewish. Al Cameron, the great astrophysicist. James Truran, another astrophysicist. They were definitely not all Jewish. There was no religiosity there. In fact, most of the graduate students were not religious. A good fraction of them—most of the graduate students I interacted with were South American, and only a few of them were Jewish, Most not Jewish. I think there was a certain idealistic view to physics—the Aharonov view, the David Finkelstein view, the Joel Lebowitz way of approaching physics—a certain idealism about physics. I don’t mean political idealism. I mean—what should we call it? Love of Einstein, for a better word, although it wasn’t restricted to Einstein. And that may well have had to do with the origins of the Belfer Graduate School— from Rabbi Belkin. Rabbi Belkin was the president of the university at that time. Marvelous man. And he was the one who had the vision to create a graduate school of science. And I think maybe that sort of rabbinical tendency, whatever the right word is, may very well have influenced who the early faculty were. It was not a religious faculty, but it was idealistic in a certain way—depth of understanding is what counted. Is that a Jewish thing? I don’t know. Maybe—I don’t know.

توی این گفت‌و گو در مورد دین و دیندار بودن هم بحث‌هایی میشه. این‌که آیا فیزیک می‌تونه به سوال‌هایی مثل وجود خالق و دخالت اون درعالم مادی حرفی بزنه یا نه. عموما جواب ساسکایند اینه که من نمی‌دونم! در پاسخ به این که آیا فیزیکدون‌ها جایگاه خاصی دارن در مورد حرف زدن در مورد وجود خدا، ساسکایند میگه:

[laugh] Oh, boy. Wow. Yeah, I don’t think he does have any privileged position. Yeah. He, she. I think I would subscribe to that view. That doesn’t mean I don’t have my own view about it. … I don’t think any scientist can answer the question of whether there was an intelligence that was at the root of the creation of the universe. That would also be getting ahead of ourselves. But still, scientists do understand the thing that we have to understand. They know what the questions are. I know when I think about the question of creation, I’m very influenced by my own scientific background. If somebody says to me, “Is there a god?” I say, “Well, I don’t really know, but you know, I’m very puzzled. If there was a god, and god did create the universe, is god susceptible to the same rules as ordinary matter? Does god satisfy the laws of quantum mechanics? Is he made out of particles?” And so forth. That’s the way my head works. I can’t help thinking that way.

 I’m not an observant Jew. I didn’t have that background at all. I do not dismiss the possibility that there was –let’s call it an intelligence—that was involved in the creation of the laws of physics and the universe and all that. I do not dismiss that. But then I get myself into a logical paradox. Who created it? I don’t think this is the right way to think about it, but it’s the only way that I have available to me to think about it. So my own mental makeup is to be curious. I am a very curious person. I would like to know how the uni…and I would especially like to know, was there an intelligence? But I don’t see a way of getting at the answer.

ساسکایند به این هم اشاره می‌کنه که وقتی در مورد وجود خدا حرف می‌زنیم منظورمون وجود یک خالقه که جهان رو ایجاد کرده و دیگه هم باهاش کاری نداشته. ما با این تعریف بسیار ابتدایی (در مقایسه با تعریف و ویژگی خدا در ادیان مختلف) هم چندان حرفی برای زدن نداریم به عنوان فیزیکدان. چه برسه به اینکه بخوایم خدا رو نه تنها خالق که «موثر» در دنیای کنونی هم بدونیم:

 I once had this conversation with a Vatican advisor, a Jesuit. We agreed about absolutely everything, and in particular I asked him, “When you speak of god, do you speak of god the creator, or of god the intervener?” And he said, “I only mean god the creator.” And I had to admit, then, that I had no particular reason to believe that there was no god the creator. But then we started talking about god the intervener. And once god can intervene with the world and affect the world, then if we believe in science, we have to give it a set of rules, and those rules have to conform to what—well, they both have to conform to what the reality is, and they have to conform to what we call science. So does god have to satisfy a set of physical rules? Not if he doesn’t intervene. If all he did was create—OK, he created. But if he’s also allowed to poke his finger into it and change things and stir them up, then we have to have rules for that. If there are no rules for it, it means the world has just an element of random, incomprehensible randomness. And even randomness is a rule. Even randomness is a rule. 

اشتباه‌های زیاد آینشتین

متن پیش رو ترجمه‌ جستاری از کارلو روولی فیزیک‌دان ایتالیایی است. او عمدتا در زمینه گرانش کوانتومی کار می‌کند و بنیان‌گذار نظریه گرانش کوانتومی حلقه است. اصل این نوشته اخیرا در کتابی با عنوان There Are Places in the World Where Rules Are Less Important Than Kindness منتشر شده است. این جستار پیش از رصد امواج گرانشی نوشته شده است. رصد مستقیم امواج گرانشی در ۱۴ سپتامبر ۲۰۱۵ پنج ماه پس از انتشار این مقاله انجام شد. در سال ۲۰۱۷ این مشاهده منجر به دریافت جایزه نوبل در فیزیک شد.

شکی نیست که آلبرت آینشتین یکی از دانشمندان بزرگ قرن بیستم بود که عمیق‌تر از دیگران رازهای طبیعت را دید. آیا این به معنی این است که ما باید هر کاری را که او انجام داده‌است، درست بدانیم؟ او هرگز اشتباه نمی‌کرد؟ برعکس!
در واقع، تعداد کمی از دانشمندان به اندازه آینشتین اشتباه کرده‌اند و آن‌هایی که به اندازهٔ او نظر خود را تغییر داده‌اند انگشت‌شمارند. در مورد اشتباهات او در زندگی روزمره که موضوعی شخصی است و در نهایت به خودش مربوط است صحبت نمی‌کنم. بلکه در مورد اشتباه‌های کاملا علمی او سخن می‌گویم؛ ایده‌های اشتباه، پیش‌بینی‌های نادرست، معادلات پر از خطا و ادعاهای علمی‌ای که خود او پسشان گرفت و آن‌هایی که نادرست بودنشان ثابت شد.


اجازه دهید برایتان چند نمونه بیاورم. امروزه می‌دانیم که جهان در حال انبساط است. ژرژ لومتر، فیزیک‌دان بلژیکی، با استفاده از نظریه‌های خودِ آینشتین، موفق به درک این موضوع شد و او را از یافته‌های خود آگاه کرد. آینشتین اما آن ایده‌ها را رد کرد و در پاسخ گفت که آن‌ها بی‌معنی‌اند و تنها در دههٔ سی میلادی که انبساط واقعاً مشاهده شد حرف خود را پس گرفت. یکی دیگر از پیامدهای نظریه او وجود سیاه‌چاله‌ها است؛ او چندین متن پراشتباه در این زمینه نوشت و ادعا کرد که جهان در لبه سیاه‌چاله پایان می‌یابد. وجود امواج گرانشی که اکنون برای آن شواهد غیرمستقیم داریم نیز در نتیجهٔ نظریه‌های آینشتین است. آینشتین ابتدا نوشت که این امواج وجود دارند، اما درست پیش از آن‌که به دنبال تفسیر اشتباه نظریه خودش ادعا کند که آن‌ها وجود ندارند. سپس دوباره نظر خود را تغییر داد تا نتیجه مخالف و درست را بپذیرد.


وقتی آینشتین نظریه نسبیت خاص‌اش را نوشت، از ایده فضازمان استفاده نکرد. این ایده که گویی به مفهوم یک پیوستار (فضای پیوسته) چهاربعدی شامل فضا و زمان اشاره می‌کند، در واقع کار هرمان مینکوفسکی بود که از آن برای بازنویسی نظریهٔ آینشتین استفاده کرد. هنگامی که آینشتین از آنچه مینکوفسکی انجام داده بود آگاه شد، ادعا کرد که این کار فقط از نظر ریاضیاتی بغرنج‌کردن بیهودهٔ نظریه‌اش است، البته پس از مدت کوتاهی کاملاً نظر خود را تغییر داد و دقیقاً از مفهوم فضازمان برای نوشتن نظریهٔ نسبیت عام استفاده کرد. در موضوع نقش ریاضی در فیزیک، آینشتین بارها دیدگاهش را تغییر داد و در طول زندگی‌اش طرفدار ایده‌های گوناگونی بود که با هم صریحا در تناقض بودند.
آینشتین پیش از نوشتن معادلاتِ درست کار اصلی‌اش، یعنی نظریهٔ نسبیت عام، مجموعه مقاله‌هایی منتشر کرد که همه غلط بودند و هرکدام معادلهٔ نادرستِ متفاوتی را پیشنهاد می‌دادند. او حتی تا جایی پیش رفت که یک اثر پیچیده و مفصل منتشر کرد تا استدلال کند که این نظریه نمی‌تواند تقارن خاصی داشته باشد، تقارنی که او بعداً به عنوان اساس نظریه‌اش برگزید!


آینشتین در سال‌های پایانی زندگی‌اش، سرسختانه پافشاری می‌کرد که می‌خواهد یک نظریهٔ وحدت‌بخش برای گرانش و الکترومغناطیس بنویسد، بدون توجه به این که الکترومغناطیس جزئی از یک نظریه بزرگ‌تر (نظریهٔ الکتروضعیف) است، کما این‌که پس از مدت کوتاهی نشان داده شد. بنابراین، پروژه او در متحد کردن آن با گرانش بی‌فایده بود.
آینشتین همچنین بارها موضع خود را در مناظره‌های مربوط به مکانیک کوانتومی تغییر داد. او در ابتدا می‌گفت که این نظریه در تضاد با بقیه چیزها است. سپس پذیرفت که این‌طور نیست و خودش را محدود به پافشاری بر این ایده کرد که این نظریه ناکامل است و نمی‌تواند تمام طبیعت را توصیف کند.
در مورد نسبیت عام، اینشتین برای مدت طولانی متقاعد شده بود که معادلات در نبودِ ماده نمی‌توانند جواب داشته باشند و بنابراین، میدان گرانشی به ماده وابسته است. او دست از این باور برنداشت تا زمانی که ویلم دوسیته و دیگران نشان دادند که او اشتباه می‌کند. سرانجام نظریه را این گونه تفسیر کرد که میدان گرانشی یک موجود مجزای واقعی است که به خودی‌ خود وجود دارد.


در اثر خارق‌العادهٔ ۱۹۱۷ او کیهان‌شناسی نوین را بنیان گذاشت. آینشتین به این پی برد که جهان می‌تواند یک ۳-کره باشد. او ثابت کیهان‌شناسی را معرفی کرد که امروز مورد تایید است ولی با این کار همزمان یک خطای فاحش به فیزیک (عدم تغییر عالم در زمان) و یک خطای چشمگیر به ریاضی اضافه کرد؛ او متوجه نشد جوابی که ارائه کرده بود ناپایدار است و نمی‌تواند دنیای واقعی را توصیف کند. در نتیجه، آن مقاله‌ ترکیب عجیبی از ایده‌های بزرگِ جدید و انقلابی و انبوهی از خطاهای جدی است.


آیا این اشتباه‌ها و تغییر رویه‌ها چیزی از تحسین و ستایش ما نسبت به آلبرت آینشتین کم می‌کند؟ به‌ هیچ‌ وجه. اگر تغییری هم در ما باشد، برعکس است. به نظر من در عوض، این چیزها نکته‌ای راجع به ذات هوش به ما می‌آموزند. هوش، طرفداری سرسختانه از نظرات خود نیست بلکه آمادگی لازم برای تغییر و حتی کنار گذاشتن آن نظرات است. برای درک جهان، باید شهامت آن را داشته باشید که ایده‌ها را بدون ترس از شکست آزمایش کنید، پیوسته نظرات خود را بازبینی کنید و آن‌ها را بهبوبد ببخشید.


آینشتینی که بیش از هر کس دیگری مرتکب خطا می‌شود دقیقاً همان آینشتینی است که بیش‌تر از دیگران در فهم طبیعت موفق است و این‌ها مکمل هم و از جنبه‌های ضروری همان هوش عمیق هستند: بی‌پروایی در تفکر، شهامت خطر کردن، ایمان نداشتن به ایده‌های دریافت‌شده، از همه مهم‌تر ایده‌های خود شخص. اینکه شهامت اشتباه کردن داشته باشی، ایده‌های خود را تغییر دهی، و نه یک بار بلکه بارها، تا به مرحله کشف برسی.
آنچه مهم است درست بودن نیست، تلاش برای فهمیدن است.

جایگاه علم داده در نجوم امروزی

بخش ششم از سری گفت‌وگوهای «پشت‌پرده نجوم»

«پشت‌پرده نجوم» عنوان یک سری از لایوهای اینستاگرامی هست که در آن با چند نفر از دانشجویان و اساتید دانشگاهی، درمورد تصویر درست علم نجوم و فرآیندها و اتفاقاتی که در عمل، در جامعه علمی در جریان است، گفت‌و‌گو شده و هم‌چنین کندوکاوی درمورد مسائل مهمی از قبیل روایتگری در علم و شبه‌علم داشته است.

امروزه با پیشرفت تکنولوژی، نقش داده‌ها در حوزه‌های مختلف علم، از‌جمله علم نجوم، بیش‌از‌پیش نمایان شده است. به‌نظر می‌رسد ابزار برنامه‌نویسی و شبیه‌سازی در آینده‌ای نزدیک، به یکی از مهارت‌های مهم و ضروری برای پژوهش در علم (نجوم) تبدیل شود؛ کما اینکه هم‌اکنون نیز تا حدی همین‌گونه است. در ششمین بخش از «پشت پرده علم» با علیرضا وفایی صدر، پژوهشگر فیزیک در مقطع پسا‌دکتری در IPM، در‌مورد جایگاه علم داده در نجوم امروزی گفت‌و‌گو کرده‌ایم. ویدیو و صوت این گفت‌وگو ضبط شده و در ادامه این متن می‌توانید آن را ببینید و بشنوید.

در علم نجوم امروزی، به‌دلیل ساخت تلسکوپ‌ها و آشکارساز‌های بزرگ متعدد ـ و ترکیب تلسکوپ‌های بزرگ با یکدیگر با استفاده از روش تداخل‌سنجی، برای ساخت تلسکوپ‌های مجازیِ حتی بزرگ‌تر ـ و هم‌چنین افزایش کیفیت و رزولوشن تصاویر دریافتی از آسمان، حجم داده‌ها بسیار افزایش پیدا کرده و کار با داده‌های کلان، به مسئله‌ای مهم تبدیل شده است. به‌عنوان مثال، برای ثبت اولین تصویر از یک سیاه‌چاله که سال پیش توسط تیم تلسکوپ افق رویداد منتشر شد، هشت آرایه‌ از تلسکوپ‌های رادیویی، حدود یک هفته رصد انجام دادند که منجر به دریافت داده‌ای با حجم حدود ۲۷ پتا‌بایت شد و کار انتقال، پاکسازی و تحلیل آن حدود ۲ سال طول کشید (برای اطلاعات بیشتر درمورد جزئیات ثبت این تصویر، این نوشته را بخوانید)! 

در گفت‌وگویمان با علیرضا وفایی‌صدر، به مسائل مختلفی در ‌زمینه نقش داده در نجوم پرداخته‌ایم؛ از جمله اینکه: چطور می‌توان داده‌های کلان را سرو‌سامان داد؟ ماشین‌‌ها (کامپیوترها) چه جنس کارهایی را در زمینه نجوم می‌توانند برای ما انجام دهند؟ همکاری‌های بین‌المللی چه نقشی در این زمینه دارند؟

بخش ششم «پشت‌ پرده نجوم»
ویدیوی گفت‌و‌گوی محمد‌مهدی موسوی (فیزیک‌پیشه) و علیرضا وفایی‌صدر (پژوهشگر فیزیک در مقطع پسادکتری در IPM) درمورد جایگاه علم داده در نجوم امروزی

به این گفت‌وگو گوش دهید:

فراز‌ و‌ فرودهای تاریخی علم نجوم

بخش اول از سری‌ گفت‌وگوهای «پشت‌پرده نجوم»

«پشت‌پرده نجوم» عنوان یک سری از لایوهای اینستاگرامی هست که در آن با چند نفر از دانشجویان و اساتید دانشگاهی، درمورد تصویر درست علم نجوم و فرآیندها و اتفاقاتی که در عمل، در جامعه علمی در جریان است، گفت‌و‌گو شده و هم‌چنین کندوکاوی درمورد مسائل مهمی از قبیل روایتگری در علم و شبه‌علم داشته است.

تاریخ همیشه عبرت‌آموز است! به‌ همین‌ خاطر، در اولین قسمت از برنامه‌ی «پشت‌پرده نجوم» با دکتر امیر‌محمد گمینی، عضو هیئت علمی پژوهشکده تاریخ علم دانشگاه تهران، در‌مورد علم نجوم در بستر تاریخ گفت‌وگو کردیم. ویدیوی این گفت‌و‌گو ضبط شده و در ادامه‌ این مطلب آمده است.

علم در طول تاریخ، فراز‌ و‌ فرود‌های زیادی داشته است. این تصور که بخواهیم تاریخ علم نجوم را تنها به نظرات انقلابی از قبیل: مدل زمین‌مرکزی بطلمیوسی و مدل خورشید‌مرکزی کپرنیکی، یا چند چهرهٔ سرشناس مانند گالیله و نیوتن تقلیل بدهیم، برداشت درستی نیست. 

در این گفت‌و‌گو به سؤالات زیادی در‌ رابطه با تصورات رایج در‌مورد تاریخ علم (به‌ویژه علم نجوم) پاسخ داده شده است؛ از جمله آن‌که: آیا در تمدن اسلامی، انقلاب علمی اتفاق افتاد؟ دانشمندان مسلمان چه نگاهی به مسئله علم و دین داشته‌اند؟ عوامل مؤثر در روابط انسانی و اجتماعی تا چه حد می‌توانند روی پیشرفت علم تأثیرگذار باشند؟

بخش اول «پشت‌ پرده نجوم»
ویدیوی گفت‌و‌گوی محمد‌مهدی موسوی (فیزیک‌پیشه) و دکتر گمینی (عضو هیات‌علمی پژوهشکده تاریخ علم دانشگاه تهران) درمورد فراز و فرودهای تاریخی علم نجوم

معرفی کتاب

در این گفت‌و‌گو دو کتاب معرفی شدند:

  • «دایره‌های مینایی»، نوشته دکتر امیر‌محمد گمینی، که می‌توانید آن را از اینجا تهیه کنید. معرفی اجمالی کتاب:
کتاب «دایره‌های مینایی، نوشته امیرمحمد گمینی

کیهان‌شناسیِ علمی از چه زمانی پا‌ گرفت و در یونان و تمدن اسلامی تا چه حد از روش تجربی و ریاضی استفاده می‌کرد و چقدر تحت تأثیر فلسفه طبیعی بود؟ منجمان تمدن اسلامی چه راهکارهایی را برای حل مشکلات علمی زمان خود پی گرفتند؟ برای پاسخ به سوالات و پرسش‌هایی دیگر درباره تحولات علمی و تبادل نظرهای رایج در نجوم تمدن اسلامی نیاز به پژوهش‌هایی مبتنی بر نسخ خطی به جا‌مانده و آخرین دستاوردهای مورّخان دانشگاهی علم قدیم است. این کتاب نتایج این پژوهش‌ها را در کنار پژوهش‌هایی جدیدتر برای متخصّصان و غیرمتخصّصان علاقه‌مند به رشته تاریخ علم معرفی می‌کند. مخاطب این کتاب افرادی هستند که به تاریخ تحولات علوم در گذشته‌های دور و نزدیک دلبسته‌اند یا می‌خواهند با دستاوردهای فکری و فرهنگی تمدن اسلامی در حوزه علم هیئت آشنا شوند.

  • «زندگینامه علمی دانشمندان اسلامی» که توسط جمعی از پژوهشگران نوشته شده و می‌توانید از اینجا آن را تهیه کنید. معرفی اجمالی این اثر دو‌جلدی:

«زندگینامه علمی دانشمندان اسلامی» بیان شرح احوال، آثار و آرای علمی ۱۲۶ نفر از دانشمندان اسلامی است که در ریاضیات و علوم وابسته به آن مانند نجوم، نورشناسی، موسیقی و علم‌الحیل و علوم‌طبیعی مانند فیزیک، شیمی، کیمیا، طب و زیست‌شناسی کار کرده‌اند.

کتاب «زندگینامه علمی دانشمندان اسلامی»،

همچنین احوال برخی از جغرافی‌دانان، تاریخ‌نویسان و بعضی از فلاسفه نیز بیشتر از باب حکمت ایشان، در این مجموعه آمده است. می توان گفت که زندگی و کار مهم‌ترین دانشمندان اسلامی در این مجموعه بررسی شده و برخی مقالات آن از لحاظ تفصیل و عمق و وسعت دامنة تحقیق، بی‌نظیر یا کم‌نظیرند.

دانشمندان اسلامی که احوالشان در این مجموعه آمده همه اسلامی‌اند. بی‌آنکه همه مسلمان باشند و همه ـ از ایرانی و عرب و مغربی و مسلمان و یهودی و مسیحی ـ در سایه درخت پربار تمدن اسلامی زیسته و کار کرده‌اند.

جلد اول این مجموعه، شامل مقالات حروف «الف» تا «ح» است. جلد دوم، علاوه بر بقیه مقالات، دارای یک فهرست راهنمای تفصیلی و واژه‌نامه‌ای مشتمل بر معادل‌های برخی واژه‌ها و توضیح برخی از اصطلاحات علمی خواهد بود، تا خوانندگانی که از این کتاب برای تحقیق در تاریخ علوم در اسلام یا در دروس مربوط به این موضوع استفاده می‌کنند، از آن بهتر بهره ببرند.

کلام پایانی

در پایان، شاید اشاره به این چند جمله از کارل سِیگِن در کتاب «جهان دیو‌زده» خالی از لطف نباشد:

«چالش بزرگ برای مروجان علم آن است که تاریخ واقعیِ پر‌ پیچ‌و‌خم اکتشافات بزرگش و سوءتفاهم‌ها و امتناع لجوجانه‌ی گاه‌و‌بیگاهِ دانشمندان از تغییر مسیر را شفاف کنند. بسیاری از ـ شاید اغلب ـ درسنامه‌های علمی که برای دانشجویان نوشته شده‌، نسبت به این مسئله با‌ بی‌توجهی عمل کرده‌اند. ارائه‌ی جذابِ معرفتی که عصاره‌ی قرن‌ها پرسش‌گریِ جمعیِ صبورانه درباره طبیعت بوده، بسیار راحت‌تر از بیان جزئیاتِ دستگاهِ درهم‌وبرهمِ عصاره‌گیری است. روش علم، با همان ظاهر ملال‌آور و گرفته‌اش، بسیار مهم‌تر از یافته‌های علم است.»

مسیر چهارصد‌ساله تلسکوپ‌ها

از هزاران سال پیش، بشر با مشاهده آسمان بالای سر، سعی کرد با رصدهای مداوم، الگوهای نهفته در آن را پیدا کرده تا بتواند پدیده‌های آسمانی را پیش‌بینی کند و مدلی برای کیهان ارايه دهد. در طول تمام این اعصار، تنها ابزار برای دریافت اطلاعات از آسمان یا همان نورِ‌ اجرام آسمانی، چشم انسان بود. حتی بیش از صد ابزار نجومی هم که در سده‌های میانه توسط دانشمندان اسلامی ساخته شد، تنها دقت اندازه‌گیری موقعیت اجرام و محاسبات را افزایش می‌داد (برای آشنایی با تاریخ نجوم پیش از دوره نوزایی به اینجا مراجعه کنید). اما با اختراع تلسکوپ در قرن هفدهم میلادی، نقطه عطفی در تاریخ علم اخترشناسی رقم خورد؛ چرا که افق تاز‌ه‌ای را  در مقابل بشر، برای دستیابی به داده‌های بیشتر و آزمودن مدل‌های اخترشناسی گشود. 

آن‌طور که در تاریخ مشهور است، اختراع تلسکوپ، اولین بار در ۱۶۰۸ میلادی توسط یک عینک‌ساز هلندی به نام هانس لیپرشی ثبت شده است. در همان سال خبر این اختراع به گالیلئو گالیله رسید و وی توانست با بهبود دادن طراحی آن، از تلسکوپی که ساخته بود، نخستین بار برای دیدن آسمان استفاده کند. وی نتیجه اکتشافات خود، از رصدها‌یی که با تلسکوپ انجام داده بود را در ۱۶۱۰ میلادی در کتابی با عنوان «فرستاده ستاره‌ای» (Starry Messenger) منتشر کرد. این اکتشافات می‌توانستند شواهدی باشند بر درستی مدل خورشید-محوری و رد فلسفه ارسطویی: گالیله برای نخستین بار توانست لکه‌های خورشیدی و هم‌چنین کوه‌ها و دره‌های سطح ماه را مشاهده کند. این به معنی این بود که اجرام سماوی برخلاف نظر رایج، اجرامی ایده‌آل و بی‌هیچ عیب و نقص نیستند. هم‌چنین گالیله چهار قمر مشتری را که امروزه به «قمرهای گالیله‌ای» معروفند، رصد کرد که در واقع نشان می‌داد، مرکزهای حرکت دیگری نیز وجود دارند. بنابراین ماه می‌تواند در عین حال که به دور زمین می‌چرخد، به دور خورشید نیز حرکت کند. پدیده دیگری که اولین‌بار با استفاده از تلسکوپ دیده شد، رویت همه فازهای هلال سیاره زهره بود. این مشاهده به‌خوبی با مدل خورشید-مرکزی سازگاری داشت؛ در سال‌های بعدی، کارهای نظری نیوتن در رابطه با مفهوم اینرسی و قانون جهانی جاذبه موجب ابطال مدل زمین-مرکزی و مقبولیت مدل کپرنیکی شد. بنابراین، اختراع تلسکوپ در همان سال‌های ابتدایی، نقشی مهم در درک بهتر بشر از جهان ایفا کرد. 

از چهارصد سال پیش تاکنون، طراحی‌های مختلفی برای تلسکوپ‌ها پیشنهاد شده است. پیشرفت‌های صورت گرفته در زمینه طراحی و ساخت تلسکوپ‌ها، موجب شده‌اند تا بسیاری از ابیراهی‌های اپتیکی مربوطه، اصلاح شوند. در ادامه، سعی می‌کنیم با رویکردی تاریخی، این مسیر را نشان دهیم و در این بستر، با طراحی‌های مختلف تلسکوپ‌ها تا حدودی آشنا شویم.

 عدسی‌هایی که رو به آسمان نشانه رفتند!

تلسکوپ‌هایی که در ساختار اصلی‌شان از عدسی‌ها استفاده می‌شود، به «تلسکوپ‌های شکستی» موسومند. تلسکوپ‌های شکستی، از یک عدسی شیئی و یک عدسی چشمی تشکیل شده‌اند که کمک می‌کنند نور بیشتری در چشم انسان کانونی شود، تا تصویر روشن‌تر و شفاف‌تری از جرم آسمانی به‌دست آید. تلسکوپی که لیپرشی و گالیله ساختند، از یک عدسی محدب به عنوان شیئی و یک عدسی مقعر به عنوان چشمی تشکیل شده بود. در این نوع تلسکوپ که امروزه با عنوان «تلسکوپ گالیله‌ای» شناخته می‌شود،‌ عدسی محدب، پرتوها را کانونی می‌کند؛ اما عدسی مقعر، پیش از نقطه کانونی عدسی شیئی، مسیر پرتو‌ها را تغییر می‌دهد و آن‌ها را به‌صورت موازی درمی‌آورد تا وارد چشم شوند. تصویر به‌دست آمده، بزرگ‌نمایی‌شده و به‌صورت مستقیم است. گالیله توانست در نهایت، تلسکوپی با قطر عدسی شیئی ۳۷ سانتی‌متر و طول حدود ۱ متر بسازد. این تلسکوپ قابلیت بزرگ‌نمایی ۲۳ برابر را داشت.

طرحی شماتیک از یک تلسکوپ گالیله‌ای

در ۱۶۱۱ میلادی، یوهانس کپلر، طراحی جدیدی برای ساخت تلسکوپ ارائه داد که در آن، از دو عدسی محدب استفاده می‌شد. عدسی محدب چشمی، به اندازه فاصله کانونی‌اش، بعد از نقطه کانونی عدسی اولیه قرار می‌گیرد و نور را موازی می‌کند. مزیت این نوع طراحی نسبت به تلسکوپ گالیله‌ای،‌ میدان دید بسیار بزرگتر آن است. هرچند، تصویری که بدست می‌آيد، به‌صورت وارون می‌باشد. در سال‌های بعد، تلسکوپ‌هایی با این طراحی که به «تلسکوپ‌های کپلری» معروف‌اند، توسط افرادی مانند کریستف شاینر و ویلیام گَسکویگن ساخته شدند. اما نخستین تلسکوپ کپلری قدرتمند را کریستین هویگنس، در ۱۶۵۵ میلادی ساخت. این تلسکوپ، دارای عدسی شیئی‌ به قطر ۵۷ میلی‌متر و فاصله کانونی ۳.۷ متر بود. هویگنس، با استفاده از این تلسکوپ، توانست درخشان‌ترین قمر زحل، یعنی تیتان را کشف کند و برای نخستین‌بار، در ۱۶۵۹ میلادی، توصیف درستی از حلقه‌های زحل ارائه دهد.

طرحی شماتیک از یک تلسکوپ کپلری

اجسام از آنچه در آینه می‌بینید، از شما دورتر هستند!

 نوع دیگری از تلسکوپ‌ها، «تلسکوپ‌های بازتابی‌» هستند که در آن به‌ جای عدسی، از آینه‌ها استفاده ‌می‌شود. اگرچه خودِِ گالیله نیز از این موضوع آگاه بود که می‌توان به جای عدسی از آینه‌های انحنادار نیز استفاده کرد، اما شاید بتوان جِیمز گریگوری را نخستین کسی دانست که به طور مفصل به این موضوع پرداخت و تلسکوپی متشکل از دو آینه طراحی کرد؛ هرچند هیچ‌گاه نتوانست ایده خود را عملی کند و کسی را متقاعد سازد تا تلسکوپی با این طراحی بسازد. امروزه این نوع تلسکوپ، با عنوان «تلسکوپ‌های گریگوری» شناخته می‌شوند؛ گریگوری مدعی شد که این نوع طراحی می‌تواند مشکل ابیراهی رنگی و کروی تلسکوپ‌ها را رفع کند.

تلسکوپ‌های گریگوری، از دو آینه مقعر تشکیل شده‌اند. آینه اولیه، از نوع سهمی‌‌گون و آینه ثانویه، از نوع بیضی‌‌گون هستند؛ به‌طوری که پرتوها از آینه اولیه بازتاب داده شده و همگرا می‌شوند؛ و آینه ثانویه که کمی بعد از نقطه کانونی واقع شده است، پرتوها را از میان حفره‌ای که در وسط آینه اولیه قرار دارد، در بیرون از تلسکوپ، کانونی می‌کند. 

طرحی شماتیک از یک تلسکوپ گریگوری

  در ۱۶۶۶ میلادی، آيزاک نیوتن بر پایه نظریه خود در مورد شکست نور و رنگ‌ها، به این نتیجه رسید که مشکل ابیراهی رنگی تلسکوپ‌های شکستی، به‌دلیل کاستی‌ها در ساخت عدسی نیست. بلکه همه مواد شکستی، باعث شکست نور می‌شوند و دارای این ابیراهی هستند. بنابراین پرداختن به ساخت تلسکوپ‌های شکستی، بی‌فایده هست. البته بعدها، با الگوگیری از ساختمان چشم انسان، افرادی مانند چِستر مور هال و جان دولاند، توانستند با استفاده از ترکیب لنزهایی متشکل از مواد شکستی مختلف، لنزهایی بدون ابیراهی رنگی، موسوم به لنزهای بی‌رنگ بسازند.

نیوتن در ۱۶۶۸ میلادی، نخستین تلسکوپ خود را ساخت. تلسکوپ او شبیه به تلسکوپ گریگوری بود، با این تفاوت که بجای آینه ثانویه مقعر، از یک آینه تخت استفاده کرد. نیوتن برای سادگی، از یک آینه کروی برای آینه شیئی استفاده کرد. این آینه از جنس فلز اسپکیولوم (آلیاژی از قلع و مس) ساخته شده، قطر آن حدود ۳.۳ سانتی‌متر و فاصله کانونی آن ۱۶.۵ سانتی‌متر بود. او توانست با این تلسکوپ، قمرهای گالیله‌ای مشتری و فازهای هلال ماه را مشاهده کند. تلسکوپ نیوتنی، نسبت به تلسکوپ‌های شکستی، دارای مزیت‌های زیر بود:

۱) ابیراهی رنگی نداشت.

۲) ساخت آن بسیار آسان‌تر بود.

۳) فاصله کانونی کوتاه‌تری نسبت به مشابه نمونه شکستی خود داشت که باعث می‌شد، جمع و جور‌تر و قابلیت حمل راحت‌تری داشته باشد.

۴) ساخت آن ارزان‌تر بود.

۵) میدان دید بزرگ‌تری داشت. 

نوع دیگری از تلسکوپ‌های بازتابی، «تلسکوپ‌های کاسگرینی» هستند که توسط لاورنت کاسگرین در ۱۶۷۲ میلادی پیشنهاد داده شدند. این تلسکوپ، از یک آینه اولیه بیضی‌گون مقعر و یک آینه ثانویه هذلولی‌گون محدب، تشکیل شده است. آینه ثانویه، در جایی قبل از فاصله کانونی آینه اولیه قرار گرفته و پرتوهای نور را از حفره‌ای که در وسط آن قرار دارد، به بیرون هدایت و کانونی می‌کند. این امر، موجب آن می‌شود تا بتوان تلسکوپ‌هایی ساخت که با طول کوتاه‌تر، فاصله‌‌های کانونی موثرِ بلندتری برای آینه اولیه داشته باشند. هم‌چنین، میدان دید نیز افزایش می‌‌یابد.

طرحی شماتیک از یک تلسکوپ کاسگرینی

در سال‌های بعد، پیشرفت‌هایی در زمینه طراحی و ساخت آینه‌های بیضی‌گون و هذلولی‌گون، از جنس فلز اسپکیولوم صورت گرفت. هم‌چنین در بین سال‌های ۱۷۷۸ تا ۱۷۸۹ میلادی، ویلیام هرشل تلسکوپ‌های بازتابی بزرگی ساخت که بزرگترین آن‌ها تلسکوپی بود که ۱۲۰ سانتی‌متر قطر و ۱۲ متر طول داشت. این تلسکوپ تا ۵۰ سال بعدی، بزرگترین تلسکوپ دنیا بود. او برای این‌که بازتاب ضعیفِ نور، توسط آینه‌های اسپکیولومی را بهبود بخشد، آینه ثانویه را حذف کرد و به‌جای آن سعی کرد با چرخاندن آینه اصلی، نور را در جایی کانونی کند که بتواند به‌طور مستقیم، تصویر را مشاهده کند. این نوع تلسکوپ، ‌بعدها به «تلسکوپ هرشلی» معروف شد.

هرشل توانست با تلسکوپ‌هایی که ساخته بود، برای نخستین‌ بار سیاره اورانوس و چند قمر، از جمله انسلادوس و میماس از اقمار زحل را کشف کند. هم‌چنین وی توانست چند کاتالوگ‌ از چند هزار جرم عمق آسمان تهیه کند که شامل خوشه‌های ستاره‌ای و سحابی‌ها بودند؛ بسیاری از اجرامی که هرشل آن‌ها را سحابی نامیده بود، بعد‌ها در قرن بیستم، با محاسبه فاصله‌شان توسط جان اسلیفر و ادوین هابل، نشان داده شد، در واقع خود، کهکشان‌هایی هستند که در خارج از راه شیری قرار دارند.

نقاشی از تلسکوپ ۱۲ متری ویلیام هرشل، با قطر عدسی شیئی ۱۲۰ سانتی‌متر

همان طور که اشاره شد، میزان بازتاب نور از آینه‌هایی که از جنس فلز آلیاژی اسپکیولوم بودند، مطلوب نبود. به‌علاوه، این نوع آینه‌ها پس از مدتی تیره می‌شدند و کیفیت خود را از دست می‌دادند؛ بنابراین نیاز بود تا با آینه‌ای جدید تعویض شوند. در پی حل این مشکل،‌ در ۱۸۵۷ میلادی، کارل آگوست فون استینهیل و لئون فوکو، توانستند با ابداع روشی، این مشکل را تا حدی حل کنند؛ آن‌ها طی فرآیندی، یک لایه از نقره را بر روی یک آینه شیشه‌ای لایه‌نشانی کردند. این کار نه تنها میزان بازتاب و ماندگاری را افزایش می‌داد، بلکه هم‌چنین این مزیت را داشت که در صورت نیاز، این لایه برداشته شده و دوباره لایه‌نشانی شود؛ بدون این‌که لازم باشد شکل آینه شیشه‌ای زیرین، تغییر یابد. در سال‌های بعد، تلسکوپ‌های بسیار بزرگی با استفاده از این نوع آینه‌ها ساخته شدند. پیشرفت دیگر در زمینه آینه‌های تلسکوپ، در ۱۹۳۲ میلادی حاصل شد؛ جان دوناوان استرانگ، با استفاده از تکنیک تبخیر خلا گرمایی، توانست آلومینیوم را روی آینه لایه‌نشانی کند. مزیت لایه آلومینیومی این است که ماندگاری بیشتری نسبت به نقره دارد.

از جمله مهم‌ترین طراحی‌های دیگری که در طول این سالیان، برای تلسکوپ‌های بازتابی پیشنهاد شدند، «تلسکوپ‌های ریچی-کرتین» هستند. این نوع تلسکوپ، در دهه اول قرن بیستم میلادی، توسط جورج ویلیام ریچی و هِنری کرتین معرفی شد. ساختار کلی تلسکوپ ریچی-کرتین، مانند تلسکوپ‌های کاسگرینی است، با این تفاوت که در این مدل، هر دو آینه از نوع هذلولی‌گون هستند. این امر موجب می‌شود، علاوه بر ابیراهی کروی، ابیراهی کما یا اشک نیز تصحیح شود. بسیاری از تلسکوپ‌های بزرگ امروزی، مانند تلسکوپ فضایی هابل، تلسکوپ‌های کِک و تلسکوپ وی‌ال‌تی، از نوع تلسکوپ‌های ریچی-کرتین هستند.

همیشه راه سومی نیز وجود دارد!

علاوه بر تلسکوپ‌های شکستی و بازتابی، نوع دیگری از تلسکوپ‌ها نیز وجود دارند که در طراحی‌شان، ترکیبی از عدسی‌ها و آينه‌ها به‌کار رفته‌ است. این نوع تلسکوپ‌ها را کاتادیوپتریک یا «تلسکوپ‌های لنز-آیینه‌ای» می‌نامند. از جمله معروف‌ترین آن‌ها می‌توان به تلسکوپ‌های «اشمیت-کاسگرین» و «ماکستوف-کاسگرین» اشاره کرد.

تلسکوپ‌های اشمیت-کاسگرین، از دو آینه کروی مقعر و محدب تشکیل شده‌اند، که در موقعیت آینه‌های یک تلسکوپ کاسگرین قرار دارند. به‌علاوه، یک «صفحه اصلاح‌گرِ اشمیت»، در مسیر پرتوهای ورودی و در محل آينه ثانویه قرار می‌گیرد. این صفحه، در واقع یک نوع عدسی نا‌کروی است که دارای ابیراهی کرویِ برابر، اما مخالفِ ابیراهی کروی آینه اولیه می‌باشد؛ بنابراین، از این طریق ابیراهی کروی اصلاح می‌شود. به علت راحتی ساخت آینه‌های کروی، این تلسکوپ بیشتر در بین منجمان آماتور طرفدار دارد.

طرحی شماتیک از یک تلسکوپ اشمیت-کاسگرین

   تلسکوپ‌های ماکستوف، نخستین بار توسط دیمیتری دیمیتریویچ ماکستوف، در ۱۹۴۱ اختراع شد. او با الگوگیری از تلسکوپ اشمیت، از یک عدسی هلالی کاو برای اصلاح آینه کروی استفاده کرد. این صفحه اصلاح‌گر یا «پوسته اصلاح‌گر هلالی»، معمولا به‌طور کامل در گشودگی ورودی تلسکوپ قرار می‌گیرد. مزیت این طراحی این است که در آن، همه سطوح تقریبا «متقارنِ کروی» هستند. این طراحی، ابیراهی‌های نا‌هم‌محور، هم‌چون ابیراهی اشک را اصلاح می‌کند. ضمن آنکه ابیراهی رنگی نیز از بین می‌رود. تلسکوپ‌های ماکستوف را معمولا با چیدمان کاسگرینی طراحی می‌کنند. با این تفاوت که مشابه تلسکوپ‌های اشمیت-کاسگرینی، از دو آینه کروی استفاده می‌شود.

طرحی شماتیک از یک تلسکوپ ماکستوف-کاسگرین

تلسکوپ‌های امروزی

امروزه تقریبا همه تلسکوپ‌های پیشرفته از نوع بازتابی هستند؛ چرا که ساخت آینه‌های بزرگ، آسان‌تر و ارزان‌تر از عدسی‌های بزرگ می‌باشند. ضمن آن‌که تلسکوپ‌های شکستی را نمی‌توان در عمل، از یک حدی بزرگ‌تر ساخت؛ بزرگترین تلسکوپ شکستی جهان، در رصد‌خانه یِرکیز قرار دارد. قطر دهانه این تلسکوپ، ۱۰۰ سانتی‌متر می‌باشد. هر تلسکوپ شکستی بزرگ‌تر از این اندازه، ناپایدار است و تحت وزن خود، فرو‌می‌ریزد. 

تصویری از بزگترین تلسکوپ شکستی ساخت بشر در رصدخانه یِرکیز

بزرگ‌ترین تلسکوپ فعال در حال حاضر، تلسکوپ بزرگ جزایر قناری است که دارای آینه‌ای به قطر ۱۰ متر و ۴۰ سانتی‌متر می‌باشد. آینه اصلی این تلسکوپ، مانند بسیاری از تلسکوپ‌های بزرگ دیگر، شبیه به طرح لانه زنبور، از کنار هم قرار گرفتنِ آینه‌های شش ضلعی کوچک‌تر تشکیل شده است. این تکنیک باعث می‌شود تا بتوان آینه‌های بزرگتری برای تلسکوپ‌ها ساخته شوند. از دیگر تلسکوپ‌های بزرگی که در آینده نزدیک ساخته خواهند شد، می‌توان به «تلسکوپ بزرگ ماژلان» ۲۴.۵ متری، «تلسکوپ سی متری»، و «تلسکوپ بسیار بزرگ اروپایی» که آینه‌ای با قطر ۳۹.۳ متر خواهد داشت، اشاره کرد. هم‌چنین در قرن بیستم، تلسکوپ‌هایی نیز ساخته شدند که در مدارهایی به دور زمین قرار داده شوند. به این نوع تلسکوپ‌ها، «تلسکوپ‌های فضایی» گفته می‌شود که شاید معروف‌‌ترین آن‌ها، «تلسکوپ فضایی هابل» است.

مقایسه اندازه قطر دهانه تلسکوپ‌های مختلف در طول زمان

از جمله فناوری‌های مهمی که باعث شدند تا بتوان تلسکوپ‌های بزرگ‌تر و با کیفیت تصویربرداری بهترِ امروزی را ساخت، سیستم‌های «اپتیک فعال» و «اپتیک تطبیقی» بودند. یک‌ سری از عوامل هستند که باعث ایجاد خطا در داده‌های دریافتی از تلسکوپ می‌شوند؛ از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: خطاهای ناشی از ساخت و غیر‌هم‌خط بودن المان‌های اپتیکی در تلسکوپ؛ تغییر شکل آینه، در اثر وزن خودِش؛ تغییرات دمایی و وزش باد در محیط گنبد رصدخانه و اطراف آن؛ و توربولانس یا آشفتگی جو. این عوامل روی شکل جبهه‌موج نور فرودی تاثیر می‌گذارند و شکل آن را از حالت تختْ خارج می‌کنند. با استفاده از سیستم‌های اپتیک فعال و اپتیک تطبیقی می‌توان شکل تغییر‌یافته جبهه موج را مشخص کرد و تغییراتی در جهت عکس، در شکل آینه اصلی ـ با استفاده از آرایه‌ای از بازوهای مکانیکی در پشت آن ـ یا با جابه‌جایی آینه ثانویه، به‌وجود آورد. بنابراین، از این طریق شکل جبهه موج اصلاح می‌شود و تصویر نهایی، شفاف و با‌کیفیت خواهد بود.

تصویر گرفته شده توسط تلسکوپ VLT، قبل و بعد از به‌کارگیری سیستم اپتیک تطبیقی

تفاوت بین سیستم اپتیک فعال و اپتیک تطبیقی، در فرکانس یا نرخ اِعمال تصحیحات است؛ سیستم‌های اپتیک فعال، برای اِعمال تصحیحات با فرکانس‌های پایین، و سیستم‌های اپتیک تطبیقی، برای تصحیحات با فرکانس بالا کاربرد دارند. برای نمونه، از عواملی که در بالا به آن‌ها اشاره شد، اثرات آشفتگی جو بر روی جبهه‌موج فرودی را می‌توان به‌وسیله سیستم‌ اپتیک تطبیقی اصلاح کرد؛ چرا که تغییرات جوی بسیار سریع هستند و به همین دلیل باید تصحیحات مربوطه، با فرکانس‌های بالا ـ بیشتر از ۲۰ بار در ثانیه ـ صورت گیرند. اثرات بقیه عواملی را که به آن‌ها اشاره شد، عمدتا می‌توان با استفاده از سیستم‌ اپتیک فعال اصلاح کرد.

یکی دیگر از روش‌هایی که در ساخت بعضی از تلسکوپ‌های پیشرفته به‌کار گرفته شده، روش تداخل‌سنجی است؛ برای مثال، رصد‌خانه کک، از دو تلسکوپ بازتابی که هر کدام آینه‌ای به قطر ۱۰ متر دارند، تشکیل شده است. این دو تلسکوپ می‌توانند با روش تداخل‌سنجی با یک‌دیگر ترکیب شده و در واقع یک تلسکوپ با قطر دهانه مؤثر ۸۵ متر را تشکیل دهند. این امر باعث می‌شود قدرت تفکیک، بسیار افزایش یابد و بتوان جزئیات بیشتری از آسمان را مشاهده کرد. 

دیدن نادیدنی‌ها

تلسکوپ‌هایی که تا این‌جا در موردشان صحبت شد، تلسکوپ‌هایی هستند که در محدوده نور مر‌ئی کار می‌کنند. اما همان‌طور که می‌دانیم، چشم ما تنها قادر به آشکارسازی و دیدنِ بخش بسیار کوچکی از طیف موج الکترومغناطیسی یا نوری است که از اجرام آسمانی به ما می‌رسند. اما برای مثال، همان‌گونه که به‌وسیله تصویربرداری فروسرخ، اجسام و موجودات را در تاریکی شب می‌توان مشاهده کرد، داده‌های بسیار زیادی در آسمان وجود دارند که چشم ما قادر به آشکارسازی آن‌ها نیست.

   در ۱۹۳۱ میلادی، کارل جانسکی کشف کرد که راه شیری در واقع یک منبع تولید امواج رادیویی است. بنابراین، زمینه تازه‌ای در زمینه مطالعات نجومی، به نام نجوم رادیویی به‌وجود آمد. بعد از جنگ جهانی دوم، زمینه برای ساخت تلسکوپ‌های رادیویی بزرگ فراهم شد. امروزه آرایه‌های بزرگی از تلسکوپ‌های رادیویی وجود دارند که با استفاده از روش تداخل‌سنجی، به‌مانند یک تلسکوپ رادیویی بزرگ عمل می‌کنند. اخیرا، اولین تصویر مستقیم از یک ابرسیاه‌چاله نیز توسط ترکیبی از هشت آرایه از تلسکوپ‌های رادیویی، ثبت شد (جزئیات مربوط به این مطلب را می‌توانید در اینجا بخوانید). 

   در قرن بیستم، تلسکوپ‌هایی در طول‌موج‌های دیگر نیز ساخته شدند. امروزه تلسکوپ‌هایی در محدوده طول‌موج‌های فروسرخ، فرابنفش، پرتو ایکس و گاما فعال هستند. به‌دلیل اینکه جو زمین مانع از رسیدن نور در این طول‌موج‌ها به سطح زمین می‌شود، در واقع همه آن‌ها تلسکوپ‌های فضایی هستند.

 وطنم! ای شکوه پابرجا!

 طرح رصدخانه ملی ایران، به‌عنوان اولین طرح کلان در زمینه علوم پایه در کشور، در سال ۱۳۷۹ آغاز شد و امروزه در مراحل پایانی ساخت قرار دارد. رصدخانه ملی می‌تواند نقش به‌سزایی در گسترش و پیشرفت علم نجوم در کشور داشته باشد. زمینه‌های پژوهشی این طرح می‌تواند شامل موارد زیر باشد: مطالعه چگونگی تشکیل ساختارها در کیهان، تحول کهکشان‌ها، مطالعه منشا ماده تاریک و انرژی تاریک، مطالعه فضای میان‌ستاره‌ای با استفاده از ابزار طیف‌سنجی، جستجوی سیارات فراخورشیدی و غیره.

موقعیت این رصدخانه در ارتفاعات کوه گرگش، با موقعیت بسیار مناسب برای رصد آسمان است. این رصدخانه، در حال حاضر، شامل یک ایستگاه مکان‌پایی و یک سامانه میدان دید باز INOLA (سرواژه Iranian National Observatory Lens Array) است که مشغول به فعالیت هستند. بخش اصلی رصدخانه، مربوط به یک تلسکوپ بازتابی بزرگ از نوع ریچی-کرتین، با عنوان INO340 خواهد بود. این تلسکوپ در محدوده طول موج ۳۲۵ تا ۲۷۰۰ نانومتر، کار می‌کند که البته تمرکز آن، روی محدوده مرئی خواهد بود. قطر آینه اصلی آن، ۳.۴ متر است. ضخامت این آینه، حدود ۱۸ سانتی‌متر بوده و با دقت ۱ نانومتر تراش خورده و جلا داده شده است و در ساختمانی که در محل رصدخانه ساخته می‌شود، با آلومینیوم لایه‌نشانی خواهد شد. (برای اطلاعات بیشتر به سایت رصدخانه ملی ایران مراجعه کنید)

   هرچند این تلسکوپ، از حیث اندازه، یک تلسکوپ میان‌رده به‌ شمار می‌آید، ولی علاوه بر اهداف علمی و پژوهشی که در بالا به آن‌ها اشاره شد، می‌تواند به‌دلیل موقعیت منحصر‌به‌فرد و هم‌چنین شرایط خوب رصدی، سهم مهمی در پروژه‌های بین‌المللی داشته باشد. ضمن آن‌که، طرح‌های کلانی از این دست، می‌تواند باعث پیشرفت فناوری‌های پیشرفته در کشور شود. 

هرچند در شرایط کنونی جامعه شاید بیشتر به رویا شبیه باشد، اما امیدوارم در سال‌های آینده، شاهد تعداد بیشتری از این طرح‌های علمی باشیم تا کشورمان آباد شود! :))